II. 2. ОБЩИЕ ЧЕРТЫ ВЛИЯНИЯ МНОГОЛЕТНЕГО ПРОМЕРЗАНИЯ ПОРОД НА ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ

Влияние многолетнего промерзания горных пород на гид­рогеологические условия многообразно и часто весьма значи­тельно. Можно выделить общие, наиболее важные черты та­кого влияния и целый ряд особенностей, по-разному проявля­ющихся в различных типах гидрогеологических структур (см. гл.. VI, VII и VIII).

Многолетнее промерзание верхних горизонтов литосферы приводит к переходу водоносных и водопроницаемых горных пород, а также влажных, слабоводопроницаемых преимущест­венно глинистых отложений в мерзлые, водонепроницаемые. В результате образуются криогенные водоупоры. Водоносные горные породы приобретают качественно новое состояние. Из­меняются, хотя и менее существенно, свойства слабопроницае­мых пород, являющихся в гидрогеологических структурах ли-тологическими водоупорами.

Криогенные водоупоры в подавляющем большинстве пред­ставляют собой абсолютные водоупоры, не пропускающие через €ебя гравитационную воду даже при очень значительных дав­лениях. Происходит это потому, что пресные воды, проникаю­щие в мерзлые породы, замерзают, переходят в лед, который заполняет в них поры и трещины, исключая всякую возмож­ность фильтрации. Это обусловливает возможность появления замкнутых водоносных линз, водоносных горизонтов и комплек­сов; отдельных частей гидрогеологического разреза и даже целых гидрогеологических структур, ограниченных криогенными

водоупорами, в которых могут появляться и в течение длитель­ных отрезков времени сохраняться аномально-низкие или ано­мально-высокие давления (напоры) подземных вод.

Многолетнее промерзание горных пород как процесс обра­зования криогенных водоупоров накладывается на существо­вавшую ранее гидрогеологическую обстановку, изменяя ее. Мерзлые породы приурочены преимущественно к самому верх­нему (до 500—700 м) ярусу земной коры, и именно в этом ярусе они в наибольшей степени влияют на гидрогеологичес­кие условия. Криогенные водоупоры обычно только вблизи южной окраины южной геокриологической зоны (см. I, 5), где в первую очередь промерзают глинистые отложения, совпадают с литологическими водоупорами. В большей части криолитозо-ны они существенно не совпадают с литологическими водоупо­рами. Вследствие этого криогенные водоупоры могут простран­ственно разрывать единые пидродинамические системы в верхних горизонтах литосферы, они ослабляют связь их отдельных час­тей, а иногда на геологически длительный отрезок времени при­водят к их исчезновению. Существенно, что в ходе геологичес­кого развития при деградации мерзлых толщ эти гидродинами­ческие системы восстанавливаются.

Криогенные водоупоры, образование которых обусловлено появлением в породах льда — одного из самых низкотемпера­турных минералов, — образования в геологическом понимании очень динамичные. За конец кайнозойского этапа развития Земли, т. е. за последние 2—4 млн. лет, на севере Евразии они неоднократно появлялись, исчезали или меняли свои характе­ристики: распространение, мощности, температурный режим (см. I, 4). Вместе с этим менялись и гидрогеологические усло­вия на территории криолитозоны. Эти изменения в разных рай­онах криолитозоны не были одинаковыми. Они различались в зависимости от зонального их положения и истории их геоло­гического развития, т. е. от геологических событий, таких, как оледенения, трансгрессии и регрессии, от .новейших тектоничес­ких движений и т. д.

Из изложенного следуют два важных положения.

1. Криогенные водоупоры при изучении подземных вод
криолитозоны должны рассматриваться как высокодинамичные
геологические образования, способные формироваться, исчезать
и менять свои параметры за весьма короткие отрезки геологи­
ческого времени. Следствием этого является высокая изменчи­
вость во времени криогенных преобразований гидрогеологичес­
ких структур и особенностей подземных вод в них.

2. Криогенные преобразования гидрогеологической обста­
новки должны рассматриваться с обязательным учетом истории
развития ММП, геологических и других гидрогеологических
событий в плейстоцене—голоцене и их динамики в настоящее
время.

Одним из основных результатов многолетнего промерзания пород является изменение характера залегания и гидродина­мического режима подземных вод: безнапорные воды стано­вятся напорными, а в напорных водах часто увеличивается пластовое давление, т. е. возникает дополнительный, так назы­ваемый криогенный напор. Причина его появления — увели­чение объема при переходе воды в лед в пластах и трещино­ватых водоносных зонах. Противоположный процесс — оттаи­вание ММП при определенных условиях — сопровождается снижением напора подземных вод или переходом напорных вод в грунтовые. Многолетнее промерзание и протаивание пород часто сопровождается изменениями скоростей и даже направ­лений движения подземных вод, их химического и газового составов.

Значительные количества гравитационной подземной воды в результате многолетнего промерзания превращаются в под­земные льды. Наличие воды в твердой фазе — характерная особенность гидрогеологии криолитозоны. Подземные воды, на­ходящиеся в виде льда, могут на длительное время исключать­ся из круговорота в природе. При этом «емкость гидрогеологи­ческих структур», т. е. то количество гравитационных вод, которое вмещает или способна вместить структура, умень­шается.

Многолетнее промерзание литосферы приводит к пониже­нию температур подземных вод. Поэтому в криолитозоне в пределах вертикальной гидродинамической зоны свободного во­дообмена, а на севере и в зоне затрудненного водообмена наи­более широко распространены пресные воды с температурами от 0 до +4°. Источники вод с более высокой температурой встречаются преимущественно в районах новейшей тектоничес­кой активности и обычно связаны с разгрузкой вод глубокого стока по тектоническим разрывным нарушениям.

В гидрогеологических структурах с небольшими по мощ­ностям гидрогеохимическими зонами пресных и солоноватых вод, которые в плейстоцене подверглись глубокому промерза­нию и охлаждению, распространены отрицательно-температур­ные соленые воды и рассолы. Температуры их ш данным, име­ющимся в настоящее время для территории СССР, изменяются от 0 до —12° С.

Влияние соленых подземных вод и рассолов на мерзлотно-гидрогеологические условия двойственно. С одной стороны^ более низкие температуры замерзания соленых вод являются причиной сокращения мощностей мерзлых толщ, а также их прерывистого строения в разрезе, когда слои многолетнемерз-лых пород чередуются со слоями и линзами, содержащими криогалинные воды (см. I. 2). С другой стороны, их влияние приводит к образованию более глубокой зоны охлаждения зем­ной коры (криолитозоны) за счет действия двух групп процес-

сов. Во-первых, вследствие возникновения естественной плот-ностной конвекции: при криогенном концентрировании наибо­лее холодные и плотные природные растворы (см. II. 3) опус­каются по трещинам и порам вниз от фронта промерзания. Во-вторых, незамерзающие или замерзающие частично соле­ные воды и рассолы исключают или уменьшают затраты тепла на фазовые превращения воды.

Следует обратить внимание на некоторые общие аспекты воздействия подземных вод криолитозоны на мерзлые толщи. Подземные воды оказывают воздействие на тепловой режим горных пород, начиная с момента их проникновения в породы в местах их питания и кончая их выходом на поверхность зем­ли в очагах и зонах разгрузки. Тепловое воздействие подзем­ных вод проявляется в следующем: 1) в процессе своего дви­жения воды изменяют теплофизические свойства пород; 2) их движение обусловливает возникновение конвективных тепловых потоков, которые сочетаются с потоками тепла через поверх­ность земли и из ее недр, передаваемые кондуктивным путем, и перераспределяют тепловую энергию в водоносных горизон­тах и зонах. Тем самым они меняют температурное поле мас­сивов пород и условия развития мерзлых толщ; 3) подземные воды часто служат одной из основных, а иногда решающей причиной существования разных по генезису таликов (см. гл. IV). В результате они влияют на характер распространения мерзлых пород по площади и их строение в разрезе.

При многолетнем промерзании подземные воды в значи­тельной степени определяют криогенное строение эпигенети­ческих и сингенетических мерзлых пород. При этом они влия­ют на образование криогенных текстур не только в водоносных слоях, но и в слабоводопроницаемых (водоупорных) породах глинистого состава. Решающим является их воздействие на формирование мономинеральных залежей инъекционных и сег­регационных льдов, как пластовых, залегающих на некоторой глубине и не проявляющихся $ рельефе, так и линзовидных, приуроченных к приповерхностным горизонтам и слагающих ядра однолетних и многолетних бугров пучения: гидролакко­литов, булгунняхов, миграционно-сегрегационных бугров и пло­щадей пучения. Подземные воды, выходя на поверхность, обра­зуют наледи — наиболее характерные формы проявления этих вод в пределах криолитозоны (см. гл. V). Наконец, многократ­ное промерзание и протаивание водоносных горных пород при­водит к изменению их физического состояния, т. е. трещииова-тости, скважности, пористости, сложения, и тем самым меняет их водно-фильтрационные свойства.

Поиск по сайту: