II. 3. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ПО ОТНОШЕНИЮ К МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫМ ПОРОДАМ

Многолетнемерзлые породы (ММП) как криогенные водо-упоры пространственно разделяют как различные водоносные горизонты, комплексы и трещиноватые зоны между собой, так и подземные воды одних и тех же единиц гидрогеологического разреза. В результате возникают определенные особенности вод, занимающих разное пространственное положение по от­ношению к криогенным водоупорам. В районах с островными и прерывистыми мерзлыми толщами эти особенности менее существенны, а в районах с мощной сплошной мерзлотой они становятся значительными, бросающимися в глаза, иногда весьма глубокими. В силу этого гидрогеологическое расчлене­ние разреза обязательно должно учитывать наличие криоген­ных водоупоров и положение подземных вод по отношению к ним. Поэтому существует необходимость подразделять под­земные воды по их отношению к ММП.

Первое такое подразделение было предложено Н. И. Тол­стихиным в 1931 г. В дальнейшем оно было подробно обосно­вано в учебниках «Общее мерзлотоведение» (1940), «Подзем­ные воды мерзлой зоны литосферы» (1941). Подземные воды мерзлой зоны литосферы были разделены Н. И. Толстихиным на три категории, о которых он писал: «Надмерзлотные воды, залегающие над толщей вечной мерзлоты, на ее верхней по­верхности. Для них в большинстве случаев вечномерзлая тол­ща является криогенным водоупорным основанием.

Межмерзлотные воды, находящиеся в пределах толщи вечной мерзлоты. Эти воды разделяются на твердую и жидкую фазы, относительно устойчивые во времени.

Подмерзлотные воды, залегающие ниже толщи вечной мерзлоты. Для верхней части этих вод вечная мерзлота явля­ется кровлей» (Сумгин и др. Общее мерзлотоведение, 1940).

Как видно из приведенного подразделения, в межмерзлот­ные подземные воды Н. И. Толстихиным были отнесены под­земные льды мерзлых пород. Однако в последнее время под­земные льды не называют «межмерзлотными водами в твердой фазе» и не включают в классификацию подземных вод. Клас­сификация, предложенная Н. И. Толстихиным, в течение мно­гих лет использовалась гидрогеологами и мерзлотоведами при региональных исследованиях и описаниях подземных вод мерз­лой зоны.

В результате развития представлений о гидрогеологических структурах на территории СССР (Каменский и др., 1959) и благодаря разработке методик мерзлотно-гидрогеологических съемок различного масштаба утвердился следующий принцип: как вне криолитозоны, так и в ее пределах, включая все выде­ленные выше геокриологические зоны и подзоны (см. I. 5), ос-

новные принципы подразделения и картирования подземных вод и выделения гидрогеологических структур должны быть едиными. В первую очередь по единым признакам выделяются гидрогеологические структуры (см. гл. VI—VIII), а подземные воды в них подразделяются на водоносные слои, горизонты, комплексы и водоносные трещиноватые зоны и т. д. Только в рамках этих единиц гидрогеологического разреза подземные воды подразделяются по их отношению к мерзлым породам. Далее изучается характер питания, движения и разгрузки подземных вод, особенности их химического и газового соста­вов и т. д. в зависимости от геолого-тектонических, физико-географических условий и мерзлотной обстановки, а именно от распространения, условий залегания и мощностей мерзлых по­род, от количества, размеров, генезиса и гидрогеологических особенностей таликов (см. гл. IV). Существенно, что воды од­ного водоносного горизонта, комплекса, водоносной трещино­ватой зоны и т. д., являясь гидравлически единой водоносной системой, могут занимать и обычно занимают разное простран­ственное положение по отношению к мерзлым толщам. Только в условиях сплошных мощных мерзлых толщ, в гидрогеологи­ческих структурах с затрудненными условиями подземного стока происходит иногда расчленение криогенными водоупора-ми единых гидрогеологических систем. Однако в геоисторичес­ком аспекте такое разделение временное и исчезает при дегра­дации мерзлых пород.

Все изложенное показывает, что подразделение подземных вод по отношению к мерзлым породам является дополнитель­ным, хотя во многих случаях важным. Оно должно учитывать­ся в рамках выделяемых гидрогеологических подразделений (структур, стратификационных единиц) и при составлении мерзлотно-гидрогеологического разреза. Это обеспечивает: 1) единые принципы съемки и картирования подземных вод при переходе из районов отсутствия мерзлых пород, через зоны островного и прерывистого к зоне сплошного их распростране­ния и 2) позволяет оценить характер и степень воздействия наложенных геологических процессов — многолетнего промер­зания и протаивания пород (т. е. формирования и исчезнове­ния криогенных водоупоров) — на особенности распростране­ния, питания, движения, разгрузки подземных вод, их режима и химического состава.

Анализ результатов изучения и картирования мерзлотно-гидрогеологических условий разных районов криолитозоны по­казал, что в пределах криолитозоны по условиям залегания и формирования могут быть выделены и другие специфические категории вод. Выделение категории межмерзлотных подзем­ных вод в том виде, как это было первоначально сделано Н. И. Толстихиным, является недостаточным. В эту категорию оказались объединенными подземные воды с ослабленным^

водообменом, залегающие в пластах и линзах и ограниченные мерзлыми толщами сверху и снизу; воды, приуроченные к уз­ким вертикально ориентированным таликам, по которым осу­ществляется связь поверхностных вод и вод глубокого стока и которые ограничены с боков субвертикальными криогенными водоупорами. Формально к межмерзлотным относили иногда различные по условиям залегания и формирования воды об­ширных таликовых зон между маломощными островами ММП вблизи южной окраины криолитозоны. Для вод этих таликовых зон, простирающихся иногда на несколько километров и «огра­ниченных» мерзлыми толщами мощностью всего несколько метров, понятие «межмерзлотные» воды теряет свой смысл. Это становится особенно очевидным, когда гидрогеологические ис­следования проводятся в пределах единой крупной гидрогео­логической структуры, в южной части которой ММП отсутст­вуют, а в северой распространены мерзлые толщи различной ■прерывистости и мощности.

Исходя из изложенного, автором (Романовский, 1966, 1970) было предложено выделить ib качестве самостоятельных категорий межмерзлотные, внутримерзлотные воды и воды таликов.

Талики и приуроченные к ним подземные воды с различ­ными направлениями движения, режимом и т. д. при оценке как региональных мерзлотно-гидрогеологических условий, так и при поисках источников водоснабжения на небольших участ­ках стали привлекать особое внимание гидрогеологов-съемщи­ков. Это связано с тем, что талики в криолитозоне — единст­венные пути питания и разгрузки подземных вод. По ним осу­ществляется вся связь поверхностных и надмерзлотных вод, с одной стороны, и вод глубокого (подмерзлотного) стока — с другой. К таликам, сквозным и несквозным, часто приуро­чены скопления подземных вод, наиболее доступные для экс­плуатации. Все это обусловило необходимость более детально­го, чем ранее, изучения условий существования и происхожде­ния таликов и вод, связанных с ними (см. гл. IV).

Ниже приводится уточненное подразделение (классифика­ция) подземных вод по отношению к мерзлым толщам (рис. 3). По этой классификации, являющейся частной, дополняющей другие клаосификации подземных вод, выделяются следующие категории.

Надмерзлотные воды сезонноталого слоя существуют сезонно, обычно только в течение летне-осеннего периода, и промерзают зимой. Это поровые и трещинные воды, залегающие с поверхности в различных типах четвертичных отложений. Они могут рассматриваться как «мерзлотная» раз­новидность верховодки, распространенной вне криолитозоны и в пределах субаэральных таликовых зон. Воды СТС обладают рядом специфических, присущих только им особенностей.

Поэтому они рассмотрены ниже (см. гл. III) отдельно от других категорий вод криолитозоны.

Над мерзлотные воды несквозных таликов, радиационно-тепловых, гидрогенных и др. (см. гл. IV). Обычно это грунтовые поровые воды четвертичных отложений или тре­щинные воды коры выветривания скальных и полускальных

Рис. 3. Схема различных категорий подземных вод по отношению к ММП: А — надмерзлотные воды СТС; Б — воды сквозного дождёваль-но-радиационного талика; В — надмерзлотные воды подозерного не­сквозного талика; Г — воды сквозного подруслового талика; Д — внут-римерзлотные воды; Е — межмерзлотные воды; Ж — подмерзлотные воды неконтактирующие безнапорные; 3 — подмерзлотные воды некон-тактирующие напорные; И — подмерзлотные воды контактирующие на­порные; К — надмерзлотные воды несквозного дождевально-радиацион-ного талика; / —• изверженные трещиноватые породы; 2 — щебень и дресва; 3 — суглинки пылеватые; 4 — песок и галечник; 5 — многолет-немерзлые породы и их граница; 6 — обводненность пород постоянная (а), периодическая (б) и направление движения подземных вод (в); 7 — подошва СТС (б) и CMC (a); 8 — скважина, стрелкой показан уровень появления и установления вод

пород. Летом они обычно имеют свободный уровень, а осенью и зимой при сезонном промерзании пород таликов в ряде случаев приобретают временный криогенный напор (полупро­мерзающие воды). Обычно воды несквозных таликов относятся к тем же водоносным горизонтам, что и воды соответствующих категорий сквозных таликов, и обладают теми же характерис­тиками (см. гл. IV).

Воды сквозных т а л и ков охватывают разнообраз­ные категории., подземных вод, имеющих различный характер к направления движения, состав, температурный и гидравличес­кий режимы, играющих различную роль в формировании гид­рогеологической обстановки. Сквозные талики включают грун--

товые поровые и трещинные воды, а также воды, имеющие ни­сходящий и восходящий характер движения. Последние свя­зывают, с одной стороны, поверхностные воды, воды СТС и грунтовые воды таликов, а с другой — воды глубокого под-мерзлотного и межмерзлотного стока. Характеристика вод сквозных таликов дана в гл. IV.

Подмерзл отные воды — воды первого от подошвы мерзлой толщи водоносного горизонта, комплекса или трещи­новатой зоны. Эти воды разделяют на собственно подмерзлот-ные, контактирующие и неконтактирующие (т. е. находящиеся в определенном взаимодействии) с мерзлой толщей, и воды глубинные, неконтактирующие, влияние которых на мерзлые толщи из-за большой глубины их залегания не проявляется. В категорию собственно подмерзлотных вод входят воды, весь­ма различные по генезису, характеру водовмещающих пород,, режихму, химическому и газовому составу, интенсивности водо­обмена и другим признакам. Характер этих вод существенно определяется типом гидрогеологической структуры, а также степенью ее промороженное™ (см. гл. VI—VIII).

Неконтактирующие подмерзлотные воды (пресные и соле­ные) обычно имеют положительную температуру и по своему гидравлическому режиму разделяются на: а) отделенные от подошвы МАШ водонепроницаемыми городами и обладающие напором и б) отделенные слоем водопроницаемых пород и имеющие свободный уровень. Обычно такие воды приурочены к обрамлению дождевально-радиационных таликов, развитых на водоразделах в условиях прерывистого распространения мерзлых толщ и составляют гидравлически единую систему с водами этих таликов. В силу этого неконтактирующие под­мерзлотные воды испытывают существенные колебания уровня и имеют переменную в течение года температуру.

В массивах морозных пород, подстилающих мерзлые по­роды, изредка встречаются трещинно-жильные криогалинные воды, которые также относятся к неконтактирующим подмерз-лотным.

Контактирующие подмерзлотные воды всегда обладают напором. По температуре они подразделяются на имеющие:

а) положительную температуру — пресные и солоноватые и

б) отрицательную температуру. Последние являются водами
криогалинными, и вмещающие их породы входят в криолито-
зону. Криогалинные подмерзлотные воды характерны для се­
верной геокриологической зоны (см. 1.5) древних (палеозой­
ских) артезианских бассейнов платформенного типа и для раз­
личных гидрогеологических структур, ограниченных с севера
арктическим морским бассейном и в недавнем геологическом
прошлом погружавшихся под уровень моря.

Колебания температур и напора у контактирующих и тем» ператур и свободного уровня у неконтактирующих подмерзлот-

■ ' ■ 3.1

пых вод обусловливают формирование у подошвы маломощ­ных мерзлых толщ (до 10—12 м) слоя пород, периодически протаивающего и промерзающего. Это слой ежегодного про­мерзания и протаивания. Мощность его в водонасыщенных суглинках и песках 10—30 см, а в слабовлажных трещинова- . тых скальных породах до 2—3 м, реже более.

Межмерзлотные воды — воды в слоях, линзах, «тоннелях» и телах иной формы, ограниченных сверху, снизу, а иногда и с боков ММП. Они имеют гидравлическую связь с другими категориями вод криолитозоны.

Внутримерзлотные воды — воды, заключенные в слоях и линзах, ограниченных ММП со всех сторон. Они не имеют водообмена с другими категориями вод криолитозоны.

Межмерзлотные и внутримерзлотные воды имеют сходный генезис и условия формирования и образуются как формы скопления подземных вод внутри толщ ММП на одних и тех же или близких стадиях криогенного преобразования гидрогеоло­гических структур.

По происхождению, степени минерализации и температу­ре они подразделяются на две группы.

• В первую группу входят криогалинные воды и рас- I солы в породах различных по составу и характеру проница- ^% емости. Они образуются в разных условиях и создают с вме­щающими их мерзлыми породами термодинамически устойчивые системы. Линзы и слои криогалинных вод возникают, во-пер­вых, при промерзании пород, содержащих солоноватые и соле­ные воды, вследствие формирования слабоминерализованного льда и концентрированных незамерзающих рассолов (см. II. 4); во-вторых, благодаря миграции вниз криогалинных вод, обра­зовавшихся .в подошве С ТС на побережьях северных морей, в аридных районах или в городах и поселках (см. III. 3); в-третьих, при промерзании слоистых толщ рыхлых отложений, где слои водопроницаемых пород (песков, песчаников, галеч­ников, конгломератов и др.) насыщены солеными водами, за­мерзающими при низких температурах, а водоупорные породы (глины, суглинки, аргиллиты, алевролиты и др.) засолены слабо и сегрегационные льды в них начинают образовываться уже при температурах, близких к 0°. В период промерзания криогалинные межмерзлотные и особенно внутримерзлотные воды обычно приобретают повышенный криогенный напор, тем больший, чем выше степень изоляции системы и сильнее ох­лаждение. Межмерзлотные воды при этом могут переходить в категорию внутримерзлотных. Напротив, в периоды повыше­ния температур пород на соответствующих глубинах напор вод в изолированных межмерзлотных слоях и особенно во внутри­мерзлотных линзах уменьшается вследствие растворения тек-стурообразующего льда в породе на контактах с криопэгами. В этом случае в условиях сохранения изоляции внутримерз-

лотных линз криогалинные воды могут становиться безнапор­ными.

Во вторую группу входят межмерзлотные и внутри-мерзлотные пластово-поровые и трещинно-пластовые воды, име­ющие положительную температуру и, как правило, слабомине­рализованные. Система чередующихся в вертикальном разре­зе многолетнемерзлых пород со слоями и линзами талых водо­носных пород с положительными температурами термодинами­чески неустойчива. В такой системе неизбежно должно проис­ходить оттаивание нижней, реликтовой мерзлой толщи за счет тепла, идущего из недр земли, либо должен промерзнуть сверху межмерзлотный (или внутримерзлотный) водоносный слой. В первом случае межмерзлотные воды трансформируются в подмерзлотные, во-втором — они промерзнут и перестанут существовать в жидкой фазе. Подобные меж- и внутримерзлот-ные воды образуются в результате промерзания несквозных водоносных таликов (подозерных, пойменных, радиационно-тепловых и др.)- Такие процессы могут иметь как локальный, так и региональный характер. Например, в южной части крио-литозоны в пределах Западно-Сибирской артезианской облас­ти имеет место двухслойное строение мерзлых толщ (см. 1.2, 1.5). Воды, находящиеся в слоях и линзах пород между двумя мерзлыми толщами, верхней (современной) и нижней (релик­товой), относятся к межмерзлотным и внутримерзлотным.

Межмерзлотные водоносные линзы возникают под термо­карстовыми котловинами, где несквозные подозерные талики промерзают из-за обмеления и осушения озер. После значи­тельного и полного осушения озерных чаш, когда новообразо­вание мерзлых толщ охватывает все днище озерной котлови­ны, возникают внутримерзлотные талики, воды в которых при­обретают криогенный напор, что приводит к образованию мно­голетних инъекционных бугров пучения — булгунняхов. Меж­мерзлотные водоносные слои образуются в днищах равнинных рек при миграции их русел (Толстихин, 1941; Кудрявцев, 1954). Небольшие водоносные межмерзлотные линзы — карманы существуют на боковых контактах мерзлых толщ, сложенных породами с различной водопроницаемостью и ограничивающих подрусловые и пойменные грунтово-фильтрацнонные талики (см. рис. 3). Наконец, известны межмерзлотные водоносные талики, имеющие форму «тоннелей», пронизывающих мерзлые толщи. По ним осуществляется движение пресных подземных вод, питающихся по несквозным таликам под озе­рами, руслами небольших ручьев, на участках дождевально-радиационных несквозных таликов, приуроченных к высоким террасам и междуречьям. Разгружаются они в речную сеть (см. VII. .4). Межмерзлотиые водоносные «тоннели» поддержива­ются за счет движения подземных вод, но промерзают при прекращении питания или при похолоданиях климата.

3 Н. Н. Романовский 33

Внутримерзлотные водоносные линзы в общем случае фор­мируются в результате частичного промерзания межмерзлот­ных водоносных слоев и «тоннелей».

Поиск по сайту: