Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

III. 1. ОБЩИЕ ЧЕРТЫ НАДМЕРЗЛОТНЫХ ВОД СТС



Воды сезонноталого слоя (СТС) приурочены, как правило, к четвертичным отложениям различного генезиса и состава и к корам выветривания коренных пород. Они относятся к поро-вым, трещинным, трещинно-лоровым водам. Коллекторами вод в СТС бывают не только песчаные, гравийно-галечные и другие хорошо водопроницаемые отложения, но и пылеватые супеси, суглинки и даже глины. Связано это с тем, что в дис­персных влажных породах при их промерзании образуются криотекстуры за счет ледяных шлиров, главным образом сос­тоящих из сегрегационного льда (Общее мерзлотоведение, 1978). При оттаивании шлиров льда на их месте в породах ос­таются трещины и пустоты, создающие посткриогенную тек­стуру. Вследствие этого глинистые отложения СТС обладают значительными фильтрационными свойствами. Так, для .покров­ных суглинков севера европейской части СССР Г. П. Мазуро­вым и другими установлено, что коэффициенты фильтрации при нарушенной структуре равны 10~7—10~8 см/с. Опыты, проведенные В. К. Яновским, С. Е. Суходольским, Л. Н. Хру-сталевым с теми же суглинками, находящимися в естественном залегании и обладающими посткриогенной текстурой, показали, что коэффициенты фильтрации в них достигают 10~4—10~5 см/с, т. е. в 100—1000 раз выше, чем в пылеватых суглинках в СТС с нарушенным сложением. Фильтрационные свойства глинис­тых пород в СТС изменяются в течение теплого сезона. Наи­большей фильтрационной способностью иороды обладают сразу после оттаивания. Постепенно они уплотняются, лоры и трещи­ны >на месте ледяных шлирО1в сжимаются и коэффициенты фильтрации уменьшаются.

Характеристики слоя сезонного оттаивания пород зонально .изменяются: максимальные мощности СТС образуются на юге криолитозоны при /Ср пород, близких к 0°. Здесь СТС при пол­ном обводнении достигает в песках и супесях 2—3 м. На север с понижением температуры пород мощность его уменьшается до 0,3—0,5 м в песках и до 0,1 м в слаборазложившемся тор­фе. В том же направлении уменьшаются и сроки существова­ния СТС, а следовательно, и надмерзлотных вод СТС в жид-;кой фазе. На юге криолитозоны при iCp = 0o это время состав­ляет 10—11 мес. Начало протаивания СТС и образования го­ризонта вод относится к апрелю, а промерзание начинается в октябре и заканчивается в период с декабря по март. Таким


образом, воды в СТС существуют от 8 до 11 мес. На севере при tcv = —10—12° С лротаивание СТС начинается в июне и да­же начале июля, а заканчивается в сентябре. Поэтому период существования вод в этом 'слое составляет всего 2—3 мес.

Надмерзлотные ©оды СТС разгружаются в речную сеть и талики, идут на .питание грунтовых вод и вод глубокого (иод- и межмерзлотного) стока. Период, когда воды СТС находятся в замерзшем состоянии и за их счет не происходит пополнения: других категорий подземных вод криолитозоны, называется водно-критическим периодом.

Воды СТС имеют в качестве нижнего водоупора верхнюю поверхность мерзлой толщи. В период протаивания мощность СТС постоянно растет, что сказывается на степени его обвод­нения, мощности водоносного горизонта и глубине залегания его от поверхности. Промерзание пород СТС происходит как со стороны поверхности земли, так и снизу, со стороны мерз­лой толщи, кроме случая, когда температура у подошвы этого слоя ti равна или близка к 0°С. Снизу промерзает тем большая часть СТС, чем ниже ^. Воды СТС при промерзании переходят в подземный текстурообразующий лед. В условиях накопления осадков на поверхности, т. е. при формировании сингенетически промерзающих пород, нижняя часть СТС периодически пере­ходит в многолетнемерзлое состояние. Воды СТС в таких усло­виях расходуются на образование ледяной составляющей мно-голетнемерзлых пород, обусловливая криогенную текстуру пос­ледних (Общее мерзлотоведение, 1978).

Основным источником питания надмерзлотных вод СТС являются атмосферные осадки. Меньшую роль в питании игра­ют конденсационные воды. Локально воды СТС могут подпи-тываться поверхностными и подземными водами глубокого подмерзлотного или межмерзлотного стока. Питание за счет атмосферных осадков предопределяет существенную зави­симость количества, режима и химического состава надмерзлотных вод СТС от климата территории. В районах с морским климатом, для которых характерна высокая влажность воздуха, значительное количество осадков и малое испарение, обводненность пород в СТС больше, надмерзлотные воды распространены широко, часто встречаются связанные с ними криогенные явления. В районах с сухим континенталь­ным климатом надмерзлотных вод меньше. В разрезе СТС ле­том обычно обводнена только его нижняя часть. С увеличением континентальности в сходных условиях при одинаковых сред­негодовых температурах, составе пород и их влажности воз­растает и мощность СТС. Поэтому при меньшем количестве осадков, большем испарении и больших мощностях СТС в рай­онах с резко континентальным климатом уменьшается мощ­ность обводненной части и общее количество надмерзлотных: вод этого слоя.


В пределах одних и тех же районов воды СТС имеют раз­ное время существования, режим и гидрохимические особен­ности в зависимости от состава, генезиса и условий залегания водовмещающих пород. Мощности СТС обычно увеличиваются в ряду торф — глины — суглинки — супеси — пески — щебнисто-дресвяные и гравийно-галечные образования. В том же ряду возрастают величины коэффициентов фильтрации пород и вре­мя существования вод СТС, особенно в условиях плоских по­верхностей, где сток затруднен.

Сток надмерзлотных вод СТС происходит преимуществен­но в соответствии с уклонами поверхности земли, и поэтому существование, режим, динамика этих вод в большой мере определяются рельефом. С наиболее приподнятых и расчленен­ных участков поверхности воды СТС быстро стекают вниз, к подножиям склонов и далее к тальвегам долин. На плоских поверхностях с малыми уклонами (на плато, в днищах долин рек и т. д.) движение этих вод замедленно, а иногда почти отсутствует. На таких участках развивается заболачивание, об­разуются болота, часто полигональные, и мари — бугристые и кочковатые плоские поверхности, где вода стоит между коч­ками и местами существуют неглубокие озерки. Мари тяготеют к южной окраине криолитозоны, и на площадях их распростра­нения породы могут быть как в многолетнемерзлом, так и в талом состоянии, т. е. здесь встречаются воды СТС и верховод­ка. Водоупором для верховодки служат заторфованные болот­ные суглинки и непротаявшая часть CMC. Воды СТС на боло­тах и марях взаимосвязаны с поверхностными болотными и озерными водами, имеют режим, близкий к застойному, а для самого СТС характерно полное и повсеместное обводнение в течение всего периода, когда он находится в талом состоя­нии. С водами СТС болот и марей связано образование одно­летних, а иногда и многолетних бугров пучения, как миграци­онных, так и инъекционных. Бугры пучения образуются в мес­тах, где глубина СТС больше и породы промерзают зимой дольше, чем на окружающих поверхностях. Сюда в непромерз-шую часть СТС отжимаются надмерзлотные воды, при замер­зании которых и образуются бугры. Миграционные бугры пу­чения приурочены к породам супесчано-суглинистого состава и торфяникам, а инъекционные — к пескам4 и другим грубооб-ломочным отложениям.

Особенности формирования и движения надмерзлотных вод СТС влияют на процессы теплообмена в СТС, тем самым в значительной степени определяя . его динамику, глубины и температурный режим, а также появление или отсутствие таких криогенных явлений, как пучение (морозную пульсацию пород в СТС, образование однолетных бугров пучения), выпучивание камней, образование наледей и в некоторой степени солифлюк-ции.


III. 2. МЕСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПИТАНИЯ И РЕЖИМА

НАДМЕРЗЛОТНЫХ ВОД СТС

Проследим поток вод СТС на простом по морфологии склоне, сложенном грубообломочными отложениями, начиная от водораздела до местного базиса эрозии (рис. 6). Многолетние полевые наблюдения в различных регионах и геокриологичес­ких зонах показывают, что на таком склоне можно выделить

Рис. 6. Схематический мерзлотно-гидрогеологическии разрез отложений СТС от водораздела до тальвега долины: 1 — дресва и щебень, запол­нитель — песок: 2 — пески с галькой, 3 — галечник с песчаным запол­нителем, 4 — граница ММП, 5 — зона периодически появляющегося об­воднения, 6 — зона периодически исчезающего обводнения, 7 — зона постоянного обводнения, 8 — уровень воды в реке

три пояса, где особенности питания вод, время их существова­ния и степень воздействия конвективной составляющей тепло­передачи за счет движения вод на температурный режим по­род различны. Следует сказать, что границы между этими поя­сами условны и меняются во времени. От линии водораздела вниз выделяется пояс, где воды в СТС появляются только в-период выпадения дождей, а в период между дождями водо­носный горизонт «срабатывается». Таким образом, каждая но­вая «порция» дождевой воды, просачиваясь, попадает непо­средственно на мерзлый водоупор. Здесь эффект конвективного воздействия инфильтрующихся осадков на температурный ре­жим пород наиболее значителен. Таким образом, воды СТС в этом поясе питаются преимущественно атмосферными осад­ками, а водоносный горизонт появляется периодичес­ки.

Ниже по склону существует пояс, где количество инфильт­рующихся атмосферных осадков соизмеримо с количеством воды, поступающей из расположенного выше пояса. Это пояс смешанного атмосферно-грунтового питания. Водоносный гори­зонт здесь существует более длительное время, чем в первом поясе. Он срабатывается только в период длительного отсутст­вия дождей. Это пояс периодически исчезающих вод


СТС. При небольших перерывах между выпадением атмосфер­ных осадков, просачивающихся сверху, воды попадают на слой верховодки и их конвективное отепляющее воздействие отно­сительно ослаблено. В период промерзания СТС в этом поясе водоносный горизонт полностью срабатывается. В нижней его части в периоды выпадения дождей за счет пересыщения водой возможно солифлюкционное течение пород СТС.

В первом и втором поясах, особенно если СТС сложен обломочными отложениями, летом происходит значительная конденсация влаги. Конденсационные воды участвуют в пита­нии вод СТС, а в процессе их образования изменяется темпе­ратура пород в этом слое.

В горных районах, на плоскогорьях и плато, где СТС сло­жен глыбово-щебнисто-дресвяными образованиями, в питании вод важное значение может играть таяние гольцового льда. Голь­цовый лед в СТС образуется главным образом весной, ког­да талые снеговые воды просачиваются в каменистые россыпи и замерзают в них за счет низкой температуры породы. Таким образом, значительная часть, а иногда и вся влага, сконцент­рированная зимой в снежном покрове, идет не на пополнение поверхностных вод, т. е. стекает в период весеннего паводка, а фиксируется в виде гольцового льда в СТС. Такая фиксация талых вод в виде гольцового льда снижает высоты весенних паводков на горных реках, играет регулирующую роль в попол­нении вод СТС в теплый период года, существенно влияет на гидрохимические особенности вод этого слоя (см. III. 3), а так­же воздействует на температурный режим пород. Последний вопрос рассмотрен ниже.

В третьем поясе, находящемся ниже по склону, водонос­ный горизонт в СТС существует с начала оттаивания до конца промерзания этого слоя. Доля «грунтового питания» здесь зна­чительно превышает количество выпадающих и инфильтрую-щихся в пределах этой зоны атмосферных осадков. Последние всегда попадают на слой верховодки и не имеют непосредст­венного соприкосновения с верхней поверхностью мерзлой тол­щи. Конвективное влияние инфильтрующихся осадков здесь крайне незначительно. Это пояс постоянно существую­щих вод СТС, имеющих преимущественно грунтовое питание. В этом поясе надмерзлотные воды в процессе зимнего промер­зания сильно влияют на формирование криогенного строения СТС и часто приобретают напор. Как следствие этого, здесь образуются бугры пучения и наледи грунтовых вод. Особеннос­ти режима вод СТС в этой зоне показаны на рис. 7.

Следует подчеркнуть, что в условиях горного рельефа и значительной литологической изменчивости четвертичных отло­жений развитие вод СТС, различающихся по времени сущест­вования и характеру питания, носит сложный мозаичный ха­рактер. Кроме того, неравномерное распределение глубины


GTC вдоль склонов, наличие в их рельефе вытянутых вниз понижений определяет во всех трех поясах спорадическое, или неповсеместное, распространение вод СТС по пло­щади. Только на плоских участках эти воды встречаются пов­семестно.

К о н д е н с а ц и я вод и ы х

Рис. 7. Схема режима вод СТС в южной геокриологической зоне (по А. И. Ефимову и Н. И. Тол-стихину). Оттаявшая часть СТС: 1 — безводная (а) и об­водненная (б), в августе — сен­тябре уровень воды поднимается в связи с выпадением дождей, в ноябре — феврале — в связи с промерзанием СТС. Промер­зающая часть СТС: 2 — безводная и ее граница; 3 — об­водненная при оттаивании; 4 — ММП и их граница; 5 — гео­изотермы; 6 ~ уровень вод СТС

паров происходит как в гру-
бообломочных, где она дости­
гает наибольших значений, так
и в супесчано-суглинистых от­
ложениях благодаря наличию
в них посткриогенной тексту­
ры, обеспечивающей существо­
вание в них макропор и откры­
тых трещин. Величины конден­
сации в СТС, зависящие от
многих причин, изучены еще
недостаточно. В Центральной
Бурятии конденсация достига­
ет 45, а в Центральной Яку­
тии — 60 см3/сут на 1 м поро­
ды, что соответствует средним
модулям подземного стока —
0,65 и 0,85 л/с-км2 (Климоч-
кин, 1975). В Южной Якутии,
по данным В. Е. Афанасенко
и С. Н. Булдовича, среднее
значение конденсации состав­
ляет около* 20 мм, что соответ­
ствует модулю стока в летний
v _ период (когда этот процесс про-

исходит), равному 2,1 или 0,63 л/с-км2 в годовом цикле Опы­тами И. Т. Рейнюка (1959) показано, что на Северо-Востоке i^LLF конденсация паров в СТС может достигать 80 мм в год в модульных величинах — 2,52 л/с-км2 в год. В целом для ука­занных районов конденсационные воды составляют от 7 до 30% инфильтрационного питания.

Конденсация паров в СТС (CMC) протекает во времени неравномерно (рис. 8), что находит отражение как в данных получаемых по конденсометрам, так и в дебитах источников' питаемых этими водами. Она увеличивается в периоды дождей' когда растет влажность воздуха, и уменьшается в засушливые периоды, что хорошо видно при сравнении графиков на рис. 8. В суточном цикле конденсация уменьшается ночью и возрас­тает днем. Влага, конденсирующаяся ночью на поверхности грунта, не просачивается вниз, а испаряется, не участвуя в конденсационном питании вод СТС.

В целом конденсация водных паров в породах СТС (CMC) существенно воздействует на температурный режим, повышая


среднегодовую температуру пород в подошве этих слоев tf6. Так, исследованиями С. Н. Булдовича показано, что в условиях Чульманского бассейна в дресвяно-щебнистых отложениях с супесчаным заполнителем конденсация дает более 10 тыс. ккал на 1 м2 площади и повышает среднегодовую температуру у подошвы СТС (CMC) (^) на 3—4° по сравнению с темпера­турой поверхности. Это существенно превышает отепляющее



 


Рис. 8. Конденсация водных паров в щебнистых отложениях, слагающих СТС (участок 1) и CMC (участок 2), в Чульманском адартезианском бассейне. Для сопоставления приведены дебиты источников надмерзлот-ных вод СТС, верховодки и осадки (по В. Е. Афанасенко, С. И. Булдо-вичу, В. С. Мелентьеву, 1978).

воздействие инфильтрации дождевых осадков, за счет которых ti повышается на 1—2°. Поскольку интенсивность конденсации водных паров в породах СТС (CMC) возрастает с увеличени­ем градиентов температур в этом слое, наиболее сильно этбт процесс происходит на склонах южной экспозиции на плоских участках.

Влияние гольцового льдообразования на температурный режим пород в СТС (CMC). В последние годы С. Н. Булдовичем в Чульманском. адартезианском бассейне установлено, что просачивание талых вод в CMC и СТС, сло­женных на плоских междуречьях, щебнистыми супесями, под­стилаемыми разборной скалой, приводит к быстрому повыше­нию ti до 0°. При этом поры и трещины заполняются гольцо-


4 Н. Н. Романовский



вым льдом, иногда в смеси с водой, а влажность пород увели­чивается до их полной влагоемкости. Сами породы, входящие в СТС (CMC), часто становятся сезонными криогенными водо-упорами. В пределах дождевально-радиационных таликов, (см. IV. 3) такие сезонные водоупоры определяют существова­ние верховодки в течение большей части теплого периода гола. Протаивание льдистых пород СТС и CMC в таких условиях замедляется. CMC часто оттаивает только в конце лета, что ослабляет прогрев пород в таликах ниже этого слоя, Напротив, зимнее промерзание происходит, когда горизонты вод СТС и верховодка сработаны, породы сдренированы и обладают низ-кой влажностью. В силу этого мощность CMC на таликах уве­личивается и достигает 3—4 ми более, а на участках с мерз­лыми толщами происходит быстрое промерзание СТС и начи­нается выхолаживание подстилающих мерзлых пород. Все эти процессы, а именно сезонное промерзание слабовлажных пород, гольцовое льдообразование в них весной, летнее *протаивание льдонасыщенных пород, существование на них горизонта над-мерзлотных вод СТС или верховодки, затрудняющих прямое воздействие атмосферных осадков на криогенные водоупоры,» приводят к понижению среднегодовой температуры пород.

Присутствие вод в СТС и особенности их существования в каждой из выделенных зон по-разному воздействуют на теп-лофизические свойства пород как в летний, так и в зимний пе­риоды: на теплопроводность и теплоемкость мерзлых и талых пород, на их влажность в талом, льдистость и криогенное строение в мерзлом состояниях. Таким образом, воды СТС су­щественно влияют на верхние граничные условия температур­ного поля горных пород, с одной стороны, через изменение теп-лофизических свойств пород, определяющих условия кондук-тивного теплообмена, с другой, — обусловливая особенности конвективного влияния .вод в процессе их формирования и дви­жения.

III. 3. ГИДРОГЕОХИММЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НАДМЕРЗЛОТНЫХ ВОД СТС

В соответствии с особенностями формирования и залега­ния воды СТС имеют небольшие величины минерализации и являются €верх!пресными и пресными. Для них характерны . преимущественно гидрокарбонатный состав, обогащение орга­ническими веществами, кислородом и углекислотой. Последняя выделяется при их сезонном промерзании. Минерализация вод СТС и состав солей испытывают определенные колебания в за­висимости от погодных условий.

Надмерзлотные воды СТС редко используются для водо­снабжения, однако изучение их гидрогеохимических особен­ностей имеет большое значение в силу следующих обстоя-

50 . " *


тельств: 1) эти воды являются источниками пополнения других категорий вод мерзлой зоны, таких, как грунтовые воды та­ликов и воды глубокого подмерзлотного стока; 2) обладая оп­ределенной агрессивностью, воды СТС воздействуют на фунда­менты сооружений и зданий, т. е. их изучение является частью инженерно-геологических изысканий; 3) будучи наиболее дос­тупными, они в первую очередь опробуются при мерзлотно-гидрогеологических съемках и на основе массового изучения их состава делаются выводы о наличии или отсутствии гидрогео­химических аномалий, т. е. они используются для гидрогеохи­мических поисков полезных ископаемых.

Формирование химического состава вод СТС зависит от состава атмосферных осадков, характера почв и биохимичес­ких процессов, происходящих в СТС, литологических особен­ностей водовмещающих пород и времени нахождения вод в СТС. Влияние времени нахождения вод в СТС на их минера­лизацию одинаково проявляется в региональном плане и зо­нально: чем длительнее контакт этих вод с вмещающими по­родами, тем выше их минерализация. Так, во всех изученных районах установлено, что при движении вод СТС от водоразде­лов к днищам долин их минерализация возрастает. В зональ­ном плане минерализация вод СТС в породах одного и того же состава уменьшается с юга на север по мере сокращения вре­мени существования СТС.

Закономерности формирования химического состававод СТС.Химический состав вод СТС складывается из солей, при­носимых атмосферными осадками, элементов, выщелачиваемых из вмещающих пород, почв и остатков растительности.

Роль атмосферных осадков в формировании хи­мического состава вод СТС в северной подзоне северной гео­криологической зоны велика. Так, на Яно-Индигирской при­морской низменности выделяются обширные территории, где разница в минерализации и составе между атмосферными во­дами и водами СТС практически отсутствует. В целом по низ­менности, исключая ее приморскую часть, минерализация вод СТС в алюмосиликатных и карбонатных породах изменяется от 10 до 220 мг/л, а минерализация атмосферных осадков — от 9 до 64 мг/л при средней 20,6 мг/л (Волкова, 1971). В более южных районах доля атмосферной составляющей химического стока вод СТС снижается, а других составляющих возрастает. На северо-западе Сибирской платформы минерализация ат­мосферных осадков меняется от 20 до 90 мг/л; воды в СТС» сложенном породами алюмосиликатного состава, имеют мине­рализацию до 325 мг/л. Там же в элювии и склоновых отло­жениях, развитых на карбонатных и гипсоносно-карбонатных породах, минерализация вод СТС изменяется от 300 до 2700 мг/л. В южной геокриологической зоне доля атмосферной составляющей в химическом составе вод СТС также весьма

4* 51


значительна. В среднем доля атмосферных солей в составе подземных вод в пределах площадей распространения алюмо-силикатных пород составляет 30—35% (Шварцев, 1978).

Роль органического вещества почвенных гори­зонтов, через которые просачиваются атмосферные осадки и которые при малой мощности СТС или развитом почвенном профиле вмещают эти воды, в формировании химического сос­тава вод СТС весьма существенна. Органическое вещество син­тезируется растениями из воды и углекислого газа, а через корневую систему получает многие другие элементы (азот, хлор, серу, бор, фосфор, бром и др.), обладающие высокой биофильностью. Пройдя биологический цикл, эти элементы вместе с опадом попадают в почву, где благодаря разложению органического вещества они переходят в воды СТС. Органи­ческое вещество является поставщиком гидрокарбонат-иона, на который в составе растворимых солей в среднем приходит­ся 34% для вод зоны тундры и 42% для вод северной тайги (Шварцев, 1978). Органическое вещество образует большое количество легкорастворимых солей со всеми основными эле­ментами (Са, К, Na, Si, P, S и др.), способствуя их переходу в почвенную воду. При этом существенно, что органического вещества образуется больше, чем разрушается. Отсюда следу­ет, что количество элементов, поглощаемое корневой системой из вод, превышает их освобождающееся количество и что за счет жизнедеятельности растений и микроорганизмов в под­земные воды поступают в избыточном количестве только эле­менты, заимствованные из атмосферы (кислород, углерод, азот и др.)- Остальная часть химических элементов или по­падает в гравитационные воды СТС непосредственно при вы­щелачивании горных пород, или прежде чем поступить в них, участвует в биологическом круговороте. Здесь в это время они нередко связываются в подвижные органо-минеральные соеди­нения, которые повышают их миграционную способность, тем самым облегчая попадание в воды глубокого стока.

Высокое содержание органического вещества в водах СТС характерно для всей территории криолитозоны, но увеличива­ется, видимо, с возрастанием биологической продуктивности биоценозов. Соответствующим образом возрастает и вынос ор­ганического вещества подземными водами. Доля анионов гид-рогенно-биогенной природы в водах СТС оценивается в 35— 40% (Шварцев, 1978).

Роль состава пород. Литогенная составляющая стока вод СТС представлена в основном катионами Са2+, Mg2+, Na+ и нейтральными соединениями типа SiO2. В породах раз­личного состава степень выщелачивания, состав и общая мине­рализация вод неодинаковы. Наиболее существенно эти разли­чия проявляются в условиях окислительной обстановки, воз­никающей при наличии достаточно хорошего стока. Наиболь-


шая минерализация и разнообразие элементов в окислительной обстановке характерны для подземных вод в карбонатных й карбонатно-гипсоносных породах.

В суровых мерзлотных условиях северной геокриологичес­кой зоны при маломощном СТС различия в составе и минера­лизации вод СТС в алюмо'силикатных породах проявляются очень слабо. Они ощутимы только, если эти воды развиты в районах, где породы коренной основы содержат значительное количество карбонатов. Связано это с меньшим, чем на севе­ро-западе и западе Сибирской платформы, временем сущест­вования вод СТС в жидком состоянии и большей степенью промытости пород этого слоя.

Сравнение результатов гидрогеохимических исследований по Северной, Центральной и Южной Якутии и по Сибирской платформе показывает, что влияние состава пород на минера­лизацию и состав вод в СТС уменьшается зонально с юга на север.

Определенные отличия от вод СТС, формирующихся в окислительной обстановке, имеют воды глеевой геохимической обстановки, образующиеся на ровных участках со слабым под­поверхностным стоком и заболоченностью (Шварцев, 1978). Эти воды обладают невысокой минерализацией — до 100 мг/л, гидрокарбонатным натриёво-кальциевым составом, понижен­ными значениями рН, повышенным содержанием органических веществ и закисного железа.

В водах СТС ряда районов криолитозоны присутствует повышенное содержание кремния, связанное с почвенными процессами в кислой среде, которая повышает парциальные давления углекислого газа и не способствует накоплению гид­рокарбонат-иона. Если при этом отсутствуют хлор- и сульфат-ионы, то такие воды становятся гидрокарбонатно-кремнистыми, с большим содержанием иона натрия. Высокое содержание SiO2 фиксировалось иногда в водах СТС на западе Сибирской платформы, хотя в среднем доля кремнезема среди других анионов не превышала 10% (Шварцев, 1978). Вместе с тем в суровых мерзлотных условиях Яно-Индигирского междуре­чья, входящего в зону тундры и северного редколесья, SiO2 встречается в водах СТС, развитых на самых разнообразных по составу породах, далеко не повсеместно, а его содержание не превышает первых процентов.

Влияние вод СТС на гидрогеохимические особенности тек-стурообразующих льдов.Воды СТС участвуют в формировании текстурообразующих льдов при промерзании СТС и при нако­плении синкриогенных отложений (Общее мерзлотоведение, 1978). Минерализация текстурообразующих льдов составляет от 0,08 до 0,72 г/л, что в целом выше, чем 'минерализация со­ответствующих вод СТС. Последняя изменяется от 0,01 до 0,04 г/л, и только в склоновых отложениях, развитых на поро-


дах карбонатного состава, достигает 0,47 г/л. По химическому составу льды гидрокарбонатные, кальциевые, магниевые или имеющие смешанный катионный состав. Иногда в них присут­ствуют сульфат-ион (8—16 мг/л), реакция вод слабокислая. В целом сходный состав имеют и надмерзлотные воды СТС, хотя в последних больше ионов С1~.

Почти все сингенетически промерзающие отложения вме­щают повторно-жильные льды, образование которых происхо­дит за счет замерзания талых снеговых и речных паводковых вод в морозобойных трещинах. Химический состав и минера­лизация современных повторно-жильных льдов очень близки к составу и минерализации атмосферных и поверхностных вод. Это позволяет использовать льды для палеогидрогеохими-ческих реконструкций: 1) восстанавливать состав атмосферных осадков и талых вод по особенностям химического состава пов­торно-жильных льдов и 2) судить по текстурообразующим льдам о гидрогеохимических особенностях вод СТС и о преоб­разовании их состава в процессе криометаморфизма при про­мерзании и оттаивании.

Состав и минерализация текстурообразующих льдов в эпи­генетически промерзших породах зависят от палеогидрогеохими-ческой обстановки времени их промерзания и от условий пе­рехода в многолетнемерзлое состояние (возможности или не­возможности отжатия остаточного раствора, скорости промер­зания и др.). В силу этого по гидрохимическим особенностям* эти льды существенно отличаются от вод и текстурообразую­щих льдов в СТС. Обычно в современных условиях надмерз­лотные воды СТС никак не отражают особенности химичес­кого состава текстурообразующих льдов в эпигенетически про­мерзших толщах пород. Это определяет, во-первых, ограниче­ния в применении гидрогеохимических методов поисков по-" лезных ископаемых в условиях сплошного распространения мерзлых толщ пород, во-вторых, появление гидрогеохимичес­ких аномалий вод СТС при увеличении глубин этого слоя из-за нарушения естественных природных условий и таянии текстурообразующего' льда.

Гидрогеохимические особенности вод СТС в специфическихусловиях. В специфических ландшафтных и гидрогеохимичес­ких условиях минерализация вод СТС может увеличиваться, а состав изменяться. Так, вблизи побережий северных морей воды СТС обогащены хлоридами натрия и их минерализация достигает нескольких граммов на литр, а на маршах, косах, низких морских террасах, периодически затапливаемых морем, даже нескольких десятков граммов на литр.

В засушливых районах, где испарение преобладает над количеством атмосферных осадков и имеются условия для кон­тинентального засоления (Центральная Якутия, Южное За­байкалье на границе сМонголией), известны солоноватые воды


СТС, в том числе и содового состава (Анисимова, 1971). Су­щественно, что при промерзании солоноватых вод происходит криогенная концентрация солей в нижней части СТС. Поэтому в разрезе водоносного слоя появляется стратификация в сос­таве и минерализации вод, о значении которой будет сказано ниже. Засоление вод в СТС в условиях Центральной Якутской низменности наиболее активно происходит, во-первых, на плос­ких поверхностях, где отсутствует сток и привносимые атмос­ферными осадками соли концентрируются в почвенных гори­зонтах, во-вторых, в днищах бессточных термокарстовых кот­ловин — аласах, куда идет снос солей с окружающих возвы­шенностей, но отсутствует их вынос. Это приводит к формиро­ванию солоноватых и соленых вод в термокарстовых озерах и лодозерных таликах (см. П.. 3 и IV. 4), а при высыхании озер и промерзании таликов — в СТС днищ замкнутых аласов. При этом воды СТС на окружающих такие аласы возвышенностях и их склонах, а также в аласных долинах, по которым сущест­вует сток поверхностных вод, обладают существенно иным, «обычным» составом и низкой минерализацией. Таким обра­зом, воды СТС плоских участков с затрудненными условиями стока и бессточные аласы образуют гидрогеохимические ано­малии — окна континентального засоления в условиях сплош­ного развития мерзлых толщ.

Гидрогеохимические аномалии в водах СТС существуют также в местах подпитывания их водами глубокого (подмерз-лотного) стока, разгружающихся на поверхность, а также на участках, где близко к поверхности земли залегают породы, содержащие в своем составе легкорастворимые соли (гипс, га-л.ит и др.), и где происходят их размыв, разрушение склоновы­ми процессами и т. д. Воды СТС выщелачивают легкораство­римые компоненты и локально приобретают повышенную ми­нерализацию и специфический состав.

В селениях, городах и промышленных объектах минерали­зация вод СТС повышается за счет антропогенных факторов. В составе вод появляются хлористый натрий, аммиак, различ­ные кислоты и другие продукты загрязнения. Например, в Якутске существуют линзы незамерзших вод у подошвы СТС с минерализацией до 300 г/л, которые, постоянно из года в год смещаясь вниз, переходят в линзы внутримерзлотных вод, за­легающие неглубоко от поверхности земли.

Образование линз соленых вод у подошвы СТС и их сме­щение в верхний слой мерзлой толщи являются процессом, довольно широко распространенным на побережье северных морей, в городах и в районах континентального засоления. При сезонном промерзании солоноватых и соленых вод СТС проис­ходят их криогенное концентрирование и локализация в виде линз у подошвы этого слоя. При сезонном оттаивании воды, образовавшиеся из опресненного льда, не смешиваются с более


тяжелыми и плотными криогалинными водами, залегающими в их основании. Последующее зимнее промерзание приводит к промерзанию верхней части линзы соленых вод и новому криогенному концентрированию. Сильнее минерализованные, более плотные и холодные рассолы, образующиеся в верхней части линзы, лод влиянием плотностной конвекции опускаются, вниз и растворяют текстурообразующие льды в своем основа­нии. В результате линза криогалинных вод смещается вниз. В последующие годы такое движение вниз повторяется. В ре­зультате линза рассолов с отрицательными температурами оказывается ниже подошвы СТС и превращается в внутримерз-лотную. Глубина ее смещения вниз зависит от температурного» режима пород, состава и минерализации вод. Чем ниже сред­негодовая температура пород /Ср, тем на большую глубину она может сместиться. Однако такой механизм возможен только в слое сезонных колебаний температур, т. е. на глубинах от 2—3 до 10—15 м. Образование линз криогалинных вод сущест­венно осложняет строительство по принципу сохранения мерз­лого состояния пород в основании сооружений, так как насы­щенные ими породы, имеющие низкие температуры, по своему состоянию являются талыми и обладают низкими прочностны­ми характеристиками.

Гидрогеохимические аномалии вод СТС свойственны так­же участкам, где нарушены поверхностные условия, возросли глубины СТС и происходит протаивание текстурообразующих льдов в эпигенетически промерзших горных породах или древ­них сингенетически промерзших отложениях, формировавшихся в условиях существенно иных, чем современные.





©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.