IV. 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ТАЛИКОВ

Первое подразделение таликов было предложено М. И. Сум-гиным (1937), который выделил сквозные и несквозные тали­ки, неудачно назвав последние «псевдоталиками» или «замк­нутыми» таликами. В дальнейшем Ю. А. Билибиным (1955) помимо указанных выше категорий были выделены сухие и во­доносные талики, а по продолжительности существования — устойчивые (многолетние) и сезонные. В. Ф. Туммель (1940) разделял талики по их форме (округлые, вытянутые, сильно вытянутые и т. д.). В дальнейшем подразделение таликов про­водилось И. Я. Барановым, Н. А. Вельминой, И. А. Некрасо­вым, С. Е. Суходольским, С. М. Фотиевым, А. Б. Чижовым, •Н. И. и О. Н. Толстихиными, Н. Н. Романовским и другими. Талики классифицировались ими по нескольким направле­ниям:

По источникам тепла, обусловливающим их сущест­вование, И. Я. Барановым выделялись эндотермические и экзо­термические, а И. А. Некрасовым и С. Е. Суходольским — эндогенные, экзогенные и полигенные (экзогенно-эндогенные) талики, которые подразделялись, всвою очередь, на болеедробные категории. Например, И. А. Некрасов выделял среди эндогенных таликов вулканические и тектонические, а среди

экзогенных — инфляционные, инфильтрационные и кондуктив-но-инфильтрационные.

По способам теплопередачи: кондуктивные, кон­вективные, конвективно-кондуктивные, кондуктивно-конвектив-ные. При этом обычно авторами (Суходольский, Чижов и др.) подразумевалось, что в «кондуктивных» таликах воды или от­сутствуют, или имеют застойный режим, а в «конвективных» таликах имеются движущиеся воды.

По положению в рельефе обычно выделяются водо­раздельные, долинные, а иногда и склоновые талики, а в пре­делах этих градаций дается более детальное разделение. На­пример, среди долинных таликов различают подрусловые, пой­менные, а иногда террасовые, подозерные (старичные), конусов выноса, днищ временных водотоков и т. д.

По особенностям движения подземных вод (и их взаимодействию с поверхностными): водовыводящие (выводя­щие), водшюглощающие (поглощающие), водопроводящие (Фо-тиев и др.).

Указанные классификационные признаки по-разному ком­бинируются в различных схемах и дополняются другими. Сле­дует сказать, что разделение таликов по указанным четырем направлениям не вызывает принципиальных возражений, хотя я не охватывает всех необходимых подходов. Для целей мерз-лотно-гидрогеологических исследований от региональных до крупномасштабных необходимым является разделение таликов, во-первых, по основным причинам, обусловливающим их суще­ствование, во-вторых, по их гидрогеологическим особенностям. Следует сразу оговориться, что подземные воды многих тали­ков могут быть также основной или одной из основных причин их существования. Поэтому в классификацию целесообразно вводить два равноправных подразделения: подразделение по поверхностным условиям, определяющим возможность суще­ствования таликов для одних категорий, или по внутриземным причинам их развития для других; второе подразделение — по особенностям подземных вод в них. Такая классификация была разработана Н. Н. Романовским в 1968 г. при создании «Мето­дики комплексной мерзлотно-гидрогеологическои и инженерно-геологической съемки» (1970). С тех пор она совершенство­валась автором, не подвергаясь изменениям по существу. Она вошла в учебники «Общее мерзлотоведение» (1978), «Мерзло­товедение» (1981) и использовалась при создании классифика­ций другими авторами, в частности Н. И. и О. Н. Толстихины-ми (Общее мерзлотоведение, 1974), В. А. Кудрявцевым и Л. С. Гарагулей (Основы мерзлотного прогноза..., 1974).

Классификация построена по перекрестному принципу. В ней выделяются семь типов таликов (табл. 3, по вертикали) и пять классов (по горизонтали). Типы таликов, наиболее изу­ченные и распространенные, подразделяются на подтипы. Три

Табл ица 3

Классификационная схема таликов

Рис. 9. Строение некоторых категорий таликов. Радиационно-тепловые тали­ки: I — радиационный безводный сквозной (1Р-Б¹), II — тепловой грунтово-фильтрационный сквозной (1Т-Г¹), III — дождевально-радиационный ин-фильтрационный сквозной (1Д-И¹), IV — дождевально-радиационный на-порно-фильтрационный сквозной (1Д-Н¹), V — дождевально-радиационный грунтово-фильтрационный несквозной (1Д-Г²). Гидрогенные талики: VI— подозерный застойный сквозной (ПО-3¹), VII — подозерный застойный не­сквозной (ПО-3²), VIII — подозерный инфильтрационный несквозной (ПО-И²), IX — подозерный напорно-фильтрационный сквозной (НО-Н¹), X — подрусловой грунтово-фильтрационный сквозной (ПВ-Г¹), XI — под-русловой грунтово-фильтрационный несквозной (ПВ-Г²), XII— подрусловой

типа (радиационно-тепловой, гидрогенный и. гляциогенный) вы­делены по условиям на поверхности земли, определяющим тер­модинамический уровень теплообмена выше 0°С или выше тем­пературы замерзания гравитационных капельно-жидких вод. Три других типа (гидрогеогенный, хемогенный, вулканогенный) существуют за счет процессов, происходящих в толще горных пород. Именно эти процессы, а не поверхностные условия опре­деляют существование положительной температуры или крио-галинных вод на подошве СТС. Седьмой тип техногенных та­ликов объединяет талики, созданные искусственным путем.

По гидрогеологическим особенностям, т. е. по отсутствию или наличию гравитационных вод и направлению их движения, выделяются пять классов таликов (см. табл. 3, горизонтальная шкала). В клетках таблицы, образующихся при пересечении градаций типов (подтипов) и классов, указаны возможные ви­ды таликов по отношению их к мерзлой толще (сквозные и несквозные). Графы таблицы с прочерком означают, что таких таликов в природе не существует. Полное название талика складывается из названия типа, подтипа, класса и вида. На­пример, «гидрогенный подозерный инфильтрационный сквоз­ной». В практике категории таликов, для которых выделены подтипы, целесообразно называть только по наименованию по­следних, опуская название типа. В этом случае указанный талик будет определен как «подозерный инфильтрационный сквозной».

Приведем краткую характеристику типов, подтипов и клас­сов таликов, выделенных в настоящей классификации.

Тип I. Радиационно-тепловые талики. Причиной их воз­никновения и существования является радиационно-тепловой обмен на поверхности земли и приповерхностном слое, приво­дящий к формированию положительных температур у (подошвы CMC или слоя их годовых колебаний (рис. 9, I—IV). В пре­делах этого типа можно выделить три подтипа таликов.

инфильтрацибнный сквозной (ПВ-И¹), XIII — подрусловой напорно-фильт-рационный сквозной (ПВ-Н¹), XIV — пойменный грунтово-фильтрационный сквозной (ПП-Г¹), XV — пойменный грунтово-фильтрационньщ несквозной (ПП-Г²). Гидрогеогенные талики:XVI — гидрогеогенный субаэральный на-порно-фильтрационный сквозной (IIIC-H¹), XVII — гидрогеогенный суб­аэральный напорно-фильтрационный несквозной (IIIC-H²). 1 — терригенные породы, 2 — карбонатные породы, 3 — изверженные породы, 4 — галечники, 5 — пески, 6 — щебнистые отложения, 7 — супеси и суглинки, 8 — супеси и суглинки с сингенетическими повторно-жильными льдами, 9 — зоны повышенной трещиноватости, в том числе и по разломам, 10 — карстовые пустоты, 11 — высокая обводненность пород периодичес­кая (а) и постоянная (б) и границы обводненных зон, 12 — направление движения подземных вод, 13 — инфильтрация атмосферных осадков, 14 — источники нисходящие (а) и восходящие (б), 15 — ММП и их граница,.

16 — наледь

Подтип 1. Радиационные талики. Образуются за счет большего поступления солнечной радиации на склоны юж­ной экспозиции по сравнению с горизонтальными площадками, а также при уменьшении альбедо поверхности, например, в ре­зультате пожаров. В CMC таких таликов находятся слабопро­ницаемые породы. Вследствие этого инфильтрация дождевых вод в таликах и конденсация водных паров ослаблены или от­сутствуют, а их отепляющее влияние мало (рис. 9,1). Радиа­ционные талики больше всего распространены вблизи южной окраины мерзлой зоны в пределах территорий с высокой кон-тинентальностью климата: жарким летом, большим числом сол­нечных дней, маломощным снеговым покровом, не подвергаю­щимся ветровому перераспределению. Они характерны для Забайкалья, гор Южной Сибири и Средней Азии.

Подтип 2. Тепловые талики. Формируются при комп­лексном воздействии таких отепляющих факторов, как мощный снеговой покров невысокой плотности, растительность, в ряде районов заболоченность и т. д. (рис. 9,11). В таких таликах CMC сложен слабопроницаемыми городами или водонасыщен (на болотах). Поэтому отепляющее влияние атмосферных осад­ков и конденсации ослаблено или не проявляется совсем. Теп­ловые талики больше свойственны районам с невысокой кон-тинентальностью климата и (или) перераспределением снега, где происходит его накопление в понижениях рельефа, на под­ветренных склонах, на залесенных участках и т. д. Они широко встречаются на Кольском полуострове, на севере европейской части СССР, в Западной Сибири, а также во многих горных районах.

Разделение тепловых и. радиационных таликов часто за­труднено в силу невозможности выделить какой-либо ведущий фактор, обусловливающий их образование. Например, часто только повышенная мощность снега и более высокая инсоляция могут обеспечить существование таликов на склонах южной экспозиции. С • гидрогеологических позиций существенно, что через рассматриваемые талики, как сквозные, так и несквозные, не происходит прямой инфильтрации атмосферных осадков в массивы горных пород.

Подтип 3. Дождевально-радиационные талики. Образуются под влиянием комплекса отепляющих факторов, в том числе и привноса тепла за счет инфильтрации дождевых вод и конденсации водных паров. Такие талики с поверхности до глубины, превышающей мощность CMC, сложены хорошо проницаемыми породами (рис. 9, III, IV). С гидрогеологических позиций эти талики часто являются местами пополнения под­земных вод атмосферными осадками.

Подземные воды во всех подтипах радиационно-тепловых таликов могут иметь различные режим, направления движения (см. рис. 9, I—V) и часто оказывают существенное отепляющее

воздействие на горные породы. Талики радиационно-теплового типа распространены по площади наиболее широко, и север­ный предел их развития является границей прерывистых и сплошных мерзлых толщ (Фотиев, 1978). В этом типе наиболее устойчивы дождевально-радиационные талики. Они существуют в более суровых условиях, чем тепловые и радиационные, и встречаются существенно севернее последних. При похолода­ниях климата они часто сохраняются даже в районах с низко­температурными мерзлыми толщами (см. VI.4).

Тип. II. Гидрогенные талики. Формируются и существуют благодаря отепляющему воздействию водоемов и водотоков на температурный режим пород. Температуры пород под водоема­ми и водотоками могут быть как положительными, так и отри­цательными. Последние свойственны таликам под морями и солеными озерами. Среди гидрогенных таликов выделяются пять подтипов.

Подтип 1. Шельфовые (субмаринные) талики. Существуют на прибрежных участках арктических морей как при положительной, так и при отрицательной температуре мор­ских вод.

Подтип 2. П о дзету ар и ев ы е талики. Развиты под эстуариями рек и в их дельтах, где реки находятся под воздей­ствием морских приливов, нагонных ветров и т. д. Причинами их существования являются периодически сменяющееся отеп- -ляющее влияние речных вод, воздействие морских вод, часто имеющих отрицательную температуру.

Подтип 3. Подозерные талики. Существуют под озе­рами различного генезиса (термокарстовыми, старинными, лед­никовыми, тектоническими и др.) благодаря отепляющему влия­нию озерных вод (рис. 9, VI-—IX).

Подтип 4. Подрусловые талики. Приурочены к рус­лам рек и ручьев и испытывают отепляющее воздействие, ока­зываемое поверхностными водотоками (рис. 9, X—XIII).

Подтип 5. Прирусловые (пойменные) талики. Они приурочены к прирусловым отмелям, косам, низким, еже­годно заливаемым водой поймам и вообще к поверхностям, испытывающим временное отепляющее воздействие, оказывае­мое полыми водами и временными поверхностными водотоками (рис. 9, XIV—XV). Эти талики включены в тип гидрогенных, условно, поскольку они носят промежуточный характер между радиационно-тепловыми и гидрогенными. Талики под низкими поймами, ложбинами стока, осушающимися участками русел, прирусловыми отмелями, руслами временных пересыхающих водотоков, а в северных и горных районах под малыми и сред­ними реками, поверхностный сток в которых полностью отсут­ствует, а также под пересыхающими озерами являются перио­дически подводными. Основные талики являются постоянно подводными. Периодически и постоянно подводные талики

5 Н. Н». Романовский 55

в классификации (см. табл. 3) не выделены, хотя при их опи­сании и оценке гидрогеологических особенностей введение та­кой характеристики часто необходимо.

С^ гидрогенными таликами, особенно северной геокриологи­ческой зоны, связаны основные запасы грунтовых вод; через, них происходят питание и разгрузка вод глубокого (подмерз-лотного и межмерзлотного) стока. Отепляющее воздействие подземных вод в этих таликах увеличивает их устойчивость,, а часто является важнейшим условием их существования в су­ровой мерзлотной и климатической обстановке.

Рис. 10. Гидрогеогенный подозерныи напорно-фильтрационный талик в Селенняхской тектонической впадине. Неглубокое озеро создано за счет разгружающихся вод глубокого стока, на заднем плане видна наледь

Тип III. Гидрогеогениые (водно-тепловые) талики. Сущест­вование таких таликов обусловлено исключительно напорной восходящей фильтрацией подземных вод глубокого (подмерз-лотного и межмерзлотного) стока и выносом тепла этими во­дами. Движение подземных вод к поверхности земли происхо­дит по тектоническим нарушениям, пластам водопроницаемых пород пликативных структур, карстовым пустотам (рис. 9^ XVI—XVII). Воды гидрогеогенных таликов выходят на поверх­ность в виде восходящих («субаэральных») источников, даю­щих начало водотокам и образующих наледи (подтип — еуб-аэральные талики). Иногда над выходами вод имеются неглубокие озера, со дна которых бьют грифоны (подтип — подозерные талики) (рис. 10). В этом случае отличитель­ной особенностью гидрогеогенных таликов от гидрогеогенных подозерных и подрусловых напорно-фильтрационных таликов является то, что наличие воды и ее температура в таких озе~

pax и водотоках целиком зависят от температуры и произво­дительности потока разгружающихся подземных вод. Гидро-геогенные талики характерны для территорий с суровыми, мощными мерзлыми толщами. Они находятся вне русел поверх­ностных водотоков и обычно приурочены к террасам или скло­нам долин. В разрезе такие талики имеют вид усеченных ко­нусов или труб, ограниченных мерзлыми породами.

Тип. IV. Гляциогенные талики.Существуют под ледника­
ми «теплого» типа, у которых температура придонных слоев
льда 0°С. Породы, слагающие ложе таких ледников, частично
или целиком находятся в талом состоянии. Обычно они обвод­
нены за счет талых вод, образующихся при донном таянии
ледника или поступающих вниз по трещинам и промоинам
в его теле. Воды могут иметь как нисходящее движение, так
и стекать в виде подледных и грунтовых потоков. Гляциоген­
ные талики предполагаются по ряду признаков под многими
ледниками в пределах криолитозоны, например под долинны­
ми ледниками Тянь-Шаня (Горбунов, 1967). В геологическом
прошлом они, видимо, имели место под ледниковыми щитами,
покрывавшими север Европы, Америки и некоторые районы
Сибири (горы Путорана и др.). ₄

Тип V. Хемогенные талики. Образуются в результате вы­деления тепла при окислительных реакциях в толщах горных пород. Известны талики, приуроченные к геологическим телам с повышенным содержанием сульфидов металлов, а также к участкам возгорания углей как в естественном залегании, так и в отвалах.

Тип. VI. Вулканогенныеталики. Развиты в районах актив­ной вулканической деятельности (Камчатка, Исландия) вслед­ствие интенсивного тепловыделения магматическими очагами и движения горячих газов, пара и вод. Вулканогенные талики изучены очень слабо, хотя их роль в формировании месторож­дений термальных и минеральных вод весьма значительна.

Тип VII. Техногенные талики.Образуются в результате производственной деятельности человека. Значительная часть техногенных таликов по генезису, условиям своего существо­вания и характерным особенностям укладывается в классифи­кационные градации естественных таликов. Примером могут служить талики под искусственными водоемами, на участках, где изменен радиационно-тепловой режим на поверхности зем­ли, под угольными отвалами и т. д. Существенно, что боль­шинство из них находится в резко нестационарном состоянии как в отношении их размеров и форм, так и режима подзем­ных вод. Ряд техногенных таликов не имеет природных анало­гов: талики под зданиями с большим тепловыделением, с утеч­ками или сбросом горячих вод и др.

По гидрогеологическим особенностям выделяются следую­щие классы таликов.

5* 67

Класс. 1. Безводные талики, в которых гравитационные подземные воды отсутствуют в течение круглого года на всю их мощность, т. е. от поверхности земли до подошвы окру­жающих ММП. Безводные талики могут быть сложены как водопроницаемыми дренированными породами, так и практи­чески водонепроницаемыми (массивно-кристаллическими) или слабопроницаемыми (глинистыми) породами.

Класс 2. Талики с застойными водами (застойные). В них подземные, обычно грунтовые, воды находятся в водопрони­цаемых пластах, линзах, трещиноватых зонах и ограничены с боков и снизу водоупорами (рис. 9, VI, VII). Под влиянием разной плотности в них может происходить только конвек­ционное перемещение воды.

Класс 3. Грунтово-фмльтрационные талики. В них суще­ствует поток грунтовых вод, двигающийся по уклону в соответ­ствии с рельефом местности. Такие талики сложены в верхней части водопроницаемыми отложениями, подстилаемыми слабо­проницаемыми породами или криогенными водоупорами (рис. 9, II, V, X, XI, XIV, XV).

Класс 4. Инфильтрационные (или инфлюационные) талики. Подземные воды в них имеют нисходящее движение, часто близкое к вертикальному. Происходит оно по разрывным текто­ническим нарушениям, закарстованным зонам в карбонатных породах и по водопроницаемым пластам пликативных структур. Такие талики называют часто водопоглощающими и по ним происходит питание подземных вод глубокого стока (подмерз-лотных и межмерзлотных) (рис. 9, III, VIII, XII). С. М. Фо~ тиевым (1978) инфильтрационные и инфлюационные талики выделены в самостоятельные категории. Автор воздерживается от такого подразделения из-за отсутствия четких критериев. Кроме того, одни и те же талики функционируют как в режиме инфильтрации, так и инфлюации.

Класс 5. Напорно-фильтрационные талики. Подземные воды в них обладают напорами и имеют восходящее движение по тектоническим трещиноватым и закарстованным зонам и водопроницаемым пластам складчатых структур. Такие талики являются водовыводящими, так по ним осуществляется разгруз­ка подземных вод глубокого подмерзлотного и межмерзлотного стока (рис. 9, IV, IX, XIII, XVI).

Грунтово-фильтрационные, инфильтрационные и напорно-фильтрационные талики бывают как периодически, так и по­стоянно обводненными. Это определяется постоянством режима источников их питания. Например, в горных районах криолито-зоны под исчезающими зимой водотоками часто развиты перио­дически обводненные талики, а под постоянно существующи­ми !— постоянно обводненные. В ряде случаев талики, особен­но подрусловые в верхних частях горных долин, в течение весны и первой половины лета могут функционировать в ре-

жиме инфильтрации, а осенью и зимой — напорной фильтра­ции (см. VIII.4). Эти особенности не отражены в классифика­ции и требуют при описании таликов особых пояснений. Кроме того, в подрусловых и пойменных напорно-фильтрационных и инфильтрационных таликах всегда существует поток аллю­виальных грунтовых вод, в силу чего они одновременно яв­ляются и грунтово-фильтрационными.

Из изложенного следует, что разделение таликов по гидро­геологическим особенностям пред полагает (а (Следовательно, обязательно учитывает) их определенное геологическое строе­ние.

По температурным особенностям подземные во­ды в таликах разделяются на: а) имеющие положительную температуру — теплые и б) отрицательную — .холодные или криогалинные. Талики с криогалинными водами вместе с мерз­лыми породами входят в крирлитозону. Температура теплых вод в таликах превышает температуру окружающих их мерз­лых толщ, и воды оказывают на них отепляющее воздействие. Ф. А. Макаренко (1961) указывает, что при региональных гео­термических исследованиях за нижний предел температуры «термальных» вод для каждой природной зоны следует при­нимать осредненную температуру у подошвы слоя их годовых колебаний. При таком подходе, учитывающем природную зо­нальность в распределении среднегодовых температур пород, для криолитозоны, где температуры мерзлых пород всегда ниже 0°С, воды с положительными температурами следует считать «термальными» или теплыми. Талики с «термальными» (теплыми) и «криогалинными» водами в более ранних класси­фикационных схемах (Методика комплексной..., 1970; Общее мерзлотоведение, 1978) выделялись в подклассы. Такое же раз­деление может быть сохранено и в предлагаемой «схеме», од­нако оно несколько усложняет буквенно-цифровую индексацию таликов, применение которой целесообразно при мерзлотно-гидрогеологическом картировании.

Принцип индексации таликов следующий. Типы обозна­чаются римскими цифрами, подтипы — буквами. Поэтому ти­пы, не подразделяющиеся на подтипы, имеют только цифровой индекс, а разделяющиеся — цифровой и буквенный. Классы обозначены буквами, около которых арабскими цифрами пока­зано сквозным (1) или несквозным (2) является талик. При­надлежность к типу (подтипу) таликов и классу — виду обо­значается в индексе через дефис. Например, гидрогенный подозерный грунтово-фильтрационный сквозной талик будет обозначен ИО-Г¹, а вулканогенный напорно-фильтрационный сквозной — VI-H¹.

■iv. 3. роль вод таликов в гидрогеологии

Крюлитозоны

О питании подземных вод по таликам. Питание вод глу­бокого стока осуществляется по таликам инфильтрационного класса. Наибольшее значение в питании имеют дождевально-радиационные инфильтрационные сквозные талики, а также подозерные, подрусловые и пойменные инфильтрационные та­лики. Остальные распространены нешироко и играют в питании второстепенную роль.

Дождевально-радиационные инфильтрацион­ные талики приурочены к плоским водоразделам плато и равнин (артезианских бассейнов и адбассейнов), к вершинам и пологим склонам невысоких гор (гидрогеологическим мас­сивам) в условиях островного, прерывистого, а иногда и сплош­ного распространения мерзлых пород (см. VII.4). Так, они весь­ма характерны для Чульманского адартезианского бассейна (АдАБ) прерывистого промерзания, южного крыла Якутского АБ в местах выхода на поверхность закарстованных карбонат­ных пород кембрия, для Даурской гидрогеологической склад­чатой области и др.

Характерными особенностями для них являются: 1) сезон­ность питания за счет дождевых и талых вод; 2) резкие коле­бания уровней грунтовых вод: общий подъем их в летнее вре­мя и падение в зимнее, при этом в силу дискретности выпаде­ния дождей подъем всегда идет скачками, а падение уровня происходит более плавно; 3) затухание колебаний уровней по мере удаления от границ таликов. В обрамлении таликов ниже мерзлых толщ эти колебания иногда вызывают смену напор­ных режимов безнапорными и образование слоя ежегодного промерзания— оттаивания (Общее мерзлотоведение, 1978).

В долинах рек, где существуют очаги разгрузки вод, пи­тающихся через описываемые талики, происходят сезонные изменения напоров и дебитов источников.

По геологическому строению дождевально-радиационные инфильтрационные талики можно разделить на:

1) талики, сложенные отложениями, обладающими относи­
тельно однородными составом и фильтрационными свойствами.
Например, к ним относятся талики песчаных массивов. В них
питание происходит относительно равномерно по площади, а
образующиеся летом «бугры подземных вод» имеют довольно
правильную изометрическую форму;

2) талики, сложенные породами неодинакового состава или
обладающими существенной фильтрационной неоднородностью.
Так, резкая фильтрационная неоднородность свойственна мас­
сивам закарстованных карбонатных пород, а также осадочных
и метаморфических пород, разбитых разломами. Ярким приме­
ром последних могут служить дождевально-радиационные та-

лики плоских водоразделов упомянутого выше Чульманского АдАБ, сложенного переслаивающейся толщей песчаников, слан­цев и углей юрского и мелового возраста и разбитых системой

Рис. 11. Схематический мерзлотно-гидрогеологическии разрез зоны аэрации дождевально-радиационных инфильтрационных_; таликов Чульманского АдАБ на конец весны — начало лета (по С. Н. Булдовичу): 1 — слаботрещиноватые мезозойские песчаники, 2 — щебень и дресва с песчаным и супесчаным заполнителем, 3 — «разборная скала», 4 — зона повышен­ной трещиноватост.и пород, 5 — сезонный криогенный водо-упор, 6 — обводненность пород периодическая (а) и посто­янная, (б), 7 — направление движения подземных вод, 3 — уровень подземных вод мезозойского водоносного комплек­са до начала инфильтрации (пунктир) и после (сплошная). В правой части рисунка — геотермические разрезы по ли­ниям А и Б

дизъюнктивных нарушений (Вельмина, Узембло, 1959; Фотиев, 1965; Южная Якутия, 1975). Породы в массивах обладают невысокой (до 2—3%) открытой трещиноватостью и пористо­стью, в то время как в системе ортогональных разломов она

достигает 10% ^и более. Открытая трещиноватость, по данным С. Н. Булдовича, велика также на боковых контактах таликов с ограничивающими их мерзлыми толщами, что является след­ствием криогенной дезинтеграции пород при периодических из­менениях размеров таликов. Эти вертикально ориентированные зоны соединяются с подмерзлотной зоной криогенной дезинте­грации (см. П.2).

Своеобразным является режим сезонного промерзания и оттаивания пород таликов. К" осени породы, слагающие талики, обладают очень низкой влажностью. В силу этого их зимнее промерзание — охлаждение достигает 5—6 м. CMC имеет неодородное строение: сверху он сложен щебнисто-дресвяным элювием с песчаным и супесчаным заполнителем, переходящим вниз по разрезу в разборную скалу и, наконец, в слаботрещи­новатые породы (рис. 11). С. Н. Булдовичем показано, что весной талые снеговые воды просачиваются в CMC, имеющий отрицательные температуры, и замерзают в нем, образуя в тре­щинах и порах гольцовый лед. В нижней части CMC, где ак­тивная пористость пород мала, возникает криогенный водоупор, имеющий нулевые температуры. Проникновение талых, лишен­ных физического тепла вод в CMC с последующим их замер­занием в пустотах и формированием «нулевой температурной зоны» не изменяет общего теплосодержания слоя. При этом происходит лишь эквивалентное замещение емкостного тепла скелета грунта теплотой фазовых переходов воды (льда). В зо­нах повышенной трещиноватости просачивание и замерзание талых снеговых вод не могут привести к полному заполнению пустот. Фильтрационная способность пород снижается, но водо­проницаемость сохраняется. Снижение водопроницаемости — явление временное, наблюдаемое только весной и исчезающее летом.

В нарушенных блоках, ограниченных зонами высокой тре­щиноватости, сезонный криогенный водоупор в подошве CMC препятствует инфильтрации атмосферных вод вниз и приводит к формированию подвешенного горизонта верховодки. Послед­няя стекает по направлению к трещиноватым зонам и погло­щается ими, размывая и оттаивая гольцовый лед в трещинах. В результате сезонный криогенный водоупор обусловливает дискретное по площади питание подземных вод и, как след­ствие, сложную картину уровней последних. В качестве при­мера приведена мерзлотно-гидрогеологическая схема одного из участков Чульманского АдАБ (рис. 12). На схеме нанесены гидроизогипсы подземных вод мезозойского комплекса на ко­нец лета. Обращает внимание их сложная конфигурация, при­уроченность повышения уровней к разрывным нарушениям, к гипсометрически наиболее низкой периферии таликов или даже к подмерзлотной трещиноватой зоне в их обрамлении. Происходит это потому, что к этим участкам направлен весь

основной сток верховодки, собираемой по площади талика, и даже вод СТС, стекающих с мерзлых толщ, окружающих талик. К концу лета протаивание сезонного криогенного водоупо-ра приводит к более равномерному просачиванию вод по пло­щади дождевально-радиационных таликов. Осенью с прекра­щением атмосферного питания в высокопроницаемых зонах

Рис. 12. Мерзлотно-гидрогеологическая схема одного из междуречий Чуль- ; майского АдАБ (по С. Н. Булдовичу): 1 — аллювиальные отложения^ 2 — \ разрывные нарушения, 3 — гидроизогипсы подземных вод мезозойского \ комплекса в условных высотах, 4 — граница таликов и мерзлых пород, 5 — скважины с фиксированным уровнем подземных вод (а), самоизлива- ' ющиеся (б), источники (в)

73*

вследствие большого расхода потоков вод происходит более быстрое падение уровня, чем в ненарушенных слаботрещинова­тых блоках. В результате к концу водно-критического периода создается картина, обратная приведенной на рис. 12: на участ­ках с наибольшей проницаемостью уровни вод становятся ниже, чем в окружающих их блоках.

Колебания уровней подземных вод обусловливают актив­ный воздухообмен в зоне аэрации рассматриваемых таликов: выдавливание воздуха в периоды поднятия уровней и засасы­вание его при их падении зимой. В их пределах формируется специфическое температурное поле. В CMC за счет привнося тепла летними дождями образуется положительная темпера­турная сдвижка. Ниже подошвы CMC наблюдаются сильно растянутые или нулевые градиенты температур (см. рис. 11), . обусловленные нисходящей фильтрацией дождевых вод и вер­ховодки, образующейся на сезонном криогенном водоупоре. И только вблизи поверхности водоносного горизонта градиен­ты температур увеличиваются, а ниже приобретают нормальные значения. Поток охлажденных в CMC просачивающихся вниз вод направлен противоположно потоку внутриземного тепла, в силу чего последнее идет на их нагревание. В верхней части зоны постоянного обводнения талика грунтовые воды движутся в сторону местных дрен — подрусловых таликов. Этот поток аккумулирует и снимает внутриземное тепло, вынося его к оча­гам местной разгрузки и образуя в долинах рек положительные температурные аномалии.

Признаками дождевально-радиационных инфильтрацион-.ных таликов являются сухие поверхности, часто с лесами пар­кового типа (сосновыми, лиственничными). Напротив, на огра­ничивающих их мерзлых толщах развиваются обычно влажные моховые покровы и угнетенные лиственные леса.

Подрусловые и пойменные инфильтрацион­ные талики являются второй наиболее распространенной категорией таликов, по которым осуществляется питание вод глубокого стока. Эти талики весьма характерны для районов со сплошным распространением ММП. Воды этих таликов кон­тролируют уровни и режим различных типов подземных вод подмерзлотного стока в массивах пород междуречий. Их соб­ственный режим находится в прямой связи с режимом поверх­ностных вод в водотоках.

Существенные различия имеют инфильтрационные талики под реками, в которых существует круглогодичный сток поверх­ностных вод или постоянный поток аллювиальных грунтовых, вод, и иод водотоками, исчезающими зимой, где грунтовый по­ток в аллювии срабатывается. В первых существует постоянное в течение года поглощение воды, и уровень ее испытывает не­большие колебания, измеряемые метрами. Во вторых поглоще­ние воды зимой полностью прекращается и уровень воды в та-

ликах резко падает. Падение его достигает в подрусловых инфильтрационных таликах, развитых в верховьях рек горных районов, в местах сильнотрещиноватых разрывных зон или выхода под руслами закарстованных карбонатных пород, от нескольких десятков до нескольких сотен метров (Калабин, 1960; Романовский и др., 1970). Важным в режиме таких та­ликов является следующее обстоятельство. Осенью, после пре­кращения стока воды в реке, падение уровня подземных вод в таликах опережает темп сезонного промерзания пород в рус­ле. В результате последние сохраняют открытую трещинова-тость и пористость, а лед образуется только на контактах обломков и в узких трещинах. Весной в силу высокой пустот-ности пород талые снеговые и речные воды, инфильтруясь и замерзая, заполняют льдом только часть открытых пустот, а породы сохраняют водопроницаемость. В дальнейшем проса­чивающиеся воды постепенно размывают и оттаивают лед, а фильтрационные свойства пород восстанавливаются.

Минимальная открытая пустотность /г, при которой поро­ды сохраняют водопроницаемость, а следовательно, вода с ну­левой температурой инфильтруется через мерзлую породу, определяется соотношением

где i — потенциальная льдистость, способная сформироваться за счет намораживания на минеральный скелет с отрицатель­ной температурой t просачивающейся воды; С_о — объемная теплоемкость скелета, кДж/м³-°С (ккал/м³-°С); L — объемная теплота кристаллизации воды, 335 200 кДж/м³ (80 000 ккал/м³); В = 09 — коэффициент, учитывающий изменение объема при переходах вода — лед.

Сезонное промерзание пород в рассматриваемых таликах достигает нескольких метров. Падение уровня подземных вод в них вызывает засасывание холодного зимнего воздуха, уве­личивая мощность CMC. При инфильтрации поверхностных вод весной происходит защемление больших объемов воздуха и обогащение им подземных вод. В силу этого в местах раз­грузки происходит сильное выделение газов атмосферного про­исхождения. Заполнение водами осушенных зимой пород тали­ков происходит весной обычно очень быстро — в течение нескольких дней. Это определяет резкое возрастание дебитов источников в местах разгрузки (см. VIII.4).

В горных районах с суровым климатом и низкотемпера­турными ММП подрусловые инфильтрационные сквозные тали­ки с временным обводнением имеют на поверхности пород отри­цательные среднегодовые температуры, а сезонное промерза­ние в них является потенциальным (Общее мерзлотоведение, 1978). Их существование целиком обусловлено описанными

' "' ' ■ . ⁷⁵

выше процессами фильтрации талых вод через высокопрони­цаемые сезонномерзлые породы. Это делает рассматриваемые талики весьма устойчивыми даже в очень суровых мерзлотных условиях Северо-Востока СССР, Северного Забайкалья, в вы­сокогорье Памира и Тянь-Шаня. При этом их распространение целиком контролируется геологическими условиями (см. VIII.3,, 4). Вместе с тем уменьшение фильтрационных свойств пород верхних частей таких таликов, например, за счет заиления при разработке россыпей, может вызвать их необратимое промер­зание (см. IX.5). Обнаружение подрусловых и пойменных ин-фильтрационных таликов при съемке представляет собой боль­шую сложность. Возможно это только на базе тщательного анализа геологической ситуации и путем постановки гидромет­рических и режимных наблюдений, геофизических исследований и т. д. Створы для наблюдения за 'режимом водотоков должны располагаться выше и ниже предполагаемых таликов, а наблю­дение проводится в периоды летней межени. В дальнейшем наличие таликов подтверждается геофизическими и буровыми работами.

Подозерные и ;н ф и л ь т р а ц и о « н ы е талики, как: сквозные, так и несквозные, приурочены к карстовым, тектони­ческим и другим озерам, донные отложения которых обладают хорошими водно-фильтрационными свойствами. Такие озера обычно находятся на поверхности плато, в горах, на высоких речных террасах, в условиях сплошных и прерывистых мерз­лых толщ. Например, инфильтрационные талики под карсто­выми озерами известны в Восточном Саяне, под озерами тек­тонического происхождения на северо-западе Сибирской плат­формы, под старичными и другими озерами на песчаной Бестях-ской террасе Лены вблизи Якутска. Часто описываемые озера являются бессточными, хотя в них впадают ручьи, собирающие воды с больших пространств. Их отличительной особенностью, позволяющей обнаружить под ними инфильтрационные талики, являются характерные деформации льда зимой. Вследствие: падения уровня воды в озере за счет ее инфильтрации в талик ледяной покров оседает и на нем появляются системы трещин,, идущих параллельно берегам, а иногда и радиальных.

Вода в большей части озер существует в течение всего года, и инфильтрационные талики обводнены постоянно. Однако встречаются талики, имеющие непостоянное обводнение. Вода в озерах зимой инфильтруется полностью. Озерный лед, часто с крупными воздушными полостями, ложится на грунт. В озер­ные понижения наметается снег. Слоистый лед и снег обычна предохраняют донные отложения от глубокого промерзания. Кроме того, последние обычно сохраняют фильтрационную спо­собность благодаря грубому составу и неполному заполнению пор льдом.

Поиск по сайту: