VII. 5. ОСОБЕННОСТИ ПИТАНИЯ, СТОКА И РАЗГРУЗКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

ГПО на территории СССР, перечисленные выше, заняты криолитозоной только частично. Даже Восточно-Сибирская ГПО, в пределах которой криолитозона распространена наибо­лее широко, в южной части имеет островные мерзлые толщи, не препятствующие пополнению запасов артезианских вод. Поэ-

тому в целом для них сохраняются как внешние, так и внутрен­ние области питания. Внешние области питания АО приуроче­ны к их торному обрамлению с юга, юго-запада и юго-востока ■и КГМ, входящим в состав ГПО. Внутренние области поглоще­ния — это артезианские бассейны южных частей АО.

По-иному обстоит дело с отдельными АБ платформ. Рас­пространение, сплошность и мощность ММТ в них могут изме­няться в широких пределах (см. VI. 3, табл. 8).

В АБ о с т р о в н о г о и п р ер ы в истого п р о м е ;р з а-Н1ия, приуроченных к южной геокриологической зоне, сохраня­ются внешние и внутренние области питания.

В АБ сплошн о го п р о и е р з а н и я (открыты х) в целом обе области питания сохраняются, но условия питания ус­ложняются. Так, перелив из внешней области, приуроченной обычно к КГМ сплошного неглубокого и глубокого промерза­ния, локализуется по таликам, связанным с разрывными нару­шениями и долинами рек. Внутренние области поглощения, контролирующие положение уровней артезианских вод, сохра­няются только по подрусловым таликам. Сток артезианских вод в условиях таких АБ не нарушается. Разгрузка вод проис­ходит главным образом по подрусловым напорно-фильтрацион-ным сквозным таликам. Они локализованы в местах пересече­ния реками выходов на поверхность водоносных горизонтов и разрывных нарушений. В АдАБ, которые ряд исследователей выделяют в пределах АБ первого порядка, питание сток и осо­бенно разгрузка контролируются разломами. Иногда АдАБ являются в условиях сплошных мерзлых толщ районами интен­сивной внутрирегиональной разгрузки. Например, в Якутском АБ О. Н. Толстихин обособляет Китчанский АдАБ, где по сис­теме дислокаций происходит перехват подземного стока со сто­роны Верхоянской ГСО, и его разгрузка в днище Лены в райо­не г. Сангара (Подземные воды Якутии, 1967).

В очень суровой мерзлотной обстановке известно сущест­вование очагов перелива вод из внешней области питания при отсутствии поглощения в пределах АБ. Примером может слу­жить зона сочленения Полоусненско-Туостахского КГМ сверх­глубокого промерзания и Индигиро-Колымского АБ сплошного глубокого промерзания. Здесь существует система переуглуб­ленных долин, приуроченных к опускающимся тектоническим блокам и выполненных толщами гравийно-галечных отложений. С этими долинами, начинающимися на площади КГМ и про­должающимися на периферии АБ, связаны мощные талики, вмещающие потоки пресных грунтовых вод (рис. 39). Эти тали­ки оканчиваются сквозными инфильтрационными таликами/ приуроченными к мощной поперечной (разрывной зоне. По ней происходит поглощение грунтовых вод и пополнение ими арте­зианских. Далее на территории АБ продолжения грунтово-филь-трационные талики не имеют. Здесь распространены сплошные

: ^ I 175

мерзлые толщи мощностью 400—500 м. Добавим, что благода­ря" описанным очагам перелива в Индигиро-Колымском АБ су­ществуют пресные подмерзлотные артезианские воды, хотя не исключено и наличие криогалинных вод. В зоне перелива часть

Рис. 39. Схема перелива аллювиальных вод подрусловых и пойменных иесквозных таликов из Полоусненского-Туостахского КХМ в Индигиро-Колымский АБ глубокого промерзания через сквозной инфильтрационный талик: 1 — аллювиальные галечники (а) и пески (б), 2 — аллювиальные пойменные отложения с сингенетическими повторно-жильными льдами, 3 — озерно-аллювиальные суглинки и супеси, 4 — терригенные отложе­ния верхнего мезозоя, в пределах КХМ сложно дислоцированные, 5 — разломы омоложенные (а) и древние (б), 6 — ММП и их граница, 7 — зоны криогенной дезинтеграции пород, 8 — направление движения под­земных вод, 9 — обводненные породы и граница обводненной зоны, 10 — скважина, стрелкой показан уровень появления и установления

подземных вод

вод зимой выходит на поверхность и фиксируется в небольших наледях. Поверхность переуглубленных долин на значительных пространствах представляет собой гигантские древние налед-ные поляны. Это свидетельствует, что в недавнем прошлом (очевидно, в период голоценового оптимума) расходы потоков

грунтовых вод были существенно больше. Очаги поглощения не могли пропустить всю воду, и значительная ее часть расходова­лась зимой на наледообразовавие.

В закрытых АБ сцлошно го глубокого п р о м ер­зания отсутствуют как внешняя область питания, так и внут­ренние очаги поглощения. В таких бассейнах, приуроченных к районам, где происходит деградация мерзлых толщ, (известно чрезвычайно интересное и специфическое явление: аномально-низкие пластовые давления в артезианских водоносных гори­зонтах. Очаги разгрузки на территории таких АБ (Якутском, Нижне-Оленекском и др.) полностью (отсутствуют.

На территории закрытых АБ при ^градации мерзлых толщ могут сохраняться очаги разгрузки артезианских вод, обуслов­ленные развитием дополнительного криогенного напора. Одна­ко такие АБ в 'настоящее время не известны, и их существова­ние на современном этапе динамики мерзлых толщ (см. II. 3) проблематично.

В к р и о а р т е з й а н с к и х б а с с е йнах очаги погло­щения не зафиксированы, хотя широко известны очаги разгруз­ки. Криогаливные меж- и подмерзлотные артезианские воды вы­ходят по разрывным нарушениям через напорно-фильтращгон-ные талики, разгружаясь под озерами, в днищах долин рек и иногда субазрально, образуя гидрогеогенные талики. Очаги та­кой -разгрузки распространены в западной части Якутского АБ, в Тунгусском, Котуйском, Оленекском и Хатангском КАБ. Под реками выходы 'Криогалинных вод создают отрицательные тем­пературные и гидрог^охимические аномалии. Температуры ис­точников таких вод як выходе из гидрогеогенных таликов из­меняются от 0° (Мурбайекие источники в бассейне (р. Нюи, ле­вом притоке Лены) до —6° (Уксусниковский источник в Хатанга оком АБ вблизи слияния рек Котуя и Хеты).

Между КАБ, видимо, существуют внутренние области пе* релива, которые на данном этапе являются единственными мес­тами пополнения вод этих структур. Внутренний перелив, оче­видно, происходит из Тунгусского и Якутского АБ в Котуйсний и Оленекский КАБ, а из последних вероятен в Хатангский КАБ. Целый ряд горизонтов .артезианских вод Хатангсколо и Нижне-Оленекоксго КАБ, вероятно, (разгружается под акваторий моря Лаптева. Возможной причиной .разгрузки артезианских вод яв­ляется также срабртка их упругих запасов.

Гидр о г е о л о г и ческие массивы платформе н-н о г о тип а, связанные с АО, играют различную роль. Так, Ал­данский КГМ (ГСО) прерывистого и сплошного промерзания является внешней областью питания для алданского склона Якутского АБ. Анабарсиий КГМ сверхглубокого промерзания является структурой, в настоящее время находящейся ib усло­виях весьма затрудненного водообмена. Только аллювиальные' воды подрусловых не^квозных таликов идут на пополнение со-

12¹/₂ Н. Н. Романовский ". . . , [77

бтветствующих вод на территории КАБ, окружающих Анабар-ский КГМ.

Ряд АБ первого порядка характеризуется существенно не­однородными мерзлотными условиями в разных своих частях.

Рис. 40. Схема гидроизопьез в центральной части Якутского АБ (Подзем­ные воды Якутии..., 1967; С. М. Фотиев, 1978). 1 — гидроизопьезы, 2 — изолинии градиентов температур °С/100 м, 3 — ось депрессии пьезомет­рических уровней, 4 — Китчанский АдАБ, 5 — условная граница между областями питания водоносных комплексов кембрия и юры, 6 — гидро­геологические скважины (цифрами указаны 'глубины пьезометрических уровней), 7 — долины крупных рек, 8 — границы области питания Китчанского АдАБ, 9 — линия гидрогеологического разреза

Это определяет неодинаковую степень криогенного преобразова­ния, условия питания и интенсивность водообмена входящих в них ГГС высших порядков. Примером может служить Якут­ский АБ. На его Алданском крыле, где мерзлые толщи имеют прерывистое распространение, происходит питание артезиан­ских вод кембрийского водоносного комплекса и водообмен весьма интенсивен. Значительная часть, занимающая Лено-Ви-люйскую синеклизу, представляет закрытую многолетним про­мерзанием структуру. Частью Якутского АБ является Китчан­ский АдАБ, где происходит разгрузка подземных вод, движу-

щихся со стороны Верхоянской ГСО, и водообмен * достаточно интенсивен. Наконец, Анабарский склон АБ представляет со­бой закрытую криоартезианскую структуру с редкими очагами разгрузки криогалинных вод.

Рис. 41. Гидрогеологический разрез по линии Амга — Дюпся (см. рис. 40) (Подземные воды Якутии..., 1967): 1 — пьезометрический уровень подземных вод, 2 — нижняя граница ММП, 3 — ММП, 4 — кристаллические породы, 5 — гидрогеологические скважины, цифрами указаны глубины пьезометри­ческого уровня от поверхности

Об аномально-низких давлениях артезианских подмерзлот-ных вод. При поисках источников водоснабжения в Центральной Якутии были обнаружены и 'изучены водоносные комплексы нижней юры, верхней юры и нижнего мела, воды которых об­ладали аномально-низкими пластовыми давлениями. Пьезомет­рические уровни пресных подмерзлотных "вод устанавливались в скважинах не только ниже уровня воды в Лене, но и ниже уровня Мирового океана. Исследованиями Н. И. Толстихина, В. М. Максимова, А. И. Ефимова, П. И. Мельникова и других было установлено, что указанные водоносные горизонты изоли­рованы от поверхности мерзлой толщей мощностью 250 м и бо­лее, области их возможного питания полностью проморожены, а снизу они подстилаются мощными толщами преимущественно глинистого состава (алевролиты, аргиллиты, песчаники). Ниже последних залегают карбонатные породы кембрия, содержащие артезианские воды с 'нормальными напорами. Мерзлые толщи локально прерываются таликами под руслом Лены и некоторы­ми термокарстовыми озерами. Однако в разрезе таликов основ­ное значение имеют породы с низкой проницаемостью: сверху суглинки, реже пылеватые пески, ниже аргиллиты и алевролиты.

12 /₂* 179

Наиболее низкую абсолютную отметку пьезометрический уро­вень воды имел в Намской опорной скважине (—138,4 м). Рас­пределение пьезометрических уровней в Якутском АБ шжаза-но на рис. 40 и 41.

Вопрос о природе рассматриваемого явления не установлен
окончательно, но большинство исследователей связывают его
с историей развития мерзлых толщ и современной их динами­
кой. Н. И. Толстихин, Р. С. Кононова и другие на основании
анализа гидрогеохимического разреза Якутского АБ (см. III. 3,
рис. 4) считают, что в верхнем плейстоцене глубина промерза­
ния достигала 1000 м и более. Это согласуется и с другими па­
леогеографическими данными. \

В настоящее время мерзлые толщи этого региона оттаива­ют снизу. По расчетам В. Т. Балобаева (1973), скорость оттаи­вания разных по плотности и влажности мерзлых пород неоди­накова. Протаявшие верхнемеловых отложений, плотность ко­торых, по данным опорной скважины в Намцах, равна 1,6—1,9 г/см³, а влажность 15—23%, составляет 1 см в год. От­таивание отложений верхнего мела (с плотностями 2,0—2,5 г/см³ и влажностью 5—13% (по результатам опробования Бахынай-ской опорной скважины) равно примерно 1,2 см в год. При та­ком протаивании за счет перехода текстурообразующего льда вводу на площади 1 км² освобождается втод соответственно 350 и 260 м³ объема. Ориентировочный расчет для всей площади АБ„ где существуют дефициты напора, дает цифру более 30 млн. м³ в год объема, освобождающегося при оттаивании мерзлых по­род за счет потока внутриземного тепла.

Таким образом, появление свободного объема при деграда­ции мерзлых толщ снизу считается причиной появления пони­женных давлений артезианских вод в изолированных подмерз-лотных горизонтах. Различие дефицитов давления в разных частях структуры объясняется неодинаковыми скоростями еже­годного оттаивания и освобождающимися объемами, что, в свою очередь, обусловлено разными свойствами пород и коли­чеством тепла, идущего на фазовые превращения. Обосновывая последнее утверждение, С. М. Фотиев обращает внимание, что наиболее низкие уровни вод двойственны тем частям структуры* где температурные градиенты в подмерзлотных слоях больше. Об этом свидетельствует совпадение гидроизопьез и изолиний градиента температур (см. рис. 40).

Появление дефицитов давлений, достигающих в Якутском АБ 20 атм (2,03 МПа) неизбежно должно вызвать фильтрацию воды в артезианские горизонты через слабопроницаемые талые толщи. В. Л. Белецким, применившим комплекс гидродинами­ческих и геохимических методов, показано, что фильтрация во­ды в водоносные горизонты нижней и верхней юры происходит через талики под руслом Лены и под крупными термокарстовы­ми озерами. Это создает некоторые различия напоров в водо-

носных горизонтах вблизи таликов и в удалении от них при сох­ранении их общего низкого значения. Однако скорости фильт­рации через слоистые, преимущественно глинистого состава тол­щи, очень малы. По ориентировочному расчету длительность цикла полного замещения воды в сквозных таликах при мощно­сти мерзлой толщи 300 м находится в пределах 5,5—50 тыс. лет. Первые термокарстовые озера начали образовываться в Цент­ральной Якутии в конце плейстоцена (примерно 13 тыс. лет на­зад), а наибольшее их развитие относят к климатическому оп­тимуму (8,5—4,5 тыс. лет). Учитывая, что на образование сквоз­ных таликов под ними необходимо 1—3 тыс. лет и более, далеко ие во всех из них произошел полный цикл водообмена. Посколь­ку число крупных озер со сквозными таликами невелико, пос­тупление воды в артезианские пласты через них не может быть значительным. Несомненно, что существует подток воды и сни­зу, например из водоносного горизонта кембрия. Однако вели­чины фильтрации оценить до сих пор не удалось. Несомненно только одно: поступление воды в «изолированные» промерзани­ем горизонты артезианских вод на настоящем этапе меньше, чем образующийся в результате деградаций мерзлых пород объем.

История образования «закрытого» многолетним промерза­нием артезианского бассейна рассматривалась Н. В. Черским, А. Н. Косолаповым, Н. Н. Романовским. В схеме выделяются следующие этапы его развития.

Первый этап включает формирование мерзлых толщ на территории АБ, включая образование многолетнемерзлых по­род островного и прерывистого распространения в области по­глощения и локализацию мест поступления воды в пласты (рис. 42, А).

Второй этап охватывает период прогрессирующего про­
мерзания инфильтрационных таликов и водоносных артезиан­
ских горизонтов в области поглощения, что приводило к прек­
ращению инфильтрации воды в пласты и к возникновению в них
дополнительного криогенного давления (рис. 42, Б). Последнее
увеличивало интенсивность разгрузки вод АБ, в том числе и в
северных районах с более суровыми мерзлотными и климатиче­
скими условиями. Возрастание расходов воды в ■•н.апорно-филь­
трационных таликах, приуроченных к выходам пластов на по­
верхность, и увеличение дебитов источников на этом этапе пре­
пятствовали промерзанию очагов разгрузки. Поскольку увели­
чение мощности сплошных мерзлых толщ в пределах былой об­
ласти поглощения происходило достаточно медленно и исчисля­
лось сантиметрами в год, постольку значительная часть подзем­
ных вод успевала выжиматься из пластов на поверхность по та­
ликам. :

.Третий этап связан с периодом потепления климата и началом деградации — уменьшением мощности мерзлых толщ

12 Н. Н. Ромаадвский ' 181

Рис. 42. Схема формирования аномально низкого пластового давления в артезианском водо­носном горизонте вследствие ди­намики мерзлых толщ: / — по­роды кристаллического фунда­мента, 2 ■— литологические водо-упоры, 3 — хорошо проницаемые в талом состоянии породы, 4 — ММП, 5 — обводненные породы, 6 — граница ММП, 7 — восхо­дящие источники, 8 — очаги пи­тания подземных вод, 9 — нап­равление движения подземных вод, 10 — направление движения границы ММП, И — скважина, стрелками показан появившийся и установившийся уровень под­земных род

снизу в южных района^ АБ (рис. 42, В). С началом протаивав ния сплошных мерзлых толщ, мощность которых достигала не менее чем 300—400 м, а подошва 'находилась ниже уровня моря, криогенное давление уменьшилось и наконец исчезло. В таких условиях напорная разгрузка артезианских вод прекратилась, а напорно-фильтрационные талики в еще достаточно суровых мерзлотных условиях северной части АБ перемерзли и прекра­тили свое существование, как бы «запечатав» артезианские во­доносные пласты. Продолжающаяся деградация мерзлых толщ снизу, образование свободных объемов привели к появлению дефицитов напоров в водоносных* слоях, к подтягиванию в них влаги через слабоЕРроницаемые породы таликов и подстила­ющих пластов. Современное состояние, описанное выше, зави­сит от соотношения освобождающихся при оттаивании объемов и количества (воды, фильтрующейся в водоносные горизонты.

Напомним, что водоносный комплекс кембрия, воды кото­рого обладают нормальными пластовыми давлениями, имеет область питания на Алданском склоне Якутского АБ. Здесь ши­роко (развит карст, и даже в существенно более суровых, чем сейчас, мерзлотных условиях несомненно сохранялось поглоще­ние поверхностных вод и питание вод подземных.

Аномально-низкие пластовые давления в артезианских во­доносных горизонтах (встречаются и в других АБ северной гео­криологической зоны. Например, в Хатангском АБ дефициты давления в пермском водоносном комплекс^ превышают 80 атм (8,11 МПа) (Кооолапов, 1963). Такое существенное падение на­поров связано, видимо, с деградацией мерзлых толщ в местах выхода пород перми на поверхность под уровнем моря Лапте­вых, которая била обусловлена голоценовой трансгрессией (см. VII. 4).

12*

Глава VIII

Поиск по сайту: