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

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.



V \ V \ м ) Вахынайская ^опорная .

 


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




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