Гидрогеологические особенности районов развития многолетнемерзлых пород

 

Тема:  

Гидрогеологические особенности районов развития многолетнемерзлых пород

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

 

Введение…………………………………………………………………………...3

Основная часть

Заключение……………………………………………………………………….13

Список литературы………………………………………………………………14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Многолетнемерзлые горные породы – это толщи горных пород, постоянно находящиеся в условиях отрицательных температур. Многолетняя мерзлота распространена весьма широко. Многолетнемерзлые горные породы занимает 25% поверхности мировой суши – это территории Сибири, Урала, Монголии, Канады, Аляски, Гренландии и Антарктиды и островов Северного Ледовитого океана. В России площадь многолетнемерзлых горных пород необычайно велика и составляет около 56% всей территории страны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

В области развития многолетнемерзлых  толщ мерзлотные и гидрогеологические особенности территории в значительной степени определяются соотношением в пространственном распространении  многолетнемерзлых и талых горных пород. Под талыми (т.е. некогда промерзшими, а позже протаявшими) или немерзлыми (т.е. никогда прежде не промерзавшими) горными породами следует понимать все породы, температура которых или выше 0°, или выше температуры замерзания содержащихся в них минерализованных капельно-жидких вод. Это определение по существу своему идентично тому, которое дано Н.И. Толстихиным  и И.А. Некрасовым .

Талые и немерзлые горные породы могут занимать пространственно-различное  положение по отношению к мерзлым  толщам: залегать с поверхности (ниже слоя сезонного промерзания), пронизывая всю мерзлую толщу насквозь или  на некоторую глубину, когда ниже развиты многолетнемерзлые породы; быть ограниченными мерзлыми толщами  сверху и снизу, со всех сторон; находиться ниже мерзлой толщи.

Различное пространственное соотношение многолетнемерзлых  и талых (или немерзлых) пород  определяет условия залегания и  характер прерывистости мерзлых  толщ в разрезах и их распространение  по площади. В связи с этим по условиям залегания талых (немерзлых) пород, точнее по их соотношению к мерзлым  толщам, целесообразно выделять следующие  категории.

Талики, или талые (таликовые) зоны, представляющие собой толщи талых или немерзлых горных пород, которые развиты ниже слоя сезонного промерзания и существуют непрерывно более года. Сезонно-оттаивающие отложения, существующие в талом состоянии менее одного года, таликами не являются. При прерывисто-таликовом и сплошном распространении многолетнемерзлых пород по площади, где пространства, занятые талыми породами, имеют меньшие площади, чем мерзлые толщи, обычно употребляют название «талики». При островном и массивно-островном распространении мерзлых пород по площади правильнее говорить о талых (таликовых) зонах или массивах талых пород. Талики и таликовые зоны, окруженные мерзлыми толщами только по боковым поверхностям, т.е. пронизывающие мерзлую толщу насквозь, называются сквозными, а подстилаемые на некоторой глубине многолетнемерзлыми породами - несквозными, или надмерзлотными.

Межмерзлотные талики - талые и немерзлые слои, линзы, «каналы», «карманы» и тела другой формы, ограниченные по верхней и нижней поверхности многолетнемерзлыми горными породами.

Внутримерзлотные  талики - талые и немерзлые слои, линзы и тела другой формы, ограниченные со всех сторон многолетнемерзлыми породами.

Талые и немерзлые горные породы, залегающие ниже подошвы мерзлых толщ. Для их определения не следует применять термин «подмерзлотные талики» даже для тех участков, где мощность мерзлых толщ резко сокращается по сравнению с окружающей территорией. В ряде случаев можно говорить о частично промерзших или промерзающих сверху таликах сквозных или несквозных, когда над талой толщей пород, некогда развитой с поверхности, начинает образовываться горизонт многолетнемерзлых пород. Например, промерзающие сверху талики бывают развиты по периферии сокращающихся по размерам озер.

В зависимости от характера  залегания талых и немерзлых  водоносных пород воды, приуроченные к ним, выделяются в различные  категории по отношению к мерзлым  толщам: а) воды сквозных таликов, б) надмерзлотные  воды несквозных таликов, в) межмерзлотные  воды, г) внутримерзлотные воды, д) подмерзлотные  воды.

Особое значение в гидрогеологии  области многолетней мерзлоты имеют  талики, развитые с поверхности. Через  них осуществляется питание и  разгрузка вод глубокой (подмерзлотной  и межмерзлотной) циркуляции; генезис  таликов и характер их распространения  влияет на интенсивность водообмена поверхностных и атмосферных вод, с одной стороны, и подземных вод - с другой. Поэтому весьма важным является их правильное подразделение с учетом условий их происхождения (или существования) и гидрогеологических особенностей.

Известно несколько схем подразделения и классификации  таликов по ряду признаков (по отношению  к мерзлой толще, времени существования, положению в рельефе, обводненности, морфологии талых тел и др.), предложенных Ю.А. Билибиным, В.Ф. Тумелем, И.Я. Барановым (в рукописной работе), Н.А. Вельминой  и др. Критический разбор их дан  И.А. Некрасовым. Им же предложена наиболее полная классификация таликов. Однако она мало применима при мерзлотно-гидрогеологических исследованиях. Это связано, в частности, с крайне схематической гидрогеологической характеристикой таликов. Вызывает также сомнение правомерность выделения  в том виде, как это предложено И.А. Некрасовым, эндогенных и полигенных типов таликов.

По существу, к экзогенным могут быть отнесены только вулканогенные  талики. «Тектонические талики» приуроченные «к зонам глубоких разломов и крупных  тектонических дислокаций, служащих путями движения подземных вод с  температурой выше нуля», как показано в литературе  и подтверждается нашими наблюдениями, могут содержать  воды и с восходящим, и с нисходящим характером движения. Последние имеют  положительную температуру только благодаря влиянию экзогенных факторов. Да и восходящие потоки вод, имеющие, как правило, поверхностные источники  питания, не являются: носителями только внутриземного тепла.

Все виды таликов, кроме вулканогенных, являются по существу полигенными, так  как на их образование и условия  существования всегда воздействуют теплопотоки из недр земли. В сквозных таликах, это воздействие носит  более прямой характер, в несквозных - опосредствованный, проявляющийся через особенности температурного поля мерзлых толщ.

Из определения «тектонические талики» следует, что разрывные  дислокации служат средой, по которой  движутся подземные воды. Движение последних и их положительная  температура являются причинами  существования таликов. Но движение подземных вод, как восходящее, так  и нисходящее, может осуществляться по интенсивно раскарстованным зонам  в карбонатных породах, по водопроводящим пластам пород с крутыми углами падения в крупных пликативных  дислокациях. Развитые в этих условиях талики по своему характеру и причинам существования практически не отличаются от «тектонических», что требует, видимо, их объединения в одну группу и  выделения в классификации названием, отражающим основную причину их возникновения  или существования.

В последнее время опубликованы классификации таликов С.М. Фотиева  и С.Е. Суходольского. Классификация С.М. Фотиева отражает главным образом гидрогеологические особенности таликов, что является полностью правомерным, но с мерзлотно-гидрологических позиций недостаточным. С.Е. Суходольским предложена классификация таликов для Северо-Востока европейской части СССР. Типы таликов выделены аналогично классификации И.А. Некрасова, а классы - по преобладающей форме теплопередачи. Отсутствие количественных критериев для оценки формы теплопередачи делает такое разделение чисто субъективным. К примеру, к классу конвективных таликов отнесен ряд водно-солевых, приуроченных к прослоям пород, насыщенных минерализованными водами. Существование таких таликов известно без движения в них вод и при ограниченной плотностной конвекции исключительно за счет того, что соленые воды имеют температуру выше точки их замерзания.

Разделение таликов (отряды) на «первичные», сложенные немерзлыми, и «вторичные», сложенные оттаявшими породами, вызывает возражение (при  включении их в классификацию) в  том отношении, что в подавляющем  большинстве случаев нет никаких критериев для такого разделения пород. Неудачно и определение первичных и вторичных таликов. Так, талики, непрерывно существующие со времени начала многолетнего промерзания горных пород, например те, по которым идет разгрузка вод глубокой циркуляции или их питание, меняют свое положение в связи с новейшими движениями, динамикой мерзлых толщ, развитием рельефа, миграцией водотоков и др. В результате изначально существующий талик может в настоящее время быть смещен в сторону и приурочен к оттаявшим породам. Такие талики были обнаружены нами на Северо-Востоке России, в пределах Уяндинской впадины и Селенняхского хребта, а также в северных предгорьях кряжа Полоусного на р. Тенкели.

В процессе комплексных съемок, проводимых кафедрой мерзлотоведения  геологического факультета, изучено  мерзлотно-гидрогеологическое строение значительных по площади территорий, находящихся в различных геоструктурных и зонально-поясных условиях. Накоплен большой материал по условиям существования  и гидрогеологическим особенностям таликов. Обобщение этого материала  позволило выработать и предложить новую классификационную схему  таликов в большей степени, чем  остальные известные классификации, учитывающую как мерзлотные, так  и гидрогеологические особенности  таликов. В первоначальном варианте они опубликованы в гл. VIII «Методика комплексной мерзлотно-гидрогеологической и инженерно-геологической съемки» и в «Инструкции» по ее производству. В настоящей работе классификационная схема уточнена и в большей степени обоснована.

Талики как сложное  природное явление (геологическое, гидрогеологическое, геофизическое, естественноисторическое) могут быть охарактеризованы с различных  сторон. К числу главных характеристик  таликов могут быть отнесены: а) основные причины и условия, влияющие на их образование и существование; б) геологическое строение и их геоморфологическое положение; в) гидрогеологические особенности, включающие характер движения вод, особенности их питания, режима, температуры; г) особенности теплообмена и характер теплопередачи в таликах; д) положение их по отношению к мерзлой толще; е) время их возникновения; ж) устойчивость и динамика развития.

Следовательно, талики могут  быть классифицированы по большому числу  признаков. Для целей мерзлотно-гидрогеологических исследований важнейшими характеристиками являются причины их существования, гидрогеологические особенности, температурная  характеристика подземных вод таликов, положение последних по отношению  к мерзлой толще.

Важнейшие признаки, по которым подразделяются талики, являются общими для всей области многолетнемерзлых пород. Так, основные черты радиационно-тепловых процессов на поверхности земли и теплового воздействия поверхностных и подземных вод на горные породы сохраняются в различных мерзлотно-зональных и геоструктурных условиях. Изменяются только термодинамический уровень радиационно-теплового обмена, степень теплового воздействия вод на горные породы, появляются некоторые особенности, которые не могут учитываться в общей классификации. На этой основе и построена предлагаемая классификационная схема (табл.1). Остальные характеристики таликов принимаются как частные и в классификацию не включаются.

Причинами существования  и возникновения таликов могут  быть особенности радиационно-теплового  баланса на поверхности земли, тепловое воздействие водных покровов, теплопривнос в горные породы, осуществляемый подземными водами, окислительные реакции в  горных породах, проходящие с выделением тепла, воздействие молодого вулканизма. Но в большинстве случаев существование  таликов определяется воздействием группы причин: радиационно-тепловых процессов и подземных вод, водных покровов и подземных вод. Тепловой режим сквозных таликов всегда определяется также потоком тепла из недр земли, т.е. зависит от геоструктурных условий.

Типы таликов в классификационной  схеме выделены по основным причинам их образования; при выделении подтипов эти причины могут детализироваться, уточняться. Классы таликов выделены по их гидрогеологическим особенностям, подклассы - по температурным особенностям подземных вод, а виды - по отношению  таликов к мерзлой толще. Подчеркнем, что понятие «основная причина», применяемое при выделении типов  таликов, является в ряде случаев  условным. Часто тепловое воздействие  на температурный режим горных пород  со стороны подземных вод бывает решающим для существования некоторых  категорий таликов в двух первых типах.

Талики (и талые зоны) по «основным причинам» их формирования подразделены на шесть типов.

Тип I. Радиационно-тепловые талики, причиной возникновения и существования которых является радиационно-тепловой обмен на поверхности земли и в приповерхностном слое, приводящий к формированию положительных температур горных пород у подошвы слоя их годовых колебаний.

Тип II. Гидрогенные (подводно-тепловые) талики, формирующиеся в результате отепляющего воздействия водоемов и водотоков на температурный режим донных слоев горных пород. Температуры в донных породах бывают или положительными (под пресными и солеными водоемами и водотоками), или отрицательными, не превышающими точку замерзания минерализованных вод (под солеными водоемами).