Гидродинамические зоны карстовых массивов

Карст как гидрогеологический процесс

Карст-это многосторонний геодинамический процесс химического и отчасти механического воздействия подземных и поверхностных внерусловых вод на растворимые проницаемые горные породы (карбонаты, сульфаты, хлориды), приводящий к проявлению поверхностных и подземных скульптурных и аккумулятивных форм, сопровождающийся образованием и разрушением подземных полостей и обвалов, провалов земной поверхности, а также местными землетрясениями

Карст – геол. явление, связанное с растворением подземными и поверхностными водами растворимых ГП с образованием характерных форм: пещер, каналов, каверн...

Карстующиеся породы распространены на 1/3 поверхности суши (51млн.км²).

Карстовый процесс сопровождается размывом пород, суффозией, деформациями поверхности земли и оснований зданий и сооружений (провалы, оседания, воронки), изменением свойств грунтов покрывающей толщи, формированием особого характера циркуляции и режима подземных и поверхностных вод и специфического рельефа местности.

По составу закарстованных пород следует выделять три типа карста: карбонатный (труднорастворимые породы — известняк, доломит, мел, мрамор); сульфатный (среднерастворимые породы — гипс, ангидрит) и хлоридный, или соляной (легкорастворимые породы — галит, сильвин, карналлит). По условиям залегания необходимо различать два вида карста: открытый — карстующиеся породы залегают с поверхности и покрытый (имеющий преимущественное распространение на территории России) — карстующиеся породы покрыты сверху нерастворимыми породами.

Режим карстовых вод отличается большими колебаниями дебита и уровня, что обусловлено строением пустот и неустойчивым характером питания. Очень резко изменяется дебит источников: мах. и мин. его значения разнятся в десятки и сотни раз. Местами отмечаются значительные колебания уровня карстовых вод. Минерализация и t не испытывают таких колебаний. Дебит отдельных крупных карстовых источников составляет 10-ки м³/с, а иногда достигает 150 м³/с (Воклюз, Франция), крупнейший карстовый источник в России- Красный Ключ (Башкирия), его дебит в межень 12-15, а в период снеготаяния 50 м³/с.

Гидродинамические зоны карстовых массивов

При г/г исследованиях большое значение уделяется вертикальной гидродинамической зональности карстовых вод. Д.С.Соколов выделил следующие вертикальные гидрогеодинамические зоны:

1) аэрации, где распространено инфильтрационное и инфлюационное движение воды преимущественно по вертикальным трещинам. Мощность ее различна и зависит от климата района, условий инфильтрации и инфлюации атм. вод, водопроницаемости ГП, глубины эрозионных врезов. Возможно образование на некоторых участках висячих карстовых вод.

2) сезонного колебания уровня п/в, которая в периоды усиленного питания и при подъеме уровня сливается с нижней зоной, а при спаде присоединяется к зоне аэрации. Мощность этой зоны изменяется в пределах каждого района от нескольких м. до нескольких 10-ов м. Изменения определяются: неравномерным поступлением осадков в зону аэрации; различной закарстованностью и проницаемостью ГП; колебаниями уровня прилегающей реки.

3) полного насыщения, находящаяся в зоне дренирующего воздействия местной гидрографической сети. Движением п/в в сторону реки. Эта зона является зоной основных запасов карстовых вод. Глубина залегания ее нижней границы зависит: от глубины эрозионного вреза; от ширины речной долины; водопроницаемости г.п.; разности уровней в реке и на водоразделе; от изменения трещиноватости и закарстованности ГП с глубиной.

4) глубокого движения, где движение воды происходит вне непосредственного дренирующего воздействия местной гидрографической сети. Направление движения вод вызвано особенностями тектонической структуры и положением области разгрузки. Большое значение в разгрузке имеют глубокие тектонические трещины и разрывные нарушения. П/в медленно движутся к тектоническим депрессиям или более глубоким эрозионным врезам, скорость движения см/год, водообмен и процессы карстообразования протекают весьма медленно.

В природных условиях часты отклонения от общей закономерности, их отобразил Г.А. Максимович:

1. движение п/в в карстующихся г.п. происходит по вертикальной системе трещин. Нисходящий характер, если карстующиеся г.п. подстилаются проницаемыми некарстующимися породами, подошва которых выше УГВ.

2. отмечается зона горизонтально-наклонного движения вод.

3. имеются 2 зоны для карстующихся пород небольшой мощности: вертикальное (нисходящее) и горизонтальное движение.

4. распространены зоны для мощных толщ карстующихся пород, залегающих в придолинных частях рек и прибрежных частей морей: -вертикальная (нисходящая), -горизонтальная, -сифонная (вертикальная).

Гидродинамическая зональность карстовых вод:

I. зона поверхностной циркуляции (вода стекает по поверхности карстового массива, образуя карры, ложбины, поноры, воронки);

II. зона вертикальной нисходящей циркуляции – зона периодической циркуляции или зона аэрации, циркуляция идет до достижения поверхности постоянно существующих карстовых водотоков (IIа – иногда формируются подвешенные водоносные карстовые горизонты; развиты вертикальные пещеры;

III. зона колебаний уровней (переходная), здесь происходит чередование вертикальной и горизонтальной циркуляции за счет сезонного колебания уровня карстовых вод;

IV. зона горизонтальной циркуляции – свободный сток безнапорных вод к окраине карстующегося массива или к речным артериям, наблюдается горизонтальное или субгоризонтальное перемещение карстовых вод, формируются горизонтальные карстовые пещеры;

V. зона сифонной циркуляции – характеризуется напорными водами, которые движутся от водораздельных пространств в надрусловые каналы магистральных рек, наличие сифонообразных опрокинутых каналов;

VI. зона глубинной циркуляции характеризуется движением карстовых вод в направлении базисов разгрузки, движение п/в замедлено, с этой зоной связаны залежи нефти и газа, крупные запасы промышленных вод разного назначения;