Гидрогеологические последствия деградации мерзлых и морозных пород.

Криолитозона: границы, основные криогенные процессы и гидрогеологические особенности. Надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные воды. Криопеги. Талики: надмерзлотные и сквозные. Гидрогеологические последствия деградации мерзлых и морозных пород.

Криолитозона (многолетняя мерзлота)– часть критосферы (область -t°), включающая в себя верхний слой земной коры, характеризующийся наличием льда в слагающих их г.п. и отрицательной t°-ой. Криолитозона распространена в основном в полярных и приполярных областях, в некоторых высокогорных районах южных широт. На территории России она занимает около 50% площади. Многолетняя мерзлота распространена на части Кольского п-ова, на северном Тимане и Полярном Урале и т.д. В пределах Приполярного Урала она образует глубокую излучину на юг, затем входит в пределы Западной Сибири. Многолетняя мерзлота встречена на юге Дальнего Востока, у берега Сахалинского залива, на Камчатке.

В северных и северно-восточных районах многолетняя мерзлота имеет сплошное распространение (зона сплошного распространения многолетней мерзлоты) и мощность ее составляет сотни метров, а температура достигает -7-(-10) до -12⁰С. К южной границе ее мощность уменьшается до десятков или первых сотен метров, здесь встречаются талики (зона многолетней мерзлоты с таликами), а температура пород изменяется от -0,2, -0,3 до -1-(-2)⁰С. Вблизи этой границы многолетняя мерзлота встречается на отдельных участках (зона островной многолетней мерзлоты), мощность не превышает первых десятков метров, а температура изменяется от 0 до -0,1-(-0,3)⁰С.

Широтная и высотная зональность развития многолетнемерзлых пород. Наибольшая мощность ММП =1500м (Анабарский массив), в Антарктиде=неск.км+ледяной покров.

Процессы: 1) собственно криогенные (морозобойное растрескивание и криогенное выветривание, морозное пучение и наледообразование, термокарст), 2) флювиальные, абразионные и водобалансовые (термоабразия, термоэрозия, заболачивание), 3) гравитационные (солифлюкция, оплывы, оползания, осыпания, десерпция, курумообразование).

Морозное пучение – процесс увеличения объема глинистых пылеватых грунтов при промерзании, которое связано с переходом воды в лед. Пучение выражается в поднятии земной поверхности в виде небольших вздутий и бугров пучения.

Бугры пучения– образуются в результате проникновения воды в небольшие пустоты, ее замерзания, увеличения в объеме и последующего оттаивания. Постепенно полость увеличивается в объеме и принимает все большее количество воды. При последующем замерзании и расширении объема кровля полости поднимается и образует бугор. Гидролакколиты (булгунняхи)–крупные бугры вспучивания при замерзании воды в толще ММП.

Наледи– скопление льда на поверхности земли в результате замерзания излившихся подземных и речных вод.

Термокарст – геологическое явление неравномерного проседания или провала почвы и подстилающих г.п. в результате таяния подземного льда. В результате образуются пустоты, возникают провалы поверхности.

Солифлюкция– течение переувлажненного оттаявшего грунта сезонно-талого слоя под действием силы тяжести.

Курумы (каменные реки) – своим движением разрушают сооружения, засыпают полезные с/х площади. Остановить их можно, только преградив к ним доступ воды.

По взаимоотношению подземных вод с ММП, Толстихин предложил выделить: надмерзлотные, мерзлотные, подмерзлотные воды. Позднее к ним были добавлены внутримерзлотные воды и воды таликов (рис.).

Надмерзлотные воды по условиям залегания соответствуют верховодке, т.е. они залегают в толще г.п., ограничены сверху поверхностью Земли, а снизу – верхней границей ММП. Эти воды периодически полностью промерзают, а потом оттаивают (деятельный слой). Это приводит к криогенным явлениям: морозное пучение грунтов, образование бугров пучения, наледей, термокарста. Надмерзлотные воды подразделяются на 3 группы: 1) сезонно-промерзающие, 2) отчасти замерзающие, 3) незамерзающие воды многолетних таликов.

Межмерзлотные воды – подземные воды, залегающие и движущиеся в толще ММП. Межмерзлотные воды связаны с водоносными слоями, зонами трещиноватости и закарстованности, ограниченными и сверху и снизу толщами ММП. Они во всех случаях имеют гидравлическую связь с над- и подмерзлотными водами, образуя с ними единую водоносную систему. Межмерзлотные воды обычно образуют потоки пластовых, трещинных, трещинно-карстовых п/в, естественными границами в разрезе и плане которых являются толщи ММП. Они имеют сравнительно благоприятные условия современного водообмена и представлены обычно пресными и слабоминерализованными водами с t° от долей С° до первых С°. Высокоминерализованные могут быть с -t° (криопэги) – они связаны с зонами разгрузки подмерзлотных рассолов и соленых вод, с пластами засоленных горных пород.

Подмерзлотные воды – подземные воды, залегающие под мерзлой толщей. По условиям залегания являются артезианскими. Отличает их то, что мерзлота затрудняет условия их питания и разгрузки, стабилизирует их режим, и ограничивает площадь их простирания. Могут быть как пресными, так и солеными и рассолами с высокой концентрацией.

Внутримерзлотные воды– ограничены со всех сторон мерзлыми г.п. Это редко встречаемая категория подземных вод, свойственная интенсивно промерзшим г/г структурам. Как правило, эти воды выключены из водообмена, не имеют гидравлической связи с др.типами п/в. Они имеют застойный гидродинамический режим и отличаются переохлаждением (-t°). Внутримерзлые пресные и слабоминерализованные воды с +t° образуют с ММП неустойчивую термодинамическую систему. При протаивании и разрушении мерзлоты они переходят в межмерзлотные воды, при промерзании- переходят в твердое состояние или в переохлажденные высокоминерализованные воды с избыточными «пластовыми» давлениями.

Подмерзлотные и межмерзлотные воды могут находиться в жидком состоянии и при отрицательных температурах. Это криопэги- переохлажденные воды с минерализацией более 30г/л.

Талики – талые г.п., занимающие небольшую площадь и существующие непрерывно в течение года. Они обеспечивают постоянный круговорот воды в промороженных породах. Талики широко распространены (занимают не менее 20% площади распространения ММП). Талики развиты под всеми крупными поверхностными водотоками и водоемами, в зонах «живых» тектонических нарушений, на участках развития хорошо проницаемых отложений по долинам рек, у подножьев склонов, в местах интенсивной разгрузки подмерзлотных вод. Формирование таликов связано с отепляющим воздействием поверхностных вод и теплых глубинных вод, активным движением п/в, повышенной минерализацией, экзотермическими геохимическими процессами.

Талики делятся на надмерзлотные и сквозные.

Надмерзлотные (несквозные) талики залегают на ММП, но относительно глубоко, и поэтому, в течение долгой полярной зимы не промерзают. Они образуются в поймах и на низких террасах речных долин (подрусловые талики), под озерами и озерными террасами (подозерные талики), в конусах выноса у подножья горных склонов (склоновые талики). Причина их возникновения – отепляющее воздействие речных и озерных вод и активный водообмен.

Сквозные талики обеспечивают гидравлическую связь над- и подмерзлотных вод. Сквозные талики образуются в долинах крупных рек, озерных котловинах, зонах тектонических нарушений, в области разгрузки артезианских и грунтовых вод. В зависимости от условий питания делятся:

1) с надмерзлотным питанием.

2) с подмерзлотным питанием.

Талики с надмерзлотным питанием с окружающих склонов обычно встречаются в долинах рек, область их питания – надмерзлотные воды. Здесь при наличии перекрывающих водоупоров формируются большие динамические запасы высоконапорных пресных п/в, которые обеспечивают питьевой водой крупные населенные пункты. Надмерзлотные талики больших наледей обычно не образуют, т.к.в зимний период их производительность резко сокращается и они могут полностью прекратить свою деятельность.

Талики с подмерзлотным питанием развиты преимущественно в зонах тектонических нарушений в области разгрузки подмерзлотных вод. Они могут располагаться на водоразделах, склонах и бортах речных долин. Их роль в процессах водообмена исключительно велика. Разгрузка п/в из подмерзлотных таликов может быть открытой в виде родников и скрытой- подрусловые источники, вдоль тект.разлома. С такими таликами связано формирование крупных наледей на поверхности земли. Размер наледей обусловлен дебитом родников.

Рис. Схема залегания различных по отношению к ММП типов подземных вод (по Н.Н. Романовскому, 1983): А — надмерзлотные воды СТС; Б — воды сквозного дождевально-радиационного талика; В — надмерзлотные воды подозерного несквозного талика; Г — воды сквозного подруслового талика; Е — межмерзлотные воды; Ж — подмерзлотные воды неконтактирующие безнапор­ные; 3 — подмерзлотные воды неконтактирующие напорные; И — подмерзлот­ные воды контактирующие напорные; К — надмерзлотные воды несквозного дождевально-радиационного талика; / — изверженные трещиноватые породы; 2 — щебень и дресва; 3 — суглинки; 4 — пески, галечники; 5 — многолетнемерзлые породы и их граница; 6 — обводненность пород постоянная (а), периоди­ческая (б), 7 — стрелка — направление движения подземных вод; 8 — подошва СТС (б) и CMC (a); 9 -— скважины, стрелкой показана глубина появления и установившийся уровень подземных вод

Гидрогеологические последствия деградации мерзлых и морозных пород.