Файл: Общее мерзлотоведение..pdf

и мерзлыми породами, по существу, имеется глубокий антагонизм состояний: вода, отдавая свою тепловую энергию мерзлой породе, стремится вывести ее из мерзлого состояния, мерзлая порода, на­ оборот, поглощая тепловую энергию воды, стремится превратить воду из жидкого тела в твердое — лед.

Б результате для каждого района мерзлой зоны при данных климатических условиях устанавливается некоторое подвижное равновесие между количеством наземной и грунтовой воды в жид­ ком виде, с одной стороны, н характером мерзлых пород — сте­ пенью их географической прерывистости, мощностью и темпера­ турой — с другой. Доказанная в некоторых пунктах мерзлой зоны деградация, а также признаки потепления климата последних лет дают возможность предположить, что в наше время межмерзлот­ ные талики увеличиваются в размерах. Разумное вмешательство человека в этот процесс может стимулировать его усиление. От­ таивание «мертвых запасов» воды ежегодно освобождает все новые

иновые массы ее из «векового плена» и приводит к увеличению объема таликов как вместилищ подземных вод, а следовательно,

иих ресурсов.. Кроме того, «освобожденная вода» поступает в большой круговорот воды в природе. Процесс освобождения воды

иперехода мерзлых водоносных горизонтов в активное состояние должен отразиться прежде всего в повышении стока.

Распространение и условия питания межмерзлотных вод во многом определяются характером талика, вмещающего эти воды. Схематизируя все многообразие таликов, встречающихся в при­ родных условиях, можно наметить:

1.Несквозные талики, развивающиеся под промерзающими озерными котловинами, аласами, в речных террасах н конусах выноса. Горизонты межмерзлотных вод данного типа таликов имеют связь с поверхностными и надмерзлотными водами, обеспе­ чивающими их питание.

2.Замкнутые талики, приуроченные к различным формам рельефа. Горизонты межмерзлотиых вод такого типа таликов обычно представляют собой линзы и не связаны с поверхностными надмерзлотными или подмерзлотными водами.

3.Сквозные талики. Под озерами и крупными реками равнин в условиях платформ эти талики имеют площадное распростране­ ние, их воды могут быть связаны с поверхностными, надмерзлот­

и не быть. В долинах горных рек и зонах разломов ширина сквоз­ ных таликов во много раз меньше их длины, они представляют собой глубокие протяженные щели, ориентированные вертикально или близко к этому. Межмерзлотные воды таких таликов питаются надмерзлотными и поверхностными или глубинными подмерзлот­ ными водами. В долинах горных рек нередки случаи, когда меж­ мерзлотные воды одного и того же талика в различное время года питаются то надмерзлотными водами, то подмерзлотпыми. Возник-

201'

новепие и сохранение сквозных таликов в долинах горных рек определяется интенсивным конвективным теплообменом мощного подруслового потока, обусловленным высокими фильтрационными свойствами песчано-гравийио-галечпых аллювиальных отложений горных долин. Внешне эти талики фиксируются полосой листвен­ ного леса из тополя и ивы, приуроченного к руслу и пойменной террасе (см. гл. XI), а также многочисленными нисходящими ис­ точниками, бьющими непосредственно в пределах речных пойм и низких террас. Зимой па таких участках часто возникают полыньи и крупные наледи.

Выяснено, что на востоке Якутии и в Магаданской области сквозные талики возникают в долинах рек при площадях водосбор­ ных бассейнов около 25—100 км2. В горных районах большой ин­ терес представляют также межмерзлотные воды таликов в конусах выноса. Будучи непосредственно связаны с надмерзлотнымп и межмерзлотными водами речных долин, горизонты подземных вод в конусах выноса находятся в весьма благоприятных условиях питания и могут содержать значительные ресурсы.

В качестве особого типа межмерзлотных вод следует выде­ лить криопэги морских побережий и линзы криопэгов, развива­ ющиеся у нижней поверхности мерзлой зоны. Последние типичны для тех разрезов, где мощность мерзлой зоны существенно мень­ ше мощности пояса отрицательных температур. В частности, они описаны в районе г. Мирного в Якутии. В бассейне р. Вилюй выявлены межмерзлотные воды несквозного талика в зоне разлома.

Основное условие существования межмерзлотных таликов — динамика их вод, что сохраняет водоносные пути от промерзания. Огромная роль межмерзлотных таликов заключается в том, что они являются путями связи падмерзлотпых и подмерзлотных вод, путями питания и разгрузки последних. По форме залегания меж­ мерзлотные воды могут быть пластовыми и жильными. Пласто­ вые межмерзлотные воды обычны для таликов, сформировавшихся в горизонтально-слоистой толще пород, жильные залегают в тре­ щиноватых породах, в зонах тектонических разломов. Пледует от­ метить особые условия движения межмерзлотных вод в таликах, представляющих собой природные трубы овального сечения в льди­ стых песчаниках или грубообломочных породах. Расход воды в трубах до 100 л/с и более (по данным В. М. Максимова для райо­ на Якутска и В. Т. Балобаева для района Алданского щита). Узкие щелевидные талики горных речных долин несут норовые или пластовые воды в верхней части разреза, в пределах толщи аллювия, и жильные — в зоне подстилающих мерзлых пород. Все они взаимосвязаны в единую гидравлическую систему [5].

Режим межмерзлотных вод разнообразный. Как правило, это воды напорные. Амплитуда и характер колебаний пьезометриче­ ского уровня определяется характером таликов, условиями пита­ ния и взаимосвязи с водами других типов.

202

Пьезометрический уровень межмерзлотпых вод несквозпых та­ ликов под промерзающими озерными котловинами, аласами, в реч­ ных террасах обычно контролируется уровнем воды в остаточном озере усыхающей котловины или уровнем воды в реке, в этих случаях амплитуда колебаний пьезометров невелика. Межмерзлот­ ные воды полностью замкнутых таликов обычно безнапорные или елабонапорпые. Высокие напоры возникают только при неста­ ционарном тепловом н химическом режиме талика, при его про­ мерзании. Однако и в этом случае в силу отсутствия источников питания первая же скважина приведет к излиянию воды и уста­ новлению напорного уровня не выше поверхности земли.

Наиболее сложен режим межмерзлотных вод сквозных таликов горных рек. Их воды могут быть безнапорными — нисходящими, напорными — восходящими и напорно-безнапорными с перемен­ ным направлением движения. Как правило, велики и амплитуды колебания уровней в течение года — в сквозных таликах горных районов они измеряются десятками метров. Более стабилен режим межмерзлотных вод в сквозных нодозерпых таликах и в долинах равнинных рек. Уровни верхних водоносных горизонтов таких таликов обычно контролируются уровнями поверхностных вод, амплитуды их невелики.

Химический состав межмерзлотных вод, так же как и режим, определяется особенностями талика, составом поверхностных, надмерзлотных и подмерзлотных вод и их взаимосвязью с межмерз­ лотными водами.

Воды несквозных таликов в основании промерзающих озерных котловин, под аласами, усыхающими и промерзающими озерами испытывают существенное влияние процессов криогенной метаморфизацпи, приводящих к возрастанию минерализации и пере­ распределению ионного состава в связи с выпадением отдельных солей в осадок, обменно-адсорбционными и биохимическими про­ цессами, описанными Н. П. Анисимовой [7]. Наиболее ярко кри­ огенная метаморфизация проявляется в водах полностью замкну­ тых таликов, минерализация которых повышается от долей грам­ ма в 1 л до 20—80 г/л, а при наличии сульфидной вкрапленности во вмещающих породах — до 250 г/л.

Температура межмерзлотных вод обычно низкая, измеряется долями градуса, иногда первыми градусами. В полностью зам­ кнутых таликах межмерзлотные воды постепенно приобретают отрицательную температуру и не замерзают лишь в силу высокой концентрации солей. Так формируются межмерзлотные криопэги. Наиболее высокие температуры свойственны межмерзлотным во­ дам, питающимся за счет глубоких подмерзлотных горизонтов. В частности, межмерзлотные воды зон разрывных нарушений могут быть и термальными. Воды сквозных таликов обычно испы­ тывают меньшее влияние процессов криогенной метаморфизации и отражают в зависимости от условий питания состав надмерзлотных, поверхностных или подмерзлотных вод. Тем не менее зимой

203

1

наблюдается некоторое возрастание их минерализации, особенно характерное для вод надмерзлотного и подмерзлотного питания, в связи с подтоком глубоких и более минерализованных подмерзлотных вод.

Использование межмерзлотных вод имеет большое значение в обеспечении водой поселков и промышленных предприятий Се­ вера. Наиболее успешно используются воды сквозных таликов б речных долинах, водозабор которых осуществляется нли гале­ реями, закладываемыми поперек подруслового талика, или сква­ жинами, задаваемыми на всю мощность мерзлой зоны, одновре­ менно эксплуатирующими как верхнюю часть горизонта мен,мерз­ лотных вод из аллювиальных отложений, так и нижнюю из тре­ щиноватых пород основания. Значительные снижения уровней и ресурсов межмерзлотных вод зимой привели к разработке во ВНИИ-1 (Магадан) специальных методов регулирования ресур­ сов этих вод. В Якутии успешно используются и межмерзлотные воды таликов иод озерными котловинами и аласами. Препятствием для их эксплуатации обычно служит неблагоприятный состав и повышенная минерализация, часто требующие специальной пред­ варительной обработки воды перед подачей потребителю. Неко­ торые вопросы использования межмерзлотных вод для водоснаб­ жения и методы их эксплуатации изложены в работе [8]. Следует очень внимательно подходить к притоку межмерзлотных вод в горные выработки, ибо он приводит к расширению водоносных путей вследствие оттаивания подземных льдов, что в конечном итоге может повлечь затопление выработок. Подобные примеры имеются на некоторых рудниках Забайкалья и на руднике Раз­ дельном о. Вангач. На последнем был вскрыт незначительный водоносный тракт межмерзлотных соленых вод на отметке 49 м. Ничтожный вначале приток постепенно вырос настолько, что руд­ ник был затоплен. Увеличение живого сечения таликов в про­ цессе эксплуатации подземных вод описано Г1. Н. Калмыковым для талика в долине р. Ольчан.

Подмерзлотные воды. В широком смысле подмерзлотными на­ зывают все воды, залегающие под мерзлыми породами — и не­

посредственно соприкасающиеся с их нижней поверхностью, п более глубокие.

По отношению к мерзлой зоне можно различать воды, залегаю­ щие в первом от ее поверхности горизонте, и воды более глубокие. В свою очередь, воды, близкие к нижней поверхности мерзлой зоны, подразделяются Н. Н. Романовским, Н. А. Ведьминой на контактирующие, для которых мерзлые породы образуют во­ доупорную кровлю, и нсконтактирующие, обладающие свобод­ ной поверхностью.

По условиям залегания подмерзлотные воды, как и воды не­ мерзлотных районов, могут быть подразделены на норовые, пласто­ вые, трещинные, трещинно-жильные и карстовые. Возможны и промежуточные типы скоплений подземных вод. Условия зале-

204

Р и с . 6 8 . С х е м а з а л е г а п и я п о д м е р з л о т н ы х в о д в а л л ю в и а л ь ­

гания и особенности литологического состава водоносных гори­ зонтов во многом определяют степень и характер воздействия мерзлой зоны на формирование подмерзлотных вод.

По характеру взаимосвязи с поверхностными, надмерзлотными и межмерзлотными водами подмерзлотные воды можно подразделить на взаимосвязанные с водами сквозных таликов и невзаимосвя­ занные.

П о р о в ы е п о д м е р з л о т н ы е в о д ы , как правило, формируются в аллювиальных отложениях, в долинах южной окраины мерзлой зоны, где мощность мерзлых пород меньше мощ­ ности аллювия.

Распространены они локально, в пределах днищ долин. Эти воды всегда взаимосвязаны с надмерзлотными и межмерзлотными, питают их атмосферные осадки или воды реки, что видно из рис. 68. Мощность и распространение мерзлых пород определяют и харак­ тер напора.

Режим такого рода подмерзлотных вод тесно связан с режимом реки и выпадения осадков и близок к грунтовым водам. Темпера­ тура их обычно около нуля, но всегда положительная. На хими­ ческий состав и минерализацию подземных вод аллювиальных отложений криогенные процессы существенно не влияют. Воз­ можности загрязнения подмерзлотного аллювиального горизонта несколько ниже, чем надмерзлотного.

Подмерзлотные воды аллювиальных отложений речных долин

в осадочных отложениях различного возраста, состава и генезиса. Они пользуются региональным распространением в пределах платформ и межгорных впадин, образуя артезианские бассейны

205