Файл: Общее мерзлотоведение..pdf

и целые системы артезианских структур, разрез которых в тон или иной степени проморожен в верхней части.

Питание подмерзлотных вод пластовых водоносных горизонтов, как правило, затруднено, особенно в условиях сплошной мерз­ лой зоны. Чередование водоносных и водоупорных пород, харак­ терное для разрезов этого типа, приводит к тому, что многие сквозные талики не являются путями связи подмерзлотных вод с межмерзлотными и надмерзлотпыми [81. Отрицательно для пи­ тания пластовых подмерзлотных вод и то, что в краевой части структур, там, где пласты обнажены на поверхности и где вне мерзлотных районов как раз осуществляется перелив подзем­ ных вод в артезианские бассейны из пород горного обрамления, последние бывают глубоко проморожены и водоупорны. Таким об­ разом, промерзание недр приводит к резкому ухудшению воз­ можностей питания пластовых подмерзлотных вод и локализации очагов в большей степени, чем это свойственно таким же структу­ рам. находящимся вне мерзлой зоны.

Режим пластовых подмерзлотпых вод обычно напорный и более стабилен по сравнению с остальными типами подземных вод мерз­ лой зоны. Однако верхние горизонты пластовых подмерзлотных вод даже при сравнительно большой мощности мерзлой зоны (250— 400 м) испытывают колебания пьезометрических уровней, увязы­ вающиеся, с некоторым отставанием, с колебаниями уровней воды в реках. Это обстоятельство свидетельствует о том, что талики, которым не присущи водопроводящие свойства в силу наличия в них горизонтов водоупорных пород, обладают пьезопроводностью, обеспечивающей гидравлическую связь подмерзлотных и поверх­ ностных вод. Отметки пьезометрических уровней часто остаются низкпмп, ниже поверхности земли, а во многих случаях и ниже уровня моря. Следует отметить, что низкие пьезометрические от­ метки уровней— явление, типичное для верхних подмерзлотных горизонтов пластовых вод, особенно в крупных артезианских бас­ сейнах, вызванное динамикой развития мерзлой зоны и так назы­ ваемым поршневым эффектом [9]. Режим вод глубоких подмерзлотньтх горизонтов изучен крайне слабо, но их напоры и пьезометри­ ческие уровни обычно выше, чем у верхних.

Химический состав и минерализация подмерзлотпых пласто­ вых вод определяются составом и строением пород водоносных го­ ризонтов, условиями их седиментации и последующей инфильтра­ ции поверхностных вод, палеогпдрогеологическими преобразова­ ниями водоносных формаций и комплексов, взаимосвязью с меж­ мерзлотными и надмерзлотпыми водами и процессами криогенной метаморфизации.

В общем случае можно констатировать, что чем больше преры­ вистость мерзлой зоны и меньше ее мощность, тем меньше прояв­ ляются процессы криогенной метаморфизации в составе подмерз­ лотных пластовых вод и тем более благоприятны условия формиро­ вания пресных вод верхних подмерзлотных горизонтов вследствие

206

достаточного водообмена их с поверхностными надмерзлотными и межмерзлотпымн водами. При глубоком промерзании недр верх­ ние пресные водоносные горизонты иногда оказываются полностью промороженными и ниже мерзлой зоны сохраняются от промерзания только крнопэгп. Пластовые подмерзлотные криопэги широко распространены па территории Сибирской платформы, вскрыты на островах Северного Ледовитого океана, в артезианских бассей­ нах Северо-Востока СССР. Воздействие криогенного фактора на формирование криопэгов проявляется как в их низкой температуре, так и в некоторых особенностях химического состава, в частности низких содержаниях карбонатов кальция, сульфатов магния и иных отклонениях в соотношениях основных компонентов минера­ лизации от обычных. Эти же процессы в толщах континентальных отложений при значительных колебаниях нижней поверхности мерзлой зоны приводят к опреснению верхних подмерзлотных го­ ризонтов пластовых вод за счет отжимания вниз и выпадения в не­ растворимый осадок солей при промерзании водоносных комплек­ сов п последующего таяния относительно более пресных подземных льдов в периоды оттаивания мерзлых пород.

Использование пластовых подмерзлотных вод при благоприят­ ном их химическом составе заманчиво из-за незначительного за­ грязнения, и они успешно эксплуатируются во многих районах. При большой мощности мерзлых пород и отсутствии должного обогрева ствола скважины вода в нем замерзает, и сооружение вы­ ходит из строя. Наиболее надежный метод предохранения сква­ жины от замерзания — эпизодический прогрев ствола греющим кабелем. Есть и другие приемы обогрева скважин и их восстановле­ ния при замерзании, например эпизодическая заливка горячей воды, замена столба воды рассолом и т. п.

Т р е щ и н н ы е п о д м е р з л о т н ы е в о д ы широко рас­ пространены в горно-складчатых районах, в различного рода инт­ рузивных п метаморфических массивах. Условия питания, форми­ рования и ресурсы трещинных вод во многом определяются ха­ рактером зоны трещиноватости, ее мощностью, региональным раз­ витием, соотношением с мощностью мерзлых пород. Намечаются следующие три случая (рис. 69):

а) мощность мерзлых пород существенно меньше мощности зоны трещиноватости (выветривания). Подмерзлотная трещино­

ватости (выветривания). Маломощная подмерзлотная трещино­ ватость распространена регионально;

в) мощность мерзлых пород близка мощности зоны трещино­ ватости (выветривания). Маломощная подмерзлотная трещинова­ тость распространена локально и обычно наследует в плане очер­ тания речных долин.

В соответствии с распределением трещиноватости, подмерзлот­ ные воды в массивах трещиноватых пород распространены регио-

20Г

а

Рис. 69. Схема соотношения мерзлых пород и трещинных подземных вод

в различных условиях промерзания и пересеченности рельефа.

1 — м еозлы е п о р о д ы и и х гр а н и ц а ; 2 ■— с к о п л е н и я п одзем н ы х вод — обводненны е

нально или локально. При этом наиболее обводненные зоны воз­ никают на участках пересечения региональной трещиноватости зонами тектонических разломов, выступающих в этих случаях как естественные дренажи.

Питание подмерзлотных трещинных вод определяется степенью прерывистости мерзлой зоны. В районах прерывистого распростра­ нения в подмерзлотную зону трещиноватости могут инфильтроваться атмосферные осадки через сквозные талики водоразделов и склонов южной экспозиции, а также поверхностные и надмерзлотные воды через сквозные талики в речных долинах. В районах сплошной мерзлой зоны подмерзлотные трещинные воды получают питание только через сквозные талики речных долин. Таким обра­ зом, трещинные подмерзлотные воды в основном взаимосвязаны

смежмерзлотными водами сквозных таликов.

Впервом случае режим трещинных подмерзлотных вод в об­ ласти питания обычно безнапорный и характеризуется существен­

ны м колебаниями уровня, определяющимися режимом выпадения осадков. В области стока и разгрузки эти воды приобретают напор, величина которого подвержена тем же изменениям.

208

Во втором случае трещинные подмерзлотныб воды всегда имеют напор. Величина его контролируется уровнями воды в речных до­ линах, через талики, по которым осуществляется питание трещи­ новатой подмерзлотной зоны. Пьезометрическая поверхность боль­ шую часть года располагается вблизи поверхности земли, и только в критический водный период в связи со значительным снижением уровня воды в реках и надмерзлотных подрусловых таликах может понижаться.

В третьем случае характер режима существенно неодинаков в различных участках трещиноватой зоны и меняется сверху вниз по долине реки, хотя напорность и сохраняется. Наиболее значи­ тельные колебания пьезометрических уровней отмечаются в вер­ ховьях долин, в нижней части уровни более стабильны. Общий ход изменения уровней отвечает режиму поверхностных вод.

По химическому составу и степени минерализации трещипные подмерзлотные воды обычно близки к надмерзлотным п межмерз­ лотным, которыми они питаются. Исключение составляют локаль­ ные участки, где происходит подток более глубоких вод тектони­ ческих разломов. Кроме того, во втором случае в силу ограничен­ ности очагов питания, длительности движения воды по талику сквозь мощную толщу мерзлых пород до проникновения в основ­ ную зону трещиноватости и неблагоприятного соотношения мощ­ ности мерзлых пород химический состав трещинных подмерзлотных вод испытывает влияние криогенной метаморфизации. Оно про­ является в некотором повышении минерализации п содержания иона натрия по сравнению с поверхностными и надмерзлотными водами. Повышенная минерализация за счет сульфатных соедине­ ний прослеживается в подмерзлотных трещинных водах сульфид­ ных месторождений.

Трещинные подмерзлотные воды с успехом используются для водоснабжения поселков и горных предприятий. Обычно летом они эксплуатируются вместе с надмерзлотными и межмерзлотными водами, а зимой оказываются единственным источником водоснаб­ жения. Разработаны методы регулирования ресурсов и улучшения качества трещинных вод путем магазинирования поверхностных вод летом.

Т р е щ и н н о - ж и л ь н ы е п о д м е р з л о т н ы е в о д ы имеют локальное распространение, будучи приуроченными к зо­ нам разломов. Питание их осуществляется либо подмерзлотными трещинными водами, либо межмерзлотными водами сквозных та­ ликов речных долин. Взаимосвязью с трещинными подмерзлот­ ными водами, с которыми трещинно-жильные образуют единую гидравлическую систему, определяется состав и режим последних. Исключение составляют восходящие воды глубинных разломов — термальные и минеральные (углекислые), характеризующиеся специфическим химическим составом и более стабильным режимом. Использование трещинно-жильных подмерзлотных вод перспектив­ но, так как зоны разломов обычно обладают более высокой водонос-

постыо чем зона трещин выветривания. Особенно водообнльпы разломы, пересекающие массивы карбонатных закарстоваппых

и другими легкорастворимымн породами, вскрыты многими сква­ жинами в бассейне р. Лены, где они особенно развиты.

Питание этих вод на равнинах осуществляется через сквозные талики, расположенные в речных долинах под некоторыми карсто­ выми воронками, а в горно-складчатых областях также и по зонам разломов. Отмечаются случаи интенсивной инфлюацип в карсто­ вые воронки небольших рек, например р. Ардьях на западе Хаба­ ровского края. Значительно ухудшаются условия питания на тех участках картовых плато, которые с повехностп перекрыты терригенными отложепиями, особенно если мощность последних пре­ вышает глубину вреза речных долин. Тем пе менее на значи­ тельной части территории развития мерзлой зоны условия пита­ ния подмерзлотных карстовых вод относительно благоприятны.

Режим карстовых вод изучен слабо. Однако, принимая во вни­ мание общие гидрогеологические условия территории мерзлой зо­ ны, ограничение площади инфильтрации и инфлюации атмосфер­ ных вод, относительно короткий отрезок времени выпадения дож­ дей, можно высказать предположение, что режим карстовых вод на территории мерзлой зоны будет еще контрастнее, чем за ее пре­ делами. Особенно это относится к горным районам, где карстовые пустоты сочетаются с трещинами разломов и действительные ско­

рости движения подземных вод,

мерзлотные карстовые воды имеют часто натриевый состав, что от­ личает их от обычных карстовых вод районов, не охваченных мерз­ лой зоной. Территории распространения сульфатного или соляно­ го карста характеризуются соответственно сульфатным или хлорид-

210