Суффозионно-карстовые формы рельефа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

на тему: Суффозионно-карстовые формы рельефа

Содержание

Введение

1. Карст и суффозионно-карстовые явления. Условия образования и развития

2. Карстовые формы рельефа

2.1 Поверхностные карстовые формы рельефа

2.2 Подземные карстовые формы рельефа

3. Карстовые отложения

Заключение

Литература

Приложение

Введение

Темой данной курсовой работы является карст. Я считаю, что о карсте должен знать каждый геолог, так как в учении о карсте (карстоведении) развиваются разные научные направления. Наиболее широко представлены географическое и геоморфологическое. Вместе с тем карст является результатом определенных преобразований горных пород. В ходе их осуществляются разрушение породообразующих минералов, транспортировка веществ и накопление новообразований. Следовательно, в учении о карсте имеется круг проблем, решаемых геологическими науками. Обсуждение этих проблем на основе обширного фактического материала представляет научный и практический интерес. Также карст существенно влияет на ландшафтные особенности территории, ее рельеф, сток, подземные воды, реки и озера, почвенно-растительный покров, хозяйственную деятельность населения. В карстовых областях находятся богато украшенные природой сказочные подземные дворцы-пещеры.

Цель курсовой работы: выявить особенности распространения суффозионно-карстовых форм рельефа.

Задачи курсовой работы:

1. Раскрыть понятие карста и суффозионно-карстовых явлений.

2. Охарактеризовать факторы, влияющие на развитие карстового процесса и формирование карстовых форм рельефа.

3. Дать описание основных подземных и поверхностных карстовых форм рельефа.

Курсовая работа «Суффозионно-карстовые формы рельефа», которая состоит из 3-х глав, введения и заключения, включает в себя 31 страницу, 6 рисунков, 1 таблицу и приложение.

суффозионный карст рельеф подземный

1. Карст и суффозионно-карстовые явления. условия образования и развития

Под карстом следует понимать совокупность геологических процессов и явлений, вызванных растворением подземными и (или) поверхностными водами горных пород и проявляющихся в образовании в них пустот.

Карстовый процесс сопровождается суффозией, изменением свойств горных пород, деформациями поверхности (провалы, оседания, воронки), приводящими к созданию характерного рельефа местности, формированием особого характера циркуляции и режима подземных вод, изменением морфологии и режима и гидрографической сети.

Возникновение и развитие коррозионного процесса и образование карста обусловлено наличием растворимых горных пород (известняки, доломиты, мел, гипсы, ангидриты, каменная соль и т.п.), их водопроницаемостью (пористостью и трещиноватостью), присутствием движущихся вод и их растворяющей способностью. Существенное влияние оказывают геологическое строение территории, рельеф местности, характер растительности и климат.

Различная растворимость пород обусловлена энергией кристаллических решеток слагающих их минералов (для каменной соли эта величина составляет 183 ккал/моль) и крупностью частиц (мелкие зерна при всех прочих равных условиях растворяются быстрее).

Среди внешних факторов на растворимость минералов существенно влияют общая минерализация и химический состав растворяющих вод, а также давление. Среди карстовых вод наиболее распространены слабо минерализованные вадозные воды, насыщающиеся в процессе инфильтрации через почвенный слой свободной углекислотой, а также органическими кислотами, обменным водородом и другими веществами, увеличивающими их агрессивность. Источником углекислоты (и иных агентов коррозии) в водах могут выступать кроме того выветривающиеся породы и руды, выбросы промышленных предприятий. Дополнительный вклад в повышение агрессивности вадозных растворов могут вносить поступающие морские воды (насыщенные NaCl, MgCl2, Na2SO4, влияющими на кинетику растворения известняка), воды болот, насыщенные органическими кислотами, микробиологическая деятельность, продуцирующая многочисленные органические соединения и многие другие факторы. Другим источником вод выступают глубинные термальные растворы, связанные с постмагматическими и метаморфическими процессами; это горячие (до первых сотен °С) напорные воды, характеризующиеся высокой минерализацией и химической агрессивностью.

Два принципиально разных источника вод (с присущими им гидродинамическими, химическими и прочими различиями) позволяют разделять карстовые явления на экзокарстовые и эндокарстовые. Экзокарстовые обязаны своим развитием водам экзогенного происхождения - главным образом это проникающие с поверхности вадозные воды (инфильтрационные - просачивающиеся с поверхности через рыхлые породы; инфлюационные - проникающие вниз по трещинам и пустотам; конденсационные - образующиеся из пара), в меньшей степени седиментационные (погребенные в осадках). Эндокарстовые явления (или гидротермокарст) связаны с напорными горячими восходящими водами, движущимися из глубин к поверхности.

Важную роль, и притом двоякую, на развитие экзокарста оказывает растительный покров: с одной стороны, лесная подстилка и гумус обогащают воду свободной углекислотой, увеличивая ее растворяющую способность, с другой - глинистый элювий, образующийся на покрытых растительностью территориях, уменьшает инфильтрацию и размывающую силу поверхностных вод.

Гидрогеохимическая оценка интенсивности развития карстового процесса проводится по степени агрессивности подземных вод по отношению к карстующимся породам, т.е. количеству воднорастворимой породы, способной перейти в раствор, и по количеству воднорастворимой горной породы, выносимой подземными водами с единицы площади, или объема карстующихся пород в единицу времени [13].

Наличие движущейся воды является обязательным условием проявления и развития карста. В результате движения карстовых вод возникает водообмен, интенсивность которого характеризуется отношением годового расхода всех карстовых источников и разгружающихся вод, к общему объёму подземных вод карстующегося массива или его частей. Численная величина коэффициента водообмена зависит от водопронцаемости пород, условий дренажа и питания карстовых вод, климатических условий и других факторов. По отношению к подземным водам карстующиеся породы следует подразделять на залегающие в зоне аэрации, в зоне водонасыщения, а также в переходной зоне колебания уровня карстовых вод, которая в определенных условиях может составлять десятки метров и являться определяющей для оценки карстоопасности.

В каждом массиве, сложенном целиком или частично карстующейся породой, есть области питания, движения и разгрузки подземных вод (рисунок 1). В области питания экзокарста атмосферные осадки, воды поверхностного стока поглощаются трещинами по нормали и отводятся вглубь массива. В области движения вода движется по вертикальным каналам и трещинам (зона вертикальной циркуляции), заполняя их эпизодически. На менее проницаемой породе образуется горизонт карстовых вод (зона горизонтальной циркуляции). В некоторых случаях вода в этой зоне движется по разобщенным каналам. Промежуточное положение занимает зона сезонных колебаний уровня карстовых вод. В нижних частях массивов карстовые воды могут приобретать напор и разгружаться по восходящим каналам в зоне сифонной циркуляции. Область разгрузки включает участки выхода карстовых вод за пределы карстующейся породы. Разгрузка карстовых вод может быть наземной или родниковой, субаквальной на дне озер, рек, морей и подземной - в виде перетока карстовых вод в некарстующийся отложения.

Рисунок 1 - Схема гидродинамических зон карстового массива, прорезанного рекой (по Г.А. Максимовичу, 1958).

Условные обозначения: I - зона поверхностной циркуляции, II - зона вертикальной нисходящей циркуляции; IIа - подзона подвешенных вод на местных водоупорах, III - зона колебания уровня карстовых вод или переходная, IV - зона горизонтальной циркуляции, V - зона сифонной циркуляции напорных вод, VI - зона поддолинной или подрусловой циркуляции, VII - зона глубинной циркуляции. Карстовые источники зон циркуляции: А - вертикальной нисходящей, В - подвешенных вод, В-Д - сифонной, Г - переходной, Е - разгрузка вод зоны горизонтальной циркуляции в речные отложения.

Глубинные воды эндокарстовых массивов движутся, напротив, из глубин к поверхности. При снижении напора эти восходящие воды разгружаются в горизонтальной плоскости (как и экзокарстовые воды в зоне горизонтальной циркуляции). Таким образом, гидротермокарсту свойственны две гидродинамические зоны: нижняя - вертикальной циркуляции, верхняя - горизонтальной циркуляции [7]. Часть вод может достигать поверхности, образуя термальные источники, либо вскрываться скважинами (гидросульфидные, азотные бессульфидные термы, углекислые воды).

Одним их самых важных условий развития карста является степень водопроницаемости пород, обусловленная размером и количеством сообщающихся между собой пор, каверн, трещин, а также разрывных нарушений разного порядка. Чем более водопроницаема порода, тем интенсивнее развивается процесс растворения.

Трещины в зависимости от происхождения (литогенетические (диагенетические), тектонические и трещины выветривания) имеют ряд особенностей. Диагенетические трещины, зависящие от литологического состава пород, связаны с отдельными пластами или небольшими пачками слоев. Трещины выветривания характеризуются изменчивостью ориентировки, частым ветвлением и извилистостью. Частота и характер трещин выветривания зависят от состава, текстуры и структуры пород, от строения и ориентировки поверхности обнажения. Степень разрушения пород и частота трещин, вызванных процессами выветривания, с удалением от дневной поверхности уменьшается. Тектонические трещины, формирующиеся в ходе деформации, величина которой превышает предел прочности массива пород, образуют ориентированные по одному плану в породах различного состава системы (парагенезисы трещин отрыва, скалывания и иногда сплющивания), контролируемые характером поля деформации. По тектоническим крутопадающим зонами трещиноватости и разломам формируются постепенно увеличивающиеся карстовые полости рядов:

щель > труба > колодец > шахта > пропасть; щель > труба > ход > коридор > зал > тоннель > подземный каньон > обвальный зал. По пологим: щель > труба > ход > лаз > подземная долина или обвально- пластовый зал.

На поверхности зоны трещиноватости контролируют водотоки, а фильтрация из них вглубь карстового массива приводит к интенсивной коррозии, нередко сопровождающейся образованием глыбовых навалов.

Интенсивность карстообразования определяется и мощностью карстующихся пород. При малой мощности исключается возможность возникновения больших пустот. Более того, маломощные слои растворимых в воде пород часто переслаиваются с глинами, иногда перекрываются глинистыми отложениями, что препятствует циркуляции воды. В породах прикрытых, изолированных с поверхности более молодыми водонепроницаемыми слоями, карст (связанный с вадозными водами) развивается слабо или вообще не образуется, в отличие от пород, обнаженных или прикрытых рыхлыми водопроницаемыми породами малой мощности или почвенно-дерновым покровом.

Важную роль в развитии карста играет климат. Относительно большое количество осадков, особенно в виде дождей, и малое испарение определяют повышенные значения поверхностного и подземного стока, большую интенсивность водообмена и циркуляции воды в приповерхностных горизонтах горных пород и соответственно развитие процессов растворения и выщелачивания. Следовательно, отмечается рост интенсивности карста при переходе от районов с сухим климатом к тропикам и субтропикам.

Количество осадков и величина стока - важнейшие факторы, определяющие интенсивность развития карста при равных условиях растворимости и скорости растворения горных пород.

Значительное влияние на развитие карста оказывает рельеф. Карст встречается как на равнинах, так и в горных странах, но в последних он обычно проявляется сильнее, разнообразнее и охватывает толщи горных пород на более значительную глубину. В горных районах денудационные процессы всегда более интенсивны, поскольку здесь растворимые породы чаще выходят непосредственно на поверхность и быстрее вовлекаются в сферу действия коррозионного процесса. К тому же они значительно дислоцированы, трещиноваты и раздроблены, следовательно, водообмен сильнее, скорости движения подземных вод выше. Все это способствует развитию карста, распространению его на глубину и формированию различных глубинных форм.

На равнинах карстующиеся породы прикрыты толщами рыхлых пород, и поэтому поверхностные формы карста не имеют большого разнообразия, хотя и возникают иногда неожиданно, катастрофически быстро в виде провалов и оседаний. Наиболее интенсивно карстовые процессы протекают на речных террасах, склонах долин, в краевых частях водоразделов, где покрывающие отложения частично или полностью размыты. Развитию карста способствуют также высокие градиенты подземного потока и выходы подземных вод в руслах рек и береговых откосах (рисунок 2).

Рисунок 2 - Изменение характера и степени закарстования гипсов в по мере удаления от реки [1].

Условные обозначения: 1 - террасовые суглинки, 2 - аллювий террас, 3 - глины, 4 - слой известняков, деформированные оседаниями глинистые отложения, 6 - отложения подземных пустот, 7 - мергельные слои, 8 - подстилающие гипсы карбонатно-песчаниковые отложения.

Гидрологическими и гидрогеологическими проявлениями карста являются: исчезающие ручьи и реки, участки с частичной потерей воды в реках, локальные продольные депрессии, крупные карстовые источники, очаги разгрузки карстовых вод в руслах рек и озер, субмаринные источники, карстовые озера (поверхностного питания, подземного питания, смешанного питания), подземные реки.

С карстом внешне сходны явления, возникающие во льду и мёрзлых грунтах (термокарст), в мелкообломочных и пористых грунтах («кластокарст», «глинистый карст», механическая суффозия, просадки); в их развитии основную роль играют физические процессы -- механическое воздействие движущейся воды, таяние льда и пр.

Процессы, связанные с выщелачиванием солей из рыхлых грунтов, с растворением известкового и гипсового цемента песчаников и конгломератов, составляют группу карстово-суффозионных явлений. Вода растворяет только включения или цемент, а основная масса породы (глинистые, пылеватые частицы, песок) удаляется механическим действием движущейся воды - суффозией. Развитие суффозии характеризует фильтрационное разрушение, фильтрационную неустойчивость горной породы или заполнителя трещин и карстовых полостей. При механической суффозии фильтрующаяся вода отрывает от породы и выносит во взвешенном состоянии целые частицы (глинистые, пылеватые, песчаные); при химической - вода растворяет минеральный цемент породы (гипс, соли, карбонаты) и выносит продукты разрушения. Основные причины развития суффозионных явлений являются либо большие скорости движения фильтрационного потока, либо возникновение в подземных водах значительных сил гидродинамического давления. Это вызывает отрыв и вынос частиц во взвешенном состоянии.

Согласно исследований В.С. Истоминой (1957г.) чем больше неоднородность породы, тем при меньших градиентах начинается суффозия.

Химическая суффозия является начальным этапом суффозии засоленных грунтов. При наличии в грунтах водорастворимых солей последние сначала начинают растворяться, а затем вымываться из грунта. Это приводит к размягчению ослаблению солевых связей, в результате чего отдельные частицы грунта отрываются и выносятся; происходит увеличение пористости, возникают турбулентное движение и повышенные градиенты.

Химическая суффозия может возникнуть в случае соответствующего солевого состава грунтов и определенных гидрогеологических условий и проявиться либо в образовании пустот в грунте, либо в виде суффозионной осадки слоя грунта. Может проходить длительное время и выщелачивать не только карбонаты и другие сравнительно легко растворимые вещества, но и кремнезем.

Независимо от типа суффозия может происходить в глубине массива пород или вблизи поверхности земли. В глубине массива может в отдельном слое или толще неоднородных по составу пород; на контакте двух слоев, сложенных породами разного состава; в неоднородном заполнителе трещин, зон тектонических нарушений или карстовых полостей. Вблизи поверхности земли при естественном или искусственном изменении гидродинамических условий суффозия проявляется в формировании воронок депрессии.

Суффозионные процессы часто возникают на склонах речных долин и берегах водохранилищ при быстром спаде паводковых вод или сбросе лишних вод, в местах выхода на поверхность грунтовых вод, на орошаемых территориях.

При прогнозе величины суффозионной осадки следует учитывать: 1) в глинистых грунтах с содержанием глинистых частиц более 40 % осадка практически не проявляется; 2) наибольшая осадка наблюдается при высокой засоленности и большой пористости грунтов; 3) величина и характер протекания осадки во времени во многом зависят от химического состава фильтрующейся в грунте воды.

Суффозия является основой «глинистого карста», связанного с карбонатными и гипсоносными глинами, суглинками и мергелями. Глинистый карст типичен для областей с сухим, полупустынным и пустынным климатом. Формы рельефа напоминают «слепые» карстовые воронки, подземные каналы и пр.

B естественных условиях суффозия развивается сравнительно медленно (годы, десятки лет); под влиянием техногенных факторов её скорость резко возрастает. Наиболее интенсивно она протекает на участках сосредоточенной фильтрации в районах возведения плотин или водохранилищ, при длительных откачках подземных вод из открытых (карьеры, котлованы) и подземных горных выработок.

Необходимо учитывать, что и активность карстовых процессов зависит от антропогенной деятельности: нарушение цельности растительного покрова (вырубка лесов, распашка земель, выпас скота); изменение химического состава и температуры подземных вод за счет сброса промышленных, бытовых и сельскохозяйственных стоков; изменение динамики и химического состава подземных вод при разработках полезных ископаемых; появление избыточных напоров и градиентов вертикальной фильтрации при подтоплении, создании водозаборов и пр.

Строительство в районах с развитием кастовых и суффозионно- карстовых процессов связано со значительными трудностями, так как пустотность снижает прочность и устойчивость пород и может вызвать недопустимые осадки или даже полное разрушение конструкций. Карстовый процесс особенно опасен для гидротехнических сооружений - через карстовые пустоты возможны утечки воды из водохранилищ, каналов. Для проектирования зданий и сооружений в карстовых районах необходимо проведение детальных инженерно-геологические исследований, которые должны носить комплексный характер (с применением гидрологических, гидрогеологических, геофизических и других методов исследования) [12, 13].

2. Карстовые формы рельефа

Специфика карстового рельефа заключается в преобладающей в нем роли замкнутых отрицательных форм, образующихся при выносе с земной поверхности подземным путем через карстовые пустоты продуктов коррозионного процесса. При этом продукты растворения, выщелачивания и частично суффозионного выноса и размыва могут находится в растворенном, взвешенном состояниях и даже в виде крупных обломков, образовавшихся при обрушении пород в подземных полостях.

Карстовые формы рельефа подразделяются на поверхностные и подземные (таблица 1).

Таблица 1. Основные карстовые формы (по Д.С. Соколову, 1962) [11].

Класс (по месту проявления карстовых форм)	Карстовые формы	Процессы, обуславливающие развитие карстовых форм
В растворимых породах
Поверхностные	Карры субаэральные	Растворение метеорными водами и эрозия на крутых склонах
	Карры и каверны рифов	Растворение при участии морских вод
	Ниши	Растворение и выветривание с участием подмыва
	Воронки: выщелачивания, провальные	Растворение Растворение и обрушение
	Долины: слепые, полуслепые Котловины и поля	Растворение и эрозия; эрозия и растворение; эрозия, растворение, обрушение
Подземные	Колодцы, шахты и пропасти	Растворение, обрушение, эрозия
	Закарстованные трещины	Растворение
	Пещеры, каналы и прочие полости	Растворение в сочетании с подземной эрозией и обрушением
	Каверны и вторичная пористость	Растворение
В нерастворимых породах (в ходе суффозии)
Поверхностные	Карстово-суффозионные воронки, карстово-эрозионные овраги	Суффозия с выносом материала в подземные карстовые полости
	Карстово-эрозионные поля	Эрозия с выносом ее продуктов в подземные карстовые полости
Подземные	Карстово-суффозионные провальные шахты и воронки, карстово- суффозионные каналы и полости	Суффозия с выносом материала в подземные карстовые поля, обрушения

2.1 Поверхностные карстовые формы рельефа

К поверхностным карстовых формам относятся карры, желоба и рвы, воронки, блюдца и западины, котловины, полья, останцы, навесы, ниши и др.

Карры являются микроформами карстового рельефа и представляют собой рытвины и борозды как правило глубиной от нескольких см до 1-2 м и более, развивающиеся на обнаженной или частично задернованной поверхности. Борозды и разделяющие их гребни либо протягиваются почти параллельно друг другу, совпадая с направлением уклона рельефа или падения слоёв горных пород, либо располагаются хаотично, ветвятся и сливаются друг с другом. Морфологически карры подразделяются на желобковые, стенные, лунковые, трубчатые (в виде трубообразных цилиндрических углублений в гипсах), каменицы, карры в виде следов, бороздчатые, меандровые и трещинные. Наиболее крупные по масштабности проявления стенные карры - крупные вертикальные борозды и желоба, образованные на крутых известняковых обрывах (наиболее выразительны в обрывах останцов тропического карста), межпластовые (рисунок 3) и русловые (рисунок 4) карры.



Рисунок 3 - Межпластовые карры (по Б.А. Вахрушеву и др., 1991), имеющие бороздчатую и лункообразную морфологию.

Рисунок 4 - Русловой карр в днище карстовой долины в пределах Бзыбского массива (по Вахрушеву Б.А. и др., 2001) [2].

Образование карров связано с корродирующим воздействием дождевых, талых, почвенных и др. вод и наличием на поверхности пород трещин различного генезиса. При отсутствии трещин карры образуются вследствие избирательного воздействия агрессивных вод. Избирательность коррозии обусловлена: особенностями карстующейся породы - структурой и текстурой, анизотропностью химического состава породы, изменчивостью литологии, наличием стяжений сульфидов, кремнезема и др., условиями залегания и геометрией обнажения слоев породы, изменением химизма и агрессивности поверхностных вод и др.; положением карстующихся поверхностей (субгоризонтальным, субвертикальным, наклонным); физико- географической обстановкой каррообразования - наличием снежников, регулирующих поступление талых вод, растительностью и рядом других подобных факторов.

Обширные площади, покрытые каррами, называют карровыми полями.

Карстовые желоба и рвы представлены линейно вытянутыми, с крутыми бортами и выположенными обвально-осыпными аккумулятивными днищами, понижениями карстового рельефа. Развиваются вдоль раскрытых тектонических или гравитационных (трещин разгрузки, бортового отпора и др.) трещин и сопровождаются коррозионной моделировкой. Часто карстовые рвы формируются в тыловых частях крупных блоков отседания (коррозионно-гравитационные рвы) или сбросовых ступеней (коррозионно- тектонические рвы). Протягиваются на десятки и сотни метров, а иногда и на несколько километров, достигая различной ширины и глубины. На концах они замкнуты, на дне могут иметь многочисленные углубления.

Навесы и ниши часто представляют собой чисто поверхностные образования, возникающие из-за более интенсивного выщелачивания отдельных слоев или пачек слоев стекающими по обрыву водами, при большом значении биохимического выветривания (под действием поселяющихся на периодически увлажняемых поверхностях низших растений). В процессе образования более глубоких ниш существенное значение приобретают коррозия за счет вод, просачивающихся по трещинам в горной породе, и, кроме того, обрушение глыб породы из-за расширения трещин вследствие выщелачивания их плоскостей.

Воронки - наиболее распространённая карстовая форма - замкнутые впадины, образующиеся в результате провалов и локальных оседаний грунта. Размеры типичных воронок колеблются от 1-2м до 50-200 м в поперечнике, по глубине от 0,5-2м до 10-20м. Нечетко выраженные мелкие воронки называют блюдцами и западинами.

Воронки имеют разнообразную форму: в плане - коническую, котлообразную, блюдцеобразную либо в виде ям неправильной формы и т.д., в поперечном сечении бывают симметричными, но часто ассиметричными, с пологими или крутыми склонами.

Размеры и форма карстовых воронок зависят от состава карстующихся пород, их трещиноватости, слоистости, от рельефа и других факторов. Воронки, находящиеся на горизонтальной или слабо наклонной поверхности имеют, как правило, правильную конусообразную или чашеобразную форму с симметричными стенками. Чашеобразные воронки с плоским, часто заболоченным дном встречаются на террасах рек и на водоразделах, с неглубоким залеганием подземных вод или мощным покровом четвертичных образований. Конусообразные воронки, развитые на склонах, часто асимметричные с неровными стенками. Высокая и пологая стенка обычно обращена в сторону тальвега долины.

Дно и стенки воронок, особенно в областях покрытого карста, обычно покрыты элювиально-делювиальными образованиями, а также могут быть задернованы и покрыты растительностью.

На дне воронок и других понижений встречаются поноры - вертикальные или наклонные глубокие отверстия (на поверхности диаметр отверстий до 0,5-1,0м) щеле- или колодцеобразной формы, поглощающие поверхностные воды и отводящие их в глубину карстового массива. Поноры могут быть обнаженные или скрытые под водопроницаемыми отложениями. По морфологии различают: поноры-щели или щелевидные, цилиндрические или колодцеобразные и воронкообразные. Поперечник колодцеобразных и воронкообразных обычно не превышает 0,6-1,0м.

По происхождению воронки разделяются на воронки поверхностного выщелачивания (или коррозионные), образующиеся за счёт выноса в растворённом состоянии выщелоченной на поверхности породы через поноры или трещины; провальные воронки (или гравитационные), образующиеся за счёт обвалов сводов подземных карстовых полостей, возникших за счет выщелачивания карстующихся пород на глубине и выноса вещества в растворенном состоянии; воронки просасывания (или коррозионно-суффозионные), образующиеся путем вмывания и проседания рыхлых покровных отложений в колодцы и полости карстующегося цоколя, выноса частиц в поземные каналы и удаление через них во взмученном и взвешенном состоянии (рисунок 5).

Рисунок 5 - Основные генетические типы карстовых воронок [3].

Условные обозначения: а - воронка поверхностного выщелачивания, б - провальная воронка, в - воронка просасывания.

В основу классификации воронок положено два признака: характер деформации земной поверхности и время формирования воронки, которые свидетельствуют о процессах, происходящих в карстующемся массиве.

Коррозионные воронки, или воронки инфильтрационного и инфлюационного растворения карстующихся пород в поверхностной части массива развиваются медленно, обычно от блюдцеобразных до конусообразных асимметричных форм с поглощающим понором на дне. В случае закупорки понора начинается регрессивное развитие воронки - превращение ее в озеро, заболачивание, заполнение делювием.

Провальные воронки образуются путем обрушения сводов полостей, возникающих в карстующихся породах или перекрывающих их рыхлых отложениях. При наличии в кровле полости крепких пород (песчаников, мергелей и др.) провал длительное время сохраняет крутые отвесные стенки. Если покровные отложения представлены рыхлыми грунтами, провал быстро эволюционирует от колодцеобразной формы к чашеобразной воронке.

Коррозионно-суффозионные воронки являются следствием суффозии и последующего проседания рыхлых отложений небольшой мощности в трещины или полости в кровле карстующихся пород. Воронки просасывания имеют наиболее правильную коническую форму, поскольку их склоны формируются в рыхлых отложениях. Эта форма осложняется, если поглощение смываемого со склонов материала идет не в одном отверстии понора, а в линейных или крестообразных трещинных понорах, а также при наличии открывающихся в воронку эрозионных рытвин. Вследствие закупоривания понора или трещин в карстующихся породах вынос материала либо прекращается, либо становится незначительным и на дне воронки происходит аккумуляция рыхлого материала.

Комбинация более крупной эрозионной формы с воронкой просасывания дает слепую балку или слепой овраг.

Генетически близки к воронкам поверхностного выщелачивания коррозионно-эрозионные воронки, возникающие из поноров на дне карстовых оврагах, логов или польев. Имеют неправильную форму и характеризуются различным наклоном и высотой стенок, размытых временными потоками. В периоды высоких половодий обычно заполняются водой. При подмывании отложений, выполняющих карстовую воронку водами, стекающими в понор, иногда наблюдаются оползневые (и обвальные) явления. Более редким типом являются воронки, образованные действием восходящих источников (Н.А. Гвоздецкий, 1954), или по Г.А. Максимовичу (1963г) - коррозионные воронки восходящих источников.

Воронки располагаются как по одной, так и группами, неравномерно по поверхности земли или совпадая с ориентировкой тектонических нарушений. Число воронок, как их размеры, на том или ином участке местности определяют интенсивность закарстованности территории. Плотность карстовых воронок (количество карстовых воронок на 1 км² ) зависит от многих факторов: состава карстующехся пород, характера и мощности покровных отложений, тектоники и трещиноватости, стадии развития карста, размера воронок, климата, рельефа и т.д.

Участки площадью обычно не более 2 км² , покрытые воронками называются карстовыми полями. Поля в плане могут быть линейными -- вдоль трещин, литологических контактов, на дне логов; лентовидными -- на склонах террас и долин; дуговидными и кольцевыми - вокруг останцов, рифов, локальных поднятий; ортогональными - по двум системам пересекающихся под прямым углом трещин, или беспорядочными, характеризующиеся меньшим размерами и отсутствием единой ориентировки.

Карстовые поля характеризуются следующими показателями: плотностью (количество воронок, приходящееся на 1 км²), коэффициентом площадной закарстованности (отношение суммы площадей воронок к площади поля, %), коэффициентом карстовой денудации (объемный коэффициент поверхностной закарстованности) или показателем условного среднего снижения поверхности за счет возникновения воронок (отношение суммарного объема воронок к площади поля, выраженное в мм или см). При оценке устойчивости закарстованных территорий используют показатель, обозначающий количество провалов, образующихся на 1 км² в год.

За счёт слияния нескольких воронок образуются более крупные карстовые формы - котловины. Это замкрутые понижения с поперечником от 100-200м до 1-3км и глубиной более 5-10м коррозионного, эрозионного- коррозионного, провального происхождения. Крупные котловины поверхностного выщелачивания могут образовываться за счет корродирующего действия талых вод снежных и фирновых пятен.

Котловины характеризуются значительными горизонтальными размерами и имеют, как правило, вытянутую или сложную форму. Склоны и дно котловин осложнены воронками и понорами, в некоторых из них поглощаются реки или временные потоки.

Карстовые депрессии -- понижения с поперечником от 1-3 до 10 км - отличаются от котловин тем, что в их формировании большую роль играют эрозионные процессы и по генезису они чаще всего являются эрозионно- карстовыми. Они характерны для гипсово-ангидритового карста. На дне некоторых из них выходят карстовые родники, располагаются карстовые озера.

Ещё более масштабными поверхностными карстовыми формами являются полья - обширные, иногда громадные формы (до сотен км² ) с плоским дном и крутыми склонами. Глубина польев может достигать уровня грунтовых вод, из-за чего на их дне образуются временные или постоянные водоёмы, карстовые озёра.

Полья по своему происхождению разделяются на: 1) образовавшиеся путем слияния группы смежных воронок и котловин при их росте в горизонтальном направлении (характерны не только для карбонатного, но и для гипсового карста); 2) тектонически-коррозионные и тектонически коррозионно-эрозионные; 3) возникшие путем подземного механического выноса нерастворимой породы, залегающей среди карстующихся известняков или на контакте с ними; 4) провальные.

В пределах карстовых воронок, котловин, депрессий, польев, особенно в зонах тектонических нарушений и литологических контактов, при их заполнении поверхностными и подземными карстовыми водами образуются карстовые и тектоно-карстовые озера. Карстовые озера могут быть подразделены на приуроченные к областям поглощения, подземного стока разгрузки карстовых вод. Кроме того, бассейны и склоны карстовых вод подразделяются на платформенные, гидрогеологических массивов и складчатых областей.

Следует отметить, что при изучении карстовых озер необходимо учитывать следующие факторы [10]:

1. Приуроченность озерной котловины к определённой области движения карстовых вод.

2. Степень участия карстовых вод в питании озера.

3. Гидродинамические свойства карстовых вод, питающих озеро (ненапорные, напорные).

Карстовые долины возникают в результате преобразования речной или овражной долины. Основными факторами образования карстовых долин являются коррозионное расширение поглощающих поноров в их днищах и утрата активного руслового стока.

Карстовые останцы характерны в основном для весьма зрелых стадий развития карста. Подразделяются на останцы тропических областей; древние останцы польев, равнин, горных районов, сохранившиеся на поверхности вне тропических областей и древние погребенные останцы. Они достаточно многочисленны и разнообразны в быстро развивающемся соляном карсте. В карбонатном же карсте развиты преимущественно в тропических областях, где формируются высокие и крутосклонные останцы в виде столбов, конусов, плосковерхих башен и более мелкие конусообразные и куполовидные формы (рисунок 6). Оголенные склоны останцов осложнены желобковыми каррами, на отвесных скалах отмечаются стенные карры. Большую роль в формировании карстовых останцов играет обваливание известняка по трещинам и подтачивание останцов снизу поверхностными или грунтовыми водами. В основании останцов возникают развивающиеся в горизонтальном направлении коррозионные ниши, и происходит накопление на базисной поверхности водоупорных остаточных глин.



Рисунок 6 - Схема образования останцов тропического карста [3].

К переходным от поверхностных форм к подземным относят, наряду с упомянутыми выше каррами, карстовые колодцы и шахты. Карстовые колодцы - это вертикальные или крутонаклонные каналы (полости) с поперечником в верхней части от 1-3 до 5м и глубиной до 20м; к шахтам относят полости глубже 20 м, достигающие нескольких десятков, иногда и сотен метров.

Полости колодцев и шахт могут быть обязаны своим возникновением гравитационным (провальными) процессам, либо выщелачиванию водой карстующейся породы по трещинам, при этом корродирующее действие могут оказывать талые снеговые воды, нисходящие водные потоки и напорные воды вертикальной восходящей циркуляции. Преобладают колодцы и шахты, связанные с зоной вертикальной нисходящей циркуляции карстовых вод.

К карстовым пропастям относят комбинации естественных шахт с горизонтальными и наклонными пещерными ходами. Глубина карстовых пропастей может достигать 2 км.

2.2 Подземные карстовые формы рельефа

Типичными подземными формами являются карстовые пещеры. Большинство пещер образуется при ведущей роли выщелачивания горных пород, часто при совместном действии растворения и размыва водными потоками и обрушений. Особенно значительна роль обрушений породы на зрелых стадиях разработки пещерных полостей. Некоторые пещеры возникли под действием термальных и минеральных вод.

Подземные полости образуются в зонах вертикальной нисходящей (в зоне аэрации), горизонтальной и сифонной циркуляции карстовых вод. Наиболее крупные карстовые пещеры возникают в основном при полном заполнении пещерных каналов подземными водами, в зоне полного насыщения, и циркуляции воды под гидростатическим давлением. Различают ряд стадий их развития, относящихся к эпохам полного и частичного заполнения водой - напорной эпохе и безнапорной [9].

Поднятие территории, колебание базиса коррозии нередко приводит к появлению пещер в несколько этажей. Для таких пещер характерны причудливые очертания, что обусловлено сложностью систем трещин, определяющих направление фильтрации растворяющих вод, их пересечением и неоднородностью состава карстующихся пород.

Пещеры весьма разнообразны по морфологии и размерам. Небольшие, слепо оканчивающиеся пещеры из одного или небольшого числа гротов (залов) называют мешкообразными. «Коридорами» называют пещеры, состоящие из коридора с несколькими небольшими расширениями в виде гротов. В морфологии пещерных полостей большая роль принадлежит трещиноватости карстующихся пород и натечно-капельным образованиям. При разработке пещерных тоннелей по вертикальным и круто наклонным трещинам они отличаются прямолинейностью, резкими «коленчатыми» изгибами. Нередко тоннели пересекаются, образуя сложные решетчатые лабиринты.

Наиболее крупной среди известных является Мамонтова пещера в Северной Америке, составляет 341 км суммарной длины. Высота одного из залов достигает 40м при размере в плане 163х87 м. Самая грандиозная по длине гипсовая пещера в мире - открытая в 1966 году пещера Оптимистическая в Украине. Суммарная длина её закартографированных ходов составляет около 232 км, а общая площадь пещеры около 2 гектар, что обусловлено многочисленностью и извилистостью ходов, залегающих на глубине ~ 20 м. Самой высокой пещерой является Анакопийская пропасть в Новом Афоне (Кавказ). Один из ее залов имеет высоту более 70 м. Из ледяных пещер наибольшей известностью пользуется Кунгурская ледяная пещера в Пермской области (Сев. Урал). Длина ходов пещеры составляет 5,6 км (см. Приложение).

3. Карстовые отложения

К карстовым отложениям относятся разнообразные по составу и генезису породы, объединяемые лишь общностью приуроченности к карстовым полостям. В зависимости от происхождения подразделяются на остаточные, гравитационные, гидромеханические, гидрохемогенные, биогенные и биохемогенные, антропогенные образования, а также криогенные отложения - лёд.

Остаточные отложения формируются за счет накопления и переотложения нерастворимого остатка карстующихся пород. Характерными отложениями является терра-росса (от итал. terra rossa - красная земля) - красноцветные глинистые отложения, обогащённые гидроокислами алюминия и железа, представляющие собой нерастворимый остаток известняков. Терра-росса встречается как на дне карстовых воронок, так и в пещерах.

Гидромеханические (водные механические, инфлювиальные) отложения связаны с приносом водой в карстовые полости и трещины карстового массива твёрдых частиц. Для группы таких отложений, выполняющих трещины, иногда применяется специальный термин «кольматолиты» (от франц. colmatage - вмывание).

Гидрохемогенные (или водные химические) отложения - различные образования, формирующиеся за счёт процессов химического осаждения вещества из водных растворов.

Среди специфичных хемогенных образований пещер нужно отметить геликтиты (от греч. helictуs - извивающийся) - кальцитовые или арагонитовые агрегаты в виде причудливо изгибающихся цилиндрических и конических веточек, ветвящихся пушистых конусов, сложной спирали, и т.д., направление роста которых не зависит от направления действия силы тяжести. Внутри геликтита располагается тонкий осевой капилляр, через который осуществляется поступление питающего раствора к растущему кончику агрегата. Геликтиты встречаются в слабообводненных участках пещер и располагаются группами, протягивающимися вдоль трещин породы.

Наряду с хемогенными образованиями, для многих пещер характерны и биохемогенные накопления. Значительные объёмы органогенного материала в пещерах представлены разложившимся помётом летучих мышей - гуано. В типичном гуано содержится ~9% азота и ~12% фосфорной кислоты, что делает его ценным азотно-фосфатным удобрением. В пещерах присутствуют также гравитационные обвальные накопления - продукты обрушения сводов пещер. В сводах крупных галерей можно наблюдать купола обрушения, под которыми расположены высокие конусы из обломков. Вследствие площадного выщелачивания возможна просадка пластов на значительных площадях с образованием коррозионно- гравитационных брекчиевых полостей, внешне сходных с тектоническими или седиментационными образованиями.

Среди криогенных отложений особое место занимают разные по форме и строению ледяные образования (ледяные кристаллы, сталактиты, сталагмиты, колонны, кора обледенения, покровный лед и озерный лед), возникающие в подземных полостях и пещерах. По генезису различают лед натечный, капельно-натечный, снежный, снежно-водяной, сублимационный. Пещерный лед образуется в статических пещерах при затекании холодного воздуха в зимний период, а в динамических пещерах - при охлаждении быстро движущегося воздуха в сужениях. Г.А. Максимович (1947) выделяет следующие типы пещерного льда: атмогенный, гидрогенный и гетерогенный (смешанный); и классы: I - пресный (до 0,1% растворенных веществ) лед и II - солоноватый (0,1-1% растворенных веществ) лед.

Заключение

Из данной работы следует, что карст это совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих на местностях, сложенных сравнительно легко растворимыми в воде горными породами. Здесь освещены геологические следствия развития карста и условия образования. Описаны виды подземных и поверхностных форм рельефа. Рассмотрены виды карстовых отложений.

Карст является серьезной темой для изучения геологов. Изучение карстовых и карстово-суффузионных явлений имеет большое практическое значение. С некоторыми карстовыми полостями связаны месторождения рудных полезных ископаемых. Источником рудных компонентов могут выступать как нерастворимые компоненты карстующегося массива (терра-росса на дне карстовых полостей), так и вещество, привнесённые в карстовые полости из других рудных объектов. С карстовыми полостями связаны некоторые месторождения фосфоритов, никелевых руд, бокситов, железа, марганца, ртути, сурьмы и пр.; отмечаются россыпи золота, касситерита, алмазов и другие полезные ископаемые. Кроме того, с некоторыми пещерами связаны залежи полезных ископаемых. Холодные пещеры-ледники служат в качестве природных «холодильников» и снабжения льдом, а из обводнённых пещер добывают воду. Для некоторых районов весьма существенной статьей доходов служит спелеотуризм. Особенности глубоких пещер - постоянство температуры и влажности, содержание в воздухе ионов, отсутствие аллергенов. Используются в лечебных и бальнеологических целях.

Литература

1. Андрейчук В. Пещера Золушка. - Сосновец-Симферополь, 2007. 408с.

2. Вахрушев Б.А., Дублянский В.Н., Амеличев Г.Н. Карст Бзыбского хребта (Западный Кавказ). - М.: РУДН, 2001. 165 с.

3. Гвоздецкий Н.А. Карст. - М.: Мысль, 1981. - 214 с.

4. Гвоздецкий Н.А. Проблемы изучения карста и практика. - М.: Мысль, 1987. - 387 с.

5. Гидротермокарст: Библиографический указатель за 1894-1989 гг. / Составитель Дублянский Ю.В. - Новосибирск: ИГиГ СО РАН СССР. 1990. - 55 с.

6. Короновский Н.В., Ясаманов Н.А. Геология. 3-е издание. 2006. -448 с.

7. Кутырев Э.И., Михайлов Б.М., Ляхницкий Ю.С. Карстовые месторождения. - Л.: Недра, 1989. 311с.

8. Леонтьев О.К., Рычагов Г.И. Общая геоморфология: Учеб. для студ. геогр. спец. вузов. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 1988. - 319 с.

9. Максимович Е.А. Основы карстоведения, Том 1. - Пермь, 1963. - 445 с.

10. Максимович Е.А. Основы карстоведения, Том 2. - Пермь, 1969. - 529 с.

11. Соколов Д.С. Основные условия развития карста. М.: Госгеолтехизда, 1962.

12. СНиП 22-01-95 Геофизика опасных природных воздействий.

13. СП 11-105-97 Инженерно геологические изыскания для строительства. Часть II. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов.

14. Якушко О.Ф., Емельянов Ю.Н., Иванов Д.Л. Геоморфология: учебник для студентов высших учебных заведений по специальностям «География», «Геоэкология» - Минск : ИВЦ Минфина, 2011. - 320 с.

Приложение

Мамонтова пещера в Северной Америке

Пещера Оптимистическая в Украине



Анакопийская пропасть в Новом Афоне (Кавказ)

Кунгурская ледяная пещера в Пермской области (Сев. Урал)

Размещено на Allbest.ru