Карбонатный карст Украины и Молдавии

Размещено на http://www.allbest.ru/

КАРБОНАТНЫЙ КАРСТ УКРАИНЫ И МОЛДАВИИ

Комплексные карстологические съемки обширных площадей карстовых районов Горного Крыма и маршрутные обследования многочисленных карстовых районов платформенной части Украины и Молдавии, а также Карпат, существенно уточнили представления о геоморфологических и гидрологических признаках карстового процесса в карбонатных породах на этой территории. Народнохозяйственное освоение отдельных участков ее в последнее время способствовало выявлению гидрогеологических и инженерно-геологических признаков развития карста часто в обстановках полностью или почти лишенных следов выщелачивания карбонатных пород на дневной поверхности.

Новые данные позволяют ограничивать пределы распространения ранее бывших, существующих и возможных признаков развития карста территориями, сложенными карбонатными породами как выходящими на дневную (топографическую) поверхность, так и залетающими под покровными отложениями. Мощность покрова может быть самой различной, поскольку те или иные влияния карста практически обнаруживаются на разнообразных глубинах техногенного освоения геологического разреза карстового района. В настоящее время такие глубины в отдельных районах карбонатного карста на Украине достигли 600-800-1000 м.

Согласно карты распространения закарстованных пород и карстовых явлений Украины и Молдавии, карбонатный карст развит на обширной территории 12 карстовых областей из общего количества 15 и 50 карстовых районов из 58 (табл. 1).

В пределах техногенной вертикальной зоны известны более древние карстовые образования: рорак-секванские и верхнекимериджские (I), палеогеновые (IX), допалеогеновые (XIII), верхне-сарматские, меотические, понтические (XIV и XV).

До недавнего времени морфология поверхностных и глубинных карстовых образований в карбонатных породах характеризовалась формальными геометрическими и размерными признаками. В этом смысле наличие, например, карстовой воронки указывало только на закарстованность породы, а выположенность воронки на наличие «дряхлости» или «зрелости» карста. Однако многократное прослеживание связей между водопроницаемостью карбонатных пород, ее ориентировкой в геологическом разрезе, составом пород, количеством нерастворимого остатка в них и размещением морфологических деталей той же карстовой воронки относительно разных типов водопроницаемости, свойственных той или иной литолого-текстурной разновидности карбонатных пород, привело к установлению интересных закономерностей. В их числе находится, прежде всего, обусловленность карстового морфогенезиса (водопроницаемостью литолого-текстурных разновидностей карбонатных пород, избирательность генетических связей карстовых поверхностных водосборов с глубинными полостями вдоль типовой водопроницаемости, характерной для каждой отдельно взятой разновидности пород, приуроченность определенных морфо-генетических типов глубинных полостей к соответствующим типам водопроницаемости.

карстовый карбонатный порода водопроницаемость

Таблица 1.

По особенностям водопроницаемости карбонатных пород можно выделить следующие основные типы:

Приведенные типы водопроницаемости определяют относительно статическое состояние карстующейся карбонатной породы, которая подвергается в процессе карстообразования выщелачиванию в различной степени, изменению состава, структуры, текстуры и объемов. Эти преобразования с одной стороны определяют специфику геоморфологических признаков поверхностных и глубинных карстовых форм, с другой - гидрогеологических и инженерно-теологических признаков развития карста в толщах литолого-текстурных разновидностей карбонатных пород. Преобладание того или иного типа водопроницаемости при этом может рассматриваться в качестве свойства определенной разновидности пород.

Так, неогеновые известняки (сарматские, меотические, понтические, в областях X, XI, XII, XIV, XV), в разрезе которых детритусовые разности занимают до 70-80%, характеризуются первичной пористостью и кавернозностью, составляющей до 30-40% объема породы. Подобная водопроницаемость способствует локальному появлению трещинно-плактовых вод, относительной равномерности распределения сопротивлений нагрузкам, резкому уменьшению возможностей появления карстовых воронок, развитию невыраженных на поверхности межпластовых осадок с разрушением породы вплоть до ее разборности и превращения в детритусовый щебень и песок.

Неслоистые (массивные) верхнеюрские (I, III) и тортон-сарматские (XI, XII) известняки с водопроницаемостью типов «ж», «е», «в» отличаются изолированностью глубинных обводненных систем полостей, высокими показателями истинных скоростей потоков трещинно-карстовых вод (порядка до 10 км/час и более в паводок), избирательностью развития карстовых, конусовидных, неправильно симметричных воронок вдоль тектонических трещин, приуроченностью провальных образований к расширяющимся под воздействием талых и конденсационных вод приповерхностным тектоническим трещинам.

Слоистые чистые верхнеюрские (I, III) известняки с господствующими типами водопроницаемости «д», «с», «г», «ж» при аналогичной изолированности потоков трещинно-карстовых вод и быстром их добегании к источникам (1-2, редко до 8-10 суток), а также приуроченности провальных образований к трещинам «д» и «е» отличаются развитием резко асимметричных, вытянутых цепочкообразно вдоль простирания карстовых воронок.

Слоистые (неяснослоистые, неслоистые) толщи верхнемеловых известняков, чередующихся с мергелями, писчим мелом (VI, VII, X) характеризуются сложным сочетанием разнотипной водопроницаемости «д» и «е» с быстрым затуханием последней на глубине в писчем мелу с локальными участками пластичного мела, разрушенными частичным выщелачиванием по «а» и «б», а также «в» в различных текстурах. При наличии крайне редких, мелких поверхностных форм хорошо развиты водопоглощающие и водопроводящие микротрещины, способствующие обводнению толщи вдоль речных долин в большей мере, чем первичная пористость, достигающая 30-54%.

Не умножая подобных примеров, отметим только, что литолого-текстурная среда карстообразования в карбонатных породах должна рассматриваться в качестве важнейшего фактора, определяющего особенности признаков развития карста, детали и отличия которых облегчают прогнозирование размещения и влияния карстовых образований на устойчивость пород в геологическом разрезе, рельеф и поверхностный сток на территориях водосборов разных порядков, участков, карстовых подрайонов и районов.

Разновидности литолото-текстурной среды карстообразавания в карбонатных породах, развитые на Украине и в Молдавии, представлены в табл. 2.

Развитию поверхностных и глубинных карстовых образований особенно содействует унаследованность и выдержанность тектонических движений положительного знака. Карстологические исследования показывают, что в карбонатных областях, I, II, III, входящих в зону наиболее интенсивных поднятий, происходивших в неоген-четвертичном времени, создались особо благоприятные геологические (смыв покровных и обнаженность карстующихся отложений), геоморфологические (выравненность одних и глубокая расчлененность других водосборов), гидрологические (полное или частичное поглощение поверхностного транзитного и местного стока) обстановки карстообразования. Значительные мощности зоны интенсивного водообмена в результате тектонических поднятий дали возможность сформироваться системам трещинно-полостных путей стока от питающих поверхностных водосборов к базисам карстования.

Начала этих систем иногда характеризуются моделированными, главным образом коррозионными вертикальными карстовыми шахтами, а окончания на выходах источников (древних и современных) - эрозионными полостями. Поскольку транзитный речной сток либо никогда не пересекал карстовые районы (I), либо в результате эпигенетического наложения разработал в известняках широкие долины, в последующем значительно заиленные (II, III), постольку современные начала систем подземного стока чаще всего представлены многочисленными трещинными понорами («б», «в», «г», «д», «е»). Их протяженность может достигать 4 пог. м/кв. м при 50-60% зияющих на обнаженных каменистых поверхностях, что многократно превышает среднее количество карстовых воронок (16,2) или карстовых шахт и колодцев (0,9) на 1 км² (I), имеющих один или несколько трещинных сто нор (как правило, по «д» или «е»).

Таблица 2.

Наиболее интересны системы обводненных полостей на отрезках главных базисов карстования. Постоянные водотоки в лих дренируют значительные водосборные поверхностные площади и объемы крупных блоков или их сочетаний, расположенных вдоль этих или локальных, более высоко расположенных, базисов карстования (только по «ж» с использованием систем, оперяющих их «е» и иногда «д»). В редких случаях (Красная пещера - 12,8 км) они доступны непосредственному наблюдению, чаще обнаруживаются по специфическим гидрогеологическим признакам (линейная протяженность, неподчиненность орографически выраженным водосборам разных порядков, относительная зарегулированность стока динамических сезонных запасов бифуркациями, ступенчатостью продольных профилей, сифонами, слепыми отрезками русел, малыми водоемами и др.).

Чрезвычайно показательно, что при господствующем поднятии горного массива системы полостей не обнаруживаются в нем ниже отметок современных исторически самых углубленных базисов карстования. В блоках карбонатной толщи, уходящих своим основанием ниже таких отметок, наблюдается только трещинное обводнение. Как показала документация Ялтинского тоннеля глубокого заложения, вертикально-ярусное расположение трещинных вод разного состава представляется типичным для таких зон тектонической трещиноватости, развитых преимущественно в опущенных крыльях разрывных, осложненных сбросами нарушений. Отсутствие циркуляции трещинных вод, достаточной и необходимой для эрозионного промыва или коррозионной моделировки трещин, характерно для таких локально развитых зон застойного режима подземных вод.

В карстовых областях, расположенных в зоне слабых, устойчивых иногда дифференцированных поднятий (VI, VII, IX, X, XI, XIII), где их унаследованность наиболее ярко прослеживается только на отдельных территориях (IX, X) мощность зоны интенсивного водообмена невелика, и крупные системы глубинных полостей, доступных для изучения, не выработаны. Этому способствует также избыточная обводненность многочисленных трещинно-полостных систем в долинных зонах, вскрывающих карстующиеся карбонатные породы. При близком залегании к дневной поверхности базисов карстования, еще не определившихся в качестве изолированных систем и при отсутствии питания трещинно-карстовых вод из областей равнинных междуречий, прикрытых мощными некарстующимися отложениями, не возникают условия для локальной коррозионно-эрозионной проработки отдельных трещин в широкие по норы, полости, а также карстовые воронки.

Однако при господствующем моноклинальном залегании карбонатных пород зачастую возникают обстановки перетекания трещинно-карстовых вод в смежные водосборы (обычно вдоль простирания или падения «д», «г», а также вдоль зон трещиноватости «е»). Таким образом, появляется первичное глубинное закарстование без заметных поверхностных карстовых образований, при помощи трещинных систем в карстующихся породах. В последнее время Гидрологические признаки подобного процесса обнаружены во время гидролото-карстолотических обследований на целом ряде участков рек в областях I, II, VI, IX, X, XII, XV.

Наконец, в карстовых областях зоны замедленных дифференцированных поднятий, где колебания обширных территорий с незначительной амплитудой вызывали смены морского осадконакопления континентальным режимом, в разрезе карстующихся пород прослеживаются следы разновозрастного закарстования (XII, XIV, XV). Выше отмечались его особенности в связи с литолого-текстурными свойствами неогеновых известняков. В современных условиях засушливости, крайне незначительного объема местного периодического стока, почти полного отсутствия вертикального расчленения поверхности, закарстованность проявляется, по-видимому, потерями стока на участках долин крупных транзитных рек. В то же время на отметках смешения морских и пресных трещинно-карстовых и трещинно-карстово-пластовых вод в верхах разреза карбонатных пород идет интенсивное формирование мелких глубинных полостей в прибрежной зоне.

Изложенные краткие характеристики различий развития карста в связи с неоднородностью проявлений неотектонических движений морфоструктур, в геологическом разрезе которых имеются карстующиеся отложения, иллюстрируются данными табл. 3.

Порядок перечисления областей по убывающим значениям суммарных амплитуд неотектонических движений в неоген-четвертичном времени показывает резкое отличие характера движений в геосинклинальных и платформенных провинциях при однообразии его для платформы. Однако скорости современных вертикальных движений отмечают существенно иной план своего размещения по областям, уравнивающий интенсивность глубинной эрозии для таких областей, как Карпатская, Полесская, Криворожско-Кременчугская и отдельные участки Северо-Молдавской.

Приведенные характеристики неотектонических движений (Соколовский, Волков) в целом объясняют формирование мощностей зоны интенсивного водообмена, особенно для карстовых областей, морфоструктуры которых отличаются значительными мощностями карстующих пород. При малых мощностях последних, как например, в областях X, XI, XIV, порядок значений заглубления зоны интенсивного водообмена не соответствует суммарной амплитуде поднятий.

Таблица 3.

* - О - открытая, ПП - полуоткрытая, ПК - покрытая, Т - техногенный карст.

В заключение необходимо отметить, что независимо от стадий развития карста, отображающих тектонико-геоморфологическую подготовленность дневной поверхности морфоструктур к возникновению и распространению на ней карстовых образований, влияния деятельности человека могут существенно изменить, в частности, усилить естественноисторический процесс закарстования растворимых пород. Техногенный карст в карбонатных толщах проявляется и а территориях многих районов и в локальных геологических разрезах отдельных их участков. Причины его быстрого развития указаны в табл. 4.

Таблица 4

Усиленное разрушение маломощного почвенно-травянистого покрова распашкой и выпасом скота с последующим размывом и ветровой эрозией заметно расширяет иссушающую каменистость, обнаженность известняков в Горном и Предгорном Крыму, а также мело-мергельных пород в Подолии. Промыв и моделировка трещин ведут к ухудшению режима карстовых источников.

Водопонижение в угольных и доломитовых шахтах Донбасса, железорудных шахтах Кривбасса, в глубоких искусственных древах в Горном Крыму, куда происходит оброс трещинно-карстовых вод, резко усиливает промыв, эрозию и коррозию трещин и полостей. Одновременно перестраивается и активизируется циркуляция трещинных вод, вовлекающая все большее количество трещинно-полостных систем в сферу влияния искусственных локальных базисов карстования.

Большой интерес представляет собой также предполагаемое водопонижение на участке горных выработок Язовского серного месторождения, которое может активизировать гидравлические связи между закарстованной верхней частью геологического разреза и карбонатной толщей в его основании. Аналогичное усиление циркуляции трещинно-карстовых вод, по-видимому, происходит в Припятском Полесье, где их естественная разгрузка поддерживала ранее режим избыточной увлажненности, а современное дренирование территорий увеличивает мощности зоны интенсивного водообмена. Вследствие этого должно возникнуть определенное иссушение почво-грунтов в области питания трещинно-карстовых вод Полесья.

Подтопление зоны интенсивного водообмена, напротив, возникло в периферийных поясах крупных водохранилищ, где потери водозапаса либо не катастрофичны (Дубоссарское, Каховское водохранилище), либо полностью отсутствуют (Ново-Ульяновское в Предгорном Крыму).

При решении вопроса о целесообразности сохранения установившегося режима пополнения запасов подземных вод (периферия Каховского водохранилища) необходимо исследовать ряд вопросов, начиная от динамики потерь воды из чаши водохранилища и кончая экспериментальными работами по снижению уровней трещинно-карстово-пластовых вод при откачках на орошение. Во всех этих случаях прогноз хода карстования водовмещающих пород представляет большой теоретический интерес и практическое значение.

Краткое изложение отдельных, преимущественно последних, новых данных о карбонатном карсте Украины и Молдавии подчеркивает исключительно большое многообразие региональных и локальных особенностей его развития я необходимость расширения комплексных карстологических исследований обширных территорий карстовых областей в целях всестороннего прогнозирования влияний карста, что имеет важное значение при решении различных народнохозяйственных задач.

ЛИТЕРАТУРА

Иванов Б.Н. Новейшие тектонические движения и развитие карстовых явлений на Украине. В сб.: «Четвертичный период», вып. 13-15. Киев, 1961.

Иванов Б.Н. Опыт и задачи комплексных геофизических, карстологических и гидрологических исследований влияния карста на поверхностный сток (с картосхемой карстовых областей и районов). Инф. бюлл. «Геофизика и астрономия», № 8. Киев, 1965.

Соколовский И.Л., Волков Н.Г. Методика поэтапного изучения неотектоники. Киев, 1095.

Размещено на www.allbest.ru