Подземные воды области распространения многолетнемерзлых пород

Подозерные талики, развитые под озерами различного генезиса (в том числе и старичными) и существующие благодаря отепляющему воздействию озерных вод.

Подрусловые талики, приуроченные к руслам рек и ручьев и испытывающие отепляющее воздействие поверхностных водотоков.

Прирусловые (пойменные) талики, приуроченные к прирусловым отмелям, косам, низким, ежегодно заливаемым водой поймам и вообще к поверхностям, испытывающим временное отепляющее воздействие, оказываемое полыми водами и временными поверхностными водотоками.

Отнесение прирусловых (пойменных) таликов к типу гидрогенных (подводно-тепловых) является несколько условным, так как они носят промежуточный характер между радиационно-тепловыми и гидрогенными таликами. Талики под низкими поймами, ложбинами стока, осушаемыми участками русел (прирусловыми отмелями), руслами временных пересыхающих водотоков, а в северных районах под малыми и средними реками, поверхностный сток в которых зимой полностью отсутствует, являются периодически подводными. Периодически подводными могут быть и некоторые подозерные талики (под пересыхающими ежегодно озерами). Остальные талики являются постоянно подводными.

Гидрогеологические особенности таликов для выявления их генезиса и условий существования, устойчивости при изменении мерзлотных условий территории и т.д. являются их важнейшей характеристикой. По наличию, особенностям существования и движению подземных вод в таликах последние целесообразно разделять на следующие классы:

Безводные, сложенные как водонепроницаемыми, так и водопроницаемыми породами, в которых подземные воды на всю мощность талика, т.е. до подошвы окружающих его мерзлых толщ, отсутствуют.

С застойным режимом (застойные), в которых подземные воды не движутся, находясь в водопроницаемых напластованиях или трещиноватых зонах, окруженных снизу и с боков водоупорами, часто криогенными.

Грунтово-фильтрационные, в которых существует поток грунтовых вод, двигающийся по уклону. Такие талики сложены в верхней части водопроницаемыми отложениями, подстилаемыми относительно водоупорными породами.

Инфильтрационные, или инфлюационнные, в которых подземные воды имеют нисходящее, часто близкое к вертикальному направление движения по водопроницаемым пластам, трещиноватым зонам, разрывным тектоническим нарушениям, раскарстованным зонам в карбонатных породах. Такие талики являются водопоглощающими и по ним происходит питание подземных вод глубокой циркуляции (подмерзлотных и межмерзлотных).

Напорно-фильтрационные, в которых подземные воды имеют восходящее направление движения по дизъюнктивным нарушениям, водопроницаемым пластам в складчатых структурах, раскарстованным зонам в карбонатных породах. Эти талики являются водовыводящими. По ним происходит разгрузка вод глубокой циркуляции.

Грунтово-фильтрационные, инфильтрационные и напорно-фильтрационные талики могут быть постоянно и периодически обводненными в зависимости от постоянства источника питания подземных вод. В ряде случаев талики, особенно подрусловые, в течение одной части года могут быть напорно-фильтрационными, а в другой - инфильтрационными. Это не учтено в классификации. Кроме того, в подрусловых и прирусловых (пойменных) напорно-фильтрационных и инфильтрационных таликах всегда существует поток грунтовых вод, идущий по аллювию, а иногда захватывающий верхнюю трещиноватую зону коренных пород. Таким образом, такие талики одновременно являются и грунтово-фильтрационными.

Как видно из сказанного выше, разделение таликов по гидрогеологическим особенностям предполагает (а, следовательно, в некоторой степени и учитывает) определенные особенности их геологического строения.

По температурным особенностям подземные воды в таликах разделяются на два подкласса: «термальные» и криогидрогалинные. Как «термальные» выделены воды, имеющие температуру выше 0°, т.е. всегда превышающую температуру окружающих их многолетнемерзлых горных пород. Эти воды могут быть как пресными, так и солеными. Правомерность их выделения требует некоторых пояснений. Обычно воды в условиях развития мерзлых толщ имеют низкие положительные температуры. Термальными они могут быть названы, если следовать указанию Ф.А. Макаренко (1961) о том, что при региональных геотермических исследованиях за нижний предел температуры таких вод следует принимать температуру у подошвы слоя ее годовых колебаний. Для мерзлых толщ, окружающих водоносные талики, эта температура не превышает 0°. Поэтому она и принята в качестве нижнего предела термальных вод области многолетней мерзлоты. Криогидрогалинными названы высокоминерализованные воды (соленые и рассолы), имеющие температуру ниже 0°, но выше температуры их замерзания.

По отношению к толще многолетнемерзлых пород талики разделяются на два вида: сквозные и несквозные.

В качестве иллюстрации к классификационной схеме на рисунке показан ряд наиболее характерных таликов.



Рис. 5. Виды таликов

Помимо подразделения таликов по основным их характеристикам, учтенным при составлении классификационной схемы, они могут разделяться также:

по геологическому строению, определяющему в значительной мере гидрогеологические особенности талика и учитывающему соотношение по площади, мощности и взаимному положению в разрезе водопроницаемых и водоупорных пород. Частично характеристика геологического строения дается и при выделении классов таликов по их гидрогеологическим особенностям;

по характеру водопроницаемости водоносных пород в таликах. Здесь можно выделить:

а) поровую и пластово-поровую водопроницаемость в рыхлых образованиях, развитых с поверхности;

б) порово-трещинно- и карстово-пластовую проницаемость в водоносных пластах складчатых структур;

в) трещинно-жильную проницаемость в зонах разрывных нарушений различных по составу пород;

г) трещинную проницаемость скальных пород коры выветривания;

д) трещинно-карстовую проницаемость тектонически нарушенных и раскарстованных карбонатных пород;

по положению в рельефе или приуроченности к определенным элементам рельефа могут быть выделены:

а) водораздельные,

б) склоновые,

в) долинные и другие талики.

Можно давать и более дробное разделение. Так, долинные талики могут подразделяться на террасовые, талики высокой поймы, низкой поймы, русловые, конусов выноса и т.д.;

по характеру теплообмена:

а) кондуктивные,

б) конвективные,

в) кондуктивно-конвективные;

по устойчивости:

а) неустойчивые,

б) устойчивые,

в) весьма устойчивые.

При этом устойчивость таликов можно оценивать двояко. Во-первых, по их распространению в пределах различных мерзлотно-температурных зон и поясов; во-вторых, по изменению их размеров, температурного режима и других особенностей, при изменении климата или природной обстановки в результате хозяйственной деятельности человека в пределах одной определенной мерзлотно-температурной зоны или пояса;

по динамике развития:

а) увеличивающаяся по размерам,

б) сокращающаяся по размерам,

в) находящаяся в квазистационарном состоянии.

Кроме того, положение таликов во времени может изменяться, хотя их размеры существенно не меняются. Так, смещение испытывают подрусловые и прирусловые талики в связи с миграцией и фуркацией русла реки;

по времени возникновения таликов относительно формирования мерзлой толщи: а) первичные, б) вторичные.

В природе талики и таликовые зоны неединообразны по своему строению. Один вид, класс, подтип, тип талика может закономерно переходить в другой. При этом меняются их основные термодинамические условия существования, устойчивость при изменении климатических условий, значение для целей водоснабжения и другие особенности. Приведенная классификационная схема позволяет достаточно полно и точно охарактеризовать талики, а в случае их неоднородного строения - различные их части.

3. Взаимодействие подземных вод с мерзлыми толщами пород

Тепловое взаимодействие подземных вод и многолетнемерзлых горных пород очень сложно и недостаточно изучено. Это взаимодействие начинается с момента проникновения атмосферных осадков и поверхностных вод в горные породы. Поток конвективного тепла, обусловленный их движением, совпадает по направлению с кондуктивнымтеплопотоком за теплый период года в слое годовых теплооборотов. При этом в связи с сезонным промерзанием инфильтрация атмосферных осадков имеет место только летом, а в зимнее время отсутствует.

Таким образом, в областях питания происходит увеличение части теплооборотов, протекающих при положительных температурах на поверхности почвы. Это особенно важно для области развития ММП, когда средние годовые температуры ниже 0?С. Наличие кондуктивного потока тепла, возникающего за счет инфильтрации вод, может приводить к возникновению сквозных таликовыхводопоглощающих зон.

Так, для района Алдана сквозные таликовые зоны существуют в хорошо водопроницаемых породах при среднегодовой температуре (без влияния инфильтрации) около - 2,0-2,5?С.

В более северных районах атмосферные осадки, аккумулирующиеся в слое сезонного оттаивания, вызывают некоторое понижение средне годовых температур горных пород и увеличение глубин протаивания, а в ряде случаев - возникновение и существование несквозных таликов с надмерзлотными водами. Примером могут служить источники надмерзлотных и питающихся за их счет межмерзлотных вод в районе г. Якутска, в том числе и источник Улахан-Тарын, вытекающий из песчаных отложений Бестяхской террасы.

Воды, формирующиеся в таликовых зонах, проникая под мерзлые толщи, становятся подмерзлотными и начинают активно взаимодействовать с ними.

Подземные воды, формирующиеся в водопоглощающих таликовых зонах, имеют:

а) нисходящий характер,

б) переменные в году температуры и переменный уровень свободной водной поверхности,

в) температуру, более высокую, чем температура горных пород. Последняя сохраняется до глубины, где возникает равенство между температурой нисходящих вод и температурой горных пород. Выше этой глубины поток всегда оказывает отепляющее влияние на температурный режим горных пород.

Талики в областях атмосферного питания имеют специфические термодинамические условия существования, которые находят свое отражение в особенностях режима грунтовых вод, их влияния на динамику сезонномерзлого слоя, в тенденции к образованию перелетков, широком распространении аномально малых отрицательных геотермических градиентов безградиентных температурных кривых.

В пределах зоны отепляющего влияния потока подмерзлотных вод последние могут быть как контактирующими, так и неконтактирующими, т.е. могут быть отделены от мерзлой толщи различными по водопроницаемости породами.

Особый интерес представляет случай, когда подмерзлотные воды отделены от мерзлой толщи слоем водопроницаемой породы и имеют переменный в году уровень и температурный режим. Такой случай возможен, когда уровень грунтовых вод в талой зоне находится ниже подошвы мерзлой толщи. Его колебания, возникающие в таликовой зоне и связанные с неравномерным поступлением инфильтрующихся атмосферных вод, прослеживаются и под мерзлой толщей, постепенно затухая в сторону участков, где воды приобретают постоянный напор. Подобным же образом меняется в направлении движения их температурный режим. При этом по мере удаления от таликовой зоны происходит запаздывание максимального и минимального стояния уровней вод ниже мерзлой толщи и максимальных и минимальных значений их температур. Поэтому воздействие этих вод на мерзлую толщу снизу меняется не только по величине, но и во времени для разных сечений потока.

Существование слоя ежегодного оттаивания и промерзания на нижней поверхности мерзлой толщи определяет наличие в ней температурных колебаний со стороны ее подошвы при среднегодовой температуре пород ниже 0?С в этом слое.

В изложенное относится к зоне сезонного колебания температур подмерзлотных вод и их уровней. Ниже залегает зона многолетних колебаний температур и уровней подмерзлотных вод, режим которых связан с многолетними колебаниями теплообмена и количеством выпадающих осадков на поверхности земли. Положение нижней границы отепляющего влияния подземных вод на температурный режим горных пород также изменяется в многолетнем цикле в связи с изменением температуры пород на поверхности земли.

Ниже зоны отепляющего влияния потока нисходящих вод их температура становится более низкой, чем температура водовмещающих горных пород. Следовательно, в этой области поток начинает оказывать на горные породы охлаждающее влияние. Это может быть иллюстрировано схемой, на которой показано различное влияние подземных вод на тепловой режим горных пород кристаллического массива (рис. 6).

Охлаждая горные породы, проникающие вглубь земли, воды сами нагреваются. Таким образом, нисходящий поток вод, если он движется ниже толщи многолетнемерзлых горных пород, приводит к нарушению нормального геотермического поля в сторону его охлаждения. Тем самым меняются нижние граничные условия существования многолетнемерзлых горных пород за счет уменьшения потока тепла к подошве мерзлой толщи со стороны подстилающих ее талых слоев. Мощность мерзлой толщи в этом случае увеличивается.



Рис. 6. Схема воздействия потока подземных вод движущегося в кристаллическом массиве (Кудрявцев, 1979)

Такого рода эффект должен наблюдаться до тех пор, пока поток вод не приобретает направления движения параллельно направлению изолиний температур нормального температурного поля и не выравниваются его гидродинамические и температурные параметры (по отношению к нему) кондуктивному потоку тепла, не воздействует на последний и не меняет нормального температурного поля горных пород.

Воды, имеющие восходящее направление движения, имеют более высокую температуру по сравнению с нормальными температурами водовмещающих горных пород. Такого рода подмерзлотные воды воздействуют на температурный режим горных пород отепляюще. Они приводят к сокращению мощностей мерзлых толщ по сравнению снормальными, а в местах разгрузки восходящий поток подземных вод является часто основной причиной развития таликовых зон.

Следует иметь в виду, что при рассмотрении особенностей теплового воздействия вод на температурный режим горных пород в области развития многолетнемерзлых толщ в конкретных условиях наблюдается более сложная и разнообразная картина. Чередование зон в пространстве не столь закономерно. Например, в ряде случаев, особенно при коротких путях движения вод от участков их питания к участкам их разгрузки, сожжет полностью отсутствовать зона охлаждающего влияния вод. При сложном геологическом строении единый поток подмерзлотных вод многократно может менять направление и скорость движения. В результате этого зоны относительного охлаждения, «нейтрального» и отепляющего влияний могут неоднократно чередоваться (Кудрявцев, 1979).

4. Источники появления подземных вод на поверхности

Для территории мерзлой зоны проявления подземной воды на поверхности связаны с промерзанием или оттаиванием водоносных путей. Источники можно разделить на две основные группы:

1) источники, питающиеся надмерзлотными водами, обычно нисходящие, расположенные выше местного базиса эрозии;

2) источники, питающиеся подмерзлотными водами, восходящие, находящиеся ниже или на уровне местного базиса эрозии.

Кроме источников надмерзлотного и подмерзлотного питания, следует указать на возможность существования источников межмерзлотных вод, хотя, как правило, межмерзлотные воды сами имеют надмерзлотное или подмерзлотное питание. Однако при достаточно продолжительных путях движения воды по межмерзлотному талику от области питания до точки разгрузки источники, образованные восходящими или нисходящими водами, можно рассматривать как межмерзлотные. Появление нисходящих источников надмерзлотных вод может вызываться изменением мощности деятельного слоя вследствие оттаивания или промерзания, изменением литологического состава пород деятельного слоя, выклиниванием вод пойменных таликов в эрозионных понижениях и пересохших руслах и некоторыми другими. В период промерзания деятельного слоя некоторые нисходящие источники становятся восходящими, иногда возникают новые восходящие источники надмерзлотных вод.

По местоположению и условиям разгрузки различаются следующие источники: русловые субаквальные, основания склонов террас и долин, предгорных конусов выноса, водораздельных и террасовых поверхностей.

Режим источников надмерзлотных, межмерзлотных и подмерзлотных вод осложняется особыми факторами, из них главнейшие - режим промерзания деятельного слоя, особенности питания водоносных комплексов и горизонтов. По характеру режима и дебита можно выделить следующие две группы источников:

1) постоянно действующие;

2) непостоянно действующие.

В числе последних выделяются источники, функционирующие весь год, но неустойчивые по дебиту, и функционирующие часть года, в том числе сезонные (оттаивание и промерзание), сменные, мигрирующие, периодически исчезающие.

Постоянно действующие источники устойчивы по дебиту, составу, температуре и месту выхода. Они, как правило, обладают достаточно большим дебитом и повышенной температурой. Мощность четвертичного покрова в месте выхода таких источников большей частью невелика. Эти источники питаются водами мощных подмерзлотных пластов или трещин и встречаются сравнительно редко.

Источники, действующие непостоянно, характеризуются значительным, но сильно изменившимся во времени дебитом. Изменение дебита может быть обусловлено непостоянным питанием или изменением мерзлотных условий выхода воды на поверхность.

Источники сезонные функционируют только часть года. Они проявляются либо при промерзании деятельного слоя, либо при оттаивании, а иногда и от оттаивания подземных льдов.

Источники сменные имеют два выхода воды, из которых один функционирует зимой, а второй - летом. Первый нередко находится в основании склона, а второй - дальше от склона и ближе к руслу реки.

Источники мигрирующие меняют место выхода не только из года в год, но иногда и несколько раз в году. Дебит таких источников тоже непостоянен.

Источники, периодически исчезающие, - это такие, которые иногда на несколько лет исчезают, а затем вновь появляются.

Из всего сказанного вытекает, что дебит источника мерзлой зоны зависит не только от изменения ресурсов данного водоносного горизонта (трещины), но и от режима мерзлой зоны и деятельного слоя.

Изменения дебита источников районов мерзлой зоны, находясь в причинной связи с этими факторами, часто не отражают производительности водоносного горизонта, питающего данный источник. Если вне районов мерзлой зоны падение дебита источника свидетельствует об уменьшении ресурсов водоносного горизонта, то в районах мерзлой зоны это далеко не всегда так. Исчезновение источника вследствие замерзания путей выхода подземных вод может обусловить накопление запаса воды в водоносном горизонте повысить его потенциальные возможности.

Итак, режим источника обусловлен во многом оттаиванием и замерзанием путей движения воды и не отражает истинного состояния водоносного горизонта, питающего источник. Иногда при истощении водоносного горизонта дебит источника может возрастать, и наоборот, ресурсы подземных вод могут увеличиваться, а дебит источника убывать. Только комплексное изучение режима источника в его взаимосвязи с мерзлотными и иными факторами позволит правильно подойти к решению вопроса для каждого конкретного случая. Состав воды источников, как и их дебит, нередко претерпевает весьма существенные изменения. Особенно это касается источников, служащих местом выхода одновременно надмерзлотных и подмерзлотных вод.

Место источника нередко характеризуется четко выраженной родниковой воронкой, в центре которой находится одна или несколько головок. Родниковой воронке отвечает таликовая воронка, обусловленная оттаиванием мерзлых пород и некоторым понижением поверхности мерзлой зоны по периферии выхода воды.

5. Месторождения подземных вод в области распространения ММП

Среди месторождений пресных подземных вод, распространенных в области вечной мерзлоты, выделяются три наиболее распространенных промышленных типа месторождений. Условия питания подземных вод в области распространения ММП более сложны, чем в гумидной и аридной зонах. Однако и при затруднительных условиях формирования пресные подземные воды в области вечной мерзлоты имеют сравнительно большое распространение и относительно большие ресурсы. Опыт постановки поисково-разведочных работ, накопленный за последние 15-20 лет, подтверждает этот вывод.

Месторождение подземных вод подрусловых таликовых зон. Наибольший практический интерес по своим эксплуатационным возможностям представляют промышленные месторождения подземных вод первого типа, приуроченные к площади распространения безнапорных грунтовых вод песчано-галечниковых отложений речных подрусловых и подозерных таликовых зон. Такие месторождения распространены преимущественно в долинах крупных рек или котловинах крупных озер, поверхностные потоки которых никогда не промерзают зимой до дна. В результате длительного теплового воздействия не промерзающих поверхностных вод под руслом реки, иногда и в песчано-галечниковых аллювиальных или озерных образованиях формируется подземный поток грунтовых вод. Этот поток, как правило, имеет активную гидравлическую связь с поверхностными водами. Условия формирования подрусловых таликовых зон в речных долинах зависят от ряда факторов, и, прежде всего, от энергии теплового потока поверхностных вод реки, режима стока, структуры окружающей вечной мерзлоты и мощности песчано-галечниковых образований. Все это необходимо рассматривать в историческом аспекте для каждой речной долины отдельно. Естественные ресурсы и запасы подземных вод определяются размерами талика (мощность и площадь распространения), условиями питания (связь с поверхностными водами) и фильтрационными свойствами водовмещающих пород.

Наиболее характерные месторождения первого промышленного типа были выявлены, например, в долинах рек Лены и Колымы. Грунтовые воды подруслового талика р. Лены разведывались около г. Якутска. Бурение скважин производилось на площади Чапаловской протоки, непосредственно связанной с основным руслом непромерзающей до дна реки. Ширина потока пресных грунтовых вод оказалась здесь около 700 м, средняя мощность горизонта изменяется от 10-12 до 25-29 м. на базе выявленных ресурсов грунтовых вод организовано централизованное водоснабжение части г. Якутска. Аналогичные гидрогеологические условия были выявлены при разведке верхней части долины р. Колымы. Следует, однако, отметить, что эксплуатационные возможности месторождения подземных вод подрусловых таликовых зон в настоящее время слабо используются в народном хозяйстве.

На стадии детальных поисков целесообразно провести на изучаемом объекте мерзлотно-гидрогеологическую съемку. Комплексная съемка, которую (масштаб 1:50000 или 1:100000) следует рассматривать как поисковый метод, должна включать геофизические, геоморфологические, геокриологические и гидрогеологические исследования, бурение поисковых скважин и т.д. на этой стадии очень важно изучить условия распространения и залегания (в плане и разрезе) ММП в долине реки, а также их температурный режим; определить глубину сезонного промерзания и протаивания горных пород, оконтурить таликовую зону (выявить ее мощность и строение), получить данные об уровневом режиме и расходе поверхностных вод в реке, особенно в зимнее время. Обязательным является детальное изучение наледей, данные об объеме которых могут быть использованы оценки естественных ресурсов подземных вод. Поисковые скважины можно располагать по поперечникам долины, а одиночные выработки вдоль русла реки между поперечниками. Все поисковые скважины необходимо опробовать откачками, что позволит в первом приближении оценить фильтрационные свойства водоносных песчано-галечниковых пород. Особенно большое значение приобретают термометрические исследования всех буровых скважин. На стадии детальных поисков следует организовать изучение режима подземных вод и поверхностных вод.

На стадии предварительной разведки на перспективном участке должен быть проведен обычный комплекс дополнительных разведочных и опытных работ. Кроме того, необходимо изучить емкостные свойства водовмещающих пород, которые в годовом цикле частично осушаются под влиянием естественных факторов (изменение условий питания от паводковых расходов реки до межени). Для определения фильтрационной неоднородности пород в вертикальном разрезе необходимо во всех разведочных скважинах провести расходометрические и резистивометрические исследования. Должно быть продолжено изучение режима подземных и поверхностных вод. При детальных разведочных работах гидрогеологические скважины должны быть размещены на участке применительно к выбранной схеме будущего водозабора; опытно-фильтрационные работы (кустовые откачки) целесообразно проводить в зимнее время.

Следует отметить, что условия формирования запасов подземных вод на месторождениях подземных вод речных подрусловых таликовых зон до некоторой степени аналогичны условиям на месторождениях подземных вод в речных долинах гумидныхи аридных областей, описанных выше. Эта аналогия позволяет использовать для оценки разведанных запасов месторождений подземных вод таликовых зон речных долин гидродинамический метод, а для определения обеспеченности источником питания -- балансовый метод (95% обеспеченностью поверхностного стока). Вместе с этим изучение месторождений в области вечной мерзлоты имеет и некоторые особенности. Особенностью оценки разведанных запасов описываемых месторождений является необходимость решения прогнозных теплофизических задач с целью определения возможного изменения границ многолетнемерзлых пород в нарушенных условиях будущей эксплуатации подземных вод. Целесообразно также учитывать условия распространения таликовых зон в речной долине.

Второй подтип месторождений подземных речных таликовых зон приурочен к древним речным долинам с периодически действующим поверхностным стоком и относительно ограниченной площадью таликовых зон (Талнах, Ергалах, Ингамикит, Наменга и др.).

Месторождения напорных вод на площади частично промороженных мелких артезианских бассейнов. Несколько меньшее практическое значение по своим эксплуатационным возможностям имеют месторождения напорных вод частично промороженных мелких артезианских бассейнов. Целесообразно выделить два подтипа таких месторождений, приуроченных к площади:

а) частично промороженных собственно мелких складчатых структур или тектонической депрессии (рис. 7.);

б) к площади частично промороженной обводненной трещиноватой зоны выветривания коренных пород.

Pиc. 7. Схематический разрез частично промороженных артезианских бассейнов:

а - в тектонической депрессии; б - в синклинальной складке. 1 - интрузивные породы; 2 - суглинки; 3 - пески; 4 - глины; 5 - сланцы; б - карбонатные породы; 7 - скважина; 8 - тектонические нарушения; 9 - нижняя граница вечной мерзлоты.

Исследованиями было установлено, что в процессе промерзания гидрогеологических массивовна дне долин и тектонических депрессий в трещиноватых породах и складчатых структурах различного литологического состава (песчаники, известняки и др.) формируются водонапорные системы.

Мерзлая зона в таких случаях служит водоупорной кровлей для водонапорных систем. В горно-складчатых областях Забайкалья и Северо-востока СССР выделяется несколько сложных бассейнов описываемого типа (так называемые частично промороженные артезианские бассейны и гидрогеологические массивы, по Н.И. Толстихину). На больших глубинах ввиду затрудненного подземного стока водоносной структуры подмерзлотные воды нередко имеют повышенную минерализацию и по составу непригодны для хозяйственно-питьевого водоснабжения (минерализация достигает 5 г/л и более).

На площади более мелких артезианских бассейнов юга Сибирской платформы (Верхнеленский, Читинский, Иркутский, Канский и Ангарский) пресные напорные воды формируются в палеозойских породах и отложениях мезозойского возраста.

На площади частично промороженных Иркутского и Читинского артезианских бассейнов были разведаны месторождения напорных вод с эксплуатационными запасами на отдельных водозаборных участках до 20тыс. м³/сут. На месторождениях частично промороженных трещиноватых массивов эксплуатационные возможности обычно очень ограничены. Относительно большая мощность ММП (до 100 м и более) на месторождениях усложняет технологию проходки гидрогеологических скважин (требуется применение специальных не замерзающих растворов в обсадных трубах, в зоне вечной мерзлоты), а также их эксплуатацию. Методика разведки месторождений разработана слабо. При изучении описываемого подтипа месторождений целесообразно учитывать следующие рекомендации.

1. На стадии общих поисков необходимо строго соблюдать первый общий принцип разведки - обоснованность постановки поисково-разведочных гидрогеологических работ. Эта задача может быть решена путем сопоставления заявленной потребности в воде с имеющимся опытом эксплуатации и потенциальными ресурсами изучаемого района.

2. На стадии детальных поисков рекомендуется провести комплексную мерзлотно-гидрогеологическую съемку в масштабе 1:50000или 1 : 100000 на площади гидрогеологической структуры и на прилегающих участках с тем, чтобы охватить всю возможную область питания подземных вод. В состав комплексной съемки должны входить мерзлотные, гидрогеологические, геолого-структурные и гидрологические исследования. Перечисленные задачи можно решить с помощью рационального сочетания геофизических работ и бурения поисково-картировочных скважин. На базе данных термометрического обследования всех буровых скважин необходимо охарактеризовать условия распространения многолетнемерзлых пород на площади месторождения.

3. Оценку эксплуатационных запасов подмерзлотных подземных вод, ввиду сложности мерзлотно-гидрогеологических условий месторождения, целесообразно выполнять совместно гидравлическим и балансовым методом.

Месторождения подземных вод сквозных таликовых зон тектонических нарушений. Третий тип промышленных месторождений представлен напорными межмерзлотными водами сквозных таликов, приуроченных к зонам тектонических нарушений. Распространены эти месторождения преимущественно в горно-складчатых областях. В гидрогеологическом отношении межмерзлотные воды сквозных таликов очень часто играют транзитную роль, связывая подмерзлотные воды с надмерзлотными (рис. 10.). Описываемый тип месторождений подземных вод характеризуется формированием линейно-вытянутых потоков. Наиболее часто водоносные сквозные талики можно встретить в области развития мощной толщи вечной мерзлоты, где они обусловливают ее прерывистость на отдельных участках.

Рис. 10. Напорные воды сквозного талика зоны тектонических нарушений

По сравнению с другими месторождениями напорные межмерзлотные воды аккумулируют в сквозных таликах относительно ограниченные естественные ресурсы. Отдельные буровые скважины при разведке могут иметь дебиты в среднем 1500 м³/сут, а дебиты водозаборных сооружений достигают 10 тыс. м³/сут.

В некоторых случаях при наличии системы тектонических нарушений, к которым может быть приурочен мощный сквозной талик, на месторождениях формируются более крупные естественные ресурсы пресных подземных вод. Мерзлотно-гидрогеологические условия формирования естественных ресурсов и эксплуатационных запасов месторождений трещинно-жильных межмерзлотных подземных вод зон тектонических, нарушений изучены очень слабо. Имеется небольшой опыт их эксплуатации. Сложность и слабая изученность месторождений предопределяют проведение оценки эксплуатационных запасов подземных вод гидравлическим методом, по результатам групповых опытных откачек; обеспеченность запасов устанавливается балансовым методом. Учитывая все это, в состав работ на стадии детальных поисков целесообразно включить комплексную мерзлотно-гидрогеологическую съемку, наземные геофизические исследования, картировочное и поисковое бурение скважин, опытно-фильтрационные работы, а также изучение качества и режима подземных вод. Объемы наземных геофизических исследований и поисково-картировочного бурения скважин целесообразно определять индивидуально для каждого конкретного объекта в зависимости от сложности и изученности района исследований. Очень важно на этой стадии более четко оконтурить границы распространения сквозной таликовой зоны (на основании детальных термометрических - исследований всех пробуренных на месторождении скважин) (Плотников, 1985).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе были рассмотрены некоторые сведения о подземных водах области распространения ММП и их влияние на криолитозону.

Подземные воды области распространения ММП подразделяются на:

1. Надмерзлотные воды, среди них выделяются воды:

а) сезонноталого слоя (СТС) и

б) многолетних несквозных таликов (подрусловых, подозерных и «несливающейся мерзлоты»);

2. Воды таликовых зон;

3. Подмерзлотные воды, которые делятся на собственно подмерзлотные, контактирующие и неконтактирующие и неконтактирующие глубинные;

4. Межмерзлотные;

5. Внутримерзлотные воды.

Питание их происходит за счет атмосферных осадков, конденсации водяных паров, таяния снежников, поверхностных вод сезонно-талого слоя и др.

Формирование криолитозоны сказалось на условия существования подземных вод через механизм их взаимодействия с ММП. При этом вода, отдавая свою тепловую энергию мерзлой породе, стремится вывести ее из этого состояния, а мерзлые породы, наоборот, поглощая тепловую энергию воды, стремится перевести ее в лед.

Многолетнее промерзание и оттаивание литосферы меняет температурный режимом подземных вод. Для территории мерзлой зоны проявления подземной воды на поверхности связаны с промерзанием или оттаиванием водоносных путей. Подземные воды могут проявляться на поверхность в виде источников, наледей, полынь и гидролакколитов.

Таким образом, изучение подземных вод области распространения ММП и учет особенностей их формирования, распространения важны для разрешения различных как научных, так и прежде всего прикладных задач, стоящих перед инженерами мерзлотоведами, гидрологами, гидрогеологами, геоэкологами, геологами, строителями и др.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Ершов Э.Д. Общая геокриология: Учеб. для вузов. - М.: Недра, 1990.

2. Калабин А.И. Вечная мерзлота и гидрогеология Северо-Востока СССР // Тр. ВНИИ-1. Магадан, 1960.

3. Кудрявцев В.А. Общее мерзлотоведение. - М.: МГУ, 1978.

4. Максимов В.М. Классификация и краткая характеристика подземных вод: Справ.рук-во гидрогеолога / В.М. Максимов. Л., Недра, 1987

5. Мельников П.И., Толстихин Н.И. Общее мерзлотоведение. - Новосибирск: Наука, 1974.

6. Овчинников А.М. Общая гидрогеология / А.М. Овчинников. М., Госгеолтехиздат, 1955.

7. Пономарев В.М. Подземные воды территории с многолетнемерзлыми породами // Основы геокриологии. М., Изд-во АН СССР, 1959.

8. Толстихин Н.И. Подземные воды мерзлой зоны литосферы / Н.И. Толстихин. М.; Л., Госгеолтехиздат, 1941.

9. Шепелев В.В. Надмерзлотные воды. Особенности формирования и распространения: Учебное пособие. - Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО РАН, 1995.

10. Шепелев В.В. О закономерности формирования, распространения и режима надмерзлотных вод криолитосферы. - Автореф. дис. д-ра геол.-мин. наук. - Иркутск: Ин-т земной коры СО РАН, 1994.

11. Шепелев В.В. Роль процессов конденсации в питании подземных вод мерзлой зоны. // Взаимосвязь поверхностных и подземных вод мерзлой зоны. - Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО АН СССР, 1980.

Размещено на Allbest.ru