Подземные воды в многолетнемерзлых породах

http://www.lib.utexas.edu/maps/commonwealth/soviet_permafrost_84.jpg

Игарская научно-исследовательская мерзлотная станция

К многолетнемерзлым породам относят горные породы с нулевой или отрицательной температурой, в которых вся содержащаяся в них вода находится в виде льда. (Т.И. Сумгин, Н.И. Толстихин, Н.А. Цытович и др.)

Слой сезонного ежегодного оттаивания и промерзания пород с поверхности называется деятельным слоем.

На территории России многолетнемерзлые породы составляют 49,7% всей площади страны.

Мощность многолетнемерзлых пород различна и увеличивается с юга на север от единицы до десятков метров до 600 – 700 и 1000 – 1500м. В центральных частях Сибири и в горных массивах по данным Н.А. Вильменой наибольшая мощность зоны охлаждения земной коры достигает 1450м и установлена в южной части Анабарского массива в верховьях реки Мархи (скважина глубиной 2010 м). Максимальные глубины промерзания горных пород, установленные для низменностей и степей составляют 650 – 700 м.

В.А. Кудрявцев считает, что наиболее древняя мерзлота распространена на полуострове Таймыр и в северных частях хребта Верхоянского и Черского, где превышает 500 тыс. лет.

На площади распространения многолетнемерзлых пород различают следующие области:

1. Сплошного распространения мерзлых пород;

2. Прерывистого распространения мерзлых пород;

3. Островного, где мерзлые горные породы встречаются в виде островов среди талых.

В зоне сплошного распространения мерзлых пород наблюдается зональность.

I. В вертикальном разрезе – сплошные или преимущественно сплошные мерзлые породы

II. Мерзлые породы, сильно нарушенные таликами

III. Включения различные по размерам включения внутри талых пород

IV. Спорадически встречаются островки мерзлых пород среди талых.

1 – надмерзлотные

2 – межмерзлотные

3 – подмерзлотные воды.

Основные типы подземных вод мерзлой зоны литосферы и их характеристики.

НАДМЕРЗЛОТНЫЕ ВОДЫ относятся к деятельному слою – максимального зимнего промерзания и летнего оттаивания. Мощность деятельного слоя изменяется от нескольких сантиметров до 3-5 м.

Водоупорное основание – многолетне мерзлые породы.

Летом воды безнапорные, со всеми признаками, характерными для грунтовых вод. В зимний период воды деятельного слоя промерзают. В процессе промерзания создается давление, и воды обладают напором. В результате этого образуются бугры пучения или наледные бугры. Надмерзлотные воды выходят на поверхность в виде нисходящих источников на склонах падей, озерных котловин, террас, распадков и оврагов.

Формирование наледи. Из книги Р. К. Баландина «Глазами геолога»

Расходы родников различные, зависят от коллекторских свойств оттаявших пород.

Кроме деятельного слоя надмерзлотные воды распространены в несквозных таликах, под влиянием оттепляющего действия поверхностных и более теплых межмерзлотных вод.

Подрусловые талики – в долинах крупных рек, подземные воды формируются в песчано-галечниковых отложениях. Химический состав связан с поверхностными водами и изменяется по сезонам года.

Подозерные талики – распространены под большинством озер и пересохших озерных котловин мерзлой зоны литосферы в аллювиальных отложениях. Мощность их изменяется от нескольких метров до 50 – 80 м и более.

Запасы воды и качество в значительной степени определяется размерами и возрастом котловин, составом слагающих отложений и литологическими особенностями подстилающих закарстованных пород.

Надмерзлотные воды хорошо изучены в Якутском артезианском бассейне, где встречаются пресные, солоноватые и соленые разности с минерализацией 0,2 – 5-6 г/л.

Субмаринные – прибрежная мелководная зона в устья больших северных рек.

Межмерзлотные воды – залегают и движутся в многолетне мерзлых породах. Они низкотемпературные, с температурой от долей градусов до первых градусов, а высокоминерализованные с отрицательной температурой. Подземные воды связаны со сквозными и замкнутыми водоносными таликами.

Сквозные талики формируются под различными водоемами (русла рек, озера, моря, зоны разломов). Распространены повсеместно, но количество их уменьшается с юга на север.

Замкнутые талики содержат соленую воду или рассолы, очень редко могут быть пресноводными.

Подмерзлотные воды залегают под толщей мерзлых пород. Находятся в жидкой фазе. Глубина залегания определяется мощностью многолетнее-мерзлых пород и гидрогеологическими условиями. Подмерзлотные воды имеют положительную и отрицательную температуру. Отрицательная температура бывает на границе с многолетне мерзлыми породами. Очень сложно выявить условия питания, так как выходы водовмещающих пород на поверхность в наиболее высоких гипсометрических точках, как правило, проморожены.

Областями разгрузки являются сквозные водо-выводящие талики. Многие из сквозных таликов являются то питающими, то дренирующими. Химический состав зависит от истории формирования артезианского бассейна, литологического состава водовмещающих пород.

Подмерзлотные воды могут быть пресными (водоснабжение), солеными, которые используются как лечебные, так как содержат бром, йод, калий.

Для водоснабжения в первую очередь будут разведываться сквозные талики, а на отдельных участках - и подмерзлотные.

Криогенные явления развиваются преимущественно в деятельном слое за счет оттаивания и промерзания грунтов. К ним относятся:

- бугры пучения (высота обычно 8-12 м, реже до 40 м), подземные наледи и жильный лёд,

- наземные наледи (излившаяся подземная или поверхностная вода),

- термокарст (результат неравномерного промерзания почвы и подстилающих пород при таянии подземного льда).

Формирование гидролакколита. Из книги Р. К. Баландина «Глазами геолога»

Picture taken from a helicopter in the Khalarcha tundra, Kolyma lowlands. 1992.

Фото булгунняха в Халарчинской тундре. 1992.

Формирование гидролакколита. Из книги Р. К. Баландина «Глазами геолога»

This picture was taken from a helicopter in 1992.

Полигональная тундра