6.4. Основные типы подземных вод области распространения многолетнемерзлых пород (ммп)

Многолетнемерзлыми породами (ММП), согласно определению Н.И. Толстихина и Н.А. Цитовича, называются горные породы, имеющие отрицательную или нулевую температуру, содержащие воду в кристаллическом состоянии (в виде льда) и сохраняющиеся в таком состоянии в течении многих лет, веков и тысячелетий. На территории земного шара ММП распространены на площади более 35 млн. км², что составляет около 25% суши. Мощность ММП изменяется от первых метров вблизи южной границы их распространения до 100-700 м в северных районах, в ряде случаев достигает 1000 м (в пределах массивов кристаллических пород и горно-складчатых областях Восточной Сибири).

Основными особенностями гидрогеологических условий территорий с ММП являются следующие:

1) в пределах области распространения ММП значительный объем свободных гравитационных подземных вод постоянно находится в твердом состоянии и тем самым (временно с точки зрения геологической истории этих районов) исключается из общего круговорота воды в литосфере;

2. мерзлые горные породы с температурами ниже 0°С являются непроницаемыми для свободных гравитационных подземных вод (за исключением криогалинных) и могут рассматриваться в качестве криогенных водоупоров. Положение подземных вод относительно толщи (водоупорных) ММП определяет различные условия их формирования, что служит основой для классификации подземных вод криолитозоны;

3. распространение практически с поверхности земли до глубин 200–300 м, а в ряде случаев до 1000 м и более непроницаемых мерзлых пород с температурами ниже 0°С приводит к резким изменениям гидродинамических, гидрохимических и гидротермических условий формирования всех типов подземных вод, определяя глубокое «криогенное» преобразование гидрогеологических структур. В связи с этим артезианские бассейны, гидрогеологические массивы и другие типы гидрогеологических районов в пределах зоны сплошного распространения ММП значительной мощности должны рассматриваться (Н.Н. Романовский и др.) в качестве специфических криогидрогеологических структур (криоартезианские бассейны, криогидрогеологические массивы и др.).

Первая классификация подземных вод области распространения ММП была предложена в 1941 г. Н.И. Толстихиным, которым по условиям залегания подземных вод относительно толщи многолетнемерзлых пород были выделены: надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные подземные воды. Во всех последующих классификациях представления Н.И. Толстихина главным образом уточнялись и детализировались (рис. 12).

Рис. 12. Схема залегания различных по отношению к ММП типов подземных вод (по Н.Н. Романовскому, 1983)

А – надмерзлотные воды СТС; Б – воды сквозного дождевально-радиационного талика; В – надмерзлотные воды подозерного несквозного талика; Г – воды сквозного подруслового талика; Е – межмерзлотные воды; Ж – подмерзлотные воды неконтактирующие безнапорные; 3 – подмерзлотные воды неконтактирующие напорные; И – подмерзлотные воды контактирующие напорные; К – надмерзлотные воды несквозного дождевально-радиационного талика; 1 – изверженные трещиноватые породы; 2 – щебень и дресва; 3 – суглинки; 4 – пески, галечники; 5 – многолетнемерзлые породы и их граница; 6 – обводненность пород постоянная (а), периодическая (6), 7 – стрелка – направление движения подземных вод; 8 – подошва СТС (б) и CMC (а); 9 – скважины, стрелкой показана глубина появления и установившийся уровень подземных вод

Надмерзлотными водами согласно определению Н.И. Толстихина, называются подземные воды, залегающие над толщей многолетнемерзлых пород, над ее верхней границей. При неглубоком (до 10–15 м) залегании многолетнемерзлых пород их толща является обычно водоупорным основанием (подошвой) для надмерзлотных вод. В соответствии с представлениями Н.Н. Романовского (1983) в качестве основных подтипов надмерзлотных вод должны рассматриваться воды сезонно-талого слоя (СТС) и воды несквозных таликов. Воды сезонно-талого слоя (слой сезонного оттаивания, деятельный слой и др.) формируются в самой верхней, оттаивающей в летний период части разреза и связаны, как правило, с рыхлыми четвертичными образованиями различного генезиса и состава. По условиям залегания они образуют первый от поверхности земли сезонно существующий горизонт безнапорных вод типа грунтовых. Мощность водоносного горизонта СТС в зависимости от климатических условий, рельефа, состава водовмещающих пород и других факторов изменяется от 0,1–0,5 м в северных районах до 2–3 м и более в южных районах распространения ММП. Время существования водоносного горизонта с севера на юг территории изменяется от 2–3 до 10–11 месяцев в году (Романовский, 1983).

Условия формирования вод СТС определяются условиями их залегания. Питание подземных вод (в летний период) происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков и конденсации водяного пара. Разгрузка осуществляется в виде малодебитных источников, многочисленных высачиваний или фильтрацией в гидрографическую сеть. Залегая в самой верхней части разреза, подземные воды СТС обычно настолько тесно связаны с поверхностными водами (озера, болота, склоновый поверхностный сток и др.), что «переход» одного вида воды в другой осуществляется практически повсеместно.

Несквозными таликами называются, как правило, ограниченные по площади участки в пределах территории с неглубоким (1–3 м) сплошным залеганием ММП, на которых мощность талых (непромерзающих) пород больше (значительно больше) мощности слоя сезонного промерзания (от поверхности земли до кровли ММП). На таких участках в зимний период промерзает только верхняя часть разреза, а ниже (до кровли ММП) горные породы и содержащиеся в них подземные воды постоянно или в течение достаточно длительных (многолетних) периодов сохраняются в талом состоянии. Таким образом, несквозные талики представляют собой как бы «изолированные понижениия» поверхности ММП, формирование которых обычно связано с воздействием местных отепляющих факторов.

Сквозными называются талики и таликовые (талые) зоны, «пронизывающие» (прорывающие) всю толщу многолетнемерзлых пород от их кровли до подошвы (Романовский, 1983). Размеры таких таликов и талых зон, их конфигурация в плане и разрезе могут существенно различаться и изменяются от крупных «сливающихся» талых участков и площадей в районах распространения островных и прерывистых мерзлых толщ до узких щелей, каналов, жил и других форм в районах сплошного распространения мощных толщ ММП (см. рис. 12).

По температурному режиму подземные воды сквозных таликов подразделяются на «теплые» с температурами выше 0°С и «холодные» криогалинные, сохраняющиеся в жидком состоянии (при t<0°С) в связи с их относительно высокой минерализацией.

В условиях области распространения ММП, особенно при их сплошном распространении, сквозные талики и талые зоны являются важнейшим гидрогеологическим фактором, обеспечивающим в современных условиях гидродинамическое взаимодействие, а также процессы тепло- и массообмена между поверхностными над-, меж- и подмерзлотными подземными водами.

Межмерзлотные воды заключены в толще горных пород, постоянно имеющих отрицательную температуру, и представляют собой главным образом скопления ископаемого льда. Эти скопления встречаются в форме пластов, линз, жил, глыб и тому подобных образований. Частичный переход этих вод в жидкое состояние может произойти лишь при общем потеплении, продолжающемся по крайней мере несколько лет. Основным источником питания этих вод являются надмерзлотные воды и восходящие потоки подмерзлотных. Межмерзлотные воды, питающиеся преимущественно водами деятельного слоя, обычно связаны с таликами гидрогенного типа (подрусловыми, подозерными, пойменными подтипами), с водами рек, озер, наледей.

Подмерзлотные воды залегают ниже толщи многолетнемерзлых пород и всегда находятся в жидком состоянии. Характер залегания, условия движения этих вод практически не отличаются от глубоких подземных вод в немерзлотных районах. Подмерзлотные воды существуют в виде грунтовых потоков, заполняют трещины, полости в горных породах. Сообщаются эти воды с поверхностными лишь через глубокие таликовые зоны, чаще всего расположенные под руслами крупных рек. В реки в основном и происходит их разгрузка. Иногда эти воды являются напорными и изливаются на поверхность в виде ключей и зимой образуют мощные наледи.

Вопросы для самоконтроля

1. Охарактеризуйте процессы, происходящие в зоне аэрации.

2. Перечислите типы подземных вод зоны аэрации. Охарактеризуйте условия их формирования.

3. Каковы отличительные особенности и условия залегания грунтовых вод (межпластовых вод, глубинных вод).

4. Какие геологические структуры необходимы для образования артезианских бассейнов.

5. Перечислите основные особенности гидрогеологических условий территорий с ММП.

6. Дайте характеристику надмерзлотных, межмерзлотных и подмерзлотных подземных вод.