В зависимости от местных условий - мощности карстующегося массива, однородности карстующихся пород, наличия или отсутствия некарстующихся пластов, движений земной коры, расчленённости массива транзитными магистральными реками, элементов залегания карстующихся пород, геоморфологических, климатических и ряда других - наблюдается различное распределение гидродинамических зон карстовых вод.
Карстовые воды, образующие горизонтальные каналы, примерно перпендикулярные реке, могут формироваться до 30-35 м ниже дна реки. При поднятии района пойма превратится в новую террасу, а канал подруслового, параллельного реке, потока и сопряжённые с ним горизонтальные каналы, перпендикулярные реке, в зависимости от глубины вертикального врезания реки будут вскрыты или не вскрыты рекою, меандрирующей на новом, более низком, уровне. В случае вскрытия горизонтальные каналы превратятся вначале в пещеры с источниками, а затем в сухие пещеры. В то время, когда по пещере течёт источник, в ней образуется однообразный уклон к реке, который мог отсутствовать, когда канал входил в зону сифонной циркуляции. Иногда широкая и высокая арка входа в пещеру является не только результатом обрушения свода и принятия наиболее устойчивой формы, но реликтом былой зоны сифонной циркуляции; необходимо, конечно, учитывать и роль последующих колебательных движений, изменяющих наклон земной коры в районе. Если взять как наиболее устойчивую категорию не средний уровень поверхности аккумулятивного комплекса цокольной террасы, а её цоколь, то при наличии горизонтальных пещерных каналов, образовавшихся в зоне сифонной циркуляции, данной террасе, будут соответствовать пещеры, расположенные не на одинаковом уровне, а на 20-35 м ниже. Задержка в углублении пещерных каналов по сравнению с дренирующей рекой, при наличии хорошо разработанной зоны поглощения, может привести к тому, что водоносными будут пещерные каналы, находящиеся на высоте 20-50-100 м над уровнем воды в реке. В этом случае пещера станет сухой и может быть заселена только тогда, когда река опустится на несколько ярусов.
1.1 Формирование карстовых пещер
Итак, при формировании карстовых полостей происходит взаимное наложение коррозионного, эрозионного и гравитационного процессов в пространстве (в пределах разных гидродинамических зон) и во времени (на разных стадиях развития карста и в различные сезоны). По положению в рельефе, морфологии, характеру заполнителя, химическому составу подземных вод для каждой полости можно выделить основной (формирующий) и сопутствующий (моделирующий) геодинамические процессы. Исходя из этого, выделяют коррозионно-гравитационные, нивально-коррозионные, коррозионно-эрозионные карстовые полости.
Ведущим фактором образования коррозионно-гравитационных полостей является движение блоков горных пород под влиянием силы тяжести, фактором моделирования - нивально-коррозионные и конденсационно-коррозионные процессы. Такие полости располагаются в верхней части склонов речных долин и в прибровочной части плато горных массивов. Полости, находящиеся в высоких крутых обрывах, образуются преимущественно по трещинам отседания. На начальной стадии раскрытия их ширина в верхней части не превышает 1-2 м (рис. 3, а). В пологопадающих слоистых и неслоистых породах вдоль трещин отседания образуются сравнительно простые по морфологии колодцы и шахты (рис. 3, б). На разной глубине они перегорожены глыбовыми навалами. Глубина таких шахт достигает 60-80 м, узкие щели продолжаются значительно глубже. В крутопадающих слоистых породах формируются «коленчатые» шахты. При смещении по напластованию отдельных глыб, «закрывающих» трещину, возникают небольшие пещеры (рис. 3, в). Если в основании отсевшего блока лежат водоупорные породы, формирование трещин отседания способствует возникновению глыбовых оползней. При этом в теле массива возникают клиновидные сужающиеся кверху трещины и полости.
Рис. 3. Коррозионно-гравитационные полости
Пещеры и шахты в смещённых блоках могут иметь длину 100-150 м и глубину более 100 м. значительно реже тектонические трещины раскрываются в центральной части плато горных массивов. При этом отмечаются линейно-вытянутые или коленчатые полости длиной 200-300 м и глубиной 60-100 м. их галереи обычно бывают забиты глыбово-обвальными накоплениями. Коррозия талыми и конденсационными водами приводит к выщелачиванию стенок и к формированию на них желобчатых карров.
К нивально-коррозионным полостям относятся вертикальные полости, не имеющие на дне значительных боковых ходов. Зачастую на подветренных склонах и в карстовых воронках накапливаются многометровые сугробы, которые непрерывно подтаивают на протяжении всей зимы и холодная, насыщенная углекислотой вода постепенно расширяет трещины и поноры, превращая их в колодцы и шахты. Нивально-коррозионные полости в большинстве случаев (89%) не имеют питающих водосборов и располагаются в условиях, исключающих эрозионных проработку. Резко преобладают неглубокие (5-20 м), ещё развивающиеся колодцы (67%). Более глубокие полости (21-80 м) часто имеют на дне сохраняющиеся всё лето скопления снега, который «бронирует» дно шахты, замедляя её дальнейший рост. Конусовидные колодцы и шахты имеют округлое входное отверстие большого диаметра (5-30 м). Заложены они обычно в неслоистых или толстослоистых известняках по двум взаимно перпендикулярным системам тектонических трещин. Цилиндрические полости образуются за счёт 3-4 сопряжённых систем трещин. Щелевидные полости используют одну основную систему трещин (рис. 4, в). Вследствие неблагоприятных условий летнего прогрева на дне таких шахт часто сохраняются снежные конусы до 8-14 м высотой. К сложным относятся полости, имеющие небольшое входное отверстие (0,3-0,8 м) и прихотливую конфигурацию. Располагаются в основном под крутыми структурными уступами и формируются при стаивании снежных надувов и карнизов. Часто имеют слепые ответвления и купола, использующие трещины напластования или тектонические. Наиболее благоприятные условия для формирования нивально-коррозионных полостей создаются в среднегорном карсте, где выпадает достаточно снега, он активно перераспределяется ветром и периодически (до 6-7 раз в год) стаивает. В условиях высокогорного карста снег стаивает только летом. При этом резко уменьшается его агрессивность, так как углекислый газ, содержащийся в снегу, улетучивается, не успевая переходить в раствор. Скопления снега и льда на дне даже неглубоких карстовых колодцев и шахт могут сохраняться всё лето. Полости этого класса бедны отложениями.
Рис. 4. Нивально-коррозионные полости
Коррозионно-эрозионные полости тяготеют к современной или древней гидрографической сети. Они располагаются под днищами ныне сухих карстовых долин, иногда представляют собой бывшие полости-поноры или полости-источники. Изредка располагаются под водоразделами между смежными долинами или на шейках меандров. Обычно имеют значительные размеры, это все самые крупные карстовые системы мира. Наиболее благоприятны для формирования крупных карстовых водоносных систем случаи, когда их питающие водосборы частично или полностью сформированы в некарстующихся водоупорных породах. Тогда поверхностный сток поступает под землю путём «втекания» в крупные трещины, быстро расширяя их за счёт механической энергии падающей воды и за счёт истирания стенок частицами породы. Такой тип питания называется инфлюационным. Многие карстовые водоносные системы имеют устойчивое снежно-ледниковое питание. В условиях платформенного карста наиболее крупные пещеры формируются при частичном перетоке воды крупных транзитных рек через водоразделы в смежные долины или при расположении полостей в меандрах крупных рек. Если питающий водосбор сравнительно невелик и сложен карстующимися породами, то формирование пещер происходит за счёт местного, инфильтрационного питания и они обычно имеют небольшие размеры -0,2-2,0 км. Коррозионно-эрозионным пещерам свойственны такие признаки проработки текучими водами, как древовидность системы, меандрирование галерей, уступы в поперечном профиле (образованы подземными водопадами), эрозионные котлы в руслах, желоба и горизонтальные ниши на стенах, водно-аккумулятивные отложения (галька, песок, глина) автохтонного и аллохтонного происхождения - их состав свидетельствует о переносе, сортировке и отложении водными потоками.
Рис. 5. Условия, наиболее благоприятные для развития коррозионно-эрозионных полостей. 1 - известняки, 2 - гипс, 3 - некарстующиеся породы, 4 - лёд и снег
В морфологии пещерных полостей большая роль принадлежит трещинноватости карстующейся породы и натечно-капельным образованиям. При разработке пещерных тоннелей по вертикальным и крутонаклонным трещинам они отличаются прямолинейностью, резкими «коленчатыми» изгибами. Под разными углами от них отходят ответвления. Нередко тоннели пересекаются, образуя сложные решётчатые лабиринты Эволюция натечно-капельных образований зависит от уменьшения притоков воды в пещеру при переходе от воклюзовой к водно-галерейной и сухогалерейной стадиям. Сначала развиваются наплывы на полу пещеры, гуры, затем сталагмиты с широким основанием, сменяющиеся далее палкообразными. И лишь когда приток воды снижается до 0,1-0,01 куб. см/сек, появляются сталактиты. При общем его снижении образуются эксцентричные сталактиты. При общем снижении обводнённости пещеры в процессе её эволюции на одной и той же стадии наблюдаются в разных частях пещерной полости неодинаковые притоки воды, отчего появляются различные формы натечно-капельных образований. Пещеры-ледники характеризуются ледяными натечно-капельными и кристаллическими образованиями. Выделяется семь типов карстовых полостей-ледников в России, различающихся по условиям возникновения пещерного холода, накопления льда и снега: скопления льда и снега; ледяные кристаллы на потолке пещерных ходов; вечная мерзлота; циркуляция холодного воздуха; поступление снега; поступление воды. К области вечной мерзлоты, где пещерный лёд представляет собой особую её форму, относятся последние три типа.
Итак, карстовые явления представляют собой сложный многообразный процесс, развивающийся лишь при наличии следующих основных условий: карстующихся горных породах, их способности пропускать воду и наличии движущейся воды, способной растворять. При отсутствии одного из них карстообразования не будет. Карст - процесс химического (растворение) и отчасти механического (разрушение струёй) воздействия вод на растворимые проницаемые горные породы. В карстовых шахтах горных областей воды, насыщенные гидрокарбонатным ионом и кальцием за счёт контакта со стенками в верхних участках, в нижней части уже не способны растворять. Однако падение воды с огромной высоты производит большую механическую работу, и шахта будет расширяться и углубляться даже тогда, когда растворение отсутствует. Подобная картина наблюдается также в наклонных и горизонтальных карстовых пещерах с их подземными карами.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
