Схема строения гидрогеологического массива : 1 - древние кристаллические породы; 2 - зона экзогенной трещиноватости; 3 - рыхлые или слабосцементированные осадочные отложения; 4 - образования коры выветривания; 5 - возможные направления потоков трещинно-жильных вод; 6 - направления движения трещинно-грунтовых вод зоны экзогенной трещиноватости
Основной тип подземных вод - трещинные (грунтовые трещинные) воды верхней зоны выветривания кристаллических пород. В большинстве случаев эти воды образуют гидравлически единый водоносный горизонт с водами рыхлых покровных отложений и водоносными образованиями коры выветривания, распространенный в основном в пределах всей площади массива. Мощность водоносного горизонта в зависимости от строения верхней части разреза изменяется от нескольких до 60-100 м и более
Образование многолетнемерзлых пород, являющихся водоупорами, сильно изменило условия водообмена атмосферных и подземных вод в криолитозоне. Большая часть пресных подземных вод в криолитозоне приурочена к таликам.
Таликами, или талыми зонами, называются толщи талых горных пород, которые развиты на поверхности земли или под водоемами и реками и которые непрерывно существуют более десятка лет. Если талики подстилаются снизу мерзлыми породами, то они называются надмерзлотными, или несквозными, а если талики только обрамляются по бокам мерзлыми породами, как стенками, то они носят название сквозных. Талики также могут быть межмерзлотными и внутримерзлотными в виде линз «тоннелей», «трубы», ограничены со всех сторон мерзлыми породами.
Подземные воды криолитозоны по отношению к мерзлым породам — криогенным водоупорам — подразделяются на: 1) надмерзлотные; 2) межмерзлотные; 3) внутримерзлотные и 4) подмерзлотные воды.
1. Надмерзлотные подземные воды подразделяются на временные воды деятельного слоя и постоянные воды несквозных таликов.
Временные воды существуют только летом, и глубина их залегания не превышает кровли мерзлых пород. Воды имеют важное значение для процессов солифлюкции, образования курумов, оплывин, пучения пород.
Постоянные воды связаны с несквозными таликами над кровлей мерзлых пород, и они отвечают за образование гидролакколитов, бугров пучения, наледей.
2. Межмерзлотные воды обычно располагаются между двумя слоями мерзлых пород, например между голоценовым верхним и реликтовым, позднемиоценовым, нижним. Эти воды чаще всего динамически не активны.
3. Внутримерзлотные воды, о чем говорит их название, существуют внутри толщи мерзлых пород и находятся в замкнутых объемах, будучи приуроченными к таликам в карстующихся известняках.
4. Подмерзлотные воды циркулируют вблизи подошвы мерзлой толщи, обладают положительными температурами, иногда слабо или сильно минерализованы и могут быть напорными и ненапорными, а также контактирующими с мерзлой породой или неконтактирующими, т. е. отделенными слоем талых пород от мерзлых.
Криолитозона- подземная гидросфера в области распространения многолетнемерзлотных пород.
Мощность 1000-5000м.
Она охватывает зону аэрации (частично или полностью) и верхнюю часть зоны полного насыщения.
Основная масса находится в твёрдом состоянии (лёд, газовые гидраты), физически связанной воды, проницание которых происходит при отрицательной температуре.
Свободная гравитационная вода имеет область распространения талых горных пород, в связи с повышенной температурой.
Газогидраты - твёрдое состояние, когда газ находится в твёрдом состоянии может быть смесь газов с парами воды, если меняется температура или давление он испаряется.
Таликом называется участок протаявшей или никогда незамерзающей породы с гравитационной водой, расположенной среди ММП.
Различают талики:
несквозные — ограниченные по площади участки в пределах территории с неглубоким сплошным залеганием ММП, на которых мощность талых пород больше мощности слоя сезонного промерзания, образующиеся в поймах и на террасах рек речных долин (подрусловые талики), под озерами и озерными террасами (подозерные талики), в конусах выноса у подножия горных склонов (склоновые талики);
сквозные — талики и таликовые зоны, «пронизывающие» всю толщу ММП — от их кровли до подошвы. Воды сквозных таликов относятся к самостоятельной категории подземных вод криолитозоны, так как сквозные талики играют важную роль в формировании гидрогеологического разреза мерзлой зоны: могут связывать надмерзлотные воды с межмерзлотными, надмерзлотные — с подмерзлотными и т.д.
Экзогенные геологические процессы и явления в криолитозоне, обусловлены развитием теплофизических, физико-химических и механических процессов в промерзающих, мерзлых и протаивающих породах.
Экзогенные геологические процессы и явления в криолитозоне разделяются на три крупные группы:
К 1-й группе - отнестятся собственно криогенные процессы, развитие которых вызвано сезонными и многолетними колебаниями тепло- и массообмена на земной поверхности и в подстилающих горных породах. Это морозобойное растрескивание и криогенное выветривание, связанные с многократным повторением циклов промерзания и оттаивания пород; морозное пучение пород и наледообразование, обусловленные сезонным и многолетним промерзанием пород, подземных и поверхностных ( при образовании наледей) вод, увеличением пород при льдовыделении; термокарст,связанный с сезонным и многолетним оттаиванием сильно льдистых пород и подземных залежей льдов, с изменением свойств, осадкой и размоканием пород при оттаивании.
Развитие 2-й группы – флювиальных, абразионных и водно-балансовыхпроцессов вызвано механическим и тепловым воздействиями на мерзлые и оттаивающие породы водных масс, годовыми колебаниями теплообмена на поверхности почвы и многолетними колебаниями водного баланса поверхности. В эту группу входят термоабразия, термоэрозия и заболачивание.Развитию всех этих процессов всегда предшествует оттаивание пород, сопровождающееся нарушением структурных связей в породах, изменением их физико-механических и теплофизических свойств.
3 -я группа процессов объединяет гравитационныепроцессы, такие как солифлюкция, сплывы, оползание; осыпание, десерпция, курумообразованиеи другие с которыми связано формирование специфического состава и строения склоновых отложений.
Морозное пучение дисперсных пород.Морозное пучение дисперсных пород обусловлено увеличением объема замерзающей влаги и льдонакоплением (вследствие миграции воды) при промерзании. Наибольшие деформации пучения наблюдаются при промерзании в открытой системе хорошо влагопроводных, чаще всего пылеватых и водонасыщенных супесчаных и суглинистых пород при малых скоростях промерзания и близком расположении водоносного горизонта (миграционный механизм пучения).
Нередко пучение связано с промерзанием грубодисперсных пород в условиях закрытой системы, когда возникают напорные горизонты грунтовых вод (инъекционный механизм пучения).
В целом, в природных условиях пучение пород может быть связано с сезонным промерзанием пород сезонно-талого и сезонно-мерзлого слоя (сезонное пучение) и с многолетним промерзанием пород (многолетнее пучение).
Многолетнее пучение. Пучение грунтов является наиболее распространенным криогенным процессом, в результате которого на участках развития тонкодисперсных пород и торфяников формируются различные по форме и размерам бугры пучения. По типу формирования бугры пучения (локальные) подразделяются на сегрегационные и инъекционные,но возможно их смешанное образование.
Сегрегационныебугры пучения, как правило, сопровождают новообразование многолетнемерзлых пород на талых участках пойм и озерных котловин.
Инъекционные– возникают обычно за счет инъекции воды (или разжиженного грунта) под действием гидростатического давления, развивающегося в закрытых системах при их промерзании. Они связаны преимущественно с промерзанием подозерных (обводненных) несквозных таликов, окруженных со всех сторон многолетнемерзлыми породами. На Севере и в Центральной Якутии их называют булгуняхами,за рубежом –пинго.Размеры булгуняхов зависят от количества воды в замкнутых таликах и могут достигать по высоте 30-60 м и по основанию – 100-200 м.
Гидролакколиты образуются при инъекции воды под влиянием гидродинамического напора надмерзлотных и межмерзлотных вод.
Термокарст –при протаивании льдистых пород и вытаивании подземного льда наблюдаются просадки земной поверхности. Процесс протекает как при сезонном, так и при многолетнем протаивании мерзлых пород. Механизм процесса состоит в уплотнении оттаивающих сильно льдистых пород или пород, содержащих мономинеральные залежи льда.
По Б.И. Писарскому (1980) различают:
метеогенные сквозные талики, образование которых связано с проникновением в мерзлую толщу поверхностных положительно температурных вод;
тектоногенные сквозные талики, приуроченные к разломам;
термогенные сквозные талики, образование которых связано с проникновением термальных вод в мерзлую толщу в областях современного вулканизма.
Необходимым условием развития термокарста является наличие подземных льдов в виде мономинеральных залежей или текстурообразующего льда в рыхлых отложениях.
Процесс развития термокарста по-разному протекает в случаях оттока воды из термокарстового понижения и обводнения понижений. В том случае, когда вода не скапливается в понижении (сточный термокарст),процесс носит затухающий характер. Формы термокарстового рельефа и микрорельефа существенным образом зависят от того, какие типы льдов и льдистых пород подвергаются оттаиванию, а также от особенностей распространения льда в мерзлых породах.
Склоновые процессы и явления –вызываются действием сил гравитации, которые приводят к развитию обвалов, оползней, курумов, солифлюкции и др.
Курумы –весьма распространенные в области вечной мерзлоты склоновые образования, сложенные дресвяно-щебенисто-глыбовым материалом скальных и полускальных пород. Курумы приурочены к склонам крутизной от 3 до 400. Основным и постоянно действующим механизмом перемещения курумов является термогенная и криогенная десерпция.
Термогенная десерпция –обусловлена периодическим (суточным и сезонным) колебанием температуры, приводящим к циклическому расширению и сокращению размера обломков пород и пульсационному смещению грубообломочного материала вниз по склону.
Криогенная десерпция –связана с поднятием обломков в направлении, перпендикулярном к склону( за счет образования линз и прослоев льда в теле курума), а затем с последующим опусканием по вертикале обломков вместе с заполнителем в результате вытаивания льда.
Процессы вязкого и вязкопластичного смещения дисперсного материала в пределах криолитозоны широко развиты и на задернованных склонах, и в пределах почти ровных аккумулятивных поверхностей. Наиболее распространен среди них процесс солифлюкции,или вязкопластического (медленного) течения рыхлых отложений на склонах, происходящий под действием составляющей собственного веса, направленной по падению склона и вызывающей в грунте пластические деформации. Интенсивность солифлюкции зависит от крутизны склона, глубины оттаивания пород, состава отложений, прочности дернового покрова, характера рельефа и т.д.
Выделяют два вида медленной солифлюкции - покровную и дифференциальную.
Покровная солифлюкция –это движение грунтов, осуществляемое более или менее равномерно и достаточно медленно, характеризуется скоростями 2-10 см/год и проявляется на склонах крутизной до 150. Основной особенностью покровной солифлюкции является то, что движение материала происходит без существенного изменения внутренней структуры грунта. Влажность отложений не превышает предела текучести.
Дифференциальная солифлюкция– ярко проявляется на местности в виде характерных форм микро- и мезорельефа: солифлюкционные языки, террасы, полосы и пр.
Причиной образования этих форм является дифференциация скоростей смещения как по всему склону, так и в пределах одного солифлюкционного потока.
В пределах криолитозоны широко развита так называемая быстрая солифлюкция, или вязкое течение оттаивающих дисперсных пород на склонах, развивающаяся на склонах крутизной 15-250 при сильном переувлажнении пород слоя сезонного оттаивания. Она сопровождается нарушением внутренних связей грунта, а также разрывами дернового покрова. Влажность отложений превышает предел текучести.
Термоэнергетические воды - воды с повышенной температурой, которой достаточно для выработки электроэнергии и обогрева помещений.
Промы́шленные во́ды − природные воды с концентрацией элементов, обеспечивающей экономически целесообразную их добычу и переработку в конкретных гидрогеологических условиях. Они являются нетрадиционным видом полезных ископаемых и представляют собой гидроминеральное сырьё. Основной показатель промышленных вод − содержание ценного компонента, которое изменяется от долей мг/дм3 до сотен г/дм3 относительно минимально нормируемого значения. Гидроминеральное сырьё объединяет подземные, поверхностные и техногенные сточные воды, содержащие целый набор элементов промышленного значения.
Ценность промышленных вод и перспективы их переработки определяются рядом факторов:
наличием значительных запасов месторождений;
экологической чистотой добычи и производства продукции, исключающей нарушение состояния окружающей среды, дробление и измельчение огромных масс горных пород и применение сложных технологических схем обогащения руды;
возможностью использования метода испарительного концентрирования (вымораживания) вод с последовательным выделением солей;
максимальной автоматизацией добычи сырья и переработкой его в заводских условиях;
Воды |
Компоненты |
Минимальная концентрация |
|
мг/г |
% |
||
Специфические бромные |
Br |
25 |
2,5*10-3 |
Промышленные Бромные |
Br |
250 |
2,5 *10-2 |
Специфические йодные |
I |
1 |
1*10-4 |
Промышленные йодные |
I |
18 |
1,8*10-3 |
Специфические йодобромные |
I |
1 |
1*10-4 |
Br |
25 |
2,5*10-3 |
|
Промышленные йодобромные |
I |
10 |
1*10-3 |
Br |
200 |
2*10-2 |
|
Специфические борные |
B |
10 |
1*10-3 |
Промышленные йодоборные
|
I |
65 |
6,5*10-3 |
B |
162,5 |
1,6*10-2 |
|
удешевлением проводимых работ и низкой себестоимостью получаемого продукта.