Карстовые породы (стр. 3 из 10)

Рис. 4. Нивально-коррозионные полости

Коррозионно-эрозионныеполости 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.

В 90-е годы оформилась теория эпикарстовой зоны, в которой наиболее активно происходят процессы растворения и образуются различные полости.

Рис. 6. Развитие трещин в эпикарстовой зоне (А) и модель развития плювиально-коррозионной полости в ней (Б)

Формируется своеобразная депрессионная воронка в приповерхностной зоне вертикальной циркуляции карстовых вод, хотя обычно такие воронки формируются только в полностью обводнённых породах при откачке воды из скважин. В самой верхней части эпикарстовой (подзона дробления) развита густая сеть трещин, расширенных выветриванием; в средней части (глыбовая подзона) существует менее густая сеть трещин, имеющих некоторое раскрытие в нижней части (блоковая подзона) раскрыты лишь единичные крупные тектонические трещины. Пусть имеется площадка 50 на 20 м (1000 м²). На её поверхности, разбитой густой сетью пересекающихся расширенных тектонических трещин, образовалось каровое поле. Прошёл ливневый дождь средней интенсивности, давший за один час 20 мм осадков. Вода в объёме 20 м³ (1000 м² на 0, 02 м) полностью поглотилась в пределах площадки. Сначала она заполнила 20 трещин (по 1 м³ в каждой), затем стеклась в 10 (по 2 м³), затем сосредоточилась в одной (20 м³). Именно здесь, под поверхностью, зарождаются полости, которые можно назвать плювиально-коррозионными (лат. pluvialis дождевой). Постепенно они растут, чему способствуют также талые снеговые воды и конденсация влаги. Затем, при провале свода, на поверхности появляется готовая карстовая шахта. Полости отличаются друг от друга не только по плотности распределения глубин, но и по направлению заложения. В подзоне дробления представлены все направления (любая трещина может вырасти в пещеру), в глыбовой – выделяется несколько взаимно перпендикулярных направлений, а в блоковой – сохраняется одно из них.

Спелеологические исследования карстовых массивов привели к заключению, что существует тип коррозионно-эрозионных полостей, состоящих из трёх звеньев: верхнего (пещеры- и шахты-поноры), среднего (вскрытые пещеры), нижнего (пещеры-источники). Индикаторные опыты ХХ в. Доказали наличие гидрогеологических систем, дренирующих целые карстовые массивы, протяжённостью до 75 км. «размах по вертикали» 3 км.

Жители карстовых районов всего мира давно обратили внимание, что поверхностные водотоки часто пропадают – «поныряют» под землю. С помощью пешер-поноров происходит перевод поверхностного стока в подземный. Нередко они расширяются в галереи пещер или колодцы. Особенно большие полости формируются, когда под землю уходят водотоки, формирующиеся на водоупорах. Большинство их заканчиваются щелью, затопленной галереей, глыбовым завалом, замывом глины, галечниковой россыпью, натёком кальцита или льда.

Вскрытые пещеры – галереи, в которые невозможно проникнуть по течению подземных рек. Они становятся доступными только тогда, когда их сообщают с поверхностью (вскрывают) различные деструктивные процессы: денудация (тогда это узкая щель на любом элементе поверхностного карстового рельефа), коррозия (вход в систему открывается на дне или на склоне карстовой воронки либо колодца), эрозия (в систему ведёт узкий ход, промытый текучими водами), гравитация (провал купола зала). Возникающие при этом полости полигенетичны. Используют термин «карстовая система», обозначающий проходимую для человека часть гидрогеологической системы.

Большинство карстовых и некарстовых полостей мира имеет простое строение – главный «ствол» и боковые «ветви» – притоки. Но давно известны и пещеры-лабиринты – сложные системы взаимосвязанных ходов, зачастую образовавшиеся за счёт процессов растворения при смешивании холодных инфильтрационных и термальных подземных вод разного химического состава.

Самый простой случай формирования крупнейших полостей мира – это «речная» система. Подземная река, получающая основной объём питания через один вход. Образует слабонаклонную, меандрирующую полость без боковых притоков. При более крутом падении пластов образуются колодцы и шахты глубиной от 2–5 до 100–200 м и более. Нередко они образуют сложную спираль, отдельные изгибы которой в плане накладываются друг на друга. Развитием первого случая, обусловленным в основном особенностями геологического строения района, является появление в средней и нижней частях системы расширений (классический, но до конца не ясный специалистам по горной механике – зал в пещере Лубанг Насиб Банус: каким образом он сформировался, и какие силы удерживают гигантский безопорный свод площадью 26 футбольных полей, – пока не установлено.). Дальнейшее развитие «речной» системы – принятие ею многочисленных притоков. Как и наземные реки, такие пещеры имеют рисунок, определяемый развитием трещин и характером питания. Если развитие пещеры происходит при поднятии горного массива или при врезании равнинных рек в водораздельные пространства, возникают многоэтажные системы, отдельные части которых связаны между собой колодцами или сифонными каналами. При этом отмечается наличие на всех этажах следов эрозионной деятельности воды и песчано-глинистых отложений.