Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Закономерности формирования ресурсов подземных вод в южной части Лено-Амгинского артезианского бассейна

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Закономерности формирования ресурсов подземных вод в южной части Лено-Амгинского артезианского бассейна"

ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ НАУК АКАДЕШ1 НАУК УССР

На правах рукописи

ОСТРОВСКШ Александр Александрович

УДК /551.34:556/ /571.56/

У ^ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ РЕСУРСОВ ИОДЗКМнЫХ ВОД -В'.шюй ЧАСТИ ЛиНО-АМГИЮКОГО АРТЕЗИАНСКОГО БАССЕЙНА ' /НА ПРИМЕРЕ АЛЛАН-ЯКОКИТСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ/

Специальность: 04.00.06-гидрога алогия

Автореферат диссертации на соискание учаноР степени кандидата геолого-минералогичаских наук

киев 1989

Работа выполнена на кафедре гидрогеологии и инженерной геологии Киевского государственного университета им.Т.Г.ШЕВЧЕНКО

Научный руководитель - доктор геолого-млнералогических наук - Н.И.ДРОБНОХОД

Официальные опоненты: - доктор геолог о-минералогичас к их наук, профессор О.Н.ТОЛСТИХИН - кандидат геолого-минералогических наук Г.Г.ЛЮТЫЙ

Ведущая организация - ИГО "Гидроспецгеология"Мшшстарства геологии СССР

Зашита диссертации состоится в Й * часов на заседании специализированного совета по присуждению ученой степени кандидата геолого-минералогических наук по адресу: г.Киев ул.Чкалова 55^, Институт геологических наук Академии наук УССР.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геологических наук.

Автореферат разослан

•• 14 " 19.60 г.

Учений секротарь специализированного совета у

кандидат геолого-минералогических '¿у

наук {^р Ю.С.БУТ

_ ; ОБЩАЯ ХАРАКТЕР! 1СЕ1КА РАБОТЫ

г-т;^).;; !

Тктуальяость работы. Территория Алдан-Лкокитского междуречья входит в состав Южно-Якутского территориально-промышленного комплекса, наиболее экономически развитого района Якутии. Строящаяся ■ железнодорожная линия Баркакит-Томмот-Якутск, начало которой положено в 1935 г., рассматривается в качество важнейшего фактора социально-экономического развития района. Реализация планов по эффективному освоению восточных и севоршх районов страны предопределяет важность и актуальность гидрогеологических исследований, налравленшх на поиски и разведку подземных вод для водоснабжения строящихся населенных пунктов и промышленных объектов. Это тем белее становится очевидным, если учесть, что в районах развития мерзлотных толщ условия формирования ресурсов подземных вод изучены слабо, а вопросы методики гидрогеологических исследований разработаны недостаточно.

Расположение изучаемой территории на стыке двух гидрогеологических структур - Лено-Амгинского артезианского бассейна и Алданского гидрогеологического массива предопределило сложность тектонической обстановки, геологического строения и мерзлотно-щцрогеологических условий. Поэтому вахное значение для изучаемой территории приобретают вопросы систематизации и обобщения результатов мерзлотных исследований, тщательного изучения гидрогеологических условий, а также разработки рекомендаций но методике проведения поисково-разведочных работ и оценка ресурсов подземных вод.

Цель и задачи работы. Основная цель исследований - установление закономерностей формирования ресурсов подземных вод в южной части Лено-Амгинского артезианского бассейна, как основы для эффективного и планомерного их-выявления и разведки при решении задач хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения. Для достижения этой цели решались следующие задачи:

- установление основных факторов формирования многолетнемерзлых и талых пород, оценка их влияния на формирование ресурсов подземных вод, разработка критериев поисков таликовых зон;

- обоснование гидрогеологической стратификации и выявление гадро-геодинамических и щцрогеохшлических закономерностей формирования ресурсов подземных вод;

- разработка рекомендаций по особенностям проведения гидрогеологических исследований и оценке ресурсов подземных вод применительно к специфике крио-гидрогеологических условий изучаемой территории.

Г/а годика исследований заключалась в сборе, обработке, обобщении и систематизации результатов предыдущих исследований, проводимых на изучаемой территории, а также материалов комплекса поисково-разведочных работ для целей водоснабжения, выполненных на рассматриваемо?» территории в 1978-1985 годах, в проведении которых автор принимал непосредственное участие.

Научная новизна работы и основные защищаемые положения.

1. Выявлены и впервые классифицированы факторы формирования таликов изучаемой территории. Выделено 7 групп факторов, частично дополнена классифицированная схема таликов, что позволило прогнозировать образование таликов на определенных элементах рельефа и разработать критерии их поисков. Разработаны методические рекомендации по применению растительных ассоциаций и других критериев для картирования распространения многолетнемерзлых и талых пород, в соответствии с которыми построена прогнозная "Карта растительных ассоциаций, морфологии и температуры кришштозоны" исследуемой территории.

2. На основе выделенных геологических, геофизических и гидродинамических показателей разработаны принципы и дана новая гидрогеологическая стратификация венд-нижнекембрийских отложений. Установлена закономерность чередования водопроницаемых и относительно водоупорных слоев в разрезе карбонатной толщи, чго позволило выделить в ней 7 водоносных горизонтов и конкретизировать условия распределения, Формирования и использования содержащихся в них подземных, вод.

3. Установлены закономерности формирования ресурсов подземных вод, получившие отраженно:

- в оценка влияния литологических и текстурных особенностей карбонатной толщи, характера и степени ее гипергенных преобразований ш формирование гидрогеодинамических и гидрогеохимических условий территории;

- в выделении зон разной интенсивности водообмена;

- в выявлении закономерностей пространственной изменчивости емкостных и Фильтрационных свойств карбонатных отложений;

- в оценке влияния многолетней мерзлоты на условия питания и раз-

грузки подземных вод, формирование их химического состава.

Выявлении9 закономерности послужили основой для разработки рекомендаций по оптимизации комплекса гидрогеологических исследований для оценки ресурсов подземных вод.

Практическая ценность работы состоит в том, что предложенная' классификация таликоооразующих Факторов, рекомендации ни использованию критериев поисков таликовых зон, гидрогеологическая.стратификация' вендских и нижнекембрийских карбонатных отложений, методические рекомендации по особенностям проведения гидрогеологических исследования позволяют повысить целенаиревленность и эффективность поисково-развздочних работ на воду. Практически это выражается в сокращении плошадей поисковых работ, уменьшении количества и глубин поисково-разведочных скважин, проведении гидрогеологических работ в наиболее оптимальные сроки. Следует отметить, что территория Алдан-Якокитского междуречья выбрана для настоящего исследования как наиболее информационно обеспеченная и типичная для южно? окраины Лено-Амгинского артезианского бассейна. Поэтому полученные результаты и рекомендации могут быть зкстропо-лированы на аналогичные, но менее изученные площади Лено-Амгннско-го артезианского бассейна, что позволит повысить эффективность проводимых на них гидрогеологических исследований.

Реализация работы. Установленные автором поисковые критерии таликовых зон, основные закономерности изменения по площади и в разреза водообильностп вендских и нижнекембрийских карбонатных отложений, рекомендации по особенностям методики проведения гедро-геологических исследований использованы и используются поисково-разведочными партиями ПГО "Приланскгеология" при доразведке работающего водозабора, при проектировании поисково-разведочных работ под строительство нового водозабора в нос. Алексеевке, гидрогеологической партией Южно-Якутской.геологоразведочной экспедиции при проектировании поисково-разведочных работ для водоснабжения г. Томмота.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались на научных семинарах кафедры гидрогеологии и инженерной геологии Киевского госуниверситета /г.Киев, 1983, 1985 гг./, научно-техническом совете ПГО "Приленскгеология" /ЯАССР, п.Алак-сеевск 1985 г./; iio тема диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и объем работы. Лиссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы, включающего 154

2/9

наименования. Объем диссертациТГстраниц машинописного текста, иллюстрируемого 41 рисунком и 16 таблицами.

Автор выражает благодарность Э.С.Лесанову, Л.С.Арутюнову, Д.Р.Литвану, С.А.Морозу за советы и деловую помощь при подготовке работы. Автор считает своим долгом выразить глубокую признательность доктору гаол.-мянер. наук Н.ИЛробнрходу, взявшего на себя груд научного руководителя проведенного исследования.

глае;. i. состояние мерзлотно-шдрогеологической изученности

Начало геологическим исследованиям рассматриваемой территории положил В.Н.Зверев, совершивший в 1912 г. геологический маршрут вдоль р. Алдана и составивший первое описание геологических структур Алданского района. Первые сведения о многолетнемерзлых поро-. дах и подземных водах района были получены в. 1910-1912 гг. Министерством путей сообщения /С.А.Васильев и др./ при проведении геологических и специальных исследований в связи с изысканиями трассы Амуро-Якутской автомагистрали /АЯ^. В 1927-1932 гг. в период строительства и начала эксплуатации АЯМа был получен ряд данных о глубине сезонного промерзания и протаивания пород.

Изучением Алдан-Якокитского междуречья и прилегающих к нему территорий в разное время занимались А.М.Бахвалов, И.Д.Белокрылов, Ю.А.Билибин, И.П.Бузыков, Н.А.Вельмина, Ю.К.Дзевановский, В.Н.Зверев, Н.Н.Романовский, Н.И.Толстихин, О.Н.Толстихин, В.В.Узембло, В.В.Шепелев и др.

В мврзлотно-гидрогеологическую изученность территории большой вклад внесен учеными канедры мерзлотоведения МГУ /А.И.ЕФимон, В.А.Кудрявцев, О.К.Ланге, П.И.Мельников, Н.И.Труш, А.Б.Чижов и др./ В частности, изучены закономерности Нормирования и распределения сезонно-и многолетнемерзлых пород по площади и в разрозе, взаимосвязь криолитозони и подземных вод, инженерно-геологической обстановки территории. Дан прогноз изменения мерзлотно-инженерно-геоло-гичоских условий, в связи с хозяйственным освоением района, и рекомендации по вопросам рационального использования и охраны природной среды.

Большой вклад в изучение гидрогеологических условий района, предварительной оценке ресурсов подземных вод и перспоктив их использования для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения внесли сотрудники гидрогеологических партий ПГО "Гицроспецгеология" /Л.С.Арутюнов, В.АЛ.'анукян, В.К.Шевченко и др./.

С 1959 г. и по настоящее время на рассматриваемой территории

проводят геолого-съемочные и поисково-разведочные работы отряды Тимптоно-Учурской и Южно-Якутской геологоразведочных экспедиций ПГО "Якугскгеология", с 1980 г. - гидрогеологические и инженерно-геологические изыскания вдоль трассы АЯМа инженерно-геологические службы "Мосгипротранс" и "Уралгипротранс". результаты этих работ, наряду с практической значимостью для дальнейшего хозяйственного освоения района, существенно повышают геологическую и крио-гидро-геологическую изученность территории.

Несмотря на значительное количество выполненных работ разной направленности и детальности гидрогеологическая изученность рассматриваемой территории продолжает оставаться недостаточной. Это становится тем более очевидным на фона все возрастают« темпов промышленного освоения района. Дальнейшего исследования требуют вопросы гидрогеологической стратификации и классификации подземных вод района, конкретизации перспектив для целей хоз-питьевого водоснабжения, выявления гидрогеодинамических и гидрогеохимических закономерностей Формирования ресурсов подземных вод, разработки рекомендаций по особенностям приведения гидрогеологических исследований в условиях сложной и динамичной мерзлотной обстановки и другие, исследованию которых и посвящена данная работа.

ШВА 2. ПРИРОДНЫЕ ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ КРИО-ВДРО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

Территория Алдан-Якокитского междуречья расположена на стыке двух крупных орографических единиц Восточной Сибири-Лано-Алданско-го плато и Алданского нагорья, шжная иьраина лено-Алданского плато, в состав которой и входит основная часть исследуемой территории, носит название Приалданского столово-ступенчатого плато. Постепенно, в направлении с севера на юг, Приалданское плато переходит в срзднавысотныа сильно расчлененные горы, образующие Эль-конский горный массив, являющийся частной орографической единицей Алданского нагорья.

Спокойный характер рельефа, широкие плоские и уплощенные водоразделы и пологие склоны, значительное число карстовых воронок, грубый состав перекрывающих рыхлых отложений создают благоприятные условия для инфильтрации атмосферных осадков.

Климат региона резко континентальный, с очень низкими зимними /до -55 —60 °С/ и высокими летними /до +30 - +35 °С/гемпера-турами. Рассмотрели вопросы влияния составляющих климата/радиа-

ционный ражим поверхности, температура воздуха и почвы, осадки, влажность воздуха, испарение/ на формирование и существование мерзлых толщ.

Гидрографическая сеть представлена верхним течением реки Алдан и ее притоков-рек Якокита, Ь'ннье, Элькона. Поверхностные водотоки играют важную роль в формировании таликовых зон и питании подземных вод.

По общему характеру растительного покрова территория Алдан-Якокитского междуречья входит в провинцию светлохвойной тайги сред-нвтаежной подзоны. Преобладающая часть таежных растений принадлежит к борепльным видам, основным эдификатором является лиственница Даурская. На особенности строения и пространственного распределения растительных сообществ непосредственное влияние оказывают единовременно насколько Факторов. Важнейшим из них, определяющим структуру и экологические особенности растительного сообщества, является наличие многолотнемерзлых пород, что и позволяй! использовать растительные асоциации при картировании участков талых и многолатнемерзлых пород.

Геологическое строение Алдан-Якокитского междуречья определяется его положением на северной окраина Алданского щита, в той его части, где кристаллический фундамент, сложенный интрузивными и метаморфическими породами архвя, погружается под чехол платформенных образований, которые представлены, главным образом, карбонатными отложениями венда и нижнего кембрия. Мощность их закономерно возрастает от 0 до 450 м с юго-востока на северо-запад.

На изучаемой территории широко развиты наиболее древние протерозойские образования, относящиеся к венду. Представлены они трещиноватыми, кавернозными доломитами юдомской свиты. На основании изучения литологическгос и текстурных особенностей карбонатной толши венда и учета гипергенных изменений доломитов / битуминизация, ожелезнение/, юцомская свита разделена на три пачки. Деление юдомской свиты на пачки с корреляцией их по площади является важным Фактором для..гидрогеологической стратификации, изучения условий распределения и формирования содержащихся в них подземных вод. Отлокония палеозойской группы представлены нижним отделом кембрийской системы. В нижнокембрийских отложениях, сложенных, в основном, трещиноватыми, пористыми доломитами с прослоями мергелистых доломитов и мергелей, выделены пестроцвотная, тумулдурскяя и ун-

гелинская свиты,

В тектоническом отношении территория исследований расположена на южной окраине Сибирскои платформы, состоящей из добайкаль-ского Фундамента и протерозойско-фанерозойского чехла. Посла завершения осадконакопления территория претерпела длительный этап континентально-платформенного развития. Основным типом тектонических движений в этот период были плавные движения сводового и сво-дово-блокового характера. В результата были сформированы две крупные платформенные структуры-Эльконский горст и Селигдаро-Якскитский прогиб, в зоне сочленения которых и расположена изучаемая территория. Разрывные тектонические нарушения в геологическом строении имеют важное значение, они в значительной мере определяют гидрогеологические условия. Из их многообразия по генезису, по размерам представляется возможным выделить здесь два основных типа тектонических нарушений:

I/ разрывные нарушения, сформировавшиеся в докйнозойский этап тектогенеза и представляющие собой швы, сложенные плотными, слабо-трешиноватыми, милонитизированными породами;

2/ разрывные зоны, сформировавшиеся в кайнозойский этап тектогенеза, в противоположность более древним, являются зонами открытой трешиновагости.

ГЛАВА 3. МНОГОЛЕТНЯЯ МЕРЗЛОТА КАК ФАКТОР ФОРМИРОВАНИЯ РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Большой вклад в изучение природных условий территорий распространения многомерзлотных пород, различных сторон мерзлотных процессов, особенностей гидрогеологии внесли многие советские уча-, ные: И.Я.Баранов, Н.А.Граве, С.Е.Гречишев, В.Д.Гродзенский, Н.В.Губкин, А.И.Ефимов, И.К.Зайцев, А.И.Калабин,-В.А.Кудрявцев,.Ф.Н.Лещиков, А.В.Львов, П.Н.Луговой, В.М.Максимов, П.И.Мельников, В.М.Пи-. гузова, Е.В.Пиннекер, Б.И.Писарский ,.H.H.Романовский, А.Г.Серов, С.Е.Суходольский, М.И.Сумгин,.Н.И.Тслсгяхян, Н.И.Труш, В.Ф.Тумель, С.Ф.Хруцкий, С.Л.Шварцев, В.В.Шепелев, В.Г.Ясько и др.

Основные характерные закономерности распространения много-летнемерзлых и талых пород рассматриваемой территории отражены на впервые составленной автором "Карте растительных ассоциаций, морфологии и температуры криолитозоны". Методика построения этой карты основана на анализе и обобщении натурных наблюдений по горным выработкам, выявлении особенностей площадного распространения растительных ассоциаций и их взаимосвязей с многолетнемерзлыми и та-

лыми породами, результатов геофизических исследований по изучению границ и мощности криолитозоны.

для территории Алдан-Нкокитского междуречья характерно, в общем плане, прерывистое развитие криолитозоны. На плоских широких /более 2 км/ водоразделах Приалданского плато породы находятся,.. как правило, в талом состоянии. На. склонах речных долин, в основном, фиксируются мерзлые породы, причем мощность их закономерно возрастает ог привоцораздельной бровки к днищам долин /от О до 150 м/. Специфика мерзлотных условий днищ долин определяется комплексом факторов,.основным среди которых является температурная инверсия воздуха, способствующая развитию здесь низких температур. Ь то же время, более или менее мощные и постоянные водотоки способствуют отеплению пород и образованию подрусловых сквозных и несквозных таликов.

И главе рассмотрены особенности сезонного промерзания и про-таивания пород, их влияние на формирование гидрогеологических и инженерно-геологических условий. Среди факторов, способствующих увеличению глубин сезонного промерзания пород, первостепенное значение играют значительная продолжительность и низкие температуры земного периода, малая влажность пород. Глубины сезонного протаи-вания определяют сравнительно высокие летние температуры воздуха, растительный и моховый покровы, значительное количество и температура летних осадков. Перечисленные факторы, в свою очередь, связаны с рельефом местности. Максимальные величины сезонного протаива-ния /5.0 - 0,5 м/ отмечаются на положительных формах рельефа в высотном поясе 450 до 550 м.

Образование многолетнемерзлых пород существенным образом отразилось на условиях распределения и формирования ресурсов подземных вод, химическом составе и температуре. Многолетнемерзлые породы дифференцировали подземные воды на над- и подмерзлотные, значительно осложнив гидрогеологический разроз и характер водообмена в водоносных горизонтах и комплексах. Характерными особенностями влияния геокриологической обстановки на формирование гидрогеологических условий являются:

I. Талые зоны в долинах рек Алдана, Якокита, Енпье, а также на водоразделах и южных склонах являются основными очагами питания подземных вод.

2. Промерзание водосодержащих пород вызывает криогенное расчленение гидрогеологического разреза, уменьшение его водоемкости,

осложнение условий подземного водообмена и ухудшение связи подземных вод с поверхностными, способствует возникновению криогенного напора.

3. Циркуляция холодного воздуха в трещиноватых, закарсговэнных породах приводит к колебаниям границы галик-многолегнемерз-' лыа породы, достигающим в разреза амплитуды 5 - 8 м.

4. Многократной промерзание и протаиваниа существенно.изменяет йизичаские свойства воцосодержащих пород, повышая их трещино-ватость и элективную пористость, что приводит к формированию зон повышенной водообильности на контакте талых и мерзлых пород.

5. Расположение мерзлых пород на склонах выше уровня подземных вод обусловливает наиболее существенные скопления подземных вод в подмерзлотных условиях.

ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ТАЛИКОВ

Одной из наиболее важных характерных черт районов распространения многолетнемерзлых толщ является наличие таликов-участков грунта в пределах многолетней криолитозоны, температура которых вше точки замерзания содержащейся в нам капельно-жядкои воды. Научно обоснованное проведение поисково-разведочных работ для целей водоснабжения, а также прогноз последствий хозяйственного освоения территорий в условиях многолетней мерзлоты требуют, прежде всего, тщательного изучения генезиса и условий существования гали-ковых зон. Летальное изучение роли, качественной и количественной оценки влияния природных факторов /ральеф, климат, гидрография, растительность, гоологичоскоа строение и-др./ на формирование крио-гидрогеалогических условий позволили автору впервые выделить я классифицировать таликообразующие Факторы района исследований, выделено V групп факторов Формирования таликов: метеорологические /солнечная..радиация, снежный покров, летние атмосферные осадки, конденсация водного пара/; гидрогеологические /поверхностные водотоки, поверхностные водоемы/; геоморфологические /расчлененность рельефа, экспозиция склонов, крутизна склонов/; фитогенные /тип растительного покрова леса, тип-растительности болот/; геологические /геоструктурнь'е особенности, тращиноватость и закарстованность пород, их литологичаскиа особенности/;.гидрогеологические /под-мерзлотные воды, воды деятельного слоя/; техногенные /промышленное и гражданское строительство,. сельскохозяйственное освоение территории /I/. В рабо-е яа конкретных примерах рассмотрены степень и характер влияния отдельных факторов на формирование таликов.

ю

При анализе Фитогенных Факторов приманониа эколого-географического принципа классификации растительности позволило рассмотреть и использовать ее в качестве объективного индикатора распространения многслетнемерзлых и талых пород.

Выявленные закономерности взаимосвязей растительных ассоциаций и многолетнемерзлых пород отражены на карте "Растительных ассоциаций... " и позволили выделить растительные ассоциации, являющиеся индикаторами:

I/ сплошного распространения многолетнемерзлых пород: а/ ело-во-лиственный лес, сфагново-зеленомощный, местами угнетенный с подлеском из.береэки Миддендорфа и ивняка, на торфянистых слаборазвитых почвах; б/ лиственничник голубичный с примесью ели и березы, на торфянистых, слаборазвитых почвах; в/ лиственничник кустарнико-вомоховой с примесью березы белокорой, подлесок-березка Мяддендор-Фа на перегнойно-торфянистых почвах; г/ березово-лиственничный лес с. примесью осины, зелвномощный, на перегнойно-торфянистых почвах; д/ каменные россыпи и осыпи с участками лиственничника кедровни-кового; е/ ерниково-моховая растительность наледных полян с редкой угнетенной елью и лиственницей.

2/ островного распространения многолатнемерзлых пород: а/бера зово-еловый лес, на дерново-перегнойных почвах; б/ лиственничник багульииково-брусничный с примесью сосны и кедра на торфянисто-перегнойных и перегнойно-карбонатных почвах; в/ паини с остатками ивово-березково-лимистой растительности; г/ луга на скелетных ал-лювиально-дернових почвах; д/ разнотравно-осоковые болота.

3/ талых пород: о/ сосново-лиственничных, лес разнотравно-моховой на слаборазвитых перегнойно-карбонатных почвах; б/ сосняк разнотравно-толокнянковый на скелетных перегнойных почвах; в/ пойменный чозениево-тополиный лес с примесью ели на скелетных аллга-виально-дерновых почвах; г/каменные россыпи и осыпи с редкостойным сосняком.

4/ не являющиеся индикаторами талых или мерзлых пород: а/ лиственничное разнотравье, рздкосто?ное с подростом Оерезы и лиственницы на порегнойно-супесчаных почвах; б/ б ере зов о-осин ово-сосново-лиственничшй подрост по старым гарям и вырубкам.

В работе представлена классификационная схема таликов по условиям их образования и существования. За основу принята классификация А.Р.Чижова /1975/ как наиболее детальная и близкая для криогидрогеологических условий изучаемой территории. Автором она

частично изменена и дополнена. В частности, все талики исследуемой территории подразделены на два крупных типа, выделены в самостоятельный род инТотзационные талики, изменена классификация родов и видов. Талики подразделяются на типы, роды, виды, разновидности. Типы таликов выделены по положению источников тепла относительно поверхности земли. К экзогенным отнесены талики, в Формировании которых главная роль принадлежит инсоляции /класс радиационно-теп-ловые/ и теплу, аккумулируемому поверхностными водами /класс гидрогенные/, к эндогенным-талики, обязанные своим существованием теплу, переносимому подземными водами /класс гидрoreoreнныа/. Классы разделяются на группы по преобладающему способу теплопередачи. Роды таликов /снежногенно-радиационный, снежногенно-инфильтрацион-ннй, субаквальный, грунтово-ин^ильтрационный, инфильтрационный, инфлюационный, напорно-фильтрационный/ выделены по одному из ведущих факторов их формирования. Разделение таликов на виды основывается на закономерной связи их с определенными элементами рельефа и -особенностями ландшафтов, разновидности таликов соответствуют особенностям их морфологии-сквозные и. несквозные.

Выявленные закономерности образования определенных видов таликов, дающие возможность прогнозировать их на определенных элементах рельефа, позволили разработать критерии поисков таликовых зон. Приведен пример реализации методики картирования прогнозных участков распространения определенных видов,таликов. Анализ природных и искусственных процессов образования таликов, классификация талико-образующих Факторов, разработка критериев поиска таликовых зон призваны способствовать более целенаправленному и научно-обоснованному проведению гидрогеологических исследований.

ГЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ ■ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Территория Алдаи-Якокитского междуречья расположена на стыке южной окраины Лено-Амгинского артезианского бассейна и Алданского гидрогеологического массива.

Согласно Тоястихину О.Н. Лено-Амгинский артезианский бассейн является гидрогеологической структурой второго порядка и входит в состав сложнопостроанного Якутского артезианского бассейна. Характерной особенностью гидрогеологии Лено-Амгинского артезианского бассейна является щирокоа развитие карстово-пластовых и тращинно-пластовнх вод, приуроченных к карбонатным или терригенно-карбонат-

ным комплексам нижнего и верхнего протерозоя, пологов погружении этих комплексов на север и северо-запад от Лено-Алданского субмеридионального поднятия. Незначительная мощность и прерывистость мерзлой зоны в центральной и южной, наиболее приподнятых частях Лено-Амгинского артезианского бассейна, в сочетании с широко развитым карстом обеспечивают устойчивое питание водоносных комплексов поверхностными водами.

Юго-восточная часть исследуемой.площади, характеризующаяся более суровыми мерзлотными условиями, относится к Алданскому гидрогеологическому массиву. Основное развитие здесь получили трещин-но-жильные воды зон тектонических нарушений, которые часто имеют повышенную минерализацию.

Гидрогеологическое расчленение разреза с выделением водоносных комплексов и горизонтов представляется особенно сложным и актуальным для района развития многолетнемерзлых толщ и, в частности, для трещиноватых карбонатных отложения, гидрогеологическая изученность которых в настоящее время является недостаточной.

Автором при гидрогеологической стратификации обводненных карбонатных пород в качества основных приняты геологические, геофизические, гидрогеологические /гидродинамические/ показатели. На. основе изучения и анализа лит алогических и текстурных особенностей водовмещающих пород.в разрезе карбонатной толщи установлен ■ ряд пластов с повышенной трещиноват остью и разрушенностью. Геофизические исследования в скважинах методами расходометрии, гамма -и электрокаротажа позволили выделить маркирующие горизонты, ограничить по глубине и проследить в плане распространение обводненных и относительно водоупорных пластов, охарактеризовать их гидродинамические параметры.

Наличие относительно изолированных друг от друга водоносных пластов в толще карбонатных пород подтверждают: четко выраженный характер разгрузки" подземных вод из карбонатных пород в виде полос родников в долине р.Алдан; вертикальные перетоки, фиксируе-' мые по стволу скважин фоновой расходометрией; различие пьезометрических .уровней в скважинах, расположенных в непосредственной близости друг от друга, но оборудованных на разные части карбонатной толщи.

Профильное прослеживание пластов по площади показало, что к толще пластово-карстово-трещинных карбонатных отложений приурочен ряд отдельных водоносных горизонтов со свойственными им особен-

ностямя питания, движения и разгрузки подземных вод. Так как исходя из гидродинамического принципа в разрезе одного стратиграфического подразделения может быть несколько водоносных горизонтов, предлагается обозначение этих горизонтов в нижнекембри-Чских и вендских карбонатных отложениях индексакч Л, В, С, Б, Е,Г,Э/3/. Выделенные водоносные горизонты с перекрывающими и подстилающими относительно водоупорными породами по стратиграфическому принципу объединены в четыре водоносных комплекса.

Разработанные нами принципы гидрогеологической стратиграфии, а также расположение изучаемой территории на стыке двух крупных гидрогеологических структур и достаточно широкое распространение четвертичных отложений определяют выделение здесь трех основных типов месторождений подземных вод: в речных долинах /водоносный комплекс в аллювиальных и аллювиально-пролювиалЫшх отложениях четвертичного возраста/; в артезианских бассейнах /водоносные комплексы и горизонты в нижнекембрийских и вендских карбонатных отложениях осадочного чехла/; в потоках трещинно-жильных вод /водоносный комплекс трещинно-жильных вод в архейских метаморфических образованиях/.

Составлена классификационная схема подземных вод изучаемой территории.Подземныо вогы подразделены .на типы /почвенные и'поч-венно-грунтовые воды, грунтовые воды, артезианские водк/;классы /поровые воды.порово-пласговые вопы;трещинно-карстовые воды,плас-тово-тр'шшнныэ воды.трощинно-жильные в оды/.рассмотрены гидравлические свойства и условия залегания водоносных горизонтов и комплексов,а также их основные параметры/характер и величины напоров,эффективные мощности,удельные дебиты, коэффициенты водопроводимости, модули подземного стока/.В классификационной схема нашли отражение особенности Формирования химического состава и величины минерализации подземных вод, характер теплообмена и условия взаимодействия подземных вод с тоннами многолетпомерзлых пород, практическое значение подземных вод для целей водоснабжения.

Построенные автором схема питания и разгрузки подземных вод изучаемой территории, гидрогеологическая карта Алдан-Якокитского мзштуречья с элементами районирования, схема сопоставления зон обводнения карбонатных отложени", схематический гидрогеодинамический профиль правобережья р. Алдан наряду с другими иллюстрирующимя раздел материалами способствовали выявлению основных гидрогооди-намичоских особенностей Формирования ресурсов подземных вод рас-

сматриваемой территории.

Расположение Алцан-Якокигского междуречья на стыке двух крупных гидрогеологических структур определяет наличие здесь принципиально различных в гидрогеологическом отношении районов: I/ южное крыло Лено-Амгинского артезианского бассейна; 2/ северный склон Алданского гидрогеологического массива.

Южное крыло Лено-Амгинского артезианского бассейна. С позиций гидрогеодинамических различий в вертикальном разрезе толщи обводненных нижнекембрийских и вендских карбонатных отложений выделено-две зоны: I/ зона интенсивного водообмена; 2/ зона относительно затрудненного /замедленного/ водообмена.

Зона интенсивного водообмена представлена той частью разреза, в которой подземные воды непосредственно связаны с источниками питания, пути фильтрации определяются местными орографическими условиями, а очаги разгрузки приурочены к основной дрене - р.Алдан и ее наиболее крупным притокам /водоносные комплексы в карбонатных отложениях тумулдурекой, пестроцветной и частично унгелинской свит нижнего кембрия/.

Для зоны относительно затрудненного водообмена характерно наличие в кровле относительно водоупорных пород, напорный поток направлен на север и совпадает с региональным уклоном фундамента, отмеченные очаги разгрузки связаны с вертикальными перетоками по зонам водопроницаемых тектонических нарушений /водоносные, горизонты и комплексы в карбонатных .отложениях юдомской свиты/.

Высокая трешиноватость и закарстованность карбонатных отложений способствуют инфильтрационным процессам, определяющим в свою очередь возможность широкого сохранения таликовых окон-путей питания подмерзлотных вод, т.е. зона свободного водообмена, как и зона интенсивной трещиноватосги, значительно превышает мощность мерзлой зоны. Здесь мы имеем пример того, когда территория преимущественного распространения подмерзлотных вод с достаточной площадью таликовых зон по условиям дренирования приближается к территориям лишенным многолетнемерзлых пород.

Представленные в работе схемы пространственного изменения мощностей битуминизированных и ожелезненных участков кароонагных отложений к общей мощности рассматриваемого геологического подразделе-•ния, графики зависимости коэффициента фильтрации от глубины залегания водоносных горизонтов служат примером того, что внедрение вод обогащенных кислородом приводят к вторичным изменениям водо-

вметающих пород, в частности, к значительному разрушению органического материала, увеличению фильтрационных свойств вмещающих пород. Проведенный анализ позволил выявить-следующие закономерности: интенсивность разрушения карбонатных отложений и битума возрастает, в общем плане, снизу вверх /практически уже на глубине 80 м достигается максимум значений коэфТшцизнта Фильтрации, в среднем 60 м/сут, на глубина 120-150 м значения Кф равны 5-20 м/сут, а в интервале глубин 10^35 м Кф выше 100 м/сут, достигая иногда величины 500-700 м/сут/; наибольшей интенсивности разрушения карбонатных отложений и битума достигают вдоль водотоков и на талых . участках водораздельных пространств, именно для тех частей разреза, которые имеют непосредственный контакт с пресными водами; степень разрушения изменяется вблизи тектонических нарушений, причем последние могут служить, как путями движения подземных вод, гак и, в случав закрытости, являются барражными сооружениями для подземных вод.

По химическому составу подземные воды рассматриваемой территории гидрокарбонагные, кальциево-магниэвые, с минерализацией 0,3-0,6 г/л и реакцией близкой к нейтральной. Воды в очагах разгрузки по тектоническим нарушениям несут высокие концентрации микроэлементов, а также аномальные содержания гелия /до 4*10"^ мг/л/ и радона /50-80 эман/.

Характерной чертой гидрогедшшмического рожима рассматриваемой территории являются субаэральные очаги разгрузки подземного потока-восходящие я нисходящие высокодабигные /150-200 л/с/ род-. пики в долине р. Алдана и четко выраженный пластовый характер выходов.

Северный склон Алданского гидрогеологического массива. Развитие архе'/ских метаморфических и интрузивных образований, сложная тектоника, суровые мерзлотные условия формируют здесь гидро-геологичскую обстановку весьма отличную от гидрогеологических ■условий южного крыла Лено-Амгянского артезианского бассейна.

Фактический материал, которым располагает автор, позволяет выделить здесь две зоны интенсивности водообмена: зону интенсивного водообмена и зону затрудненного водообмена. Зона интенсивного водорбмопа расположена в верхной хорошо промытой части трещиноватой зоны на участках распространения таликов. Глубина этой зоны контролируется местными базисами эрозии, не превышая обычно глубины 60-120 м, минерализация подземных вод в этой зоне не пре-

вышааг I г/л, располагаясь в основном в прадедах 0.3-0.5 г/л. По химическому составу средг трещинно-жильных вод зоны интенсивного водообмена преобладают воды сульфатно-гидрокарбонатные кальциевые с pH в пределах 6-8. Глубина зоны затрудненного водообмена зависит как от мощности тектонической зоны, гак и отдельных трещин /жил/, разницы абсолютных высот участков питания и разгрузки, длины путей фильтрации. Как правило, расположена она ниже местного базиса эрозии/в пределах 120-300 м/,минерализация подземных вод этой зоны обычно превышает I г/л. С увеличением глубины вскрытия водоносных зон закономерно изменяется химический состав подземных вод -от сульфатно-гидрокарбонатного магниево-кальциевого через сульфатный кальциевый к сульФатно-хлоридному кальциево-натриевому.

ГЛАВА 6. ОСОБЕННОСТИ ИЗУЧЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Большие успехи в развитии учения о поисках и разведке пресных подземных вод достигнуты благодаря рабогам Н.Н.Биндемана, Ф.М.Боче-вера, С.С.Бонцаренко, .Б.В.Боревского, .В.А.Всеволожского, И.К.Гавич, В.Д.Гродзенского, Н.И.Дробнохода, й.А.Мироненко, Б.И.Куделина, Н.И.Плотникова,-H.A.Плотникова, Б.Г.Самсонова, В.М.Шесгакова, В.М.Шестопалова, М.А.Хордикайнена, Л.С.Язвина и др. Вместе с тем, опыт разведки и эксплуатации подземных вод для водоснабжения в райо-.нах развития многолетнемарзлых пород накоплен небольшой. Имеющиеся работы А.И.Ефимова, А.И.Калабина, М.И.Мельникова, Е.В.Пиннекера, Н.Н.Романовского, .С.Е.Суходольского, Н.И.Толсгихипа, О.Н.Толсти-хина, С.М.Фотиева, П.Ф.Швецова и др. преимущественно отражают вопросы формирования и классификации подземных вод, описания гидрогеологических структур, гидрогеологического районирования, формирования наледных процессов и т.д. В меньшей мере в работах этих . ученых уделено внимание рекомендациям по поискам, разведке и оценке ресурсов подземных вод. Учитывая состояние изученности вопроса, исследования автора были направлены лишь на решение задач поисков подземных вод, вытекающих из специфики криогидрогеологичес-ких условий южной части Лено-Амгинского артезианского бассейна.

Особая роль, которую играют талики в формировании ресурсов подземных вод исследуемой территории, предопределяет важность картирования участков распространения многолетнемерзлых и талых пород. При этом автор подчеркивает необходимость применения фито-гвнных Факторов как показателей изменчивости геокриологических

условий, что значительно повышает эффективность гидрогеологических исследований на начальных стадиях их проведения.

Растительные ассоциации, выходы подмарзлотных вод, поглощение поверхностного стока карстом и другие критерии поисков та-ликовых зон позволяют применять для их поисков и картирования комплекс поисковых методов включающих: дешифрирование космо- и аэрофотоматериалов; аэровизуальные наблюдения; комплексная крио-гидрогеологическая съемка. В работе рассмотрены особенности постановки и проведения отмеченных выше методов,подчеркивается важность их комплексирования и проведения в наиболее информативные сезоны года.

Решение вопросов гидрогеологической стратификации для краевой части артезианского бассейна является достаточно сложным. В работа представлен вариант решения этих вопросов посредством применения нескольких показателей гидрогеологической стратификации . /геологичаскиа, геофизические, гидродинамические/. Таким образом, для изучения ресурсов подземных вод конкретной территории необходимо применение комплекса поисково-разведочных работ, позволяющих проводить достаточно четкое и однозначное расчленение гид- . рогоологического рпзраза в соответствии с предложенной стратификацией. При этом автор обращает внимание на особенности проведения и интерпретации кар^отажных геофизических методов, позволяющих выявить в разрезе водоносные горизонты и рассчитать их гидродинамический параметры; на специфичность постановки буровых работ в сложных крио-гидрогеологических условиях и при наличии карста /размещение скважин на разных типах месторождений подземных- вод, особенности изучения керна карбонатных отложений и др./; на методах постановки и способах обеспечения гвдрогеотермическгог наблюдений/определение сети режимных наблюдений, способов обеспечения регулярности наблюдений и др./.

Расположение изучаемой территории в краевой части артезианского бассейна определеяет как сложность гидродинамических условий Формирования подземных вод, так и значительные трудности в количественной оценке ресурсов прэсных подземных вод. Это касается, в первую очередь, естественных ресурсов как основного источника Формирования эксплуатационных запасов подземных вод.

Вопросы методики изучения естественных ресурсов всесторонне рассмотрены в работах многочисленных авторов, В связи с этим патп исследования были направлены на разработку лишь отдельных

конкретных рекомендаций по применению тех или иных методов их оценки с учетом крио-гидрогеалогических условий района и степени их изученности. В частности, автором произведен анализ применения балансовых и термогицрометрических методов, которые могут быть использованы в условиях ограниченной исходной информации.

Для определения величины ин^ильтрационного питания из множества балансовых методов наиболее применим метод среднемноголет-него водного баланса, предложенный Б.И.Куделиным для речных бассейнов, расположенных в областях ин^ильтрационного питания артезианских бассейнов. Количественная оценка взаимосвязи подземных и поверхностных вод достаточно эТФекгивно решается применением метода терморасходометрии. Целесообразность его применения здесь основана на наличии в русле. р.Алдана участков, как разгрузки подземных вод, гак и поглощения поверхностного стока, а также значительной разницей /до 18-20 °С/ между температурой подземных -и поверхностных вод в период летней межени. На участках, где выхо- -ды подземных вод скрыты от наблюдателей, достаточно эффективно применение гидродинамических методов путем расчета наледного и под-руслового стока. По результатам проведенных расчетов величин ин-фильграционного питания и подземного стока построена схематическая карта модулой питания подземных вод изучаемой территории. При этом для бассейна р. Еннье.с интенсивным развитием карстовых процессов модуль инф-ильтрационного питания достигает 5.0 л/с«км2, для остальной изучаемой территории южного крыла Лено-Амгинского артезианского бассейна он колеблется в пределах 1.6-2,5 л/с.км2. Для.бассейна р.Элькона /северный склон Алданского гидрогеологического массива/ модуль подземного стока равен 0.6 л/с.км2.

Учитывая важность и сложность решения задач хозпитьевого водоснабжения и исходя из особенностей формирования ресурсов подземных вод выделенных типов месторождений, даны рекомендации по особенностям расйтзложения и эксплуатации водозаборов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В выполненной работе установлены закономерности формирования ресурсов подземных вод южной части Лено-Амгинского артезианского бассейна /Алдан-Якокитское междуречье/ как источника водоснабжения и элемента окружающей среды.

Выявленные закономерности послужили-основой для разработки рекомендаций по оптимизации гидрогеологических исследований для

целей водоснабжения и могут быть распространены на аналогичные по крио - гидрогеологическим условиям территории.

Основные результаты исследований по тема диссертации можно сформулировать следующим образом:

1. На основе изучения литологическгац.ч тектонических особенностей карбонатной толщи, оценки степени и характера гипергенных изменений детализировано расчленение разреза юдомской свиты венда, что послужило основой для разработки автором гидрогеологической стратификации.

2. Всесторонне исследованы и впервые классифицированы факте- . ры формирования таликов, выделено 7 групп факторов формирования таликовых зон. Частично дополнена классификационная схема таликов.

3. Выявленные закономерности взаимосвязи растительности и многолетнемерзлых пород позволили построить "Карту растительных ассоциаций, морфологии и температуры криолитозопы" и выделить растительныа ассоциации, являющиеся индикаторами распространения многолетнемерзлых и талых пород.

4. Обоснованы критерии поисков таликов и даны рекомендации по их применению для криогидрогеологического картирования территории.

5. Разработаны принципы гидрогеологической стратификации платформенных карбонатных отложений венда, на основа которых в их разрезе выделено 7 водоносных горизонтов.

6. Выявлено в пределах исследуемой территории три основных типа месторождений подземных вод. Разработана классификационная схема подземных вод, в которой нашли отражение специфические условия их распространения и формирования, особенности параганети-ческих связей между подземными водами и многолетнемерзлыми породами. ■ '

7. Выявлены гидрогеодинамические и гидрогеохимические закономерности Формирования ресурсов подземных вод, рассмотрены особенности химического состава подземных вод и изменения фильтрационных и емкостных параметров водоносных горизонтов и комплексов. Произведена количественная оценка ресурсов подземных вод.

8. Предложен- ряд рекомендаций по совершенствованию методики поисково-разведочных работ, исходя из специфики крио-гидрогеологических условий Формирования ресурсов подземных вод.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах :

1. Факторы формирования таликов в условиях многолетней мерзлоты /на примере Алцан-Якокигского междуречья/. Вест. КГУ, Геология № 3, 1984, с. 58-64.

2. Влияние гипергвнних процессов на распределение и формирование подземных вод в карбонатной толще /на примере.Алдан-. Якокитского междуречья/. Рус. Деп. в УкрНИИНТИ, № 808, Ук-86, 17.03.86.

3. О гидрогеологической стратификации карбонатных отложений Алдан^Якокитского междуречья. Вест. КГУ, Геология, № 5, 1986,

с. 52-55, /Соавторы: Дробноход Н.И./.

4. Особенности методики поисков и разведки подземных вод

в условиях прерывистого распространения криолитозоны. Рус. Деп. В УкрНИИНТИ, ñ 807, Ук-86, 17.03.86.

5. Учет гипаргенных изменений состава и текстурных особенностей карбонатной толщи венда Алдан-Якокитского междуречья /Южная Якутия/.при гидрогеологическом анализе. Вест. КГУ, Геология, № 6, 1987, с. 90- 94.

Подп. к печ./X А1' БФ /'/V1/-' Формат I, •■,{'/', Бумага /• 1 > • Печ. офс. Усл. печ. л. //£>'. Уч.-изд. л. Г> /) \ Тираж /(,'<> Зак. У • '//л { • Бесплатно.

Киевская книжная типография научной книги. Киев, Репина, 4.