Курс лекций по инженерной геологии (стр. 31 )

Выделение из воды веществ вызывается также разнообразными внешними причинами. При просачивании воды среди известняков и растворении их образуется нестойкое соединение бикарбоната кальция Са(НС03)2, который при испарении и потере СО2 легко выпадает из раствора в виде арагонита (разновидность кальцита). Условия карстовых пещер также способствуют выпадению бикарбоната из просачивающихся в них растворов. По стенкам карстовых пещер образуются натечные корки различной мощности, а в их полостях — столбообразные натеки, известные под названием сталактитов и сталагмитов. Сталактитом называют натечное образование типа ледяной сосульки, свисающей с потолка пещеры. Капли воды, просачивающиеся через известковую толщу в полость пещеры, испаряются с ее потолка, оставляя растворенные соли. Местом стока отдельных капелек, обычно является какой-нибудь бугорок на потолке пещеры, иногда корень наземного растения. На его поверхности со временем накапливается арагонит, слагающий сосульку, постепенно удлиняющуюся и утолщающуюся. Если воды просачивается много, то часть капель падает на дно пещеры и здесь испаряется; тогда подобное образование растет со дна пещеры и называется оно сталагмитом. Нередко сталактиты и сталагмиты срастаются, образуя нечто вроде колонны, подпирающей потолок пещеры. Таким образом, может произойти заполнение карстовой полости и ее цементация. Заполнение карстовых полостей новообразованиями — процесс очень длительный.

В зависимости от состава солей растворов, которые просачиваются и заполняют карстовые полости, образуются последовательные наслоения концентрических корок различного минерального состава (кальцита, гипса, опала, лимонита и др.).

С карстовыми пустотами связывают нахождение ряда полезных ископаемых: россыпные месторождения золота и никеля, месторождения железных (окисленных) и марганцевых руд, огнеупорных глин, фосфоритов, нефти, бокситов, минеральных вод и т. п.

В местах выхода на поверхность Земли подземной воды, насыщенной углекислотой, отлагается углекислая известь, образуя известковый туф (травертин). Углекислая известь (то же и другие соли) может отлагаться в трещинах и порах горных пород (если меняется, например, газовый состав воды — углекислота улетучивается), постепенно их цементируя.

Отложение минеральных солей из воды происходит и при понижении ее температуры. Предположим, вода поднимается с большой глубины и имеет высокую температуру. На своем пути она растворяет различные минеральные массы. Попав в холодные части земной коры, она выделяет часть растворенного в ней вещества, осаждающегося в трещинах или в порах пород. Если процесс отложения солей длится долгое время, то все пустоты заполняются минеральным веществом, принесенным водой. Порода цементируется. Пески, например, превращаются в песчаники, а разбитые трещинами горные породы спаиваются. В трещинах могут образоваться минеральные жилы. Если среди растворимых в воде солей есть соли металлов, то возможно возникновение и рудных гидротермальных месторождений (серебра, свинца, меди, золота, железа, цинка и пр.). Среди отложений горячих подземных вод большое распространение имеет кремнистый туф (гейзерит), отлагающийся из вод, насыщенных кремнекислотой. Кроме известковых и кремнистых туфов, источники отлагаю и большие массы бурого железняка, соединения меди и многие другие минеральные вещества. Среди отложений гейзеров Иеллоустонского парка (США) найдены санидинообразные полевые шпаты.

С деятельностью подземных вод связано проявление грязевых вулканов. Таким образом, движущаяся в земной коре вода переносит разнообразные минеральные соединения из одних областей в другие и осуществляет тем самым миграцию минеральных масс в земной коре.

Подземные воды в областях многолетней вечной мерзлоты. Подземные воды в указанных областях обладают рядом особенностей. Многолетнемерзлыми горными породами называются породы, имеющие отрицательную температуру продолжительно долгий период времени, определяющийся десятками и сотнями тысяч лет. Вода в порах и трещинах в вечномерзлых горных породах находится в твердой фазе — в виде льда, выступающего в роли цемента. В трещинах образуется жильный лед. Лед встречается и в виде прослоев. Многолетняя мерзлота имеет место в областях со среднегодовой температурой ниже 0°С. Сущность вечной мерзлоты заключается в том, что промерзающая зимой почва и подстилающие ее коренные породы не успевают в летнее время целиком оттаять, оттаивает лишь верхняя часть (0,5—2,5 м), получившая название деятельного слоя. Мощность этого слоя зависит от характера слагающих пород, влажности, от климата, рельефа и пр. и изменяется от нескольких сантиметров до 3—5 м. Под деятельным слоем располагается слой многолетней мерзлоты горных пород, часто с таликами и трещинами, к которым бывают приурочены подземные воды. Ниже следуют талые породы, в водопроницаемых разностях которых движутся подземные воды.

Вечная мерзлота широко развита на нашей планете, занимая до 25% всей ее поверхности.

Распространение подземных вод в условиях вечной мерзлоты зависит не только от состава горных пород, но и от степени их промерзания. Слои вечной мерзлоты водоупорны.

Подземные воды в области вечной мерзлоты, по , подразделяются на надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные.

Надмерзлотные воды, приуроченные к деятельному слою, рассматриваются как грунтовые; водоупором для них служит слой вечной мерзлоты. Питаются они за счет атмосферных осадков и инфильтрации из поверхностных водотоков, а также за счет подпитывания водами более глубоких водоносных горизонтов. Последние в свою очередь могут на других участках сами питаться за счет вод деятельного слоя. Воды эти пресные, богаты органическими веществами. Надмерзлотные воды зимой промерзают. Так как промерзание начинается сверху, то образовавшийся сверху слой мерзлых грунтов за счет увеличения объема (при переходе из жидкой фазы в твердую) вызывает в зажатой оставшейся воде деятельного слоя напор. При этом развивается значительное давление на кровлю, под влиянием которого податливые грунты ее вспучиваются, образуя бугры, заключающие в себе гидролакколиты (караваеобразные тела льда, по-якутски “булгуняхи”). В их образовании нередко принимают участие и межмерзлотные воды. При разрыве бугра часть воды выливается, образуя наледи — гидроэффузивы.

Своеобразные бугры образуются здесь на заболоченных участках: торфяные бугры, мари — группа мелких в 0,5—1,0 м высотой бугров, разделенных заболоченными понижениями. При вытаивании подземного льда на поверхности Земли появляются различные формы термокарстовых понижений — провалы, блюдца, термокарстовые озера. Такие котловинообразные понижения могут образоваться и при оттаивании многолетнемерзлых грунтов, вызванным, например, рубкой лесов и т. п. Не занятые озерами понижения, покрытые часто лугами, получили названия аласов (якутское).'

С явлением ледниковой деформации грунта приходится считаться при возведении сооружений на вечномерзлых грунтах. Под зданием может образоваться талик, в который устремится напорная вода и превратит здание в громадную наледь или произойдет осадка здания.

С деятельным слоем широко связаны солифлюкционные процессы (почвотечение), под которыми понимается течение рыхлых, сильно переувлажненных (в весенний период особенно), оттаявших масс горных пород по мерзлому слою на склонах возвышенностей и бортах речных долин при их уклонах выше 3—5°. При этом образуются нагорные (солифлюкционные) террасы и своеобразные натечные языки. Солифлюкция здесь способствует моделированию склонов.

К надмерзлотным водам относятся воды многолетних надмерзлотных таликов, залегающих под руслами рек и озер. Талики образуются за счет отепляющего действия поверхностных вод. Под крупными реками районов развития вечной мерзлоты встречаются сквозные талики, являющиеся своеобразными областями питания и дренирования подземных вод других водоносных горизонтов зоны. Грунтовые воды непромерзающих надмерзлотных таликов используются в ряде случаев для водоснабжения.

Межмерзлотные воды в жидкой фазе связаны часто с надмерзлотными и подмерзлотными. Не промерзают межмерзлотные воды вследствие непрерывности движения и повышенной их минерализации, но они всегда имеют отрицательную температуру. Они, как правило, обладают напором, постоянным режимом и хорошими санитарными качествами, в связи с чем имеют большое значение (в случае слабой минерализации) для целей водоснабжения. Для целей водоснабжения используются ныне и межмерзлотные льды, встречающиеся на севере Сибири среди мерзлых пород в виде линз, пластов, жил (мощность тел до нескольких десятков метров).

Подмерзлотные воды, залегающие под толщей многолетней мерзлоты, имеют положительную температуру и. обладают напором. Глубина их залегания определяется в основном мощностью мерзлых пород.

Практическое значение подземных вод. Подземные воды с давних времен используются для целей водоснабжения, орошения полей и обводнения пастбищ. Об этом свидетельствуют древние глубокие (до 100 м и больше) колодцы, расположенные вдоль караванных путей в Средней Азии, и кяризы — горизонтальные подземные галереи, выводящие подземную воду на поверхность земли самотеком. Кяризы широко использовали подземную воду предгорий и в Закавказье и за пределами СССР — в Китае, Иране (Иран часто называют страной кяризов).

Термальные подземные воды стали в ряде стран мира широко использоваться для энергетического хозяйства, для отопления жилых зданий, для нужд промышленных предприятий и подогрева парников. В СССР термальные воды используются еще недостаточно, хотя возможности очень большие. Большое значение имеют подземные воды для лечебных целей. Для этого используются термальные, термоминеральные и термогазовые воды. Кроме того, подземные воды при соответствующей минерализации являются базой минерального сырья.

В настоящее время использованию грунтовых и межпластовых вод в народном хозяйстве уделяется большое внимание, в связи с чем подземные воды нашей Родины подвергаются все более широкому планомерному изучению. Детально изучаются подземные воды и в тех случаях, когда с ними предполагается вести борьбу. Последнее имеет место, например, приосвоении заболоченных и засоленных площадей, при оздоровлении местности, при проведении тоннелей, при разработке рудных и нерудных полезных ископаемых, при освоении участков, подверженных оползанию, и т. п. При проходке горных выработок приходится сталкиваться с громадными притоками подземных вод, иногда имеющих высокую температуру. Большие неудобства приходится преодолевать при встрече с так называемыми “плывунами” — тонкозернистыми породами (чаще песками), пересыщенными водой и способными перемещаться, плыть вместе с водой.