Подразделение подземных вод по отношению к многолетнемерзлым толщам.

Исходя из изложенного, автором (Романовский, 1966, 1970) было предложено выделить IB качестве самостоятельных категорий межмерзлотные, внутримерзлотные воды и воды таликов.

Талики и приуроченные к ним подземные воды с различ-ными направлениями движения, режимом и т. д. при оценке как региональных мерзлотно-гидрогеологических условий, так и при поисках источников водоснабжения на небольших участках стали привлекать особое внимание гидрогеологов-съемщиков. Это связано с тем, что талики в криолитозоне — единственные пути питания и разгрузки подземных вод. По ним осуществляется вся связь поверхностных и надмерзлотных вод, с одной стороны, и вод глубокого (подмерзлотного) стока — с другой. К таликам, сквозным и несквозным, часто приурочены скопления подземных вод, наиболее доступные для экс-плуатации. Все это обусловило необходимость более детально-го, чем ранее, изучения условий существования и происхожде-ния таликов и вод, связанных с ними (см. гл. IV).

Ниже приводится уточненное подразделение (классифика-ция) подземных вод по отношению к мерзлым толщам (рис. 3). По этой классификации, являющейся частной, дополняющей другие клаосификации подземных вод, выделяются следующие категории.

Надмерзлотные воды сезонноталого слоя существуют сезонно, обычно только в течение летне-осеннего периода, и промерзают зимой. Это поровые и трещинные воды, залегающие с поверхности в различных типах четвертичных отложений. Они могут рассматриваться как «мерзлотная» раз-новидность верховодки, распространенной вне криолитозоны и в пределах субаэральных таликовых зон. Воды СТС обладают рядом специфических, присущих только им особенностей.

Поэтому они рассмотрены ниже (см. гл. III) отдельно от других категорий вод криолитозоны.

Над мерзлотные воды несквозных таликов, радиационно-тепловых, гидрогенных и др. (см. гл. IV). Обычно это грунтовые поровые воды четвертичных отложений или тре-щинные воды коры выветривания скальных и полускальных

Рис. 3. Схема различных категорий подземных вод по отношению к ММП: А — надмерзлотные воды СТС; Б — воды сквозного дождёваль-но-радиационного талика; В — надмерзлотные воды подозерного несквозного талика; Г — воды сквозного подруслового талика; Д — внут-римерзлотные воды; Е — межмерзлотные воды; Ж — подмерзлотные воды неконтактирующие безнапорные; 3 — подмерзлотные воды некон-тактирующие напорные; И — подмерзлотные воды контактирующие напорные; К — надмерзлотные воды несквозного дождевально-радиацион-ного талика; / —• изверженные трещиноватые породы; 2 — щебень и дресва; 3 — суглинки пылеватые; 4 — песок и галечник; 5 — многолет-немерзлые породы и их граница; 6 — обводненность пород постоянная (а), периодическая (б) и направление движения подземных вод (в); 7 — подошва СТС (б) и CMC (a); 8 — скважина, стрелкой показан уровень появления и установления вод

пород.

Летом они обычно имеют свободный уровень, а осенью и зимой при сезонном промерзании пород таликов в ряде случаев приобретают временный криогенный напор (полупромерзающие воды). Обычно воды несквозных таликов относятся к тем же водоносным горизонтам, что и воды соответствующих категорий сквозных таликов, и обладают теми же характеристиками (см. гл. IV).

Воды сквозных т а л и ков охватывают разнообразные категории., подземных вод, имеющих различный характер к направления движения, состав, температурный и гидравлический режимы, играющих различную роль в формировании гидрогеологической обстановки. Сквозные талики включают грун--

товые поровые и трещинные воды, а также воды, имеющие ни-сходящий и восходящий характер движения. Последние свя-зывают, с одной стороны, поверхностные воды, воды СТС и грунтовые воды таликов, а с другой — воды глубокого под-мерзлотного и межмерзлотного стока. Характеристика вод сквозных таликов дана в гл. IV.

Подмерзл отные воды — воды первого от подошвы мерзлой толщи водоносного горизонта, комплекса или трещи-новатой зоны. Эти воды разделяют на собственно подмерзлот-ные, контактирующие и неконтактирующие (т. е. находящиеся в определенном взаимодействии) с мерзлой толщей, и воды глубинные, неконтактирующие, влияние которых на мерзлые толщи из-за большой глубины их залегания не проявляется. В категорию собственно подмерзлотных вод входят воды, весьма различные по генезису, характеру водовмещающих пород,, режихму, химическому и газовому составу, интенсивности водообмена и другим признакам. Характер этих вод существенно определяется типом гидрогеологической структуры, а также степенью ее промороженное™ (см. гл. VI—VIII).

Неконтактирующие подмерзлотные воды (пресные и соле-ные) обычно имеют положительную температуру и по своему гидравлическому режиму разделяются на: а) отделенные от подошвы МАШ водонепроницаемыми городами и обладающие напором и б) отделенные слоем водопроницаемых пород и имеющие свободный уровень. Обычно такие воды приурочены к обрамлению дождевально-радиационных таликов, развитых на водоразделах в условиях прерывистого распространения мерзлых толщ и составляют гидравлически единую систему с водами этих таликов. В силу этого неконтактирующие подмерзлотные воды испытывают существенные колебания уровня и имеют переменную в течение года температуру.

В массивах морозных пород, подстилающих мерзлые по-роды, изредка встречаются трещинно-жильные криогалинные воды, которые также относятся к неконтактирующим подмерз-лотным.

Контактирующие подмерзлотные воды всегда обладают напором. По температуре они подразделяются на имеющие:

а) положительную температуру — пресные и солоноватые и

б) отрицательную температуру. Последние являются водами

криогалинными, и вмещающие их породы входят в криолито-

зону. Криогалинные подмерзлотные воды характерны для се

верной геокриологической зоны (см. 1.5) древних (палеозой

ских) артезианских бассейнов платформенного типа и для раз

личных гидрогеологических структур, ограниченных с севера

арктическим морским бассейном и в недавнем геологическом

прошлом погружавшихся под уровень моря.

Колебания температур и напора у контактирующих и тем» ператур и свободного уровня у неконтактирующих подмерзлот-

■ ' ■ 3.1

пых вод обусловливают формирование у подошвы маломощных мерзлых толщ (до 10—12 м) слоя пород, периодически протаивающего и промерзающего. Это слой ежегодного промерзания и протаивания. Мощность его в водонасыщенных суглинках и песках 10—30 см, а в слабовлажных трещинова-. тых скальных породах до 2—3 м, реже более.

Межмерзлотные воды — воды в слоях, линзах, «тоннелях» и телах иной формы, ограниченных сверху, снизу, а иногда и с боков ММП. Они имеют гидравлическую связь с другими категориями вод криолитозоны.

Внутримерзлотные воды — воды, заключенные в слоях и линзах, ограниченных ММП со всех сторон. Они не имеют водообмена с другими категориями вод криолитозоны.

Межмерзлотные и внутримерзлотные воды имеют сходный генезис и условия формирования и образуются как формы скопления подземных вод внутри толщ ММП на одних и тех же или близких стадиях криогенного преобразования гидрогеологических структур.

По происхождению, степени минерализации и температуре они подразделяются на две группы.

• В первую группу входят криогалинные воды и рас- I солы в породах различных по составу и характеру проница- % емости. Они образуются в разных условиях и создают с вмещающими их мерзлыми породами термодинамически устойчивые системы. Линзы и слои криогалинных вод возникают, во-первых, при промерзании пород, содержащих солоноватые и соленые воды, вследствие формирования слабоминерализованного льда и концентрированных незамерзающих рассолов (см. II. 4); во-вторых, благодаря миграции вниз криогалинных вод, образовавшихся.в подошве С ТС на побережьях северных морей, в аридных районах или в городах и поселках (см. III. 3); в-третьих, при промерзании слоистых толщ рыхлых отложений, где слои водопроницаемых пород (песков, песчаников, галечников, конгломератов и др.) насыщены солеными водами, за-мерзающими при низких температурах, а водоупорные породы (глины, суглинки, аргиллиты, алевролиты и др.) засолены слабо и сегрегационные льды в них начинают образовываться уже при температурах, близких к 0°. В период промерзания криогалинные межмерзлотные и особенно внутримерзлотные воды обычно приобретают повышенный криогенный напор, тем больший, чем выше степень изоляции системы и сильнее ох-лаждение. Межмерзлотные воды при этом могут переходить в категорию внутримерзлотных. Напротив, в периоды повышения температур пород на соответствующих глубинах напор вод в изолированных межмерзлотных слоях и особенно во внутримерзлотных линзах уменьшается вследствие растворения тек-стурообразующего льда в породе на контактах с криопэгами. В этом случае в условиях сохранения изоляции внутримерз-

лотных линз криогалинные воды могут становиться безнапор-ными.

Во вторую группу входят межмерзлотные и внутри-мерзлотные пластово-поровые и трещинно-пластовые воды, имеющие положительную температуру и, как правило, слабоминерализованные. Система чередующихся в вертикальном разрезе многолетнемерзлых пород со слоями и линзами талых водоносных пород с положительными температурами термодинамически неустойчива. В такой системе неизбежно должно происходить оттаивание нижней, реликтовой мерзлой толщи за счет тепла, идущего из недр земли, либо должен промерзнуть сверху межмерзлотный (или внутримерзлотный) водоносный слой. В первом случае межмерзлотные воды трансформируются в подмерзлотные, во-втором — они промерзнут и перестанут существовать в жидкой фазе. Подобные меж- и внутримерзлот-ные воды образуются в результате промерзания несквозных водоносных таликов (подозерных, пойменных, радиационно-тепловых и др.)- Такие процессы могут иметь как локальный, так и региональный характер. Например, в южной части крио-литозоны в пределах Западно-Сибирской артезианской области имеет место двухслойное строение мерзлых толщ (см. 1.2, 1.5). Воды, находящиеся в слоях и линзах пород между двумя мерзлыми толщами, верхней (современной) и нижней (реликтовой), относятся к межмерзлотным и внутримерзлотным.

Межмерзлотные водоносные линзы возникают под термокарстовыми котловинами, где несквозные подозерные талики промерзают из-за обмеления и осушения озер. После значительного и полного осушения озерных чаш, когда новообразование мерзлых толщ охватывает все днище озерной котловины, возникают внутримерзлотные талики, воды в которых приобретают криогенный напор, что приводит к образованию многолетних инъекционных бугров пучения — булгунняхов. Межмерзлотные водоносные слои образуются в днищах равнинных рек при миграции их русел (Толстихин, 1941; Кудрявцев, 1954). Небольшие водоносные межмерзлотные линзы — карманы существуют на боковых контактах мерзлых толщ, сложенных породами с различной водопроницаемостью и ограничивающих подрусловые и пойменные грунтово-фильтрацнонные талики (см. рис. 3). Наконец, известны межмерзлотные водоносные талики, имеющие форму «тоннелей», пронизывающих мерзлые толщи. По ним осуществляется движение пресных подземных вод, питающихся по несквозным таликам под озе-рами, руслами небольших ручьев, на участках дождевально-радиационных несквозных таликов, приуроченных к высоким террасам и междуречьям. Разгружаются они в речную сеть (см. VII..4). Межмерзлотиые водоносные «тоннели» поддерживаются за счет движения подземных вод, но промерзают при прекращении питания или при похолоданиях климата.

3 Н. Н. Романовский 33

Внутримерзлотные водоносные линзы в общем случае формируются в результате частичного промерзания межмерзлотных водоносных слоев и «тоннелей».