Геологическая деятельность подземных вод

По температурным признакам  минеральные воды некоторыми исследователями подразделяются на: 1) холодные, с температурой менее 20°; 2) теплые— от 20 до 37°; 3) горячие — от 37 до 42° и 4) очень горячие, с температурой выше 42°. В. В. Иванов (1964) предлагает температурную границу 37° снизить до 35°, принимая во внимание, что последняя близка к средней температуре человеческого тела.-

Наиболее известными типами минеральных вод являются:

Г. У г л е к  и c./i ы е воды, газирующие углекислотой, характеризуются большим разнообразием ионного состава. К ним относятся холодные нарзаны Кисловодска, горячие углекислые воды типа сла-вяиовской (Железноводск), Карловы Вары (ЧССР), Истису (Азербайджан), Джермук (Армения) и др.* Образование углекислых минеральных РОД, по-видимому, в значительной части связано с глубинными процессами — термометаморфизмом и магматизмом. Так, например, наиболсо крупные углекислые источники в своем распространении тяготеют к районам развития молодых интрузий. Есть предположение, что" в контактных зонах этих интрузий при высоких температурах (около 400°) происходит метаморфизация карбонатных пород с выделением большого количества ССЬ. Поднимаясь отсюда по тектоническим трещинам, углекислый газ насыщает подземные воды верхних зон земной коры.

^.Сульфидные (сероводородные) воды. Среди них В. В. Иванов (1964) выделяет несколько типов по условиям их формирования: а) азотные сульфидные воды, генетически связанные с торфяными четвертичными образованиями. Примером этого типа являются сульфидные воды Кемери; б) метановые сульфидные воды, формирующиеся в глубоких частях артезианских бассейнов, генетически связанные с битуминозными и нефтеносными отложениями. Это преимущественно хлоридпыс или гидрокарСюнатно-хлоридные воды, в которых содержание 1 Ь5 в несколько раз больше первого типа. Такие сульфидные воды имеют наибольшее распространение. К ним относятся воды Мацесты, Талги на Кавказе, Усть-Качкинские в Приуралье и многие другие.

3. Рад и о а к т и в н ы е (обогащенные радоном) воды формируются в различных условиях. Главным образом они связаны с кислыми интрузивными горными породами, богатыми радиоактивными элементами (уран, торий и др.) и продуктами их разрушения. Среди них распространены: а) холодные радоновые воды в корах выветривания; б) термальные радоновые воды, приуроченные к глубоким тектоническим трещинам в кислых магматических породах (гранитах и др.). Хорошо известны курорты Цхалтубо на Кавказе и Белокуриха в Алтайском крае, основанные па использовании радоновых вод.4

Если обратимся к  распределению минеральных вод  на территории Советского Союза, то увидим изобилие минеральных источников в  районах молодых гор, сформированных главным образом в палеоген-неогеновое и частично антропогеновое время, в  которых тектонические движения продолжаются и по настоящее время. К таким районам относятся Кавказ, Закавказье, Памир, Камчатка, Курильские'острова и др. В некоторых из них (Камчатка, Курильские острова) и поныне происходит интенсивная вулканическая деятельность, в других же (Кавказ и др.) она проявлялась совсем недавно. Горообразовательные движения в этих районах вызвали образование разломов и крупных тектонических трещин.

Такая закономерность распределения  большинства минеральных источников не является случайной. Некоторые из них несомненно свя-

утечек воды из водохранилищ (Испания, Франция, Италия). Для предотвращения подобных случаев необходимо детальное изучение карстовых явлений, которое позволит дать правильный прогноз будущих изменений и выработать мероприятия по борьбе с карстом. При решенш. вопросов водоснабжения крупных населенных пунктов и промышленные, предприятий также необходимо изучать карстовые явления. Можно в целом сказать, что ни одно хозяйственное мероприятие, проектируемое в карстовых районах, не может обойтись без специального кзучени . карста.

8. ОПОЛЗНИ

С деятельностью подземных  и поверхностных вод и другими  факторами часто связаны разнообразные смещения горных пород, развивающиеся на крутых береговых склонах оврагов, долин рек, озер и морей. Характер и величина смещений бывают различными. Среди них наблюдаются:

1.  Мелкие смещения, захватывающие только поверхностную часть склона, почвенный слой и часть подстилающей выветрившейся породы, которые под влиянием сильного переувлажнения  атмосферными  осадками  начинают  медленно передвигаться  вниз.  Такие смещения  называются оплывинам и,   или с п л ы в а м и.

2.  Крупные смещения земляных масс    по склону,    захватывающие различные горные породы, слагающие склон и распространяющиеся на большую глубину. Такие смещения называются оползнями.

3.   Внезапные обрушения огромных масс горных пород, сопровождающиеся опрокидыванием сорвавшегося    массива    и его   дроблением, называются обвалами.  Наиболее значительные    проявления    их наблюдаются в молодых горных районах. В таких районах вода    подготавливает  возможность движения  пород,  ослабляет  в  них  прочность, Часто внезапность обвала бывает связана с проявлением землетрясения. Иногда обвалы достигают грандиозных  размеров.    Так,    например,  и 1911 г. на Памире произошел обвал, при котором    обрушилась    масса породы в 7—8 млрд. т, запрудила реку и образовалось так называемое Серезское озеро длиной около 80 км. Возникла естественная    плотинй высотой свыше   500 м,   длиной    около 2 км    и шириной    у основания около 5 км.

Наибольший интерес  представляют собственно оползни, широко распространенные и создающие местами  угрозу для населенных пунктов, отдельны:; участков железных дорог и т. п. Крупные оползни с глубоким смещением горных пород вызывают значительные изменения '» очертаниях береговых склонов и придают им особые формы. Простейший случай оползневого склона представлен на рис. 8.17. Пунктирен-указано первоначальное положение крутого берегового склона. После оползня он принял совсем иную форму, представленную сплошной линией. Во всяком оползневом склоне можно выделить отдельные элементы его. Поверхность, по которой происходит отрыв части горных порол от склона и последующее их оползание вниз, называется п о в е р х -н о с т ь ю смещения, или поверхностью скольжения. Она часто несет на себе следы полировки и штриховки, вызванные трением пород друг о друга при сползании. Такую полировку часто называют зеркалами скольжения. Сместившиеся горные породы, располагающиеся в нижней части склона, называют оползневыми

Н'                                                   211

м а к о п л  с и и я м и, или о л  о л з II с в ы м тел о м. Верхняя, более крутая часть склона, расположенная выше оползневого тела, называется к а д о п о л з и е в ы м уступом. Оползневое тело в поперечном разрезе обычно выражено в виде террасовиднон ступени, часто запрокинутой в сторону ненарушенной оставшейся части склона я называемо!! о п о л з м е в о и т е р р а с о и. Поверхность такой террасы чаще

всего неправильно бугристая, иногда же более или менее выровнена. Место сопряжения оползневого тела с падогюлзневым уступом, выраженное иногда понижением в рельефе, называется тыловым швом оползня. Место выхода поверхности скольжения в склон называется п о-д о ш в о п о п о л з п я. Она может располагаться на различных уровнях в зависимости от состава горных пород, слагающих склон, н характер/а оползневых смещений. В большинстве случаев она находится у подошвы склона, иногда выше его, но местами опускается значительно ниже, уходя даже под уровень воды реки или моря. Часто оползневое тело представляет собой серию блоков, соскольз-KVBUIIIX вниз под влиянием собственного веса (рис. 8.18). При этом в блоках сохраняется последовательность слоев и только наблюдается их запрокидывание в сторону ненарушенной части склона. Это, по А. П. Павлову, д е л я п с и в н а я часть о п о л з н я, происшедшая иод действием силы тяжести горных пород (лат. delapsus — падение, скольжение). В нижней части такого оползня сместившиеся породы сильно раздроблены и перемяты под напором вышележащих блоков. Это д е т р у з и в н а я часть ополз н я, возникшая вследствие, толкания оторвавшихся сверху блоков (лат. detrusio— сталкивание). Иногда давление оползневых масс настолько значительно, что перед ними возникают бугры выпирания пород, слагающих основание склона. В таких крупных оползнях вдоль поверхностей скольжения образуют-:я оползневые брекчии трения. В ряде оползневых районов наблюдаются сложные оползни, состоящие из многих отдельных блоков. В таких сложных оползнях обычно сочетаются деляпсивный (в верхней части склона) и детрузивный (в нижней части склона) типы смещений. Крупные оползневые смещения образуют огромные цирки, или зернее полуцирки, глубоко вдающиеся в берег. Они чередуются с более устойчивыми участками склона, представляющими собой как бы мысы, называемые м еж о п о л з н е в ы м и гребнями. Обычно предвестником оползневых смещений служит появление одной или нескольких дугообразных трещин, расположенных выше берегового склона (рис. 8.19). Эти трещины срыва постепенно расширяются, и отчленяющаяся часть склона начинает оползать вниз (рис. 8.20, А, Б). Помимо характерных форм рельефа, создаваемых оползневыми процессами, хорошим показателем являются неправильно ориентированные деревья на поверхности оползневого тела. Они в процессе смещения выводятся из своего вертикального положения, приобретают на отдельных участках различный наклон, искривляются, а местами расщепляются, как, это

Рис. 8.17. Схема оползпсииго  склона: : —- пгрпиначалыюс положение склона; '1 — ненарушенным склон; 3 — оползневое тело; -1 — поверхность скольжения; 5— тыловой тон; 6' — нпдопол.чнепон уступ; 7 — подошва оползня; 8 — источник

наблюдалось ь парке  Фили   (Москва), на Южном  берегу Крыма и  Е других местах. Такой лес называют «пьяным лесом».

Причины оползневых явлений.    Исследования оползневых районе.' показали, что оползни  представляют собой  сложный    процесс,  проте

Рис. 8. К8. Схема сложного оползня  (по Е. В. Шанцеру)

Рис.  8.19.  Трещи;!; i  срыва   перед нач;:.:юм   оползня

кагоший под влиянием  комплекса  факторов,  в  числе  которы:,  находяч ся и подчемныс  йоды. К таким факторам относятся:

1. Интенсивный подмыл берега рекой пли абразия морем  (разрушьте действием  прибоя)   в  ряде случаев    являются    одной    из главны причин   возникновения   оползней   в   Поволжье,   па   Черноморском   поб<" режье Кавказа  и в других  районах. При подмыве берега    рекой    плг абразии  морем  увеличивается  крутизна  склона  и  его напряженное со

стояние, что в конце  концов приводит к нарушению равновесия чемля-.;гых масс и их оползанию.

2. Влияние атмосферных осадков сказывается на устойчивости земляных масс. Так, например, отмечается, что оползни в овражной сети

| i

\ I

\ Б

Рис.  8.20.  А.  Оползни  в  Крыму  близ  Симеиза —  смещенное   шоссе WOTO i..li. юршкова). Б. Оползневой цирк на правом берегу средней Волги

до^д^ивогобпреЖЬЯ /(авказа происходят преимущественно в конце ™асыщениеРИОДа (ФевРал„ь - март), когда наблюдается максималь-обводненвдстиепГрунтов водон- В Чел°м важное значение имеет степень эоводненности пород как метеорными, так и подземными водами.

оезульта?е во3дейст0вГКСТеИЦИИ (состояния) глинистых пород склона в результате воздействия подземных или поверхностных вод и процессов

выветривания. При условии  обнажения глины в береговом  склоне она подвергается воздействию  различных внешних факторов и  выветривается, постепенно усыхает, растрескивается. Особенно этому помогает периодическое воздействие воды, при котором попеременные увлажнение и высыхание могут совсем нарушить ее монолитность. При насыщении водой такая разрушенная глина приобретает пластическое или текучее состояние и начинает сползать по склону, увлекая за собой и другие породы.

4. Суффозия, вызываемая движением подземных вод в водоносном слое. Подземные воды, выходя на поверхность склона, выносят с собой

Рис. 8.21. Явление суффозии из водоносного слоя  и песчаном  карьере   (фото   Г.   П.   Горшкова)

ш водоносного слоя мелше  частицы водовмещающсй горной породы и р'а.глнчпые химически растворенные1 вещества (рпс. 8.2!;. Длительно продолжающийся процесс выноса приводит к рязрыхлспию  водоносного слоя, его ослаблению, как бы подкапыванию склона (суффозия). Такой разрыхленный слой уже не в состоянии поддерживать горные породы, слагающие более высокие части склона, и они начинают сползать вниз.

5. Гидродинамическое давление, создаваемое подземными водами близ выхода на поверхность склона. Особенно это проявляется при наличии гидравлической связи подземных вод с рекой. В этом случае в моменты половодий речные воды питают подземные (рис. 8.21), вследствие чего их уровень также поднимается. Спад полых вод в реке происходит сравнительно быстро, а понижение уровня подземных вод в склоне относительно медленно. Получается как бы разрыв между уровнями подземных и речных вод, чем и создается дополнительное гидродинамическое давление в склоне. В результате может произойти выдавливание присклоновой части водоносного слоя, а вслед за ним оползание горных пород, расположенных выше. В связи с этим в ряде случаев отмечается активизация оползней после паводков.

Нам пришлось быть свидетелями  такого мгновенного оползания откоса па одном из недавно возведенных каналов. По условиям эксплуатации требовалось быстро освободить канал от воды, что и было сделано в течение нескольких дней. Подземные воды, связанные ранее с уровнем воды в канале, после опорожнения его создали в откосах огромное давление. В результате откос на протяжении около 100 м ополз в канал.

6.   Условия залегания горных пород, слагающих склон, или, иначе, структурные особенности. К ним относятся: а) падение пород в сторону реки или моря, особенно если среди них есть слои глин и водоносные горизонты на них; б)  наличие тектонических и других трещин, падающих в том же направлении;   в) значительная   степень  выветривания пород и др.

7.   Неосторожная деятельность человека,  которая  иногда  приводит к нарушению устойчивости склона. Это может быть    связано:    с искусственной подрезкой склонов; с разрушением    пляжей    (как это    иногда имело место при строительстве морских портовых сооружений без учета естественных  условий  формирования  пляжей  и  направления движения наносов); с дополнительной нагрузкой на склон; с неуемной вырубкой леса и т. п.  В зависимости от конкретных условий оползни возникают вследствие одного из названных  факторов, но в  большинстве случаев в результате различного их сочетания.                                               * •

Распространение и типы оползней на территории СССР. Одним  из крупнейших оползневых районов СССР является Поволжье. Здесь оползни  охватывают значительные по размерам территории и за исторический период причинили много разрушений ряду городов и другим крупным населенным пунктам. Особенно большое количество оползней сосредоточено в Среднем и Нижнем Поволжье (от впадения р. Камы и ниже по течению). Такие города, как Горький, Васильсурск, Сенги-лей, Ульяновск, ст. Батраки, Вольск, Саратов и другие, расположенные на правом берегу Волги, издавна страдают от оползней, и там затрачиваются большие средства на борьбу с ними, на выполнение ряда противооползневых мероприятий. Местом классического развития оползней является г. Ульяновск. За время существования города (с 1648 г.), судя по указаниям в летописях и в литературе, произошло не менее 25 оползней. Наиболее крупный из них отмечен в 1915 г. Он захватил береговую полосу около 1,5 км длиной и 400—600 м шириной. Была покороблена ветка Московско-Казанской железной дороги, которая местами опустилась на 1,5 м и передвинулась на 10 м, разрушена эстакада строившегося в то время моста через Волгу. Известны также неоднократные деформации железнодорожного полотна в районе ст. Батраки (Батракский косогор). Оползневые смещения имели место также в районе расположения цементных Сенгилеевского и Вольского заводов. Ьольшой известностью пользуются оползни Саратова, которые иногда достигали катастрофических размеров и приводили к разрушению многих построек. Так, например, при оползне 1884 г. было разрушено около 300 домов.