Лекция: Классификация таликов
Подземные воды таликов
Таликами и таликовыми (талыми) зонами называют толщи талых горных пород, которые развиты с поверхности земли или под водоемами и водотоками и которые существуют непрерывно долее одного года (Романовский, 1983). При сплошном распространении мерзлых толщ, когда талые породы занимают ограниченные участки, применяют обычно термин «талики». Таликовые зоны шире представлены в районах массивно островного и прерывистого распространения мерзлых толщ. Талики, ограниченные мерзлыми породами только по боковым поверхностям, являются сквозными, а подстилаемые на некоторой глубине мерзлыми породами – несквозными или надмерзлотными. По сквозным таликам осуществляется взаимосвязь поверхностных вод и вод глубоких подмерзлотных горизонтов. По несквозным водоносным таликам происходит приповерхностный сток.
В суровые климатические периоды происходит многолетнее промерзание таликов, которое может приводить к появлению меж- и внутримерзлотных горизонтов (слоев, линз) также относящимся к таликам, некогда открытым к поверхности земли.
Классификация таликов
Подразделение таликов на те или иные группы можно проводить, основываясь на различных принципах, выделяя при этом один какой-либо главенствующий фактор геолого-географической среды. Например, по отношению к мерзлой толще выделяют сквозные и несквозные (надмерзлотные) талики; по источникам тепла, обуславливающим существование таликов – эндогенные и экзогенные. Существуют классификации таликов по положению в рельефе (склоновые, водораздельные, пойменные и т.д.), по особенностям движения подземных вод (водопоглощающие, водопроводящие, водовыводящие и т.д.), по способам теплопередачи (кондуктивные, конвективные) и пр. Все упомянутые подразделения таликов на группы, классы, виды и др. категории имеют право на существование.
Талики играют весьма важную роль в формировании инженерно-геологических условий и гидрогеологии мерзлой зоны, поэтому (по Н.Н. Романовскому) в их классификацию целесообразно вводить два равноправных подразделения: первое – по условиям, определяющим возможность появления и существования таликов, т.е. генезису; второе – по особенностям подземных вод в них. Такая классификация была разработана Н.Н.Романовским в 1968 г. и используется в настоящее время большинством специалистов, занимающихся вопросами криолитозоны. Классификация построена по перекрестному принципу, в виде таблицы (Романовский, 1983, стр.60-61). В ней выделяется семь типов и пять классов таликов. Типы таликов, наиболее изученные и распространенные, подразделяются на подтипы. В верхней части таблицы помещены талики, наиболее часто встречаемые в криолитозоне, в нижней части – в специфических геолого-географических условиях или рукотворные. В клетках таблицы, образующихся при пересечении градаций типов и классов, указаны возможные виды таликов по их отношению к мерзлой зоне (сквозные, несквозные). Прочерк означает, что таких таликов в природе не существует. Полное название талика складывается из названия типа, подтипа, класса и вида.
Дадим краткую характеристику различных таликов (Романовский, 1983).
Тип I. Радиационно-тепловые талики.Причиной их возникновения и существования является радиационно-тепловой обмен на поверхности земли и приповерхностном слое, приводящий к формированию положительных температур у подошвы СМС или слоя их годовых колебаний. Внутри этого типа выделяются три подтипа.
1) радиационные талики. Образуются на склонах южной экспозиции за счет большего поступления солнечной радиации по сравнению с горизонтальной поверхностью, а также в результате снижения альбедо поверхности (например, в результате пожара). Проницаемость верхнего слоя горных пород в таликах этого подтипа понижена и влияние осадков на их температурный режим невелико.
2) тепловые талики. Формируются при комплексном воздействии таких отепляющих факторов природной среды, как мощный снеговой покров малой плотности, растительность, иногда заболоченность. В этом подтипе, как и в предыдущем, влияние атмосферных осадков на повышение температуры пород слабое.
3) дождевально-радиационные талики. Образуются под влиянием комплекса отепляющих факторов и в значительной степени за счет инфильтрации атмосферных осадков и конденсации водяных паров. Такие талики с поверхности до глубины, превышающей мощность СМС, сложены хорошо проницаемыми породами.
Разделение радиационно-тепловых таликов на подтипы не всегда возможно, так как отепляющих факторов может быть несколько. Талики этого типа распространены по площади наиболее широко и встречаются преимущественно в южной геокриологической зоне. Хотя необходимо отметить и факт их достаточно широкого распространения в отложениях песчаных террас и склонов на территории Центральной Якутии, где «мерзлота», как известно, сплошная.
Тип II. Гидрогенные талики (подводно-тепловые).Формируются и существуют благодаря отепляющему воздействию водоемов и водотоков на донные отложения. Температуры пород в этих таликах могут быть как положительными, так и отрицательными. Последние свойственны таликам под морями и солеными озерами. Среди гидрогенных таликов выделяется пять подтипов, названия которых говорят сами за себя: шельфовые, подэстуаривые, подозерные, подрусловые, пойменные. В этом ряду по режиму поверхностных и подземных вод выделяются талики под эстуариями рек и в их дельтах, где отепляющее влияние речных вод периодически снижается внедряющимися морскими водами нередко с отрицательной температурой. Гидрогенные талики наиболее устойчивы к промерзанию и имеют преимущественное (среди других типов) развитие в районах сплошного распространения мерзлых толщ.
Тип III. Гидрогеогенные (водно-тепловые) талики. Существование таких таликов обусловлено исключительно напорной восходящей фильтрацией подземных вод с положительной температурой. Разгрузка подземных вод может происходить как в субаэральных (видимые источники), так и субаквальных ( русла рек и дно озер) условиях. Гидрогеогенные талики широко распространены в горных областях, особенно в тектонически активных районах, но встречаются и на равнинных территориях.
Следующие три типа таликов имеют достаточно ограниченное распространение.
Тип IV. Гляциогенные талики.Существуют под ледниками «теплого» типа, у которых температура придонных слоев льда 0° С. Породы, слагающие ложе таких ледников, частично или целиком в талом состоянии. Гляциогенные талики не исследованы, но их наличие по ряду признаков предполагается под многими ледниками криолитозоны.
Тип V. Хемогенные талики.Образуются в результате выделения тепла при окислительных реакциях в толщах горных пород (окисление сульфидных руд, возгорание углей и т.д.).
Тип VI. Вулканогенные талики.Они развиты в районах активной вулканической деятельности, входящих в криолитозону (Камчатка, например). Изучены подобные талики очень слабо, хотя их важная роль в формировании гидрогеологических условий несомненна.
Наконец, последний, VII тип таликов – техногенные.Они образуются в результате производственной деятельности человека. Большинство техногенных таликов по генезису, условиям существования и пр. укладываются в классификационные градации естественных таликов. Ряд таликов не имеет природных аналогов: талики под зданиями с большим тепловыделением, с утечками горячих вод и т.д.
По гидрогеологическим особенностям выделяются следующие классы таликов.
Класс 1. Безводные талики, в которых отсутствуют гравитационные (свободные) воды. Они могут быть представлены как мало трещиноватыми скальными породами, так и слабопроницаемыми глинистыми отложениями, в которых существует только физически связанная вода.
Класс 2. Талики с застойными водами (застойные). В них подземные воды проницаемых пластов ограничены снизу и по боковым поверхностям криогенными и литологическими водоупорами. Водообмен внутри талика может происходить только за счет плотностной конвекции (плотность воды зависит от температуры и минерализации). Такого класса талики часто встречаются в подтипе подозерных (тип – гидрогенные).
Класс 3. Грунтово-фильтрационные талики. В них существует поток грунтовых надмерзлотных, вод, двигающихся в соответствии с уклоном рельефа. Такие талики сложены в верхней части водопроницаемыми породами, подстилаемыми литологическими или криогенными водоупорами.
Класс 4. Инфильтрационные (или инфлюационные) талики. Подземные воды в них имеют нисходящее движение, часто близкое к вертикальному, и происходит по системам разрывных нарушений, карстовым пустотам и хорошо проницаемым четвертичным отложениям. Такие талики иногда называют водопоглощающими, по ним осуществляется питание глубоких водоносных горизонтов. Существуют они преимущественно в условиях расчлененного низкогорного рельефа и плоскогорий.
Класс 5. Напорно-фильтрационные талики. Подземные воды в них имеют восходящее движение и обладают напором, Такие талики являются водовыводящими, так как по ним осуществляется разгрузка подземных вод подмерзлотного и межмерзлотного стока. Нередко инфильтрационные и напорно-фильтрационные талики образуют единую гидрогеологическую систему.
Все содержащие гравитационную воду талики в приведенной классификации разделяются по температурным особенностям на: а) имеющие положительную температуру – теплые и б) отрицательную – холодные или криогалинные. Последние, содержащие высокоминерализованные воды, нередко называют криопэгами, что не совсем правильно.
Несколько иная классификация таликов, основанная на разработанной Н.Н.Романовским, предложена С.Н.Булдовичем (Основы геокриологии, ч.4, 2001). В предлагаемой классификации выделяются шесть самостоятельных генетических типов, охватывающих все разнообразие встречающихся в природе таликов (табл. 10.1.).
В предлагаемой классификации отсутствуют в качестве самостоятельных генетических типов техногенные и гляциальные талики. Первые из них потому, что имеют более или менее близкие природные аналоги; вторые не могут называться таликами, поскольку находятся, по сути, ниже подошвы мерзлой толщи.
В классификационной таблице отражена также зональная и региональная приуроченность различных типов таликов. По этому признаку вся криолитозона разделена на пять мерзлотно-температурных зон (I – V) со среднегодовыми температурами пород соответственно: от 0 до -1; от -1 до -3; от -3 до -5; от -5 до -10 и ниже -10 °С.
Подразделение таликов по особенностям гидрогеологических условий совпадает с более ранней классификацией Н.Н.Романовского.
Таблица 10.1