Навигация
Условия образования карста
94443
знака
0
таблиц
10
изображений
2. Условия образования карста
2.1 Карстующиеся горные породы и обстановки их образования
Среди карстующихся горных пород выделяют: карбонатные (известняки, доломитизированные известняки, доломиты, писчий мел, мраморизованные известняки и доломиты, мраморы), сульфатные (гипсы, ангидриты, переходные разности), соли (карналлит, сильвин, сильвинит и др.). Карстообразование протекает по-разному, в зависимости от мощности карстующихся пород, площадей, которые они занимают, от углов наклона этих отложений, химического состава и степени чистоты пород. Эти особенности в значительной степени зависят от тектонической обстановки образования карстующихся пород. Различают такие основные обстановки образования, распространения и условий залегания карстующихся горных пород: I – геосинклинальная, II – переходная – краевых прогибов, III – платформенная; в особых группах IV – континентальная, и V – морская.
В складчатых зонах она характеризуется различной дислоцированностью, мощностью и химическим составом карстующихся отложений.
Карбонатные отложения
1. Известняки (и доломиты) в результате длительного непрерывного накопления образуют мощные толщи на значительных площадях. Большей частью характеризуются, за исключением отдельных слоёв, сравнительной однородностью химического состава и мощностью в сотни метров (до 2 – 3 км). Пример: массивные известняки нижней Перми, верхнего и нижнего карбона западного склона Урала, некоторые мощные толщи карбона Средней Азии и юры Крыма, Кавказа, верхнеэоценовые известняки Крыма.
2. Известняки (и доломиты) в условиях длительного накопления при значительных колебательных движениях земной коры образуют толщу меньшей мощности на значительных площадях. В зависимости от условий осадконакопления толщи характеризуются большей или меньшей мощностью и разнообразием состава и свойств. Пример: карбонатные толщи докембрия, древнего палеозоя, девона и Перми Урала, средней Азии, мощные карбонатные толщи триаса и верхней юры на Северном Кавказе, третичные известняковые тощи Кавказа и другие.
3. Кольский тип. Мраморизованные известняки и доломиты, представляющие толщи незначительной мощности, развиты на ограниченных площадях. Образовались в результате спорадического накопления карбонатных осадков среди других толщ и последующего складкообразования и метаморфизации. Пример: известняки и доломиты докембрия на Кольском полуострове и в Финляндии, некоторые силурийские и девонские известняки восточного склона Урала.
4. Известняки рифовых массивов различной мощности, развитые на ограниченных площадях. Отличаются неправильной формой, невыдержанностью пород по простиранию и часто отсутствием слоистости. Обычно эти известняки массивны и плотны, нередко характеризуются биоморфной структурой (являются археоциатовыми, водорослевыми или содержат скелетные остатки других организмов). Встречаются и химически чистые разности известняков. Пример: кембрийские известняки Тувы.
Гипсы и ангидриты
1. Пласты и пластообразные залежи мощностью до 100 м, реже – до 200 м, иногда разделённые пропластками некарстующихся пород, залегающие со значительными углами падения. Пример: титонские гипсы Кавказа, триасовые гипсы Альп и Апеннин.
Каменная и другие соли
1. Галит в виде пластов, залежей небольшой мощности. Пример: третичные отложения Кавказа.
II. Переходная обстановка краевых прогибов (с пологим, местами относительно крутым залеганием пород)
Карбонатные отложения
5. Известняки и доломиты среди мощных слоистых некарбонатных толщ, образовавшиеся в условиях не особенно длительного осадконакопления. Толщи карбонатных отложений характеризуются не очень значительной мощностью и разнообразием состава и свойств. Пример: пермские карбонатные отложения Предуральского краевого прогиба в западной части Уфимско-Соликамской депрессии.
6. Карбонатные рифовые массивы различной мощности, развитые на ограниченных площадях. Пример: пермские рифы Уфимско-Соликамской и Бельской депрессий.
Гипсы и ангидриты
2. Пласты и пластообразные залежи мощностью в 10–20 м и до 100 м с пологими углами падения, залегающие как на значительных, так и на небольших площадях. Пример: гипсы и ангидриты пермского возраста Уфимско-Соликамской депрессии.
3. Гипсовые шляпы соляных куполов краевых прогибов, развитые на небольших площадях. Пример: Предтаймырский краевой прогиб.
Каменная и другие соли
2. Пласты и пластообразные залежи солей, развитые как на значительных, так и на небольших площадях. Пример: пермские соли Предуральского краевого прогиба.
3. Соляные куполы краевых прогибов с крутыми углами падения. Пример: Предуральский (южная часть), Предтаймырский и Предпамирский краевые прогибы.
IIІ. Платформенная обстановка (с толщами осадочного плаща, образующими пологие структуры с почти горизонтальным залеганием)
Карбонатные отложения
7. Известняки и доломиты в виде мощных толщ, развитых на значительных площадях. Они образовались в мало изменяющихся условиях седиментации, но несут следы колебательных движений земной коры в виде перерывов в осадконакоплении с сутурами, ститолитами и древними поверхностями карстования. Карбонатные отложения этих толщ отличаются мощностями, измеряемыми сотнями метров, и сравнительно малой изменчивостью химического состава. Пример: пермские и каменноугольные известняки востока Русской платформы в Прикамье и Башкирии, карбонатная верхнепротерозойская свита Трансвааль мощностью до 1 км в Южной Африке и др.
8. Известняки и доломиты, образующие толщи сравнительно малой мощности вследствие чередования их с обломочными породами: отдельные слои, различные по мощности и составу. Пример: силурийские известняки Эстонии и Ленинградской области, Девонские Главного девонского поля в Воронежской области, известняки карбона Московской синеклизы, третичные известняки Причерноморской впадины, Тарханкутского, Ставропольского поднятий и др.
9. Известняки и доломиты рифовых массивов платформ. Характеристика их в общем сходна с отложениями 6-го типа. Пример: нижнепермские рифы Уфимского вала, верхнетретичные среднесарматские рифы юго-запада Русской платформы в Приднестровье.
10. Писчий мел, образует пласты мощностью до 100 м, развит на сравнительно больших площадях. Пример: Воронежская и Белорусская антеклиза, западный склон Украинского щита и др.
Гипсы и ангидриты
4. Пласты и пластообразные залежи осадочного плаща платформ. Пример: третичные гипсы Подольско-Литовской, девонские Балтийской, пермские Московской и Глазовской синеклиз и др.
5. Гипсовые шляпы соляных куполов синеклиз и других отрицательных структур платформ. Пример: Прикаспийская, Украинская и др. синеклизы.
Каменная и другие соли
4. Пласты и пластообразные залежи в покровных отложениях платформ, главным образом в синеклизах и других отрицательных структурах. Пример: залежи соли Прикаспийской, Московской и др. синеклиз.
5. Соляные куполы покрова платформ, развитые главным образом в синеклизах. Пример: Прикаспийская, Украинская, Вилюйская синеклизы, Убсанурская впадина.
IV. Современные поверхностные образования континентов
В эту группу выделяют современные поверхностные карстующиеся породы, образовавшиеся в четвертичный период и не всегда прошедшие полностью стадию диагенеза. Как правило, имеют небольшую площадь распространения и весьма малую мощность.
Карбонатные отложения
11. Известковые туфы холодных источников. Образуют довольно рыхлые пористые известняки. Площадь их невелика. Максимум десятки квадратных метров. Развиты довольно широко. Пример: Пермская область.
12. Карбонатные травертины термальных источников. Значительно менее распространены. Обычно развиты на большей площади. Пример: травертины района Кавказских минеральных вод, которые местами закарстованы.
13. Современные континентальные карбонатные образования – береговые известняки Австралии.
Гипсы
6. Отложения гипсовых озёр засушливой зоны.
Каменная соль
6. Отложения соляных озёр засушливой зоны.
Природная сода
1. Отложения содовых озёр засушливой зоны.
V. Современная морская обстановка
14. Карбонатные образования современных морей и океанов в виде коралловых рифов.
2.2 Водопроницаемость карстующихся пород
Водонепроницаемые горные породы карстуются только с поверхности. Но большая часть горных пород, попав в зону выветривания, становится трещиноватой. По трещинам в массив проникают воды и атмосферный воздух, которые взаимодействуют с растворимыми породами, вызывая ряд химических и минералогических процессов. Трещины возникают на всех этапах жизни карстующейся осадочной толщи. Начиная с превращения осадка в породу при процессах диагенеза, при складкообразовании, выветривании.
Литогенетические (первичные) трещины – возникают преимущественно при диагенезе. Наиболее важные физические изменения – потеря воды и уплотнение отложений путём уменьшения их влажности и пористости. Эти процессы растянуты по времени и распространяются на глубину 150–200 м. На большей глубине осадки полностью переходят в плотные осадочные породы, которые в дальнейшем крайне медленно отдают воду и уплотняются. Распространение таких трещин наиболее чётко выражено в областях с горизонтальным или слабонарушенным залеганием пород. Там, где породы смяты в складки и испытали интенсивные тектонические движения, первичные трещины в осадочных породах бывают часто замаскированы более поздней тектонической трещиннноватостью. Первичные трещины не пересекают мощных толщ пород, а тесно связаны с отдельными пластами или небольшими пачками пластов. Обычно трещины заканчиваются на границах отдельных пластов, образующих слоистость. По отношению к слоистости трещины располагаются перпендикулярно. Косо, параллельно, имеют неправильную сложную форму. Положение их зависит от литологического состава пород. Замечено, что перпендикулярные слоистости трещины характерны для известняков и доломитов, разбивают эти породы на параллелепипедные отдельности. В различных участках одного и того же пласта присутствуют трещины разных простираний. Относительно правильные отдельности приурочены к породам однородного состава. Степень заполнения трещин зависит в первую очередь от циркуляции водных растворов. Частота трещин зависит от мощности и состава пород. В гипсах, ангидритах, каменной соли они менее развиты. При залегании на некоторой глубине от земной поверхности эти породы не карстуются и даже являются водоупором. Когда движения земной коры выводят их на дневную поверхность, карст начинает интенсивно развиваться.
Тектонические трещины образуются под влиянием тектонических сил, проявляющихся в земной коре в процессе её развития. Возникающие при этом в горных породах деформации почти всегда сопровождаются трещинами, образующимися на различных площадях. Трещины обладают выдержанностью (как по простиранию, так и по падению) и развиваются по одному плану в породах различного состава. Они делятся на трещины с разрывом сплошности пород и кливаж. Первые возникают при появлении в породах нормальных и касательных напряжений, превышающих пределы прочности. При нормальных напряжениях перпендикулярно главной оси растяжения происходит отрыв пород и образуются трещины отрыва. В направлении максимальных касательных напряжений развиваются трещины скалывания. Они широко распространены на участках, нарушенных взбросами и сдвигами, которые происходят в условиях сжатия земной коры или при перемещениях одного её участка относительно другого под действием пары сил. Однако раньше. Чем напряжения, вызываемые сжатием или сдвигом, сконцентрируются на одной поверхности разрыва и вызовут перемещение вдоль неё, в горных породах произойдёт образование трещин скалывания. Эти трещины составляют обычно два ряда, образующие с осью сжатия угол несколько меньше 45°. В отличие от трещин скалывания, кливаж не нарушает сплошности пород. Кливаж – способность горных пород делиться по параллельным или почти параллельным поверхностям на тонкие пластинки. Это свойство в механическом смысле выражается в образовании поверхности скольжения или срезывания, по которым частицы в процессе пластической деформации смещаются по отношению друг к другу.
Трещины в зоне выветривания многообразны. Выветривание расширяет первичные, тектонические и д.р. трещины, развитые в верхней части земной коры. При выветривании породы теряют свою монолитность. В них появляется сеть трещин. Вызывающая распадение крупных блоков на отдельные обломки. Распадение пород при выветривании происходит главным образом за счёт раскрытия и расширения ранее существовавших в них трещин и образования новых – трещин выветривания. Основные причины этого: разрывное действие замерзающей воды; изменение температуры в течение суток (инсоляция); разрывное действие солей и минералов, выкристаллизовывающихся в порах породы; разрывное действие корней растений; биохимические реакции и химические процессы, связанные с разложением неустойчивых минералов в зоне выветривания и образованием устойчивых минералов. Частота и характер трещин выветривания зависят от состава, текстуры и структуры пород, от строения и ориентировки поверхности обнажения, также действующими агентами выветривания, их интенсивностью. Степень разрушения пород выветриванием с глубиной уменьшается. Обычно трещины распространены на глубину до 10–15 м, а иногда в карбонатных породах они достигают глубины 30–50 м. Замечено, что на южных склонах сеть трещин выветривания значительно гуще, чем на северных., что объясняется большим различием между расширением и сжатием пород, вызванных суточными колебаниями пород на южных склонах. При прочих равных условиях, в вертикальных обнажениях породы всегда менее выветрелые, чем в горизонтальных. Трещины могут быть заполнены продуктами выветривания, гипсом, глиной. Часто на стенках присутствуют корочки гидроокислов железа.
Трещины отслаивания – следствие разгрузки внутреннего напряжения пород, вызываемой эрозией и другими факторами денудации. Развиваются параллельно обнажённой поверхности, становятся менее ясными с глубиной. В осадочных породах на ориентировку трещин оказывает влияние слоистость.
Трещины бортового отпора (отседания, откоса) – развиты в бортах долин. Рек, оврагов, врезанных в различные скальные, полускальные породы. Бывают наклонены под углом 30–50° в сторону долины, в глубину распространяются до уровня реки. Простирание совпадает с современными либо древними долинами. Обычно бывают открытыми: захватывая наибольшую часть массива пород у земной поверхности, выходят на поверхность склона. Величина их раскрытия зависит от упругих свойств пород, высоты и крутизны склона. Общая конфигурация трещин параболическая, но часто нарушена анизотропностью пород относительно сопротивления разрыву, слоистостью – поэтому они нередко ступенчатые. Происхождение их связывают с нарушением эрозией равновесия в распределении силы тяжести пород, слагающих склоны, путём уничтожения бокового сопротивления. Такие трещины благоприятны для развития карста.
Трещины карстовых провалов образуются над карстовыми подземными полостями и пещерами. Пример: в Кунгурско-Иренском карстовом районе в начальной стадии наблюдается система трещин, образующих замкнутый полигон. Число сторон многоугольника не менее 6, до 249 приближен к кругу). Эти системы образуются на горизонтальных или наклонных поверхностях с крутизной не более 45-50°. Длина сторон не более 1–1,5 м. Ширина трещин до 3–5 см, глубина до 1 см. В начальной стадии очерчены слабо, в дальнейшем выделяются и по ним происходит смещение 9 амплитуда обычно 1–2 см). Затем идёт катастрофическая стадия – окончательный отрыв и провал участка с образованием воронки.
Трещины гидратации ангидрита образуются в перекрывающих их породах. Если это карбонатные породы, в результате проникновения воды карстуется весь массив.
Антропогенные – трещины оседания кровли над подземными выработками. От взрывов и др. Возникающие при провалах трещины лишены признаков минерализации, имеют свежий вид. По простиранию и падению невыдержанны.
В зоне выветривания существует и противоположный процесс – заполнение трещин. Поступающие с поверхности воды вносят в трещины глинистые и другие частицы. Которые могут заполнить расселины. В известняках в трещинах образуется кальцит, в гипсах – гипс (селенит). Это приостанавливает карстовый процесс.
Поры и каверны карстующихся горных пород также могут быть путями передвижения вод. Пористые доломиты карстуются своеобразно – до доломитовой муки и песка. [3.]
Одной из загадок подземного мира является «холодное кипение», или процесс кавитации (от латинского «cavitas» – пустота). Вода при обычном давлении (1 атм.) кипит при 100ºС. Но если понизить давление до 0,006–0,043 атм., то кипение возможно в диапазоне температур 0–30 °С. На поверхности обтекаемых движущейся водой или движущихся в ней предметов образуются каверны – пузырьки, наполненные парами воды. Образуясь в зоне пониженного давления и исчезая (конденсируясь, растворяясь) там, где давление выше, пузырьки меняют характер течения. Вызывая большие потери энергии, шум и кавитационную эрозию обтекаемых поверхностей. Особенно агрессивны пузырьки в момент исчезновения («схлопывания»), которое происходит практически мгновенно. Частицы жидкости, окружающей пузырёк. С огромной скоростью устремляются в освободившееся пространство. Ударяясь друг о друга. На этих участках давление повышается до 100 тысяч атм. Исчезновение пузырьков напоминает взрыв микроскопической мины. Если обтекаемые поверхности могут растворяться, то возникает кавитационная коррозия: парциальное давление СО2 в пузырьках воздуха, растворённых в воде, выше, чем в атмосфере.
Кавитация наблюдается на лопастях быстро вращающихся гребных винтов, турбин, насосов, в водоводных тоннелях электростанций. Опыты показали, что для её возникновения нужны скорости потока более 6 м/с. В пещерах отмечены местные скорости до 10 м/с. Так возникает самовозбуждающийся процесс: сперва начинается кавитационная коррозия. Затем зарождаются микровпадины и гребешки, усиливающие её. Возможна кавитация и при падении капель воды. Фотосъёмка со скоростью 1000 кадров в секунду показала, что в момент «приземления» капля сначала сплющивается, а затем растекается со скоростью, достаточной для возникновения кавитации. Кавитация может возникать и при отсутствии движения. Если в жидкости, омывающей неподвижные поверхности, вследствие сейсмических или иных причин возникают ультразвуковые волны, то во впадинах формируются пузырьки газа, исчезающие на гребнях. Сильная кавитация отмечена также в морских пещерах, находящихся в зоне прибоя, а также – во фреатических полостях при движении воды через каналы, разделённые перемычками. [1.]
Трещинноватость, сочетающаяся с пористостью, также возможна. Например, писчий мел, где есть и пористость до 40–45%, обладает ничтожной водопроницаемостью по порам. При отсутствии трещин мел – это водоупор; при появлении их становится водоносным и карстуется. Т.е карст развивается, прежде всего, по трещинам, а поры играют роль резервуара, из которого подземные воды поступают в трещины.
Похожие работы
... особенности карста, зачастую его морфолого-генетический тип и классификационный ранг географического ландшафта закарстованной территории. Может быть предложена следующая таксономическая система районирования карста: карстовые страна – область – провинция – округ – район. Внутри района при детальном исследовании рекомендуется выделять типологические единицы (участки разных типов карста), однако ...
... ПРОЦЕССОВ Вследствие карстово-суффозионных процессов и явлений уменьшается устойчивость геологической среды, что приводит к катастрофическим последствиям (просадки, провалы, деформации сооружений). В РФ карстовые процессы широко развиты в Архангельской, Ленинградской, Московской, Тульской, Курской, Нижегородской, Воронежской областях, республиках Башкортостан, Татарстан, Марий-Эл, Мордовия, ...
... песчаниками с тонкими прослойками гипса), можно предположить что на исследуемой нами местности сформировались благоприятные условия для формирования карстовых форм рельефа. 1.3 Особенности тектонического строения Нюксенского района Территория Нюксенского района расположена на северо-западе Русской плиты, для которой характерно блоковое строение кристаллического фундамента. Лежит в пределах ...
... толстослоситые мраморированные известняки), так и с тем обстоятельством, что значительная часть осадков приурочена именно к наиболее возвышенной части полуострова. В предгорной и степной части Крыма карстовые явления также распространены, все же именно выровненная вершинная поверхность Крымских гор (яйлы) считается классическим районом распространения карста. Карст в пределах Горного Крыма ...
0 комментариев