Гідрогеологічні умови розвитку і генезис карстових порожнин в неогенових сульфатних відкладах Волино-Подільского артезіанського басейну

Зі спелеогенезом у гіпсах і відповідною еволюцією умов водообміну в МВК тісно пов'язані геохімічні процеси, що призводять до формування епігенетичних вапняків у покрівлі сульфатної товщі і сірчаного оруденіння. Саме вертикальний висхідний водообмін через сульфатну товщу, що забезпечується спелеогенезом, створював сприятливі умови для проходження цих процесів (Klimchouk, 1997a). З іншого боку, процеси сульфатредукції сприяють підсиленню карстових процесів у сульфатних та карбонатних породах за рахунок підтримання у розчинної здатності по відношенню до гіпсоангідритів (десульфатизація), підвищення карбонатной агресивності при генеруванні сірководню, а також за рахунок генерування синтетичних вод у ході низки реакцій сіркоутворюючого циклу. Таким чином, система "карст - сіркоутворення" у розглянутих умовах характеризується двостороннім позитивним зв'язком. У північно-західній частині смуги розповсюдження гіпсоангідритів протягом достатньо тривалого (у багатьох місцях - аж до новітнього) часу зберігалися умови для сульфатредукції та сіркоутворення у карстових зонах, при відносно стійкому гідродинамічному і гідрохімічному режимі. Цим визначається зосередження тут великих сірчаних родовищ, що, як і печерні системи, закономірно приурочені до давніх і сучасних річкових долин (давніх і сучасних зон п'єзомінімумів). Відзначена багатьма дослідниками пов'язанність процесів карстогенезу і формування сірчаних родовищ визначається збігом ряду базових умов їхньої реалізації. Карстоутворення є однією з найважливіших комплексних передумов формування епігенетичних сірчаних родовищ у зоні гіпергенезу (Klimchouk, 1997a).

Техногенній вплив, пов'язаний з водовідбором з МВК (особливо відкриті гірничі роботи), призводить, в умовах 4-ї обстановки, до радикальних змін водообміну: різкої його активізації або навіть інверсії, і активізації карстоутворення у гіпсоангідритах. Ці зміни і їх практичні наслідки розглянуті на прикладі Язівського сірчаного родовища і Миколаївського родовища глин. Інтенсивність розчинення гіпсів у природних умовах 4-ї обстановки зростає у 4-70 разів під впливом водовідбору. Проникність товщі швидко збільшується за рахунок розширення порожнин розчиненням і вимивання з них заповнювача. Поряд із зняттям або зниженням напірів, це призводить до різкої інтенсифікації провалоутворення з деформацією поверхні, споруд та комунікацій.

ВИСНОВКИ

гідрогеологія артезіанський басейн карстовий

1. Регіональна мінливість умов формування підземних вод МВК і гідрогеологічних умов розвитку сульфатного карста визначається особливостями морфоструктурного плану, що сформувалися в результаті диференційованих вертикальних рухів у піздньонеоген-четвертинний час, і розвитку головних річкових долин. Цей контроль виявляється через закономірну зміну, у напрямку від внутрішних ділянок платформи до долини Дністра і прогибу, глибини залягання гіпсоангідритів, потужності глинястого покрову, ступеня денудаційного та ерозійного розкриття геофільтраційного розтину МВК. Виділені і охарактеризовані чотири обстановки формування підземних вод МВК, що мають еволюційно-стадійний характер і уявляють собою послідовні стадії розкриття, дренування і денудації вихідного напірного МВК і відповідної еволюції водообміну.

2. Великі печери в гіпсах Західної України мають багатоповерхову лабірінтову будову. Їх структура визначається гідрогеологічними умовами ініціювання та раннього розвитку, а також структурою спелеоініціюючої тріщінуватості. Печери сформовані в умовах напірного водоносного комплексу за рахунок розсіяного живлення від підстілаючого горизонту, при загальному висхідному водообміні через гіпсову товщу. Ярусна будова печер визначена ярусним заляганням спелеоініціюючих тріщін, що утворюють мережі з відмінними параметрами у межах певних текстурно-структурних горизонтів гіпсів.

3. Результати спелеогенетічного аналізу узгоджуються з розробленою загальною концептуальною моделлю артезіанського спелеогенеза, що грунтується на уявленнях про велику роль вертикальної фільтрації через слабкопроникні шари в поверхових водонапірних системах і інверсію гідрогеологічної функції елементів геофільтраційного розтину в ході спелеогенезу. Формування лабірінтових печер в гіпсах можливе виключно при “поперечному” водообміні через розчинний шар у шаровій водонапірній системі. Печери артезіанського походження характерізуються відсутністю функціонального зв'язку з сучасним рельєфом і низкою типових морфологічних рис (одноманітність розмірів і морфології каналів, лабіринтні структури, безліч "сліпих" тупиків, куполів та напівтруб конвекційного походження на стелях ходів), а також домінуванням добре відсортованих глинястих водномеханічних відкладів. Гіпсові печери Західної України є найбільш виразним прикладом порожнин артезіанського походження з відомих у світі печер.

4. Запропоновані регіональна і загальна спелеогенетичні моделі добре пояснюють особливості закарстування, гідродинаміки і гідрохімії МВК в області напірного стоку. Порожнини, що розкриваються тут бурінням, і реліктові печерні системи, що вивчені у здренованих масивах лівобережного Придністров'я, мають єдине походження.

5. Природна еволюція водообміну в МВК тісно пов'язана з діференційованими неотектонічними рухами, геоморфологічним розвитком теріторії та розвитком карстових систем у гіпсах. Техногенні впливи, пов'язані з водовідбором із напірного МВК, призводять до радікальних змін у водообміні, його різкої активізації чи навіть інверсії, та до інтенсифікації карстоутворення в гіпсоангідритах у 4-70 разів.

6. Уявлення про структуру водообміну у поверховому міоценовому водоносному комплексі та про гідрогеологічну роль спелеогенезу у гіпсах складають основу для нових підходів до вирішення проблем прогнозу закарстованості та водопритоків у відкриті гірничі виробки (родовища сірки, гіпсу, глин у області артезіанського стоку), а також проблем генези та прогнозу сірчаних родовищ і родовищ сірководневих мінеральних вод.

ЛІТЕРАТУРА

Монографії і брошюри:

1. Охрана геологической среды на серных месторождениях. НИИТЭХИМ, М.- 1985.- 36 с. (соавт. А.М.Гайдин, Н.Н.Ковшиков, И.В. Салюк).

2. Структурные предпосылки спелеогенеза в гипсах Западной Украины. Укр. спелеол. Ассоц., Киев, 1995.- 104 с. (соавт. В.Н.Андрейчук, И.И.Турчинов).

3. Gypsum Karst of the World. Internat. Journ. of Speleol., Theme issue, vol. 25 (3-4), 1996.- 307 p. (ред. совместно с D.Lowe, A.Cooper, U.Sauro).

Публікації в наукових виданнях:

О карстовых туннелях, мостах и арках Чертовецкого карстового района // Гидрогеология и карстоведение, вып.7. - Пермь, 1975. - C. (соавт. Б.А.Корженевский).

Значение карстовых пещер в геологическом изучении карстовых областей // Использование пещер, Тез.докл.Всес.совещ. - Пермь, 1979. C.

Понятие о пещере в теоретической спелеологии // Proc. Europ. Regional Conf. on Speleology, vol.II. - Sofia, Bulgaria, 1980. - С.117-119.

The regularities in the formation of gas composition of the air in the large karst caves of Podolia and Bukovina. // Proc. of the 8th Intern. Congress of Speleology, Vol.1. - Bowling Green, USA, 1981. - P. (соавт. N.L.Jablokova, S.P.Ol'shtynsky).

Organizational principles of complex stationary researches of karst // Proc. of the 8th Intern. Congress of Speleology, Vol.1. - Bowling Green, USA, 1981. - Р. 21-23 (соавт. G.V.Lisichenko, V.M.Shestopalov).

Разновозрастность систем трещин в гипсах Подолии и спелеогенез. // Состояние, задачи и методы изучения глубинного карста в СССР. Тез. докл. Всес. совещ. - М., 1982.- С. (соавт. В.Я.Рогожников).

Геолого-гидрогеологические условия развития карста Приднестровской Подолии (на примере южной части междуречья Серет-Ничлава) // Состояние, задачи и методы изучения глубинного карста в СССР. Тез. докл. Всес. совещ. - М., 1982.- С. (соавт. В.Я.Рогожников, С.Д.Аксем, Г.В.Лисиченко, В.М.Шестопалов).

Динамика современного развития карста в гипсах по гидрохимическим данным // Кинетика и динамика геохимических процессов. Тез. докл. Всесоюзн. совещания. - АН УССР, Киев, 1983. С. 154-159 (соавт. С.Д.Аксем, В.Я.Рогожников).

Опыт детального изучения водномеханических отложений крупной пещерной системы // Пещеры. Межвуз.сб.науч.трудов. - Пермь, 1984. С. 70-88.

Формирование газового состава воздуха в пещерах Подолии и Буковины // Докл.АН УССР, сер.Б.- 1984.- №2. С.138-143 (соавт. Н.Л.Яблокова, С.П.Ольштынский).

Взаимосвязь поверхностных и подземных карстовых форм в условиях гипсового карста Приднестровской Подолии // Инженерная геология Урала. Тез. докл. региональн. совещ.- Пермь, 1984.- С. 35-37 (соавт. В.Я.Рогожников).

Изучение условий питания, транзита и разгрузки подземных вод закарстованного блока в междуречье Серет-Ничлава, предназначенного для организации карстового стационара // Результаты научно-исследовательских работ (1981-1983 гг.). Препринт ИГН АН УССР.- Киев, 1984.- С.26-28 (соавт. С.Д.Аксем, Г.В.Лисиченко, В.Я.Рогожников, В.М.Шестопалов).

Изучение геолого-гидрогеологических условий и особенностей развития карста Приднестровской Подолии в связи с организацией карстологического стационара // Физ. география и геоморфология, вып.32. - Вища Школа, Киев, 1985. С. 27-33 (соавт. С.Д.Аксем, В.М.Шестопалов, Г.В.Лисиченко).

Методика изучения интенсивности и динамики локального растворения в сульфатных породах // Методика изучения карста. Тез. докл. Всес. научно-техн. совещ. - Пермь, 1985. - С. 40-42. (соавт. С.Д.Аксем).

Возможности и направления палеогидрогеологических реконструкций при изучении карстовых полостей // Методика изучения карста. Тез. докл. Всес. научно-техн. совещ. - Пермь, 1985. - С. 149-150.

Понятие о пещере и некоторые проблемные вопросы теоретической спелеологии // Физическая география и геоморфология, вып.32.- Вища Школа, Киев, 1985.- С.18-22.

Karst and caves in gypsum in the USSR territory // Int..Symp. on Evaporite Karst.- Bologna,1985.- Р. 40-41.

Genesis and development hystory of the large gypsum caves in the Western Ukraine // La Grotte d'Italia, (4), XIII.- Bologna, 1986.- P. 51-71.

Geological and hydrogeological conditions of gypsum karst development in the Western Ukraine // Le Grotte d'Italia, 4(XII). -Bologna, 1986. Р. (соавт. V.N.Andrejchouk).

Методика изучения газового состава воздуха карстовых полостей // Пещеры. Методика изучения. Межвуз.сб.науч.трудов.- Пермь, 1986.- С. 68-76 (соавт. Н.Л.Яблокова).

Классы топосъемочных работ в пещерах // Картографирование и районирование карста в связи с освоением территорий. Тез.докл.Всес.совещ.- Владивосток, 1986.- С. 50-52.

Методика картирования пещер для проектных и инженерных задач // Картографирование и районирование карста в связи с освоением территорий. Тез.докл.Всес.сов..- Владивосток, 1986.- С. 52-52.

Длиннейшие гипсовые пещеры СССР // Практич. использов. пещер гипсового карста и их охрана в свете задач основн. направл. развития нар. х-ва. Тез.докл.совещ.- Пермь, 1987.- С. 3-5 (соавт. К.А.Горбунова).

Возможности использования пещер для размещения народнохозяйственных объектов // Практич. использов. пещер гипсового карста и их охрана в свете задач основн. направл. развития нар. х-ва. Тез.докл.совещ.- Пермь, 1987. С. 12-13.

Пещеры запада Украины и их многоцелевое использование // Практич. использов. пещер гипсового карста и их охрана в свете задач основн. направл. развития нар. х-ва. Тез.докл.совещ.- Пермь, 1987.- С. 27-28. (соавт. В.Н.Андрейчук).

Проблема учета и документации карстовых полостей СССР // Проблемы изучения, экологии и охраны пещер. Тез.докл.Всес.совещ.- Киев, 1987.- С. 85-86.

О проблеме спелеогенеза и таксономии карстовых полостей // Проблемы изучения, экологии и охраны пещер. Тез.докл.Всес.совещ.- Киев, 1987.- С. 15-16 (соавт. В.Н.Дублянский).

Практические проблемы охраны пещер и пути их решения // Проблемы изучения, экологии и охраны пещер. Тез.докл.Всес.совещ.- Киев, 1987.- С. 152-154 (соавт. В.М.Голод, В.П.Коржик, Б.Т.Ридуш).

Методика режимных наблюдений за развитием провально-просадочных карстовых воронок // Гидрогеология и карстоведение. Методика изучения карста. Межвуз.сб.науч.трудов.- Пермь, 1987.- С. 50-58 (соавт. В.Я.Рогожников, С.Д.Аксем).

Геолого-гидрогеологические условия развития крупных гипсовых пещер запада Украины и их генезис // Пещеры.- Пермь, 1988. С. 12-25 (соавт. В.Н.Андрейчук).

Изучение интенсивности и динамики растворения гипсов в пещерах запада Украины // Пещеры. Межвуз.сб.науч.трудов.- Пермь, 1988.- С. 75-86 (соавт. С.Д.Аксем).

Метод искуственных индикаторов // Водообмен в гидрогеологических структурах Украины. Методы исследования.- Наукова думка, Киев, 1988.- С. 205-222 (соавт. В.М.Шестопалов, В.В.Гудзенко, Е.Г.Моложанова).

Проблемы изучения сульфатного карста в условиях его техногенной активизации // Методы, методики и технические средства изучения геологических процессов в районах интенсивного техногенного воздействия. Тез. докл. Всес. Съезда инж.-геологов, гидрогеологов и геокриологов, часть 4.- Наукова думка, Киев, 1989.- С. 99-101 (соавт. С.Д.Аксем, В.М.Шестопалов).

Gypsum solution rate in karst regions of Western Ukraine under natural conditions and under impact of industrial activity // Proc. of the 10 Int. Congress of Speleology, v.II.- Budapest, 1989. Р. 674 (соавт. S.D.Aksem, V.M.Shestopalov).

Крупные лабиринтовые пещеры в гипсах Западной Украины: спелеогенезис в артезианских условиях // Геол.журнал.- 1990.- №5.- С. 93-104 (соавт. В.М.Шестопалов).

Артезианское происхождение крупных лабиринтовых пещер в миоценовых гипсах западных областей Украины // Докл.АН УССР, Сер.Б. Геол., хим. и биол. науки.- 1990.- №7.- С. 28-32.

Genesis of carbon dioxide of air in Ukrainian caves // Proc. of the 10 Int. Congress of Speleology, v.III.- Budapest, 1990.- Р. 800-801. (соавт. N.L.Jablokova).

Исследование равновесий в системе "порода-вода" и некоторые другие проблемы гидрохимии сульфатного карста. ККСЦ, Киев, 1991.- 25 с. (соавт. С.Д.Аксем).

Изменение водообмена под влиянием горных работ // Водообмен в гидрогеологических структурах Украины. Водообмен в нарушенных условиях.- Наукова думка, Киев, 1991.- С. 208-228 (соавт. А.М.Гайдин, А.М.Антропцев, Л.И.Осташ).

Large maze caves in gypsum in the Western Ukraine: speleogenesis under artesian conditions // Natl. Speleol. Soc. Bulletin.- 1991.- 53.- P. 71-82.

Спелеогенезис в артезианских условиях // Свет: Вестник Киевского карстол.-спелеол. Центра, № 3(5).- Киев, 1992.- С. 7-13.

Large gypsum caves in the Western Ukraine and their genesis // Сave Science.- 1992.- 19, №1.- Р. 3-11.

Гидрохимическая модель спелеогенеза в гипсах // Инженерная геология карста. Тез. докл. Международн. Симпозиума.- Пермь, 1992.- С.139-140 (соавт. С.Д.Аксем).

Опыт гидрогеологического моделирования в условиях платформенного сульфатного карста в целях изучения гидродинамической обстановки // Инженерная геология карста. Тез. докл. Международн. Симпозиума.- Пермь, 1992.- С. 102-103 (соавт. А.П.Ищук, С.Д.Аксем).

Environmental change and human impact on karst in the Western Ukraine // Кarst Terrains, Environmental Change and Human Impact.- Catena Suppl. 25.- Catena Verlag, 1993.- Р. 147-160 (соавт. V. Andrajchouk).

Карст и природные полости // Геоэкология Украины. Наукова думка, Киев, 1994.- С.__

Fracture-karst waters in carbonate rocks of the Ukrainian Carpathians and adjacent regions // Ground Waters in Carbonate Rocks of the Carpathian-Balkan Mountain Range.- Carpathian-Balkan Geological Association, Belgrad, 1994.- С. 149-174 (соавт. V.M.Schestopalov, Ju.F.Rudenko).

Speleogenesis under confined conditions with recharge from adjacent formations // Publ. Serv. Geol. Luxembourg vol.XXVII. Comptes Rendus du Colloque Intern. de Karstologie a Luxembourg.- Luxembourg, 1994.- Р. 85-95.

Airborne carbon dioxide in Ukrainian caves // Publ. Serv. Geol. Luxembourg vol.XXVII. Comptes Rendus du Colloque Intern. de Karstologie a Luxembourg.- Luxembourg, 1994.- Р. 173-178 (соавт. N.Jablokova).

Speleogenesis in gypsum and geomicrobiological processes in the Miocene sequence of the Pre-Carpatian region // Breakthroughs in Karst Geomicrobiology and Redox Geochemistry. Abstracts and Field Trip Guide for the symposium, Colorado Springs, Colorado.- Karst Water Institute, Special Publ. №1.- USA.- 1994.- Р. 40-42.

Speleogenesis in the Miocene gypsum strata in the Western Ukraine as a governor of underground water exchange between aquifers in a storey artesian system // Karst Waters and Environmental Impacts. Abstracts of papers of the Intern. Symposium.- Antalia, 1995.- Р. 38-39.

Structural prerequisites of speleogenesis in gypsum in the Western Ukraine // Espeleotemas.- №5.- 1995.- Р. 3-30 (соавт. V.N.Andrejchouk, I.I.Turchinov).

Speleothems of aerosol origin // Natl. Speleol. Soc. Bulletin.- 1995.- 57.- Р. 31-42(соавт. V.M.Nasedkin, K.I.Cunningham).

Sulphate rocks as an arena for karst development // Gypsum Karst of the World.- Internat. Journ. of Speleol., Theme issue.- 1996.- vol. 25 (3-4).- Р. 9-20 (соавт. V.N.Andrejchouk).

Dissolution and conversions of gypsum and anhydrite // Gypsum Karst of the World.- Internat. Journ. of Speleol., Theme issue.- 1996.- vol. 25 (3-4).- Р. 21-36.

Dissolution of gypsum from field observations // Gypsum Karst of the World.- Internat. Journ. of Speleol., Theme issue.- 1996.- vol. 25 (3-4).- Р. 37-48 (соавт. F.Cucchi, J.M. Calaforra, S.D.Aksem, F.Finocchiaro, P.Forti).

The typology of gypsum karst according to its geological and geomorphological evolution // Gypsum Karst of the World.- Internat. Journ. of Speleol., Theme issue.- 1996.- vol. 25 (3-4).- Р. 49-60.

Speleogenesis in gypsum // Gypsum Karst of the World.- Internat. Journ. of Speleol., Theme issue.- 1996.- vol. 25 (3-4).- Р. 61-82.

Hydrogeology of gypsum formations // Gypsum Karst of the World.- Internat. Journ. of Speleol., Theme issue.- 1996.- vol. 25 (3-4).- Р. 83-89.

Breakdown development in cover beds, and landscape features induced by intrastratal gypsum karst // Gypsum Karst of the World.- Internat. Journ. of Speleol., Theme issue.- 1996.- vol. 25 (3-4).- Р. 127-144 (соавт. V.N.Andrejchouk).

Environmental problems in gypsum karst terrains // Gypsum Karst of the World.- Internat. Journ. of Speleol., Theme issue.- 1996.- vol. 25 (3-4).- Р. 145-156 (соавт. V.N.Andrejchouk).

Gypsum karst of the world: a brief overview // Gypsum Karst of the World.- Internat. Journ. of Speleol., Theme issue.- 1996.- vol. 25 (3-4).- Р. 159-182 (соавт. P.Forti, A.Cooper).

Gypsum karst of the Eastern-European Plain // Gypsum Karst of the World.- Internat. Journ. of Speleol., Theme issue.- 1996.- vol. 25 (3-4).- Р. 251-262 (соавт. V.N.Andrejchouk).

Gypsum karst in the Western Ukraine // Gypsum Karst of the World.- Internat. Journ. of Speleol., Theme issue.- 1996.- vol. 25 (3-4).- Р. 263-278.

The role of karst in the genesis of sulfur deposits, Pre-Carpathian region, Ukraine // Environmental Geology. 1997а.- 31 (1/2).- Р. 1-20.

The role of speleogenesis in the Miocene gypsum in the Western Ukraine in groundwater circulation in the multi-storey artesian system // Karst Waters & Environm. Impacts.- Balkema, Rotterdam, 1997b.- Р. 281-291.

Artesian speleogenetic settings // Proceedings of the 12th Internat. Congr. of Speleol., vol.1.- La Chaux-de-Fonds, Switzerland, 1997c.- Р. 157-160.

Speleogenetic effects of water density differences // Proceedings of the 12th Internat. Congr. of Speleol., vol.1.- La Chaux-de-Fonds, Switzerland, 1997d.- 161-164.

О генезисе гипсовых пещер Подолии (О статье Л.Якуча, Г.Мезеши "Генетические особенности гипсовых пещер Подолии") // Геоморфология.- 1998.- №1.- С. 120-123.

Препринти:

73. Сопряженный анализ истории формирования пещерной системы (на примере пещеры Атлантида). Препринт ИГН АН УССР. - Киев, 1982. 58 с. (соавт. В.Я.Рогожников).

74. Режимное изучение активности гипсового карста западных областей Украины. Препринт ИГН АН УССР.- Киев, 1988.- 55 с. (соавт. С.Д.Аксем, В.М.Шестопалов, Г.И.Рудько).

Размещено на Allbest.ru