Талики районов горно-долинного оледенения в Заполярной Чукотке

Подробности

Автор: Глотов В.Е.

Изложены результаты гидрогеологических работ на участках развития позднеплейстоценового оледенения в Заполярной Чукотке. Показана приуроченность водоносных таликов к троговым долинам рек вне связи с их площадью водосбора. Сделан вывод о перспективности троговых долин и бывших ледниковых цирков для поисков месторождений пресных подземных вод, для их магазинирования.

Ключевые слова: Заполярная Чукотка, арктические моря, горно-долинное оледенение, криолитозона, талики, водоносные ледниковые отложения.

Введение

Талики, прежде всего подрусловые, в долинах горных рек криолитозоны являются наиболее перспективными для поиска и разведки месторождений пресных подземных вод при организации хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения. Общепризнано, что на водосборных площадях рек бассейнов арктических морей (Чукотского, Восточно-Сибирского) условия для формирования таких таликов не благоприятны. В то же время, все наиболее крупные рудные месторождения благородных и цветных металлов обычно находятся в долинах малых горных водотоков, которые относятся к числу не перспективных для организации водоснабжения за счет подземных вод. Вместе с тем, в рассматриваемом районе широко развиты признаки верхнеплейстоценового горно-долинного оледенения: троговые долины, цирки, кары, ледниковые озера и т.д. Поэтому научно и практически значима цель – показать, что горные районы Заполярной Чукотки с признаками горно-долинного оледенения перспективны для поисков источников подземных вод требуемого качества.

Объект исследований – горные районы Заполярной Чукотки.

Предмет исследований – подземные воды ледниковых и водно-ледниковых отложений.

Краткая характеристика объекта исследований

Географически район расположен севернее полярного круга (66°33 55 с.ш.) между Главным водоразделом Земли и побережьем морей Северного Ледовитого океана (Арктического). Он охватывает водосборные площади рек Большой и Малый Анюй, бассейна стока Восточно-Сибирского и Чукотского морей (рисунок).

В геологическом отношении эта территория соответствует области распространения террейнов Охотско-Чукотского орогенного пояса [4] в составе Чукотского террейна – фрагмента пассивной континентальной и Олойско-Анюйской системы террейнов – фрагментов активной окраины, включая океанические дуги и зону субдукции.

Террейны сложены преимущественно терригенными и вулканогенно-терригенными породами (песчаники, глинистые сланцы, алевролиты, туфогенные образования) палеозойского и мезозойского возраста.

Рельеф Заполярной Чукотки отражает особенности геологического строения. На площади Олойско-Анюйской системы террейнов активной окраины и прилегающего к ним блока Чукотского террейна пассивной континентальной окраины сформировались хребты и среднегорные массивы Анюйского нагорья. На площади развития вулканогенных толщ, сложенных базальтами, андезитами и дацитами преимущественно мелового возраста, распространены эффузивные плато и покровы Анадырского плато. Практически по всей площади Чукотского террейна – фрагмента пассивной континентальной окраины образовалась система средневысотных и низкогорных массивов и хребтов Чукотского нагорья. Для всех горных районов характерны в основном сглаженные формы с высотой водоразделов до 1000 м. Сильно эродированные горные массивы и хребты высотой до 1500-1800 м свойственны участкам распространения магматических тел. Повсеместно развиты следы верхнеплейстоценовых и более древних оледенений, в том числе холмисто-грядовые морены в предгорьях и межгорных впадинах.

Климат горных районов Заполярной Чукотки отличается длительным холодным периодом (от 9,5 до 10 месяцев в году) со среднегодовой температурой воздуха в речных долинах от -13,3°С (пос. Илирней) до -9,7°С (пос. Иультин). Средняя температура января от -26,7 до -38,2°С, а июня – от +7,4 до +13,7°С. Среднегодовое количество осадков от 180 мм (пос. Островное) до 537 мм (пос. Иультин).

Климатические условия способствовали сохранению сплошной криолитозоны, мощность которой достигает 500-550 м на водоразделах и 150-160 м в речных долинах. Существуют сквозные и надмерзлотные талики, закономерности развития которых практически не изучены. Теоретически наличие талика под руслом водотока связано с мощностью и фильтрационными свойствами подрусловых отложений, с массой и температурой водного потока. Поэтому с проявлением субширотной климатической зональности, выражающейся в увеличении температуры воздуха и количества осадков от мыса Шмидта к мысу Дежнева, надмерзлотные талики, сложенные аллювиальными отложениями, формируются под водотоками с уменьшающейся водосборной площадью, но не менее первых сотен км [5]. Суровость климата Заполярья сказывается и в промерзании подозерных таликов при уменьшении глубины водоема до 1-1,5 м, т.е. меньше глубины сезонного промерзания, достигающего 7 м [2].

Завершая обзор объекта исследования, отметим, что имеющиеся публикации не отражают роли ледниковых и водноледниковых образований в формировании ресурсов пресных подземных вод. Наше исследование направлено на устранение этого недостатка.

Результаты исследований

Наиболее представительные материалы для аналитических исследований получены на участках Чукотского нагорья. Достаточно изученный из них находится в пределах района оловорудного месторождения Иультин и бывшего одноименного поселка (рисунок). Иультинский участок охватывает водосборную площадь верховья р. Иультиканья и ее левого притока руч. Теплый. С запада к этому участку примыкает водосбор р. Ленотап, а с востока р. Амгуэмы.

Долины всех водотоков имеют отчетливые признаки трогов. Водосборная площадь р. Иультиканья в створе 2,8 км выше устья упомянутого ручья равна 55,4 км², а руч. Теплый – 37,7 км². Поверхностный сток в реке прекращается в середине - конце октября и отсутствует до конца мая. В руч. Теплый сток осуществлялся до конца ноября – середины декабря, а в отдельные годы и в течение всей зимы с расходом до 22 л/с. Первые исследователи полагали, что повышенные значения стока ручья связаны с разгрузкой подмерзлотных вод по зоне разлома [7]. По опыту работы в бассейне Верхней Колымы гидрогеологи считали, что при столь малых водосборных площадях наличие надмерзлотных таликов маловероятно. Основное внимание было направлено на поиски воды в зонах известных разломов. В апреле 1966 г. в устье руч. Теплый (в русле) буровым отрядом института «Дальстройпроект» в зоне предполагаемого разлома были пробурены две скважины глубиной 24 м каждая (табл. 1). Скважины вскрыли лед толщиной 0,3 м и подрусловые несортированные крупно- и мелкообломочные отложения с песчаным заполнителем. До глубины 3 м грунты были сезонномерзлые, глубже до 24 м талые, водоносные. Статический уровень примерно на 1 м выше поверхности льда. По данным опытной откачки (Славянский А.М., Зеликсон Т.И., 1968 г.), удельный дебит скважины 0,8 л/с•м. Судя по несортированности отложений и троговому облику долины ручья, вскрытые грунты являются отложениями основной морены, отмытыми подземными водами и водами тающего ледника, то есть они относятся к образованиям ледникового комплекса.

Это заключение подтвердилось в последующие годы результатами работ примерно в 6 км выше устья этого ручья. Скважины были пробурены по профилю, пересекающему днище долины. Скважина глубиной 46 м, пройденная в русле ручья в марте 1985 г., вскрыла валунно-галечно-гравийные отложения с суглинистым заполнителем, мерзлые до глубины 7,6 м. Водоносные несортированные крупнообломочные грунты залегали в интервале 7,6-37,6 м. В подошве водоносного горизонта была вскрыта плотная глина с гравием и дресвой. Вскрытые водоносные крупнообломочные отложения отличались высокими фильтрационными свойствами. По данным О.М. Карасевой (1985 г.), при откачке эрлифтом дебит скважины составил 12,5 л/с при понижении уровня 0,53 м, т.е. удельный дебит почти 24 л/с•м.

Отметим невыдержанность состава и соотношения талых и мерзлых флювиогляциальных и моренных отложений по площади долины. Примерно в 150 м в пойме скважина глубиной 30 м вскрыла талые гравийно-галечные отложения с супесчаным заполнителем. В 50 м от нее по всему разрезу грунты были мерзлыми.

Водообильные ледниковые и флювиогляциальные отложения широко распространены в горных районах, граничащих с Иультинским участком. Так, долина самой крупной реки Чукотки - р. Амгуэма имеет все геоморфологические признаки горно-долинного оледенения. Ширина долины в среднем течении достигает 10 км. В пойме развит сквозной талик, изученный при поисках и разведке подземных вод для водоснабжения поселков Амгуэма, Дорожный, объектов планировавшейся Амгуэмской ГЭС. Мощность ледниковых и флювиогляциальных отложений здесь превышает 65 м. Отметим, что за пределами поймы как р. Амгуэмы, так и ее притоков талики не распространены. По удалению от русла мощность криогенного водоупора возрастает. Примерно в 120-150 м мощность многолетнемерзлых пород 179 м.

С запада Иультинский участок граничит с долиной р. Ленотап. По материалам Ю.Н. Бахарева (1982 г.) при разведке россыпи золота под руслом были вскрыты талые флювиогляциальные отложения. Примерно в 90 м от русла на левобережной пойме реки водоносные валунно-галечно-гравийные отложения с супесчаным заполнителем залегают в интервале 17,2-33 м. Они перекрыты аналогичными по составу мерзлыми грунтами и подстилаются также мерзлыми галечно-щебнистыми с суглинистым заполнителем. В 120 м от русла весь разрез ледникового комплекса мерзлый.

Резкой смене мерзлотно-гидрогеологической обстановки способствует изменение гранулометрического состава образований ледникового комплекса. Так, при разведке россыпи золота в долине верхнего течения р. Экиатап (уч. Экиатапский) в 125 м от русла в ноябре 1988 г. скважиной были вскрыты мерзлые несортированные галечники с гравием и валунами с суглинистым цементом. На глубине 19,5 м они подстилались талыми водоносными несортированными валунистыми гравийно-галечниками с супесчаным заполнителем. Водоупорной талой подошвой их на глубине 55 м являлись щебенчато-дресвяно-глыбовые отложения с суглинистым цементом. Водоносный подмерзлотный горизонт, по данным О.М. Карасевой (1988 г.), характеризуется удельным дебитом 0,32 л/с•м. Примерно в 270 м от русла реки скважиной в интервале 21-82 м вскрыты несортированные водоносные галечники с валунами и супесчаным заполнителем. Они перекрываются и подстилаются мерзлыми щебенчато-глыбовыми грунтами с суглинистым заполнителем. Показатели водоносности межмерзлотного талого слоя достаточно высокие. По данным О.М. Карасевой (1995 г.), при откачке эрлифтом в конце января 1990 г. установившийся дебит был 3,45 л/с при понижении 1,6 м, удельный дебит 2,16 л/с•м.

Интерес представляют результаты гидрогеологических работ в верховьях р. Кувет – правого притока р. Пегтымель, представляющих собой отмерший ледниковый цирк. При поисках золота здесь был выявлен талик. При гидрогеологических исследованиях установлено, что талик имеет сквозной характер и прослеживается под руслами всех водотоков водосборного бассейна р. Кувет. Наиболее хорошо он изучен в долине левого притока Кувета – р. Пытьгукуват (в переводе с чукотского «Второй Кувет») [8]. Непосредственно в русле талые водоносные отложения вскрыты скважинами на всю 55-метровую глубину. По мере удаления от русла на поверхности формируется криогенный покров, мощность которого в 140 м составляла 11 м, а в 200 м – 21 м. Формально вскрытые воды отнесены к подмерзлотным. Водоносные и мерзлые породы сходны по гранулометрическому составу. Это несортированная смесь гальки, гравия, валунов с песчаным заполнителем и линзами суглинка. Ниже по течению сквозной талик вырождается в подрусловый надмерзлотный. В табл. 1 мы привели данные по наиболее представительным скважинам, дающие дополнительные сведения по изучаемому вопросу.

В западной части Заполярной Чукотки в пределах Олойско-Анюйской системы террейнов – фрагментов активной окраины отложения ледникового комплекса по долинам таких крупных рек, как Малый и Большой Анюй развиты слабо. Признаки горно-долинного оледенения можно отметить лишь в боковых притоках этих рек (участок Анюйский). Одним из этих притоков является р. Тополевка, текущая по долине трогового облика. В районе пос. Дальний О.К. Бутомо (1978 г.) в апреле 1978 г. установил водоносный горизонт, представленный песком с галькой в интервале 7-13 м. Выше и ниже этого слоя залегали гравийно-галечно-щебенчатые отложения с суглинистым заполнителем. При откачке с 9 по 12 апреля 1978 г. был получен дебит воды 2,85 л/с при понижении 1,3 м, т.е. удельный дебит 2,1 л/с•м (табл. 1).

Следовательно, в восточной зоне Заполярной Чукотки подземные воды ледникового комплекса могут быть надмерзлотными, межмерзлотными и подмерзлотными.

Химический состав подземных вод в отложениях ледникового комплекса достаточно однообразен. Это хлоридно-гидрокарбонатные кальциево-натриевые воды с минерализацией 0,03-0,05 г/см³. Практически во всех пробах присутствует Fe³⁺>0,1-0,5 мг/л, что характерно для отложений ледникового комплекса, поэтому возможно возникнет необходимость в очистке воды от железа (табл. 2).

Обсуждение результатов исследований

Широкое распространение в Заполярной Чукотке горно-долинного оледенения – хорошо известный геологический факт. В наибольшей степени (видимо, многократно) оледенение проявилось в бассейне Чукотского моря (Восточная Чукотка), что, очевидно, связано с поступлением влагонесущих воздушных масс из акватории Тихого океана. В любом случае ледниковые образования развиты практически во всех водотоках Восточной Чукотки, хотя мощность их изменяется в широких пределах. Специалисты-гляциологи и геологи отмечают, что в зонах разломов, распространения тектонически нарушенных слоев глинистых сланцев мощность отложений ледникового комплекса в троговых долинах и в ледниковых цирках будет больше, чем на площадях развития магматических или метаморфизованных толщ [10]. Это дает нам основание предположить, что на террейнах - фрагментах активной окраины троговые долины будут более глубокие, но отложения ледникового комплекса более заглинизированы, чем на кратонах или террейных пассивных континентальных окраин. Это следует из нашей предшествующей работы [6], Предположение нуждается в дальнейшем изучении.

В любом случае особенности фильтрационных свойств отложений ледникового комплекса связаны с составом пород, вмещающих ледники и с деятельностью водных потоков, формируемых при оттаивании ледников. Можно полагать, что это оттаивание сопровождалось накоплением талых отложений основной морены. Так как во все четвертичные периоды, в том числе и в голоцене, на Чукотке господствовал холодный климат, то изначально талые образования ледникового комплекса без постоянного (или сезонного) контакта с водой промерзали до современной глубины залегания изотермы 0°С. Считаем, что надмерзлотные, межмерзлотные и сквозные талики в троговых долинах, цирках и карах являются унаследованными от времени таяния ледников в начале голоценового периода. Поэтому их распространение контролируется не размерами водотоков, а мощностью отложений ледникового комплекса и возможностью питания подземных вод, в том числе из сезонных водотоков и водоемов, перемерзающих или пересыхающих в холодное время года. На примере р. Кувет можно отчетливо проследить процесс формирования изначально талых отложений основной (донной) морены, ее отмывки от глинистых частиц потоками воды при таянии ледника в цирке, перенос глинистых частиц вниз по течению и возможная кальматация ими лежащих ниже отложений, сформированных ранее морем в троговой долине, с последующим промерзанием новообразованного талика сверху.

Грунты ледникового комплекса под руслами современных ручьев и рек в троговых долинах обладают повышенными фильтрационными свойствами, поэтому понижение их уровней при пересыхании поверхностного водотока или водоема происходит со скоростью большей, чем скорость промерзания, глубина которого достигает 5-7 м. Поэтому такой показатель активного водообмена, как процесс наледеобразования, в троговых долинах отличается низкой активностью. Но в редких случаях, при наличии скрытых ригелей, наледеобразование может происходить в течение всей зимы. Возможно, с ними связаны участки повышенного наледеобразования, отмеченные в Заполярной Чукотке О.Н. Толстихиным [9] и В.В. Алексеевым и др. [1].

В силу изложенных особенностей оценить «скрытые» в ледниковых толщах ресурсы пресных вод достаточно затруднительно. Этот вывод соответствует результату исследования о связи меженных расходов рек с величиной ресурсов пресных подземных вод [3]. Тем не менее, можно с полным основанием рекомендовать для поисков месторождений пресных подземных вод долины с признаками горно-долинного оледенения даже малых по водосборной площади ручьев и рек, пересыхающих или перемерзающих в холодное время года.

Выводы

В становлении рельефа и геологических особенностей Заполярной Чукотки большую роль сыграли ледники, сформировавшиеся в горах Чукотского, Анюйского и Анадырского нагорий и плоскогорий. По данным гидрогеологического изучения троговых долин в Чукотском, частично в Анюйском, нагорье сделан вывод о возможно большой значимости этих ледников в формировании ресурсов пресных подземных вод. Полагаем, что отложения ледникового комплекса весьма перспективны и для осуществления способов искусственного восполнения ресурсов питьевых вод.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №18-05-60036.

Автор благодарит Бориса Владимировича Боревского за поддержку цели и результатов исследования и Людмилу Петровну Глотову за помощь в подборе материалов и оформлении статьи.

Литература

1. Алексеев В.Р., Горин В.В., Котов С.В. Наледи-тарыны северной Чукотки // Лед и снег. 2011. № 4. С. 85-88.
2. Афанасенко В.Е. Северо-Чукотский регион / В.Е. Афанасенко, С.А. Замолотчикова, М.И. Тишин, И.А. Зуев // Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток / Гл. ред. Э.Д. Ершов. - М.: Недра, 1989. - С. 280-312.
3. Боревский Б.В. Является ли меженный расход рек мерой питания подземных вод или общего подземного стока? / Б.В. Боревский, М.Л. Марков // Разведка и охрана недр. - 2014. - № 5. - С. 7-11.
4. Бялобжеский С.Г. Олойско-Чукотский орогенный пояс / С.Г. Бялобжеский, Н.А. Горячев, В.М. Шпикерман // Геодинамика, магматизм и металлогения Востока России / Под ред. А.И. Ханчук. - Владивосток: Дальнаука, 2006. - Кн. 1. - С. - 140-158.
5. Глотов В.Е. Гидрогеология зоны активного водообмена на арктическом побережье Чукотки / В.Е. Глотов, Л.П. Глотова // Вестник СВНЦ ДВО РАН. - 2015. - № 1. - С. 16-26.
6. Глотов В.Е. Связь стока горных рек с особенностями геологической истории дренируемых террейнов / В.Е. Глотов, Л.П. Глотова, М.В. Ушаков // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. – 2018. - № 4. - С. 14–26.
7. Калабин А.И. Вечная мерзлота и гидрогеология Северо-Востока СССР / А.И. Калабин. - Магадан: ВНИИ-1, 1960. - 469 с.
8. Леонтьев, В.В. Топономический словарь Северо-Востока СССР / В.В. Леонтьев, К.А. Новикова / Науч. ред. Г.А. Меновщиков. - Магадан: Кн. Изд-во, 1989. - 456 с.
9. Толстихин О.Н. Наледи и подземные воды Северо-Востока СССР / О.Н. Толстихин / Ред. С.М. Фотиев. - Новосибирск: Наука, 1974. - 162 с.
10. Чувардинский В.Г. Четвертичный период. Новая геологическая концепция / В.Г. Чувардинский. Saarbrucken: Lap Lambert Academic Publishing, 2013. - 302 c.

• < Назад
• Вперёд >