Карстовая морфоскульптура

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «ВОЛОГОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Естественно-географический факультет

КАФЕДРА ГЕОГРАФИИ

Курсовая работа

Карстовая морфоскульптура

Вологда

Содержание

Введение

Глава 1. Общие сведения

1.1 Понятие карста

1.2 Факторы карстообразования

1.3 Классификация карста и вопрос о его районировании

1.4 Методика карстовых исследований

Глава 2. Карстовые формы рельефа

2.1 Поверхностные формы рельефа

2.2 Подземные формы рельефа

Заключение

Список литературы

Введение

Темой данной курсовой работы является карстовая морфоскульптура или карстовый рельеф. Данная тема актуальна для таких предметов, как геология и геоморфология. Известно, что карст является результатом выщелачивания горных пород. В ходе которого происходит разрушение породообразующих минералов, транспортировка и накопление веществ. Также карст существенно влияет на ландшафтные особенности территории, ее рельеф, сток, подземные воды, реки и озера, почвенно-растительный покров, хозяйственную деятельность населения.

Предметом курсовой работы является Карстовая морфоскульптура. Объектом исследования являются карстовые формы рельефа.

Целью курсовой работы является изучение карстовой морфоскульптуры: описание основных карстовых форм рельефа и распространение их в России.

Задачи:

1. Раскрыть понятие карстовой морфоскульптуры.

2. Дать описание основных карстовых форм рельефа

3. Изучить факторы образования карстовых форм рельефа

Глава 1. Общие сведения

1.1 Понятие карстовой морфоскульптуры

Карстовая морфоскульптура (карстовый рельеф) - формы рельефа, образованные в процессе выщелачивания горных пород и выноса веществ в растворенном состоянии.

Карстовые формы рельефа образуются, в растворенных водой, горных породах, чаще всего в известняках. Также карст образуется в таких горных породах, как гипс, ангидрит, каменная соль, доломит и других породах. Карст в данных породах встречается часто, но уступает известняковому карсту. Наиболее интенсивно карст образуется в гипсах, доломитах и солях, это влияет на строительство, добычу каменной соли.

Карст - это не только растворение. Карст можно рассматривать как химическое и отчасти механическое воздействия вод на растворимые горные породы, что экспериментально показано Ф.Ф. Лаптевым (1939)

1.2 Факторы карстообразования

Карстовые явления могут развиваться при наличии следующих основных условий: 1)наличие карстующихся горных пород, 2) способность пропускать воду 3) наличие растворителя. Это основные условия, без которых невозможно карстообразование, при отсутствии этих условий карстообразование не осуществляется (Д.С. Соколов, 1951, 1959).

Одним из основных карстообразующих факторов является химический состав горных пород. Можно утверждать, что, при прочих равных условиях, степень закарстованности больше там, где больше содержится в ней нерастворимых примесей. Влияние других факторов, как то: трещиноватости породы, количества, скорости движения и агрессивности циркулирующих вод, может сильно затушевывать влияние химического состава породы и иногда резко изменять картину.

Однако бывают исключения из выше сформулированного правила. Изучение воздействия подземных вод на мергели и другие нерастворяющиеся нацело (точнее, почти нацело) породы показало, что следует различать понятия растворения и разрушения породы. Под разрушением понимают суммарный результат выщелачивания из горной породы растворимых веществ и механического выноса током воды нерастворимого остатка. Бывает, что разрушение породы идет во много раз интенсивнее растворения. Там, где движение воды замедляется, нерастворимый остаток оседает, взвешенные частицы мути отстаиваются, - происходит отложение карстовой или пещерной глины

Разрушение породы в сравнении с растворением имеет особенно большое значение при образовании карстовых форм, а также в том случае, когда горная порода состоит из неодинаково растворимых минералов.

Если горная порода состоит из минералов с неодинаковой растворимостью и скоростью растворения, процесс ее разрушения усложняется. В известковистых доломитах, например, доломит и кварцит растворяются с разной быстротой в зависимости от их количественного соотношения в породе и скорости движения воды. При содержании доломита около 2 проц. скорость растворения кальцита меньше, чем доломита, при увеличении количества доломита соотношения скоростей растворения становится обратным и в первую очередь выщелачивается кальцит. Поэтому при растворении сильно доломитизированных известняков и известковистых доломитов. В виде остаточного продукта выщелачивания накапливается рыхлый доломит.

Отмечено, что в подобных литологических условиях карстовый процесс проявляется в разработке мелких многочисленных каверн, в высокой пористости породы, ничтожной ее прочности и в конечной стадии процесса - разрушении скальной породы с превращением ее в рыхлую мучнистую массу.

Процесс разрушения известковистого доломита сопровождается выносом 35-40 проц. первоначального объема породы, но в результате разрушения и разрыхления остающейся части продукты разрушения (доломитовая мука) целиком выполняют тот первоначальный объем, который занимала скальная порода.

В доломитизированных известняках объем породы после выщелачивания и разрушения бывает значительно меньше первоначального - объем растворенной части в несколько раз превосходит объем продуктов разрушения; последние в этом случае, следовательно, не заполняют пустоты целиком.

Процесс полного разрушения карбонатной породы, сопровождающийся изменением минералогического состава, возможен в том случае, если порода состоит не менее чем на 35 проц. из кальцита и содержит не более 65 проц. доломита. При меньшем количестве кальцита, после его выноса процесс выщелачивания и разрушения совершается далее в чистом доломите и не сопровождается изменением минералогического состава, т.е. это уже другой процесс, при котором первостепенное значение приобретает пористость (Гвоздецкий, 1954).

Также большое влияние на процесс карстообразования оказывает структура горных пород. На влияние химического состава горной породы, выражающегося в наличии или отсутствии значительного количества нерастворимой примеси, накладывается влияние структуры породы, которое затушевывает влияние химического состава при мелких его вариациях.

Большое значение имеет пористость, дающая возможность проникновения воды внутрь блоков пород, заключенных между трещинами, и даже просачивания сквозь нетрещиноватые толщи. Пористость сильно увеличивает поверхность соприкосновения воды с породой, что способствует разрушению породы путем растворения.

При лабораторных исследования растворимости доломитов было установлено, что наиболее растворимы среднезернистые и особенно разнозернистые породы. Значительно труднее растворимы микрозернистые и крупнокристаллические карбонатные породы. Но растворимость мелких кристаллов выше, чем крупных, и плохая растворимость мелкокристаллических пород связана с их малой пористостью.

В отношении же крупнозернистых и кристаллических пород нужно сделать следующую оговорку. В природных условиях можно ожидать большего эффекта их карстования, если налицо турбулентное движение карстовых вод и скорость движения достаточна для эрозионного воздействия на стенку трещины. В этом случае эффект карстования должен повыситься за счет одновременного действия растворения и размыва (Гвоздецкий, 1954).

Трещиноватость горных пород является основным условием развития карста. Известняки являются плотной водонепроницаемой породой, циркуляция воды в них может происходить только по трещинам. Такими же плотными водонепроницаемыми породами в большинстве случаев являются гипсы и другие карстующиеся породы. Вот почему трещиноватость пород играет исключительную роль в процессе закарстовывания.

Влияние трещиноватости на развитие карста подчеркивалось очень многими исследователями карстовых форм, особенно исследователями пещер. (Гвоздецкий, 1954)

Как поверхностные карстовые образования, так и внутренние пустоты связаны с трещиноватостью породы, которая является главной причиной развития карстовых образований, наряду с характером самой породы и доступом к ней просачивающихся вод. При образовании подземных форм карста трещины служат первичными водопроводящими путями, при образовании поверхностных форм любых размеров и типов - первичными каналами выноса материала водой в растворенном или взвешенном состоянии, благодаря чему и создаются на поверхности замкнутые формы. Коррозию вне связи с трещиноватостью можно представить только на покатых поверхностях обнаженных пород (или пород с проницаемой покрышкой), но и в этом случае она наиболее интенсивно будет проявляться там, где порода будет рассечена трещинами. Во всех случаях трещиноватость очень существенно отражается на внешнем облике форм. Часто она предопределяет расположение форм.

Трещины бесконечно разнообразны по своей ширине (первичные трещинные полости могут измеряться десятками сантиметров и даже метрами) и по направлению. Они образуют очень сложную сеть на поверхности и в глубине карстующихся массивов.

Косвенное влияние на процесс развития карста оказывают тектонические структуры, а также мощность карстующихся пород. Поскольку на развитие карстовых процессов существенно влияет трещиноватость горных пород, то совершенно ясно, что этот процесс зависит косвенно и от интенсивности дислокационных процессов, которым подвергалась местность. Эта косвенная зависимость развития карста от тектоники отмечалась многими исследователями. Другим обстоятельством, не менее важным, является зависимость циркуляции подземных вод от характера тектонических структур.

Покровные образования и рельеф местности также оказывают на карст существенное влияние. Долгое время существовало представление, что карст не может развиваться при наличии покрова из слабо водопроницаемых образований значительной мощности.

Если геологические и геоморфологические условия обеспечивают интенсивную циркуляцию вод в растворяемых породах, то и под покровом слабо проницаемых пород создаются карстовые полости, в которые суффозионным путем просасывается или оседает покровный материал. При этом первоначально таким путем могут возникать полости в основании покровной толщи, а затем происходит оседание покровной кровли и образование поверхностных воронок.

Условия, благоприятные для развития карста под сравнительно мощными покровными образованиями, создаются в приподнятых краевых зонах синеклиз, где подземные воды движутся с большими скоростями по направлению к древним уступам или глубоко врезанным речным долинам. Выщелачивание происходит также в долинах в долинах рек непосредственно под руслом, поскольку русло реки является зоной дренажа подземных вод.

Крутизна склона топографической поверхности в значительной мере определяет степень инфильтрации дождевых и талых снеговых вод. На участках с меньшей крутизной инфильтрация больше, поэтому здесь условия для развития карста благоприятнее.

Под действием силы тяжести происходит циркуляция вод в трещинах и каналах карстующейся толщи. Сила тяжести вызывает обрушение самих пород или в бортах каньонов и обрывов, или в сводах подземных полостей. Во всех случаях значение имеют тектонические трещины, расширяющиеся коррозией, а в последнем и трещины наслоения. «Сквозные» обрушения над подземными пустотами и туннелями подземных рек приводят к образованию провалов и к вскрытию речных долин. Обрушения в сводах подземных полостей по расширенным растворением тектоническим трещинам и трещинам наслоения играют большую роль в образовании пещерных камер и зал.

Напряжения, создающиеся под действием силы тяжести вдоль крутых откосов у бортов каньонов и долин, по краям уступов плато, расширяют трещины тектонической отдельности, что способствует проникновению воды в глубь толщи породы и развитию карста (Гвоздецкий, 1954).

Подземные реки, связанные с исчезающей наземной рекой или с исчезающим рукавом наземной реки, иногда пересекающие насквозь карстовые массивы, образовались благодаря просачиванию вод наземных водотоков в трещины породы, которые являлись первичными каналами для движения исчезнувшей воды под землей, а затем превратились вследствие растворяющего и размывающего действия потока в подземные туннели. Формирование этих туннелей тоже, в основном, должно было происходить снизу вверх по течению подземного потока, т.е. оттуда, где этот последний свободно изливался на дневную поверхность. Постепенное перемещение действующих поноров исчезающих наземных карстовых рек вверх по руслу является отражением постепенного «попятного» отступания верховья подземной реки, связанной с исчезающим наземным потоком.

Если подземная река протекает на уровне грунтовых вод, то она точно так же дренирует их, как и река наземная. Взаимоотношение такой реки с грунтовыми водами совершенно ясно. Одновременное существование таких подземных рек и грунтовых вод (трещинно-карстовых вод) является скорее правилом, нежели исключением.

Что же касается выхода многих пещерных рек на значительной высоте над уровнем современных поверхностных рек, то и тут нет очень большой разницы между этими подземными притоками и притоками наземными. При энергичном поднятии местности последние тоже могут не поспеть за углублением главной реки и спускаться в нее стремительными каскадами. Но если они, в конце концов, пропилят и углубят свое русло, то из приподнятых подземных каналов вода также с течением времени уйдет новыми путями, оставив сухие галереи вместо площадок террас.

Традиционное выражение «подземная гидрография карста» имеет свое основание, так как в карсте действительно приходится иметь дело с «гидрографическими объектами», находящимися под землей, - реками, озерами. Следовательно, карстовед, изучающий подземный мир, должен вести под землей и гидрографические и гидрогеологические наблюдения (Гвоздецкий, 1954, стр.139-142).

Карстовые источники характеризуются большой концентрированностью выхода вод. Особенно мощными они бывают тогда, когда на поверхность вытекают подземные реки или подземные струи, образовавшие единый водоток при выходе. Такие источники называют воклюзами.

Даже если установлена прямая связь источника с ушедшей под землю рекой, не всегда выход воды в виде воклюза служит только продолжением этой реки - под землей к ней присоединяются боковые притоки.

Источники, бьющие из глубины под напором, иногда образуют озера в устьевых воронках, разработанных коррозией восходящей струи. Эти озерца имеют постоянный отток воды в виде ручья или речки.

Поскольку режим питания карстовых вод и подземных рек изменяется по сезонам, особенно в областях со средиземноморским климатом, дебит карстовых источников, даже типов воклюз и ключевого горшка, может резко колебаться. Если же выводные каналы источника связаны с зоной периодического, а не постоянного насыщения, то образуется периодический (периодически действующий) источник. Имеются и другие типы периодических источников. Некоторые источники периодически меняют водоизливающие функции на водопоглащающие (т.е. превращаются в поноры). Большой интерес представляют выходы пресной воды на дне моря - субмаринные источники.

Реки карстовых районов создают своеобразную гидрографическую сеть. Характерны разреженность поверхностной сети, поглощение поверхностного стока понорами в карстовых логах, воронках и котловинах и перевод его в подземный сток. Карст усиливает интенсивность подземного стока, нарушает плавный зональный характер его распределения. Характерно обилие подземных, пещерных рек, исчезновение под землю поверхностных водотоков. Во многих карстовых районах наблюдаются подземный водообмен между речными бассейнами (он может быть положительным и отрицательным) и несовпадение подземных водоразделов с топографическими.

Карстовые озера заполняют отрицательные поверхностные формы карста разного размера и характера: одиночные воронки, сложные ванны и котловины, пониженные участки днищ польев.

Различны и условия заполнения озерных котловин водой. Озеро может представлять собой скопление поверхностных вод либо оно питается грунтовыми карстовыми водами и испытывает колебания уровня, соответствующие колебанию их скатерти. Наконец, озеро может представлять собой заполненную напорной водой воронку восходящего источника с постоянным оттоком. Периодическое заполнение водой и осушение озерных котловин бывают связаны на только с колебанием уровня грунтовых карстовых вод, но и с большим поступлением воды при сильных или длительных дождях, снеготаянии, когда вода не успевает поглощаться понорами и скапливается в котловине, расположенной над уровнем грунтовых карстовых вод (Гвоздецкий, 1981).

1.3 Классификация карста и вопрос о его районировании

В карстоведении еще нет единой общепризнанной классификации карста. Классифицировать карст предлагается по различным признакам (Г. А. Максимович, 1947, 1948). Количество признаков классификации постоянно растет, поэтому их можно разделить на несколько категорий.

1. Внешние признаки. К ним относят: обнаженность карстующихся толщ и характер перекрывающих их пород, рельеф, условия, карстообразования. К условиям относят климат, тип и состав вод, и другие.

2. Внутренние признаки зависящие от особенностей самих карстующихся пород - их литологии, химического состава, трещиноватости и пористости, а также условий залегания (геологической структуры) и мощности.

3. Время и активность карста.

4. Морфометрия.

5. Комплекс признаков.

М.М. Свитинг выделил четыре типа карста:

1. настоящий карст (холокарст);

2. флювиокарст;

3. гляциально-нивальный карст,

4. аридный и семиаридный карст

Подобной общегеографическая классификация давалась и ранее, однако представляется, что именно Свитинг выделил основные общегеографические типы карста. Затем Гвоздецкий предположил, что такая классификация слишком широка, и что каждый из них включает по несколько подтипов в более подробной классификации. Тогда Николай Андреевич предложил новую классификацию, учитывающую не только общую физико-географическую обстановку развития карста, но также и характер и толщину покрова над карстующимися горными породами и очень важные литологические особенности.

Гвоздецкий выделил следующие морфолого-генетические типы карста: 1) погребенный, или ископаемый карст; 2) бронированный карст; 3) покрытый карст; 4) задернованный карст; 5) полузадернованный и частично задернованный карст; 6) голый карст; 7) мерзлотный карст; 8) останцовый тропический карст; 9) морской карст.

По литологическом у составу карстующиеся породы делятся на следующие группы: 1) карбонатные отложения: известняки, мел, мрамор, доломит и переходные разности - доломитизированные известняки, мраморизированные известняки, мраморизированные доломиты и т. д.; 2) сульфатные отложения: гипсы, ангидриты и переходные разности; 3) хлоридные отложения: каменная, калийная и другие соли (Максимович 1963).

Типы карста, полученные при совмещении двух классификаций имеют следующие названия: погребенный меловой карст, покрытый гипсово-ангидритовый карст, голый известняковый карст, причем все данные типы можно отнести как к равнинным, так и к горным классам.

В тропических широтах распространены также морфолого-генетические типы, аналоги которых имеются и в карсте умеренных широт. К особому морфолого-генетическому типу тропического карста должен быть отнесен карст коралловых рифов, приподнятых над уровнем океанского прибоя.

Своеобразный вариант голого карста встречается в суббореальном поясе в области ледникового сноса, с которым здесь связана оголенность известняковой поверхности.

Поскольку карст существенно влияет на отдельные компоненты географического ландшафта и физико-географический комплекс в целом, то это позволяет рассматривать закарстованные территории в качестве особых географических ландшафтов. Их классификационный ранг определяется степенью влияния карста на разные компоненты ландшафта и ландшафт в целом. А эта степень влияния зависит в первую очередь от типа карста.

Отличие районирования карста от большинства других видов природного районирования заключается в прерывистости его распространения.

Поскольку само существование карста определяется литологическими условиями, то в основу районирования должны быть положены геологические (литологический и тектонический) факторы. Но, кроме того, необходимо учитывать и физико-географические условия, во многом определяющие 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 при необходимости в качестве индивидуальных единиц могут выделяться также подрайоны и микрорайоны.

1.4 Методика карстовых исследований

Карстовый процесс не является непрерывным. Вековые, сезонные, даже суточные изменения режима температур, осадков и влажности воздуха влияют на его интенсивность. Поднятия и опускания вызывают смены периодов активизации и затухания закарстования. При движении вод от области питания к базису карстования происходит осаждение переносимых солей. Об этом свидетельствуют вторичная минерализация пустот в горных породах, кольматаж и заполнение макро- и микротрещин, натечные образования большой мощности в подземных полостях. Помимо неравномерности карстового процесса во времени весьма четко проявляется его неравномерность в пределах геологического пространства, обусловленная неоднородностью вещественного состава, структур и текстур горных пород, а также тектонической трещиноватостью.

Основными задачами карстолого-спелеологических исследований являются учет, прогноз и разработка мероприятий, предотвращающих вредное воздействие карста на хозяйственную деятельность человека. Изучение литологии и трещинной проницаемости карстующихся пород, как основных условий развития карста, должно способствовать решению этих задач.

Выделение типов и разновидностей пород, в различной степени подверженных закарстованию, проводится в первую очередь по их вещественному составу. Особое значение имеют количественные соотношения и структурные связи растворимых породообразующих минералов. Их определяют всеми современными методами, начиная с микроскопических и кончая химико-аналитическими, рентгеноструктурными, термическими, окрашивания, люминесцентными и инфракрасной спектроскопии. Особую роль играет выяснение характера вторичных процессов, изменяющих проницаемость пород: доломитизации, перекристаллизации, сульфатизации.

Важным моментом является анализ нерастворимых примесей. При этом необходимо не только выяснить минералогию нерастворимого остатка, в зависимости от которой уменьшается или увеличивается водопропускная способность породы, но и установить гранулометрический его состав, который определяет соотношение коррозии и эрозии в карстовом процессе. Структурные и текстурные характеристики породы, зависящие от ее вещественного состава, условий отложения и преобразования осадка, исследуются при литолого-фациальном анализе, проводимом как в полевых условиях, так и камерально. Под микроскопом изучаются большие шлифы, где можно наблюдать переход одних участков микроструктур в другие, выяснить характер вторичных процессов. В таких шлифах необходимо определять поровую и микротрещинную проницаемость. Для выделенных разновидностей пород следует определять вводно-физические и инженерно-геологические характеристики. После статистической обработки характеристик пород, полученных в полевых и лабораторных условиях, можно выделить ряд факторов, влияющих на скорость карстообразования, морфологию карстопроявлений и интенсивность карстового процесса.

Результаты аналитических работ позволяют построить ряд карт и схем. Эти карты могут служить основой для карстологического районирования и прогнозирования хода современных геодинамических процессов.

Исследование трещиноватости горных пород проводится поэтапно. Каждые последующий этап может быть результативным лишь при условии выполнения предыдущего этапа и получения соответствующих вторичных материалов.

На первом этапе при проведении полевых исследований собирают фактический материал. Традиционные методы изучения трещин позволяют выявить и задокументировать элементы их ориентировки в пространстве, характер поверхностей, размеры элементов трещин (протяженность, зияние), состав и степень заполнения, данные по водоотдаче. Непосредственным измерением могут быть получены характеристики густоты трещин, однако в большинстве случаем для этого необходимы пересчеты на угол среза фронтом обнажения. Обязательной является фиксация приуроченности трещин к элементам тектонической структуры и литологическим комплексам пород, а также расположения трещин в пределах обнажения и размеров исследуемых площадок.

В настоящее время все большее значение приобретают фотометоды: фототеодолитная съемка и аэрофотосъемка, позволяющие не только сократить время проведения полевых исследований, но и повысить точность измерения крупных трещин, дешифрируемых на снимках, а также оконтуривать и привязывать с высокой точностью к картам участки с разнотипной трещиноватостью. Эти методы дают возможность изучить крупные и редкие трещины, обнаруживаемые по изменению отражающей способности грунтов, малым формам рельефа, характеру распределения растительность. Зачастую карстовые формы рельефа приурочены к таким трещинам (либо к их пересечениям), а полости и пещеры ориентируются вдоль них. Первичным материалом в этом случае является фотоснимок и элементы его привязки к местности и аппаратуре. Чтобы перейти к статистической обработке данных о трещиноватости необходим камеральный этап дешифрования снимка и схема зафиксированной на нем информации с применением стереокомпараторов.

В последнее время широкое распространение получили методы морфоструктурного анализа территорий по крупномасштабным топографическим картам. Их можно рассматривать как родственные фотометодам, однако, поскольку при этом используются вторичные материалы (карты, построенные с применением стереофотограмметрии), отражающие главным образом элементы рельефа, гидрографической и эрозионной сети, то в этом случае могут быть выделены еще более крупные линеаменты. Для изучения проницаемости горных пород целесообразно применять петрографические методы изучения трещиноватости в шлифах и пришлифовках, когда объектом исследования являются малые и микротрещины.

Второй этап изучения трещиноватости заключается в статистической обработке первичного материала, что позволяет перейти к характеристике трещиноватости как совокупности тесно связанных между собой генетически и приуроченных к определенным геологическим телам трещинных систем. Применяемые методы определяют детальность и достоверность выводов при последующем анализе трещиноватости. Важное значение приобретает учет точности исходных данных. Моделировка поверхностей трещин приводит к снижению точности их ориентировки, что вынуждает при составлении распределений трещин ранжировать замеры по классам увеличенной ширины.

Статистическая обработка первичного материала позволяет сгруппировать материал в соответствии с геологической задачей, получить описательные характеристики трещиноватости, выполнить графические построения, рассчитать статистику распределений и выявить основные системы трещин, вычислить значения густоты трещин различных направлений и суммарной густоты, оценить обусловленную трещиноватостью анизотропию свойств разреза. К сожалению, изучение трещиноватости часто носит описательный характер, реже - сравнительный характер и завершается составлением роз-диаграмм азимутального типа. Остаются неиспользованными возможности выявления связей трещиноватости с тектонической структурой района, с вещественным составом и инженерно-геологическими характеристиками пород, с обвовдненностью разреза. На третьем этапе анализируется трещиноватость. При этом используются результаты статистической обработки, рассматриваемые на фоне тектонической структуры, литологических, инженерно-геологических либо гидрогеологических характеристик разреза исследуемого участка. На данном этапе выбирается рабочая гипотеза, вычисляются статистики связей, и проверяется коррелируемость статистик распределений трещин с характеристиками изучаемых явлений, оценивается согласие распределения с рабочей гипотезой, анализируются не учтенные рабочей гипотезой влияния, устанавливаются закономерные, обычно стохастические, реже функциональные связи между трещиноватостью и изучаемыми явлениями. В результате можно получить математическую модель явления или одномерный (профиль), двумерный (разрез, план) либо трехмерный (карта) графический материал, характеризующий эту модель.

На заключительном этапе составляется прогноз исследуемого явления. Прогноз может использоваться для построения карт на участки, недостаточно охарактеризованные первичным материалом, но позволяющим оценить вероятность применимости полученной модели. Более сложным является прогноз динамики процесса, поскольку полученная модель не всегда допускает возможность непосредственной экстраполяции во времени.

Изучение параметров и характеристик трещиноватости, трещинной проницаемости, трещинной анизотропии разреза, а также выявление связей и влияния трещиноватости на гидрогеологические и инженерно-геологические характеристики карстующихся толщ, является необходимым, но не достаточным условием для составления прогноза хода карстового процесса и выработкой схемы мероприятий для снижения либо предотвращения вредных его воздействий на народное хозяйство и окружающую среду. В связи с этим большое значение приобретает специальное литологическое изучение скорости карстования различных генетических и структурных разновидностей карстующихся пород, влияния нерастворимых примесей на карстовый процесс, а также выявление при изучении вторичной минерализации пород и заполнителей трещинно-полостных систем признаков активизации либо затухания карста. В данном случае также целесообразно применение аппарата статистической обработки получаемых первичных материалов.

Глава 2. Карстовые формы рельефа

Карстовый рельеф - это формы рельефа образованные в процессе выщелачивания горных пород и выноса веществ в растворенном состоянии. Формы рельефа, образованные в результате данных процессов, делятся на поверхностные и подземные.

2.1 Поверхностные формы карста

К поверхностным карстовым формам отнoсятся желoбa и рвы, карры, воронки, блюдца и зaпадины, кoтлoвины, полья, останцы (Гвоздецкий, 1981).

Карры - это карстовые формы рельефа образованные выходом карстующих горных пород на поверхность. Карстующими горными породами могут быть известняк, мрамор, гипс, каменная соль и др. Вода, стекая по ним, растворяет их, при этом образуются борозды, каналы, трещины. Иногда карры могут быть разделены гребнями.

Карры встречаются на разных высотах -- от низкого уровня моря и до вершин гор в областях снега и ледников. В высокогорных областях, где карры значительную часть года покрыты снегом, образование происходит с помощью, богатых углекислотой, талых вод. В равниных областях, важныю роль играют дождевые воды. Также карры встречаются нa морских побережьях и коралловых островах. Они были образованны, как результат растворяющего действия дождей и морской воды, в областях прибоя. Эти карры имеются в известняках на побережье Каспийского моря вблизи города Махачкала, также они встречаются в береговых известняках Австралии, на коралловых островах в Тихом океане.

По генетическому признаку карры разделяются на: карры возникшие на оголенной поверхности растворимой горной породы и карры, образованные под почвенно-растительным покровом.

По морфологическому признаку карры разделяются на желобковые, стенные, лунковые, трубчатые (в виде трубообразных цилиндрических углублений в гипсах) каменицы, бороздчатые, меандровые, трещинные.

Также выделяют структурные карры, возникшие на крутом известняковом откосе, разделенные узкими гребнями, которые соответствуют сильно кремнистым прослойкам.

Желобковые карры формируются под воздействием атмосферных осадков, при участии воды, обогащенной биогенной углекислотой при соприкосновении атмосферных осадков и талых вод с растительным покровом.

Трещинные карры отличаются от остальных путями удаления растворенного вещества. Если у большинства других типов карров оно осуществляется поверхностным стоком, то при образовании трещинных карров участвует и вынос растворенного вещества подземным путем, через трещины.

Карстовые желоба и рвы (более глубокие и обязательно с крутыми бортами) развиваются вдоль раскрытых тектонических трещин (нередко в результате разгрузки на крутых склонах) или вдоль трещин оседания склонов, или трещин "бортового отпора". Они тянутся на десятки и сотни метров, а иногда и на несколько километров, достигая различной ширины и глубины. На концах они замкнуты, на дне могут иметь многочисленные углубления. Прямолинейные рвы в известняках, разработанные по вертикальным тектоническим трещинам, шириной 2~ 4 м и глубиной до 5 м в Югославии называют богазами.

Карстовые воронки - это впадины имеющие блюдцеобразную, чашеобразную, коническую или цилиндрическую форму и образующиеся в растворимых в воде породах

Среди карстовых воронок выделяют три основных генетических типа:

1. Воронки выщелачивания или коррозионные, образованные при выносе выщелоченной на поверхность породы через подземные каналы в растворенном состоянии. Они имеют конусообразную форму, бывают симметричными и ассимметричными, симметричность воронок выщелачивания зависит от наклона поверхности и от залегаюших горных пород.

2. Провальные воронки, или гравитационные - это тип карстовых воронок, образующийся при обвале свода подземной полости, возникающей за счет выщелачивания пород на глубине и при выносе веществ в растворенном состоянии. Воронки формируются в зоне горизонтальной циркуляции, в случае провала кровли подземных карстовых пустот.

3. Воронки просасывания (коррозионно-суффозионные) - это тип карстовых воронок образующиеся при вымывании и проседании рыхлых покровных отложений в колодцы и полости карстующегося цоколя, при выносе частиц в подземные каналы.

Котловины. Воронки всех генетических типов, сливаясь своими краями, образуют сдвоенные, строенные и более сложные ванны и котловины. Выделяют два основных типа котловин - сложные, которые образуются при слиянии нескольких больших воронок и имеют углубления на дне, и плоскодонные котловины. Выделяют следующие генетические типы котловин: поверхностного выщелачивания, провальные, просасывания, а также созданные в комбинации с другими процессами, например, эрозионными. Крупные котловины поверхностного выщелачивания часто образуются за счет корродирующего действия талых вод снежных и фирновых пятен. Многие из таких котловин - наследие перигляциальных условий последней ледниковой эпохи.

Полье - Обширные продолговатые замкнутые впадины карстовых областей, обладающие ровным дном и крутыми иногда совершенно отвесными стенками.

Полье возникает в результате развития и соединения карстовых котловин, образовавшихся из слившихся воронок.

Форма в плане различна от сильно вытянутой в длину до овальной и круглой, а у больших не правильной лопастной, произошедшей от слияния нескольких меньших польев. Обычно длина польев больше ширины, самое малое в 2 - 3 раза, а иногда и в 10 - 20 и даже 30 раз. Площадь изменяется от 2 - 3 до 400 км².

Образование польев проходит несколькими путями. Небольшие провальные полья - это результат обрушения сводов тоннелей подземных карстовых рек. Коррозионные, возникают при слияния карстовых котловин и воронок. Тектонические полья встречаются на опущенных по разломам участках. Также встречаются суффозионные полья, образованные в результате выноса в поноры некарстующихся пород, залегающих среди карстующихся.

Останцовый карст представлен, как зрелая стадия расчленения приподнятых известняковых массивов. Крутизна склонов останцов связана с вертикальной трещиноватостью известняков и ослабленностью склонового стока из-за их водопроницаемости. Огромное значение уделяется обваливанию известняков по трещинам связанному с подтачиванием останцов водами, заливающими равнины по их основанию, также на этот процесс влияю грунтовые воды, залегающие у базисной поверхности. В основании останцов из-за этого возникают развивающиеся в горизонтальном направлении коррозионные ниши. Подтачивание останцов боковой коррозией поверхностных вод способствует накоплению на базисной поверхности водоупорных осадочных глин. Распределению реликтового останцового карста способствует смещение экватора в ходе развития Земли.

Переход от поверхностных форм к пещерам типа гротов представляют навесы и ниши. Нередко они бывают интересны в археологическом отношении. Часто это поверхностные образования, которые возникли из-за более интенсивного выщелачивания отдельных слоев или пачек слоев стекающими по обрыву водами, при большом значении биохимического выветривания (под действием поселяющихся на периодически увлажняемых поверхностях низших растений). В речных долинах и на берегах морей в поверхностном выщелачивании основную роль играют речные и морские воды. На морских берегах растворяющее действие морской воды сочетается с абразией.

В процессе образования более глубоких ниш существенное значение приобретают коррозия за счет вод, просачивающихся по трещинам в горной породе, и, кроме того, обрушение глыб породы из-за расширения трещин вследствие выщелачивания их плоскостей.

В известняковых нишах субтропических и тропических областей встречаются натечно-капельные образования. Сталактиты, сливаясь, образуют занавеси и драпировки.

Естественные мосты и арки чаще всего возникают при обрушении потолка пещерных тоннелей, а иногда и ниш.

2.2 Подземные формы карста

Среди подземных карстовых форм можно выделить карстовые колодцы, пещеры шахты, пропасти.

Карстовый колодец - это вертикальный колодцеобразный канал с поперечником более 1 м, имеющий форму сравнительно небольшого углубления с вертикальными или отвестными стенками, возникает в результате выщелачивания горных пород подземными водами.

Карстовые шахты - это вертикальные или крутонаклонные пропасти, образующиеся в зоне вертикальной нисходящей циркуляции в колодцеобразных понорах и колодцах. Шахты различаются между собой глубиной; к шахтам относятся пропасти глубже 20 метров. Полость колодцев и шахт может быть: провальной (гравитационной), гравитационно-коррозионной, образованной путем выщелачивания карстующихся пород; нивально-коррозионной, возникшей вследствие корродирующего действия талых вод; коррозионно-эрозионной, образованной устремляющимися по трещинам вниз водными потоками.

Карстовые пропасти - это комбинация из естественных шахт с горизонтальными и наклонными пещерными ходами. К ним относятся, глубокие карстовые пропасти, достигающие глубины более 1000 метров.

Карстовые пещеры - это самые крупные подземные формы карстового рельефа, представляющие собой систему из горизонтальных или несколько наклонных каналов, туннелей, образующих огромный грот, имеющий высоту нескольких десятков метров. Пещеры между собой соединяются туннелями, провалами или узкими щелями. По туннелям часто протекают подземные реки, а также находятся подземные озера, располагающиеся на дне пещер. С помощью подземных рек происходит выщелачивание соприкасающихся с ними горных пород, Также подземные реки производят большое эрозионное воздействие.

Карстовые пещеры образуются при выщелачивании, при совместном растворении и размыве горных пород. Также важна роль обрушения породы, особенно на зрелых стадиях разработки пещерных полостей. Многие пещеры возникли при действии термальных и минеральных вод. Пещерные полости рудного карста развиваются под действием сернокислых растворов, образовавшихся при окислении пирита и других сульфидов. Также есть пещеры, которые представляют собой сильно раскрытые тектонические трещины.

При восходящем развитии земной коры в условиях большой мощности известняковых толщ и складчатой структуры возникают многоэтажные системы пещерных галерей.

Известны значительные многоэтажные пещерные системы. Палеозоологические и археологические данные свидетельствуют о более древнем возрасте верхних этажей в сравнении с нижними, указывая на некоторую аналогию развития пещер и террасовых уровней речных долин.

В морфологии пещерных полостей большая роль принадлежит трещиноватости карстующихся пород и натечно-капельным образованиям. При разработке пещерных тоннелей по вертикальным и круто наклонным трещинам они отличаются прямолинейностью, резкими «коленчатыми» изгибами. Под разными уклонами от них отходят ответвления. Нередко тоннели пересекаются, образуя сложные решетчатые лабиринты. Эволюция натечно-капельных образований зависит от уменьшения притоков воды в пещеру при переходе от воклюзовой к водно-галерейной и сухо-галерейной стадиям. Сначала развиваются наплывы на полу пещеры, гуры, затем сталагмиты с широким основанием, сменяющиеся далее палкообразными. И лишь когда приток воды снижается до 0,1-0,01 см³ в сек, появляются сталактиты. При общем снижении обводненности пещеры в процессе ее эволюции на одной и той же стадии наблюдается в разных частях пещерной полости неодинаковые притоки воды, отчего появляются различные формы натечно-капельных образований.

Пещеры-ледники характеризуются ледяными натечно-капельными и кристаллическими образованиями. Выделено семь типов карстовых полостей-ледников, различающихся по условиям возникновения пещерного холода, накопления снега и льда. Три типа относятся к области вечной мерзлоты, где пещерный лед представляет собой ее особую форму.

Карстовые пещеры являются прародиной человечества, начиная с каменного века, и изучаются археологией. В пещерах развиты своеобразные, часто слепые, животные, позволяющие биологам познать законы приспособления организмов к своеобразным условиям среды.

карстовый морфоскульптура рельеф пещера

Заключение

Из данной работы следует, что карст - это совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих на местностях, сложенных сравнительно легко растворимыми в воде горными породами.

Карстовый рельеф (морфоскульптура) очень разнообразен. По всему миру встречается множество карстовых форм рельефа. Формы рельефа делятся на поверхностные и подземные.

Карст это серьезная тема для геологов всего мира, его изучение в значительной степени связано с практическими запросами страны, по мере изучения карста, выявляется огромная его польза и хозяйственная отдача. В карстовых районах залегают полезные ископаемые. С карстом связаны запасы нефти, газа, пресной воды, а также минеральных термальных вод.

Список литературы

1. Васильев И.Н., Задорожная Л.П. Задачи и особенности исследования литологии и трещиноватости горных пород в карстовых районах. // Гидрология и карстоведение. Пермь, 1977, вып. 7

2. Гвоздецкий Н.А. Карст. М.: Изд-во «Мысль», 1981.- 214 стр.

3. Казакевич Ю.П. Условия образования и сохранения сложных погребенных россыпей золота. М.: Недра, 1972.-216 стр.

4. Короновский Н.В., Ясаманов Н.А. Геология. 3-е издание.2006.-448 стр.

5. Ласточкин Геоморфология: учеб. пособие для вузов. // Под ред. А.Н. Ласточкина, Д.В. Лопатина. - М: Академия. - 520 стр.

6. Линдгрен В. Минеральные месторождения. Вып. 2.1934- 231 стр.

7. Максимович Г.А. Генетический ряд натечных отложений пещер (карбонатный спелеолитогенез). // Пещеры, вып. 5 (6). Пермь, 1965.

8. Максимович Г.А. Основы карстоведения. Пермь.1963.- 444стр.

9. Мананкова Морфоскульптура суши: словарь справочник ГорноАлтайск 2006год, - 126с

10. Симонов Ю.Г. Геоморфология. - СПб.: Питер, 2005. - 427 с.

11. Цыкин Р.А. Об условиях формирования карста покрытого типа. Геол. и геофиз., 1980 №8, 58 стр.

Размещено на Allbest.ru