КАРСТОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В КРЫМУ. Карстовые явления в Горном Крыму. Карстовые формы - котловины, сложные воронки, колодцы

 

КАРСТОВЫЕ ПРОЦЕССЫ  В КРЫМУ

 

 

Карстовые явления в Горном Крыму. Карстовые формы - котловины, сложные воронки, колодцы

 

Карстовые явления наиболее характерны для карбонатной толщи верхней юры. Они неоднократно описывались в литературе, начиная с 1785 г. (К. Габлицль). История изучения карста Горного Крыма освещена в работе Б. Н. Иванова и Т. Н. Устиновой (1957). Систематические комплексные исследования геологии, тектоники и гидрогеологии Южного берега и Горного Крыма, проводимые в советское время, позволили более детально изучить карст.

 

С 1955 г. комплексные карстологические работы в Горном Крыму начинает проводить Крымский филиал АН УССР, а с 1956 г. — Институт минеральных ресурсов Министерства геологии УССР. В 1958— 1966 гг. опытные геофизические исследования проводились А. А. Огиль- ви, В. Н. Дахновым, В. К- Хмелевским, В. Н. Головцыным, Б. М. Смольниковым, а также Днепропетровской и Крымской геофизическими экспедициями.

 

В связи с гидрогеологическими исследованиями и различным строительством были получены сведения о широком развитии карстовых явлений и в неогеновых отложениях Равнинного Крыма, существенно дополненные геофизическими исследованиями и бурением на отдельных участках этой территории.

 

Главная гряда Крыма

 

Поверхностные карстовые явления в Горном Крыму развиты в моноклинально залегающих, с падениями к северу, северо-западу и северо- востоку карбонатных верхнеюрских породах, венчающих приподнятый цоколь Главной горной гряды, сложенный преимущественно водонепроницаемыми породами таврической серии и средней юры.

 

Карстово-денудационное выравнивание горных плато создало предпосылки для развития на них разнообразных карстовых форм рельефа, а в недрах — глубинных карстовых образований. Наоборот, расчлененная овражно-балочными системами поверхность северных, а местами и южных склонов, где южнобережный обрыв плато отсутствует, лишена поверхностных карстовых форм, хотя здесь и встречаются глубинные карстовые полости. Исключением являются только значительные по площади участки, сложенные глыбово-обломочными четвертичными накоплениями из верхнеюрских известняков. Эти накопления характеризуются большими мощностями, достигающими по данным геофизической разведки у подножия горы Ай-Петри 150 м. В них местами, прослеживаются просадки и воронкообразные понижения.

 

 

В зависимости от расчленения поверхности каждого из горных массивов соотношение между площадями закарстованных плато и эрозионных склонов может быть различным. Наибольшие закарстованные площади характерны для Ай-Петринского, Карабийского, Демерджи- Долгоруковского массивов, наименьшие — для Никитского, Ялтинского и западной части Ай-Петринского. В пределах Агармышского массива карстовые формы на плато отсутствуют (здесь известны только глубинные формы карста). Полная или частичная обособленность сложенных карбонатными отложениями перечисленных горных массивов, различные размеры и конфигурация закарстованных участков, приуроченность массивов как областей питания к определенным речным бассейнам позволяют рассматривать эти массивы в качестве отдельных карстовых районов Горного Крыма.

 

Общей чертой этих районов следует считать характер геологического строения и закарстованность плато. В стратиграфическом отношении снизу вверх здесь представлены отложения оксфорд-лузитана, нижнекимериджского подъяруса и перекрывающие их с более или менее заметным угловым несогласием осадки титонского яруса. Однако по литолого-текстурным особенностям и интенсивности развития тектонической обычно вертикальной и разноориентированной трещинова- тости, а следовательно, и по условиям развития карста разрезы существенно отличаются даже в пределах одного и того же массива. Так, в пределах Ай-Петринского массива в его западной и северо-восточной частях породы характеризуются большей пестротой по сравнению с однообразием центральной части, сложенной главным образом массивными и. неяснослоистыми известняками, которые, как правило, не включают пачек слабокарстующихся или некарстующихся пород. Весьма характерно уменьшение количества тектонических трещин и отсутствие зияющих трещин при переходе от слоистых чистых известняков к глинистым и мергелистым известнякам.

 

Расчлененность плато системами эрозионно-структурных понижений, вытянутых вдоль простирания пород или эрозионных, перпендикулярных и диагональных к первым, создает характерный • склоновый рельеф чередующихся местных водоразделов и ложбинных или котловинных понижений. При уклонах поверхностей свыше 12° карстовые формы рельефа на них не развиваются. Поэтому ряд холмистых возвышенностей на плато не имеет карстовых форм. Днища всех понижений в рельефе перекрыты суглинистой толщей, на которой развивается почвенно-травянистый покров, иногда с лесо-кустарниковой растительностью, задерживающей снег в понижениях рельефа. Такие условия развития закарстования плато проявляются достаточно ярко, потому что высокоприподнятые горные плато находятся в наиболее благоприятных условиях увлажнения и карстовый процесс на их поверхности и в глубине массивов находится в активной фазе. Ей соответствует открытая стадия развития карстовых форм в условиях почти полного смыва и размыва рыхлых покровных образований (Иванов, 196ta, 19616). Вследствие процессов смыва и размыва на поверхности плато, сложенных разнокарстующимися породами, распространены многочисленные и морфологически разнообразные карстовые формы.

 

Повсеместно господствующей формой следует считать карстовую воронку. По данным карстологического изучения плато из выявленных здесь 6349 крупных карстовых форм 5343 относятся к воронкам (Иванов и др., 1960). Контуры воронок в плане и в разрезе, положение водо- поглощающих понор и делювиальных наносов, характер размещения ! воронок на местности и другие их особенности определяются в первую очередь условиями залегания пород, их литолого-текстурными особенностями и трещиноватостью. При наиболее способствующих карстообразованию условиях, таких как равнинность плато, чистота химического состава массивных и слоистых известняков с количеством нерастворимого остатка от долей процента до 3—4%, содержание свободной углекислоты в талых водах около 90 мг/л и количество воды в снегонакоплениях воронок до 200% от среднегодовой нормы осадков за холодный сезон (Дублянский, 1961а), карстовые воронки играют важную роль в,образовании карстово-денудационных поверхностей выравнивания на плато и в постоянном росте количества малых водосборов.

 

Морфологический облик карстовых форм и интенсивность закарстования поверхностей, сложенных массивными известняками, их неяс- нослоистыми разновидностями, слоистыми чистыми известняками и толщами с чередованием карбонатных пород разного состава, при прочих . равных условиях, резко отличаются. Количество воронок на 1 км2 поверхности варьирует в широких пределах — от 3 до 17 в толщах с чере-. дованием карбонатных пород разного состава (северо-восточный участок Ай-Петринского и Ялтинское плато и др.), от 30—40 до 80 в слоистых чистых известняках (Ялтинское, Чатырдагское плато и др.)» °т 35 до 55 в массивных известняках и от 64 до 96 в их неяснослоистых . разностях (Карабийское плато, центральная и северо-восточная части Ай-Петринского плато). Максимальные размеры воронок достигают 300 X 200 м при глубине до 60 м (центральная часть Ай-Петринского плато). Размеры и формы воронок изменяются в зависимости от изменения углов падения пород, а количество их на единицу площади резко уменьшается по мере увеличения расчлененности рельефа. Представление, о размещении карстовых форм может дать схематическая карта северо-восточной части Ай-Петринского плато, на юге которого развиты массивные неяснослоистые чистые известняки, сменяющиеся к северу глинистыми известняками, перекрытыми в свою очередь пачкой 4 закарстованных чистых слоистых известняков ( 4).

 

Среди карстовых форм на плато необходимо отметить вертикальные шахты, связанные с тектонической трещиноватостью и достигающие в массивных и слоистых чистых известняках наибольших глубин. К ним относятся шахта 309 («Каскадная») глубиной 246 м на Ай-Пет- ринском плато, «Бездонный колодец» (163 м) и «Ход конем» (150 м) на Чатырдагском плато, шахта Аверкиева (145 м) на Долгоруковском плато, шахта «Молодежная» (260 м), шахта Мира (135 м) на Кара- бийском плато и др. Типичной морфологической их особенностью является суженность поперечных профилей по ширине и растянутость по высоте, что определяется характером почти вертикальных тектонических трещин. Такие соотношения заметно изменяются при переходе глубинных полостей в трещины, развитые по напластованию в слоистых чистых известняках. Особенно резко уменьшается в этом случае высота полостей. Разведка и изучение более 700 подобных карстовых форм выявили зависимость морфологии шахт от ли- толого-текстурных и геолого-структурных местных особенностей. Кроме того, было обнаружено глубокое размещение снеговых и фирновых накоплений (на глубинах от 10—15 до 145 м) с запасами воды в отдельных из них до 700 ж3. Большая роль шахт в дренировании прилежащих карстующихся блоков определяется наличием иногда очень крупных по размерам наклонно-гори- зонтальных полостей, носящих бесспорные следы периодического стока в сторону падения пластов. Глыбовые завалы, закольматированные суглинистым гумусиро- ванным заполнителем в широких окончаниях шахт, позволяют предположить наличие более глубоких разветвлений шахт — до глубин 300— 400 м (Иванов и Дублянский, 1959; Иванов, Дублянский, Домбровский, 1960; Иванов, 1961а).

 

Другие карстовые формы (котловины, сложные воронки, колодцы) усложняют карстовые ландшафты на выровненных участках обнаженных чистых известняков. Склоны этих форм и перемычки между ними изобилуют многочисленными трещинными и моделированными коррозией понорами и разнообразными каррами. Изредка встречаются и небольшие по объему реликтовые пещеры, по которым периодический или постоянный сток карстовых вод отсутствует. Ряд подобных пещер, издавна известных в Горном Крыму, находится на нижних плато Четыр- дагского и Карабийского массивов.

 

В Горном Крыму, за исключением небольшого участка Бештекнё на Ай-Петринском плато, отсутствуют- специфические карстовые формы— полья, характеризующиеся тем, что в днищах их обнажаются водонепроницаемые породы, подстилающие карбонатные карстующиеся отложения. На Бештекне такими породами являются сланцево-песчани- ковые толщи средней юры.

 

Весьма важную роль для формирования этажного, наклонно-горизонтального стока карстовых вод имеют трещиноватость, развитая по напластованию и наличие пачек слабокарстующихся и некарстующихся пород в слоистых толщах. Так, система сухих и обводненных полостей Красной пещеры в юго-западной части Долгоруковского плато, имеющая 12,5 км длины, в плане представляет собой разветвленную глубинную гидросеть,, подвешенную в известняковом массиве и заложенную в значительной своей части по трещиноватости, развитой по напластованию в субмеридиональном направлении. После того как карстовый сток попадает в зону субширотной тектонической трещиноватости, си- - стема полостей приобретает новое направление, оставаясь подвешенной, выходит несколькими своими этажами на западный склон Долгоруковского массива.

 

Более многочисленны примеры заложения глубинных полостей вдоль глубоких разломов, не выходящих на поверхность (Скельская пещера у с. Родниковского и Биюк-Узенбашская пещера у с. Счастливое в Бахчисарайском районе и др.) или линий нарушений, частично прослеживаемых на поверхности (Ени-Сала III у с. Чайковское Симферопольского района). Во всех этих случаях полости сопровождают нарушения, подчеркивая региональный их характер и большое гидрогеологическое значение. Так, вдоль регионального разлома, развитого в нижней части северных склонов Ай-Петринского и Ялтинского горных массивов, располагаются пещера Желтой реки, иначе называемая Большой Соколинской, неразведанные полости крупного источника Пания у устья Большого Каньона и Биюк-Узенбашская пещера. Аян-Чатыр- дагская пещера и система полостей источника Карасу-баши также располагаются вдоль местных нарушений на северных склонах Чатырдаг- ского и Карабийского массивов.

 

Изучение условий заложения поверхностных и глубинных карстовых форм и развития карста в горных массивах показывает, что закар- стованные плато служат участками непосредственного карстового питания рек. Осадки, выпадающие на смежных склоновых водосборах, частично сбрасываются поверхностным стоком, частично питают карстовый сток талыми и дождевыми водами, которые поглощаются трещи нами в тальвегах оврагов и ущелий при пересечении ими зон нарушений. В то же время нижние части склоновых водосборов, где, как правило, располагаются полости и карстовые источники, являются областями разгрузки карстовых вод. Многие из них приурочены к борым эрозионных долин, вскрывших тот или иной этаж трещинно-карстовых вод. Наряду с этим наблюдаются многочисленные, иногда очень крупные источники, выходящие в местах обнажения зон тектонических нарушений или интенсивной тектонической трещиноватости пород. Такие аномальные выходы вод, особенно часто развитые вдоль субширотных разломов, отражают важную роль нарушений, экранирующих и переориентирующих карстовый сток в сторону близлежащих дрен независимо от высотного положения водоупора или его рельефа.

 

Указанные примеры обводненных полостей относятся к аномальным условиям развития форм глубинного карста на северных склонах горных массивов. Подобные явления имеют место и на южном склоне, где зоны тектонической трещиноватости и крупные трещины в доассивых известняках южнобережного обрыва дренируют значительные по ^ размерам обводненные блоки этих пород. Это подтверждается обнаруженными и разведанными в южном обрыве Ай-Петринского плато карстовыми полостями (Медовая длиной 150 м, Мисхорская — 200 м, Висячая — 410 м, Ставрикайская — 90 ж и др.).

 

Источники на плато обычно отсутствуют (кроме источников на контакте с водоупором в полье Бештекне и в сильнорасчлененном районе северной части плато Демерджи-Тырке), а на склонах они встречаются на самых различных отметках. Поэтому границей между областями' питания и разгрузки карстовых вод условно можно считать линию, отделяющую бессточные водосборы закарстованных плато от склоновых водосборов. Гипсометрически ниже этой линии карстовые воды также разгружаются в отдельных местах в глыбовые навалы и шлейфы, в толщи отложений, перекрывающих верхнеюрские породы, и подуровень Черного моря. В последнем случае разгрузка может происходить^ через аллювиально-пролювиальные накопления, заполняющие переуглубленные долины Южного берега Крыма, а также из трещинных зон в виде субмаринных источников на участках, где контакт верхнеюрских известняков с породами водоупора погружается под уровень моря (мыс- Айя-Балаклавская бухта).

 

Таким образом, непосредственно от поверхности области питания до мест выходов разнотипных карстовых источников в области разгрузки в глубине закарстованных горных массивов располагается зона движения карстовых вод. В карстовых полостях, пронизывающих эту зону, наблюдается либо отсутствие обводненности, либо периодическая или постоянная обводненность, в зависимости от местоположения полостей по-отношению к базису карстования, размеров водосборных площадей, интенсивности водообмена, промытости полостей и др.

 

Большой интерес представляет вопрос формирования карстовых полостей в глубине массивов и наличия или отсутствия гидравлической связи между системами полостей. Некоторый ответ на этот вопрос дает ^ характеристика режима вод в системе Красных пещер. В ее нижнем обводненном этаже обнаружены многочисленные проточные озера, которые служат регулировочными емкостями и, видимо, обеспечивают длительную деятельность отдельных карстовых источников в меженный период.

 

На основе гидрогеологических, экспериментов и наблюдений выявлены в режиме подземной реки Краснопещерной три типа стока: осенний меженный с расходами до 0,003 м?1сек, зимний и летний меженные с расходами 0,003—0,4 мг/сек и весенний паводковый с расходами -более 0,4 м?/сек. В первом случае в полостях отмечается аккумуляция тонкозернистых фракций наносов и местами' слабая эрозия, во втором—эрозия усиливается на всех наклонных отрезках тальвегов, а ' аккумуляция происходит на горизонтальных участках. В третьем, во время паводков возникает локальная сифонная циркуляция и подземная эрозия с местным размывом и переотложением наносов. Эти виды моделирования полостей проявляются локально, в разных сочетаниях в зависимости от уклонов, ширины ложа, размеров сечений полостей и их изменчивости на продольном профиле, а также от возникновения сифонов в узких сечениях (Иванов, Дублянский, 1962).

 

Характерной особенностью карстовой гидрографии, выявленной при изучении полостей Скельской пещеры и ее района, является отсутствие гидравлической связи между карстовыми водами блока, включающего- Скельскую пещеру, и блока, расположенного севернее, в котором развита система полостей Скельского источника у с. Родниковое Бахчисарайского района. В этих блоках, уходящих под нижнемеловые отложения Байдарской котловины, существует самостоятельный карстовый сток и различные условия циркуляции и разгрузки.

 

Изолированность обводненных трещинно-полостных систем, приуроченность их к тектоническим нарушениям, отсутствие гидравлической связи между этими системами — четко прослеживается в глубоком разрезе Ялтинского горного массива. Проходка гидротехнического тоннеля, законченная в 1963 г., показала, что более чем в 10 зонах нарушений трещинно-карстовые и трещинные воды (последние в зоне застойного режима) резко отличаются по составу и минерализации. К первым относятся гидрокарбонатные кальциевые и гидрокарбонатные магниево- кальциевые, ко вторым — сульфатные и хлоридные воды.

 

Отсутствие в низах разреза карбонатных пород единого зеркала карстовых вод показывает следующий средний химический состав вод из отдельных обводненных зон:

м НС03 89 SQ48 , м НСОз 60 S04 35 Мо,4 Са 76 Na 13 ' Мо,5 Na97Ca3 '

м  НСОз 87 SP4 9 м S04 82 НС03" 13 Мо,4 СабО Mg27 ; 2,1 Na 66 [Mg 18 '

м S04 58 HC08 30 м С162 НСР326 Mi.o Na 70 Mg 17 ' М8,7 Na 98

 

Характеристика гидрохимической зональности центральной части Главной гряды Крыма с учетом упомянутых данных составлена Ю. И. Шутовым (1966).

 

Признаки карстования пород хорошо прослеживаются в карстовых шахтах до глубин 150—200 м. Здесь карстовые формы развиваются под воздействием нивального и эрозионного моделирования, поскольку инфильтрация вод по многочисленным наклонным и вертикальным трещинам расширяет их на больших глубинах в исключительных случаях длительного по времени действия периодических и постоянных потоков. При периодическом наполнении таких путей стока и возникновения локальных напоров со временем развиваются достаточно крупные полости. Представление о взаимосвязях карстовых поверхностных форм и глубинных полостей дает  5.

 

Развитие карста в карбонатных породах разного состава и текстуры имеет специфические особенности. Так, для чистых массивных известняков при вертикальной тектонической трещиноватости характерны глубокие вертикальные шахты, для неяснослоистых и слоистых известняков — каскадные шахты с чередованием вертикальных и горизонтально наклонных полостей, для толщ с переслаиванием разнокар- стующихся пород — редкие неглубокие полости по пластам известняков. Перечисленные морфологические различия полостей фиксируют господствующие направления стока карстовых вод в пределах каждого горного массива

 

 

К содержанию: ГИДРОГЕОЛОГИЯ СССР. ТОМ 8. КРЫМ

 

Смотрите также:

 

Гидрология и гидрохимия  С геологическим молотком по Крыму 

 

Геология Крыма  Геологические экскурсии по Крыму  Строение Крыма отложения таврической серии