Гідродинамічні зони карстових масивів. Умови розвитку карсту

У карстовому масиві порід виділяють такі гідродинамічні зони (за Д.С. Соколовим, 1962):

зона аерації (І) або поверхневого руху, де здебільшого відбувається спадний рух поверхневих і ґрунтових вод, з якими пов’язане формування поверхневих карстових форм (рис. 3.5.5);
зона періодично повного насичення (ІІ). Численні тріщини та вертикальні карстові порожнини проводять воду вглиб карстового масиву. За високого рівня стояння відбувається горизонтальний рух води, за низького – вертикальний (рис. 3.5.6);
зона постійно повного насичення (ІІІ). Це зона горизонтального руху карстових вод, для якої характерна постійна обводненность і наявність слабкого ухилу водного дзеркала до ріки. У цій зоні виділяють дві підзони: повного насичення та глибинної циркуляції. Підзону повного насичення дренує місцева гідрографічна мережа. Нижче розташована зона глибинного руху, яка не пов’язана з місцевою гідромережею. Швидкість води тут незначна (менше 100 м/добу), і вона перебуває під напором [1].

Рис. 3.5.5. Гідродинамічні зони карстового масиву [1]

Рис. 3.5.6. Схема формування карстових пустот

На всіх континентах Землі карбонатні породи займають площу 40 млн км², гіпси – близько 7 млн км² і солі – до 4 млн км². В Україні породи, що карстуються, залягають на 67,3% території. Карст розвинений у всіх головних геоструктурних регіонах України. Найбільше поширення серед розчинних порід мають карбонатні (вапняки, крейда), але на заході та сході країни поширені також евапорити (гіпси, солі) (рис. 3.5.7).

Рис. 3.5.7. Поширення порід, що карстуються в Україні (за Дублянською і Дублянським, 1992) [29].

Умовні позначення.
Породи, що карстуються: 1 – вапняки; 2 – крейда; 3 – карбонатні породи без поділу; 4 – гіпси й ангідрит; 5 – кам’яна та калійна солі; 6 – різновікові карбонатні породи фундаменту; породи, які не карстуються (серед карстованих): 7 – глини, аргіліти; 8 – мергелі; 9 – піски, алевроліти, пісковики; 10 – перешарування порід; 11 – прошарки порід, що карстуються; 12 – породи, які не карстуються.
Межі: 13 – стратиграфічні; 14 – літологічні

Для розкриття масштабів розвитку карстових форм та інтенсивності процесів з’ясовують умови розвитку карсту:

літологічні: наявність розчинних порід – карбонатних, сульфатних, галоїдних, їхня потужність, тріщинуваність, структура, текстура;
геоморфологічні: характер і крутість поверхонь рельєфу (рівнинність спричиняє застій вод у пониженнях, збільшення інфільтрації і триваліший вплив на розчинні породи);
гідрогеологічні: глибина й особливості циркуляції підземних і ґрунтових вод;
тектонічні: характер та інтенсивність тектонічних рухів (зумовлюють розчленованість рельєфу, зростання чи зменшення його крутості, положення регіональних і місцевих базисів дренування), положення складчастих і розривних структур (спрямовують рух підземних вод);
кліматичні: характер і кількість опадів (впливають на надходження атмосферної вологи у товщу порід);
наявність рослинності (відмирання та перегнивання біомаси спричинює зростання агресивності вод).

Д.С. Соколов (1962) з’ясував такі головні умови розвитку карсту:

наявність розчинних порід;
їхня водопроникність;
наявність рухомих вод;
їхня розчинна здатність [49].

Ці чинники також визначив Ф.П. Саваренський (1933). Він зауважив, що для розвитку карсту і прогнозів змін процесів важливі дані геотектоніки та геоморфології, а також всі аспекти історії розвитку рельєфу [47]. Вивчення геолого-геоморфологічної історії району дає змогу визначити періоди посилення та затухання карстоутворення, зміни у ході розвитку карсту, пов’язані з переміщенням по вертикалі базису ерозії, з’ясувати глибину активного карстоутворення, наявність давніх похованих або викопних карстових форм, їхній геологічний вік тощо.

Під час вивчення умов розвитку карсту детальніше з’ясовують таке:

чистоту, ступінь доломітизації порід (вміст у них СаО, MgО та нерозчинних домішків);
розвиток систем тріщинуватості (рис. 3.5.8), щільність і напрям тріщин у породах, зімкнутість, їхній генезис – тектонічні, напластування, вивітрювання, антропогенні, можливість руху вод вздовж них;
особливості формування карбонатної агресивності вод, їхній хімічний склад, температура, наявність газів – СО₂, H₂S;
напрям руху підземних вод, області живлення і місця розвантаження, режим, дебіт, інтенсивність поглинання, коливання рівнів;
характер і потужність гідродинамічних зон;
наявність покриву четвертинних глинистих порід;
характер рослинності – трав’яна, деревна;
середньорічна та максимальна кількість опадів, сезон випадання, висота і розподіл снігового покриву, період сніготанення, промерзання та відтаювання ґрунту, вологість повітря, процеси конденсації водяних парів, зміни температури – сезонні та добові (для з’ясування процесів конденсації);
техногенні чинники: закладання кар’єрів, водосховищ і ставків, меліоративні заходи, складування відвалів пустих порід, які підвищують або знижують рівень ґрунтових вод;
інтенсивність неотектонічних рухів у районі, їхній градієнт і спрямованість [39].

Рис. 3.5.8. Зімкнуті тріщини вивітрювання на поверхні вапняку

Варто пам’ятати, що зазначені чинники впливають на карстовий процес неоднаково і мають різний ступінь дії.