Влияние трещиноватости на развитие карста подчеркивалось очень многими исследователями карстовых форм, особенно исследователями пещер. [6]
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.
2.4 Тектонические структуры и 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.
2.5 Покровные образования и рельеф местности
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.
2.6 Крутизна склона топографической поверхности
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.
2.7 Сила тяжести
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 вглубь толщи породы и развитию карста [6]
2.8 Подземные реки
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.
Глава 3. Причины аккумуляции минеральных веществ в карстовых фациях
Сущность карстификации заключается в избирательном разрушении определенных горных пород с образованием полостей или емкостей. Но и в воронках, колодцах, пещерах можно наблюдать разнообразные отложения, порой значительной (более 5-10 м) мощности.
Заполнение карстовых форм минеральными веществами обусловлено многими причинами:
1)Ванновый, либо внутренний, характер этого явления, проницаемость подземных форм для газовых, жидких флюидов и отсутствие геологических факторов, препятствующих накоплению в них минеральных веществ. Карстовые формы являются отстойниками-ловушками минеральных частиц, переносимых ветром, водой, силой тяготения, животными и людьми. Правомерно утверждать, что полые или водоносные формы в недрах существуют до тех пор и постольку, пока и поскольку действуют динамические агенты, формирующие их и очи- тающие свободное пространство от отложений. В противном случае полости минерализуются и фиксируются как границы геологических тел, вторичных по отношению к карстуюшимся породам.
2)Сложная гидрологическая обстановка в пещерах. Расходы и скорости движения инфлюационных вод резко изменяются. Для пещерных ручьев и рек характерны большие уклоны и резкие перегибы продольного профиля. Так как в инфлюационных водах неизбежно содержатся взвеси и влекомый материал, то он накапливается на участках выполаживания продольного профиля водотока и в подземно-проточных озерах. В результате образуются толщи подземного аллювия. Флювиальные отложения характерны также для польев -- замкнутых или полузамкнутых котловин, орошаемых водотоками [7]. В связи с резким изменением расходов водотока полье периодически подтапливается, и содержащиеся в воде взвеси осаждаются, создавая аккумулятивную поверхность днищ этих форм. Слабым током воды, инфильтруюшейся по крутым и субвертикальным корродированным трещинам растворимых пород, транспортируются лесчано-алеврито-глинистые частицы. Часть из них осаждается на стенках, а часть выносится либо скапливается у нижнего края трещины. В результате накопления дисперсных частиц и заиливания трещин образуются жилообразные тела кольматационных отложений [8].
3)Гравитационная неустойчивость сводов и стенок пещер, стенок некоторых внешних карстовых форм (колодцев, воронок, котловин). За счет вывалов кусков коренной породы, обвалов стен и обрушений сводов накапливаются гравитационные отложения. При этом часть обломков дробится, что способствует растворению или механическому удалению шлама и имеет следствием приращение объема полости. Кроме коренной породы в воронки, колодцы и шахты сносятся рыхлые покровные отложения и почва, за счет которых в раде случаев образуются сравнительно крупные конусы землисто--глыбового материала, окрашенного под цвет почвы.
4)Достижение раствором состояния насыщения минеральными солями. Подземные воды, инфильтруясь под землю, довольно быстро достигают состояния насыщения [7]. Отложение карбоната или сульфата кальция и других хемогенных минералов часто происходит из пересыщенных растворов на затравках. Пересыщение раствора достигается за счет испарения части растворителя в непроточных озерах, с поверхности или концов сталактитов и настенных кор. При падении гидрокарбонатного раствора на дно полости садка кальцита либо арагонита обусловливается потерей части углекислоты, возможно, изменением структуры раствора (частичного разрушения ионных комплексов). О том, что ударная нагрузка приводит к выпадению карбоната кальция из раствора, свидетельствуют, как правило, значительно более массивные формы сталагмитов по сравнению с парными им сталактитами. Дополнительным фактором, способствующим извлечению солей из растворов, является энергия кристаллической решетки, приводящая к росту определенных граней кристаллов в свободном пространстве. Образование экссудативных форм (геликтитов, сферолитов, антодитов, кристаллических сростков) в пещерах происходит и за счет ионов, содержащихся в водяном паре и конденсате.
5)Деятельность чуждых карстификации геодинамических агентов, случайно или систематически поставляющих минеральные компоненты в свободное пространство. Так, многие внешние формы улавливают ветровую пыль и песок, листовой опад, снег и другие вещества. Накопление метелевого снега во входных колодцах и шахтах - одна из важнейших предпосылок развития пещерного оледенения. Эти же элементы полостей являются ловушками для животных. Продукты жизнедеятельности и скелеты их представляют собой основу биогенных и смешанных отложений пещер. В ряде входных гротов и галерей открыты стоянки человека, соответственно имеются культурные слои, порой внушительной мощности.
6)Реакционные взаимодействия между рыхлыми алюмосиликатными образованиями и карбонатными породами. [9] Известно, что для каждой горной породы характерны определенные пределы вариации кислотно-щелочного потенциала и что гравитационные воды, содержащихся в них, приобретают достаточно своеобразный комплекс микроэлементов. При изменении геологической среды происходят различные реакции (ионного обмена, растворения, окисления, восстановления и пр.).
Следовательно, в определенных природных обстановках карстовые формы развиваются в неразрывном единство с осадочным заполнением. Отделять деструктивную форму и ее содержимое можно лишь идеально, в процессе научного исследовании. В природе они существуют в неразрывном единство. [9]
Глава 4. Источники вещества отложений карста
Континентальные обстановки, как наземные, так и подземные, обеспечивают поступление в карст разнообразных минеральных веществ. Чтобы осадконакопление в карсте было ощутимым, минеральных веществ должно быть сравнительно много по объему и массе. Но не всякие отложения интересуют литологов и Карстоведов, а прежде всего такие, которые представляют практический интерес. По этим причинам целесообразно различать источники веществ, связанные с седиментацией в карстовых формах и обеспечивающие количественную сторону литогенеза, а также связанные с постседиментационными процессами. Последние в значительной степени ответственны за качественную сторону карстового литогенеза.
Источники веществ при седиментации предложено разделять на автохтонный и аллохтонный. [10] Учитывая специфику карстификации, часто действующей под землей в неоднородной геологической среде, полагается различать также параавтохтонный источник осадочного материала, понимая под ним некарстующиеся включения (линзы сланцев, дайки, жилы и т.п.) и граничащие с телами растворимых пород тела иного состава. Это пласты терригенных и других пород или интрузивы с дизъюнктивным и реже интрузивным контактами. Такие тела поставляют несвойственные карсту вещества (в свежем либо выветрелом состоянии). Однако рассматривать их как аллохтонные образования не следует, так как они залегают почти в той же части геологического пространства, где и размешались до формирования карста. Транспорт вещества здесь очень незначительный - в пределах сечения карстовой формы.
В группу авто- и параавтохтонных источников входят карстующиеся породы и их нерастворимые остатки, включения иных пород, а также карстовые воды, являющиеся по сути растворами. К этой группе относятся также продукты химико-биологической седиментации в карстовых озерах и болотах, такие как торф, уголь, фосфориты, железные и марганцевые руды и т.п.
Карстующиеся породы и отчасти некарстующиеся включения встречаются в осадочном заполнении в виде дресвы, щебня и глыб, изредка в виде мучнистой либо глинистой разложенной массы. В гравитационных отложениях обломочного материала содержится 80- 100%. В телах смешанного происхождения (инфлювиально - гравитационных и др.) количество щебня и глыб составляет до 60%. Часто обломки карбонатных пород в суглинистом цементе сильно корродированны и с поверхности превращены в муку.
Качественно иными источниками веществ, поступающих в карст, являются продукты преобразования коренных пород и рыхлых аккумулятивных образований. Наложенные процессы воздействуют на авто-, параавто- и аллохтонные отложения, за счет чего возникают новые минеральные ассоциации. Изменению, в той или иной мере, подвержены сами карстующиеся породы. Соответственно, продукты их гипергенного преобразования поступают в карстовые формы.
Тела глинистых метасоматитов образуются на вертикальных и наклонных контактах алюмосиликатных и карбонатных толщ. В механизме их формирования обнаруживаются признаки биметасоматоза. В частности, автором было отмечено[8], что они предпочтительнее развиваются при контрастности составов контактирующих толщ, например на контактах ультраосновных изверженных пород с известняками либо глинистых сланцев, филлитов с доломитами и магнезитами. Взаимосвязанное преобразование контрастных по составу пород автор рассматривает как контактово-карстовый процесс. В результате его проявления обрадуются трансформационные и частично заменные метасоматиты /125/.
Выщелачивающий метасоматоз широко проявлен в отложениях покрытого карста. В некоторых разрезах в красноцветном инфлювии отмечалось появление аутигенных бобовин и рыхлых сфероидов (ооидов) с одновременным образованием гиббсита в количествах 5-15% /8, 166, 170/. Бокситизация отложений карста отмечалась неоднократно. Некоторые исследователи отводят ей ведущую роль в образовании руд алюминия в глубоком покрытом карсте [11].
Одним из распространенных видов гипергенных метасоматитов являются кремнистые породы. Поверхностное замещение известняка с образованием в низах метасоматической колонки кварцита, а в верхах маршалита. Известняк по резкой неровной границе сменяется сплошным кварцитом. При этом хорошо сохраняются структурно-текстурные особенности эдукта, заметны отпечатки фауны. Мощность зоны кварцита около 3 м. выше постепенно происходит дезинтеграция продукта с переходом его в пылевидный кварц (маршалит).
Глава 5.Полезные ископаемые карстовой фациальной области
5.1 Типы полезных ископаемых
В отложениях покрытого и погребенного, в меньшей мере кольматированного тиной карста обнаружены залежи различного минерального сырья. Рудное представлено бурыми железняками и сидеритами, марганцевыми и железомарганцевыми скоплениями, силикатами никеля, бокситами, россыпными золотом и касситеритом. Группа нерудного сырья включает фосфориты, россыпи алмазов, глинистые пигменты, глины, мраморный оникс и др.
Минеральное сырье в рыхлых континентальных отложениях, в том числе и в отложениях карста, традиционно относится к месторождениям выветривания или гипергенным, которые подразделяются на остаточные и инфильтрационные образования [2].
Гипергенное оруденение включает остаточную, остаточно--инфильтрационную и инфильтрационную группы типов. В остаточной группе источник веществ автохтонный. В них мы различаем элювиальные образования, связанные с инконгруэнтным растворением или гидролизом породообразующих минералов-носителей конкретного рудного элемента. При этом происходит вынос балластных веществ и образование на основе устойчивых химических новых минеральных видов. Инфлювиальные образования создаются при конгруэнтном растворении балластных породообразуюших минералов, вследствие чего рудные акцессории многократно концентрируются. В процессе накопления они могут инкогруэнтно растворяться или разлагаться, поэтому минеральный состав руды частично или полностью обновляется. Например, при растворе известняка или доломита накапливаются железистые глины (terra rossa), при инконгруэнтном растворении которых выносится кремнезем и синтезируется гиббсит. Смешанные генерации руд образуются при контактово-карстовом процессе, когда наблюдаются накопление и последующее преобразование автохтонного и параавтохтонного материала. Интенсивно проявленный выщелачивающий или фильтрационный метасоматоз делает неотличимым элювий от инфлювия и наоборот.
Оруденение остаточио-инфильтрационной группы типов имеет параавтохтонный источник. Он находится где--то поблизости от формирующегося месторождения или рудопроявления и может быть обнаружен поисковыми работами.
Инфильтрационное оруденение не имеет явно выраженного источника. За счет высокой селективности геохимического барьера ин подземных вод извлекаются элементы, содержание которых определяется геохимическим фоном.
В обеих названных группах будем различать секреционные образования, когда вещество отлагается из раствора в раскрытых трещинах, щелях и кавернах, т.е. в свободном пространстве. Такие образования часто называют инфильтрационными, не вполне порно трактуя инфильтрацию как связное движение раствора по зияющим трещинам и другим каналам. Следствие просачивания рудных флюидов через трещинно-поровое пространство породы - ее метасоматическое преобразование.
В качестве самостоятельно группы выделена полигенная, к которой отнесено ранее сформированное в карсте орудинение, механически переотложенное на новые карстовые поля.
Полезные ископаемые либо являются составной частью отложений карста, либо полностью выполняют его формы. Для погребенного карста наиболее характерны генотипы осадочной и полигенной групп. Источники могут быть самые разные: автохтонные или параавтохтоные для месторождений бокситов, фосфоритов, каолинов и аллохтонные для месторождений железных руд и россыпей. Как правило, месторождения ископаемых карста полигенетичны. В пределах одного месторождения обычно встречаются залежи разного происхождения. [2]
5.2 Рудные полезные ископаемые
1) Железные руды по способу накопления можно подразделить на осадочные, остаточные, остаточно-инфильтрационные и инфильтрационные, а по отношению к отложениям карста на прото-, син- и эпигенетические. В гидротермально-метасоматических месторождениях встречаются карстовые формы, заполненные гетит-гидрогетитовыми кусково-землистыми рудами. Они образованы при окислении и оползании магнетитовых руд трубок взрыва. Экономическое значение таких руд было весомым на заре индустриального века, а в настоящее время резко снизилось.
2) Марганцевые руды карстового морфотипа дают обособления, во многом аналогичные железнорудным. Сходство геологических обстановок локализации тех и других подчеркиваются существованием переходного оруденения
3) Бокситы карстового морфотипа широко распространены на континентах и океанических островах Северного полушария. Классификации месторождений бокситов многочисленны: морфологические, генетические, морфогенетические и комплексные.
4) Руды цветных и редких металлов (Ni, Sb, Pb, Zn, и Cu) в отложениях гипергенного карста формируются лишь в случаях наличия первичных концентраций одного или нескольких названных элементов в коренных породах. Они являются большей частью остаточно-инфильтрационными, реже осадочными образованиями. По отношению к вмещающим породам руды син- и эпигенетические.
5.3 Нерудные полезные ископаемые
1) Фосфориты карстового типа образуют месторождения на выходах фосфатоносных известняково-доломитовых формаций.Из- за разнообразия текстур фосфоритов, изменчивости физических свойств и условий размещения классификации месторождений принято считать генетическими либо полигенными.
2) Глинистые пигменты классифицируются по генезису. Среди них выделяются элювиальная и осадочная группы. Карстовые залежи относятся ко второй группе. Также как аллохтонные накопления рассматривают продукты переотложения каолинитовой и латеритной кор выветривания.
3) Углеводородные соединения, такие как нефть и газ также приурочены к карстовым месторождениям. Коллекторские свойства месторождений связаны с карстификацией.
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. Здесь освещены геологические следствия развития карста, причины накопления и источники минеральных веществ во внешних и покрытых формах. Описаны механизмы и продукты преобразования карстующихся пород. Рассмотрены рудные и нерудные полезные ископаемые карста, их образование.
Карст является серьезной темой для изучения геологов, 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. Короновский Н.В. , Ясаманов Н.А. Геология. 3-е издание.2006.-448 стр.
2. Цыкин Р.А. Отложения и полезные ископаемые карста. Новосибирск: Наука, 1985.-166 стр.
3. Гвоздецкий Н.А. Карст. М.: Изд-во «Мысль», 1981.- 214 стр.
4. Максимович Г.А. Генетический ряд натечных отложений пещер (карбонатный спелеолитогенез). // Пещеры, вып. 5 (6). Пермь, 1965.
5. 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.
6. Гвоздецкий Н.А. Карст. М.: Географгиз, 1954.
7. Максимович Г.А. Основы карстоведения. Пермь.1963.- 444стр.
8. Цыкин Р.А., Цыкина Ж.Л. Карст восточной части Алтае-Саянской карстовой области и связанные с ним полезные ископаемые. Новосибирск: Наука, 1978.-104стр.
9. Цыкин Р.А. об условиях формирования карста покрытого типа. Геол. и геофиз.,1980 №8, 58 стр.
10. Казакевич Ю.П. Условия образования и сохранения сложных погребенных россыпей золота. М.: Недра, 1972.-216 стр.
11. Линдгрен В. Минеральные месторождения. Вып. 2.1934- 231 стр.
