Геологические условия развития карста хроника на территории Воронежской области
Геологические условия развития карста хроника на
территории Воронежской области
С.А.Трегуб, А.И.Трегуб, Воронежский государственный
университет
В
соответствии с существующими представ-лениями [1,2] под термином «карст»
понимаются процессы растворения легко растворимых пород, формы рельефа, которые
при этом образуются, а также совокупность отложений, приуроченных к этим
формам. Карст среди экзогенных процессов занимает особое место, которое
определяется тем, что наблюдающиеся формы чаще всего полигене-тичны. Собственно
растворение обычно определяет начальные этапы развития карстовых форм. По мере
увеличения их размеров все большее значение при-обретают водная эрозия,
гравитационные процессы, суффозия и пр. Их кооперативное действие приво-дит к
нелинейности карстового морфогенеза, что существенно осложняет создание
статических, ди-намических, а также прогностических и ретроспек-тивных моделей
карстообразования.
Классификации
карста весьма разнообразны [2]. В морфологическом отношении выделяют три группы
карста: поверхностный, глубинный и ком-бинированный (провальный); по
геологическому строению разрезов карстовых массивов: открытый (голый), покрытый
и перекрытый [3]; среди основ-ных его литологических типов: галоидный,
суль-фатный, сульфидный, силикатный и карбонатный [2]. Карбонатный карст, в
свою очередь, делится на известняковый, доломитовый и меловой
(мел-мер-гельный). В силу широкого развития карбонатных пород карбонатный карст
наиболее распространен. Вместе с тем, среди других литологических типов он
наиболее сложен в физико-химическом отноше-нии. В основе растворения
карбонатных пород ле-жит преобразование карбоната кальция в бикарбо-нат. Оно
регулируется содержанием в воде углеки-слого газа. Это содержание зависит от
многих при-чин, среди которых температура воды является наи-более важной,
поскольку напрямую обусловлена параметрами климата. Карбонатный карст по этой
причине делится на ряд климатических типов, среди которых карст умеренного
климата (классический карст) и карст влажных тропиков (тропический карст)
занимают наиболее важное место [1,2]. Кар-стовые проявления принято делить на активные,
развивающиеся в настоящее время, реликтовые, утратившие свою активность по той
или иной при-чине, и погребенные.
Среди
геологических условий развития кар-ста важнейшее значение имеют литологические,
связанные с составом и характером распростране-ния потенциально карстующихся
пород в разрезе и по площади; структурно-тектонические (и неотек-тонические, в
частности), определяющие интенсив-ность трещиноватости пород, величину
вертикаль-ного и горизонтального расчленения поверхности, запасы ее потенциальной
энергии, общую актив-ность экзогенных процессов, мощность зоны аэра-ции,
динамику подземного и поверхностного стока; палеогеографические
(историко-геологические), обусловливающие возможность и специфику разви-тия
карста в геологическом прошлом.
Степень
изученности карбонатного карста на территории Воронежской области вряд ли можно
назвать удовлетворительной. Если географическим аспектам формирования
современных карстовых ландшафтов посвящено большое количество работ,
охватывающих всю Восточно-Европейскую равни-ну или ее отдельные части [4-6], то
геологии карста пока посвящены редкие публикации [7,8]. Вместе с тем
геологические аспекты изучения карста наряду с географическими имеют важное
значение при ин-женерно-геологических дрогеологи-ческих и геоэкологических
исследованиях. Древние проявления карс, развивающиеся в парагезисе с другими
процессми корах выветваня, тесно связаны с возникновением целого ряда
месторожде-ний полезных ископаемыхВсе эт обусловливает настоятельную
необходиостькомплексного под-хода к изучению карста, разработке новых методик
картирования его проявлений как на новейшем эта-пе геологического развития
территории, так и в от-даленном геологическом прошлом. В целом при изучении
геологических условий развития карбо-натного карста территории Воронежской
области можно наметить ряд наиболее важных направлений: 1 – картирование и
морфологическая систематика как современных так и древних проявлений карста в
мел-мергельном и известняковом вариантах; 2 – изучение и классификация
карстовых отложений; 3 – исследование литологических свойств потенци-ально
карстующихся пород в тесной связи с текто-нической и неотектонической
структурой региона; 4 – выделение эпох карстообразования в истории формирования
осадочного чехла.
В
основу районирования территории Воро-нежской области по условиям развития
экзогенных процессов может быть положена неотектоническая структура этой
территории [9]. Неотектонические движения (движения неоген-четвертичного
време-ни) определили каркас современного рельефа, мощ-ность зоны гипергенеза и
характер ее разреза в раз-личных частях территории Воронежской области. В
структуре новейшего (неогенового и четвертичного) структурно-вещественного
комплекса (СВК) основ-ными типами структурных элементов являются пликативные
штамповые структуры (поднятия, де-прессии, структурные террасы) и разделяющие
их области динамического влияния разломов (ОДВР) фундамента, которые образованы
парагенезисом пликативных и дизъюнктивных элементов [10]. Во-ронежская область
располагается на сочленении Окско-Донской впадины и Среднерусской антекли-зы -
пликативных структур первого ранга (рисунок). Граница между ними отчетливо
выражена во всех элементах неоген-четвертичного СВК: в рельефе поверхности,
наборе генетических типов новейших отложений, их возрастном диапазоне и
мощностях. Она также выражена в распределении скоростей современных
вертикальных тектонических движе-ний. В структуре кристаллического основания
платформы эта граница отчетливо коррелируется с зонами крупных разломов,
которые разделяют гете-рогенные блоки докембрийского фундамента [11].
Длительная активность разломов в продолжение всего фанерозоя обусловила
формирование в над-разломном пространстве осадочного чехла зон ин-тенсивной
трещиноватости и, как следствие, повы-шенной проницаемости пород.
В
пределах Окско-Донской впадины в разрезе осадочного чехла к потенциально
карстующимися породам могут быть отнесены отдельные горизонты девона,
представленные в значительной степени известняками и доломитами. В области
Среднерус-ской антеклизы основное значение имеет мел-мергельная толща верхнего
мела. Строение зоны гипергенеза территории Среднерусской антеклизы неоднородно
и подчинено неоструктурному плану. Среди штамповых структур второго ранга здесь
вы-деляются Еманчинское, Острогожское, Кантемиров-ское и Калачское поднятия,
границы между кото-рыми представлены Потуданским, Чернокалитвин-ским и
Павловско-Мамонским линейными прогиба-ми, сформированными над крупными зонами
раз-ломов в фундаменте: Репьевско-Лискинской, Чер-нокалитвинской,
Лосевско-Мамонской [12].
Еманчинское
поднятие располагается на пра-вобережье Дона в бассейнах рек Трещевки, Ведуги,
Девицы и Потудани. Семилукским прогибом [12] поднятие делится на две части:
северную и южную. В северной части в строении разреза зоны гиперге-неза
принимают участие два потенциально кар-стующихся карбонатных комплекса:
верхнемеловой и девонский. Верхнемеловой комплекс представлен в основном
туронским и коньякским ярусами. В литологическом отношении [13] туронский ярус
сформирован мелом с большой примесью кварцево-го песка (особенно в нижних
частях разреза), а коньякский более чистым, местами слабо глини-стым писчим
мелом. Их общая мощность в конту-рах северной части Еманчинского поднятия
дости-гает 15 м. Подошва карбонатного комплекса во многих местах вскрывается в
склонах речных и ба-лочных долин, подстилаясь преимущественно пес-чаными
отложениями сеноманского, альбского, апт-ского ярусов, а также неокомского
надъяруса. Ме-ловая толща перекрыта почти повсеместно леднико-выми отложениями,
субаэральными лессово-почвенными образованиями, комплексом склоновых отложений
четвертичного возраста, а также непо-средственно современными почвами. Мощность
перекрывающих отложений весьма изменчива, но обычно не превосходит 5 м. На
значительных пло-щадях на склонах речных и овражно-балочных до-лин писчий мел
выходит непосредственно на днев-ную поверхность. Такое строение разреза с
учетом большого вертикального и горизонтального расчле-нения обеспечивает
высокую степень дренажа под-земных вод и весьма благоприятные условия для
возникновения и развития карста как в поверхност-ных, так и в глубинных формах;
в открытом и по-крытом вариантах. Формирование глубинного кар-ста должно
тяготеть к зонам повышенной трещино-ватости вдоль границ северной части
поднятия. Среди сопутствующих экзогенных процессов усло-вия благоприятны для
развития вертикальной суф-фозии, оползней отседания, плоскостной и линей-ной
водной эрозии. Карстовые и указанные сопутст-вующие им явления сосредоточены в
верхнем ярусе современного рельефа.
Второй
комплекс потенциально карстующих-ся пород залегает под отложениями нижнего мела
и образован верхней частью воронежского горизонта франского яруса верхнего
девона, которая сложена преимущественно раскристаллизованными извест-няками
мощностью до 1,5 м [13]. Выходы известня-ков вскрываются в правом борту долины
Дона, а также в нижних частях склонов на уровне тыловых швов пойм в долинах
Ведуги и Девицы. Их кровля часто образует поверхность структурной террасы,
которая перекрыта деляпсием мощностью до 1 м. Известняки подстилаются
преимущественно глини-стыми и карбонатно-глинистыми отложениями де-вона,
создающими достаточно выдержанный по площади водоупор. Известняковый карст в
сравне-нии с меловым имеет подчиненное значение.
В
южной части Еманчинского поднятия на высоких водоразделах верхнемеловой
карбонатный комплекс перекрыт преимущественно песчано-алевритовыми отложениями
палеогена, что обу-словливает возможность широкого распространения покрытого
карста. На сниженных водоразделах и придолинных частях склонов верхнемеловой
карбо-натный комплекс перекрыт четвертичными ледни-ковыми и субаэральными
лессово-почвенными об-разованиями мощностью до 5 м. Мощность верхне-меловых
отложений наращивается за счет сантон-ского яруса. В южной части Еманчинского
поднятия воронежский горизонт отсутствует и в зоне гипер-генеза, таким образом,
выделяется только верхне-меловой карбонатный комплекс.
Острогожское
неотектоническое поднятие охватывает междуречье Потудани, Дона и Черной Калитвы
(Донское Белогорье). В состав верхнеме-лового карбонатного комплекса входят
писчий мел, мелоподобные и глинистые мергели туронского, коньякского,
сантонского и кампанского ярусов, которые подстилаются преимущественно
песчаны-ми отложениями нижнего мела незначительной мощности и девонскими в
основном терригенными образованиями. Мощность верхнемеловой толщи достигает 100
и более метров. Ее подошва вскрыва-ется в самых глубоких эрозионных врезах по
право-бережью Дона. На значительных площадях верхне-меловой карбонатный
комплекс перекрыт (до 30-40 м) палеогеновыми отложениями, среди которых важное
значение имеют глины киевской свиты эо-цена (мощностью до 20 м) [13]. Глины
образуют выдержанный по площади водоупорный горизонт. На площади их
распространения возможно развитие лишь перекрытого карста в зонах повышенной
тре-щиноватости мел-мергельных пород. На сниженных водоразделах, в придолинных
частях склонов рек и балок мел-мергельная толща перекрывается четвер-тичными
отложениями или непосредственно выхо-дит на дневную поверхность. Здесь
создаются усло-вия для активного развития открытого поверхност-ного и
глубинного карста. Палеозойский карбонат-ный комплекс в пределах зоны
гипергенеза Осторо-гожского поднятия отсутствует.
Кантемировское
неотектоническое поднятие, занимающее крайний юг Воронежской области на правобережье
Черной Калитвы, характеризуется широким распространением по площади песчаных и
глинистых отложений палеогенового и неогенового возраста, которые перекрываются
лессово-почвен-ными образованиями квартера. Верхнемеловой кар-бонатный комплекс
выходит в нижних частях скло-нов речных и крупных балочных долин. Его подош-ва
нигде не обнажается и уходит глубоко за пределы современного положения нижней
границы зоны гипергенеза. Верхнемеловые мел-мергельные отло-жения представлены
туронским, коньякским, сан-тонским, кампанским и, местами, маастрихтским
ярусами. На большей части территории современ-ное развитие карстовых процессов
возможно только в формах перекрытого карста.
Калачское
неотектоническое поднятие, соот-ветствующее в рельефе одноименной
возвышенно-сти, характеризуется увеличенной средней мощно-стью четвертичных
отложений, представленных помимо аллювиальных, ледниковыми, водно-ледни-ковыми
и лессово-почвенными образованиями. Приводораздельные пространства сложены
песчано-глинистыми палеогеновыми отложениями значи-тельной мощности, под
которыми залегает верхне-меловой карбонатный комплекс. Он представлен
туронским, коньякским, сантонским ярусами и под-стилается преимущественно
песчаными образова-ниями сеномана, а также нижнего мела. Развитие мелового карста
возможно в перекрытом поверхно-стном и глубинном вариантах. Только в бортовых
частях крупных долин, где мел-мергельная толща выходит на поверхность, возможны
проявления го-лого карста.
В
пределах Окско-Донской впадины в разрезе осадочного чехла карбонатные отложения
связаны только с палеозойскими образованиями. Характер разреза зоны гипергенеза
подчинен неоструктурно-му плану, в котором среди структурных элементов второго
ранга в пределах Воронежской области ус-тановлены Кривоборская, Масальская,
Токаревская депрессии и Шукавкинское поднятие [12]. В Криво-борском и
Масальском прогибах девонские отложе-ния перекрыты неогеновыми и четвертичными
пре-имущественно аллювиальными песчаными образо-ваниями. Карбонатный комплекс
приурочен к сар-гаевскому и, частично, воронежскому горизонтам и представлен
известняками раскристаллизованными, прослоями глинистыми. Воронежские и
саргаевские отложения в разрезе разделены карбонатно-глинистыми, глинистыми и
песчаными образова-ниями семилукского и петинского горизонтов [13]. Развитие
известнякового карста здесь возможно в покрытых и перекрытых формах в
поверхностном и глубинном вариантах. На остальной территории
неоген-четвертичные отложения подстилаются пес-чано-глинистой толщей нижнего
мела. Развитие карстовых форм возможно в перекрытом поверхно-стном варианте, а
в зонах повышенной трещинова-тости над разломами в фундаменте имеются
благо-приятные условия для образования глубинного кар-ста.
Важнейшие
эпохи формирования карбонат-ного карста на территории Воронежской области тесно
связаны с эпохами корообразования Воро-нежской антеклизы [14]. Наиболее
значительными из них для мел-мергельного карста являются но-вейшая эпоха,
охватывающая неоген и квартер и предпалеогеновая, а для известнякого –
предмезо-зойская. Каждая из них неоднородна по внутренней структуре и
характеризуется наличием более крат-ковременных периодов активизации карста,
связан-ных с геоморфологическим циклами континенталь-ного развития территории и
климатическими изме-нениями. Последние могут существенно влиять на ход
карстового морфогенеза. В частности для пред-палеогеновой поверхности
несогласия характерны формы тропического карста, специфика которого [2]
заключается в преимущественном интенсивном раз-витии поверхностного
выщелачивания с образова-нием крупных котловин при весьма ограниченном
распространении глубинных и провальных образо-ваний, свойственных карсту
влажного умеренного климата. Такие формы с размерами в плане, изме-ряющимися
сотнями метров и первыми километра-ми установлены в кровле мела в области
Острогож-ского и Калачского поднятий [5,8]. Известняковый карст
предмезозойского этапа еще требует своего изучения.
Литологические
особенности карстовых от-ложений территории Воронежской области
характе-ризуются своей полигенетичностью [5]. Для мел-мергельного карста среди
них можно выделить сле-дующие важнейшие разновидности: карстовый элю-вий,
коллювиально-карстовые образования, хемо-генно-карстовые (травертины),
карстово-озерные и болотные отложения. Их проявления отмечены в различных
частях территории, но требуют дальней-шего изучения с позиций минерального и
литологи-ческого в целом состава.
Список литературы
1.
Щукин И.С. Общая геоморфология. Т.2. - М., 1964. -564 с.
2.
Якуч Л. Морфогенез карстовых областей. Варианты эволюции карста. - М., 1979. -
388 с.
3.
Дублянская Г.Н., Дублянский В.Н. Картографирова-ние, районирование и
инженерно-геологическая оцен-ка закарстованных территорий. -Новосибирск, 1992.
- 144 с.
4.
Чикишев А.Г. Карст Русской равнины. - М., 1978. –190 с.
5.
Михно В.Б. Меловые ландшафты Восточно-Евро-пейской равнины. -Воронеж, 1993.
-232 с.
6.
Михно В.Б. Карстово-меловые геосистемы Русской равнины. -Воронеж, 1990. -200 с.
7.
Трегуб А.И., Старухин А.А., Баловина Г.И. Неотек-тоническая структура и
карбонатный карст Воронежской, Липецкой и Тамбовской областей. Деп. ВИНИТИ
985-В-94. - Воронеж, 1994. - 12 с.
8.
Красненков Р.В. Погребенный меловой карст юго-восточной части Среднерусской
возвышенности: Ав-тореф. дис. ... канд. геол.- минерал. н. -Воронеж, 1970. - 20
с.
9.
Экзогенные геодинамические процессы: оценка, про-гноз, мониторинг (на примере
Воронежской области) // А.И.Трегуб, Б.В.Глушков, Н.А.Корабельников и др.
-Воронеж, 1999. - 76 с.
10.
Трегуб А.И. Неотектоническая структура и поля на-пряжений территории
Воронежского кристаллическо-го массива // Вестн. Воронеж. ун-та. Геология.
–2001. -№11. - С. 32-44. 11. Трегуб А.И. Блоки первого ранга в неотектонической
структуре Воронежского массива // Общие вопросы тектоники. Тектоника России:
Материалы XXXIII Тектонического совещ. - М., 2000. - С. 529-531.
12.
Раскатов Г.И. Геоморфология и неотектоника терри-тории Воронежской антеклизы. -
Воронеж, 1969. - 164 с.
13.
Литология и фации донеогеновых отложений Воро-нежской антеклизы / А.Д.Савко,
С.В.Мануковский, А.И.Мизин и др.: Тр. НИИ Геологии ВГУ. -Вып.3. - Воронеж,
2001. - 201 с.
14.
Савко А.Д. Эпохи корообразования в истории Воро-нежской антеклизы. –Воронеж,
1979. – 120 с.
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.vestnik.vsu.ru