Государственный мониторинг состояния недр

Региональный центр ГМСН по Северо-Западному Федеральному округу

Северо-Западный филиал

Федерального государственного унитарного научно-производственного предприятия

"Российский федеральный геологический фонд"

ÆГосмониторинг

 

ÆГМСН Архангельской области

 

Экзогенные геологические процессы Архангельской области

 

Заболачивание широко проявляется на территории области, занимающей три ландшафтно-климатические подзоны: южной тундры, северной тайги, средней тайги. Вся территория области находится к зоне избыточного увлажнения, что наряду с уплощенным характером рельефа, тяжелым, неоднородным составом почво-грунтов благоприятствует развитию процесса. Современное заболачивание выражается ростом болот, заболачиванием лесов, вырубок и лугов. Заложение большинства болотных массивов произошло в среднем – позднем голоцене. Характерно слияние первичных болот в обширные болотно-торфяные массивы с изменением режима стока на смежной площади. В Архангельской  области выявлено 15 болотных массивов площадью свыше 100 кв.км. Размеры отдельных болотных массивов достигают: 90×50 км (р. Илекса на западе области), 57×40 км (р. Мегра, северная часть области), 45×25 км (р. Кодина, Онего-Двинский водораздел).

Широкомасштабное заболачивание происходит на Поморском и Абрамовском побережьях Белого моря, Кулойско-Мезенской равнине, в низовье реки Северной Двины, в Северо-Двинской и Мошинской депрессиях. На расчлененных водораздельных равнинах болота развиты на уплощенных ступенях рельефа, в пределах ложбин ледникового стока, в обрамлении озерных котловин, в  террасированных долинах. Кроме того, площадное заболачивание отмечается в зоне деградации многолетней мерзлоты в южной тундровой подзоне.

По данным земельного фонда ("Состояние и охрана окружающей среды Архангельской области в 2012 г.", "Состояние и охрана окружающей среды Архангельской области в 2013 г.") болота занимают 14,1% от территории Архангельской области  или 5823,3 кв. км. Среди них 73% составляют верховые болота, 8% - переходные, 19%- низовые. Средняя площадь болота 801 га. 70% болот имеют площадь до 200 га.

Отрицательное воздействие заболачивания оценивается следующим образом:

- на земли с/х назначения  - площадь болот 198,4 тыс. га; заболоченность 8,5%;

- на земли поселений, промышленного использования  - то же 17,0 тыс. га; заболоченность 0,3%;

- на земли запаса – то же 13,8 тыс. га; заболоченность 0,3%.

На большей части Архангельской области болота являются естественными ландшафтами, влияющими на составляющие поверхностного и подземного стока.  На землях лесного фонда они занимают  5581,8 тыс. га, заболоченность 20,5%. На землях особо охраняемых территорий и объектов площадь болот 12,3 тыс. га, заболоченность 0,6%.

Положительный аспект заболачивания выражается в общем регулировании поверхностного стока, поддержании устойчивости речного стока в засушливое время, уменьшении площадей и мощностей слоя сезонного промерзания, сохранении температурного режима многолетне-мерзлых пород.

Карст обусловливается наличием растворимых горных пород и движением в них природных вод к речным долинам, локальным и региональным дренам, либо морским бассейнам. Явление карста выражается в геологическом, геоморфологическом, гидрогеологическом и др. аспектах природной среды с массопереносом растворенного вещества, образованием специфических форм поверхностного и подземного рельефа, изменением структуры и свойств горных пород и массивов.

В геологическом аспекте карст характеризуется проявлениями пористости, кавернозности, пустотности, ослабленных трещинно-закарстованных зон, а также древних палеокарстовых явлений и форм. В соответствии с литологической основой выделяются карбонатный и сульфатный типы карста.

Карст, относимый к новейшему и современному этапам развития, имеет очень длительную подготовку – многие миллионы лет. Новейшие достаточно крупные, интенсивные проявления карста являются результатом наложения и поглощения более древних звеньев карстообразования. 

Типовые характеристики карста, мерность проявлений, пространственные связи обусловливаются задачами и масштабом исследований, методическими установками,  имеющимся опытом и другими условиями. Существующее разнообразие подходов тормозит развитие мониторинга карста как направления инженерно-геологических исследований и практику самого мониторинга.

Растворимыми породами на  территории Архангельской области являются: известняки и доломиты каменноугольного и пермского возраста, гипсы и ангидриты пермского возраста. Они образуют широкую полосу карстующихся пород, пересекающую область от побережья Белого моря до южной границы. Протяженность данной полосы около 600 км, а ширина составляет 100-200 км. Суммарная площадь карстующихся пород 100,1 тыс. кв. км, что составляет 32,4 % от материковой площади Архангельской области. К карбонатному типу карста относятся формации, субформации целиком представленные растворимыми карбонатными породами (собственно карбонатный подтип), а также маломощные слои, прослои карбонатов среди терригенных формаций (карбонатно-терригенный подтип).

К сульфатному типу относятся формации, субформации сложенные преимущественно растворимыми сульфатными породами (собственно сульфатный подтип), - представленные переслаиванием карбонатов и сульфатов с доминированием последних (карбонатно-сульфатный подтип). Кроме них выделяется сульфатно-терригенный подтип, где сульфатные породы занимают маломощные интервалы среди терригенных пород, либо сульфаты присутствуют в виде цемента и мелких включений, образуя зоны огипсования.

Карст карбонатного типа занимает 84 тыс. кв. км или 84% от площади карстующихся пород. Основными районами карбонатного карста являются возвышенные пластово-цокольные равнины, сложенные известняками, доломитами, переходными разностями каменноугольного и нижнепермского возраста. По происхождению и локализации карст подразделяется на подземный и поверхностный. Подземный карст развит в наибольшей степени. Подземный карст (поры, каверны, трещины, каналы и полости) влияет на особенности залегания, движения и запасы карстовых вод. Он вызывает изменение уклонов и скоростей подземных потоков, концентрацию стока и различных пустот; изменчивость прочностных, фильтрационных свойств горных пород; а также в целом динамической структуры и устойчивости массивов.  

 В зоне интенсивного водообмена карст существенно влияет на речной сток. Величина подземного питания на 15-20%, местами на 30-40% выше фоновых значений.

Подземный карбонатный карст наиболее развит на Беломорско-Кулойском плато (бассейн рек Пачуги, Кепины), на Обозерском плато, на Плесецком плато, в среднем и верхнем течении р.Онеги (Каргопольская сушь). Буровыми и геофизическими работами доказано, что полости интенсивного карста встречены на глубине до 100 м от поверхности массивов.

Поверхностный карст образует карстово-денудационные грани рельефа и специфические формы рельефа разных морфологических порядков. Типичными проявлениями карста являются: просадки, воронки, западины, котловины, карстовые озера и источники, поглощения руслового стока, суходолы. Значительная часть карстовых озер относится к периодически исчезающим озёрам. Редкими формами являются крупные котловины и польеобразные депрессии, лога карстово-гляциального типа.

Как правило, проявления карста запечатлены в рыхлом покрове и коренном цоколе, то есть имеют поверхностную и подземные части. При прогрессивном развитии существует соответствие между поверхностной формой и подземной основой. Важную роль в локализации и развитии  процесса имеют корневые каналы под днищами ряда типичных форм.      

Плотность карстовых форм сильно варьирует. По ранее проведённым работам максимальная плотность  2,75 проявлений/га была установлена в Плесецком районе на участке Кяльозеро (Малков и др., 1988, Отчёт по составлению геологических карт.., 1994). В 2012 году в Мезенском районе в верховьи р. Ёрна выявлена более высокая степень закарстованности достигающая 5,5 – 6,5 проявлений/га.

Повышенная плотность характерна для участков с рыхлым покровом до 3-4 м. Она составляет 50-150 форм на 1 кв. км. При этом участки проявленного карста могут соседствовать с погребенными карстово-инфильтрационными корами, фиксирующими зоны древнего закарстования и выветривания. С районами карбонатного карста связаны основные месторождения пресных подземных вод: Пермиловское, Каргопольское, Пачугское и др., всего 18  месторождений.

Проявления карста влияют на содержание и запасы карбонатного сырья на его месторождениях. (Савинское и Швакинское месторождения). 

Карст сульфатного типа занимает  около 16 тыс. кв. км, - в пять раз меньшую площадь в сравнении с карбонатным типом. Однако, по особенностям происхождения, разнообразию проявлений, по динамике процесса  данный тип карста наиболее интересен. Учитывая общую историю развития, типологические соответствия, динамическое подобие, большую концентрированность в территориальном отношении сульфатный тип является объектом детального и мониторингового изучения.

Сульфатный карст приурочен к породам пермской системе: к гипсо-ангидритовой толще сакмарского возраста, а также к огипсованной пачке красноцветов уфимского возраста. Сульфатный карст подразделяется на два морфологических типа: подземный и поверхностный. В сравнении с карбонатным, сульфатный подземный карст занимает меньшую часть массивов. Зоны интенсивного подземного карста на глубине разделены целиковыми или слабо-закарстованными участками.  В то же время, на локальном уровне широко  представлены каналы, полости, пещеры, которые на один-три порядка крупнее аналогичных форм в карбонатных породах.

Пещеры сульфатного карста имеются в большинстве карстовых районов Архангельской области. Открыто 468 (ранее 436) карстовых пещер, общей протяженность 131,35 км (было 128,3 км).  В каталог крупных пещер длиной свыше 500 м входят 54 (ранее 51) объекта. Их протяженность составляет 87,2% общей длины известных пещер. Длину более 1 км имеют 24 пещеры. Пещеры Кулогорская-Троя (17,0 км), Олимпийская-Ломоносовская (9,11 км) относятся к списку 10 крупнейших пещер России.

Поверхностный карст характеризуется высокой степенью унаследования, которая выражается в соседстве разных генераций карста, многопорядковой структуре  проявлений, оживлении полупогребенных форм, а также наличии фрагментов карбонатно-глинистой коры  выветривания в кровле массивов. Поэтому карст развит не только на дренированных площадях, но и на заболоченных участках. 

Особенно благоприятны для карстообразования водораздельные и террасовые равнины с мощностью покрова до 4-5 м. Наряду с типичными проявлениями (см. карбонатный тип) представлены потяжины, борозды, рвы, звеньевые и цепочечные ассоциации воронок. Среди крупных форм присутствуют сложно-расчлененные гляциально-карстовые лога и котловинные, польеобразные депрессии.     

В целом, существует большое разнообразие воронок, котловин, логов, овражно-карстовых врезов. Около половины карстовых озер являются уходящими. Имеются площади открытого, задернованного карста с уникальными формами: шелопняковыми полями, провальными цирками, останцами, фрагментами вскрытых пещер.

Плотность сульфатного карста существенного выше карбонатного. Средняя плотность составляет 100-400 форм на кв. км, высокая достигает 1600 форм на кв. км. На участках открытого карста насчитывается до 2000 единичных проявлений. При площадном развитии участки средней и высокой плотности  могут занимать 60-70 % от площади выходов пород.

Районы сульфатного карста слабо благоприятны для хозяйственного освоения и проживания по условиям устойчивости массивов, интенсивности закарстования, склонности к провалам и уходу озер, а также непригодности карстовых вод для питьевого водоснабжения. Освоенные участки отличаются повышенной мощностью четвертичного покрова, наличием карбонатных слоев, приуроченностью к долинной сети, наличием транзитного речного стока.

Речная эрозия и аккумуляция происходят в речных долинах разных порядков. В рамках долинной системы процесс имеет непрерывный характер, в геологическом, морфологическом выражении интенсивность процесса различна. Боковая эрозия наиболее активно проявляется на крупных реках: Северной Двине, Вычегде, Мезени. На р.Северной Двине боковая эрозия охватывает русло и берега в верхнем и нижнем течении. Подмываются уступы пойм, трех нижних террас. Высота эрозионных берегов:  пойм 2-5 м (максимальная 6 м), аллювиальных террас 6-8 м (максимальная 10-15 м). Коренные борта сложены породами устойчивыми к размыву. Высота бортов 20-30 м.

В устьевых частях крупных рек Онеги, Мезени, Сев. Двины происходит сложное взаимодействие речных процессов размыва, аккумуляции с приливно-отливными течениями и прибрежно-морской аккумуляцией.

В дельте р. Северной Двины высота размываемых берегов 1-2 м. Имеются подводные врезы глубиной 4-8 м, свидетельствующие об интенсивной донной эрозии. Наряду с эрозией активно проявляется  русловая и прибрежно-морская аккумуляция. За 20-летний период наблюдений средняя скорость размыва составила 0,6 м/год в глинах и суглинках, 1,5 м/год в песках и алевритах. В последние 6 лет скорость размыва снизилась на 20-25 %. С 2005г. наблюдения не проводятся.

В верхнем течении р. Северной Двины средняя скорость размыва берегов по данным 5-летних наблюдений изменялась от 0,2 до 3,4 м/год. С 2001 г. регулярные наблюдения не проводятся. В 2009 г. получены новые данные по участкам Ракулка, Черевково на р.Северной Двине; в 2011 г.  – по участкам Байка, Сольвычегодск на р.Вычегде.

Общая протяженность речной сети (речных долин и ручьёв) Архангельской области 147 415 км. Боковая эрозия проявляется на обоих берегах, поправочный коэффициент к длине долин 1,5. Прогнозная величина суммарной боковой эрозии 20 % от протяженности берегов, что составит  около 44 224 или 44 220 км.

Морская абразия и аккумуляция сосредоточены в узкой полосе побережья Белого моря и прибрежных островов. На материковом побережье абразионные берега занимают 674 км, что составляет 59,5% от протяжённости побережья. Аккумулятивные берега занимают 410 км или 36,2% от протяжённости побережья. Оставшиеся 4,3% занимают устья рек.

Побережья прибрежных островов имеют протяжённость 275 км. Абразионные и абразионно-аккумулятивные берега занимают 40,6%, аккумулятивные берега занимают 21,6 %.  

На протяжении 300 км морской берег подвержен абразии и сопутствующим склоновым процессам. Активная абразия сохраняется примерно на 70% берегового уступа. Интенсивная абразия охватывает Зимний берег, побережье Мезенской губы и примыкающий с запада Абрамовский берег. Максимальная скорость абразии была установлена на острове Моржовец  (Мезенская губа). За 130 летний период она колебалась от 12,5 до 39,5 м/год.

Морская аккумуляция  проявляется на отмелых берегах, окаймляющих слабо поднимающиеся участки суши. Современные участки морской равнины называются лайдой. При этом образуются обширные мелководья, также происходит заболачивание береговой линии. Аккумуляция широко развита к западу от р. Онеги,  на отрезках побережье Онежского полуострова (губа Ухта, губаУнская), на взморье дельты р. Северной Двины и на участке Сухого моря.

Овражная эрозия в ограниченном виде встречается во всех  ландшафтно-климатических подзонах: от тундрового побережья до южных границ средней тайги. Представлены все фазовые проявления: от рытвин и промоин до зрелых овражных долин. Характерна приуроченность оврагов к ледниковым ложбинам различного порядка. Аналогами зрелых оврагов являются лога, образованные талым позднеледниковым стоком. В обрамлении логов часто развиты молодые овраги.

Преобладают долины, прекратившие свой рост.  Старые и молодые овраги в естественных условиях обычно находятся в состоянии стабилизации, либо спада процесса. Существует ряд факторов препятствующих активности овражной эрозии: малые (до 15 м) и средние (до 30 м) глубины расчленения, преобладание коротких (до 200 м) и средних (200-400 м) длин склонов, углы наклона водораздельных поверхностей 3-60, редко до 12-150, наклон низин до 1,50. К ним можно добавить высокую в целом залесенность водосборов, значительное заболачивание, широкое распространение трудно-размываемых моренных суглинков, промерзшую почву в период интенсивного таяния снега, а также сравнительно редкую повторяемость ливневых осадков.

В таежной зоне Архангельской области можно выделить шесть площадей группового развития оврагов. Первая площадь находится в западной части Беломорско-Кулойского плато, сложенной терригенными породами венда и четвертичными отложениями. Эта площадь совпадает с зоной повышенных влагозапасов и высокого питания речного стока.

Вторая площадь охватывает восточную часть Беломорско-Кулойского плато, где овраги связаны с древней и омоложенной сетью долин в терригенных и огипсованных породах верхнепермского возраста.

Третья площадь приурочена к правобережью нижнего течения р.Северной Двины. Здесь существует зрелая устойчивая овражно-лощинная позднеледниковая сеть с глубиной врезов от 20 до 40 м.

Четвертая площадь расположена в среднем и верхнем течении р.Северной Двины от пристани Звоз до с.Верхняя Тойма. Овраги прорезают коренные борта и террасы крупнейшей речной долины. Длина молодых оврагов до 100 м, глубина до 15 м. Зрелые овраги имеют длину от 300 до 500 м, местами до 800 м, а глубину до 25 м.

Пятая площадь приурочена к  Устьянскому поднятию, где глубина врезов вдоль р. Устья составляет 30-50 м.

Шестая площадь находится по обрамлению Устьянского поднятия на левом борту р. Северная Двина от с. Черевково до устья р.Вычегды.

Кроме того, мелкие и средние овраги выявлены при инженерно - геологической съёмке и обследовании рек Мал. Северной Двины, Вычегды, Виледи (Котласский, Вилегодский районы), а также рек Вашки и Мезени (Лешуконский район).

Прирост оврагов происходит медленно, преимущественно на сельскохозяйственных землях, пашнях, площадях свежих вырубок. Овражные долины снижают устойчивость сельскохозяйственных угодий к плоскостной водной эрозии. Среди районов сельскохозяйственного освоения по интенсивности овражной и водной эрозии выделяются Вельский и Устьянский районы. Длина оврагов 50-200 м, ширина 10-15 м, глубина до 6 м.

По предварительным оценкам протяжённость овражной сети составляет 4 720 км, около 3,2% от протяжённости речной сети. Кроме того, густота оврагов на абразионных морских берегах может составлять 6-9% от их протяжённости. Протяжённость оврагов составит здесь около 55 км.

На освоенных сельскохозяйственных землях происходят процессы плоскостного смыва, с потерей ценной части плодородного почвенного слоя. По данным земельного фонда водной эрозии подвержено 81,54 тыс. га, что  составляет 3,5 площади сельскохозяйственных земель Архангельской области («Состояние и охрана окружающей среды Архангельской области в 2013 г»).

Склоновые процессы происходят на крутых склонах, слагающих борта речных долин, оврагов, балок, карстовых логов, а так же на морском побережье. В данную группу входят процессы, обусловленные действием силы тяжести, выветривания, переувлажнения пород, подмыва, что приводит к образованию оползней, обвалов, осыпей, склонов отседания. Осыпные, оползневые процессы имеют моделирующий характер при коротком цикле развития (несколько лет). При средней длительности цикла (до 10-15 лет) осыпи становятся пассивными, а оползни, наоборот,  получают возможность для  экспансии своего процесса за границы эрозионных бровок.

Дефляция (эоловые процессы) образуются при ветровом воздействии на рыхлые либо слабосцементированные песчаные отложения. Процессы включают в себя дефляцию (разрушение исходных отложений), перемещение и эоловую аккумуляцию. Данные процессы возникают на морском побережье - на открытых безлесных площадях, сложенных песками, алевритами при потере ими влажного состояния и отсутствии почвенно-растительного покрова.

Эоловые процессы охватывают на морском побережье I-II террасы, в тундровой зоне оголенные вершины и склоны холмов. Дефляционные формы представлены воронками, ложбинами, овражками, котловинами, долинами. Максимальные размеры форм: поперечник – 100-300 м, длина – 300­400 м, глубина до 4 м. У д. Летняя Золотица дефляционная котловина занимает площадь 600х800 м.

К аккумулятивным формам относятся дюны (холмы, гряды), кучевые пески. Участки эоловых процессов развиты на северном берегу Онежского полуострова, в южной части Двинской губы, на Зимнем берегу Белого моря. В окрестностях Архангельска установлена полупогребенная дюна среднеголоценового возраста.

В таблице 2.1.1 приведены данные по дефляции в пределах Архангельской области.

Карстово-суффозионные процессы имеют место в верхнепермских породах, представленных переслаиванием растворимых и нерастворимых слоев, либо залеганием пачек растворимых слоев среди слаборастворимых и нерастворимых. Карстово-суффозионные явления (воронки, озера) выделены на основе дешифрирования АФС на левобережье р. Сухоны (в междуречье Порши - Ерги). По геологическим предпосылкам карстово-суффозионные процессы могут иметь место в северной части Устьянского плато, на водоразделе р. Северной Двины – Пинеги (рр .Ваеньга – Покшеньга), в среднем течении р. Сояны (уфимские красноцветы, казанские карбонатно-терригенные породы) и на некоторых других участках.