Артезиан сулары

Қысымды сулардың негізгі ерекшеліктері. Қысымды жерасты сулары деп сулы қабатты барынша қуатымен толтырған суларды айтамыз. Олардың табаны грунттар жатыр, жабын жағы да су өткізбейді.

Егер қысымды сулы қат-қабат бұрғылау ұңғымасымен ашылған болса, онда ұңғымадағы судың деңгейі сулы қабатының жабын қыртысынан жоғары көтеріледі. Ол сол үшін де қысымды сулар деп аталады. Немесе пьезометрлік деңгей деп аталады (36-сурет).

36-сурет. Арынды ағындағы пьезометрлік беттің жағдайы:

H – пьезометрлік деңгейдің шамасы, m – сулы қат-қабат қалыңдығы, АА–пьезометрлік бет

Пьезометрлік деңгейді шартты түрде алынған көлденең жазықтықтың абсолютті немесе салыстырмалы шегі негізінде анықтайды. Картадағы бірдей белгіні көрсетіп тұрған пьезометрлік деңгейдің сызықтары гидроизопьезалар деп аталады.

Қандай да бір аудандағы немесе пункттегі қысымның мөлшері сулы қат-қабатының және пунктінің абсолютті шамасының түрлілігіне байланысты әр түрлі болып келеді. Ұңғымалар салып, судың қабатын ашқан уақытта кейде ұңғымадағы судың деңгейі жер қабатынан да жоғары көтеріліп, су жер бетіне жайылады. Өздігінен сыртқа шыққан судың осындай қуатты бұрқағы 37-суретте көрсетілген.

37-сурет. Атқылап жатқан ұңғыма

Өздігінен сыртқа атқылаған қысымды сулар ең алғаш рет Францияның Артуа (ежелгі атауы Артезия) провинциясында кездескен екен, соның құрметіне мұндай сулар артезиан сулары деген атауды иеленген. Қазіргі кезде өздігінен сыртқа ағып жатқан суларға қатысты ғана емес, пьезометрлік деңгейі жердің үстіңгі қабатынан белгілі бір тереңдікте белгіленетін сулардың өзі де артезиан сулары деп аталып жүр. Бұл атау қазіргі кезде жалпы қысымды суларға қатысты қолданылады.

Қысымды су қабатының орналасу жағдайы әр түрлі болуы мүмкін. Соның ішінде көп кездесетін түрлері судың қабатының мульда түрінде немесе моноклинді жағдайда орналасуы деп аталады. Тау жыныстарының жасы әр түрлі болып келетін, қабат түрінде орналасатын және шектелген сутірек қабатымен қуаты әр түрлі қысымды сулы қат-қабаттың біразы жерасты суларының артезианды бассейнін құрайды.

38-суретте қысымды сулы қат-қабаттың мульда түрінде орналасу кестесі берілген. Мұндағы а,1а және бб,1 учаскелері сулы қат-қабаттың күндізгі қабатқа шығатын бөлігі болып саналады. Осы учаскелер арқылы атмосфералық сулы қабаты қоректенеді, сол себепті оларды сулы қат-қабаттың қоректену аймағы деп атайды. Ал аб аумағы қысымды сулы қат-қабаттың таралу аумағы немесе қысымды сулар қозғалысының аумағы деп аталады. Жер бетіне шығатын қысымды сулар, мәселен өзен аңғарларына шығатын ағынды аумағы немесе су арылу аймағы деп аталады.

38-сурет. Сулы қат- қабаттың әр түрлі орналасу сұлбалары:

а – арынды сулы қат-қабаттың мульда тәрізді жатуы, б – арынды сулы қат-қабаттың сыналануы, в және г – сулы қат-қабаттың кезектесе орналасуы (I-жоғарғы қат-қабат,II-төменгі қат-қабат

Суреттегі а,1а және бб,1 нүктелері арқылы өтетін көлденең сызық қысымды сулардың таралу аумағындағы гидростатистикалық қысымның биіктік шамасын анықтайды. Ол қысым сызығы немесе пьезометрлік сызық деп аталады. Жекелеген нүктелердегі су қысымы әр түрлі болады. Егер су деңгейі жер қабатынан жоғары болса жағымды болады да, су деңгейі жердің жоғарғы қабатынан төмен болса, жағымсыз болады. 38-сурет бойынша айтатын болсақ, жағымды қысым 1-ұңғымада, ал жағымсыз қысым 3-ұңғымада бейнеленген.

Судың қабаты тек қалыңдығына, литологиялық құрамына орай да өзгергіш келеді. 38,б-суретте судың қабатының сыналануы бейнеленген. Бұл жағдайда қысымды суды тек 1-ұңғымадан ғана кездестіруге болады, ал 2-ұңғымада су жоқ.

Су қабат түрінде орналасқан жағдайда жекелеген судың қабат таралу аумағы мен олардың литологиялық құрамы олардың әрқайсысындағы су қысымының ара-қатынасын білу маңызды. Мәселен,38 -в суретте көрсетілген кестеге сай, сулы қат-қабат тереңдеген сайын қысым жоғары. Жер қабатына жақынырақ нүктелерде қысым аса жоғары емес. Керісінше, 38-г көрсетілген жағдай бойынша барынша жоғары қысым сулы қабат жоғарғы қабатында байқалады.

Біз мүлдем су өткізбейтін тау жыныстарының мүлдем болмайтынын бұдан бұрын да айтқан болатынбыз. Аралас қысымды судың қабаттар қарастырған уақытта олардың бір-бірімен өзара гидравликалық байланыста екенін ескерген жөн: жерасты сулары бір қабаттан екіншісіне қарай жылжыған уақытта қысымның әртүрлігіне орай су өткізгіштігі әлсіз тұстар арқылы қозғалуы мүмкін. Бұл жағдай қысымды сулардың режиміне үлкен ықпал етеді.

Жерасты суларының мұндай қозғалысын Н.К.Гиринский, Г.Н.Каменский секілді кеңестік ғалымдар зерттеген. Қысымды суың қабаттары суайрықтарда тереңдеген сайын пьезометрлік деңгей азаяды деген тұжырым айтады. Бұл судың жоғарғы қабаттан төменге қарай фильтрленетінін көрсетеді. Өзен аңғарларында, керісінше, сулы қат-қабаттың орналасуы тереңдеген сайын пьезометрлік деңгей жоғарылайды, яғни бұл жағдайда жерасты суларының қозғалысы төменнен жоғарыға қарай бағытталады.

Осыған байланысты қысымды сулы қат-қабаттың бүкіл аумаққа таралуы қоректену, қозғалыс және ағынды бөліктерінде көп жағдайда шартты болып келеді. Басқаша айтсақ, жекелеген қабаттар басқа қабаттар негізінде қоректенуі мүмкін.

Өзендерге жақын тұстағы қысымды сулардың режимі жоғарғы қабаттағы су режимінің ықпалында болады. Өйткені, өзендер олармен гидравликалық байланыста. Мұнда бір жыл бойына қысымды су деңгейінің шамасы айтарлықтай жоғарғы амплитудаға деңгейге жетуі де мүмкін. Ал өзендер болмаған жағдайда қысымды сулардың деңгейі тек қана метеорологиялық факторға байланысты болады. Ал олардың әсері еркін қабаттағы грунтты суларға қарағанда әлсіз. Қысымды сулардың жылдық амплитудасының өзгерісі бұл арада тек бірнеше сантиметр ғана болуы мүмкін.

Қысымды сулардың беткі қабатының пішіні. Пьезометрлік жоғарғы қабаттың формасы гидроизопьез картасынан көрініс табады. Грунтты сулардың жоғарғы қабатымен салыстырғанда ол сутірек жырасына тәуелді емес. Өйткені, мұнда пьезометрлік деңгейді кез келген жазықтықта анықтауға болады. Пьезометрлік жоғарғы қабаттың пішіні қысымды сулар ағып келетін өзен аңғарларының конфигурациясы бойынша анықталады.

Егер сулар мен сулы жыныстардың сығылмайтынын және олардың табаны мен жабынғы қабатының мүлдем су өткізбейтінін ескеретін болсақ, теориялық тұрғыдан алғанда тұрақты қабаты бар суөтімділігі бірыңғай қабаттарда пьезометрлік қабат жазықтық түрінде болуы тиіс (қимада – тік сызық), ал гидроизопьездер тік болып келуі тиіс және олар бір-бірінен біркелкі қашықтықта жатуы керек (39-сурет).

39-сурет. Тұрақты қалыңдықтағы суөткізгіштігі бойынша біртекті арынды сулы қат-қабаттың пьезометрлік беті және гидроизопьезалардың орналасуы: m – сулы қат-қабат қалыңдығы

Теориялық тұрғыдан солай болғанмен, шын мәнінде су сүзілуі қабаттардың табаны мен жабын бөлігі арқылы өтетіндіктен, сондай-ақ суда және сулылық жынысында серпімді күшке ие болғандықтан, пьезометрлік қабат иілген түрде болып келеді.

Төменге қарай су өткізгіштік тасқыны өзгерген жағдайда пьезометрлік деңгейі бағыты беткейге қарай жыныстың су өткізгіштігі ұлғайған сайын жайпақтанады ( 40,а-сурет, К 2 К 1 - ден үлкен) және су өткізу азайса деңгейі тік болып келеді ( 40,б-сурет, К 2 К 1 - ден кіші).

Осылайша, пьезометрлік қисық сулылық қабатының қуаты артса жайпақтанады (41-сурет) да, азайған жағдайда тік болып келеді (41-сурет).

40-сурет. Қысымды сулы қат-қабаттың жыныстардың су өткізгіштігіне қарай пьезометрлік қабатының өзгеру пішіні: а – жыныстың су өткізгіштігі тасқынмен төмен қарай жылжитын болса; б – су өткізгіштік деңгейі азайса; К – сүзілу коэффициенті.

41-сурет. Сулы қат-қабаты тасқынмен төмен қарай жоғары қалыңдықпен жылжыған уақыттағы пьезометрлік қабат пішінің (АА) өзгеруі:

m – сулы қат-қабат қалықдығы

42-сурет. Сулы қат-қабаты тасқынмен төмен қарай азайған қалыңдықпен жылжыған уақыттағы пьезометрлік қабат пішінінің өзгеруі:

m – сулы қат-қабат қалыңдығы

Қысымды сулардың беткі қабаттағы ағынды сулармен және су қоймаларымен байланысы. Грунтты сулар секілді қысымды сулар да беткі қабаттағы ағынды сулармен және су қоймаларымен байланысты. Егер өзен арнасы сулы қабатқа еніп жатса, өзара байланыс тығыз болады: қысымды сулар өзенге құяды (43-сурет). Мұндай жағдайда өзенге жақын жердегі гидроизогипстер өзінің пішінін өзгертеді. Ал пьезометрлік қабатта төмендеу, яғни депрессия болады.

43-сурет. Өзен арнасы сулы қат- қабатына еніп жатқан жағдайдағы өзеннің ысымды сулармен қоректенуі, АА – пьезометрлік қабат.

Қысымды сулылық қабатының гидравликалық байланысы нашар болған жағдайда өзенге жақын маңдағы пьезометрлік қабат сәл иілген түрге ие болады. Сондай-ақ, бұл жағдайда гидроизопьез өзендегі су деңгейінен айтарлықтай жоғары болып, өзенмен қиылысып жатады (44-сурет).

44-сурет. Өзеннің қысымды сулармен су өткізгіш жабынды қабат арқылы қоректенуі. АА – пьезометрлік қабат.

Ал енді бір жағдайларда өзен сулары қысымды сулы қат-қабатына келіп құйылады (45-сурет). Мұндай жағдайда сулылық қабаты тек атмосфералық жауын-шашынның есебінен ғана емес, өзен сулары есебінен де қоректенеді.

45-сурет. Сулы қат-қабаттың өзен суларымен қоректенуі.

Қысымды сулардың зоналылығы. Қысымды жерасты суларының химиялық құрамы жерасты сулары мен тау жыныстарының өзара әрекеті негізінде пайда болатын әр түрлі физикалық-химиялық және биологиялық процестердің ықпалымен қалыптасады. Сонымен бірге, жерасты суларының химиялық құрамының қалыптасуына гидродинамикалық факторлар да үлкен ықпал етеді. Яғни, тау жыныстарының су өткізгіштігіне тәуелді су алмасудың қарқындылығы мен қозғалыс жылдамдығы және жерасты суларының босау процесі қректену жағдайларымен байланысты.

Түрлі химиялық құрамдағы қысымды жерасты суларын таратқан уақытта белгілі бір заңдылықтарға сүйенуге тура келеді. Қалыптасқан жағдай бойынша, қысымды сулардың көптеген ірі бассейндерінде қысымды сулар тереңдеген сайын олардың минералдану процесі арта түседі, яғни қысымды жерасты суларының химиялық құрамының зоналылығы вертикаль болып келеді. Сондай-ақ, қысымды сулы қат-қабаттың созылымдылығына қарай да минералдану шамасы өзгеріске ұшырайды. Яғни, қысымды жерасты суларының көлденең немесе географиялық зоналылығы да болады деген сөз.

Зерттеуші Н.К.Игнатович КСРО-ның Еуропалық бөлігіндегі қысымды жерасты суларын зерттеу негізінде жерасты суларының химиялық құрамы мен минералдану деңгейіне қарай бірнеше вертикаль зонасы бар екенін анықтаған:

1) Жоғарғы зона, яғни еркін су алмасу аймағы. Мұнда гидрокарбонаты-кальцийлі және гидрокарбонатты-натрийлі тұщы су басымдыққа ие;

2) Орта аймақ, яғни қиыншылық су алмасудың аймағы. Мұнда барынша минералды сульфаты-натрийлі сулар көп;

3) Төменгі зона, яғни өте қиын су алмасу процесі аймақ. Мұнда хлоридті-кальцийлі және хлоридті-натрийлі құрамды минералды су өте көп.

Егер алғашқы аймақтағы судың жалпы минералдану деңгейі 1 г/л -дан аспайтын болса, екіншісінде бұл шама 10-50 г/л аралығында. Ал үшінші аймақта – 200 г/л.

Н.К.Игнатович белгілеген қысымды жерасты сулары химиялық құрамының вертикаль зоналылығы Подмосковье мен Днепро-Донецкінің гидрогеологиялық бассейндерінде және бұрынғы КСРО аймағындағы өзге де су айдындары мен шетелдердегі бассейндерде байқалады.

Қысымды жерасты суларының созылымына қарай минералдануының өзгерісі де дәл вертикаль зонадағы сияқты бассейндердің геологиялық тарихы мен су алмасудың қарқындылығына тығыз бағынышты.

Біздің еліміздің басқа да аудандарында қысымды сулар кең тараған. У.М.Ахметсафин келтірген деректерге қарағанда, Қазақстанда жоғарғы қысымды суы бар 70 артезиан бассейні бар. Әсіресе республикамыздың батыс және оңтүстік облыстарында орналасқан ол бассейндердің сапасы да жақсы.

Қазақстандағы атап айтарлық қысымды сулар мыналар: оңтүстік-шығыстан солтүстік-батысқа қарай жылжитын, үш жағынан Қаратау, Қырғыз Алатауы және Шу-Іле таулары секілді тау массивтері қоршап жатқан Шу-Талас ойпаңы; Шу-Іле таулары, Іле Алатауы мен Жоңғар Алатауы қоршап жатқан Қопа және Іле ойпаңдары; батыста өте үлкен Торғай ойпаңы, ал батыстан бері қарау Мұғалжар таулары және көлемі бұлардан кішірек өзге де ойпаңдар.

Палеозой шөгінділеріне жататын қысымды сулар Қазақстанда көптеп кездеседі. Бірақ, әлі күнге дейін олар жете зерттелмеген. Геологиялық-құрылымдық шарттар бойынша ішуге жарамды жерасты суларын қалай алуға болатынын есептеуге мүмкіншілік беретін девон және карбон шөгінділері айтарлықтай қызығушылық тудыратыны сөзсіз. Дәл қазіргі кезде палеозой кезеңіндегі құмтастардың және жарықшақты әктастардың қысымды сулар Көкшетау, Ақмола, Қарағанды және басқа да аудандардан табылып отыр. Яғни, палеозой шөгіндісіне жататын қысымды суларды Іле, Қопа және Алакөл ойпаңдарынан да табуға болады деуге негіз бар.

Қазақстанда, сондай-ақ, мезо-кайнозой шөгінділеріне жататын қысымды сулар да бар. У.М.Ахметсафиннің деректеріне қарағанда, мұндай сулар Шу және Мыңбұлақ қысымды бассейндеріне қосылатын борлы және құмды-сазды тау жыныстарында бар. Су көздерінің басым көпшілігі жоғарғы борлы тау жыныстарына тұтастырылған. Қаратаудың солтүстік-шығыс беткейіндегі таулы жазықта өнімділігі аса жоғары емес жерасты суларының қайнар көзі бар екені байқалады. Олар қызыл түсті шөгінділерге жалғасқан. Палеоген уақыты шөгінділеріндегі Шу-Талас депрессиясында қысымды сулар кездескен. Шу-Талас қысымды бассейніндегі тереңдігі 500 метр болатын бір ғана ұңғыма жаз мезгілінің өзінде ғана өздігінен 300 мың текше метрге дейін су шығарады. Бұл ауданда жерасты суларының болуы Шу, Сарысу өзендерінің төменгі жағын, Мойынқұмның батыс жағы мен Бетпақдаланың оңтүстік-батыс бөлігін суландыруға мүмкіншілік береді. Бұл арадағы сулы қат-қабаттың орналасу тереңдігі 50-110 метрден бастап, 500-700 метрге дейін. Жекелеген ұңғымалар өздігінен секундына 5-50 литрге дейін су шығаратын болса, енді біреулерінде бұл көрсеткіш 100-120 л/сек. Ал жерасты суларының жалпы минералдануы 1-3 г/л -ден аспайды.

Батыс Қазақстанда қысымды сулар борлы және кей жерлерде палеоген шөгінділермен байланысты. Тереңдеген сайын олардың минералдануы азая береді (Шалқар, Тоғыз және өзге де аудандар).

Сеноман шөгінділеріне жататын қысымды сулар Мұғалжардың батысы мен Үстірт жазығының солтүстігінен де табылған. Солтүстіктегі ұңғымалардың тереңдігі 50-100 метр болса, оңтүстікте 300-600 метрге дейін. Олардан өнімділігі 20-40 л/сек. су өздігінен шығып жатыр (бассейннің оңтүстік бөлігінде).

Соңғы жылдары қысымды сулар Маңғышлақ жарты аралының маңынан да табылған. Мұндағы көптеген ұңғымалар өздігінен шамамен 20-50 л/сек. су шығарады.

Орталық Қазақстанда қысымды сулар юралық құмды тау жыныстарымен және малтатастармен байланысты. Атап айтқанда, Қарағанды бассейнінде өзіндік ерекшелігі бар артезиан бассейні кездескен. Тауаралық ойпаңда жатқан бұл бассейн юралық мульдаға тән екені анықталған. Бұл мульданың табанында тас шөгінділері жатыр. Онда юралық шөгінділер де кездеседі.

Юралық шөгінділерде ірі түйіршікті құмдар, малтатастар, құмтастар, сазды тақтатастар байқалады. Олар жалпы көлемі жөнінен 300 метрді алып жатыр. Юраның құмды және малтатасты қабатында қысымды суы бар бірнеше сулы қат-қабаты бар, олар ұңғымалардан өздігінен өнімділігі 2,5 л/сек су шығарады. Химиялық құрамы жөнінен бұл тұщы су, құрамындағы хлоры 20-121 мг/л болса, кермектігі 4,4-8,4 градусқа тең.

Қарағандының юралық артезиан бассейнінің ені 20-30 шақырым да, ұзындығы – 60-80 шақырым. Оның қоректену аумағы шамамен 100 шаршы шақырым. Орыс платформасындағы зор артезиан бассейндерімен салыстырғанда, Қарағанды бассейні ондаған есе кіші аумақты алып жатыр.

Қазақстанда қысымды сулар тау беткейлерінің шөгінділерінде де кеңінен тараған, олар шығарынды конустарға жалғасып жатыр. Олардың сулы малтатастарында сазды тау жыныстары жатады, суға қысым беретін де солар. Алматы қаласының маңында бұрғыланған кейбір ұңғымалардағы қысым жердің беткі қабатындағыдан да жоғары, олардың өнімділігі секундына бірнеше ондаған литрге жетеді. Осындай типтегі қысымды сулар Түркіменстанда да кең тараған. Ондағы Копет-Даг маңында термалды су көздері бар, олардың өнімділігі секундына 5000 литрге дейін жетеді.

Өзбекстанда да бірқатар артезиан бассейндері бар. Олардың ішіндегі көп зерттелгендері: Ферғана, Ташкент маңы, Қызылқұм, Қашқадария, Сұрхандария бассейндері.

4.10.5 Жарықшақты және карстты сулар

Жарықшақты сулар. Жарықшақты сулар деп жартасты тау жыныстарының жарықшақтарында, яғни әктастарда, құмтастарда, кварциттер мен граниттерде айналып жүретін жерасты суларын айтамыз. Судың горизонттары қат-қабаттың көлденең қимасындағы кеуекті тау жыныстарында қозғалатын грунтты сулардың қозғалысымен салыстырғанда, жарықшақты сулар тек қана ашық жарықшақтардың бойымен ғана қозғалады.

Жарықшақты тау жыныстардағы жерасты сулары қысымды да, қысымсыз да болады.

Жарықшақтықтың таралу тереңдігі мен онымен байланысты судың қабат қалыңдығы жекелеген аудандарда әр түрлі болып келеді. Сонымен бірге түрлі тау жыныстарында да олар әр түрлі. Үгілу жарықшақтары бірнеше метрден 100-200 метрге дейін өтуі мүмкін босла, тектоникалық жарықшақтардың тереңдігі жүздеген, тіпті мыңдаған метрлерге дейін жетеді.

Әр түрлі тереңдікте әр түрлі жарықшақтарды байқауға болады. Жарықшақтардың типтері барлығы тау жынысында күрделі жүйе құрады. Әр түрлі жарықшақты бір-бірімен қиылысады.

Жарықшақты тау жыныстардағы жерасты суларының қозғалу жағдайы мен олардағы су мөлшерінің көп не аз болуы жарықшақтардың жалпы саны мен олардың орналасу ерекшелігіне ғана байланысты емес. Ол сондай-ақ олардың өлшеміне де байланысты. Жарықшақтардың өлшемі әркелкі болады, қайбір тұстарда көзге көрінер-көрінбес болып тұратын сызықтар енді бір жерде сантиметрлік жікке айналуы мүмкін. Ал тектоникалық облыстарда қарқынды жарықшақтанудан басқа да ірі жарықтар аймақтары кездеседі. Олар ығыспалармен және жарылымдармен байланысты. Бұл аймақтар да көп жағдайда сулы болып келеді.

Жарықшақты тау жыныстарында айналатын жерасты суларын зерттемес бұрын, алдымен олардың жарықшақтану ерекшеліктерін және жерасты суларының қозғалыс жолдарын біліп алған жөн. Әсіресе, жарықшақтық типін, тереңдігін, жарықшақтың бағытын, аумақтағы немесе таулы жыныстардың қимасындағы жиілігін, көлемін және жарықшақтың толу сипаттамасын анықтап алған дұрыс.

Жарықшақтықты геологиялық түсірімдер процесі кезінде: табиғи және жасанды ашылымдарды, бұрғылау ұңғымаларының керні бойынша, кен қазбалары кезінде (шурфтар мен шахталарда), сондай-ақ, тау жыныстарына суды қысыммен айдау немесе керісінше, суды айдап тарту тәжірибе түрінде жасалған уақытта зерттейді.

Геологиялық түсірім кезінде кенді тау жыныстарындағы ашылымдарда жарықшақтықтың қай түрде болатыны суреттеледі, сонымен бірге көлемге шаққандағы жарықшақтардың жалпы саны есептеліп, компаспен жарықшақтардың жатыс элементтерін өлшейді, яғни олардың созылым және құлау азимуттары мен құлау бұрыштарын өлшеп алады. Осы өлшемдердің негізінде жарықшақтықтың диаграммасын құрастыруға болады, ал ол жарықшақтық негізгі бағыттарын, көлемін және тағы басқа өлшемдерін анықтауға мүмкіндік береді.

Жарықшақтықты зерттеу кезінде бұрғылау ұңғымалары мен барлау қазбаларының құжаттарына мұқият болған маңызды, сондай-ақ жарықшақтық ұңғыма керні бойынша немесе кен қазбаларының қабырғалары бойынша суреттерін түсіру де қажетті шаралардың қатарында. Алғашқы жағдайда пайызға шаққандағы керннің шығыны анықталады. Рельефтің жоғарғы нүктелерінде орналасқан бұрғылау ұңғымаларында және тектоникалық жарықшақтар мен аймақтарда көп жағдайда ұңғымада су тазалағыш шайылып кетуі мүмкін кей жағдайларда сұйықтықтың тұтасымен жуылып кетуі байқалады.

Кенді тау жыныстардағы жарықшақтардың таралуы тегіс болса және олардың көлемі аса үлкен болмаған жағдайда ондағы жерасты сулары борпылдық түйірлі жыныстардағы секілді тәртіппен қозғалады. Соның өзінде де жерасты суларының екі типке бөлінетінін байқауға болады: жарықшақты және жарықшақты-қабатты. Жарықшақты жерасты сулары көлемі ірі және литологиялық құрамы біркелкі жарықшақты тау жыныстарда айналатын болса, жарықшақты-қабатты жерасты сулары, атынан көрініп тұрғандай, қабаттың қалыңдығы шектеулі жарықшақты тау жыныстардың қаттарына жалғасып жатады, олардың үстіңгі жағы мен астыңғы жағында литологиялық құрамы әр түрлі, су өткізгіштігі төмен қаттар жатады.

Ірі тектоникалық жарылымдар мен қарқынды тектоникалық жарықшақты учаскелерде жерасты сулары тасқын сипатында болып, құбырдан немесе ашық каналдан ағып жатқандай болады, ал ондағы судың ағу жылдамдығы жоғары боп келеді. Ол борпылдақты түйірлі тау жыныстардағы судың қозғалысынан бөлекше болады.

Жарықшақты тау жыныстардағы жерасты суларының қозғалуы әр учаскеде әр түрлі болып келетінін естен шығармаған жөн. Мұның себебі жарықшақтардың көлденең және тура бағыттағы ашықтығы мен төзімділігіне байланысты. Осыған орай жарықшақты тау жыныстардағы бұрғыланған ұңғымаларда бір аумақтың өзінде де су екі түрлі деңгейде білінуі мүмкін және оның өнімділігі де біркелкі болмайды.

Карстты сулар. Карст дегеніміз – ерітінділер мен жүзгіндердің массивтен шығарылуына орай жер бетіндегі және жерасты суларының әсерінен болатын кенді тау жыныстарының еру және бүлінуін білдіретін геологиялық процесс. Карст – оңтүстік славян сөзі, Балқан түбегіндегі Карст деген таулы қыраттың атынан алынған (Югославияның солтүстік-батысы). Карст әктастарда, доломиттерде (карбонатты карст), гипсте (гипсті карст), тасты тұздарда (тұзды карст) болады. Әзірбайжанның кейбір аудандарында карст құбылысы сазды тау жыныстарында да байқалады. Карсттың ашық және жабық түрлері болады. Ашық карст жер бетіне шығатын кенді тау жыныстарында кездесетін болса, жабық карст тау жыныстарын әлі де карсттанып үлгермеген жас жыныстардың жауып жатуымен ерекшеленеді.

Ашық карст байқалған учаскелерде жердің бетіндегі бедерге тән мынадай сипаттамалар байқалады: атыз түріндегі шұңқырлар, шұңқырлар және ойылымдар. Бірнеше шұңқыр қосылған жағдайда жондар пайда болады. Ал кейбір тұстарда терең карстты формалар байқалады, яғни: табиғи құдықтар немесе шахталар, ойылымдар, үңгірлер.

Жер бетіндегі карстты ойылымдардың мөлшері әр түрлі болып келеді. Мысалы, шұңқырлардың диаметрі бірнеше метрден басталып, 30 метрге дейін жетеді, тіпті 150 метрге жететін жерлер де бар (Қырымдағы Чатырдаг); ал олардың тереңдігі 50 метрге жетеді. Кейде жер бетіндегі бір шаршы шақырым аумақта 20-30 карстты шұңқыр болуы мүмкін, одан көп болуы да ғажап емес.

Г.А.Максимович карстты үңгірлерді көлеміне қарай бірнеше түрге бөледі: алып үңгірлер (100 км дейінгі), өте үлкен (25-тен 100 км дейінгі), үлкен (1-ден 25 км дейінгі), айтарлықтай (0,25-тен 1 км дейінгі), аса үлкен емес (0,01-ден 0,25 км дейінгі) және шағын үңгірлер (0,01 км аз).

Ең үлкен карстты үңгір Мамонтов үңгірі деп аталады, ол АҚШ-тың Кентукки штатында орналасқан. Оның тар үңгірлері, жүрістері, жабық шахталары мен жерасты өзендерінің жалпы аумағы 160 шақырымға дейін жетеді. Экскурсантттарға үңгірдің 4,8 км -ге дейінгі тұсы көрсетіледі. Үлкендігі жөнінен екінші орын алатын карстты үңгір де АҚШ-та. Индиана штатында орналасқан ол үңгір селитралы деп аталады (ол жерден кезінде оқ-дәрі жасауға қажетті селитра алынған). Селитралы үңгірдің ішіндегі ең үлкен тар үңгірдің ұзындығы 107 метр болса, биіктігі – 75 метр. Көлемі жөнінен үшінші орында тұрған үңгір Швейцарияда орналасқан Хельхох үңгірі. Хельхохтың көп бөлігі картаға түсірілген. Оның біраз бөлігі Австриялық әктасты Альпіде жатыр.

Карстты қуыстар әлемнің өзге де елдерінде кездеседі. Бұрынғы КСРО аумағындағы ең ірісі – Кунгурская үңгірі. 58 тар үңгірі бар оның жалпы ұзындығы 4,6 км- ге жетеді. Г.А.Максимович келтірген деректерге сүйенсек, бұл үңгірде суы минералды 360 өзен бар. Бұл үңгір туристердің жиі келетін орындарының бірі.

Карсттың пайда болуына тау жыныстарының жарықшақтығы әсер етеді. Карстты зерттеуші ғалымдардың барлығы дерлік әктастар мен доломиттердің тектоникалық бұзылуы, гипсті және тұзды тау жыныстары карсттануға бейім дегенді айтады. Ал А.А.Колодяжной карстты тау жыныстары карстты емес тау жыныстарымен байланысқан уақытта карст қарқынды түрде дамиды деген тұжырым айтады.

Карстты құбылыстар өте үлкен тереңдікте таралады. Уақытына қарай карсттар ежелгі және қазіргі болып бөлінеді. Кей аудандардағы ірі карстты қуыстар (көлденеңі 0,5 – 10 метр) жергілікті эрозия базисінен 150 метр тереңдікте және жер бетінен 30-500 метр төменде болады. Кейде 130 метр тереңдікте биіктігі 20-25 метрлік карстты үңгірлер кездеседі; олардың көлемі бірнеше ондаған мың текше метрге дейін жетеді. Көлденеңінен 0,5 метр ғана болатын шағын карстты қуыстар негізінен доломитті әктастарға жалғасып, 750-800 метр тереңдікте жатады. Карстты қуыстардың әктас сынықтары, кремний, шағыл, тасқиыршық және басқа да пайдалы қазбалары бар құмды-сазды тау жыныстарына толып қалатын сәттері де жиі кездеседі.

Карстқа ұшыраған тау жынысы массивтерінің ішкі жағында, осылайша, қуыстар, каналдар және үңгірлердің күрделі жүйесі пайда болады. Осы қуыстардың ішінде болатын жерасты сулары карстты сулар деп аталады. Карстты тау жыныстарындағы жерасты суларының бағыты тігінен де, көлденеңінен де жүре береді. Кейбір зерттеушілер оқшауланған су ағындары ғана карстты сулар бола алады деп келсе, ғалымдардың дені көп жағдайда карстты қуыстарда жерасты суларының тұтас ағыны бола беретінін дәлелдеді.

Карстты жерасты суларының өзге типтегі жерасты суларынан ерекшелігі, олардың жер бетіндегі сулармен байланысы өзіндік шарттар негізінде жүреді. Көп жағдайда ашық ағын сулардағы су карстты тау жынысты учаскелерге жеткеннен кейін қуыстар мен жарықшақтарға жұтылып кетеді. Содан кейін беткеймен жылжып отырып, өзен жағасындағы ірі су қайнарлары ретінде қайтадан жер бетіндегі суларға қосылады. Мұндай құбылыстар Башқұртстанда, Ресейдің Пермь және Орловск облыстарында, Еділдің солтүстігінде, Қырым мен Кавказда, Копен-Даг таулы қыраттарында, Енисей бұйраттарында, Қаратауда, Байкал мағында, Якутияда және басқа да жерлерде көп кездеседі. Мысалы, Башқұртстандағы Яман-елга өзені әктасты карбон дамыған аудандарды карстты қуыстарға түсіп кетеді де, 40 км қашықтықта жердің астымен ағады (46-сурет).

46-сурет. Өзен арнасының карстты қуыстарға жұтылу сұлбасы

Карстты аумақтарда жер бетіндегі сулар мен жерасты суларының өзара байланысы аса күрделі; сондықтан да барлық су көздерінің жалпы өнімділігін анықтау өте қиын, өйткені су көздері кей тұста жер бетіне екі рет шығатын жағдайлар да кездеседі.

Өзен суларының тікелей өзен арнасы мен өзен жағалауында пайда болатын карстты шұңқырлар мен қуыстарға жұтылып кететін жағдайы көп кездеседі.

Жер бетіндегі сулардың карстты шұңқырлар мен қуыстарға жұтылуы салдарынан жоғалуы да көп кездесетін құбылыс. Мысалы, Урал тау белдеуіндегі Кизел өзені карстты әктастармен қиылысқан тұста секундына 0,5 – 1,0 м³/сек су жоғалтатын болса, Косьва өзенінде бұл көрсеткіш секундына 3,4 м³/сек.-қа дейін жетеді. Жер бетіндегі ағыны тұтастай карстты тау жыныстарға жұтылып, жер астына кететін өзен арналары кейде бірнеше шақырымдаған құрғақ аңғарларға созылып жатады.

Карст дамыған аудандардағы өзендердің кей учаскелерінде үлкенді-кіші карстты шұңқырлардың тұтас бір тізбегі болады, кей жерлерде олар тұтас карстты өріске айналады; қар еріп, көктемгі су тасуы кезінде жер бетіндегі судың көп бөлігі осындай учаскелерде сіңіп кетеді. Карстты шұңқырлардың сызықтық орналасуы карстты жерасты ағындарының бағытын көрсетеді. Кейде карстты шұңқырлардың тізбегі де өзен арналары секілді тектоникалық бұзылымдарға жалғасып кетеді.

Карстты аудандарда жерасты суларының жер бетіндегі бөлігі өзгеруге бейім келеді. Ірі карстты қуыстар бар учаскелерде сулы тау жыныстардың сорғуы мен жерасты суларының қайтуы қарқынды жүреді; мұның нәтижесінде су деңгейі төмендеп, ағынның бағыты тез өзгеруі мүмкін.

Карстты сулардың деңгейі мен шығыны өзгергіш келеді. Карстты тау жыныстарының су өткізгіштік қасиетінің жоғары болуы мен жер бетінде жоғарыда суреттелген рельефтің карстты формаларының болуы атмосфералық жауын-шашынның тез сіңуін қамтамасыз етеді. Осының әсерінен карстты аудандарда көптеген су көздері жауын-шашын және тасқын кезінде шығынын жылдам көбейтеді. Карстты сулар және терең қысымды қат-қабаттағы сулар есебінен қоректенетін су көздері немесе өздерінің қорын жер бетіндегі су ағындарынан алатын су көздері жыл бойына күшінде болады. Бірақ, оларда да су шығыны жылдам өзгергіш келеді, ол негізінен атмосфералық жауын-шашынның қарқынды түсуімен байланысты нәрсе. Карстты су көздерінің өнімділігі секундына бірнеше литрден бастап, бірнеше текшеметрлерге дейін жетуі мүмкін. Жекелеген мемлекеттерде карстты су көздері энергетикалық мақсатта да пайдаланылады. Мысалы, Францияның оңтүстігіндегі әйгілі Воклюз карстты су көзі көптеген кәсіпорындардағы машиналарды қозғалысқа келтіруге пайдаланылған. Ал Алжирде карстты су көздеріндегі қысымды жерасты суларын шағын электрстансаларының жұмысына пайдаланады.

Карстты тау жыныстары мен олармен байланысты карстты жерасты сулары өте кең таралған. Бұрынғы КСРО аумағында барлық территорияның 4 пайызын карстты карбонатты тау жыныстары алып жатыр. Гипті және тұзды шөгінділер де біраз аумақты алып жатқаны мәлім. Мысал ретінде Подмосковье ойпаңын айтуға болады. Онда әктастар, ал кей тұстарда жоғарғы девонның гипстері карсттанған. Олармен қуатты әрі сулы қат-қабат тығыз байланыста, жарықшақты-карстты су көзіне жататын олар сумен жабдықтау ісінде кеңінен қолданылады.

Қырымның кенді аймақтарында жерасты сулары жоғарғы юралық әктастарға жалғасқан. Негізгі қырқаның беткейінен көптеген су көздері шығып жатады. Ал әктастар теңіз деңгейінен төмен жерлерде карстты су көздері теңізге шығады. Олар су астындағы су көздері деп аталады. Мұндай су көздері Қара теңізде, Гагрда, Алупкада, Қырымдағы Байдар қақпасының батысында кездеседі.

Карстты сулар сондай-ақ Пермьнің гипсті шөгінділері мен Орта Поволжьяның карбонатты қат-қабатында, Украина мен Белоруссияның борлы тау жыныстарында, Уралдың қиыршықтасты әктастарында кездеседі.

Карстқа жалғасқан жерасты сулары Италия, Австрия, Югославия елдерінде де кездеседі. Әсіресе, Солтүстік Африкада көп.

Карсттың кең көлемді алып жатуына орай карстты суларды халық шаруашылығында кеңінен пайдаланады. Оларды елдімекендерді сумен қамтамасыз етуде, өнеркәсіптік кәсіпорындар жұмысында және егістікті суару ісінде көп пайдаланады. Сонымен бір мезгілде карстты сулар пайдалы қазба кеніштерін қазу ісін қиындатады, өйткені қазылып жатқан жерге су толып кете береді. Және өзен арналарынан су қоймалары мен бөгеттер салу ісін қиындатады. Өйткені, мұндайда көп көлемдегі судың карстты қуыстарға ағып кету қаупі бар.

Соңғы жарты ғасыр ішінде карстты суларды зерттеуге деген қызығушылық арта түсті. Бұл жерасты қабаттарына электр стансалары мен өзге де нысандар орналастырумен байланысты. Карстты суларды зерттеу кезінде сол аудандағы карсттың даму тарихын, тау жыныстарының массивіндегі карстты қуыстардың орналасу сипаттамасы мен көлемін, сол уақыттағы жерасты суларының режимін, сондай-ақ, массивтегі карстты сулардың концентрация аумағын есепке алу өте маңызды. Карстты суларды зерттеу кезінде ұңғымаларды бұрғылаған уақыттағы керннің шығыны мен сипаттамасын, жуып-шаятын сұйықтықтың сіңуі және забойдағы бұрғылау қаптамасының тәртібін бақылау да үлкен мәнге ие.

Карстты сулармен байланысты гидрогеологиялық зерттеулер жүргізу үшін өзен-сулардағы су режимін мұқият бақылау керек. Бұл олардың карсттармен байланысын анықтауға қажет.

Дата добавления: 2015-08-31