Геоморфология и палеогеография, 2020, № 1, стр. 49-52

Количественные показатели карстовой денудации, рассчитанные для различных регионов развития растворимых пород, являются обобщенными величинами. Однако они позволяют более или менее точно определить скорость денудации, а также дают возможность сопоставить темпы денудации участков, расположенных в различных геолого-геоморфологических условиях [1]. Балансовый, карстово-геохимический, карстово-гидрометрический методы подсчета не учитывают изменения средних величин жесткости и дебита во времени. Постоянный доступ к водоносному горизонту в условиях спелеосистемы Кунгурской пещеры в течение длительного времени позволяет наблюдать преобразования подземного ландшафта.

Кунгурская Ледяная пещера располагается в 90 км на юго-восток от г. Перми на северо-восточной окраине г. Кунгура в долине р. Сылва. Район находится в пределах денудационной равнины Среднего Предуралья. Пещера заложена в толще переслаивающихся карбонатных и сульфатных пород, представленных ангидритами, гипсо-ангидритами, гипсами и доломитами (рис. 1, 2). Основные морфометрические показатели спелеосистемы: протяженность до 5.7 км, средняя ширина – 11.4 м, средняя высота – 2.8 м, амплитуда – 32 м, площадь – 65.0 тыс. м², объем – 206.0 тыс. м³, коэффициент Корбеля (объем призмы, в которую вписана пещера) – 11.7, коэффициент связности (отношение числа пересечений к площади полости) – 0.0005, что свидетельствует о значительной разветвленности [2].

Рис. 1.

План Кунгурской пещеры с наблюдательными станциями за процессами денудации. 1 – наблюдательные станции, 2 – экскурсионная тропа, 3 – подземные озера.

Рис. 2.

Схематический разрез Ледяной горы и Кунгурской пещеры [1]. 1 – известняки и доломиты; 2 – гипсы и ангидриты; отложения: 3 – глинистые древней террасы, 4 – песчано-глинистые молодых террас, 5 – крупнообломочные карстово-обвальные; 6 – уровень подземных вод; 7 – карстовые впадины на Ледяной горе; 8 – вертикальные каналы, трубы; 9 – подземные пустоты.

При затоплении пещеры паводковыми вода р. Сылвы, карстовый водоносный горизонт поднимается в среднем на 0.8 м. В 2016 г. подъем составил 2.3 м, при этом в реке он был максимальным за последние двадцать лет – 6.5 м.

С учетом средней минерализации карстовых вод на выходе из карстующегося массива – 1.85 г/л и внутри – 2.0 и более г/л, а также объема паводковых вод в пещере приблизительно 10 000 м³, вынос сульфатных пород составит около 8 м³; в пересчете на 1 км² около 20 м³ в год [3].

Скорость растворения стен полости должна достигать в этом случае 2 мм/год. Данная величина в условиях подземных водоемов достаточно большая и не согласуется с абсолютным возрастом пещеры в 10 000 лет, определенного по возрасту синхронной первой надпойменной террасы р. Сылвы.

В 1983 г. в Кунгурской пещере начался эксперимент по изучению относительной скорости растворения образцов гипсо-ангидритовых пород – плиток (5 × 5 × 1.5 см). Уменьшение веса всех образцов за период наблюдений (838 сут) относительно первоначального, позволило определить, что скорость денудации поверхности образцов составляет 106.5–194.8 мг/см²/сут· [4]. В 1985 г. Е.П. Дорофеев – организатор и бессменный наблюдатель системы мониторинга в пещере с 1952 по 1992 г. – вместо плиток использовал сульфатные блоки различной формы в пещерных озерах и репера в стенах гротов. Согласно расчетам, произведенным в 2013 г., скорость растворения гипсовых блоков колеблется от 0.026 до 0.039 г/год [3]. В 2001 г. был проведен анализ смещения швеллерных балок, установленных на пути движения подземных вод на выходе из пещеры. Расчеты позволили оценить годовой вынос растворенного вещества – 83 тыс. г/сут [2].

Большую часть пещеры занимают обвальные отложения. В середине 70-х годов прошлого века при запуске флюоресцеина удалось проследить направление магистрального потока поступающих в пещеру речных вод, а также его ответвлений. В гроте Длинный скорость течения воды изменялась от 4.7 до 5.3 м/час [5]. При спаде уровня паводковых вод поток распадается на ряд озер, русло потока на отдельных участках обнажается. Можно наблюдать проседания, а в отдельных случаях провалы, что свидетельствует о денудационных процессах, происходящих ниже уровня существующих пустот в спелеосистеме.

В 2013 г. в русле прослеженного подземного водотока оборудованы наблюдательные станции, привязанные к пунктам опорного маркшейдерского обоснования пещеры. Сеть состоит из основных пунктов и дополнительных съемочных точек в целиках для однозначного определения положения станций. Проведен нулевой цикл измерений. В течение 2013–2014 гг. замеры проводились дважды в год с учетом фаз водности в пещере (паводок – межень), в дальнейшем – 1 раз/год. В настоящее время изменения абсолютных отметок наблюдательных станций находятся в пределах ошибки замера. Исключение составляют две станции, оборудованные в опорных колоннах самого протяженного грота пещеры – Длинный, где с момента начала замеров отмечается постоянное снижение абсолютных отметок.

Процессы, происходящие на поверхности и внутри карстовых массивов в настоящее время, влияют на ход развития опасных геологических явлений, в т.ч. провалов, а также паводков. Разработка методов изучения скорости карстовой денудации в конкретных условиях – надежная основа решения прогнозно-оценочных проблем, проектирования и расчета широкого спектра геологических задач.