В.В. Покалюк, И.М. Стефанишин, А.А. Аронский, Н.В. Шафранская
*Институт геохимии окружающей среды НАНУ, Киев, Украина
**ООО «ТЕТ-продакшн», Киев, Украина
***Институт геофизики НАНУ, Киев, Украина
****Киевский национальный университет им. Т.Шевченко, Киев, Украина
Латеральные гидродинамические типы лабиринтов
и спелеоинициирующая трещиноватость пещеры Мушкарова яма
(Подолье)
Выделен отдельный гидродинамический тип пещерных лабиринтов – мощных широких горизонтальных коллекторов-концентраторов подземного палеостока, характеризующийся аномально высокой степенью «пустотности»
V.V.Pokalyuk, I.M. Stefanyshyn, A.A. Aronskiy, N.V. Shafranska
Lateral Hydrodinamic Tipes of Labyrinths and Speleoinitiating Joints of Mushkarova Yama Cave (Podillia Region)
Morphological hydrodynamic type of karst caves labyrinths has characterized, which features by large and wide subsurface collectors of paleo-drainage with abnormally high void fraction.
Пещера Мушкарова яма расположена на юге Тернопольской области в Борщевском районе неподалеку с. Алексинцы; открыта в 2008 г. и закартирована членами киевского спелеоклуба "Карст" под руководством И.М. Стефанишина. Геолого-морфологические и другие сведения о ней приведены в работах [5, 6]. По протяженности разведанных на 2011 г. ходов (5220 м) она входит в десятку крупнейших карстовых пещер Украины. Пещера заложена в гипсовой толще неогенового возраста мощностью около 20 м, перекрытых маломощным (6-16 м) неоген-четвертичным чехлом песчано-карбонатно-глинистых отложений. Так же как и большинство крупных подольских пещер, она относится к лабиринтовому типу и имеет несколько ярусов горизонтальной эрозионной проработки. Основные доступные объемы пещеры (90%) приурочены к среднему ярусу гипсовой толщи (нижний ярус почти полностью закупорен наносами, а верхний составляет не более 10% всех ходов).
Важнейшим свойством пещерных сетей в гипсах Подолии является их ярусная дифференциация [3, 4]. В отношении же латеральной изменчивости структуры пещерных лабиринтов (в пределах одного уровня или яруса) отмечено лишь то, что они в целом незначительны: «сети, развитые в одном и том же интервале, но на разных площадях пещерного поля, демонстрируют сходство важнейших черт структуры и морфологии ходов, но могут иметь и некоторые различия. Структурные различия выражаются главным образом в плотности сетей, расстоянии между субпараллельными ходами (частоте ходов одного направления) в системных сетях, распределении ходов различной длины по направлениям…. Площадные различия морфологии одноярусных ходов могут обуславливаться также и гидродинамическими факторами, например степенью концентрации стока или интенсивностью водообмена … [3, стр. 43]» Яркий пример латеральной неоднородности лабиринтов представляет пещера Мушкарова яма. По степени эрозионно-коррозионной проработки пещера четко разделяется на два типа районов (рис.1), связанных друг с другом одним горизонтальным уровнем (ярусом) распространения.
Первый тип (А) обычен для большинства пещер региона. Ему свойственна лабиринтовая сетка с неширокими ходами при средней ширине ходов 1-2 м и значительном преобладании площади целиков над площадью пустот.
Второй тип (В) характеризуется аномально высокой степенью «пустотности». Отношение площади пустот к площади перемычек (целиков) здесь аномально высокое и доходит до 4/1. Район состоит из невысоких широких галерей и залов, разделенных узкими перемычками и столбообразными колоннами. Ширина галерей достигает 12 м, залов – 30 м, при средней высоте их около 2 м и размерах перемычек в среднем от 1×1 до 10×15 м. Граница между районами А и В нерезкая (без каких-либо смещений), но четкая. Она ориентирована субпараллельно общей вытянутости пещеры в СЗ–ЮВ направлении. Граница контролируется зоной (шириной 2-5 м и протяженностью 200 м) тектонических трещин более крупного ранга, рассекающих как среднюю, так и верхнюю пачки гипсов. К этой зоне приурочена узкая полоса ходов верхнего яруса пещеры. Каких-либо вертикальных смещений по границе указанных районов не наблюдается. Мало того, эрозионные ниши и стратиграфические маркеры плавно, без изменений прослеживаются из одного района в другой. Все это свидетельствует о том, что такие аномально проработанные водой районы, в данном случае район В, представляют собой участки наибольшей концентрации стока подземных вод и являются фрагментами мощного широкого коллектора, вероятно, подземного палеорусла. Есть все основания полагать, что данный коллектор продолжается далее за зонами завалов, ограничивающих пещеру с севера и востока. Об этом свидетельствует непрерывная цепочка погребенных воронок и крупных просадок в современном рельефе, трассирующихся в юго-восточном направлении от пещеры на протяжении 2 км [5].
Указанный тип лабиринта (В) в морфологическом отношении похож на пещеру Вертеба, для которой также указывалась аномально высокая степень отношения площади пустот к площади перемычек [1]. Однако, в отличие от Вертебы здесь это отношение еще выше и, вероятно, представляет предельную степень коррозионно-эрозионной проработки подземных площадей, после которой наступает стадия активных широких обрушений кровли. Такие обрушения наблюдаются в северо-западном и восточном ограничениях лабиринта В (рис.1).
Данный тип лабиринта является наиболее характерной отличительной особенностью морфологии пещеры Мушкарова яма, выделяющий ее среди всех других пещер Подолии.
Рис. 1. Топоплан пещеры Мушкарова яма
(cъемка киевского спелеоклуба «Карст» 2008-2009 г.г. c дополнениями 2011 г.; авторы – И. Стефанишин, С. Мусияченко, В. Прохоренко, В. Иващук, Т. Радченко, О. Мусияченко, Д. Остапюк, К. Дмитриенко, А. Матошко, О. Диковская, А. Грачёв, А. Галаган, П. Куприч, О. Горбачёва, С. Епифанов, Т. Ермакова)
А, В – два типа районов, заложенных в одном ярусе, но различных по степени коррозионно-эрозионной проработки.
1 – граница между типами лабиринтов А и В; 2 – контур входной воронки; 3 – места выхода стоячих грунтовых вод; 4 – зона обрушения; 5 – отдельные обрушенные глыбы и глыбовые завалы.
Относительно генезиса данного типа лабиринта можно сказать, что он сформирован открытыми (ненапорными) горизонтально текущими водами. Об этом свидетельствуют многочисленные фрагменты идеально горизонтальных эрозионных поверхностей на стенах (ниши) и в потолке ходов, которые срезают литологические неоднородности в гипсах [6]. Для сходных по морфологии лабиринтов пещеры Вертеба ранее был обоснован генезис путем перетекания подземного русла через шейку палеомеандра р. Серет [1]. Сам факт латеральной площадной дифференциации районов пещеры по степени коррозионно-эрозионной проработки свидетельствует в пользу открытого горизонтального движения водотоков и их концентрации на отдельных участках в относительно широкие (до 100-150 м) и протяженные зоны подземных русел. Концепция артезианской напорной циркуляции вод при образовании подольских пещер [3] не дает удовлетворительного ответа на описанные выше наблюдаемые закономерности. Для лабиринта типа (А), развитого в западном («Озерном») районе пещеры нами построены диаграммы распределения ориентировок ходов (рис.2). Как показано в работе [3, стр. 26], пещерные хода «в целом адекватно характеризуют соответствующие свойства спелеоинициирующих трещин и их сетей». Диаграммы получены на основе одной и той же выборки (500 линейных отрезков), но различны по интервалу объединения данных – в 5 и 10 градусов. Алгоритм построения таких диаграмм приведен в работе [7]. Как видно из рисунка, обе диаграммы мало отличаются друг от друга и свидетельствуют о наличии четырех основных, неравнозначных по количественному проявлению, систем направлений. Резко доминирует субмеридиональная система (355-5°). Она характеризуется наибольшей протяженностью прямолинейных отрезков ходов (9-19 м) и их наибольшей плотностью (средний шаг между двумя соседними параллельными ходами – 3-6 м). В меньшей степени проявлены северо-западная (~312°) и субширотная (~270°) системы. Для обеих характерны короткие прямолинейные отрезки (4-7 м) и шаг между двумя соседними параллельными цепочками 12-18 м. Эти две системы тесно связаны друг с другом, образуя цепочки связанных, переходящих друг в друга по простиранию ходов, вытянутые в целом с ЗСЗ на ВЮВ. Далее по распространенности следует четвертая система – северо-восточная (~ 45°), для которой также характерны относительно короткие (до 6 м) прямолинейные отрезки, выстраивающиеся в угадываемые прерывистые цепочки. Расстояние между такими субпараллельными цепочками составляет 12-17 м. Кроме указанных четырех систем направлений присутствуют также и другие, однако они слабо проявлены в данной выборке.
В целом пещерная сеть характеризуется отчетливой системностью (упорядоченностью) и анизотропией, что свойственно тектонической (эндогенной) трещиноватости. Вместе с тем наблюдаемая совокупность четырех основных систем направлений (субмеридиональной, субширотной и двух диагональных) типична для планетарной трещиноватости осадочных пород чехла, возникающей уже на стадии литификации осадков за счет внешних ротационных сил планеты [2]. Вероятно, имеет место наложение тектонического фактора на сформированную несколько ранее планетарную трещиноватость гипсов.
Строгая кинематическая оценка вышеуказанных направлений неоднозначна, поскольку отсутствуют непосредственные полевые тектонофизические данные о характере смещений. Однако по морфологии проявления этих систем можно предполагать, что субмеридиональное направление соответствует сколам с очень незначительной компонентой раздвига (или её отсутствием), в то время как северо-западные и субширотные направления соответствуют сколам с большей компонентой раздвига.
Рис. 2. Диаграммы простираний ходов пещеры Мушкарова яма.
Масштаб линейный. Выборка 500 отрезков.
В наиболее подробной за последние 15 лет работе по структурным предпосылкам спелеогенеза пещер Подолии [3] о генезисе спелеоинициирующей трещиноватости сделан общий вывод: «характеристика сетей трещин в гипсах Западной Украины в наибольшей степени соответствует свойствам литогенетической трещиноватости (стр. 54)», возникшей «на стадии позднего диагенеза (катагенеза) в связи с продолжающимся и в твердой породе процессами отжатия и перераспределения поровых растворов, перекристаллизации гипсов и т.п. (стр. 56)». В доказательство приводятся данные о сходстве пещерных сетей верхнего яруса гипсовой толщи и полигональных литогенетических трещинных систем усыхания в иле, застывания лавового потока и др. Между тем сами авторы отмечают, что сети нижнего и среднего ярусов характеризуются явно выраженной системностью и анизотропией, что является ярким свойством тектонических трещин. Несмотря на это, общий вывод о литогенетической природе касается всех трещинных сетей в гипсах. В конце авторы, однако, оговаривают: « … вопрос о природе спелеоинициирующей трещиноватости в гипсах региона пока не решается однозначно. По-видимому, правильно будет говорить о сложном процессе формирования трещиноватости в ходе литогенеза (катагенеза) гипсовой толщи, при одновременном воздействии литогенетических и тектонических напряжений и определяющем влиянии структурно-текстурных неоднородностей на заложение трещин (стр. 59)».
Между тем известно, что тектоническая трещиноватость очень сильно зависит от литологических (физических, структурно-текстурных) свойств среды. Особенно это характерно для деформаций малого уровня глубинности, к которому относится гипсовая толща. В квазиоднородной среде (в скрыто-мелкозернистых массивных гипсах нижнего яруса) реализуется схема тектонической трещиноватости, близкая к идеальным моделям (ромбическая, параллелепипедальная или субортогональная сети); в неоднородной среде (в слоистых гипсах крупно-гигантокристаллической структуры среднего и верхнего яруса гипсовой толщи) трещиноватость приспосабливается к внутренним неоднородностям среды, формируя сложную полигональную сеть.
Литература
1. Дублянский В.Н., Смольников Б.М. Карстолого-геофизические исследования карстовых полостей Приднестровской Подолии и Покутья. – Киев: Наук. думка, 1969. – 151 с.
2. Гинтов О.Б. Полевая тектонофизика и ее применение при изучении деформаций земной коры Украины. – Киев: «Феникс», 2005. – 572 с.
3. Климчук А.В., Андрейчук А.Н., Турчинов И.И. Структурные предпосылки спелеогенеза в гипсах Западной Украины. – Киев: 1995. – 104 с.
4. Корженевский Б.А., Рогожников В.Я. О значении контракционной трещиноватости в формировании карстовых лабиринтовых систем в гипсах Подолии / Вопросы генезиса, динамики, формирования подземных вод и воднофизические свойства пород УССР. – Киев: Наук. думка, 1978. – С. 147-152.
5. Покалюк.В.В., Стефанишин И.М., Грачов А.П., Мусияченко С.Т. Новая крупная гипсовая пещера Украины – Мушкарова яма (оценка перспектив и направлений поисков новых лабиринтов на основе космофотодешифрирования) // Доклады АН Украины. – 2010. – №10. – С. 102-108.
6. Покалюк В.В., Прохоренко В.П., Грачев А.П., Стефанишин И.М. Комплексное морфоструктурное нивелирование горизонтальной многоярусной пещеры в гипсах (Приднестровское Подолье) / Спелеология и спелестология: развитие и взаимодействие наук. Сборник материалов междунар. науч.-практ. конференции. – Набережные Челны: НГПИ, 2010. – С.89-93.
7. Шафранська Н.В. Алгоритм побудови кругових структурних діаграм, реалізований в середовищі ГІС // Геоінформатика. – 2011. – №1. – С. 80-83.