"Пещерообразующие" трещины

Трещиноватость горных пород изучают на скальных обнажениях, причем обычно определяют лишь их направление. Нас же интересуют протяженность трещин, их глубина, расстояние между соседними трещинами. Специальная литература содержит немного сведений по этим вопросам.

На Урале такие наблюдения затруднительны, так как породы почти всегда покрыты слоем почвенных отложений. Удобным для изучения оказался известняковый массив Фишт на Кавказе, поднятый над долинами рек на 800-1300 м (см. последнюю страницу вклейки). В этом районе карст "голый", на поверхности массива отложений практически нет и все трещины хорошо видны.

Массив Фишт и элементы его рельефа: а - общий вид массива с востока, б - колодец, проработанный по тектонической трещине, на фоне карров столбчатой формы, в - коррозионно расширенная тектоническая трещина, отдельные слои секутся литогенетическими трещинами, г - тектонические трещины на северном участке массива Фишт, д, е - тектоническая трещина, секущая скальную гряду, ж - скальные террасы

Литогенетические трещины располагаются на небольшом расстоянии друг от друга - от десятков сантиметров до 1-2 м. Направление их зависит от направления наклона пластов известняка. Закарстование литогенетических трещин приводит к образованию карров - наиболее характерной поверхностной формы "голого карста (последняя страница вклейки б, в).

Тектонические трещины на массиве Фишт образуют сетку вертикальных плоскостей значительной протяженности и глубины. Расстояние между соседними трещинами от 7 до 15 м. Направления их не зависят от наклона пластов известняка. Значит, они возникли здесь уже после сформирования массива. Тектонические трещины этого типа при закарстовании на поверхности дают неглубокие "слепые" колодцы, карстовые рвы, скальные террасы, линейные понижения, секущие скальные гряды.

В этом районе есть также более крупные тектонические трещины - наклонные трещины скола, расстояние между которыми около 80 м. Можно полагать, что их закарстование привело к формированию больших долин, разделяющих скальные вершины массива.

Итак, формы поверхностного карста зависят от характера трещин определенных рангов, расстояние между которыми строго постоянно. Спелеологи знают, что некоторый порядок в этом отношении царит и под землей.

Так какие же именно трещины используются при образовании карстовых пустот? Ответ на этот вопрос могут дать сами пещеры. Исследователи давно обратили внимание на геометрически правильный рисунок планов многих пещер и связали его с трещиноватостью пород. Известный карстовед Н. И. Соколов отметил, что каждая пещерная галерея выявляет трещину, послужившую ее зародышем. На своде пещерной галереи почти всегда хорошо виден след вертикальной трещины (если только нет обильных натечных образований). Очевидно, частоту трещин, превращающихся в карстовые полости, можно определить по густоте галерей в этих пещерах. Удобно для этой цели использовать лабиринтные пещеры, образующиеся в условиях, где расширяются практически все трещины массива.

Статистика помогла выявить, что во многих пещерах в разных карстовых районах страны (Подолия, Урал, Сибирь) расстояние между соседними трещинами - величина достаточно постоянная, близкая к 7-10 м и практически совпадает с расстоянием между тектоническими трещинами на поверхности массива Фишт. Небольшое различие, очевидно, связано с разницей в механических свойствах вмещающих пород. При формировании карстовых лабиринтов важную роль играют тектонические трещины, расстояние между которыми именно около 7-10 м. Они же определяют и развитие шахт, которые чаще всего формируются по системе тектонических трещин, так что глубины отдельных колодцев составляют обычно один или несколько десятков метров. Встречаются и гигантские одностволовые пропасти глубиной до 450-500 м, идущие по одной тектонической трещине. Протяженность отдельных линейных галерей пещер также достигает сотен метров. Как видим, частоты, а также горизонтальные и вертикальные характеристики тектонических трещин на поверхности массива совпадают с аналогичными элементами карстовых пещер довольно часто.

Как же обстоит дело с пещерами речного типа? В таких пещерах почти не встречается прямых коридоров - они многократно меняют свое направление. Можно предположить, что каждый прямолинейный участок галереи выявляет вертикальную трещину, по которой он развит. Тогда расстояние между соседними изгибами галереи и будет соответствовать расстоянию между образовавшими ее трещинами. На рис. 33, а, б показаны графики распределения длин проекций прямолинейных участков в пещере Географическая (рис. 34, а) и в полостях массива Фишт. Наклонные пещеры речного типа образуются главным образом по трещинам, расстояние между которыми близко к 1,5 м, и, очевидно, это литогенетические трещины.

Рис. 33. Гистограммы частоты встречаемости (п) длин (l) плановых проекций прямолинейных участков входной галереи в пещере Географическая (а) и в полостях массива Фишт (б), в - схема определения расстояний между соседними 'пещерообразующими' трещинами, г - продольный (1) и поперечный (2) разрезы пещерной галереи, которая сечется тектоническими трещинами (обозначены пунктиром)

До сих пор литогенетические трещины рассматривались карстоведами лишь в связи с поверхностными формами карста. По мнению Д. С. Соколова, литогенетические трещины не могут обусловить возникновение интенсивной циркуляции подземных вод ни в значительной части карбонатных толщ, ни тем более в гипсах, ангидритах и каменной соли" (27). Наши результаты говорят о том, что это положение надо пересмотреть. Нет сомнения в том, что карстовые пещеры образуются по достаточно густым сеткам трещин, которые есть в любом массиве растворимых пород.