С общих гидрогеологических позиций Пинежье расположено в зоне активного водообмена Северо-Двинского артезианского бассейна.

Водовмещающими породами являются:

а) в четвертичных отложениях – пески, супеси, гравий, галечники, содержащие поровые и порово-пластовые воды;

б) в пермских отложениях – трещиноватые алевролиты, песчаники, мергели, трещиноватые и кавернозные известняки, доломиты, гипсы и ангидриты. Они содержат трещинные, трещинно-пластовые, трещинно-карстовые и жильные карстовые воды.

Водовмещающие породы обладают преимущественно слабыми фильтрационными свойствами и водообильностью, за исключением песков крупных и средней крупности, гравия и галечников аллювиальных и морских отложений, а также закарстованных карбонатных и сульфатных пород перми. Водоупорными породами являются суглинки и глины четвертичных отложений, имеющие локальное распространение. В связи с отсутствием выдержанного регионального водоупора все водоносные горизонты и комплексы четвертичных и дочетвертичных отложений гидравлически связаны между собой. Воды четвертичных отложений пресные, преимущественно гидрокарбонатные кальциево-магниевые. В гипсах и ангидритах сакмарских и уфимских отложений перми содержатся слабосолоноватые сульфатные кальциевые воды.

Карстовые воды в карстолитах сульфатной и сульфатно-карбонатной субформаций не имеют единого зеркала. Водоносность пород имеет решетчато-мозаичный характер.

Питание водоносных горизонтов и комплексов осуществляется в основном за счёт инфильтрации атмосферных осадков и вод поверхностных водоемов, частично за счёт перетекания вод из вышележащих водоносных горизонтов. Движение подземных вод направлено в сторону долин рек Пинеги, Кулоя и их притоков (реки Сия, Чуга. Портюга, Сотка, Келда, Полта и др.), где и осуществляется разгрузка водоносных горизонтов и комплексов.

Гидрогеология карста предполагает рассмотрение таких вопросов, как движение воды в массиве, условия её циркуляции, глубины залегания растворимых пород и других факторов, обусловленных литолого-структурными (Горбунова, 1979) и геоморфолого-неотектоническими (Малков и др., 1983) особенностями территории. Роль их особенно существенна для Пинежья, что находит отражение в довольно сложном гидродинамическом строении территории (рис. 1.4.1).

Рис. 1.4.1. Схема гидродинамической зональности карстовых вод.

В сфере активного водообмена в карстовых массивах выделяются следующие гидродинамические зоны (Максимович, 1963):

Между зонами ВНЦ и ГЦ расположена зона колебаний уровня с сезонными чередованиями горизонтальной и вертикальной циркуляции (ПВГЦ – переходной вертикальной и горизонтальной циркуляции). В первых трёх зонах воды движутся свободно в направлении к магистральным дренам (либо к окраине массива). Зона СЦ связана с зоной ГЦ и отличается от нее полным насыщением трещин, каверн, пустот, малыми скоростями и движением воды под действием напора. Воды зоны СЦ разгружаются в подрусловые каналы (пустоты) магистральных рек, где выделяется зона подрусловой или поддолинной циркуляции (ПРЦ), либо образуют восходящие (вблизи русел субаэральные) карстовые источники.

Зона ВНЦ соответствует зоне аэрации по Д.С. Соколову (1962), зона ПВГЦ – зоне сезонных колебаний уровня карстовых вод, а зоны ГЦ и СЦ – зоне полного насыщения.

Рис. 1.4.2. Водопад в Тимофеевском Провале.

Фото В.Н. Малкова

Для равнинной территории Пинежья более значимы геоморфолого-неотектонические факторы развития, отражающие более сложную, чем в горных странах, картину закарстования.

Формирование закарстованности массивов на Беломорско-Кулойском плато прослеживается с доледникового времени. В условиях достаточно устойчивых восходящих движений создавались полные гидродинамические профили (по классификации Максимовича, 1963). На участках наибольших поднятий, прорезанных глубокими долинами рек, латеральные пути циркуляции сокращались при доминировании вертикальной нисходящей циркуляции. В прилегающих к Беломорско-Кулойскому плато районах в условиях слабых поднятий и инверсионных опусканий образовывались сокращённые профили с преобладанием зон горизонтальной и сифонной циркуляции.

Верхнеплейстоценовый структурный профиль был нарушен гляциостатическими опусканиями и послеледниковыми поднятиями, что обусловило смещение гидродинамических зон, исчезновение зон ВНЦ, ГЦ на основной период оледенения, неоднократную перестройку гидродинамических профилей.

Беломорско-Кулойское плато характеризуется более зрелым карстом и по условиям формирования оно ближе к горным, чем к равнинным районам. Основным его отличием от низинных территорий является наличие нисходящих карстовых потоков. Аналогичные условия (унаследованные восходящие движения, но с меньшей амплитудой) имели место на Охтомской возвышенности. Поэтому по её краям (средние течения рек Сия - Гбач - Портюга) в карстовых массивах также имеют место нисходящие карстовые потоки.

Важной гидрогеологической особенностью территории является наличие в разрезе водоносных линз СЦ, залегающих выше современной зоны ГЦ и играющих существенную роль в питании крупных спелеоводоносных систем и многих карстовых озер. Линзы представляют собой сеть взаимосвязанных каналов, имеющих ограниченные дренажные пути и поэтому содержащих слабонапорные воды. Эти линзы являются своего рода резервуарами, круглогодично питающими карстовые потоки. Запасы их пополняются за счёт инфлюации поверхностных вод и инфильтрации атмосферных осадков.

Работами Карстового отряда Архангельской геологической службы (Малков и др., 1988) установлено, что в силу высокой закарстованности массивов рассматриваемой территории практически отсутствует переходная зона и, как следствие, при колебаниях уровня сохраняется горизонтальная циркуляция.

Основываясь на схемах гидродинамической зональности, разработанных Д.С. Соколовым (1962) и Г.А. Максимовичем (1963), а также учитывая региональные схемы гидродинамической зональности для Горного Крыма и Западной Грузи (Дублянский, Кикнадзе, 1984), авторами предлагается следующая схема гидродинамической зональности для территории Пинежья (рис. 1.4.1).

Рис. 1.4.3. Водопад на входе в пещеру Пехоровский Провал. Высота водопада 18 м.

Фото В.Б. Еремеева

I – зона аэрации характеризуется вертикальной нисходящей циркуляцией карстовых вод по трещинам, каналам, органным трубам, колодцам в карстолитах. Питание происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков и инфлюации поверхностных водотоков, а также за счет конденсации влаги.

Мощность зоны аэрации на плато является максимальной для данной территории (более 20 м, до 40-60 м). На левом берегу реки Пинеги и в пределах Верхнекулойской равнины мощность зоны аэрации сокращается до 10-15 м, местами достигая 20 м.

Иногда в зоне аэрации существуют подвешенные водотоки, приуроченные к границам геологических толщ различного состава. В одних случаях водотоки вскрываются эрозионными врезами и провальными формами у дневной поверхности. Водотоки в колодцеобразных провалах образуют водопады. Примером их являются Тимофеевский и Пехоровский Провалы. Тимофеевский Провал находится в юго-восточном отвилке Северного лога. Его нижняя часть сложена гипсами с прослоями ангидрита и доломита. Подземный поток выходит в стенке колодцеобразного провала и падает двумя струями с высоты 8 и 6 м (рис. 1.4.2). Пехоровский Провал расположен в верховьях одноименного лога. Известен самым крупным и живописным водопадом, высота которого составляет 18 м (рис. 1.4.3). Водоток имеет подземное питание лишь в периоды зимней и реже летней межени. В другие периоды его питание смешанное. Расход потока в летнюю межень колеблется от 5-7 до 12 л/с. В холодный период струи водопада покрываются толстым ледяным панцирем и водопад становится как бы беззвучным. В других случаях висячие водотоки и водопады находятся внутри гипсоангидритовой толщи. Они развиты по прослоям доломитов, играющих роль относительного водоупора. Висячие водотоки и водопады представлены в пещерах Северный Провал, Громковка, Конституционная. Расходы водотоков изменяются от 0,5-1,0 до 7-15 л/с. Высота водопадов колеблется от 4-6 до 10 м.

Разгрузка вод этой зоны происходит в нижележащую зону II. Карстовые источники редки. Известен всего один источник вблизи д. Красная Горка в красноцветных песчаниках (P₂vh₂).

II – зона неполного рассредоточенного насыщения. Формируется при длительном закарстовании массивов в условиях преобладающих восходящих либо слабо инверсионных нисходящих неотектонических движений. При этом наследуются и перерабатываются водоносные пути зоны полного насыщения, включающие каналы, полости, трещины, каверны зон ГЦ и СЦ (по Г.А. Максимовичу). Водоносная структура приобретает древовидный характер, обеспечивающий высокую концентрацию подземного стока по главным путям.

Рассматриваемая зона представлена в двух вариантах:

Верхняя граница зоны неполного насыщения определяется по наличию водотоков и озер со свободным движением воды в сторону магистральных дрен (признак развитой ГЦ).

Мощность зоны зависит от интенсивности поднятий последней фазы восходящих движений и глубины послеледникового вреза. Положение нижней границы II зоны определяется при анализе гидрогеологических профилей.

На Беломорско-Кулойском плато и в северо-западной расчлененной части Охтомской возвышенности II гидродинамическая зона представлена в виде изолированных разноуровенных водотоков (вариант IIа). Водотоки перетекают по обводненным и полуобводненным пещерам, сифонным каналам и линзам.

Наиболее зрелые элементы водоносной структуры объединяются в спелео-водоносные системы, характеристика которых приводится ниже.

В связи с продолжающимся поднятием территории пещерные водотоки обладают повышенной скоростью движения (от 0,03-0,15 до 0,3-0,5 м/с) с заметным уклоном русел, наличием сливов, перекатов. На отдельных участках встречаются водопады высотой от 2 до 4-6 м.

Рис. 1.4.4. Поглащение р. Точихи в пещеру Братыня.

Фото Ю.И. Николаева

Сифонные линзы выделяются в качестве нового элемента II гидродинамической зоны. Они приурочены, как правило, к днищам карстовых котловин, депрессий, располагающихся в области питания карстовых потоков. Сифонные линзы, будучи фрагментами зоны полного насыщения, унаследованы от предыдущего этапа развития карста. Это обстоятельство объясняет необычность нахождения сифонных линз на продолжении свободных пещерных потоков вверх по течению.

Формирование вод II гидродинамической зоны осуществляется как за счёт вод зоны аэрации, так и непосредственно путём инфильтрации и инфлюации поверхностных вод в крупных карстовых депрессиях, вскрывающих эту зону (рис.1.4.4).

Рис. 1.4.5. Пещера-источник Ленинградская на р. Сотке.

Фото Ю.И. Николаева

Сток направлен в сторону Беломорско-Кулойского уступа к долинам рек Пинега Кулой, Сотка. Разгрузка вод этой зоны происходит через пещеры-источники, реже родники. Известными крупными пещерами-источниками являются: Юбилейная (20-80 л/с), Ленинградская (38-120 л/с) (рис. 1.4.5), Конституционная (12-20 л/с). Менее известны пещера-источник Ключевая на реке Чуге (10 л/с) и Молодёжная на р. Угзеньге (75-200 л/с).

В полосе регионального уступа плато пещерные водотоки переходят в сифонные каналы нижележащей зоны полного насыщения, а затем разгружаются в виде восходящих источников.

Сезонные колебания уровня карстовых вод (вариант IIб) характерны для низменных равнин, испытавших слабоинверсионные опускания (Верхнекулойской и Нижнепинежской). Основная динамика связана, с сезонными колебаниями уровня рек Пинега и Кулой особенно в половодье. Амплитуда колебаний уровня карстовых вод невысока и не превышает 2-3 м. Мощность же второй зоны в данных условиях определяется как амплитудой колебания уровней, так и глубиной подземных водоемов, имеющих свободную поверхность. Мощность рассмотренной зоны изменяется от 3 до 6 м.

III – зона полного насыщения: все трещины и карстовые пустоты полностью заполнены водой. Отличается слабо напорным движением карстовых вод к основным дренам – долинам рек Пинега и Кулой. Преобладает горизонтальная циркуляция. Сифонная циркуляция отмечается в очагах разгрузки карстовых вод зоны по долинам основных рек (Пинега, Кулой) и их крупных притоков (Сотка, Келда, Полта, Портюга, Чуга и др.). Кроме того, на локальных участках имеет место подток напорных карстовых вод нижележащего карбонатного комплекса (C₂-P₁).

Особенностью III зоны в пределах низменных равнин является наличие вблизи верхней границы обширных сифонных линз. Одна из первых подобных линз была выявлена на левом берегу р. Пинеги при обследовании полосы крупных карстовых озёр в районе урочища Сомполье.

Другой особенностью этой зоны является ее довольно близкое залегание (до 10-25 м) к поверхности земли в пределах низменной части территории в отличии от возвышенной части плато, где глубина залегания достигает 80-100 м.

Формирование вод этой зоны происходит за счёт перетока из II зоны и подтока из нижележащего карбонатного водоносного комплекса (С₂-Р₁). Разгрузка карстовых вод III зоны происходит в виде таких восходящих карстовых источников, как воронка-источник (ключевой горшок), субаквальный источник (грифон) (рис. 1.4.6), изливающаяся озёрная чаша (воклин). В речных долинах разгрузка в подрусловые пустоты напрямую фиксируется в виде температурных аномалий, реже аномалий химического состава и минерализации. Зимой на участках разгрузки образуются полыньи (рис. 1.4.7).

Карстовые озёра очень многочисленны на Пинежьи. Своим разнообразием форм, размеров, а также режимом уровней вод приуроченностью к определенным формам рельефа они отражают сложное гидродинамическое строение территории. Используя опыт классификации карстовых озёр Предуралья (Горбунова, 1979), авторы разработали классификацию озёр гипсового карста Пинежья (таблица), соответствующую сегодняшнему уровню их изученности.

Классификация озер гипсового карста.

На Пинежье, как и в Предуралье (Горбунова, 1979), на возвышенных участках часто встречаются временные и подвешенные (типы 1 и 2) кольматационные озера с ультрапресной и пресной водой. В депрессиях, логах, речных долинах, в зонах концентрированного подземного стока и разгрузки карстовых вод приурочены гидрогеологические окна и озера-родники. Они могут быть периодически исчезающими, постоянными с значительными колебаниями уровней и озерами-родниками с устойчивыми уровнями и постоянным стоком. Кроме того, на Пинежьи встречаются озера-поноры (поверхностно-проточные, по К.А. Горбуновой, 1979), которые, видимо, отсутствуют в гипсовом: карсте Предуралья.

Рис. 1.4.6. Восходящий источник - грифон на правом берегу р. Пинеги у пещеры Большая Голубинская.

Фото В.Н. Малкова

Рис. 1.4.7. Полыньи на участке разгрузки крупного субаквального источника на правом берегу р. Пинеги ниже Голубино.

Фото В.А. Мальцева

Рис. 1.4.8. Закольматированное карстовое озеро.

Фото В.Н. Малкова

Карстовые озера характеризуются двумя аспектами: 1) вложенностью в карстовые формы; 2) изменением в режиме уровней и химического состава озерных вод. Особенно существенен второй аспект, так как аномалии в режиме уровней связаны с современной активизацией карста. Ниже приводится характеристика типов карстовых озер Пинежья.

Временные озера (тип 1) включают в себя сезонные (задержка талого стока) и временно закольматированные (рис.1.4.8).

Долговременные озера (тип 2) образуются при уменьшении интенсивности выщелачивания в коренном цоколе, кольматации поноров, аккумуляции в днище чаши. Они широко распространены и при обмелении заболачиваются (рис.1.4.9). По мере заболачивания озера превращаются в начале в болота-торфяники, а затем – в блюдцеобразные понижения.

Так, в июле 1992 года полностью осушилось озеро Малое Карасиное (бассейн р. Чуги), которое существовало в стабильном режиме не менее 20 лет (рис. 1.4.10). Глубина озера около 10 м. На дне озера обнаружен понор в гипсах. На сегодняшний день котловина озера так и не заполнилась водой.

Среди озер зоны аэрации преобладают мелкие с диаметром водной поверхности 5-25 м.

Уникальными на Пинежье являются озера зоны неполного рассредоточенного насыщения, связанные с верхними сифонными линзами. Это озера с значительными колебаниями уровня, периодически исчезающие (типы 3а и 3б).

Режим таких озер зависит от баланса питания и водообмена с соседними водоносными линзами и зонами, а также стока по дренажным каналам, а не от отсутствия пробок или кольматации корневых каналов, как считалось ранее.

Озера расположены в крупных карстовых депрессиях отдельными группами или цепочками. По размеру водной поверхности преобладают средние озера (50-100 м).

Режим близко расположенных озер может быть различен. Так, в группе озер Долгих (район озера Сычево) одни озера осушаются почти сразу после активного снеготаяния, другие – постепенно в течение лета (рис. 1.4.11), в третьих – отмечается незначительное падение уровня воды. В конце 90-х годов произошла активизация карстовых процессов наблюдаемых на участках мониторинга. Например, весной 1999 года одно из озер Долгих полностью осушилось (рис. 1.4.12), в то время как соседние были заполнены.

При наличии активизаций максимальное падение уровня воды в озерах происходит в конце марта – начале апреля, а затем при наличии умеренных осадков – в конце лета – начале осени.

Исчезающие озера довольно широко распространены по площади и встречаются как на Беломорско-Кулойском плато (оз. Перелазное, Кривое и др.), так и на равнинах: Верхнекулойской (оз. Осиновы, Лебяжьи, Сухое, Вынос-озеро, Ямы, Семозеро и др.) и Нижнепинежской (озера Сухие, Поноры, Щеленное, Катечные). Катастрофические уходы воды в озерах возможны при образовании Провалов. Крупный карстовый провал с почти полным уходом воды зафиксирован Карстовым отрядом в июле 1981 года на месте озера Дикого (Верхнекулойская равнина) (рис. 1.4.13).

Приточные озёра (тип 4) встречаются на Беломорско-Кулойском плато с абсолютными отметками 70-80 м и у его подножия (абс. отм. около 30 м). Отсюда условное деление на верхние и нижние озёра. На плато эти озёра приурочены к сложным котловинам в днищах карстово-денудационных логов. Яркими примерами верхних приточных озёр являются озёра Кислые и Ераськины. Притоки в озёра составляют до 100-200 л/с. Эти озёра активно питают карстовые спелеоводоносные системы.

Рис. 1.4.9. Заболоченное карстовое озеро. Под сплавиной вода глубиной до 3 м.

Фото Е.И. Гуркало

Рис. 1.4.10. Уход озера Малое Карасиное - июль 1992 г. (Бассейн р. Чуги).

Фото Е.И. Гуркало

Рис. 1.4.11. К концу лета уровень карстовых озер понижается (озера Долгие). В днище озера виден понор, куда поглащается мелкий водоток.

Фото В.Н. Малкова

Нижние приточные озёра принимают поверхностный сток с уступа плато, переводят его в подземный сток (в II-б и III зоны), где воды дренируются долиной реки Пинеги. К нижним озёрам можно отнести Ханозеро, Щучье, возможно, Рагозеро. Приточные озёра по размерам водной поверхности (более 500 м) являются очень крупными.

Сточные озёра (тип 5) приурочены к границам неотектонических блоков, в рельефе выраженных склонами водораздельных поверхностей, где карстовые воды вскрываются карстово-эрозионными формами. Занимают крупные карстовые котловины в днище этих форм. По размеру водной поверхности эти озёра относятся к крупным (100-500 м) и очень крупным (более 500 м) озёрам. Сток озёр составляет от 5-10 до 100-150 л/с.

Сточные озёра встречаются на Нижнесоткинском уступе Беломорско-Кулойского плато, на левобережье р. Пинеги – это озёра Большое Глубокое, Боброво, Малое и Большое Горное и др.

Озёра, связанные с зоной полного насыщения (типы 6 и 7), очень редкие. По размеру водной поверхности это мелкие озера (5-25 м).

К подземнопроточным озерам (тип 6) относятся озера в системе мостиков в устьевой части лога Железные Ворота (Широкий), а также озеро Росомаший Провал в бассейне реки Чуги.

Примером озера с восходящей разгрузкой (тип 7) является озеро Белое в долине р. Кулой. В юго-западной части его просматривается колодец с отвесными гипсовыми стенками. По рассказам местных жителей, глубина колодца превышает 20 м. Из озера вытекает река Белая, расход которой составляет около 5 м³/с. Другие воклины отмечаются в устье ручьев Войван (р. Сотка), Точек (р. Чуга).

Жемчужинами Пинежья являются озера Чакола и Карасозеро, представляющие собой систему озёр типов 3а, 3б, 4, 5 (рис. 1.4.14).

Уникальность Пинежского карста – озёра с изумрудно-зелёной водой. Особенно много таких озёр на участке нижнего течения рек Сотка, Келда, Полта, а также в системе Карасозёр. Это небольшие озёра диаметром от 5 до 30 м, возможно, приурочены к относительно недавним карстовым провалам и служат выходом глубинных вод. Цвет воды по всей видимости объясняется сульфатредукцией.

При обследовании территории Карстовым отрядом в 1980-1982 гг. на этом участке зафиксировано восемь свежих субаквальных провальных форм.

Говоря о гидрогеологии карста Пинежья, нельзя не сказать несколько слов о спелеоводоносных системах.

Рис. 1.4.12. Необычайный спад воды в озерной котловине в конце весеннего снеготаяния (май 1999 г., озера Долгие).

Фото Е.И. Гуркало

Спелеоводоносные системы (СВС) – это малые карстовые водоносные системы (Максимович, 1969), в которых основной сток концентрируется в пещерных звеньях. Они возникают при длительной карстификации массивов и раздроблении поверхностных водосборов на более мелкие с одновременным переводом поверхностного стока в подземный. По местоположению пещер, вскрывающих подземные потоки, различают верхние (питающие), средние (с транзитом) и нижние (разгрузочные) звенья СВС. Большинство крупнейших пещер входит в состав этих систем.

В рельефе СВС связаны с сетью древних ледниковых, карстово-денудационных долин, а также крупных и крупнейших котловин. По предварительным данным на Пинежье выявлено 11 СВС, из которых 9 находятся в пределах Беломорско-Кулойского плато.

Три спелеоводоносных системы (Белореченская, Голубинская и Карьяловская) расположены по периферии Беломорско-Кулойского плато. Суммарная протяженность ветвей Белореченской СВС предполагаемых 15-25 км, достоверно известных – более 9 км; Голубинской СВС соответственно – 35-40 км и более 18 км; Карьяловской – 18 и 14,5 км. В летнюю межень расход на выходе СВС составляет 350-700 л/с.

Рис. 1.4.13. Катастрофический уход воды озера Дикое в 1981 году в результате карстового провала. Левый берег р. Пинеги к северу от д. Щелье.

Фото Ю.И. Николаева

Рис. 1.4.14. Система карстово-ледниковых озер Карасозеро.

Фото Ю.И. Николаева

В целом известные СВС сосредотачивают в себе большую часть стока карстовых вод. На профилях СВС представлены обводненные пещеры, пещеры-источники, участки периодической разгрузки. Закономерными водоносными элементами СВС являются боковые и магистральные сифонные каналы. В этом отношении особенно интересны спелеоводоносные системы Белореченская (лог Железные Ворота) и Молодежная (р. Угзеньга), в которых сифонные каналы, вертикальные окна развиты в верхнем, среднем и нижнем водоносных звеньях. В Белореченской системе протяженность сифонных каналов, разведанных с применением аквалангов, превышает 600 м!

СВС, по-видимому, являются наиболее зрелыми макрообъектами подземного карста. Они представляют собой уникальные природные лаборатории по изучению интенсивности современного карстового процесса в пространственно-временных аспектах.

Геологическое строение

Карстовые явления