Район Пинежья расположен в центральной части Архангельской области, характеризуется типичными для неё экзогенными геологическими процессами: заболачиванием, эрозией, карстом. Широкое площадное развитие имеют заболачивание и карст, они занимают соответственно территории 2640 км² и 3355 км². Соотношение между площадными показателями – 1:1,27.

Таким образом, карст, как экзогенный геологический процесс, занимает на Пинежье первое место. Однако пространственное развитие карста весьма неравномерно, что обусловлено наличием двух литологических типов карста (карбонатного и сульфатного) и общей неблагоприятностью современных условий и карстификации в пределах развития карбонатного карста.

Карбонатный тип карста охватывает формации, сложенные полностью или в значительном объёме растворимыми породами долмитового и известнякового состава. К ним относятся каменноугольная, нижнепермская и верхнеказанская карбонатные морские формации, нижнеказанская терригенно-карбонатная формация. Состав формаций описан в главе "Геологическое строение".

Общая площадь карбонатных формаций составляет 5450 м² (более половины рассматриваемой территории). Поверхностный карст, фиксируемый в виде сосредоточенных участков на аэрофотоснимках и по маршрутным данным, занимает площадь 580 км². Площадная закарстованность карбонатных формаций по результатам дешифрирования аэрофотоснимков составляет 10,6%. Столь низкий показатель объясняется перекрытостью карбонатов значительным рыхлым покровом, широким развитием заболачивания, сильной трещиноватостью и выветрелостью коренной кровли, наличием кольматационных кор карбонатной муки и другими неблагоприятными факторами. Кроме того, на залесённой территории поверхностные карстопроявления плохо выражены на аэрофотоснимках и пропускаются при среднемасштабных наземных работах.

В целом, карбонатный тип карста обладает рядом общих особенностей, обобщённых Н.А. Гвоздецких (1972), А.Г. Чикишевым (1979). К ним относятся: низкая растворимость пород; продолжительный период насыщения природных вод; зависимость агрессивности вод от поступление свободной диффузной углекислоты и органических кислот; избирательность процесса растворения горных пород кальцит-доломитового состава; особенности микроструктурного сложения пород; возможность выпадения в осадок карбоната кальция, при удалении из раствора углекислоты; торможение процесса растворения при наличии коллоидных плёнок глинистого вещества.

Карбонатные породы потенциально водоносны. Они могут иметь все виды проницаемости: трещинно-поровую, порово-кавернозную, трещинно-порово-кавернозную. При благоприятных условиях процесс карстообразования может охватывать всю толщу карбонатного массива. При очень длительной денудации на пенепленовой равнине кровля карстолитов фиксирована карстово-эллювиальной корой, содержащей глинисто-карбонатную муку. На таких участках, а также участках с высокой раздробленностью пород литогенетическими трещинами и трещинами выветривания, молодое карстообразование не создаёт классических проявлений в виде воронок, котловин (Малков, Гуркало, 1994).

В отложениях карбонатно-терригенного состава карстовый процесс происходит в затруднённых условиях с очень длительной стадией скрытого развития. При переслаивании карбонатов и терригенных пород, карст может усиливаться вслед за возникновением суффозии. В случае чередования растворимых и плохо растворимых слоев карбонатов карстовый процесс тормозится вследствие кольматации первичных каверн и кор.

Процесс растворения лимитируется содержанием в породе не растворимого, глинистого вещества более 20-30% (Чикишев, 1979). Причиной тому являются коллоидные плёнки, обволакивающие зёрна карбонатов и препятствующие действию химической реакции.

Карбонатный карст представлен в рельефе воронками, западинами, котловинами, карстовыми озёрами, суходолами, мелкими логами. В бортах речных долин имеются мелкие ниши, гроты, небольшие полости.

Второе место на территории Пинежья занимают формации с растворимой сульфатной основой. К ним относятся гипсы и ангидриты соткинской свиты нижней Перми, пачка переслаивающихся гипсов и доломитов кулогорской свиты, а также верхнепермские сильно огипсованные красноцветы вихтовской свиты. Площадь распространения сульфатных формаций составляет 3685 км², в том числе поверхностным закарстованием охвачено 2775 км². Показатель площадной закарстованности сульфатов 75,3%. При этом 1255 км² закарстованной площади (45,2%) отличаются повышенной плотностью проявлений (более 100 форм на 1 км²).

В чистом виде для сульфатного типа карста характерны следующие отличия (Гвоздецкий, 1972; Горбунова, 1977; Чикишев, 1979): средняя растворимость, быстрое насыщение растворенным веществом при низких и средних скоростях движения воды; значительная избирательность процесса растворения при наличии прослоев карбонатных пород; низкая механическая прочность, предрасположенность к размыву и обвальности, провалообразованию. В частности, в неоднородных толщах карстовый процесс в сульфатах идёт как минимум на один порядок быстрее, чем в карбонатах, так как растворимость последних в природной среде по отношению к первым выражается по формуле 1:6-10-15.

В массивах сульфатный карст развивается весьма неоднородно, что связано с общей анизотропностью литолого-геологического строения территории, а также преимущественно трещинной проницаемостью сульфатов. В общем случае, интенсивное закарстование охватывает поверхностную и приглубую зоны массивов. Плотность поверхностного закарстования высокая, очень высокая и предельная. Глубинное закарстование определяется особенностями тектонической историей массивов, наличием межблоковых и внутриблоковых зон разгрузки внутренних напряжений, проявлением повышенной трещиноватости и раздробленности пород. Вследствие пластичности сульфатных пород с возрастанием глубины в них происходит закрытие проницаемых трещин, соответственно, затухает и глубинный карст.

Основной вклад в развитие карста вносит активная тектоническая трещиноватость, которая проявляется ярусно внутри массивов (Климчук, Андрейчук, Турчинов, 1995). Сквозная карстификация массивов возможна под действием древних и новейших тектонических движений восходящего и слабоинверсионного характера (Малков, Гуркало, 1994).

Массивы сульфатного типа карста неоднородны по водоносным свойствам и водообильности. В зоне активного водообмена присутствуют как водоносные, так и сухие участки. При погружении карстоносной толщи ниже влияния денудационных врезов сульфатные породы становятся водоупорными.

На Пинежье выделяются три подтипа сульфатного карста: бронированный, полубронированный, свободный. Первый подтип свойственен массивам, где на сульфатах залегают плотные, выдержанные по мощности карбонатные породы. В этом случае молодой карстовый процесс происходит на глубине и отражается в виде провалов на дневной поверхности. Карбонаты и залегающие выше терригенные отложения могут служить относительными водоупорами, концентрирующими поверхностный сток. В миниатюре получаем модель кавказского карста, описанную В.Н. Дублянским и др. (1985).

Полубронированный карст возникает в сульфатных массивах, перекрытых пачкой переслаивающихся гипсов и доломитов. Мощность пластов доломитов не превышает 2,0-2,5 м, а самой пачки – 12 м. Карстовый процесс локализуется в глубине и в перекрывающей пачке. Скорость процесса более высокая. Характерны также периодические провальные явления – совместное протекание карста и эрозии.

Свободный карст связан с массивами, в которых перекрывающий горизонт полностью денудирован. При этом существует два варианта закарстования. В первом варианте (инклюзивный карст) сохраняются тонкие линзы верхних карбонатов либо остатки карбонатной коры выветривания, что свидетельствует об унаследованности карста и заложении структуры закарстования в полубронированных условиях.

Второй вариант (эксклюзивный карст) не имеет следов перекрытия карстолитами другого состава, что является результатом либо более глубокой денудации, либо отсутствия изначально верхних карбонатов.

Карстовый геодинамический процесс выражается на трёх вещественных уровнях: гидрогеологическом, геологическом, геоморфологическом. На первом уровне карстопроявления обусловлены действующим карстом и представлены карстово-водоносными структурами, карстовыми водами, а также значимыми элементами, фиксирующими питание, движение, разгрузку карстовых вод. Такими элементами являются: очаги поглощения линейного и руслового стока, поноры, сухие русла, карстовые озёра и источники.

Второй уровень карстопроявления связан со способностью карстовых вод переносить и откладывать растворённые и твёрдые минеральные вещества, изменяя при этом литологический и возрастной состав первичного субстракта. К проявлениям второго уровня относятся палеокарстовые тела, минеральные жилы, элювиально-карстовые коры, пещерный заполнитель и другие геологические образования отмершего процесса любого возраста, значимые для истории развития карста.

Третий уровень карстопроявлений – геоморфологический, в наиболее полном виде отражает карстовый процесс и его результаты, то есть форму в её взаимосвязи с созидающими процессами и строением вмещающего субстракта. До достижения третьего уровня карстовый процесс идёт скрытно и трудно поддаётся анализу закономерностей его развития. Формы карста проявляются на дневной поверхности и в глубине массивов. Они могут иметь длительное развитие и испытывать прогрессивные либо регрессивные перестройки, в результате которых появляются качественно новые формы. Например, провальное углубление переходит в воронку, серия воронок – в котловину, серия котловин – в депрессию. Это прогрессивные перестройки. Регрессивные перестройки проявляются, когда воронка деградирует, заболачивается или переходит в западину, котловина заполняется и переходит в опадь, кровля пещеры разрушается и на её месте образуется полоска провально-глыбового рельефа.

При смене этапов геоморфологического развития существующие формы эволюционируют по четырём вариантам:

Карстовые формы создаются и разрушаются не только под воздействием собственно карстовых, но и сопряжённых денудационно-аккумулятивных процессов (эрозии, суффозии, обвальности, раскрытия трещин, промерзания, аккумуляции). Поэтому, между существующей формой и созидающим процессом могут наблюдаться согласованные либо дискомфортные отношения.

Первые отношения свойственны молодым развивающимся формам. Вторые отношения характерны старым и древним унаследованным формам. Помимо этого существуют реликтовые формы и формы последействия, в которых карстовый процесс полностью прекратился.

В карстовых явлениях ведущими являются карстовые процессы. Они создают проявления карста, в том числе формы. Карстовые процессы подвижны во времени и пространстве. В качестве синонимов процессов используются термины карстообразование и карстификация.

Карстопроявления и карст тождественные понятия. Карстовые формы – более узкий термин, для обозначения трёхмерных проявлений, выраженных на поверхности массивов либо под землёй, а также имеющих признаки индивидуальной дифференциации. Требование трёхмерности необходимо для соблюдения телесной целостности формы. Если карстопроявление вскрыто в стенке карьера, обнажения либо пройдено скважиной, подземной выработкой и установлены размеры данного проявления только в одной плоскости, то нельзя отождествлять его с формой рельефа.

Гидрогеология карста

Карстовые формы