Генетическая классификация пещер

Согласно генетической классификации (Дублянский, Андрейчук, 1989) подземные полости подразделяются на группы, классы, подклассы, типы и подтипы (табл. 1). Группы полостей выделяются по антропному принципу (естественные и искусственные); классы - по источнику энергии полостеобразующих процессов (эндогенные, экзогенные, антропогенные); подклассы - по характеру перемещения вещества (в классе эндогенных полостей выделяется три; экзогенных - восемь; антропогенных -- три подкласса). Тип полости определяется по ведущему процессу, приводящему к ее образованию. Всего выделено 27 типов. Кроме того, в таблице 1 содержатся сведения о вмещающих породах и о примерном количестве полостей данного типа на Земном шаре (экспертная оценка). Из 21 типа естественных полостей 20 относятся к псевдокарстовым и лишь один – к карстовому. Однако последний является самым распространенным и в значительной степени определяющим характер структуры создаваемого Кадастра.

Классификация построена применительно к генетически однородным (моногенетическим) полостям. В природе же широко распространены сложные или смешанные образования. Их легко выделить, комбинируя названия основных типов.

ЭНДОГЕННЫЙ КЛАСС

МАГМАТОГЕННЫЙ ПОДКЛАСС. Кристаллизационный тип (kristallos, греч. - однородное твердое тело; Urbanі, 1977). Полости образуются при остывании магмы, сопровождающемся ее постепенной кристаллизацией. Полости чаще всего встречаются в габбро, гранитах, диоритах. Обычно имеют щелевидную форму, иногда отдельные части пещер кулисовидно примыкают друг к другу (Энхантед Рок, США, 400 м). Крупные полости (длина 5-10 м, ширина 2-3 м, высота 1-2 м) образуются в пегматитовых телах.

ВУЛКАНОГЕННЫЙ ПОДКЛАСС. Экструзионный тип (ехtrusio, лат. - извержение; (Максимович, 1974). Образуются при извержении вулканов, имеют форму, отвечающую форме кратера. Могут иметь вид шахты с отвесными или очень крутыми стенами глубиной 100-200 м (шахта Принукагигур, Исландия, глубина 218 м) или трещины значительной длины и глубины (вулкан Этна). Чаще образуются в основных и средних породах.

Таблица 1- Генетическая классификация подземных полостей

Горная порода: Ма – магматическая, Ос – осадочная, Ме - метаморфическая.

Эксплозионный тип (explosio, лат. - выброс с шумом, взрыв; (Максимович, 1974). При истечении сравнительно вязкой лавы за счет расширения газов формируются пузыри - онкосы (Gіbson, 1974), а при быстром выделении газов (при контакте лавы с влажной поверхностью) или при их взрыве - колодцы и шахты-спиракулы (Слезин,1981).

Флюационный тип (fluo, лат. - течь; Максимович, 1974). При излиянии лавы низкой вязкости с небольшим количеством газов образуются потоки значительной протяженности. Их поверхность быстро твердеет, и жидкая лава вытекает из застывшего чехла. Чаще всего лавовые тоннели образуются в породах базальтового и андезитового состава. Их протяженность нередко превышает 1-2 км, достигая 11,7 (Касумура, Гаваи и даже 13,3 км (Манжун-гул, Корея; (Вахрушев, 2009). При стекании лавы в воду образуются небольшие, но очень сложные по морфологии подлавопадные пещеры (Ганс Мейер, Замбия) (Максимович, 1974).

ТЕКТОНОГЕННЫЙ ПОДКЛАСС. Дизъюнкционный тип (disjunctio, лат. - разобщение, разделение). Образуются в результате тектонических движений, приводящих к раскрытию трещин (Kiernan,1982). Имеют клиновидную форму, суживаются кверху или книзу, обычно небольших размеров и сложных очертаний.

Контракционный тип (contractio, лат. - сжатие; (White, 1988). Образуются при напряжениях сжатия, при которых происходят горизонтальные и вертикальные смещения пород, приводящие к формированию пустот.

ЭКЗОГЕННЫЙ КЛАСС

ГИПЕРГЕННЫЙ ПОДКЛАСС (Андрейчук, 1985). Дилатансионный тип (dilato, лат. - расширение; (Kiernan, 1982). Полости образуются при снятии нагрузок на горный массив в результате таяния ледников (Sjoberg, 1986), формировании обрывов и эрозионных врезов, где развиваются силы бортового отпора (Соколов, 1962).

Гравитационный тип (gravitas, лат. - тяжесть; (Дублянский, 1977). В результате смещения пород под действием силы тяжести формируются полости между отдельными блоками коренных пород, в крупноглыбовых навалах, в скоплениях валунов в области абляции покровных ледников, в моренных и обвально-осыпных отложениях. Эти полости имеют сравнительно небольшие размеры, но широко распространены на севере Европы (Kiernan, 1982; Sjoberg, 1986; Trimmel, 1968; Tell, 1977; Rathgeber, 1980). К этому типу относятся полости провалов, а также купольные полости в осадочных породах, перекрывающих карстующиеся отложения, еще не вскрытые на поверхности (Андрейчук, 1985).

Денудационный тип (denudo, лат. - обнажать; Ozoray, 1960). Включает многочисленные, но небольшие полости, развивающиеся за счет доледникового и послеледникового выветривания пород, приводящего к расширению трещин в осадочных и, в особенности, в магматических породах (Tell, 1977; Hirvas, 1982). В перигляциальной зоне и низких широтах сюда входят полости, развивающиеся по плоскостям напластования, по контакту более и менее устойчивых к выветриванию пород (в том числе  -  магматических и осадочных), при выкрашивании пород за счет неравномерного распределения естественной влажности и пр. (Андрейчук, 1985; Муравски, 1980).

Гидратационный тип (hydr, греч. - вода; (Горбунова, 1978). Полости возникают при вспучивании и короблении пластов ангидрита в результате его гидратации. Известны в Ю. Гарце, Оклахоме, на Северной Земле, в Средней Азии. Механизм образования до конца не выяснен.

ЭОЛОГЕННЫЙ ПОДКЛАСС. Корразионный тип (korradere, лат. - сгребать; (Nangeroni, 1953). Для него характерны ниши, навесы, гроты и небольшие полости, протяженностью менее 10 м в полиминеральных разновидностях осадочных и магматических пород. Обычны в аридных и семиаридных областях (Бублейников, 1953; Vіteк, 1981).

Дефляционный тип (deflare, лат. - сдувать). Полости имеют вид ниш, навесов, небольших гротов, иногда сквозных отверстий, со временем превращающихся в «окна» и арки. Тяготеют к открытым для ветров участкам останцов и возвышений, характерны для полупустынь и пустынь, но могут встречаться и в других природных зонах.

ФЛЮВИОГЕННЫЙ ПОДКЛАСС. Эрозионный тип (erodeге, лат. - разъедать; Куrle, 1923). Полости обычно образуются в слабосцементированных песчанистых породах, что определяет их сравнительную недолговечность. Размеры подобных полостей не превышают нескольких сотен метров (Андрейчук, 1985). При заложении в магматических породах более устойчивы (Максимович, 1974).

Абразионный тип (abrasio, лат.  -  соскабливать; Куrle, 1923). Различные по морфологии полости (ниши, гроты, залы, арки, коридоры, сквозные тоннели и др.) образуются на побережье океанов, морей, озер (общая протяженность берегов более 450 тыс. км) в горных породах любых литологических разновидностей. Иногда достигая значительных размеров (200 м и более), обычно формируются в результате наложения друг на друга нескольких полостеобразующих процессов. Формируясь на уровне воды, фиксируют его изменения на протяжении геологического времени (Максимович, 1972 и др.).

КАРСТОГЕННЫЙ ПОДКЛАСС. Коррозионный тип (соггоsio, лат. – разъедание; Куrle, 1922). К этому типу относятся все наиболее известные пещеры и шахты мира. Их образование связано с процессами растворения, сочетающимися с гравитационными, эрозионными, суффозионными, абразионными и многими другими спелеогенными процессами. Это определяет морфологическое многообразие карстовых полостей и их огромные размеры (миллионы кубических метров). Процессы растворения горных пород происходят под воздействием холодных и нагретых водных растворов (гидротермокарст), охватывая значитетьную часть литосферы. Некоторые исследователи (Rathgeber, 1980; Ozoray, 1960) выделяют карстосферу как совокупность частей осадочной оболочки земли, сложенных легко растворимыми породами. Площадь карстосферы может быть ориентировочно оценена в 200 млн. км², т. е. в 35% всей площади земной поверхности (Маруашвили, Тинтилозов, 1981). Кроме эпигенетических пещер растворения иногда образуются и сингенетические пещеры (в известковых туфах). Их размеры обычно не превышают первых сотен метров. Возраст карстовых полостей зависит от литологии пород, в которых они развиваются, приуроченности к той или иной гидродинамической зоне и ряда других факторов. Самые древние карстовые полости имеют возраст около 100 млн. лет (Trimmel, 1968).

СУФФОЗИОГЕННЫЙ ПОДКЛАСС. Суффозионный тип (suffodio, лат.  -  подкапывать; Маруашвили, 1973). Полости образуются при выщелачивании и механическом выносе глинистых и песчаных частиц водными потоками. Развиты преимущественно в рыхлых суглинистых и глинистых отложениях, а также в накоплениях пирокластов и соленосных глинах грязевых вулканов. Представлены колодцами-понорами, небольшими зало- и тоннелеподобными пещерами (Маруашвили, 1973; Кригер,1976; Urbanі, 1977;  Seemann, R. 1979; Маркин, 1992; White, 1988 и др.). Суффозионные полости быстро формируются, обычно недолговечны, и поэтому их изучение имеет большое инженерно-геологическое значение. Вопросы их генезиса и терминологии («глинистый карст», «псевдокарст», «пайпинг-карст» и др.) требуют дальнейшей разработки.

ГЛЯЦИОГЕННЫЙ ПОДКЛАСС. Дислокационный тип (dislocation, фр. - перемещение; Schroeder, 1979). Полости этого типа образуются в результате гляциодислокаций при движении покровных ледников. Они выявлены и описаны в последние годы в ордовикских известняках района Монреаля (Канада). Полости имеют щелевидное строение, располагаются кулисами, их протяженность достигает 200 - 300 м (Schroeder, 1979).

Абляционный тип (аblаtіо, лат. - снос, таяние ледника). Полости образуются в эвидентных подземных льдах (термокарстовые и термоабразионные полости небольших размеров (Качурин, 1962), в ледниковом льде горных или покровных ледников (ледниковые колодцы, мельницы, каналы, пещеры и гроты протяженностью от первых десятков метров до десятков километров), в теле снежников, лавин и наледей (первые десятки - сотни метров; (Гляциологический словарь, 1984). Ледниковые пещеры по морфологии весьма схожи с карстовыми и лавовыми (Eraso, 1975). Они сравнительно недолговечны и разрушаются на протяжении 10-15 лет. Полости в снегу и наледях редко сохраняются более одного года. В последнее время полости абляционного типа СССР (Средняя Азия), Норвегии (Шпицберген), США (Аляска, штат Вашингтон), Антарктиды являются объектами интенсивных спелеогляциологических исследований (Ubach, 1978; Pu1іna, 1982; Мавлюдов, 2003 и др.)

ПИРОГЕННЫЙ ПОДКЛАСС. Пиролизионный тип (pyrolysiс, лат. - разложение огнем). Впервые этот тип полостей выделил Г.А. Максимович (Максимович, 1969). При выгорании угля происходит формирование пустот как непосредственно в угленосной толще, так и в вышележащих породах. Пещеры пожаров известны в Средней Азии (низовья р. Ягноб), а «горелые породы» широко распространены в Сибири (Кузбасс), в Якутии, на Сахалине. Значительные полости в земной коре могут образовываться также при выгорании горючих сланцев, торфа, а иногда - нефти и газа. Этот подкласс представляет наименьший спелеологический интерес, так как образующиеся полости сравнительно невелики (первые метры - десятки метров) и часто загазованы. После выгорания пласта они становятся доступными. В них часто содержатся различные сульфатные, сернистые и другие минералы.

БИОГЕННЫЙ ПОДКЛАСС. Вегетационный тип (vegetatio, лат. - произрастание). Полости этого типа возникают при слиянии шляпок грибообразных и сплетении мадрепоровых кораллов (Щукин, 1974). Подобные сингенетические подводные пещеры широко развиты в зонах развития барьерных и атолловых рифов. Они имеют значительные общие объемы, но доступны для исследования только с использованием акваланга.

Эксенционный тип (ехеnсіо, лат. - изымать) формируется за счет деятельности роющих животных (Максимович, 1969). Обычно они имеют небольшие размеры и незначительные сроки существования (Андрейчук, 1985). Исключение представляют полости в солях, которые расширяют и углубляют бивнями слоны (Trimmel, 1968).

МЕХАНОГЕННЫЙ ПОДКЛАСС. Экскавационный тип (ехсаvare, лат.- выдалбливать). К этому типу относятся полости жилищного (пещерные города), бытового (подвалы, хранилища), религиозного (храмы, монастыри), коммуникационного (тоннели, подземные ходы, метро и др.), добывающего (шахты, каменоломни, катакомбы) назначения. Их объединяет то, что горная порода извлекается из-под земли механическим путем. Количество таких полостей сопоставимо с количеством карстовых пещер. Точные подсчеты сейчас, по-видимому, невозможны. По размерам (протяженность, суммарный объем пустот) экскавационные полости превосходят карстовые (Маруашвили, 1985; Швецов, 1983).

ХЕМОГЕННЫЙ ПОДКЛАСС. Сольвационный тип (solvere, лат.- растворять). Полости этого типа образуются при нагнетании под землю растворителя (вода, кислоты, щелочи). Полезные ископаемые (каменная и калийная соль, золото, медь и пр.) переходят в раствор и извлекаются из недр земли. При этом образуются крупные полости, иногда доступные для человека после окончания отработки месторождения (Котлов, 1978).

Ликвационный тип (liquatis, лат.- плавление). В некоторых районах СССР (Предкарпатье, Средняя Азия) и за рубежом (США, Мексика) применяется «горячий» способ получения серы из закарстованных известняков. В результате возникают довольно крупные полости (Андрейчук, 1985).

Кремационный тип (сгеmo, лат. - сжигать). Такие полости образуются при получении горючего газа в недрах Земли путем неполного сжигания угля и сланца на месте их залегания (Андрейчук, 1985).

Эрупционный тип (eruo, лат.- взрывать). Полости образуются в результате мощного кумуляционного взрыва. Особенно крупные полости образуются при использовании ядерных взрывных устройств (Котлов, 1978).

ПЕТРОГЕННЫЙ ПОДКЛАСС. Конструкционный тип (constructio, лат. - сложение). К этому типу относятся все полости, образованные в результате строительной деятельности человека (ходы разного назначения в пирамидах, в промышленных и военных сооружениях и пр.). Для таких сооружений используются естественный (ломаный камень, блоки) или искусственный материал (кирпич, бетон).

Более детальная характеристика генетических типов пещер по каждому подклассу и классу дана в работе В.Н. Дублянского с соавторами (Дублянский, Дублянская, Лавров, 2001).

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1. Дублянский В.Н., Андрейчук В.Н. Спелеология (терминология, связи с другими науками, классификация полостей). – Свердловск: УрО АН СССР, 1989. – 35 с.

2. Urbanі T. Novedados sorbe estuduis realizados en las formas carsicas у pseudokarsicas del еstudio de Kuanyana // Bol. Sos. Venez. spel. - 1977. - N 16. - P. 175 - 197.

3. Максимович Г. А. О пещерах в вулканических отложениях // Пещеры. - 1974. - Вып. 14-15. - С. 121-156.

4. Gіbson J. L. Blister caves associated with an Ehiopian volkanic ashflow tuff // Stud. Speleol. - 1974. - V.2. - P. 225-272.

5. Слезин Ю.Б., Цюрупа А.И., Тараканов А.И. Лавовые пустоты и проблемы освоения территорий пещерообразующих лав на Камчатке // Инженерная геология. - 1981. - № 3. - С. 64-69.

6. Kiernan К. Mechanically shaped pseudokarst: talus, jointand, fault caves and thier potential in Tasmania // Journ. Sidney Spel. Soc. - 1982. - V. 26, № 3. - P. 41-51.

7. White W. Geomorphology and hidrology of karst terrains. - N.-Y.- Oxford: Oxford univ. Press, 1988. - 464 p.

8. Андрейчук В. Н. Классификация подземных полостей // Изв. ВГО. - 1985. - Т. 117, вып. 4. - С. 341—348.

9. Sjoberg R. Caves indicating neotectonic activity in Sweden // Geogr. ann. - 1986. - N 4. - P. 393 - 398.

10. Соколов Д. С. Основные условия развития карста. - М.: Госгеолтехиздат, 1962. - 160 с.

11. Дублянский В.Н. Карстовые пещеры и шахты Горного Крыма. – Л.: Наука, 1977. – 180 с.

12. Trimmel H. Hohlenkunde. - Braunschweig: Vieweg and Sohn, 1968. - 300 s.

13. Tell L. Cave development in noncalcareous archean igneous roks // Proc. 7-th Int. Speleol. Congr. - Sheffild, 1977. - P. 393.

14. Rathgeber T. Hohlenvermessung und Hohlenplane // Stuttgard. Beitr. Naturh. - 1980. - N 13. - S. 5 -33.

15. Ozoray G. The genesis of non-karstic natural cavities as elucidated by hungarian examples // Karst es barlancutatas. - 1960. - V. 2. - P. 127 - 136.

16. Hirvas H., Lahti S., Nienela J. Pirunpesa - preglasaalinen rapaumaonkalo Jalasjarvella // Geologi. - 1982. - V. 34, N 4. - P. 61 - 64.

17. Муравски Г. Толковый словарь немецких геологических терминов / Под ред Е. Е. Милановского. - М.: Мир, 1980. - 373 с.

18. Горбунова К. А. Пещеры гидратации // Пещеры. - 1978. – Вып.17. - С. 61 - 63.

19. Nangeroni G. Dei criteri per la classificazione delle cavita sotterannel natu- rali // Rev. Geogr. Ital. - 1958. - V.65, N 4. - P. 27 -36.

20. Бублейников В.Д. Пещеры. - М.: Госкультпросветиздат, 1953. - 112 с.

21. Vіteк J. Morfogeneticka typizace pseudokrasu v Ceskoslovensku // Sb. G. Geogr. spol. - 1981. - N 3. - P. 153 -165.

22. Куrle G. Theoretische spelaologie. - Wien: Springerverlag, 1923. - 126 s.

23. Максимович Г.А. Морские пещеры - чудеса Мира // Пещеры. - 1972. - Вып. 12 - 13. - С. 191 -196.

24. Маруашвили JI.И. Карстосфера, ее размеры и отношение к другим геосферам // Сообщ. АН СССР. - 1970. - Т. 57, № 2. - С. 357 - 360.

25. Максимович Г.А. Оригинальное использование пещер // Пещеры. - Вып. 8 - 9. - 1970. - С. 174 - 175.

26. Маруашвили Л.И., Тинтилозов 3.К. О проблемах изучения карстосферы  // Человек и природа в географической науке. - Тбилиси, 1981. С. 41 - 49.

27. Маруашвили Л.И. Основы пещероведения. - Тбилиси: Изд-во Тбил. гос. ун-та, 1973. - 367 с.

28. Кригер Н.И., Алешин А.С., Котельников Н.Е. Руководство по изучению геологических процессов в лессовых грунтах при инженерных изысканиях - М.: Стройиздат, 1976. - 14 с.

29. Seemann R. Formereichtum und Sedimentinhalt osterreicher Hohlen und Karstandscaften // Veroff. Nat. Mus. - 1979. - N 17. - P. 22 -28.

30. Маркин В.П., Харитонов В.Н. Суффозионно-провальные явления в пепловых грунтах Камчатки // Инженерная геология. - 1982. - № 3. - С. 65 -77.

31. Schroeder J. Development de cavites d'origine mecanique dans un karst froid // Ann. De Soc. Geol. de Belgique. - 1979. -№ 3 - P. 58 - 67.

32. Качурин С.П. Термокарст на территории СССР . - М.: Изд-во АН СССР, 1962. - 290 с.

33. Гляциологический словарь / Ред.: член-корр. АН СССР В.М. Котляков. – Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 528 с.

34. Eraso A. Nuevo metodo en la investigacion del karst, los modelos natu- rales у la convergencia de formas // Cuadr. Geogr. Univ. Granada. - 1975. - № 1. - P. 121 - 126.

35. Ubach, T.M. Speleologie glaciaire en Alaska [Text] / Tarres M. Ubach // Spelunca. - 1978. - № 2. - P. 67 - 69.

36. Pu1іna M. Karst-related phenomena at the Berli Glacier, West Spitsbergen // Kras і speleol. - 1982. - P. 67 - 83.

37. Мавлюдов Б.Р., Соловьянова И.Ю. Пещеры ледника Башкара (Северный Кавказ) // Карст и пещеры Кавказа. - Сочи, 2003. -С.80-83.

38. Максимович Г.А. Пещеры подземных пожаров // Пещеры. - 1969. - Вып. 7 (8). - С. 86 - 87.

39. Щукин И.С. Общая геоморфология. Т. 3.: учебн. для студент. высш. учебн. учреж. - М.: Изд-во МГУ, 1974.- 382 с.

40. Маруашвили JI. И. Закономерности спелеоморфогенеза //Пещеры Грузии. - 1985. - № 10. - С. 5 - 14.

41. Швецов П. Ф., Зильберборд А.Ф. Под землю, чтобы сберечь Землю, - М.: Наука, 1983. - 144 с.

42. Котлов Ф.В. Изменение геологической среды под влиянием де­ятельности человека.- М.: Недра, 1978. - 262 с.

43. Дублянский В.Н., Дублянская Г.Н., Лавров И.А. Классификация, использование и охрана подземных пространств. - Екатеринбург: УрО РАН, 2001. - 195 с.

[1] Приводится по Дублянскому, Андрейчуку (Дублянский, Андрейчук, 1989). Имеется более подробная генетическая классификация искусственных полостей Ю.В. Долотова