Подземные воды бассейна Нижнего Амура и побережья Татарского пролива
В.В. Кулаков
Аннотация
Рассмотрены особенности формирования ресурсов и качественного состава питьевых подземных вод в артезианских бассейнах, гидрогеологических массивах на территории Нижнего Амура, а также в вулканогенных бассейнах Восточного Сихотэ-Алиня на побережье Татарского пролива, сложенных эффузивными и вулканогенно-осадочными породами. Разгрузка пресных подземных вод осуществляется в море в прибрежно-морской зоне, а при интенсивном отборе пресных подземных вод на водозаборах в населенных пунктах фиксируются интрузии соленых вод к водозаборам. На основе анализа гидрогеологических закономерностей отражены процессы формирования качественного состава подземных вод в разных типах гидрогеологических структур региона.
Ключевые слова: пресные подземные воды, артезианские бассейны, вулканогенные бассейны, гидрогеологические массивы, бассейн Амура.
Abstract
Groundwater of the Lower Amur River basin and the coast of the Tatar Strait. V.V. KULAKOV (Institute of Water and Ecological Problems, FEB RAS, Khabarovsk).
Features of formation of resources and qualitative composition of drinking groundwater formed in artesian basins, hydrogeological massifs on the territory of the Lower Amur, as well as in volcanogenic basins of East Sikhote-Alin on the coast of the Tatar Strait, composed by effusive and volcanogenic-sedimentary rocks are considered. Discharge of fresh groundwater is carried out at sea in the coastal and marine zone and with the intensive selection of fresh groundwater at water intakes in settlements salt water intrusions to water intakes are recorded. On the basis of the analysis of hydrogeological regularities the processes of formation of the groundwater qualitative composition in different types of hydrogeological structures of the region are reflected.
Key words: fresh groundwater, artesian basins, volcanogenic basins, hydrogeological massifs, Amur River basin.
Введение
Пресные подземные воды широко используются для питьевых, хозяйственнобытовых и различных производственных нужд [5, 9].
Более чем полувековыми исследованиями в районе Нижнего Амура, осуществленными при выполнении средне- и крупномасштабных гидрогеологических съемок, при поисках и разведке пресных подземных вод для водоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий, при изучении этих вод в процессе разведки и разработки многочисленных месторождений твердых полезных ископаемых, к настоящему времени обоснованы фундаментальные представления о строении подземной гидросферы бассейна Нижнего Амура и побережья Татарского пролива и свойствах их подземных вод.
Цель и актуальность представляемой работы - отразить современное представление о гидрогеологических структурах этой территории, вмещающих пресные подземные воды, акцентировать внимание на их использовании в зоне потенциального опасного влияния интрузий соленых морских вод вблизи морского побережья.
Краткая характеристика района исследований
Климат района континентальный, с длительным периодом отрицательных температур воздуха зимой и влиянием муссонных осадков со стороны Тихого океана в летнее время [3, 4].
Длительный этап инфильтрационного развития территории в мезозое и кайнозое создал благоприятную обстановку для формирования зоны пресных подземных вод на значительную глубину в разрезах гидрогеологических структур региона до 1 км и более. Поэтому мощность зоны пресных вод в разрезе весьма существенна и составляет сотни метров - первые километры, что, как правило, превышает современную глубину изучения и практического использования подземных вод.
Существенное влияние на формирование химического состава подземных вод оказывают минералогический и литологический состав горных пород, густота гидрографической сети, глубина эрозионного вреза, режим и химический состав поверхностных вод, характер их взаимоотношений с подземными водами [8, 14]. На горной части территории и на равнинах развита густая речная сеть, которая способствует интенсивному водообмену в водоносных горизонтах, выносу солей из них, что обусловливает формирование пресных подземных вод.
Региональные гидрогеологические структуры
Значительную часть территории Нижнего Амура занимают горные массивы, сложенные протерозойскими метаморфическими комплексами и сложно дислоцированными терригенными и терригенно-вулканогенными кембрийскими, силурийскими, девонскими, каменноугольными, пермскими, триасовыми, юрскими и нижнемеловыми породами, прорванными различного состава и возраста интрузиями.
Основным типом гидрогеологических структур в пределах региона являются гидрогеологические массивы (см. рисунок). Существенно меньше распространены артезианские и вулканогенные бассейны, бассейны трещинно-карстовых вод [2, 4].
Описываемая территория расположена в пределах Сихотэ-Алинской сложной гидрогеологической складчатой области (СГСО) первого порядка, в геолого-структурном отношении приуроченной к Тихоокеанскому вулканогенному поясу.
С севера и востока область ограничена шельфом Охотского моря и впадиной Японского моря, западной границей является трансрегиональный надвиг, отделяющий ее от Монголо-Охотского складчатого пояса.
Сихотэ-Алинская СГСО связана с серией субмеридиональных структур, выполненных терригенно-вулканогенными мезозойскими и кайнозойскими породами, реже палеозойскими терригенно-карбонатными формациями и интрузиями разного возраста. Территория области сильно нарушена многочисленными тектоническими разломами.
Большая часть Сихотэ-Алинской СГСО представлена гидрогеологическими массивами, причем степень пустотности (пористости) пород зависит от их возраста: она наибольшая в кайнозойских отложениях, наименьшая в образованиях палеозоя. Вдоль тектонических нарушений наблюдаются многочисленные наложенные межгорные артезианские бассейны подземных вод, выполненные мезозойскими лавами и пирокластическими формациями, а также кайнозойскими рыхлообломочными и глинистыми породами.
В пределах области выделяются три гидрогеологические структуры второго порядка: Баджало-Горинская и Центрально-Сихотэ-Алинская гидрогеологические складчатые области и Среднеамурский межгорный артезианский бассейн.
Баджало-Горинская гидрогеологическая складчатая область второго порядка приурочена к антиклинорному поднятию, морфологически выраженному среднегорными поднятиями Буреинского хребта. Северная граница совпадает с границей СГСО. С запада и востока ограничена двумя субмеридиональными трансрегиональными надвигами, отделяющими ее от Монголо-Охотского складчатого пояса и Сихотэ-Алинского синкли- нория. На юге граничит с КНР.
Схема размещения основных гидрогеологических структур.
1 - артезианские бассейны (7 - Амуро-Амгуньский, 2 - Удыль-Кизинский, 3 - Среднеамурский), 2 - вулканогенные бассейны (4 - Восточно-Сихотэ-Алинский, 5 - Западно-Сихотэ-Алинский), 3 - гидрогеологические складчатые области (6 - Баджало-Горинская, 7 - Центрально-Сихотэ-Алинская), 4 - номер гидрогеологической структуры на схеме, 5 - Кузнецовский тоннель, 6 - граница гидрогеологической структуры, 7 - государственная граница, 8 - железнодорожные трассы (7 - Транссибирская, 2 - Байкало-Амурская, 3 - Волочаевка-Комсомольск-на- Амуре)
В тектоническом отношении в пределах области выделяется ряд антиклинальных и синклинальных структур, сложенных в основном терригенно-карбонатными палеозойскими породами, гранитоидами, мезозойскими терригенно-вулканогенными формациями.
В гидрогеологическом отношении область подразделяется на гидрогеологические массивы и межгорные артезианские бассейны. В массивах основную роль играют водоносные зоны трещиноватости активизированных в кайнозое разломов. В межгорных артезианских бассейнах развиты в основном водоносные горизонты, сложенные рыхлообломочными кайнозойскими отложениями. В гидрогеологических массивах определенное воздействие на подземные воды оказывает многолетняя мерзлота, но она островная, главным образом приурочена к вершинным частям горных хребтов.
Баджало-Горинская гидрогеологическая складчатая область включает следующие гидрогеологические структуры третьего порядка: Баджальский гидрогеологический массив; Сыран-Усолгинский, Эвон-Тугурский, Верхнеамгуньский и Курский межгорные артезианские бассейны.
Центрально-Сихотэ-Алинская гидрогеологическая складчатая область второго порядка выделена в пределах тектонических структур сложного Сихотэ-Алинского анти- клинория. Морфологически область совпадает с Сихотэ-Алинским хребтом, сложенным породами различного возраста от палеозоя до кайнозоя, различной степени литификации. Наибольшую степень литификации имеют породы палеозоя и нижней юры, в которых развиты скопления трещинных подземных вод. Менее литифицированы мезозойские породы, в которых наряду с трещиноватостью развита и поровая пустотность. Преобладающее распространение имеют вулканогенные формации мезозоя.
Наряду с гидрогеологическими массивами широко распространены наложенные гидрогеологические структуры типа вулканогенных бассейнов - Восточно-Сихотэ-Алинский вулканогенный бассейн [2, 6, 9]. Они приурочены к депрессиям, ограниченным тектоническими нарушениями. Бассейны слагаются преимущественно кайнозойскими базальтами и пирокластическими породами, где развиты пластовые скопления пресных подземных вод. Роль водоупоров играют менее трещиноватые породы и глинистые коры выветривания. Характерно различие в величинах питания подземных вод на наветренных (восточных) и подветренных (западных) склонах Сихотэ-Алинского хребта. На наветренных склонах оно значительно больше за счет более интенсивного привноса влаги с акватории Тихого океана.
Центрально-Сихотэ-Алинская гидрогеологическая складчатая область включает следующие гидрогеологические структуры третьего порядка: Сихотэ-Алинский гидрогеологический массив, Амуро-Амгуньский и Удыль-Кизинский межгорные артезианские бассейны. В горно-складчатом обрамлении артезианских бассейнов развиты терригенно- осадочные отложения, вулканогенные и интрузивные образования от архея до кайнозоя. Чехол артезианских бассейнов сложен мезозойскими и кайнозойскими слаболитифициро- ванными и рыхлыми терригенными и угленосными отложениями озерно-аллювиального генезиса.
Среднеамурский межгорный артезианский бассейн второго порядка связан с одноименной тектонической впадиной, расположенной между южными частями Баджало- Горинской и Сихотэ-Алинской ГСО. Впадина ограничена разломами и имеет сложное горстово-грабеновое строение. Фундамент впадины образуют сложнодислоцированные мезозойские и палеозойские породы. Впадина выполнена преимущественно рыхлыми континентальными и вулканогенными кайнозойскими отложениями, суммарная мощность которых превышает 1200 м.
Наиболее перспективным водоносным горизонтом в бассейне являются кайнозойские аллювиальные отложения.
Гидрогеологические условия Восточно-Сихотэ-Алинского вулканогенного бассейна [2] определяются вхождением его в Тихоокеанский тектонический пояс. Это выражается в значительном распространении водоносных горизонтов и комплексов, сложенных молодыми эффузивными и эффузивно-осадочными породами, активном влиянии на гидрогеологическую обстановку неотектонических разломов. Интенсивное питание подземных вод осуществляется за счет привноса влаги тихоокеанскими муссонами.
Качественный состав пресных подземных вод
Рассматриваемый регион характеризуется главным образом распространением гидрокарбонатных подземных вод гумидной зоны с высокими концентрациями органических веществ [3, 7, 8, 12].
В пределах гидрогеологических массивов и вулканогенных бассейнов скважинами и подземными горными выработками на глубинах 800-1200 м вскрыты пресные воды, минерализация которых не превышает 1 г/дм3. В чехле артезианских бассейнов мощность зоны пресных подземных вод достигает 1-2 км [3, 4]. Подземные воды, имеющие минерализацию более 1 г/дм3, широко распространены вдоль побережья Тихого океана.
Несмотря на малую минерализацию в подземных водах обнаруживается около 80 химических элементов [7, 8]. Основным источником их поступления в подземные воды являются водовмещающие породы. Средние содержания большинства химических элементов в породах на несколько порядков превышают их концентрации в подземных водах. Повышенные по отношению к предельно допустимым концентрациям содержания некоторых элементов (железа, марганца) и пониженные (фтора) широко и вполне закономерно распространены в подземных водах территории.
Основной гидрохимический фон территории создают ультрапресные и пресные гидрокарбонатные воды зон свободного гравитационного стока, для которых характерен непродолжительный контакт атмосферных осадков с почвами, породами зоны аэрации и водовмещающими породами.
Преимущественное развитие имеют пресные подземные воды с фоновой минерализацией около 0,1 г/дм3, нейтральные, мягкие, умеренно мягкие. Преобладающий химический состав - гидрокарбонатный, различный по катионам, с преимуществом иона кальция. Воды характеризуются отсутствием карбонат-иона и очень небольшим содержанием (до 10 мг/дм3) либо полным отсутствием сульфат-иона.
Действующий норматив общей минерализации воды для питьевого водоснабжения, принятый в России, - до 1 г/дм3 - не имеет гидрогеохимического и медико-биологического обоснования [11]. Несмотря на действующие российские нормативы, к питьевым подземным водам, по мнению В.В. Куренного [11], следует относить воды, которые по своим качественным показателям выделяются среди пресных вод величиной общей минерализации в интервале 0,25-0,75 г/дм3, имеют преимущественно гидрокарбонатный и сульфатно-гидрокарбонатный состав.