В целом, отложения антропогенной системы характеризуются сложностью строения и условий залегания, отличаются значительной пестротой гранулометрического, петрографо-минералогического и вещественного (химического) состава.
1.2 Водоносные горизонты и комплексы как источник водоснабжения
Источником подземных вод являются различные по распространению, мощности, литологическому составу, водообильности и возрасту водоносные горизонты и комплексы, от четвертичных до верхнепротерозойских.
Наиболее широко эксплуатируется водоносный комплекс антропогенных отложений. На эту толщу приходится около 65 % ресурсов пресных вод и до 45 % общих эксплуатационных запасов подземных вод Беларуси.
Водоносный комплекс четвертичных отложений почти повсеместно распространен на территории республики, во многих районах является основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения (рис. 1.2).
Относительно неглубокое залегание подземных вод и их высокое качество позволяют широко использовать водные ресурсы этих отложений в водоснабжении. В целом по республике, глубина залегания водоносных пород четвертичных отложений изменяется от нескольких до 100 - 150 и более метров.
Комплекс представлен горизонтами современных аллювиальных, озерно-аллювиальных и болотных отложений, а также водоносными толщами моренных и межморенных образований. Наиболее интенсивно используются горизонты, залегающие между днепровской и сожской моренами, березинско-днепровские межморенные отложения, воды спорадического распространения, содержащиеся в моренных и краевых образованиях московского оледенения. Подземные воды этих горизонтов эксплуатируются скважинами, число которых достигает 85 % от их общего количества, пробуренных с целью освоения антропогенного водоносного комплекса.
Рис. 1.2 Схема распространения водоносных комплексов кайнозойского возраста.
Водовмещающие породы представлены песками различного гранулометрического состава, нередко с включением гравия, гальки и валунов. Разделяющие отдельные водоносные горизонты отложения представлены супесями и суглинками мощностью от нескольких до 20 - 30 м и более. Во многих местах водоупорные породы четвертичного комплекса частично или полностью размыты или опесчанены, что, как правило, обеспечивает хорошую гидравлическую связь между разновозрастными горизонтами.
Четвертичные отложения отличаются невыдержанностью по мощности и простиранию, пестротой литологического состава. Эти факторы обуславливают значительные изменения гидрогеологических характеристик отдельных водоносных горизонтов и всего комплекса в целом и пределах ограниченной территории. Удельные дебиты скважин, пробуренных на четвертичные отложения, изменяются от сотых долей до 5 - 10 л/с.
Подземные воды комплекса (за исключением первых от поверхности водоносных горизонтов), как правило, характеризуются хорошим качеством, отвечающим требованиям различных потребителей. Воды обычно гидрокарбонатно-кальциевого состава с общей минерализацией 0,1 - 0,4 г/л.
Водоносный комплекс палеоген-неогеновых отложений широко распространен на юге республики в пределах Припятского, Подляско-Брестского и частично Прибалтийского артезианских бассейнов (рис. 1.1) и связан с полтавской серией неогена, харьковской, киевской, и бучаковской свитами палеогена. Водовмещающими являются разнозернистые пески, преимущественно мелкозернистые, местами глинистые с прослоями мергелей, алевролитов и слобосцементированных песчаников. Мощность водоносной толщи 3 - 50 м.
Водообильность комплекса характеризуется удельными дебитами скважин от 0,001 до 3 л/с, а его фильтрационные свойства определяются коэффициентом фильтрации - от 0,5 до 10 м/сутки.
Свыше 7% от общего числа водозаборных скважин, работающих в республике, пробурено с целью эксплуатации подземных вод палеоген-неогеновых отложений. обладая значительными запасами пресных подземных вод, этот водоносный комплекс является одним из основных источников хозяйственно-питьевого водоснабжения для районов и многих городов юга республики.
Воды комплекса пресные с минерализацией от 0,1 до 1 г/л относятся к гидрокарбонатно-кальциевому типу. В отдельных случаях скважины вскрывают солоноватые воды гидрокарбонатно-хлоридного и сульфатно-хлоридно-гидрокарбонатно-кальциевого типов, что, вероятно, объясняется влиянием подземных вод глубоких горизонтов палеозойских отложений, частично разгружающихся по зонам тектонических нарушений в вышележащие горизонты.
Воды меловых отложений связаны с разновозрастными и различными по литологическому составу водоносными горизонтами и комплексами (рис. 1.3). В Припятском артезианском бассейне развиты верхнесеноманские - маастрикские водоносные горизонты, сложенные трещиноватым мелом, мергелями, глауконитовыми песками или песчаниками. Мергельно-меловая толща верхнего отдела системы содержит напорные воды. Уровни воды в скважинах устанавливаются на глубинах до 25 м, в поймах рек иногда отмечаются случаи самоизлива. Удельные дебиты скважин, эксплуатирующие мергельно-меловой комплекс, достигают 7 - 22,2 л/с. Водоносный комплекс альбских и сеноманских отложений сложен преимущественно тонко- и мелкозернистыми песками, реже средне- и крупнозернистыми; при эксплуатации подземных вод достигнуты удельные дебиты скважин до 6,9 л/с.
В южных районах Оршанского артезианского бассейна активно используются воды, заключенные в альб-сеноманских песках и турон-сеноманских мергельно-меловых образованиях, а на западе республики - воды мергельно-меловой толщи верхнего отдела системы, а также альбские, сеноманские и отложения нижнего и верхнего мела.
В связи с отсутствием в толще меловых отложений выдержанных региональных водоупоров все связанные с ним горизонты можно рассматривать как гидравлически связанные. При эксплуатации маломощного (до 5 - 10 м) альб-сеноманского водоносного комплекса отмечается перетекание подземных вод из вышележащих отложений. В целом по республике, использование этого комплекса обеспечивает более 70 % водоотбора от общего количества вод, отбираемых из меловых отложений [15,22].
Рис 1.3 Схема распространения основных водоносных комплексов мезозойского возраста.
Водные ресурсы меловой толщи используются для централизованного водоснабжения крупных водопотребителей, таких как Гомель, Гродно, Брест, а также ряд районный центров. Широкому использованию мелового водоносного комплекса в народном хозяйстве способствует хорошее качество содержащихся в нем вод, которые относятся к гидрокарбонатно-кальциевому типу и имеют минерализацию до 1 г/л. Лишь в отдельных местах, связанных с зонами региональных глубинных разломов, отмечено увеличение минерализации до 6 - 8 г/л.
Верхнее- и среднеюрский водоносный комплекс связан с оксфордскими и бат-келлавейскими отложениями, развитыми в западной и восточной частях республики. водовмещающие породы представлены трещиноватыми, кавернозными известняками и мергелями, реже песчаниками на карбонатном цементе (оксфордский горизонт) и прослоями тонко- и мелкозернистых песков, трещиноватых известняков, мергелей бат-келловея. В целом, комплекс обладает большим запасом подземных вод (преимущественно оксфордский горизонт), однако, значительная глубина залегания отложений существенно снижает возможности использования водных ресурсов. Водообильность оксфордских отложений верхней юры характеризуется удельными дебитами скважин от 0,2 до 2,7 л/с.
Воды комплекса пресные, гидрокарбонатно-кальциевого типа с минерализацией, не превышающей 500 мг/л.
Водоносный комплекс триасовых отложений распространен на ограниченных площадях в западной части Подлясско-Брестского бассейна и на юго-востоке республики. Комплекс сложен переслаивающимися глинистыми породами и песками, песчаниками и мергелями. В народном хозяйстве водоносный комплекс не используется из-за больших глубин залегания, повышенной минерализации воды и низкой водообильности.
Пресные воды палеозойских горизонтов и комплексов распространены преимущественно в отложениях девона и в меньшей степени силура, ордовика и кембрия (рис. 1.4).
Водоносные комплексы пермских и каменноугольных отложений развиты в пределах Припятской и Брестской вподин, залегают на больших глубинах и содержат минерализованные воды. В силу указанных причин эти комплексы не используются для водоснабжения.
Водоносный комплекс девонских отложений является основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения на северо-востоке Беларуси. Наиболее водообильными в девонской толще являются франско-фаменские отложения, представлены известняками и доломитами, в различной степени трещиноватыми и кавернозными, с незначительными по мощности прослоями песков и песчаников. Карбонатные отложения этого комплекса перекрываются песчано-глинистыми антропогеновыми образованиями, а в подошве залегают глины и алевролиты ланского горизонта. Неоднородная трещиноватость водовмещающих пород комплекса определяет различие фильтрационных свойств отложений. Зоны повышенной проницаемости, как правило, развиты на участках, примыкающих к долинам рек. На участках разведанных водозаборов проводимость водовмещающих пород изменяется от 430 до 1000 м2 /сут [15,22].
Рис 1.4 Схема распространения основных водоносных комплексов палеозойского возраста.
Комплекс карбонатных отложений верхнего девона обладает высокой водообильностью. Удельные дебиты скважин, его эксплуатирующих, составляют 0,1 - 6,3 л/с, достигая 33 л/с в местах высокой кавернозности отложений. Водоносный комплекс франко-фаменских карбонатных отложений полностью залегают в зоне активного водообмена и содержит пресные воды с минерализацией 0,13 - 0,62 г/л, которые относятся к гидрокарбонатно-кальциевому и относятся к гидрокарбонатно-кальциево-магниевому типам. Подземные воды комплекса служат основой централизованного водоснабжения г. Витебска, других городов и крупных населенных пунктов, а также используются для удовлетворения нужд сельского хозяйства [15,22].
Широким распространением на севере, северо-востоке и востоке республики используется водоносный комплекс старооскольских и ланских отложений, водовмещающие породы которого представлены преимущественно песками и песчаниками, переслаивающимися с глинисто-алевролитовыми отложениями. Мощность песчаных частей разреза изменяется от 15 до 35 м, достигая в отдельный случаях 90 м и более. Комплекс представлен гидравлически связанными водоносными горизонтами и слоями. Обычно воды напорные, в долинах рек сомоизливающиеся. Фильтрационные свойства комплекса характеризуются удельными дебитами скважин до 6,5 л/с и коэффициентом фильтрации от 0,1 до 24 м/сут. Воды пресные, с минерализацией 0,16 - 0,54 г/л, гидрокарбонатно-кальциевые и гидрокарбонатно-кальциево-магниевые. В районе г. Полоцка отмечено изменение химического состава вод и локальное повышение минерализации до 0,7 - 1 г/л и более.
Водоносный комплекс пярнуско-наровских отложений сложен трещиноватыми карбонатными породами с прослоями глин, песков и песчаников. Воды комплекса напорные, в пониженных участках рельефа (долина р. Западная Двина) сомоизливающиеся. водообильность отложений невысокая, величина коэффициента фильтрации не превышает 5 м/сут. Химический состав вод сложный - от пресный гидрокарбонатно-кальциевых в пределах зоны активного водообмена Прибалтийского и Оршанского артезианских бассейнов, до хлоридно-натриевых рассолов с минерализацией до 65 г/л в погруженных участках Оршанской впадины.
Из девонских водоносных отложений отбирается около 20 % подземных вод, потребляемых народным хозяйством республики.
Водоносный комплекс ордовикских и силурийских отложений распространен в пределах Подлясско-Брестского и Прибалтийского бассейнов. Водовмещающие породы представлены преимущественно трещиноватыми и кавернозными известняками, доломитизированными известняками, доломитами и мергелями с маломощными прослоями песков и песчаников. Значительная минерализация воды (до 5 г/л) и глубина залегания комплекса в Подлясско-Брестском бассейне ограничивают возможности его использования.
В северной части Гродненской области на территориях Островецкого, Ошмянского, Сморгонского районов, водоносный комплекс ордовикских и силурийских отложений является одним из основных источников водоснабжения. Воды гидрокарбонатно-кальциевые или гидрокарбонатно-кальциево-магниевые. Минерализация 0,2 - 0,5 г/л. Удельные дебиты скважин изменяются от 0,07 до 1,7 л/с [15,22].
Кембрийский водоносный комплекс развит на западе Беларуси. Водовмещающими породами являются пески и песчаники с прослоями алевролитов и глин. Комплекс отличается достаточно высокой, но неравномерной водообильностью. Глубина залегания кровли колеблется 80 - 270 м, удельные дебиты скважин, пробуренных на кембрийские отложения составляют 0,05 - 5,5 л/с. Воды пресные, гидрокарбонатно-кальциево-магниевые. С увеличением глубины залегания комплекса минерализация вод возрастает, а химический состав изменяется до хлоридно-натриевого.
Водоносный комплекс верхнепротерозойских отложений распространен на значительной части территории республики, за исключением районов поднятия кристаллического фундамента, где эти отложения размыты, а также структур с большой глубиной залеганий отложений (Припятская, Брестская, Оршанская впадины), где воды протерозоя высоко минерализованы и не могут быть использованы в хозяйственно-питьевом водоснабжении. Комплекс сложен песчаниками с прослоями аргиллитов, алевролитов, песков и глин. Комплекс широко развит в зонах активного и замедленного водообмена, в связи с чем верхнепротерозойские водоносные отложения имеют важное значение для водоснабжения в краевых частях артезианских бассейнов. Отсутствие выдержанных региональных водоупоров между верхнепротерозойскими вышележащими отложениями обуславливает наличие гидравлической связи между ними, что в ряде случаев позволяет рассматривать толщу верхнепротерозойских, девонских и меловых образований как единый водоносный комплекс (рис. 1.5).