Материал: Водоносные коллекторы и водоупоры горных пород

Емкости подземных вод - от мельчайших до крупнейших - последовательно соподчинены (см. рис. 3.3.). Комплекс резервуаров низкого порядка дает емкость более высокого ранга. Однако прямое соподчинение наблюдается не всегда. Иногда в резервуар высокого ранга как самостоятельные таксономические единицы входят резервуары не следующего за ним порядка, а более низкого. Поэтому предлагаемую систематику нельзя рассматривать в качестве «прокрустова ложа». В каждом отдельном случае соподчиненность должна учитывать гидрогеологические особенности изучаемой территории.

Разграничение подземных водоносных систем на основе структурно-вещественного принципа иногда требует учета и других факторов (климат, рельеф, гидрография и т.д.). При сходном геологическом строении резервуары могут находиться в различных климатических зонах. Важную роль играют геоморфологические условия и характер гидрографической сети, определяющие положение водоразделов подземного стока. Только всесторонний анализ позволит верно оконтурить емкость подземных вод.

Перечисленные подземные водоносные системы относятся к континентальной части земной коры. В океанической части их градация будет иной. Строение континентов и дна океанов различается существенно. В глобальном плане могут быть намечены континентальные, океанические и, возможно - на первом этапе изучения, переходные резервуары подземных вод. Особо хочется отметить переходные резервуары, часть которых находится на суше, а другая - перекрыта морем или океаном. В такие подземные водоносные системы только начинают внедряться воды инфильтрации, замещая воды морского происхождения. В ряде мест к изучению переходных резервуаров уже приступили (Южно-Каспийский бассейн, шельф Северного моря и т.д.). Выяснение строения океанических резервуаров подземных вод - задача недалекого будущего.

Под дном океанов мощность осадочных отложений изменяется от 0,2 до 2 км. Имея пористость 15-35 %, эти породы содержат пластовые воды. Ниже следует осадочно-вулканогенный (мощность 1-3 км) и базальтовый (до 5 км) слои, в которых отмечаются главным образом водоносные системы трещинно-жильного типа.

Глава 4. Гидрогеологическая стратификация Прикаспийской впадины в пределах Астраханской области

Учитывая высокую степень хозяйственного освоения Нижневолжского региона и обусловленную этим сложную экологическую обстановку, потребность различных отраслей народного хозяйства в гидрогеологической, инженерно-геологической и геоэкологической информации крайне велика. Для таких районов федеральной программой регионального геологического изучения недр Российской Федерации предусмотрено государственное гидрогеологическое картографирование масштаба 1:200 000 на новом научно-методическом и практическом уровне.

Решение широкого круга гидрогеологических задач при картографическом изучении территории должно основываться на региональных легендах гидрогеологических серий, представляющих собой упорядоченный перечень гидрогеологических подразделений, развитых в данном регионе, условных знаков и пояснений к ним, которые коррелируются в разрезе и по площади в границах региональных гидрогеологических структур.

Преобладающая часть территории Нижневолжской серии располагается на юго-востоке эпипротерозойской Русской платформы на стыке двух ее крупных структур: Воронежской антеклизы и Прикаспийской синеклизы.

Осадочный покров региона образуют карбонатно-терригенные, карбонатные, сульфатно-галогенные породы палеозоя и преимущественно песчано-глинистые образования мезокайнозоя. Мощность осадочного чехла достигает 15-18 км (по геофизическим данным) в Прикаспийской синеклизе. В пределах вала Карпинского осадочный чехол представлен мезо-кайнозойскими образованиями мощностью 1-2 км.

4.1 Основные гидрогеологические подразделения

Критериями выделения гидрогеологических подразделений являлись:

фациально-литологический состав пород, определяющий объем, морфологию и границы гидрогеологических подразделений, характер и результаты взаимодействия и формирования ресурсов подземных вод, их качества, ландшафтных проявлений подземной гидросферы;

характер проницаемости горных пород, обусловливающий наличие или отсутствие в них гравитационных капельно-жидких вод;

характер гидравлической связи между смежными подразделениями;

гидрогеодинамические особенности;

постоянство или периодичность пребывания подземных вод в составе гидрогеологических подразделений.

Исходя из названных критериев, в легенде выделен следующий таксономический ряд гидрогеологических подразделений:

Водоносный горизонт (зона) - проницаемое гидрогеологическое тело, постоянно содержащее подземные воды, и отличающееся гидрогеодинамическими особенностями, обусловленными фациально-литологическим составом пород, характером питания, транзита и разгрузки подземных вод. Водоносная зона отличается от горизонта пространственной локализацией повышенной трещиноватости, включая наложенную - тектоническую, экзогенную, и проницаемости пород.

Относительно водоносный горизонт (зона) - весьма слабопроницаемое гидрогеологическое тело, содержащее подземные воды в связанном виде и характеризующееся замедленной, преимущественно вертикальной фильтрацией при возникновении градиента напора между смежными водоносными горизонтами (зонами).

Относительно водоупорный горизонт (зона) - весьма слабопроницаемое гидрогеологическое тело, содержащее подземные воды в связанном виде и характеризующееся замедленной, преимущественно вертикальной фильтрацией при возникновении градиента напора между смежными с ним водоносными горизонтами (зонами).

Водоупорный горизонт - практически водонепроницаемое гидрогеологическое тело.

Водоносный (относительно водоносный) комплекс - гидрогеологическое тело, состоящее из нескольких водоносных (относительно водоносных) горизонтов и разделяющих их относительно водоупорных горизонтов.

Водоносный этаж - система водоносных горизонтов (и/или зон) и комплексов, характеризующаяся общими условиями водообмена и формирования подземных вод. Водоносный этаж подстилается входящим в его состав региональным водоупором, повсеместно развитым в границах гидрогеологической структуры.

В таблице 4.1 приведены принятые условные обозначения распространенных по площади гидрогеологических подразделений на картах масштаба 1:200000 Нижневолжской серии.

Объем гидрогеологического подразделения может отвечать объему стратиграфического подразделения, составлять его часть или охватывать несколько смежных стратиграфических подразделений. Объединенному гидрогеологическому подразделению присваивается геологический индекс и название согласно "Инструкции по составлению и подготовке к изданию листов государственной геологической карты Российской Федерации масштаба 1:200 000 (М., 1995). Цвет на карте объединенных подразделений соответствует цвету нижнего стратиграфического подразделения (рис.4.2).

.2 Водоносные горизонты и комплексы осадочного чехла

В гидрогеологическом отношении территория входит в Прикаспийский артезианский бассейн, приуроченный к одноименной впадине, осадочный чехол которой гидрохимическим комплексом соленосных отложений нижней перми делится на два гидрогеологических этажа - подсолевой и надсолевой. Характерными особенностями бассейна являются огромные мощности водовмещающих образований, достигающие по данным геофизики 20-23 км, молодой возраст верхних артезианских горизонтов (плейстоценовый и эо-плейстоценовый), занимающие большие площади и имеющие широкое развитие зоны соляно-купольной тектоники.

Осадочные породы, развитые в пределах Прикаспийской впадины, являются в разной степени водонасыщенными и проницаемыми и только галогенные кунгурские отложения образуют отчетливо выраженный водоупор, имеющий большое распространение. Водоупорами для юго-западной части Прикаспийской впадины являются снизу вверх: мулинский, тульский, верейский, кунгурский, верхне-среднетриасовые, верхнеюрский, включая глины батского яруса, верхний мел.

В юго-западной части наблюдается закономерное увеличение минерализации подземных вод с глубиной до подсолевого гидрогеологического этажа и характеризуется типом воды от гидрокарбонатно-натриевого до хлоркальциевого.

В надсолевом этаже части бассейна выделяются два водонапорных яруса, изолированных друг от друга региональной водоупорной толщей акчагыльских глин: к верхнему ярусу относятся воды песчано-глинистых отложений четвертичного и плиоценового возраста, нижнему ярусу - воды терригенных, реже карбонатных отложений мезозоя и верхней перми. Застойный режим подземных вод определяет их высокую минерализацию и газонасыщенность. Практически весь геологический разрез содержит воды, которые классифицируются как минеральные.

В целом региональный сток в надсолевых водоносных комплексах направлен от бортовых зон бассейна к центру, местный - к местным очагам разгрузки, которые рассредоточены по всей площади бассейна, разгрузка осуществляется в Каспийское море, многочисленные разрывные нарушения в пределах соляных куполов, зоны региональных разломов и в речные долины.

В западной части бассейна преимущественно палеогеновый региональный водоупор, развитый почти повсеместно, надежно изолирует мезо-кайнозойские водоносные комплексы и обусловливает затрудненные условия циркуляции подземных вод, высокую их минерализацию и значительную степень метаморфизации их химического состава.

Неоген-четвертичный водоносный комплекс юго-западной части Прикаспийской впадины включает в себя водоносные горизонты четвертичных и акчагыльских отложений. Коллекторами являются пески и песчаники, разгрузка вод осуществляется в речные долины крупных рек. Общая минерализация увеличивается в восточном и северо-восточном направлениях и составляет до 10 г/л. Натрий-хлорный коэффициент больше единицы. По химическому составу воды от гидрокарбонатно-натриевого до хлормагниевого состава.

В пределах верхнего яруса верхнего гидрогеологического этажа выделяются водоносные горизонты современных аллювиальных, хвалыно - хазарских, бакинских отложений, залегающие выше апшеронского водоносного комплекса. Горизонты и комплексы выдержаны по простиранию, с большим количеством глинистых прослоев.

Современные аллювиальные отложения и хвалыно-хазарские морские отложения содержат грунтовые воды. Грунтовые воды распространены повсеместно в дельтовой части и залегают на глубинах менее 3м, водообильность горизонта небольшая, дебиты скважин составляют обычно 1 - 4 л/сек. По характеру и степени минерализации отличаются исключительной пестротой. Минерализация изменяется от 0,42 г/дм³ до 10,4 г/дм³, заметно увеличиваясь с глубиной. По химическому составу преобладают гидрокарбонатные натриево-кальциевые (до 1г/дм³) и хлоридные магниево-натриевые (свыше 5г/дм³) воды.

Грунтовые воды хвалыно-хазарских отложений повсеместно распространены в степной части территории. Глубина залегания их 2 - 6м. Водообильность горизонта низкая, дебиты скважин обычно 0,2 - 1 л/сек. Минерализация высокая, до 58 - 72 г/дм³. Химический состав стабилен - хлоридные натриевые. На рисунках 4.3, 4.4 приведены схематические карта четвертичных образований и гидрогеологическая города Астрахани.

Грунтовые воды изолированы от нижележащих горизонтов выдержанной толщей глин бакинского возраста мощностью 40 - 50м. В основании толщи бакинских глин встречаются песчаные прослои мощностью от 5 до 10см, содержащие высокоминерализованные воды (до 33,9 г/дм³) хлоридного натриевого состава.

Водоносные комплекс апшеронских отложений распространён повсеместно. Подземные воды приурочены к песчаным прослоям в толще глин, число прослоев варьирует в пределах 7 - 8, мощность каждого от 4 до 40м. Воды высоконапорные, часто скважины самоизливают. Дебит скважин при самоизливе от 40м³/сут. Минерализация колеблется в пределах 15 - 45г/дм³. По химическому составу воды хлоридные натриевые, с бальнеологическим содержанием йода и брома. Подстилается апшеронский водоносный комплекс толщей глин акчагыльского возраста мощностью 162 - 182м.

Палеогеновый водоносный комплекс содержит ряд горизонтов - это пески с прослоями песчаников палеоцена и эоцена. Воды с минерализацией от 3 до 35 г/л сульфатно-натриевого до хлоридно-натриевого состава; натрий-хлорный коэффициент метаморфизации, в основном, больше единицы.

Водоносный комплекс верхнего мела - это воды сеноманского яруса, представленного карбонатными породами, а также песчаными, содержит пресные и слабоминерализованные воды смешанных типов. В пределах юго-западной части Прикаспийской впадины водоносный комплекс залегает на глубинах от 200 до 500 м. С удалением от прибортовой части на восток в область солянокупольных структур минерализация вод увеличивается до 50 г/л и более, содержание сульфатов и гидрокарбонатов изменяется. Натрий-хлорный коэффициент больше единицы. В юго-западной части в отдельных случаях минерализация возрастает до 120 г/л.

Водоносный комплекс нижнего мела приурочен к терригенным отложениям аптского и альбского ярусов. Минерализация вод изменяется от 40 до 130 г/л. По химическому составу воды хлоркальциевые, имеют повышенное содержание сульфатов и, незначительное, гидрокарбонатов, содержание йода 4 мг/л, брома 150 мг/л, натрий-хлорный коэффициент составляет от 0,7 до 0,9 (таблица 4.2).

Юрский водоносный комплекс связан с байосскими песчано-алевритовыми отложениями. Воды хлоркальциевые, минерализацией 160-200 г/л с содержанием йода 6-10 мг/л, брома 100 мг/л. Натрий - хлорный коэффициент метаморфизации составляет 0,8-0,9.

В юго-западной части Прикаспийской впадины пермотриасовый водоносный комплекс представлен карбонатными и сульфатными отложениями. Воды пермотриасового водоносного комплекса относятся к крепким рассолам хлоркальциевого типа, минерализацией с большим разбросом значений от 30 г/л до 250 г/л и выше. Натрий-хлорный коэффициент составляет 0,55-0,88, брома в подземных водах пермотриаса содержится от 224 до 750 мг/л. На Астраханском своде содержание брома составляет 1237 мг/л.

Подземные воды, встречающиеся в солевом комплексе, характеризуются различными формами залегания: в верхней и средней частях чаще встречаются линзовидные, а в нижней, приподошвенной как пластовые, так и линзовидные. Выделяют так же включения рапы с рассолоотдачей от единиц до десятков кубометров. Коллекторами в нижней части солевого комплекса, как правило, являются трещиноватые сульфатно-карбонатные породы: ангидриты и доломиты, кавернозные сульфатные породы, терригенные и карбонатные прослои.

Соли практически непроницаемые и многое в формировании остаточных межсолевых линз зависит от структуры, текстуры и трещиноватости солей. Если солевой комплекс кунгурского яруса сложен галитом мелкокристаллическим, плотным, с прослоями глинистых пород, гипса и, ангидрита, то он с большим успехом может сохранять линзы с остаточным рассолом. Особенно такие линзы характерны для прибортовой юго-западной части Прикаспийской впадины. Подземные воды кунгурской солевой толщи имеют наиболее высокую минерализацию, хлормагниевый и хлоркальциевый состав, насыщены ионами натрия. Натрий-хлорное отношение варьирует в широких пределах, средние значения составляют 0,6. Для расшифровки генезиса рассолов значение имеет содержание брома.

Н.П. Гребенников определил, что рапопроявления приурочены к бишофитовым и карналлитовым прослоям, залегающим в верхней части разреза. На Астраханском своде рапопроявления наиболее часто встречаются в сводах внутрисолевых складок. В толще солей нередко глинистые пласты чередуются с трещиноватыми известняками и доломитами, сохранившими емкостные свойства, несмотря на значительные глубины их залегания.

Температурный градиент в рапосодержащих пластах увеличивается до 0,031, тогда как в солях он составляет 0,01-0,015.В Прикаспийской впадине температура колеблется на глубине 4000 м от 85°С до 120°С. Температура на Астраханском своде в подошве кунгура составила 100-117°С. Высокая температура, поступающего в скважину рассола, приводит к более интенсивной кристаллизации солей при подъеме его к устью, а при фонтанировании быстрая кристаллизация приводит к закупорке скважины, что характерно для Прикаспийской впадины.