Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ВЫЯВЛЕНИЯ ВОДООБИЛЬНЫХ ЗОН В НАДСОЛЕВЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ТЕРРИГЕННО-КАРБОНАТНОЙ ТОЛЩИ ВЕРХНЕКАМЬЯ

Демина А.А. 1 Катаев В.Н. 1
1 ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет»
Рассматривается влияние структурно-тектонических, геоморфологических и литологических факторов на формирование водообильных зон Верхнекамья, приуроченных к надсолевым отложениям терригенно-карбонатной толщи и связанным с ней верхнесоликамским водоносным горизонтом. Представлены гидрогеологические характеристики наиболее водообильных участков в районе Верхнекамского месторождения солей. Анализ гидрогеологических работ показал, что большую роль в формировании водообильных зон играет новейшая тектоника, тип разреза и геоморфологическая обстановка. Наиболее водообильные участки приурочены к положительным структурам (валы, поднятия), характеризуются карбонатным типом разреза (29 зон из 35), расположены в долинах рек. По результатам картирования наблюдается закономерность возрастания модуля подземного стока на участках неотектонической активности. Рассмотрено картирование водообильных зон по комплексу методов, включающих линеаментно-геодинамический анализ на основе дистанционных исследований и геоинформационных технологий.
Пермский край
Верхнекамское месторождение солей
водообильные зоны
терригенно-карбонатная толща
верхнесоликамский водоносный горизонт
трещиноватость
1. Михайлов Г.К., Оборин А.А. Подземная кладовая пресных вод Сылвенского кряжа / УрО РАН; Перм. гос. унт. – Пермь, 2006. – 154 с.
2. Копылов И.С. Поиски и картирование водообильных зон при проведении гидрогеологических работ с применением линеаментно-геодинамического анализа // Научный журнал КубГАУ. – 2013. – № 93(09). – С. 1–12.
3. Гидрогеология СССР. Том XIV. Урал / Уральское территориальное геологическое управление. Редактор В.Ф. Прейс. – М.: Недра, 1972. – 648 с.
4. Кудряшов А.И. Верхнекамское месторождение солей. – Пермь: ГИ УрО РАН, 2001. – 429 с.
5. Кудряшов А.И. Верхнекамское месторождение солей. 2-е изд., перераб. – М.: Эпсилон Плюс, 2013. – 368 с.
6. Минерально-сырьевые ресурсы Пермского края. Энциклопедия / Под редакцией А.И. Кудряшова. – Пермь, 2006. – 464 с.
7. Бельтюков Г.В. Подземные воды и карст Верхнекамского соленосного бассейна: автореф. дис… канд. геол.-мин. наук. – Пермь, 1975. – 24 с.
8. Бельтюков Г.В. Карстовые и гипергенные процессы в эвапоритах: автореф. дис… д-ра геол.-мин. наук. – Пермь, 2000. – 42 с.
9. Шимановский Л.А., Крутов В.М. Гидрогеологические и гидрохимические особенности Верхнекамского соленосного бассейна // Гидрогеология и карстоведение: уч. зап. Пермск. ГУ. 1964. Вып. 2. Т. 119. – С. 228–238.
10. Шерстнев В.А. Водообильные зоны. Избранные труды. – Пермь: Изд-во ПГУ, ПСИ, ПССГК, 2002. – 132 с.
11. Кац Я.Г., Полетаев А.И., Румянцева Э.Ф. Основы линеаментной тектоники. – М.: Недра, 1986. – 140 с.
12. Копылов И.С. Геодинамические активные зоны Приуралья, их проявление в геофизических, геохимических, гидрогеологических полях // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 4. – С. 69–74.
13. Копылов И.С. Методы и технологии выявления геодинамических активных зон при разработке калийных месторождений для обоснования безопасного ведения горных работ // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 4. – С. 38–43.
14. Копылов И.С. Гидрогеологическая роль геодинамических активных зон // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 9–3. – С. 86–90.
15. Иконников Е.А., Катаев В.Н., Ермолович И.Г. Повышение эффективности выявления водообильных трещинных зон в фациально-невыдержанных песчано-глинистых толщах // Комплексные проблемы гидрогеологии: материалы науч. конф. – Санкт-Петербургский гос. ун-т, Санкт-Петербург, 2011. – С. 72–74.
16. Мелехов А.Г. Гидрогеологическая карта СССР масштаба 1:200 000 лист О-40-III. Отчет Сылвинской гидрогеологической партии по результатам гидрогеологической съемки масштаба 1:200 000 лист О-40-III в период 1973–1975 гг. – Пермь, 1975. – С. 221.

Район Верхнекамья занимает северо-западную часть Пермского края, где широко распространены верхнепермские отложения соликамского возраста.

В геоструктурном отношении территория относится к Верхнекамской впадине, ограниченной с севера Колвинской, с юга – Косьвинско-Чусовской седловиной.

Подземные воды приурочены к верхнесоликамскому водоносному горизонту, представленному довольно однородной толщей глинистых известняков, мергелей, песчаников с прослоями глин и алевролитов. Основные водовмещающие породы комплекса – известняки, поскольку они наиболее трещиноваты и проницаемы. Неравномерная трещиноватость пород обусловила неодинаковую их обводненность.

Понятие «водообильная зона» предложено Л.А. Шимановским в 1975 г., оно означает ограниченные участки земной коры, отличающиеся повышенной концентрацией подземных вод одного или нескольких водоносных горизонтов (комплексов) в результате тектонических, структурных, литологических, геоморфологических или других условий. Такие зоны представляют собой сложные гидрогеологические объекты в водоносных пластах, горизонтах, комплексах, обладают повышенными ресурсами подземных вод, как правило пресных. Данный термин широко используется в работах Н.Д. Буданова, Л.А. Шимановского, Г.К. Михайлова, Г.П. Верхоланцева, Е.А. Иконникова, В.А. Шерстнева и др. для выделения на гидрогеологических картах и схемах линейно вытянутых участков с аномально высокими показателями водообильности горных пород (модуль подземного стока, дебит родников, удельный дебит скважин), обусловленными их повышенной тектонической трещиноватостью, с благоприятными структурно-тектоническими, геоморфологическими и другими естественными факторами формирования ресурсов пресных подземных вод [1].

Формирование водообильных зон происходит под действием разных процессов, ведущую роль среди которых играют структурно-тектонические условия и неотектоническая активность, обуславливающие повышенную трещиноватость [2, с. 3].

Результаты исследования и их обсуждение

При гидрогеологических съемочных работах в районе Верхнекамского месторождения солей, проведенных в 1970– 1980-х гг., выявлено и закартировано 44 водообильных зоны верхнесоликамского водоносного горизонта. Наиболее водообильные из них представлены в табл. 1.

Общей характеристике гидрогеологических особенностей терригенно-карбонатной толщи (ТКТ) в составе серии надсолевых отложений в пределах Верхнекамского месторождения солей (ВКМС) посвящено достаточно много работ. Из наиболее крупных обобщений, опубликованных в последние 50 лет, отметим монографическое описание «Гидрогеология СССР», где приведены сведения по состоянию изученности подземных вод на 1969 г. [3]. Особое место по теоретическому и практическому значению занимают первое и второе издания монографии А.И. Кудряшова «Верхнекамское месторождение солей» [4, 5]. Общие сведения изложены и в справочной литературе, например в энциклопедии «Минерально-сырьевые ресурсы Пермского края» [6], а также в отдельных публикациях и диссертационных исследованиях [7–9].

Породы верхнесоликамского водоносного горизонта, к которым и приурочены анализируемые в данной работе водообильные зоны, имеют специфическое распространение. В пределах Предуральского прогиба этот горизонт выходит на поверхность. Глубина его залегания зависит от рельефа и колеблется от 1–2 до 20–30 м. Ниже открытая трещиноватость затухает до глубин 70–80 м, где присутствуют безнапорные и напорные воды. При погружении соликамской свиты к западу под более молодые отложения Русской платформы водоносность толщи наблюдается только до глубин 90–130 м с соответствующим увеличением напора. К западу, в платформенных условиях, в пределах Волго-Камского артезианского бассейна, терригенные породы горизонта замещаются сульфатными отложениями и постепенно переходят в региональный водоупор.

Именно по причине выхода на поверхность или неглубокого залегания пород горизонта в пределах Предуральского прогиба, изучение водообильных зон, приуроченных к нему, имеет практический интерес и особое значение для развивающейся Березниковско-Соликамской градопромышленной агломерации на территории ВКМС.

По генезису водообильные зоны верхнесоликамского горизонта данной площади относятся к тектоническим [10]. В формировании тектонических водообильных зон большую роль играет новейшая тектоника, поскольку раскрытость трещин в значительной мере определяется активностью неотектонических движений. Данные, приведенные в табл. 1, свидетельствуют о том, что практически все водообильные зоны рассматриваемого горизонта по геолого-структурному положению приурочены к валам либо поднятиям (склон или сводовая часть), где трещиноватость пород максимальна.

Между расположением водообильных зон и участков интенсивных неотектонических движений (геодинамической активности) прослеживается тесная связь, которая выявлена при гидрогеологических съемках по коэффициенту эрозионной расчлененности рельефа. Коэффициент эрозионной расчлененности рельефа (КЭР) является индикатором новейших процессов формирования трещиноватости в результате неотектонических движений. Как правило, при повышенных значениях КЭР (по результатам съемочных работ он составляет 7–14) возрастает и водообильность зоны, тогда как при фоновом (3–7) или пониженном (< 3) КЭР водообильность зоны несколько падает.

Также эта связь подтверждается дистанционными методами, такими как структурно-геологическое дешифрирование современных космоснимков и проведение линеаментно-геодинамического анализа с учетом параметров водоносности. В результате такого анализа выделяются наиболее тектонически ослабленные участки, где наблюдается наибольшее сгущение и пересечение линеаментов и мегатрещин, отмечается наибольшая расчлененность рельефа и в целом повышенная неотектоническая активность и водоносность.

Таблица 1

Водообильные зоны верхнесоликамского водоносного горизонта на территории Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей (по данным гидрогеологических съемочных работ)

п/п

Название

(местоположение)

Геолого-структурное обоснование зоны

КЭР

Гидрогеологическая характеристика

родники

скважины

модуль подземного стока, л/с*км2

№№

сумм. дебит л/с

№№

дебит л/с

удельный дебит, л/с

1

Галухинская (р. Боровица, д. Галухина)

ЮВ окончание Потымского поднятия

н.с.

35

36

990

5,6

0,66

н.с.

2

Тренино-Родниковская (Правобережье р. Усолки, д. Тренина, д. Родники)

ЮВ крыло Харюшинского поднятия

н.с.

1502

1503

1516

1517 1531

516

13с

16

33

н.с.

3

Мошевицкая (верхнее течение р. Мошевицы, между дд. Жуланово и Першино)

Восточный склон и сводовая часть Березниковского вала, зона неотектонических движений

4,0–7,0

566

575

577

632

829

830

90

336,

337,

341

60

н.с.

5,2–6,57

4

Нижнеборовская (нижнее течение р. Боровой)

Березниковский вал, южная периклиналь Нижнемошевского поднятия, участок фоновых значений КЭР

4,0–6,0

69

70

183

185

561

562

328

687,

692,

696

63

н.с.

н.с.

5

Ачесско-Вильвинская (среднее и нижнее течение р. Ачес и нижнее течение р. Вильвы)

Сводовая часть Камско-Вишерского вала, южная периклиналь Зуевского поднятия, зона активных тектонических движений

4,0–5,3

48

60

257–268 1192

1194

337

     

0,48

 

Таблица 2

Максимально высокие суммарные дебиты родников (> 100 л/с) в пределах водообильных зон соликамского водоносного комплекса

п/п

Название

водообильной зоны

Геолого-структурное

обоснование зоны

Суммарный дебит родников, л/с

1

Галухинская

ЮВ окончание Потымского поднятия

990

2

Тренино-Родниковская

ЮВ крыло Харюшинского поднятия

516

3

Усольская

ЮВ крыло Харюшинского поднятия

113

4

Изверская

Западное крыло Талицкого поднятия

118

5

Ачесско-Вильвенская

Сводовая часть Камско-Вишерского вала, южная периклиналь Зуевского поднятия

337

6

Нижнеборовская

Березниковский вал, южная периклиналь Нижнемошевского поднятия

328

 

Теория и практика применения линеаментно-геодинамического анализа свидетельствуют о том, что в формировании определенных геологических, в том числе и гидрогеологических условий конкретных территорий играет роль наличие геодинамически активных зон, в пределах которых наряду с повышением активности проявления эндогенной и экзогенной геодинамики фиксируется повышенная трещиноватость и проницаемость горных пород. При этом геодинамически активные зоны проявляются на различных уровнях от глобального до локального [11, 12]. Гидрогеологическая роль геодинамически активных зон тоже находит отражение в научных публикациях, однако эти публикации, особенно применительно к территориям месторождений калийных солей, довольно редки. В качестве примера приведем работы И.С. Копылова [13, 14] по территориям западной части Сибирской платформы и территориям Верхнекамского калийно-магниевого месторождения (ВКМС, Пермский край), Жилянского месторождения калийных и полигалитовых солей в Актюбинской области Республики Казахстан, Тюбегатанского месторождения калийных солей в Дехканабадском районе Кашкадарьинской области Республики Узбекистан. Проведенные этим автором детальные дистанционные исследования свидетельствуют о хорошей сходимости результатов различных методов аэрокосмогеологических исследований и, например, геофизических методов, что в любом случае обеспечивает надежность прогнозирования участков повышенной трещиноватости пород.

Аналогичный методический комплекс применялся одним из авторов данной работы при картировании и уточнении строения водообильных трещинных зон на Бахтинском и Мутницком месторождениях пресных подземных вод, расположенных на территории Кировской области [15]. Здесь выявленная перспективность месторождений обусловлена зонами и участками трещиноватости пород северодвинского терригенного комплекса.

Помимо этого, не только положение тектонических структур и участков неотектонической активности определяет наиболее вероятное местонахождение зон концентрации подземных вод. Эти факторы свидетельствуют о тектонической напряженности пород, но не о характере их трещиноватости (густоте и открытости трещин, о степени их водопроницаемости), которая зависит от восприимчивости отдельных литологических разностей пород, слагающих разрез, к тектоническим напряжениям. Трещиноватость пород тесно связана с тектоническим строением территории. Интенсивные неотектонические движения постоянно обновляют старые и образуют новые системы трещин. Преобладающее количество трещин имеет тектоническое происхождение.

Наиболее развита трещиноватость на участках, приуроченных к локальным поднятиям. Максимальная трещиноватость (а вследствие и повышенная водообильность) пород приурочена к местам наибольшего изгиба пластов и крутым крыльям структур, к их сводам и периклинальным окончаниям [1, 2], что подтверждается данными съемочных работ, приведенными в табл. 2.

На формирование водообильных зон также влияет и тип разреза. Наиболее восприимчивым к тектоническим напряжениям является карбонатный (известняковый) тип разреза, менее восприимчивым – песчаниковый, а слабовосприимчивым – глинистый. Так, например, в известняках формируются более открытые трещины, чем в песчаниках, а присутствие большого количества глин в разрезе приводит к кольматации трещин, что в свою очередь снижает обводненность пород. Большинство водообильных зон в терригенно-карбонатной толще Верхнекамья (25 из 39, в 5 зонах по литологии сведений нет) представлена карбонатным типом, и только 4 зоны представлено известняково-глинистым, 3 зоны – известняково-песчаниковым типами разреза [16].

Водообильность пород характеризует не только способность содержать подземную воду. Она отражает их возможность проводить определенный объем воды в естественных условиях, который оценивается по величине модуля подземного стока, дебита родников, скважин [1].

Так, в работе Е.А. Иконникова и др. [15] отмечается локальное возрастание модуля подземного стока в пределах участков неотектонической активности. Такая закономерность прослеживается и по результатам съемочных работ, где в пределах зоны активных неотектонических движений модули подземного стока возрастали с 0,48 до 6,57 л/с/км2.

Все участки повышенной водообильности, характеристика которых приведена в табл. 1, фиксировались по крупным родникам, но некоторые проверялись и бурением скважин. Как правило, в пределах выделенных зон отмечались высокие дебиты скважин. Дифференциация водообильности соликамского комплекса по скважинам иллюстрируется табл. 3.

Как видно из таблицы, значения дебитов скважин в пределах водообильных зон составляют 5,6–21,4 л/с, удельные дебиты 2,1–61,2 л/с, а за пределами водообильных зон лишь 0,5–1,0 л/с, исключение составляют скважины 1с и 3с, пробуренные на значительном удалении от сводовой части Потымского поднятия.

Помимо благоприятных структурно-тектонических факторов, на пеструю водообильность по скважинам оказывала влияние и геоморфологическая обстановка. Яркими примерами здесь могут служить Изверская и Легчимская водообильные зоны. Наиболее высокие гидродинамические показатели отмечаются в скважинах, пробуренных непосредственно в долинах рек (дебиты варьируют в пределах 0,2–62,5 л/с); причем из 29 пробуренных скважин 27 (94 %) имеют дебиты 4,6–62,5 л/с, а свыше половины (55 %) имеют дебиты более 10 л/с. Удельные дебиты составляют от 2,5 до 17,3 л/с. Для скважин, пробуренных на склонах долин и водоразделах, дебиты изменяются от 0,22 до 47,67 л/с, причем из 17 определений – 11 (60 %) имеют значения 0,22–3,0 л/с (удельные дебиты 0,02–1,6 л/с).

Выводы

В настоящее время с применением дистанционных методов и привлечением геоинформационных технологий, наряду с картированием, повысилась эффективность выявления водообильных зон и участков повышенной водообильности.

Таблица 3

Дифференциация водообильности соликамского комплекса по скважинам

п/п

№ скважин

Местоположение

Тектоническая приуроченность

Дебит, л/с

Понижение, м

Удельный дебит, л/с

В пределах водообильных зон

1

д. Галухина

ЮВ окончание Потымского поднятия

5,6

8,6

0,66

2

с. Осокино

Северо-западное крыло Осокинской мульды

16,5

1,7

9,7

3

д. Силькина

Восточное крыло Потымского поднятия

8,9

15,2

0,58

4

п. Ключи

неясное

21,4

0,25

61,2

5

13с

д. Родники

Восточное крыло Харюшинского поднятия

16,5

0,5

33

6

15с

д. Борисово

Свод Борисовского поднятия

11,9

5,75

2,1

За пределами водообильных зон

1

14с

Развалины д. Камынино

Северное окончание Чуринской мульды

8,6

15,65

0,5

2

27с

д. Санникова

Чуринская мульда

7,9

7,93

1,0

 

Выявление и картирование водообильных зон терригенно-карбонатной толщи в районе Верхнекамья, уточнение уже имеющихся данных по таким зонам имеет большое практическое значение для обеспечения населения данного района пресной водой.


Библиографическая ссылка

Демина А.А., Катаев В.Н. ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ВЫЯВЛЕНИЯ ВОДООБИЛЬНЫХ ЗОН В НАДСОЛЕВЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ТЕРРИГЕННО-КАРБОНАТНОЙ ТОЛЩИ ВЕРХНЕКАМЬЯ // Успехи современного естествознания. – 2017. – № 12. – С. 140-145;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36620 (дата обращения: 23.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074