Под понятием «водообильная зона» понимаются 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, в большинстве своем – пресных [1].
Изучение водообильных зон требует довольно длительного времени. На территории Пермского края и, в частности Верхнекамья, на протяжении более 50 лет проводятся поиски водообильных зон. Их изучением занимались многие исследователи – Н.Д. Буданов, Л.И. Шимановский, И.А. Печеркин, Г.К. Михайлов, Е.А. Иконников, А.В. Ревин, В.Н. Катаев, В.А. Шерстнев и др. Как правило, водообильные зоны выявляются и подтверждаются при проведении региональных гидрогеологических исследований и картографировании [1]. Большинство съемочных работ проводилось в 1960–1980 гг.
Цель исследования состоит в изучении пространственного распределения водообильных зон терригенно-карбонатной толщи в районе Верхнекамского месторождения калйиных солей (ВКМС) относительно элементов разрывной тектоники, рельефа, а также площадного расположения зон.
Материалы и методы исследования
Территория характеризуется сложными гидрогеологическими условиями. По гидрогеологическому районированию площадь исследования расположена в Предуральской гидрогеологической области, Соликамском гидрогеологическом районе, который территориально соответствует Соликамской впадине [2]. В верхней части гидрогеологического разреза – в зоне активного водообмена – залегают преимущественно терригенные, карбонатные и сульфатные фациально-невыдержанные породы верхнего палеозоя. Воды зоны, как правило, пресные. Над соляными поднятиями мощность зоны активного водообмена составляет около 100 м, в депрессиях кровли соленосной толщи – до 200 м [2]. Формирование водообильных зон происходит под действием многих процессов, ведущую роль среди которых играют структурно-тектонические условия и геодинамическая (неотектоническая) активность, обуславливающие повышенную степень трещиноватости пород [1].
В последние годы все более острой становится проблема снабжения населения питьевой водой. Несмотря на то, что в современном хозяйственно-питьевом водоснабжении Пермского края преобладает использование поверхностных вод, крупные города Верхнекамья – Соликамск и Березники – для хозяйственно-питьевых нужд используют исключительно подземные воды. Исследование водообильных зон, как возможных месторождений подземных вод с относительно высокими гидрогеологическими параметрами, сталкивается с рядом проблем, не имеющих сегодня унифицированного решения. Это проблемы установления морфометрических параметров зоны, её качественного проявления в различных литологических типах терригенных отложений, установления фильтрационных свойств различных частей зоны, проблемы установления механизма восполнения запасов воды, формирования их химического состава [3].
При проведении гидрогеологических съемочных работ в районе ВКМС в 1970–1980 гг. установлено и закартировано 44 водообильных зоны, приуроченные к верхнесоликамскому водоносному горизонту. В наиболее водообильных из них отмечаются дебиты родников до 990 л/с, скважин – до 100 л/с и более.
Результаты исследования и их обсуждение
Интерпретация картографического материала съемочных работ позволила авторам построить схему расположения водообильных зон терригенно-карбонатной толщи на площади ВКМС (рис. 1).
Пликативная структура надсолевого комплекса пород соответствует структуре кровли соленосной толщи [2]. На площади месторождения большинство предполагаемых разрывных нарушений занимают в основном центральную и южную части (рис. 2).
Северная же часть месторождения отличается наиболее спокойным рельефом кровли соляной толщи. Наибольшее количество водообильных зон расположено именно в центральной и южной частях месторождения, а также они тяготеют к западной границе месторождения, правобережью р. Камы.
При сопоставлении рис. 1 и 2 становится очевидно, что большая часть водообильных зон терригенно-карбонатной толщи расположена в пределах влияния Красноуфимского и Боровицкого региональных разломов, а также приурочена к разрывным нарушениям более мелкого порядка (рис. 3).
Как правило, водообильные зоны приурочены к тектоническим разрывным нарушениям (разломам), представляющим собой линейные зоны трещиноватых и разуплотненных пород, где гидрогеологические параметры эксплуатационного горизонта много выше, чем на прилегающих площадях. Также они тяготеют к долинам малых рек и локализованы в узких линейных зонах шириной десятки и первые сотни метров [3].
С водообильными зонами разломов связаны многие водозаборы, расположенные на площади ВКМС и такие крупные месторождения подземных вод, как Верхнекамское и Легчимское. Все они эксплуатируют верхнесоликамский водоносный горизонт. Следует отметить, что высокая водообильность разломов прослеживается не на всем их протяжении, а на отдельных участках, приуроченных к речным долинам. На междуречных пространствах (на склонах и водоразделах) разломы по водоносности не проявляются [4]. Это подтверждается и данными результатов откачек из водозаборных скважин на Легчимском месторождении подземных вод, представленных в таблице.
Разделение водообильных зон по пространственному положению относительно элементов рельефа приводится в работе В.А. Шерстнева [5]. Он различает водообильные зоны водораздельных пространств, склонов и речных долин. Наиболее широким распространением пользуются водообильные зоны склонов и речных долин. Водообильные зоны водораздельных пространств встречаются довольно редко. На территории ВКМС практически все водообильные зоны терригенно-карбонатной толщи приурочены к речным долинам. Исключением является Селянское месторождение подземных вод и водозабор Соликамского калийного рудоуправления – 3 (СКРУ-3), расположенный на водоразделе рек Усолки и Селянки.
Рис. 1. Фрагмент схемы распределения водообильных зон терригенно-карбонатной толщи на территории ВКМС (по данным гидрогеологических съемочных работ)
Рис. 2. Схема предполагаемых разрывных нарушений в пределах центральной и южной частей калийной залежи ВКМС (Кудряшов А.И., 2001): 1 – Зоны Красноуфимского (I), Дуринского (IV) и Боровицкого (V) региональных разломов; оси зон локальных разрывов чехла и фундамента, выделенные по данным гравиметрической и магнитометрической съемок (2), гравиметрической съемки (3), комплекса геофизических и геоморфологических исследований (4), сейсморазведки (5) и геологической съемки (6); 7 – зоны наиболее вероятных разрывных нарушений; 8 – участки техногенных провалов и их номера
Результаты откачек из скважин на Легчимском месторождении подземных вод, пробуренных в зонах разломов на разных элементах рельефа (по данным гидрогеологических съемочных работ)
|
Положение скважин в рельефе |
Количество скважин, шт. |
Результаты откачек из скважин |
|
|
Дебит, л/с min-max средний |
Удельный дебит, л/с min-max средний |
||
|
На речных долинах |
7 |
6,4–26,0 19,4 |
0,62–20,2 8,3 |
|
На междуречьях (склоны и водоразделы) |
5 |
0,22–2,82 1,3 |
0,1–3,0 1,1 |
Рис. 3. Фрагмент схемы распределения водообильных зон терригенно-карбонатной толщи относительно разрывных нарушений в пределах ВКМС
Водообильные зоны терригенно-карбонатной толщи расположены по площади неравномерно, что обусловлено главным образом действием геодинамических и структурно-тектонических факторов. Так, например, И.С. Копылов в своих работах [1, 6] указывает на принадлежность водообильных зон к узлам пересечения крупных линеаментов, отождествляемых с тектоническими нарушениями и обуславливающими геодинамические активные зоны (ГАЗ). Такие зоны (ГАЗ) характеризуются, как правило, повышенной неотектонической активностью, трещиноватостью пород и отмечается повышенная их водоносность. Это подтверждается и результатами исследований, проведенных одним из авторов данной работы для изучения месторождений подземных вод, приуроченных к зонам повышенной трещиноватости, где успешно применялся методический комплекс геолого-геофизических и гидрогеологических работ на двух месторождениях подземных вод (Бахтинское и Мутницкое), расположенных в административных границах г. Кирова [7]. Месторождениями эксплуатируется северодвинский терригенный комплекс.
Стоит отметить, что разрывные нарушения в пределах Верхнекамского месторождения солей выделяются главным образом по результатам геофизических и дистанционных исследований. Доказать, что отмеченные при бурении солеразведочных скважин зоны повышенной трещиноватости и дробления фиксируют то или иное разрывное нарушение, как правило, не удается.
Заключение
Водообильные зоны являются неотъемлемой составной частью любого водоносного горизонта (комплекса). Анализ материалов съемочных и других работ показал, что разные авторы единодушно связывают происхождение водообильных зон с неотектоникой. В связи с этим выделенные зоны терригенно-карбонатной толщи следует рассматривать как тектоногенные водообильные зоны. По пространственному положению они однотипны и представляют собой локальные площадные зоны неглубокого заложения.
На территории Верхнекамья основные перспективы поисков подземных вод для обеспечения населения пресной питьевой водой связаны с водообильными зонами верхнесоликамского водоносного горизонта.