Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДООБИЛЬНЫХ ЗОН, ПРИУРОЧЕННЫХ К ТЕРРИГЕННО-КАРБОНАТНОЙ ТОЛЩЕ В РАЙОНЕ ВЕРХНЕКАМЬЯ

Демина А.А. 1 Катаев В.Н. 1
1 ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет»
Рассматривается пространственное распределение водообильных зон в районе Верхнекамского месторождения калийных солей, приуроченных к надсолевым отложениям терригенно-карбонатной толщи и связанным с ней верхнесоликамским водоносным горизонтом. Представлены гидрогеологические условия территории исследования и проблемы изучения водообильных зон. Анализ гидрогеологических и других работ показал, что выделенные зоны терригенно-карбонатной толщи относятся к тектоногенным водообильным зонам. По пространственному расположению они однотипны и представляют собой локальные площадные зоны неглубокого заложения. По результатам картирования построена схема расположения водообильных зон терригенно-карбонатной толщи на площади Верхнекамского месторождения калийных солей (всего 44 зоны). Установлено, что наибольшее количество водообильных зон расположено в центральной, южной и западной частях месторождения. Показано расположение водообильных зон относительно региональных разломов, а также разрывных нарушений более мелкого порядка. Наиболее водообильные участки приурочены к тектоническим разрывным нарушениям (разломам) и долинам малых рек. С водообильными зонами разломов связаны многие водозаборы и крупные месторождения подземных вод Верхнекамья, эксплуатирующие верхнесоликамский водоносный горизонт. Высокая водообильность разломов подтверждается на участках, приуроченных к речным долинам. По результатам откачек из водозаборных скважин на Легчимском месторождении подземных вод, пробуренных в зонах разломов на разных элементах рельефа, наблюдается закономерное увеличение дебита скважин, расположенных в речных долинах, и минимальные значения дебита на междуречьях. Приводится разделение водообильных зон по пространственному положению относительно элементов рельефа. Рассмотрено влияние структурно-тектонических и геодинамических факторов на площадное расположение водообильных зон.
Пермский край
Верхнекамское месторождение солей
водообильные зоны
терригенно-карбонатная толща
верхнесоликамский водоносный горизонт
трещиноватость
разрывные нарушения
1. 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.
2. Кудряшов А.И. Верхнекамское месторождение солей. Пермь: ГИ УрО РАН, 2001. 429 с.
3. 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. СПб.: Санкт-Петербургский гос. ун-т, 2011. С. 72–74.
4. Иконников Е.А., Джаббаров А.Х. О водоносности нарушений Верхнекамского месторождения солей // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. Пермский гос. нац. иссл. ун-т. Пермь. 2011. С. 144–146.
5. Шерстнев В.А. Водообильные зоны. Избранные труды. Пермь: Изд-во ПГУ, ПСИ, ПССГК, 2002. 132 с.
6. Копылов И.С. Основные водоносные комплексы Пермского Прикамья и перспективы их использования для водоснабжения // Успехи современного естествознания. 2014. № 9. С. 105–110.
7. Бычков С.Г., Катаев В.Н., Митюнина И.Ю., Степанов Ю.И. Разработка комплекса геолого-геофизических методов для выделения водообильных участков // Вестник Пермского университета. 2018. Т. 17. № 4. С. 379–385. DOI: 10.17072/psu.geol.17.4.379.

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.

demina1.tif

Рис. 1. Фрагмент схемы распределения водообильных зон терригенно-карбонатной толщи на территории ВКМС (по данным гидрогеологических съемочных работ)

demina2a.tif

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

 

demina3.tif

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.


Библиографическая ссылка

Демина А.А., Катаев В.Н. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДООБИЛЬНЫХ ЗОН, ПРИУРОЧЕННЫХ К ТЕРРИГЕННО-КАРБОНАТНОЙ ТОЛЩЕ В РАЙОНЕ ВЕРХНЕКАМЬЯ // Успехи современного естествознания. – 2020. – № 10. – С. 79-84;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37494 (дата обращения: 24.10.2021).

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