Территории западного склона Среднего Урала расположена на стыке Предуральского краевого прогиба и Западно-Уральской зоны складчатости, характеризуется сложными гидрогеологическими условиями, обусловленными различными природными и техногенными факторами [2,3, 12, 23-25, 32]. Широкомасштабное загрязнение подземных вод (ПВ), связанное с освоением Кизеловского угольного бассейна (КУБ), нефтегазовых месторождений, индустриальным развитием создает серьезную экологическую проблему [4, 5, 7, 8, 11, 13, 17, 22, 28] для многих населенных пунктов, где наблюдается дефицит пресных ПВ. Существует недостаток современной гидрогеологической информации для поисков ПВ.
Материалы и методы исследования
Гидрогеологический анализ Среднего Урала сделан на основе материалов среднемасштабной гидрогеологической съемки, выполненной ГП «Запуралгидрогеология» (В.А. Поповцев, Е.А. Иконников и др.), региональных гидрогеологических и геоэкологических исследованиий (И.С. Копылов и др.) и геологического доизучения (ГДП-200) листов O-40-X, XVI, выполненных ФГУП «Геокарта-Пермь», где автором проведено гидрогеологическое картографирование по методике ВСЕГИНГЕО, а также специализированных гидрогеологических исследований с применением дистанционных методов и геоинформационных технологий, выполненных в Пермском госуниверситете [6, 10, 14-20, 26, 27, 33].
Результаты исследования и их обсуждение
В зависимости от вещественного водовмещающих пород, их возрастной принадлежности на территории выделены 14 основных гидрогеологических подразделений [18]. Распространение их показано на гидрогеологической карте; при этом, виду сложного строения и малой ширины выхода в складчатых структурах некоторые водоносные комплексы и горизонты в данном масштабе карты показаны объединенными (рисунок).
Гидрогеологическая карта западного склона Среднего Урала (листы O-40-X, XVI)
По гидрогеологическим условиям западная часть площади резко отличается от восточной. В западной части территории, в пределах Предуральского бассейна, в условиях слабо расчлененного рельефа, субгоризонтального залегания пород ПВ находятся в гидрогеологически закрытом артезианском бассейне, обладают большим гидростатическим напором, повышенной минерализацией с различными гидрогеохимическими аномалиями [1, 9, 21, 30]. В восточной части, в пределах Западно-Уральского бассейна в условиях расчлененного рельефа, дизъюнктивной тектоники с проявлением меридиональных зон трещиноватости и закарстованности в которых формируются водообильные зоны [29, 31], ПВ залегают в небольших обособленных бассейнах поверхностного дренирования.
Водоносный четвертичный аллювиальный горизонт (аQIV) распространён в долинах рек: Чусовой, Яйвы, Косьвы, Усьвы, Вильвы. В пределах Предуральского бассейна, реки имеют широкие долины, достигающие 2-4 км с мощностью аллювия до 30 м (р.Чусовая у п. Калино). В пределах Уральского бассейна реки имеют каньонообразные долины с незначительным развитием аллювия. ПВ грунтовые, безнапорные. Глубина залегания 0,2-8м. Дебит родников – 0,01-0,5 л/с, скважин – 0,3-21 л/с. Преобладают гидрокарбонатно-кальциевые воды, встречаются воды с повышенной минерализацией, обусловленные подтоком минерализованных вод и техногенным загрязнением. Естественные ресурсы в целом незначительные. Используется для водоснабжения небольших населенных пунктов.
Водоносный четвертичный эллювиально-делювиальный горизонт (edQIII-IV) распространён повсеместно, ввиду обычно незначительной и изменчивой мощности отложений, различного геоморфологического положения и механического состава содержат переменное количество воды в виде верховодки. Химический состав ПВ отличается пестротой и ультрапресной минерализацией. На гидрогеологической карте горизонт не показан, ввиду малой мощности, или незначительной площади распространения. Практического значения почти не имеет за исключением водоснабжения редких деревень.
Водоносный шешминский горизонт (P1ss) приурочен к шешминскому горизонту уфимского яруса нижней перми. Выходит на поверхность в северо-западной части района. Водовмещающими являются песчаники, алевролиты, конгломераты. Небольшая мощность горизонта и преимущественно высокое гипсометрическое положение способствует ее глубокому расчленению, хорошему дренированию и безнапорному характеру ПВ. Дебиты родников от 0,1 до 50 л/с, скважин – от 2,5 до 18,3 л/сек. По химическому составу ПВ гидрокарбонатно-кальциевые с общей минерализацией 0,1-0,4 г/л. Ресурсы невелики, используются в ряде населенных пунктов в бассейне р. Яйва одиночными скважинами, родниками.
Водоносный соликамский горизонт (P1sl) приурочен к соликамскому горизонту уфимского яруса нижней перми. Выходит на поверхность в виде полосы меридионального простирания шириной до 30км в Предуральском бассейне. Водовмещающими являются мергели, песчаники, алевролиты. Глубина залегания вод 0-22м. Дебиты родников – 0,05-130 л/с, скважин – 1-25 л/с. Развиты пресные гидрокарбонатно-кальциевые, магниевые, натриевые воды с минерализацией 0,1-0,5 г/л, реже встречаются смешанные воды до 3,5 (до 23) г/л. Ресурсы ПВ распределяются неравномерно, участками наблюдаются водообильные зоны, которые могут удовлетворить потребности в питьевой воде крупных населенных пунктов.
Водоносный кунгурский комплекс (P1k) представлен несколькими водоносными горизонтами в терригенных отложениях кунгурского яруса (иренским – P1ir, кошелевским – P1ks, лекским – P1lk). Развит на поверхности по восточному борту Предуральского прогиба. В верхней трещиноватой зоне, выше эрозионного вреза развиты безнапорные трещинно-грунтовые воды. Глубина залегания ПВ в долинах рек 1,8-12 м, а на водоразделах и склонах – 16-50 м. Дебиты родников – 0,01-65 л/с, скважин – 1-83 л/с. По химическому составу ПВ пресные гидрокарбонатно-кальциевые воды с минерализацией 0,1-0,5 г/л, реже – сульфатно-гидрокарбонатно-натриевые до 4 г/л и хлоридно-натриевые соленые воды – до 44 г/л. Ресурсы ПВ в целом невелики. Большими возможностями обладают водообильные зоны Косьвинско-Чусовской седловины. Используются для водоснабжения городов, поселков, деревень.
Водоносный ассельско-артинский комплекс (P1 a-ar) приурочен к терригенным толщам ассельского, сакмарского и артинского ярусов нижней перми, включает два водоносных подкомплекса: артинский (P1 ar) и ассельско-сакмарский (P1 a+s). Выходит на поверхность в передовых складках Урала. Водоносными являются песчаники, конгломераты, алевролиты. Глубина залегания ПВ от 0,7 м до 84 м. Дебиты родников – 0,05-60 л/с, скважин – 0,9-42 л/с, удельные дебиты – 0,03-6 л/с. Преобладают гидрокарбонатно-кальциевые воды с минерализацией 0,1-0,5 г/л, реже – сульфатно-кальциевые, натриевые воды до 3 г/л. Ресурсы ПВ распределены неравномерно. Крупные водообильные зоны установлены в долинах р.Лытва и р.Иваки. Используются для водоснабжения г.Александровска, п.Всеволодо-Вильва.
Водоносный визейско-артинский комплекс (C1 v-P1 ar) объединяет среднекаменноугольно-нижнепермский карбонатный водоносный комплекс и визейско-башкирский водоносный терригенный горизонт. Ввиду их сложного строения и малой ширины выхода в складчатых структурах на гидрогеологической карте они показаны, как один комплекс. Описание горизонтов в тексте приводится раздельно.
Водоносный среднекаменноугольно-нижнепермский комплекс (C2-3-P1) объединяет карбонатные отложения от нижней перми до московского яруса среднего карбона. Распространен в виде полосы субмеридионального простирания. Водовмещающие породы – известняки и доломиты. Уровень ПВ комплекса на водоразделах и склонах свободный, а в долинах основных дрен нередко имеет напор до 10-20 м. Глубина залегания уровня трещинно-карстовых вод фиксируется от 3 м до 129 м от поверхности земли. Мощность зоны современной активной циркуляции достигает 500-600 м. Дебит родников от 0,1 до 17 л/с, удельные дебиты скважин до 2,7 л/с. Повышенная водоносность наблюдается вдоль крупных тектонических нарушений. По химическому составу ПВ гидрокарбонатно-кальциевые с общей минерализацией от 0,1 до 0,4 г/л. В Предуральском бассейне ПВ находятся в зоне затрудненного водообмена. Ресурсы ПВ (1307 л/с) в целом являются перспективными для организации централизованных водозаборов в северной части района.
Водоносный визейско-башкирский горизонт (C1 v- C2b) ограничен региональными водоупорами – визейской терригенной толщей снизу и глинисто-карбонатными породами московского яруса, содержит в себе самый высокопроизводительный водоносный горизонт. Известняки закарстованы до глубины 150 м ниже вреза речных долин. Глубина залегания ПВ изменяется от 0,9 до 63 м. Дебиты родников – 0,05-300 л/с, скважин – 0,05-17 л/с, удельные дебиты – до 14,3 л/с. Локализация ПВ происходит в зонах тектонических нарушений, омоложенных новейшими движениями. В химическом составе ПВ преобладают гидрокарбонатно-кальциевые с минерализацией от 0,1 до 0,3 г/л, реже сульфатные воды с минерализацией до 0,5 г/л. Ресурсы ПВ весьма значительны, но распределены неравномерно. Используется для водоснабжения г. Чусового (с общей производительностью скважин и родников 5330 м3/сут.), Кизела (2 скважины с водозаборами в 432 и 600 м3/сут.), шахтных поселков.
Спорадически обводненный водоупорный западноуральский комплекс (C1 zu) распространен в пределах Западноуральского бассейна и приурочен к отложениям западноуральской свиты визейского яруса, содержит в себе серию водоносных горизонтов, приуроченных к пластам трещиноватых кварцевых песчаников. Синклинальное и моноклинальное залегание толщи обусловило напорный характер ПВ. Мощность зоны аэрации составляет 50-75 м. Глубина залегания ПВ от 0,2 м до 611 м и более. Дебит родников 0,1-0,2 л/с, редко – до 25 л/с; дебиты скважин – 0,01-10 л/с, удельные дебиты – до 7 л/с. По химическому составу ПВ гидрокарбонатно-кальциевые с минерализацией от 0,07 до 0,5 г/л. В Предуральском бассейне комплекс находится в зоне затрудненного водообмена. Используется ограниченно.
Водоносный франско-турнейский комплекс (D3 fr – C1 t) включает известняки франского, фаменского и турнейского ярусов, развитые в восточной части территории, в виде широкой полосы субмеридионального простирания. Основные водоносные горизонты приурочены к пачкам карбонатных пород. Активная циркуляция ПВ осуществляется до глубины 250-300 м. Уровень ПВ вскрывается скважинами от 0 до 73 м. Трещинно-пластовые воды имеют напорный характер. Дебиты родников от 0,1 до 25 л/с, скважин – от 0,1 до 1,1 л/с, при удельных дебитах от 0,01 до 0,4 л/с (до 10-23 л/с в водообильных зонах). Химический состав ПВ в зоне активной циркуляции преимущественно гидрокарбонатно-кальциевый с минерализацией 0,1-0,3 г/л. В результате промышленного загрязнения отмечаются сульфатно-натриевые воды с повышенной минерализацией. Используется для водоснабжения г. Губаха, г. Гремячинск, шахтных поселков.
Водоносный горизонт в карбонатных отложениях турнейского яруса нижнего карбона и верхнего девона выделяется в составе водоносного франско-турнейского комплекса. Представлен карбонатными породами, содержит единый водоносный горизонт трещинно-карстового типа. Мощность зоны аэрации на водоразделах достигает 100-150 м. Уровень ПВ обычно свободный. Водообильность горизонта распределена неравномерно. Дебиты родников изменяются от 0,01 до 400 л/с, дебит скважин до 10 л/с, удельные дебиты – 0,05-1,04 л/с. По химическому составу ПВ гидрокарбонатно-кальциевые с минерализацией до 0,3 г/л. В результате загрязнения шахтными водами появляются смешанные воды с повышенной минерализацией. Современное использование ресурсов ограничивается отбором воды из каптированных родников и одиночной водозаборной скважины в пос. Скальный.
Водоносный средне-нижнедевонский комплекс (D1-2) приурочен к среднедевонским эйфельским отложениям, представленными в нижней части песчаниками и конгломератами такатинской свиты и битуминозными известняками, доломитами в верхней части. По характеру циркуляции ПВ относятся к трещинно-пластовому типу. Имеют напорный характер. Дебиты родников составляют 0,1-0,5 л/с. По химическому составу ПВ гидрокарбонатно-кальциевые, реже – гидрокарбонатно-сульфатные воды с минерализацией от 0,1 до 0,5 г/л. Ресурсы ПВ ограничены, но вполне достаточны для водоснабжения промышленных объектов населенных пунктов с потребностью до 5 л/с, а в благоприятных условиях до 10-15 л/с.
Водоносный вендский комплекс (V1-2) распространен в восточной части площади, представлен породами сылвицкой и серебрянской серии. Водовмещающие породы представлены песчаниками и алевролитами. Обводненность вендских образований обуславливается интенсивной их трещиноватостью. Мощность зоны трещиноватости составляет 60-80м на придолинных участках. ПВ имеют в основном свободный уровень, находящийся на глубине от 0 до 20м в придолинных участках. Дебиты родников изменяются от 0,01 до 5 л/с; дебиты скважин – 0,4-4 л/с, при удельных дебитах – 0,015-0,22 л/с. Преобладают гидрокарбонатно-натриевые и кальциевые воды с минерализацией 0,1-0,2 г/л. Статические запасы ПВ весьма ограничены в связи с малой глубиной зоны эффективной трещиноватости и, следовательно, незначительными емкостными возможностями. Практически не используется.
Заключение. Наибольшими ресурсами ПВ, пригодных для хозяйственно-бытового и промышленного водоснабжения в пределах Предуральского бассейна обладают шешминский и соликамский водоносные горизонты, а в пределах Большеуральского бассейна – визейско-башкирский водоносный горизонт и среднекаменноугольно-нижнепермский и франко-турнейский водоносные комплексы. Установлено 18 месторождений пресных хозпитьевых и технических вод, из них эксплуатируются 13 месторождений. Наиболее крупным является Косьвинское месторождение ПВ из среднекаменноугольно-нижнепермского водоносного комплекса. Для централизованного водоснабжения населенных пунктов и крупных предприятий наиболее перспективно использование ПВ в районах развития карбонатных комплексов и бассейнов карстовых вод, а также в пределах водообильных зон, приуроченных к геодинамическим активным зонам с повышенной тектонической трещиноватостью.
Библиографическая ссылка
Копылов И.С. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ЗАПАДНОГО СКЛОНА СРЕДНЕГО УРАЛА И ИХ ПЕРСПЕКТИВЫ ДЛЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 6-3. – С. 460-464;URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=6925 (дата обращения: 16.04.2024).