Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ЗАПАДНОГО СКЛОНА СРЕДНЕГО УРАЛА И ИХ ПЕРСПЕКТИВЫ ДЛЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Копылов И.С. 1
1 Естественнонаучный институт Пермского государственного национального исследовательского университета
Характеризуются гидрогеологические условия территории западного склона Среднего Урала в пределах Пермского края. Обобщены материалы региональных гидрогеологических исследований и картографирования. Выполнены гидрогеологическая стратификация и районирование территории. Построена современная гидрогеологическая карта. Выделены и охарактеризованы 14 основных водоносных комплексов и горизонтов зоны активного водообмена, имеющих практическое значение для водоснабжения. Дана их характеристика по водообильности отложений, химическому составу и качеству подземных вод. Отмечается связь водоносности отложений с геодинамическими активными зонами и тектоническими структурами. Основные перспективы поисков подземных вод для обеспечения населения пресной водой связаны с водообильными зонами, обусловленными геодинамическими факторами. Централизованное водоснабжение населенных пунктов и крупных предприятий перспективно развивать в районах развития карбонатных комплексов и бассейнов карстовых вод в пределах крупных водообильных зон, приуроченных к зонам повышенной тектонической трещиноватости и разломам.
гидрогеология
пресные подземные воды
водоносные комплексы и горизонты
водообильные зоны
гидрогеологическая карта
Средний Урал
1. Абдрахманов Р.Ф., Попов В.Г. Геохимия и природа глубинных маломинерализованных вод Урала и Предуральского прогиба // Известия Уфимского научного центра РАН. – 2015. – № 1. – С. 72-82.
2. Буданов Н.Д. Гидрогеология Урала. – М.: Наука, 1964. – 303 с.
3. Гидрогеология СССР. Т. XIV. Урал / Под ред. И.К.Зайцева. – М.:Недра, 1972. – 648 с.
4. Грязнов О.Н., Новиков В.П., Фельдман А.Л. Гидрогеологические и геоэкологические аспекты разработки рудных месторождений горно-складчатого Урала // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. – 1995. – № 5. – С. 95.
5. Имайкин А.К., Имайкин К.К. Гидрогеологические условия Кизеловского угольного бассейна во время и после окончания его эксплуатации, прогноз их изменений. – Пермь, 2013. – 112 с.
6. Коноплев А.В., Копылов И.С., Пьянков С.В., Наумов В.А., Ибламинов Р.Г. Разработка принципов и создание единой геоинформационной системы геологической среды г. Перми (инженерная геология и геоэкология) // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 6.
7. Копылов И.С. Концепция и методология геоэкологических исследований и картографирования платформенных регионов // Перспективы науки. 2011. № 8 (23). С. 126-129.
8. Копылов И.С. Принципы и критерии интегральной оценки геоэкологического состояния природных и урбанизированных территорий // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – № 6.
9. Копылов И.С. Гидрогеохимические аномальные зоны Западного Урала и Приуралья // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. – Пермь. – 2012. – С. 145-149.
10. Копылов И.С. Линеаментно-геодинамический анализ Пермского Урала и Приуралья // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 6.
11. Копылов И.С. Аномалии тяжелых металлов в почвах и снежном покрове города Перми, как проявления факторов геодинамики и техногенеза // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 1-2. – С. 335-339.
12. Копылов И.С. Составление геологического атласа Пермского края // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского. – 2013. – № 16. – С. 356-362.
13. Копылов И.С. Закономерности формирования почвенных ландшафтов Приуралья, их геохимические особенности и аномалии // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – №. 4.
14. Копылов И.С. Результаты и перспективы региональных гидрогеологических работ в Пермском крае и их геоинформационное обеспечение // Геоинформационное обеспечение пространственного развития Пермского края. Сб. науч. тр. Перм. гос. нац. исслед. ун-т. – Пермь. – 2013. – Вып. 6 – С. 34-40.
15. Копылов И.С. Поиски и картирование водообильных зон при проведении гидрогеологических работ с применением линеаментно-геодинамического анализа // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – 2013. – № 93. – С. 468-484.
16. Копылов И.С. Геодинамические активные зоны Приуралья, их проявление в геофизических, геохимических, гидрогеологических полях // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 4. – С. 69-74.
17. Копылов И.С. Геоэкологическая роль геодинамических активных зон // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 7. – С. 67-71.
18. Копылов И.С. Основные водоносные комплексы Пермского Прикамья и перспективы их использования для водоснабжения // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 9-2. – С. 105-110.
19. Копылов И.С. Гидрогеологическая роль геодинамических активных зон // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 9-3. – С. 86-90.
20. Копылов И.С. Аэрокосмогеологические методы для оценки геодинамической опасности на закарстованных территориях // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 6. – С. 14-19.
21. Копылов И.С. Формирование микроэлементного состава и гидрогеохимических аномальных зон в подземных водах Камского Приуралья // Вестник Пермского университета. Геология. – 2014. – № 3 (24). – С. 30-47.
22. Копылов И.С. Научно-методические основы геоэкологических исследований нефтегазоносных регионов и оценки геологической безопасности городов и объектов с применением дистанционных методов / автореф. дис. ... д-ра геол.о-минералог. наук. – Пермь, 2014. – 48 с.
23. Копылов И.С., Коноплев А.В. Геологическое строение и ресурсы недр в атласе Пермского края // Вестник Пермского университета. Геология. – 2013. – № 3 (20). – С. 5-30.
24. Копылов И.С., Коноплев А.В., Ибламинов Р.Г., Осовецкий Б.М. Региональные факторы формирования инженерно-геологических условий территории Пермского края // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – 2012. – № 84. – С. 102-112.
25. Копылов И.С., Коноплев А.В., Ибламинов Р.Г., Осовецкий Б.М. Инженерно-геологическое изучение, картографирование, районирование территории Пермского края // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11-10. – С. 2190-2195.
26. Копылов И.С., Ликутов Е.Ю. Структурно-геоморфологический, гидрогеологический и геохимический анализ для изучения и оценки геодинамической активности // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 9-3. – С. 602-606.
27. Копылов И.С., Лунев Б.С., Наумова О.Б., Маклашин А.В. Геоморфологические ландшафты, как основа геоэкологического районирования // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11-10. – С. 2196-2201.
28. Копылов И.С., Наумов В.А., Спасский Б.А., Маклашин А.В. Геоэкологическая оценка горно-промышленных и нефтегазоносных закарстованных районов Среднего Урала // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5.
29. Михайлов Г.К., Оборин А.А. Подземная кладовая пресных вод Сылвенского кряжа. – Пермь: Изд-во Пермского ун-та, 2006. – 154 с.: ил.
30. Тихонов А.И., Копылов И.С. Явление поступления глубинных вод из земных недр и их роль в развитии Земли // Вестник Пермского университета. Геология. – 2014. – № 4 (25). – С. 43-55.
31. Шерстнев В.А. Водообильные зоны. – Пермь: ПГУ, 2002. – 132 с.
32. Шимановский Л.А., Шимановская И.А. Пресные подземные воды Пермской области. – Пермь: Кн. изд-во, 1973. – 195 с.
33. Likutov E.Yu., Kopylov I.S. Complex of methods for studying and estimation of geodynamic activity // Tyumen State University Herald. – 2013. – № 4. – С. 101-106.

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).

kopul1.tif

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: 01.12.2021).

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