Водоносные коллекторы и водоупоры горных пород

Проницаемость - свойство горных пород пропускать через себя жидкости и газы при наличии градиента давления. Гидрогеологов интересует, прежде всего, водопроницаемость, от которой зависят фильтрационные свойства пород-коллекторов. Количественно проницаемость оценивается коэффициентом проницаемости, а водопроницаемость - коэффициентом фильтрации.

Единица проницаемости - 1 Д (дарси) - численно отвечает проницаемости образца породы длиной 1 см с площадью поперечного сечения 1 см², через который при падении давления на 1 атм протекает 1см³/с жидкости с вязкостью 0,001 Па•с. Коэффициент проницаемости, имеющий размерность м/сут, м/с и т. д., представляет скорость фильтрации при напорном градиенте, равном 1.

Как видно из табл. 3.1, для пресных подземных вод при температуре 20°С проницаемость в 1 Д ориентировочно соответствует коэффициенту фильтрации 0,85-0,9 м/сут.

Горные породы могут быть весьма проницаемыми (коэффициент проницаемости от 10 до нескольких сотен тысяч миллидарси), полупроницаемыми (10-0,1 мД) и практически непроницаемыми (менее 0,1 мД). Более подробное деление приводится в табл. 3.1.

К проницаемым породам относятся галечники, отсортированные пески и песчаники, кавернозные карбонатные и трещиноватые кристаллические породы. Поровое пространство, занимающее обычно 10-40%, равномерно распределено по объему породы и принадлежит преимущественно сверхкапиллярньтм или крупнокапиллярным порам. Поры других размеров имеют подчиненное значение, на физически связанную воду приходится очень небольшая часть объема пор.

Полупроницаемы неотсортированные породы (песчано-глинистые осадки, песчаники с глинистым цементом, меловидные известняки и т. д.) с неравномерной пористостью (поры большей частью мелко- и субкапил-лярные.)

Практически непроницаемыми считаются породы с субкапиллярными или закрытыми порами (глины, аргиллиты, невыветрелые сланцы, плотные кристаллические породы). Однако совершенно непроницаемые породы в природе отсутствуют. При значительных перепадах давлений водопроницаемыми могут быть даже толщи глин мощностью несколько десятков метров. Более того, известны случаи, когда через такие толщи «продавливались» вместе с водой растворенные вещества. При «нормальных» гидравлических градиентах миграция растворенных веществ через водоупоры возможна по механизму молекулярной диффузии.

Таблица 3.1 Средине значения коэффициентов фильтрации и водопроницаемости некоторых горных пород для условий движения пресных вод с температурой 20°С (по Н. А. Плотникову)

В определенных термодинамических или гидрогеологических условиях с учетом геологического времени водопроницаемыми становятся и глинистые породы. При господствующих в верхней (до глубины 2-5 км) части земной коры температурах и давлениях породы со значениями коэффициента фильтрации менее 0,1-0,001 мД могут считаться достаточно надежным водоупором. По мнению Г. Я. Богданова и В. М. Кононова, глинистые толщи следует считать водоупорными при мощности более 10м. Хорошим водоупором являются мерзлые породы.

С глубиной, по мере роста давления, пористость и проницаемость горных пород уменьшаются. Правда, бывают и исключения, когда на глубинах 3-6 км встречаются песчаники или известняки, пористость которых составляет 1,5-20%. Однако в целом она па таких глубинах на порядок меньше, чем в верхних горизонтах.

По водно-коллекторским свойствам осадочные (а также осадочно-вулканогенные) породы резко отличаются от кристаллических (магматических и метаморфических) пород. Рассмотрим их раздельно.

3.3 Систематика подземных водоносных систем

Емкости подземных вод различного таксономического ранга могут быть охарактеризованы размером (объемом), строением (формой), составом и свойствами. Естественно, какой-то один признак не даст четкого представления о геологическом теле, содержащем воду. Даже разграничение гидрогеологических резервуаров по нескольким ведущим признакам не способно учесть всех факторов распределения, перемещения и формирования подземных вод.

Следуя структурно-вещественному принципу разграничения, который в гидрогеологии именуется структурно-гидрогеологическим, мы получим наиболее полный набор признаков. Применительно к систематике подземных водоносных систем он должен учитывать, по крайней мере, следующие признаки: 1) размер и строение геологического тела. 2) вещественный состав пород, определяющий характер распределения подземных вод, 3) особенности питания, стока и разгрузки подземных вод.

Самое мелкое подразделение резервуаров (совокупность водосодержащих пор или трещин) образует коллекторы простой или сложной формы с более или менее однородным распределением подземных код.

В осадочных породах сочетание обводненных пор, иногда и трещин дает водоносный горизонт, или комплекс. В кристаллических породах, содержащих регионально-трещинные воды, резервуаром аналогичного ранга служит водоносная зона трещиноватости. Как в чехле, так и особенно в фундаменте протяженные каналы, каверны и полости, заполненные водой, образуют резервуар жильного типа, называемый водоносной зоной нарушений.

В чехле находятся преимущественно коллекторы поровой и пластовой структуры. Наоборот, фундамент отличается коллекторами трещинной и жильно-трещинной структуры.

Рис. 3.3 Соподчиненность природных емкостей подземных год, их размеры и соответствующие им градации гидрогеологического районирования

Гидрогеологические резервуары более высокого порядка на рис. 3.3 имеют обобщенное название бассейн пластовых вод и массив трещинных вод. В них коллекторы чередуются с водоупорами. Бассейну свойственно чередование по разрезу осадочных пород водоносных пластов и комплексов. Массив представляет выход на поверхность или горное поднятие чаще всего кристаллических пород, которые состоят из водоносных зон трещиноватости и жил.

Эти емкости подземных вод хорошо противопоставляются друг другу, чего нельзя сказать при пользовании распространенными терминами «артезианский бассейн» и «гидрогеологический массив». В самом деле, артезианский бассейн по определению, данному К. Кейльгаком, есть не что иное, как система напорных вод, которая включает в себя и внешнюю область питания, т. е. склоны массива. Гидрогеологический массив, по Н. И. Толстихину (1962),- массив трещинных вод. Выходит, противопоставляя систему напорных вод (артезианский бассейн) массиву трещинных вод (гидрогеологическому), резервуары подземных вод сравниваются по различным признакам - напору и коллекторским свойствам пород. Если же названия давать по сопоставимым и противопоставляющимся друг другу признакам, то логичнее пользоваться терминами «бассейн пластовых вод» и «массив трещинных вод». Тогда, кстати, гораздо проще решается вопрос о проведении границы бассейна с массивом.

Бассейн и массив значительных размеров и сложного строения, в отличие от простого бассейна и простого массива, могут рассматриваться как сложный бассейн и сложный массив.

Сложный бассейн пластовых вод образует обширное платформенное или межгорное погружение, отвечающее синеклизам, перикратонным опусканиям и орогенным прогибам - межгорным или краевым (предгорным). Для его строения характерно сочетание нескольких простых по форме бассейнов - сочлененных или наложенных, местами разделенных поднятиями фундамента, разобщенных по верхним и единых по нижним горизонтам осадочного чехла или наоборот.

К сложному массиву трещинных вод относится сочетание более или менее простых по форме массивов (горных хребтов, складчатых поднятий или изолированных интрузий), объединяемых территориально в анти-клинорий складчатого сооружения, группу интрузивных тел или выступ фундамента платформы. Имея сходные условия распределения подземных вод, простые массивы в таком гидрогеологическом резервуаре непосредственно сочленяются друг с другом, а иногда разделяются внутригорными впадинами.

Подземные водоносные системы более высокого порядка включают крупные геологические тела: на платформах - плиты и щиты, а в геосинклинальных (складчатых) регионах - геосинклинальные системы (ветви складчатости) и срединные массы (устойчивые срединные массивы). При этом обособляются группы бассейнов (см. рис. 3.3.)- система бассейнов пластовых вод, группы массивов - система массивов трещинных вод или сложное сочетание массивов и бассейнов, которое именуется системой массивов и бассейнов подземных вод. Эти подразделения резервуаров подземных вод отличаются от сложных бассейнов и массивов не только размерами, но и степенью сложности структурного плана. Им присущи также, иные гидрогеологические особенности, проявляющиеся в общности питания, движения и формирования подземных вод каждой системы.

В таксономическом отношении система бассейнов пластовых вод эквивалентна артезианской области И. К. Зайцева и II. И. Толстихина. но представляет собой не пространственное понятие «область», а объемное - «емкость подземных вод». Точно так же система массивов трещинных вод и система массивов и бассейнов подземных вод имеют много общего с гидрогеологической складчатой областью тех же авторов. Здесь также площадное наименование заменено на объемное.

Система бассейнов отвечает плите - опущенной части платформы, которая вмещает несколько сложных бассейнов пластовых вод, разделенных поднятиями или выступами кристаллического фундамента. Иногда к системе бассейнов относятся сочетание плит и краевых прогибов. Системой бассейнов пластовых вод может быть назван и чехол крупных срединных масс - «остаточных платформ» внутри складчатых регионов.

К системе массивов относятся приподнятые цоколи древних платформ - кристаллические щиты. Очевидно, сюда же принадлежат некоторые геосинклинальные системы, в пределах которых отсутствуют артезианские бассейны пластовых вод.

Но чаще крупное горно-складчатое сооружение, называемое геосин-клинальной системой, как гидрогеологический резервуар представляет систему массивов и бассейнов подземных вод. В нее входят массивы трещинных и бассейны пластовых вод, причем последние имеют, как правило, подчиненное значение. Иногда щиты образуют также систему массивов и бассейнов подземных вод, если в их строении принимают участие наложенные впадины.

Крупнейшими геологическими телами, которые выделяются по структурным признакам и вещественному составу пород, являются платформы, занимающие устойчивые территории, и геосинклинали-мобильные регионы складчатости в пределах горных сооружений. Как емкость подземных вод платформа представляет гидрогеологический кратоген, а геосинклиналь (складчатое сооружение) - гидрогеологический «ороген» (Пиннекер, 1977). Термины «кратоген» как представление об устойчивости (по-гречески «кратос» - сила, крепость) и «ороген»- синоним складчатости и горообразования («орос» - гора) характеризуют крупнейшие подземные водоносные системы (см. рис. 3.3), хорошо различающиеся по истории подземных вод.

Гидрогеологический кратоген - сочетание систем бассейнов и систем массивов (иногда с наложенными бассейнами). Подобными емкостями подземных вод служат древние платформы. Но это понятие, вероятно, нельзя распространять на молодые платформы, выходы фундамента которых входят в геосинклинальные (складчатые) регионы. Ведь молодые платформы сами по себе представляют геосинклинали, перекрытые платформенным чехлом. Правильнее ограничиться выделением систем бассейнов пластовых вод.

К гидрогеологическому орогену относится резервуар подземных вод, который включает часть планетарного подвижного пояса, т. е. совокупность геосинклинальных форм, связанных общностью структурного плана и возрастом создавшей их складчатости. Поэтому под гидрогеологическим орогеном надо понимать сочетание систем массивов и бассейнов подземных вод, образующих единые в геолого-структурном отношении территориально обособленные геосинклинальные (складчатые) регионы.

Емкости подземных вод - от мельчайших до крупнейших - последовательно соподчинены (см. рис. 3.3.). Комплекс резервуаров низкого порядка дает емкость более высокого ранга. Однако прямое соподчинение наблюдается не всегда. Иногда в резервуар высокого ранга как самостоятельные таксономические единицы входят резервуары не следующего за ним порядка, а более низкого. Поэтому предлагаемую систематику нельзя рассматривать в качестве «прокрустова ложа». В каждом отдельном случае соподчиненность должна учитывать гидрогеологические особенности изучаемой территории.

Разграничение подземных водоносных систем на основе структурно-вещественного принципа иногда требует учета и других факторов (климат, рельеф, гидрография и т.д.). При сходном геологическом строении резервуары могут находиться в различных климатических зонах. Важную роль играют геоморфологические условия и характер гидрографической сети, определяющие положение водоразделов подземного стока. Только всесторонний анализ позволит верно оконтурить емкость подземных вод.

Перечисленные подземные водоносные системы относятся к континентальной части земной коры. В океанической части их градация будет иной. Строение континентов и дна океанов различается существенно. В глобальном плане могут быть намечены континентальные, океанические и, возможно - на первом этапе изучения, переходные резервуары подземных вод. Особо хочется отметить переходные резервуары, часть которых находится на суше, а другая - перекрыта морем или океаном. В такие подземные водоносные системы только начинают внедряться воды инфильтрации, замещая воды морского происхождения. В ряде мест к изучению переходных резервуаров уже приступили (Южно-Каспийский бассейн, шельф Северного моря и т.д.). Выяснение строения океанических резервуаров подземных вод - задача недалекого будущего.

Под дном океанов мощность осадочных отложений изменяется от 0,2 до 2 км. Имея пористость 15-35 %, эти породы содержат пластовые воды. Ниже следует осадочно-вулканогенный (мощность 1-3 км) и базальтовый (до 5 км) слои, в которых отмечаются главным образом водоносные системы трещинно-жильного типа.

горный порода гидрогеологический

Глава 4. Гидрогеологическая стратификация Прикаспийской впадины в пределах Астраханской области

Учитывая высокую степень хозяйственного освоения Нижневолжского региона и обусловленную этим сложную экологическую обстановку, потребность различных отраслей народного хозяйства в гидрогеологической, инженерно-геологической и геоэкологической информации крайне велика. Для таких районов федеральной программой регионального геологического изучения недр Российской Федерации предусмотрено государственное гидрогеологическое картографирование масштаба 1:200 000 на новом научно-методическом и практическом уровне.

Решение широкого круга гидрогеологических задач при картографическом изучении территории должно основываться на региональных легендах гидрогеологических серий, представляющих собой упорядоченный перечень гидрогеологических подразделений, развитых в данном регионе, условных знаков и пояснений к ним, которые коррелируются в разрезе и по площади в границах региональных гидрогеологических структур.

Преобладающая часть территории Нижневолжской серии располагается на юго-востоке эпипротерозойской Русской платформы на стыке двух ее крупных структур: Воронежской антеклизы и Прикаспийской синеклизы.

Осадочный покров региона образуют карбонатно-терригенные, карбонатные, сульфатно-галогенные породы палеозоя и преимущественно песчано-глинистые образования мезокайнозоя. Мощность осадочного чехла достигает 15-18 км (по геофизическим данным) в Прикаспийской синеклизе. В пределах вала Карпинского осадочный чехол представлен мезо-кайнозойскими образованиями мощностью 1-2 км.

4.1 Основные гидрогеологические подразделения

Критериями выделения гидрогеологических подразделений являлись:

- фациально-литологический состав пород, определяющий объем, морфологию и границы гидрогеологических подразделений, характер и результаты взаимодействия и формирования ресурсов подземных вод, их качества, ландшафтных проявлений подземной гидросферы;

- характер проницаемости горных пород, обусловливающий наличие или отсутствие в них гравитационных капельно-жидких вод;

- характер гидравлической связи между смежными подразделениями;

- гидрогеодинамические особенности;

- постоянство или периодичность пребывания подземных вод в составе гидрогеологических подразделений.

Исходя из названных критериев, в легенде выделен следующий таксономический ряд гидрогеологических подразделений:

Водоносный горизонт (зона) - проницаемое гидрогеологическое тело, постоянно содержащее подземные воды, и отличающееся гидрогеодинамическими особенностями, обусловленными фациально-литологическим составом пород, характером питания, транзита и разгрузки подземных вод. Водоносная зона отличается от горизонта пространственной локализацией повышенной трещиноватости, включая наложенную - тектоническую, экзогенную, и проницаемости пород.

Относительно водоносный горизонт (зона) - весьма слабопроницаемое гидрогеологическое тело, содержащее подземные воды в связанном виде и характеризующееся замедленной, преимущественно вертикальной фильтрацией при возникновении градиента напора между смежными водоносными горизонтами (зонами).

Относительно водоупорный горизонт (зона) - весьма слабопроницаемое гидрогеологическое тело, содержащее подземные воды в связанном виде и характеризующееся замедленной, преимущественно вертикальной фильтрацией при возникновении градиента напора между смежными с ним водоносными горизонтами (зонами).

Водоупорный горизонт - практически водонепроницаемое гидрогеологическое тело.

Водоносный (относительно водоносный) комплекс - гидрогеологическое тело, состоящее из нескольких водоносных (относительно водоносных) горизонтов и разделяющих их относительно водоупорных горизонтов.

Водоносный этаж - система водоносных горизонтов (и/или зон) и комплексов, характеризующаяся общими условиями водообмена и формирования подземных вод. Водоносный этаж подстилается входящим в его состав региональным водоупором, повсеместно развитым в границах гидрогеологической структуры.

В таблице 4.1 приведены принятые условные обозначения распространенных по площади гидрогеологических подразделений на картах масштаба 1:200000 Нижневолжской серии.

Объем гидрогеологического подразделения может отвечать объему стратиграфического подразделения, составлять его часть или охватывать несколько смежных стратиграфических подразделений. Объединенному гидрогеологическому подразделению присваивается геологический индекс и название согласно "Инструкции по составлению и подготовке к изданию листов государственной геологической карты Российской Федерации масштаба 1:200 000 (М., 1995). Цвет на карте объединенных подразделений соответствует цвету нижнего стратиграфического подразделения (рис.4.2).

4.2 Водоносные горизонты и комплексы осадочного чехла

В гидрогеологическом отношении территория входит в Прикаспийский артезианский бассейн, приуроченный к одноименной впадине, осадочный чехол которой гидрохимическим комплексом соленосных отложений нижней перми делится на два гидрогеологических этажа - подсолевой и надсолевой. Характерными особенностями бассейна являются огромные мощности водовмещающих образований, достигающие по данным геофизики 20-23 км, молодой возраст верхних артезианских горизонтов (плейстоценовый и эо-плейстоценовый), занимающие большие площади и имеющие широкое развитие зоны соляно-купольной тектоники.

Осадочные породы, развитые в пределах Прикаспийской впадины, являются в разной степени водонасыщенными и проницаемыми и только галогенные кунгурские отложения образуют отчетливо выраженный водоупор, имеющий большое распространение. Водоупорами для юго-западной части Прикаспийской впадины являются снизу вверх: мулинский, тульский, верейский, кунгурский, верхне-среднетриасовые, верхнеюрский, включая глины батского яруса, верхний мел.

В юго-западной части наблюдается закономерное увеличение минерализации подземных вод с глубиной до подсолевого гидрогеологического этажа и характеризуется типом воды от гидрокарбонатно-натриевого до хлоркальциевого.

В надсолевом этаже части бассейна выделяются два водонапорных яруса, изолированных друг от друга региональной водоупорной толщей акчагыльских глин: к верхнему ярусу относятся воды песчано-глинистых отложений четвертичного и плиоценового возраста, нижнему ярусу - воды терригенных, реже карбонатных отложений мезозоя и верхней перми. Застойный режим подземных вод определяет их высокую минерализацию и газонасыщенность. Практически весь геологический разрез содержит воды, которые классифицируются как минеральные.

В целом региональный сток в надсолевых водоносных комплексах направлен от бортовых зон бассейна к центру, местный - к местным очагам разгрузки, которые рассредоточены по всей площади бассейна, разгрузка осуществляется в Каспийское море, многочисленные разрывные нарушения в пределах соляных куполов, зоны региональных разломов и в речные долины.

В западной части бассейна преимущественно палеогеновый региональный водоупор, развитый почти повсеместно, надежно изолирует мезо-кайнозойские водоносные комплексы и обусловливает затрудненные условия циркуляции подземных вод, высокую их минерализацию и значительную степень метаморфизации их химического состава.

Неоген-четвертичный водоносный комплекс юго-западной части Прикаспийской впадины включает в себя водоносные горизонты четвертичных и акчагыльских отложений. Коллекторами являются пески и песчаники, разгрузка вод осуществляется в речные долины крупных рек. Общая минерализация увеличивается в восточном и северо-восточном направлениях и составляет до 10 г/л. Натрий-хлорный коэффициент больше единицы. По химическому составу воды от гидрокарбонатно-натриевого до хлормагниевого состава.

В пределах верхнего яруса верхнего гидрогеологического этажа выделяются водоносные горизонты современных аллювиальных, хвалыно - хазарских, бакинских отложений, залегающие выше апшеронского водоносного комплекса. Горизонты и комплексы выдержаны по простиранию, с большим количеством глинистых прослоев.

Современные аллювиальные отложения и хвалыно-хазарские морские отложения содержат грунтовые воды. Грунтовые воды распространены повсеместно в дельтовой части и залегают на глубинах менее 3м, водообильность горизонта небольшая, дебиты скважин составляют обычно 1 - 4 л/сек. По характеру и степени минерализации отличаются исключительной пестротой. Минерализация изменяется от 0,42 г/дм³ до 10,4 г/дм³, заметно увеличиваясь с глубиной. По химическому составу преобладают гидрокарбонатные натриево-кальциевые (до 1г/дм³) и хлоридные магниево-натриевые (свыше 5г/дм³) воды.

Грунтовые воды хвалыно-хазарских отложений повсеместно распространены в степной части территории. Глубина залегания их 2 - 6м. Водообильность горизонта низкая, дебиты скважин обычно 0,2 - 1 л/сек. Минерализация высокая, до 58 - 72 г/дм³. Химический состав стабилен - хлоридные натриевые. На рисунках 4.3, 4.4 приведены схематические карта четвертичных образований и гидрогеологическая города Астрахани.

Грунтовые воды изолированы от нижележащих горизонтов выдержанной толщей глин бакинского возраста мощностью 40 - 50м. В основании толщи бакинских глин встречаются песчаные прослои мощностью от 5 до 10см, содержащие высокоминерализованные воды (до 33,9 г/дм³) хлоридного натриевого состава.

Водоносные комплекс апшеронских отложений распространён повсеместно. Подземные воды приурочены к песчаным прослоям в толще глин, число прослоев варьирует в пределах 7 - 8, мощность каждого от 4 до 40м. Воды высоконапорные, часто скважины самоизливают. Дебит скважин при самоизливе от 40м³/сут. Минерализация колеблется в пределах 15 - 45г/дм³. По химическому составу воды хлоридные натриевые, с бальнеологическим содержанием йода и брома. Подстилается апшеронский водоносный комплекс толщей глин акчагыльского возраста мощностью 162 - 182м.

Палеогеновый водоносный комплекс содержит ряд горизонтов - это пески с прослоями песчаников палеоцена и эоцена. Воды с минерализацией от 3 до 35 г/л сульфатно-натриевого до хлоридно-натриевого состава; натрий-хлорный коэффициент метаморфизации, в основном, больше единицы.

Водоносный комплекс верхнего мела - это воды сеноманского яруса, представленного карбонатными породами, а также песчаными, содержит пресные и слабоминерализованные воды смешанных типов. В пределах юго-западной части Прикаспийской впадины водоносный комплекс залегает на глубинах от 200 до 500 м. С удалением от прибортовой части на восток в область солянокупольных структур минерализация вод увеличивается до 50 г/л и более, содержание сульфатов и гидрокарбонатов изменяется. Натрий-хлорный коэффициент больше единицы. В юго-западной части в отдельных случаях минерализация возрастает до 120 г/л.

Водоносный комплекс нижнего мела приурочен к терригенным отложениям аптского и альбского ярусов. Минерализация вод изменяется от 40 до 130 г/л. По химическому составу воды хлоркальциевые, имеют повышенное содержание сульфатов и, незначительное, гидрокарбонатов, содержание йода 4 мг/л, брома 150 мг/л, натрий-хлорный коэффициент составляет от 0,7 до 0,9 (таблица 4.2).

Юрский водоносный комплекс связан с байосскими песчано-алевритовыми отложениями. Воды хлоркальциевые, минерализацией 160-200 г/л с содержанием йода 6-10 мг/л, брома 100 мг/л. Натрий - хлорный коэффициент метаморфизации составляет 0,8-0,9.

В юго-западной части Прикаспийской впадины пермотриасовый водоносный комплекс представлен карбонатными и сульфатными отложениями. Воды пермотриасового водоносного комплекса относятся к крепким рассолам хлоркальциевого типа, минерализацией с большим разбросом значений от 30 г/л до 250 г/л и выше. Натрий-хлорный коэффициент составляет 0,55-0,88, брома в подземных водах пермотриаса содержится от 224 до 750 мг/л. На Астраханском своде содержание брома составляет 1237 мг/л.

Подземные воды, встречающиеся в солевом комплексе, характеризуются различными формами залегания: в верхней и средней частях чаще встречаются линзовидные, а в нижней, приподошвенной как пластовые, так и линзовидные. Выделяют так же включения рапы с рассолоотдачей от единиц до десятков кубометров. Коллекторами в нижней части солевого комплекса, как правило, являются трещиноватые сульфатно-карбонатные породы: ангидриты и доломиты, кавернозные сульфатные породы, терригенные и карбонатные прослои.

Соли практически непроницаемые и многое в формировании остаточных межсолевых линз зависит от структуры, текстуры и трещиноватости солей. Если солевой комплекс кунгурского яруса сложен галитом мелкокристаллическим, плотным, с прослоями глинистых пород, гипса и, ангидрита, то он с большим успехом может сохранять линзы с остаточным рассолом. Особенно такие линзы характерны для прибортовой юго-западной части Прикаспийской впадины. Подземные воды кунгурской солевой толщи имеют наиболее высокую минерализацию, хлормагниевый и хлоркальциевый состав, насыщены ионами натрия. Натрий-хлорное отношение варьирует в широких пределах, средние значения составляют 0,6. Для расшифровки генезиса рассолов значение имеет содержание брома.

Н.П. Гребенников определил, что рапопроявления приурочены к бишофитовым и карналлитовым прослоям, залегающим в верхней части разреза. На Астраханском своде рапопроявления наиболее часто встречаются в сводах внутрисолевых складок. В толще солей нередко глинистые пласты чередуются с трещиноватыми известняками и доломитами, сохранившими емкостные свойства, несмотря на значительные глубины их залегания.

Температурный градиент в рапосодержащих пластах увеличивается до 0,031, тогда как в солях он составляет 0,01-0,015.В Прикаспийской впадине температура колеблется на глубине 4000 м от 85°С до 120°С. Температура на Астраханском своде в подошве кунгура составила 100-117°С. Высокая температура, поступающего в скважину рассола, приводит к более интенсивной кристаллизации солей при подъеме его к устью, а при фонтанировании быстрая кристаллизация приводит к закупорке скважины, что характерно для Прикаспийской впадины.

В 1991 году В.П. Ильченко составил схематическую гидрогеохимическую карту рассолов кунгурской соленосной толщи Прикаспийской впадины, где выделил две зоны: 1- зона развития высококонцентрированных вод соленостью более 324 г/л; 2 - зона развития высококонцентрированных вод соленостью менее 324 г/л. На большей части Прикаспийской впадины развиты рассолы минерализацией более 324 г/л, натрий-хлорное отношение метаморфизации изменяется от 0,1 до 0,8.

Подсолевой мегакомплекс представлен водоносным комплексом нижней перми, водоносным комплексом средне-верхнекаменноугольных отложений, водоносным комплексом нижнебашкирских и нижнекаменноугольных отложений, водоносным комплексом дотульских отложений и водоносным комплексом домулинских отложений.

Воды нижнепермского водоносного комплекса изучались на сопредельных с АГКМ площадях (Высоковская, Сухотинская и др. Воды хлоркальциевого типа; коэффициент метаморфизации от 0,8 до 0,96. Газонасыщенность вод от 400 см³/дм³ до 1720 см³/дм³. Водорастворенные газы имеют УВ состав.

Воды каменноугольных и девонских отложений. Вскрыты на Астра ханском ГКМ, Еленовской, Георгиевской, Харабалинской и др. разведочных площадях. Минерализация вод башкирского яруса в пределах АГКМ колеблется в пределах от 61 до 147 г/дм³: наименьшая отмечается в присводовых, центральных частях залежи (62 г/дм³); наибольшая - на ее крыльях (111 г/дм³). Минерализация законтурных вод достигает 147 г/дм³ - скв. 5Д (Рис. 6). На Харабалинской, Георгиевской и Еленовской площадях минерализация пластовых вод среднего карбона составляет 80,1 г/дм³, 91,9 г/дм³ и 110,6 г/дм³ соответственно; на Кордуанской и Имашевской площадях - 141 г/дм³.

По сравнению с водами одновозрастного комплекса Прикаспийской впадины минерализация подошвенных вод АГКМ аномально занижена. Так, воды из пород среднего и нижнего карбона Волгоградского Поволжья и юго-западной части Прикаспийской впадины, на Оренбургском месторождении и в юго-восточной части впадины (Каратон и др.) при сходных литолого-фациальных характеристиках вмещающих отложений представляют собой рассолы хлоридно-кальциевого типа общей минерализации 230-270 г/дм³ (Твердохлебов И.И., год).

Для подземных вод АГКМ характерно увеличение газонасыщенности пластовых вод вниз по стратиграфичсекому разрезу.

Девонские воды на Астраханском своде вскрыты скв. 2 Володарской. При забое 5974 м из скв. Отобрана пластовая вода минерализацией 228 г/дм³ и плотностью 1,163 г/см³. Тип воды хлоркальциевый, коэффициент метаморфизации 0,4.

Исходя из различной степени взаимосвязи подземных вод с поверхностным стоком и «соотношения преобладания влияния экзогенных и эндогенных» факторов, В.А. Всеволожский (1994) выделяет для артезианских бассейнов три гидродинамические зоны, в той или иной мере охватывающие структурно-гидрогеологические этажи.

В пределах первого гидрогеологического этажа по кровле первой водоупорной толщи, не вскрытой эрозией, проводится граница двух гидродинамических зон. Верхняя зона характеризуется свободной связью с поверхностными водами и соответствует зоне свободного (интенсивного) водообмена (по Н.К. Игнатовичу). В нижней гидродинамической зоне нет открытой связи с поверхностью. Разгрузка и питание подземных вод осуществляется преимущественно за счет вертикальной фильтрации через слабопроницаемые толщи. В принятой классификации эта зона соответствует зоне затрудненного водообмена.

Во втором гидрогеологическом этаже по мере погружения и удаления от краевых зон бассейна происходит ухудшение связи с поверхностью и уменьшение скоростей и расходов фильтрации. По характеру изменения расходов в пределах второго этажа выделяются все три гидродинамические зоны со значительно различными сроками водообмена.

Первая зона («краевая область питания») охватывает периферийную часть бассейна и по условиям формирования динамики подземных вод является зоной интенсивного водообмена. Для второй зоны характерно резкое уменьшение расходов латеральных потоков и преобладание затрудненной вертикальной разгрузки подземных вод в вышележащие водоносные комплексы, что приводит к увеличению сроков водообмена. Эту зону можно рассматривать как зону относительно затрудненного водообмена или как «переходную» зону. Третья гидродинамическая зона определяется отсутствием питания, формирующегося в периферийных частях бассейна. Движение может осуществляться только путем затрудненной фильтрации. В нее входят наиболее погруженная часть второго гидрогеологического этажа и весь третий этаж. В соответствии с принятой терминологией - это зона весьма затрудненного водообмена.

Заключение

Гидрогеологический резервуар, подземная водоносная система - это не только коллектор или хранилище подземных вод. Когда резервуар обладает сложным строением, в нем сочетаются коллекторы и водоупоры. В зависимости от положения в пространстве, резервуар подземных вод по гидравлическому механизму может быть и накопителем, и проводником

Проведение границ между природными емкостями подземных вод во многом зависит от четкого представления об их объеме и соподчиненности. Кроме основных типов резервуаров, существуют и другие подразделения - более мелкие и более крупные.

Закономерности локализации подземных вод в осадочных отложениях зависят преимущественно от их литолого-фациальных особенностей. В кристаллических породах литология отступает на второй план, и основное значение приобретает трещиноватость пород. Влияют и другие факторы, в частности положение водоносных пород-коллекторов в пространстве. Деление на накопители и проводники весьма условно, поскольку один и тот же водоносный горизонт или обводненная зона может быть то накопителем (при его мульдообразной форме), то проводником (на участках наклонного залегания в области питания).

Одними из главных свойств породы, определяющими ее отношение к воде, являются пористость. Под пористостью понимают наличие в породах малых пустот -- капиллярных пор, под скважностью -- наличие в породах более крупных, некапиллярных промежутков -- скважин различного происхождения и формы. Иногда совокупность всех пустот объединяют в понятие общей пористости.

Последнее свойство характеризуется влагоемкостью, т. е. тем количеством воды, которое удерживается в почвах и горных породах при определенных условиях. Она выражается процентным отношением веса или объема воды, содержащейся в породах, соответственно или к весу сухой породы, или к ее объему. В зависимости от степени насыщенности почв и пород водой и тех сил (капиллярных, адсорбционных), которые удерживают в них воду, влагоемкость подразделяется на несколько категорий.

Гидрогеологическая стратификация осадочных пород исходит из наличия выдержанных по площади водосодержащих коллекторов пластового, порово-пластового, трещинно-пластового пли более сложных типов, чередующихся в разрезе с водоупорными толщами. Строго обоснованная система деления этих толщ на водоносные породы пока отсутствует.

Разграничение подземных водоносных систем на основе структурно-вещественного принципа иногда требует учета и других факторов (климат, рельеф, гидрография и т.д.). При сходном геологическом строении резервуары могут находиться в различных климатических зонах. Важную роль играют геоморфологические условия и характер гидрографической сети, определяющие положение водоразделов подземного стока. Только всесторонний анализ позволит верно оконтурить емкость подземных вод.

В гидрогеологическом отношении территория входит в Прикаспийский артезианский бассейн, приуроченный к одноименной впадине, осадочный чехол которой гидрохимическим комплексом соленосных отложений нижней перми делится на два гидрогеологических этажа - подсолевой и надсолевой. Характерными особенностями бассейна являются огромные мощности водовмещающих образований, молодой возраст верхних артезианских горизонтов (плейстоценовый и эоплейстоценовый), занимающие большие площади и имеющие широкое развитие зоны соляно-купольной тектоники.

Осадочные породы, развитые в пределах Прикаспийской впадины, являются в разной степени водонасыщенными и проницаемыми и только галогенные кунгурские отложения образуют отчетливо выраженный водоупор, имеющий большое распространение.

В юго-западной части наблюдается закономерное увеличение минерализации подземных вод с глубиной до подсолевого гидрогеологического этажа и характеризуется типом воды от гидрокарбонатно-натриевого до хлоркальциевого.

Список литературы

1. Авдеева А.Б. Отчёт о НИР «Оценка современного состояния и перспективы использования минеральных вод Волгоградской и Астраханской областей». Геоминвод, 1982 г, 240с.

2. Богомолов Г.В. Гидрогеология с основами инженерной геологии. М., Высшая школа, 1975.

3. Вернадский В.И. История минералов земной коры. Том 2. История природных вод. Часть 1. Выпуск 1. Л., Госхимиздат, 1933.

4. Дерпгольц В.Ф. Мир воды. Л., Недра, 1979. 254 с.

5. Каменский Г.Н., Толстихина М.М., Толстихин Н.И. Гидрогеология СССР. М., Госсоолтехиздат, 1959.

6. Клименко И.А. Комплексное освоение ресурсов нефтяных месторождений. М., Недра, 1991г.

7. Климентов П.П. Общая гидрогеология. М., Высшая школа, 1980.

8. Курмангалиев P.M. Круговорот воды и закономерности флюидогеодинамики земной коры. Уральск, 2004.

9. Овчинников А.М. Общая гидрогеология. М., Госгеотехиздат, 1955.

10. Пиннекер Е.В. Общая гидрогеология. Новосибирск, 1980 г, 230 с

11. Пиннекер Е.В. Подземная гидросфера. Новосибирск, 1984 г, 159 с.

12. Саваренский Ф.П. Формирование подземных вод. М., 1948 г.

13. Словарь по гидрогеологии и Инженерной геологии, М., 1971г.

14. Толмачев М.П. Обновление легенды Государственной гидрогеологической карты масштаба 1:200 000 Нижневолжской серии. Волгоград, ФГУ ВТФГИ, Волгоградская ГРЭ, 2001, 63 с.

Размещено на Allbest.ru