Месторождения подземных вод в конусах выноса предгорных шлейфов и межгорных впадин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Месторождения подземных вод в конусах выноса предгорных шлейфов и межгорных впадин

1. Типизация месторождения подземных вод

Классификация месторождений подземных вод промышленного типа связаны с водоносными горизонтами:

1) в пределах современных и погребенных речных долин;

2) в артезианских бассейнах;

3) в конусах выноса предгорных шлейфов и межгорных впадин;

4) в структурах и массивах трещиннокарстовых пород и зонах тектонических нарушений;

5) в песчаных массивах пустынь и полупустынь;

6) в надморенных и межморенных водноледниковых отложениях;

7) в таликовых зонах области распространения многолетнемерзлых пород.

1.1 Общая информация о месторождении подземных вод в конусах выноса предгорных шлейфов и межгорных впадин

В Казахстане и странах ближнего зарубежья имеются крупные горные области и прилегающие к ним предгорные и степные равнинные области (Средняя Азия, Закавказье и др.), где широко развиты подземные воды. В горных областях реки, прорезающие горные хребты, несут с собой массу разнообразного по величине и окатанности обломочного материала.

С выходом рек на равнину или межгорную широкую долину скорость их течения уменьшается и, соответственно, теряется часть энергии, вследствие чего из воды начинает выпадать минеральный материал. Ближе к выходу из гор отлагается более крупный материал, далее от горного ущелья - более мелкий.

Такие рыхлые обломочные отложения заключают в своей толще грунтовые воды, которые питаются частью за счет инфильтрации атмосферных осадков, частью за счет поглощения речных вод, спорадически (чаще весной) протекающих по конусам выноса.

Обычно еще до выхода горной реки из ущелья в речной долине отлагается крупный обломочный материал, который поглощает часть воды горного потока. В крупнообломочном материале вода течет дальше и входит в конус выноса, расположенный уже за пределами ущелья. Здесь река отдает большое количество воды, здесь же происходит питание грунтовой воды сухой дельты атмосферными осадками. По мере удаления от гор питание атмосферными осадками становится все слабее, т. к. происходит смена крупнообломочного материала более мелкозернистым, слагающим конус выноса. Уровень воды в конусе выноса залегает глубоко вблизи гор, по мере удаления, поднимается выше и выше, поэтому грунтовые воды в виде многочисленных источников выходят на поверхность земли.

Необходимо отметить влияние исходного состава поверхностных вод, питающих подземные воды, на формирование степени и характера минерализации последних. Реки имеют снеговое или ледниковое питание с наибольшими расходами в период таяния снежников и ледников. В это время происходит наибольшее поглощение поверхностных вод и превращение их в подземные. Питание атмосферными осадками чаще отмечается в весенне-летний период.

В областях с сухим климатом в предгорных районах накапливаются большие толщи обломочного материала, выносимого реками, небольшими оврагами и сносимого по склонам. По мере накопления обломочного материала отдельные небольшие конусы сливаются в сплошную полосу конусов выноса, формируя наклонные равнины, окаймляющие подножья гор. Мощные континентальные отложения предгорных наклонных равнин являются природными коллекторами огромных запасов грунтовых и артезианских вод.

Запасы формируются за счет поглощения вод поверхностных водотоков, а также инфильтрации атмосферных осадков. В зоне свободного водообмена воды обычно имеют невысокую минерализацию.

Значительные удельные расходы естественных потоков и наличие участков интенсивной разгрузки путем родникового стока или испарением определяет структуру формирования эксплуатационных запасов за счет главным образом естественных ресурсов. Производительность водозаборов в целом достаточно высокая. Для крупных месторождений с высокими фильтрационными свойствами водовмещающих пород и интенсивной естественной разгрузкой подземных вод - 150-200 тыс. м?/сут и более.

В центральных частях артезианских бассейнов крупных межгорных впадин условия формирования месторождений подземных вод аналогичны бассейнам платформенного типа.

1.2 Характеристика, описание устройства месторождения подземных вод конусов выноса предгорных шлейфов и межгорных впадин

Этот тип промышленных месторождений подземных вод описываемой группы встречается в бассейнах напорных, вод, формирующихся в предгорной зоне в рыхлообломочных песчано-галечниковых образованиях конусов выноса. Этот тип месторождений характерен для предгорных зон некоторых горноскладчатых областей и встречается, главным образом, в Средней Азии, Казахстане и на Кавказе. В последние годы месторождение описываемого, типа было обнаружено в Восточной Сибири в долине р. Чары. Впервые гидрогеологические условия бассейнов напорных вод в конусах выноса были изучены и описаны в Средней Азии О.К. Ланге.

При выходе крупных речных долин из горных районов на предгорную равнину поверхностные потоки формируют мощные толщи рыхлых аллювиально-пролювиальных образований. В разрезе эти отложения представлены переслаиванием песчано-галечниковых отложений и суглинков (глин). Эта фильтрационная неоднородность в вертикальном разрезе определяет более целенаправленную постановку поисково-разведочных работ. Неоднородность механического состава пролювиальных толщ, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении создает условия для формирования в центральной и периферийной частях площади конусов выноса подземных вод напорного типа. В бассейне обычно присутствует несколько напорных водоносных горизонтов, имеющих одну общую область питания. В условиях формирования подземных вод на площади конусов выноса четко выражена горизонтальная гидрогеологическая зональность. В вершине конуса выноса, непосредственно примыкающей к краевой части горного сооружения, находятся область питания и зона глубокого залегания уровня грунтовых вод (до 80 м, реже до 120 м). Аллювиально-пролювиальные отложения представлены здесь преимущественно хорошо проницаемыми галечниковыми образованиями.

Схема гидрогеологической зональности конусов выноса (по В.А. Гейнцу)

1 - отложения древнего конуса выноса (ташкентский комплекс); 2 - отложения современного конуса выноса (голодностепскнй комплекс); 3 - конгломераты глинистые; 4 - суглинки, глины; 5 - аллювиальные отложения главной реки (региональная дрена); 6 - родниковый сток; 7 - естественная разгрузка подземных вод в форме испарения; 8-питание; 9 - уровень грунтовых вод; 10 - напоры; 11 - аллювиальные отложения. Зоны: I - регионального стока; II - формирования напора и естественной разгрузки (подзоны разгрузки: Па - открытой, 116 - русловой, Пв - интенсивной родниковой); III - питания и транзитного стока.

Вторая зона, расположенная примерно в центральной части конуса выноса, характеризуется расчленением единого потока подземных вод на несколько этажно залегающих галечниковых, хорошо проницаемых горизонтов, в которых воды по мере погружения приобретают избыточный гидростатический напор. Общая мощность пролювиальных отложений, в этой части может достигать 500 и более метров.

В гидрогеологическом отношении она характеризуется формированием напорного режима и естественной разгрузкой подземных вод. На этом довольно широком фронте фильтрационного потока четко выделяются три подзоны: Па - подзона интенсивной родниковой разгрузки, хорошо выраженная по площади в виде веерообразной поверхности; Пб - подзона русловой естественной разгрузки подземных вод на участках, где многочисленные современные русла реки (в дельтовой части) пропиливают слой слабопроницаемых покровных суглинков и обнажают водовмещающие галечниковые образования; ІІв - подзона скрытой разгрузки, проявляющейся в виде вертикального стока подземных вод' и их интенсивного испарения. В подзонах Па и 116 обычно формируются довольно крупные родники с суммарными расходами от 2 до 15 м?/с. Такие мощные родники указывают на большую регулировочную емкость водоносных галечников, а также на значительные эксплуатационные возможности описываемого типа месторождений подземных вод.

1.3 Структурное положение конусов выноса

Гидрогеологические условия соответствуют особенностям структурного положения конусов выноса. В теле конусов выноса описываемой группы развит единый мощный поток подземных вод со свободным зеркалом, с общим уклоном от гор к равнине и на отдельных участках - в стороны от русел рек (Малая Алматинка). Глубина залегания подземных вод колеблется от 200 М в их вершинах до нескольких метров по периферии. На расстоянии 16-20 Км От горного массива единая водоносная толща галечника, мощность которой на конусах выноса превышает 500 М, Разделена слоями суглинков на ряд этажи расположенных напорных водоносных горизонтов с пьезометрическим уровнем, лежащим выше поверхности земли. Уменьшение общей мощности рыхлых четвертичных отложении на равнине, появление мелкоземов и увеличение мощности суглинистых слоев значительно сокращают живое сечение потока, в результате чего создается подпор подземных вод конусов выноса. Часть потока выклинивается, образуя многочисленные источники, речки типа карасу, сазы и заболоченности. В нижних частях конусов выноса, где еще существует открытое зеркало, установлены вертикальные токи и `разгрузка вод глубокой циркуляции в верхние слои обводненной толщи. Вертикальная разгрузка подземных вод четвертичных отложений отмечается и за пределами конусов выноса - на предгорной наклонной равнине.

Детальные гидрогеологические исследования позволили установить определенную закономерность в изменении гидрогеологических параметров по площади и в вертикальном разрезе. Максимальная водообильность и водоотдача пород характерна для зоны подпора, занимающей нижнюю треть конусов выноса выше по потоку от зоны выклинивания. Здесь коэффициенты фильтрации колеблются от 28 до 100 М/сутки, Коэффициенты водоотдачи 0,2-0,3. Удельные дебиты скважин достигают 30-40 Л/сек. Фактические дебиты 100-200 Л/сек При понижениях на 4-5 М.

В сторону равнины и к вершинам конусов выноса водообильность пород уменьшается. На равнине (зона выклинивания) коэффициенты фильтрации не превышают 15-20 М/сутки. Удельные дебиты скважин 1,5-3 Л/сек, Фактические-50-70 Л/сек При понижениях на 30-40 М. В вершинах конусов выноса удельные дебиты скважин 1-3 Л/сек. В вертикальном разрезе максимальная водообильность характерна для верхней (100-150 М) Обводненной толщи. Ниже 150 М благодаря слабой цементации и уплотнению пород водообильность снижается. Коэффициенты фильтрации уменьшаются до 10-15 М/сутки, Удельные дебиты скважин не превышают 1,5-3 Л/сек.

Гидравлический уклон зеркала подземных вод по периферии конусов выноса колеблется в значительных пределах и составляет в среднем от 0,0028 на Малом Алматинском до 0,0074 на Большом Алматинской конусах выноса. Расход потока для верхней части обводненной толщи мощностью 150 М равен 268 Л/сек На 1 Км фронта на Алматинских и 220 Л/сек На 1 Км фронта потока на Талгарском конусах выноса. Общие вековые ресурсы исчисляются в 57,4 Км?.

Воды конусов выноса Алматинской группы обладают низкой минерализацией и устойчивым химическим составом, как по площади распространения, так и в вертикальном разрезе. Отмечается некоторое уменьшение минерализации с глубиной и аномальное повышение минерализации подземных вод на конусе выноса р. Малой Алматинки вблизи контакта с отложениями нижнечетвертичного и неогенового возраста. В общем, преобладают пресные гидрокарбонатные кальциевые воды с минерализацией 0,2-0,3 Г/л. Из микрокомпонентов обнаружены кремнекислота (6-14 Мг/л) И фтор (0,04-0,6 Мг/л).

1.4 Питание подземных вод конусов выноса

В проблеме формирования подземных вод конусов выноса наряду с геологическими факторами, определяющими параметры основного коллектора, наиболее важными являются вопросы питания. Хотя мнение о том, что основные объемы воды в конусы выноса поступают путем инфильтрации из поверхностных водотоков, а подземный сток со стороны горного массива имеет подчиненное значение, общепринятое (Ахмедсафин, 1948, 1964; Григоренко, 1954; Каплинский, 1960; Гейнц, 1958), отдельные исследователи несколько расходятся в количественной оценке последнего. В.Л. Шульц (1948), В.А. Гейнц (1958), М.И. Каплинский и др. считают величину подземного стока ничтожной и пренебрегают ей. Некоторые исследователи (Решеткина, 1959) придают ей существенное значение. А.Г. Голубь (1954-1961) при составлении балансового уравнения для конусов выноса Малой и Большой Алматинок объединил в балансовый участок горный склон, предгорную ступень и конусы выноса и получил, таким образом, величину «глубокой инфильтрации» для всего балансового участка, не определяя величины подземного стока с горного района в конусы выноса.

Общая схема процессов водообмена в Илийской впадине проста. Горные районы, окаймляющие впадину, получают большое количество атмосферных осадков и являются областями формирования поверхностного и подземного стока, поступающего во впадину. Последние наряду с атмосферными осадками и конденсационными водами на территории впадины составляют приходную часть общего водного баланса рассматриваемого региона: расход влаги осуществляется путем поверхностного стока, испарения и транспирации растениями. Подземный отток из впадины возможен по долине р. Или, но величина его ничтожна (не более 42 М?/сутки, По данным Г.М. Леонова).

Особую роль в формировании подземных вод межгорной впадины играют ее бортовые участки, сложенные мощной толщей рыхлых, хорошо водопроницаемых пролювиально-аллювиальных отложений конусов выноса горных рек. Поглощая значительную часть поверхностного стока, поступающего с горного обрамления впадины, значительное количество ирригационных вод и атмосферных осадков и являясь мощными коллекторами подземных вод, они во многом определяют питание и формирование подземных вод всей впадины.

2. Разведка, освоение и эксплуатация месторождений данного типа

Месторождения пресных подземных вод в предгорных конусах выноса являются уникальными природными объектами. В процессе исследовательских работ на месторождениях подземных вод в предгорьях были отмечены целый ряд интересных особенностей и природных закономерностей, свойственных данному типу месторождений. Опытные работы в нескольких десятках водозаборных скважин, вскрывающих водоносную толщу трех крупных предгорных конусов выноса, показали, что указанные особенности требуют определенного подхода к процессу разведки, освоения и эксплуатации месторождений данного типа.

Основной проблемой при вводе в эксплуатацию водозаборных скважин стал значительный вынос взвешенных частиц. Некоторые скважины давали на самоизливе мутную или грязную воду, непригодную для использования в целях водоснабжения. Дебит «грязных» скважин составлял от 10 до 50 л/с, вынос твердого песчано-глинистого материала нередко достигал 0,4 м?/сут, в отдельные моменты, повышаясь до нескольких кубометров в сутки. При откачках при помощи насоса вынос песчаного материала мог превышать 10 м?/уст, что создавало угрозу потери устойчивости эксплуатационной колонны и обрушения скважины. Ранее на месторождении отмечались случаи потери скважин в результате просадки грунта, приводившие к образованию небольших техногенных озер с дебитом самоизлива до нескольких десятков литров в секунду.

Опыт четырех месяцев полевых работ по освоению и тестированию водозаборных скважин на участке месторождения позволил обозначить два взаимосвязанных негативных фактора, ограничивающих эксплуатационные возможности скважин:

1. Суффозионный вынос взвешенных песчаных частиц.

2. Нарушение ламинарного режима течения подземных вод в прискважинной зоне.

Во избежание существенного выноса песчаных частиц было предложено проводить опытные откачки плавно, без резких пусков и остановок насоса. Практика работ показала, что соблюдение плавного режима работы позволяет благополучно осваивать водозаборные скважины и получать по ним дебиты чистой воды в 1,5 2,5 раза превышающие дебиты самоизлива. Отклонение от указанной методики работ, вызванное желанием ускоренного получения результата (проектного дебита в 70 л/с), либо вызванное неравномерной пульсирующей работой водоподъемного оборудования и частыми остановками, неизменно приводило к негативным последствиям. Вода, откачиваемая из скважины, становилась грязной и не очищалась длительное время. Имели место случаи, когда работы по некоторым скважинам пришлось приостановить из-за критического выноса песчаного материала.

Другим фактором, ограничивающим эксплуатационные возможности водозаборных скважин, является нарушение линейного закона фильтрации в прискважинной зоне при откачках с высокими дебитами. Данный процесс выражается в изменении линейной зависимости дебита от понижения и переходу ее к квадратичной или даже кубической.

Для успешной эксплуатации водозаборных сооружений в пределах уникальных месторождений пресных подземных вод в предгорных конусах необходимо учитывать все природные особенности, а также принимать во внимание некоторые негативные гидродинамические эффекты, происходящие в скважинах. Ключевым фактором при разведке таких месторождений является поиск локальных участков, обладающих наиболее высокими фильтрационными свойствами, в пределах которых риск проявления природных негативных процессов является минимальным.

2.1 Роль гидрогеологической зональности месторождений при поисково-разведочных работах

Гидрогеологическая зональность подземных вод на площади бассейна является главной особенностью описываемого типа месторождений, которую необходимо учитывать при постановке поисково-разведочных работ. Подземные воды месторождений конусов выноса имеют, как правило, источники питания, постоянно действующие за счет инфильтрации: а) речных вод на площади вершины конуса выноса, где распространена довольно мощная зона аэрации, залегающая на больших глубинах; б) атмосферных осадков, выпадающих непосредственно на площади конусов выноса; в) поверхностных вод ирригационных каналов. Предполагается, что на некоторых конусах выноса в республиках Средней Азии может быть еще один источник, питания подземных вод - региональный подземный сток по зонам крупных тектонических нарушений, направленный со стороны примыкающих горных сооружений.

Как видно из этого описания, в мощной толще песчано-галечниковых отложений конусов выноса создаются весьма благоприятные условия для формирования крупных естественных ресурсов и запасов подземных вод. Обладая высокими коллекторскими свойствами, песчано-галечниковые образования играют роль огромной емкости, в пределах которой создается значительное природное подземное водохранилище. Месторождения подземных вод конусов выноса исключительно благоприятны для эксплуатации: в скважинах можно создавать большие понижения уровня и на отдельных участках организовывать интенсивный водоотбор системой взаимодействующих водозаборов, в том числе водозаборов ярусного типа с суммарными дебитами до 300 тыс. м?/сут и более. Наиболее характерные в гидрогеологическом отношении промышленные месторождения подземных вод конусов выноса распространены в республиках Средней Азии, где они были впервые встречены и изучены. Например, на территории Ферганской долины известна своими крупными эксплуатационными, запасами группа месторождений на площади Сохского и Исфаринского конусов выноса. На этих месторождениях эксплуатационные дебиты групповых водозаборов изменяются от 100 до 200 тыс. м?/сут, а общие прогнозные запасы составляют более 3 тыс. м?/сут. В Северной Киргизии вдоль Киргизского хребта на площади слившихся конусов выноса по фронту потока в 40-50 км были разведаны и оценены эксплуатационные запасы подземных вод (обеспеченные питанием) по сумме всех категорий около 1,2 млн. м?/сут. Часть этих запасов в настоящее время используется для водоснабжения и орошения. Крупные месторождения напорных вод конусов выноса были выявлены в Казахстане и в Южном Казахстане вдоль подножья хребтов Кунгей и Терский Алатау, а также на Северном Кавказе.

Исходя из рассмотренных особенностей гидрогеологических условий, при изучении месторождений подземных вод конусов выноса целесообразно сосредоточить внимание в зоне формирования напорного режима. Эксплуатационные запасы подземных вод будут формироваться за счет естественных ресурсов и упругих запасов, а также в результате инфильтрации части поверхностных вод. Эксплуатационные запасы могут быть оценены гидродинамическим методом с помощью аналитических расчетов или моделирования. Месторождения подземных вод этого подтипа распространены не в пределах предгорных шлейфов, как это имело место в описанном выше, а непосредственно внутри речной долины. На тех участках, где река, вырываясь из горных теснин, выходит в широкую часть межгорной долины, образуется внутридолинный конус выноса песчано-галечниковых образований, с которыми и связано формирование месторождения подземных вод. Общие гидрогеологические условия месторождений этого подтипа мало отличаются от условий предгорных конусов выноса: внутридолинные конусы выноса имеют меньшие площади распространения и значительно меньшую общую мощность водоносных песчано-галечниковых отложений (до 150 м), в периферийной части внутридолинного конуса выноса четко выражена зона интенсивной естественной разгрузки подземных вод, основным источником их питания являются поверхностные воды реки.

Предгорный шлейф образован слившимися конусами выноса многочисленных горных речек и ручьев, спускающихся со склонов гор Каратау, Киргизского хребта и Чу-Илийских гор. Вблизи гор поверхность равнины осложнена многочисленными сухими руслами и глубокими (до 3 5 м) промоинами.

Предгорные шлейфы хребтов и отрогов Тянь-Шаня и Кавказа, которым свойственны значительные уклоны дневной поверхности и дифференциация обломочного материала в направлении сноса.

Гидрогеологические условия тесно связаны с закономерностями строения предгорных шлейфов. В этой области предгорного шлейфа, которая может быть названа областью транзита, поток грунтовых вод транспортируется без существенных изменений, за исключением небольших дополнений за счет инфильтрации местного поверхностного стока.

Гравелиты и песчаники характерны для периферийных частей древних предгорных шлейфов. Часто они содержат линзы песков и супесей. Песчаники по составу кварцполевошпатовые, разнозернистые, цемент карбонатный. Плоский напорный ноток подземных вод направлен от верхней части предгорного шлейфа к центральной части межгорной котловины. Нижняя по потоку скважины.

Они состоят из отдельных конусов выноса рек и ручьев, слившихся в единые предгорные шлейфы. Современнее делювиально-пролювиальные отложения в строении предгорных шлейфов играют незначительную роль. Мощность предгорных шлейфов 20 40 м, местами достигает 100 м и более.

Месторождения рассматриваемого типа разделены на два характерных подтипа: подтип IIIA в конусах выноса предгорных шлейфов и Ш Б в конусах выноса внутригорных впадин. Для первого характерны классическая, описанная выше гидродинамическая зональность и четкая геологическая ограниченность только со стороны горного обрамления.

Аллювиальные и аллювиальные-пролювиальные отложения широко распространены в регионе и образуют аккумулятивный чехол пойменных и надпойменных речных террас, а также предгорные шлейфы. Самые древние аллювиальные отложения раннесредне-плейстоценовые приурочены к высоким террасам крупных рек и слагают основную часть разреза рыхлых отложений в Удском грабене. По составу это слабо сцементированные галечники и валунники с гравийно-галечным или песчано-суглинистым заполнителем от 5 до 30%, реже пески и супеси.

Межконусные понижения можно рассматривать в большинстве случаев как непроницаемые границы, что позволяет осуществлять оценку запасов каждого конуса выноса в пределах предгорного шлейфа автономно.

Другой особенностью эксплуатации является линейное расположение эксплуатационных скважин, что определено стремлением перехватить либо поток, направленный от предгорий к долине по крупным или слившимся конусам выноса и предгорным шлейфам, либо фильтрационные потери из рек, выходящих из гор на предгорную равнину. Ввиду частой засоленности и загрязненности грунтовых вод основными эксплуатируемыми горизонтами являются напорные.

В рельефе конусы выноса представляют собой наклонные равнины, поверхность которых понижается в направлении от гор к равнине и от центральных частей конусов к периферическим, образуя так называемые межконусные понижения в предгорном шлейфе. В этих же направлениях происходит довольно быстрое и закономерное ухудшение фильтрационных свойств водовмещающих пород от тысяч до сотен м? / сут за счет смены более грубообломочных валунно-галечных отложений песчаногравийно-галечным и песчано-суглинистыми с одновременным увеличением песчаных и глинистых фракций заполнителя.

Гидрогеологические условия тесно связаны с закономерностями строения предгорных шлейфов. В этой области предгорного шлейфа, которая может быть названа областью транзита, поток грунтовых вод транспортируется без существенных изменений, за исключением небольших дополнений за счет инфильтрации местного поверхностного стока.

Наряду с этим для области выклинивания характерна вертикальная гидрохимическая зональность с максимумом концентрации у свободной поверхности; в редких случаях наиболее высокая минерализация может оказаться в подстилающих напорных пластах. На глубокой периферии предгорного шлейфа, которую обычно называют областью вторичного погружения грунтовых вод, отмечаются незначительное развитие в разрезе хорошо проницаемых прослоев и соответственно незначительный расход потока, в связи с чем свободная поверхность грунтовых вод снижена внутрипочвенным испарением до глубины 10 20 м и более. Следует отметить, что во многих случаях, когда предгорный шлейф контактирует с морской равниной или крупной аллювиальной долиной, вторичное погружение грунтовых вод не наблюдается.

Аллювиальные и озерно-аллювиальные неогенранне-плейстоценовые отложения пользуются широким распространением, слагая поверхности водоразделов. В южной части, вблизи хр. Джагды, аллювий перекрыт отложениями предгорных шлейфов. Осадки формировались в условиях теплого и влажного климата, густой растительности на фоне продолжавшегося погружения и представлены переслаиванием песков, глин с прослоями бурых углей. В верхах разрезов отмечаются прослои и линзы галечников. Джагды в составе отложений резко возрастает содержание валунно-галечникового материала. Нижняя часть разреза представлена переслаиванием валунников, галечников, сильно каолинизированных песков; средняя чередованием галечников и серых каолинизированных песков; верхняя прослоями глин мощностью 0 6 1 м, песков, галечников с валунами, с прослоями темных илов и бурых углей.

Низкогорье на скальном субстрате, местами с островными участками среднегорного рельефа, выделяется в виде отдельных разрозненных участков среди мелкосопочных равнин. Преимущественным развитием здесь пользуются делювиальные и делювиально-пролювиальные отложения, образующие склоновые осыпи и предгорные шлейфы конусов выноса. Делювиально-пролювиальные шлейфы сложены преимущественно суглинками с тем или иным количеством включений обломочного материала в виде дресвы и щебня. Состав воднорастворимых солей в суглинках довольно разнородный. Характер солевого состава в значительной мере зависит от общего процентного содержания солей в породах. Так, при величине плотного остатка менее 0 1% преобладает гидрокарбонатный тип засоления. При плотном остатке 0 1 2% преобладают сульфаты, а при плотном остатке более 2% превалируют легкорастворимые хлориды. Характерно развитие засоленных грунтов в пониженных участках рельефа.

Конусы выноса, которые часто называют также субаэральными или наземными дельтами рек, формируются в результате накопления аллювиально-пролювиальных осадков, выносимых горными реками на предгорные равнины, в межгорные и внутригорные впадины. На предгорных равнинах и в крупных межгорных впадинах конусы выноса отдельных рек, сливаясь, образуют предгорные шлейфы. Внутригорные впадины, обычно относительно небольших размеров, заполняются целиком грубообломочными аллювиально-пролювиальными отложениями.

Селевые потоки на Алтае формируются на протяжении всего теплого периода года, причем наиболее благоприятны весна и первая половина лета, когда выпадают ливневые дожди, весьма высокой интенсивности. Суточные максимумы осадков в эти периоды иногда превышают 250 мм. Мощные предгорные шлейфы и конусы выноса, сложенные отложениями селей, указывают на значительную интенсивность проявления селевых потоков, как в недалеком прошлом, так и в настоящее время. Однако селевые процессы на Алтае еще недостаточно изучены, хотя зачастую имеют решающее значение при инженерно-геологической оценке некоторых территорий, осваиваемых для различных отраслей народного хозяйства.

Они состоят из отдельных конусов выноса рек и ручьев, слившихся в единые предгорные шлейфы. Современнее делювиально-пролювиальные отложения в строении предгорных шлейфов играют незначительную роль. Мощность предгорных шлейфов 20 40 м, местами достигает 100 м и более.

В комплексе отложений склонового ряда позднего плейстоцена-голоцена наиболее широко развит аллюво-делювий мощностью от 0 4 до 6 м, суглинисто или супесчано-щебнистого состава с примесью глыб. Характеризуется быстрой изменчивостью в разрезе и пространстве. Пролюво-делювий образует предгорные шлейфы шириной 0 5 4 км и представлен суглинками, песками и глинами с галькой, валунами, щебнем и древесиной.

Комплекс аллювиально-пролювиальных отложений четвертичного возраста приурочен к долинам рек и логов и залегает на различных породах палеозоя и на размытой поверхности неогеновых глин. Нижнечетвертичные аллювиально-пролювиальные отложения представлены разногалечными конгломератами с прослоями гравелитов и грубозернистых песчаников. Цемент конгломератов карбонатный с примесью мелкозернистого песка и глинистых частиц. Тарбагатай местами развиты аллювиально-пролювиальные предгорные шлейфы, образованные галечниковыми и валунно-галечниковыми отложениями среднечетвертичного возраста. По мере удаления от областей сноса галечники переходят в супеси и суглинки с дресвой и щебнем.

Межгорные артезианские бассейны, как правило, тесно связаны с предгорными, являясь их продолжением. Подразделение на межгорные и предгорные бассейны условно и эти группы месторождений подземных вод часто изучаются и используются одновременно. Сложены они гравийно-галечниковыми отложениями, разделенными не выдержанными в плане и разрезе суглинистыми отложениями, содержащими гравий и гальку и являющимися относительным водоупором. Поэтому все водоносные прослои, как правило, представляют собой единый водоносный комплекс. В отдельных случаях (например, Араратская долина) гравийно-галечниковые отложения подстилаются высокопроницаемыми коренными (лавовыми) отложениями, содержащими мощные водоносные горизонты, гидравлически взаимосвязанные с вышележащим гравийно-галечниковым водоносным комплексом. Благодаря значительным превышениям областей питания над областями разгрузки большинство скважин в таких бассейнах в естественных условиях дают самоизлив. Величины напоров падают от гор к долине и растут с глубиной. Питание бассейнов происходит на предгорных шлейфах за счет потерь речного стока, боковых притоков, а также за счет подтока подземных вод коренных отложений и потерь из оросительных каналов.

Наибольшая однородность в гранулометрическом составе присуща лессам водоразделов и высоких террас. По содержанию легкорастворимых солей лесс характеризуется от слабой до средней и изредка сильной степенью засоления с преобладанием хлоридно-сульфатного, натриево-кальциевого типа. Глинистые минералы представлены преимущественно гидрослюдами и хлоритом с примесью каолинита и монтмориллонита. Для лессов весьма характерна высокая пористость, достигающая в верхних частях разреза 55% и более. С глубиной ее величина, как правило, уменьшается, однако интенсивность и характер изменения пористости меняются в зависимости от положения пород в рельефе. Постепенное и относительно плавное, спокойное уменьшение пористости с глубиной отмечается в пределах наиболее высоких уровней развития среднечетвертичных лессовых пород. На четвертой террасе и сопрягающимся с ней предгорным шлейфам падение величины пористости имеет неравномерный, скачкообразный характер. Здесь отмечается значительный разброс значений пористости и более быстрое уменьшение ее с глубиной.

Геологические особенности формирования подземных вод конусов выноса. Таким образом, среди геологических особенностей, которые влияют на формирование подземных вод конусов выноса, можно отметить:

1) приуроченность зоны максимального пригибания, начиная с олигоцена и кончая современной эпохой, непосредственно к полосе развития предгорного шлейфа; 2) структурное различие отдельных частей полосы предгорного шлейфа-Алматинской впадины, Узун-Агачского грабена и Чилийского блока; 3) резкий контакт зон поднятий и глубоки» прогибов по системе разрывов; 4) существенные различия в фациях осадков доверхнеплиоценового и послеверхнеплиоценового возраста в вертикальном разрезе и в плане - по мере удаления от горного массива и в зависимости от распределения гидрографической сети; 5) унаследованное накопление грубообломочных формаций в зоне максимального прогибания с верхнего плиоцена до современной эпохи и вследствие этого обратное по отношению к поверхности (южное) падение ложа четвертичных отложений на предгорной наклонной равнине.

2.2 Особенности водозабора в бассейнах межгорных впадин, на предгорных шлейфах и конусах выноса

Месторождения этой группы, несмотря на разнородность гидродинамических условий (напорных, напорно-безнапорных и безнапорных), достаточно однотипны по гидрогеологическому строению и условиям формирования эксплуатационных запасов подземных вод. Поэтому лишь условно эту группу месторождений подземных вод можно подразделить на: 1) предгорные бассейны, включая артезианские склоны, конусы выноса и пролювиальные шлейфы; 2) межгорные бассейны, включая замкнутые впадины или межгорные долины.

Предгорные бассейны содержат часто огромные запасы подземных вод и поэтому имеют большое практическое значение. Сложены они щебнистым и галечниковым материалом, который по мере удаления от гор все более и более расчленяется прослоями глин и суглинков на несколько обычно хорошо гидравлически взаимосвязанных и невыдержанных по площади водоносных горизонтов. Безнапорные условия сменяются напорными с различными, чаще всего увеличивающимися с глубиной напорами. Мощность отложений увеличивается по мере удаления от гор и может составить несколько сотен метров. Минерализация воды возрастает с глубиной и по мере удаления от гор. Питание подземных вод предгорных бассейнов осуществляется непосредственно за счет атмосферных осадков, инфлюации поверхностных вод в верхних частях конусов выноса, где эти отложения выходят на поверхность, и подтока вод из подстилающих их коренных отложений. Разгрузка подземных вод происходит родниковым стоком, путем подземного оттока в сторону межгорных впадин и долин, а также за счет испарения.

Эксплуатационные запасы подземных вод в предгорных бассейнах формируются за счет перехвата естественной разгрузки, фильтрационных потерь из оросительных каналов и на массивах орошения, перетекания и в меньшей степени за счет инфильтрационного питания и осушения пласта.

Принимая во внимание, что водоносные прослои в указанных многослойных толщах, как правило, не выдержаны ни в плане, ни в разрезе, чаще всего маломощны и гидравлически тесно взаимосвязаны, эксплуатационные скважины обычно закладывают сразу на несколько (от двух до пяти) водоносных горизонтов или прослоев. В единой колонне с фильтрами на разные водоносные горизонты (прослои) производятся опытные опробования в период поисков и разведки месторождений.

Другой особенностью эксплуатации является линейное расположение эксплуатационных скважин, что определено стремлением перехватить либо поток, направленный от предгорий к долине по крупным или слившимся конусам выноса и предгорным шлейфам, либо фильтрационные потери из рек, выходящих из гор на предгорную равнину. В соответствии с этим водозаборы закладываются параллельно горам (вдоль основной долины), реже - поперек основной долины и вдоль ее притоков. Ввиду частой засоленности и загрязненности грунтовых вод основными эксплуатируемыми горизонтами являются напорные.

Граничные условия в зависимости от размеров водозабора и его местоположения могут быть различными. При сравнительно малом водоот боре, а также в силу значительной водообильности отложений и обильном естественном и искусственном питании подземных под воронка депрессии развивается в пределах ограниченных площадей. В этих случаях наблюдательная сеть может создаваться так же, как и в артезианских бассейнах, по схеме неограниченного изолированного пласта или по схеме с перетеканием.

При расположении водозабора вблизи выклинивания водоносного горизонта (замещения его слабопроницаемыми осадками, например, при сочленении аллювиально-пролювиальных и коренных отложений), наблюдательная сеть должна создаваться как для «полуограниченного» пласта с контуром постоянного напора на границах.

Наблюдательные скважины в многослойных толщах при эксплуатации сразу нескольких водоносных прослоев следует оборудовать на те же горизонты, которые эксплуатируются. Однако в целях выявления доли участия отдельных слоев в формировании водоотбора, целесообразно заложить единичные скважины отдельно на основные водоносные прослои. Одновременно закладываются скважины и на горизонты, перетекание из которых определяет восполнение запасов подземных вод.

При расположении водозабора вблизи границы частичного выклинивания предгорного потока подземных вод основной створ из двух-трех скважин оборудуется перпендикулярно к этой границе. Организуются наблюдения и за родниками в зоне выклинивания в целях оценки их инверсии, а также за расходами рек, за счет которых идет питание подземных вод. Минимум одна скважина закладывается в зоне возможного снятия испарения.

Межгорные артезианские бассейны, как правило, тесно связаны с предгорными, являясь их продолжением. Подразделение на межгорные и предгорные бассейны условно и эти группы месторождений подземных вод часто изучаются и используются одновременно. Сложены они гравийно-галечниковыми отложениями, разделенными не выдержанными в плане и разрезе суглинистыми отложениями содержащими гравий и гальку и являющимися относительным водоупором. Поэтому все водоносные прослои, как правило, представляют собой единый водоносный комплекс. В отдельных случаях (например, Араратская долина) гравийно-галечниковые отложения подстилаются высокопроницаемыми коренными (лавовыми) отложениями, содержащими мощные водоносные горизонты, гидравлически взаимосвязанные с вышележащим гравийно-галечниковым водоносным комплексом. Благодаря значительным превышениям областей питания над областями разгрузки большинство скважин в таких бассейнах в естественных условиях дают самоизлив. Величины напоров падают от гор к долине и растут с глубиной. Питание бассейнов происходит на предгорных шлейфах за счет потерь речного стока, боковых притоков, а также за счет подтока подземных вод коренных отложений и потерь из оросительных каналов. Разгрузка осуществляется за счет перетекания в грунтовые воды и реку в центре впадины или долины, а также за счет эксплуатации подземных вод на водоснабжение и орошение, что в настоящее время в ряде районов страны (например, в Азербайджане) представляет собой основной расходный элемент баланса подземных вод.

В связи с тем, что эксплуатационные скважины чаще всего оборудуются фильтрами сразу на несколько водоносных горизонтов, наблюдательные скважины должны иметь одинаковую с ними конструкцию. Размещаются они по тем же принципам, что и для артезианских бассейнов платформенного типа в условиях перетекания, т.е. одна скважина в центре водозабора, вторая - на расстоянии 1/м, третья - на расстоянии 1,5/м при групповом расположении и 0,5/м - при линейном. Лучи скважин закладываются в крест и вдоль потока. При наличии возможных границ песта питающих или непроницаемых) створ минимум из двух наблюдательных скважин направляется в сторону такой границы. В связи с тем, что основное питание идет за счет перетекания, главные створы скважин на эксплуатируемый горизонт дублируются единичными скважинами на горизонты, из которых идет перетекание.

Принимая во внимание часто большие размеры водозаборов, длина которых достигает нескольких километров, что соизмеримо с шириной долины, а также интенсивную рассредоточенную по площади эксплуатацию подземных вод одиночными скважинами, заложенными на различные горизонты, наблюдательную сеть на отдельных водозаборах надо сочетать с наблюдениями за режимом подземных вод по всей межгорной впадине или долине в целом. В этом случае региональные створы наблюдательных скважин должны быть расположены поперек долины кустами на каждый из основных водоносных горизонтов зоны активного водообмена включая грунтовые воды.

Учитывая возможную взаимосвязь пресных водоносных горизонтов с нижележащими минерализованными водами, в тех случаях, когда это имеет значение, одиночные наблюдательные скважины закладываются дополнительно на эти горизонты.

Заключение

Предгорные бассейны содержат часто огромные запасы подземных вод и поэтому имеют большое практическое значение.

Для нужд сельскохозяйственных объектов подземные воды в республиках Средней Азии используются пока недостаточно. Значительная часть населенных пунктов снабжается за счет поверхностных источников, в том числе ирригационных каналов, вода которых имеет неудовлетворительные санитарные показатели. Обводнение пустынных пастбищ осуществляется главным образом за счет подземных вод с повышенной минерализацией (до 5 г/л), горных пастбища - родниковых и речных вод.

На территории среднеазиатских республик для орошения эксплуатируются главным образом родники (выклинивающиеся подземные воды) и отдельные скважины, работающие, как правило, на самоизливе. Однако в последние годы, по данным специальных разведочных работ было сооружено несколько крупных скважинных водозаборов, общая производительность которых достигает нескольких кубических метров в секунду.

В пределах Казахской ССР с целью водоснабжения городского и сельского населения отбирается около 30 м?/с (около 16 м?/с для городов и 12 м?/с для сельскохозяйственных объектов). Кроме того, примерно 10 м?/с расходуется для целей орошения.

Наиболее благоприятными гидрогеологическими условиями характеризуется Южный Казахстан, главным образом та его часть, что расположена в Тянь-Шаньско-Джунгаро-Памирской гидрогеологической складчатой области. Здесь формируются крупные месторождения подземных вод в конусах выноса и речных долинах. В большей части городов Южного Казахстана водоснабжение базируется на использовании подземных водоисточников (Джамбул, Чимкент, Талды-Курган и др.), либо на подземных и поверхностных совместно (Алма-Ата). Лишь отдельные города используют для водоснабжения только поверхностные воды (Кзыл-Орда, Ленинск). Дебиты отдельных водозаборов подземных вод достигают 500 - 1000 л/с. В перспективе потребность городов Южного Казахстана может быть удовлетворена за счет подземных вод.

Преимущественно подземными водами удовлетворяются нужды городов Восточного Казахстана (Зыряновск, Лениногорск, Семипалатинск, Усть-Каменогорск и др.), расположенных в пределах Саяно-Алтайско-Енисейской складчатой области. В этом районе Казахстана широко эксплуатируются подземные воды аллювиальных отложений речных долин Иртыша, Ульбы, Уды и других рек. Производительность водозаборов здесь достигает 1 м?/с и более. В будущем города Восточного Казахстана будут практически обеспечены подземными водами.

Несколько более сложные условия для водоснабжения в городах Центрального Казахстана, расположенных в Центрально-Казахстанской складчатой области. Однако и здесь разведаны крупные месторождения подземных вод речных долин и ограниченных структур, сложенных трещиноватыми и закарстованными породами. Большая часть городов рассматриваемого района (Караганда, Балхаш, Абай, Темиртау, Сарань и др.) удовлетворяет потребности в хозяйственно-питьевой воде за счет подземных источников. Джезказган и Каратау имеют смешанное водоснабжение. Дебиты водозаборов достигают 500 - 1000 л/с и более.

Водоснабжение городов Западного Казахстана базируется на использовании подземных вод долин рек Илека, Урала и Алги (Актюбинск, Уральск, Алга), песчаных массивов (нефтепромыслы Мангышлака) и артезианских бассейнов платформенного типа (Шевченко, Узень и др.) Воды меловых отложений артезианских бассейнов солоноватые, поэтому для водоснабжения г. Шевченко они используются после смешения с дистиллятом опреснительной установки. Города, расположенные в долинах рек Урала, Алги и Илека, в будущем будут обеспечены пресными подземными водами, потребности районов Мангышлака могут быть удовлетворены только при условии опреснения сильно солоноватых вод.

Города на территории Северного Казахстана имеют неблагоприятные условия для водоснабжения за счет подземных вод, что сохранится и в будущем, особенно в Северо-Казахстанской, Акмолинской, южной и юго-восточной частях Кустанайской областей. Водоснабжение большей части крупных городов Северного Казахстана (Петропавловск, Целиноград, Павлодар, Экибастуз) осуществляется за счет поверхностных вод, ряд городов (Кустанай, Атбасар) снабжается за счет подземных и поверхностных вод, целиком на подземных водах базируется водоснабжение городов Кокчетава и Степняка.

Условия для сельскохозяйственного водоснабжения на территории Казахстана крайне неоднородны. Обводнение объектов сельского хозяйства во многих районах Казахстана осуществляется за счет поверхностных вод, однако в ряде районов широко используются подземные воды, в том числе и повышенной минерализации

Рациональное использование подземных вод должно предусматривать и систему определенных охранных мер. Рационализация использования подземных вод требует усовершенствования водного законодательства в стране в части более строгой регламентации использования подземных вод для непитьевых целей, более строгой организации системы контроля над использованием подземных вод, проведением комплексных наблюдений за режимом количества и качества подземных вод в районах их эксплуатации, позволяющих уточнять эксплуатационные запасы подземных вод по опыту эксплуатации. Необходимы широкие исследования по изучению негативных последствий, вызываемых эксплуатацией подземных вод, исключению нерационального использования подземных вод в виде сбрасываемых в реки шахтных вод, бесполезно самоизливающих скважин, не переведенных на крановый режим, и все это требует более строгого контроля и ответственности. Необходимо повысить ответственность за более строгое выполнение требований ГКЗ РК по условиям эксплуатации подземных вод и охранным мероприятиям. В частности, зоны санитарной охраны, определяемые в районе водозаборов, должны не только устанавливаться, но и строго соблюдаться. Необходимо решить вопросы создания гидрогеологических заповедников, в которых мог бы быть сохранен естественный режим подземных вод как эталон для будущих сопоставлений и оценок возможных искусственных нарушений в режиме подземных вод, что имеет большое научное и практическое значение, как и все вопросы, связанные с охраной окружающей среды.

Список литературы

вода поиск гидрогеологический разведочный

1. Гидродинамические и физико-химические свойства горных пород / Н.Н. Веригин, С.В. Васильев, B.C. Саркисян, Б.С. Шержуков. M., Недра, 1977.

2. Гольдберг В.М. Гидрогеологические прогнозы качества подземных вод на водозаборах. M., Недра, 1976.

3. Дробноход Н.И., Язвин Л.С., Боревский Б.В. Оценка запасов подземных вод. Киев, Высшая школа, 1982.

4. Бочевер Ф.М., Лапшин Н.Н., Орадовская А.Е. Защита подземных вод от загрязнения. М., Недра, 1979

5. Плотников Н.И. Поиски и разведка подземных вод. М., Недра, 1985

Размещено на Allbest.ru