Подземные воды меловых отложений Туранской плиты и перспективы их использования

подземные воды меловых  отложений Туранской плиты и  перспективы их использования

Калитов Д.К.

Казахский национальный технический  университет им. К.И. Сатпаева, Алматы, Казахстан

ГЕОЛОГО-СТРУКТУРНЫЕ УСЛОВИЯ

В строении Туранской плиты выделяются складчатый фундамент, сложенный сильно дислоцированными и метаморфизованными осадочными и магматическими породами, и осадочный рыхлый чехол. Поверхность кристаллического фундамента в погруженной части имеет сложно расчлененное эрозионно-тектоническое строение и здесь выделяются следующие генетические типы крупных геоструктурных элементов:

I. Области крупных региональных поднятий: 1) выступы складчатого фундамента - горы Каратау, Султануиздаг и отдельные горные возвышенности Центрального Кызылкума; 2) погребенные сводовые поднятия складчатого фундамента - Каракумское, Карабогазгольское, Нижне-Сырдарьинское и Северо-Аральская системы антиклинальных складок, зона Центрально-Устюртского вала, Амударьинский тектонический вал; 3) погребенные линейно-вытянутые поднятия складчатого фундамента - Центрально-Устюртский и Амударьинский тектонический валы, Мангышлакская система дислокаций, Бозащинское и Туаркырское поднятия.

II. Области крупных региональных  впадин и прогибов: 1) впадины - Сырдарьинская, Амударьинская, Северо-Устюртская, Торгайская, Ассакеауданская; 2) линейно-вытянутые прогибы - Дарьялык-Дауданский, Верхне-Узбойский, Южно-Бозашинский и др..

Геолого-структурные элементы Туранской плиты осложнены структурными уступами, расположенными по бортам впадин, и региональными разрывными нарушениями. Это - зоны глубинных разломов северо-западного простирания: Каратауская, простирающаяся вдоль северо-восточного склона складчатых сооружений Каратау; Бухаро-Султануиздагская, ограничивающая уступы складчатого фундамента; Репетек-Келифская и Мангистау-Центрально-Устюртская. Меридиональное простирание имеет Амударьинско-Аральская зона глубинных разломов.

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ

Академик Сыдыков Ж.С., рассматривая Туранскую плиту, как сложную водонапорную систему (1983, 1998, 2002) подчеркивает необходимость уточнения и совершенствования гидрогеологических принципов стратиграфического расчленения разрезов разных районов и структур между собой и применения их в практике гидрогеологического картирования и научных обобщений для дальнейших гидрогеологических прогнозов в оценке ресурсов подземных вод, их использования и охраны.

В 2003-2005 гг. в Казахском национальном техническом университете им К.И.Сатпаева по заданию Комитета геологии и недропользования МЭ и МР РК выполнено гидрогеологическое районирование территории Казахстана с составлением карты в масштабе 1:1 000 000 (Айтуаров Т.К., Калитов Д.К., Касымбеков Д.А. и др.), где отражены гидрогеологические районы I и II порядков. С учетом этой схемы районирования, а также исследований ученых соседних стран в пределах Туранской плиты выделяются следующие гидрогеологические районы I порядка: Мангистау-Устюртский, Сырдарьинский, Северо-Приаральско-Торгайский, Амударьинский (Рисунок).

В сеноман-туронских терригенных отложениях Мангистау-Устюртской системы артезианских бассейнов, расположенной на западе и юго-западе Туранской плиты распространены напорные нисходяще-восходящие воды. Они отличаются пёстрой минерализацией, изменяясь от солоноватых (3-10 г/дм3) до рассолов (70-270 г/дм3). Воды обладают высокой температурой, иногда превышающей 100оС. В некоторых случаях рассолы содержат микрокомпоненты в промышленных количествах. В пределах Мангистау- Устюртской системы артезианских бассейнов выделены следующие гидрогеологические районы II–порядка –. артезианские бассейны: Устюртский, Северо-Мангистауский, Южно-Мангистауский, а также Центрально-Мангистауский массив трещинных вод

Туаркырский бассейн трещинных и трещинно-пластовых вод расположен в юго-западной части Туранской плиты. Пресные воды отсутствуют, породы складчатого фундамента слабоводообильны и содержат слабосолоноватые и солоноватые (минерализация 2-5 г/дм3) трещинные воды. По составу они сульфатно-хлоридные натриевые. Воды с минерализацией 1,7-5 г/дм3 распространены в пределах выходов карбонатных и терригенных пород юры и мела.

Сырдарьинская система артезианских бассейнов. В геолого-структурном  отношении данная система артезианских бассейнов соответствует одноименной  синеклизе и ограничен с северо-востока хребтом Б.Каратау, с юга – Центрально-Кызылкумской зоной поднятий и ее северо-западным продолжением – Арало-Кызылкумским валом. В меловых отложениях выделяются несколько водоносных комплексов: верхнетурон-сенонский, верхнеальб-сеноманский и неоком-аптский. В пределах Сырдарьинской системы артезианских бассейнов выделены следующие гидрогеологические районы II-порядка: Восточно-Приаральский, Северо-Кызылкумский, Восточно-Кызылкумский и Приташкенский артезианские бассейны.

Северо-Приаральско-Торгайская система артезианских бассейнов в структурном плане включает Торгайскую синеклизу и Приаральскую систему мегасинклиналей и мегантиклиналей. Северной границей ее является Кустанайский вал, западной - отроги Уральских гор, восточной - Центрально-Казахстанская складчатая область, на юге Аральское море и цепь невысоких положительных структур Северного Приаралья. Северо-Приаральско-Торгайская система артезианских бассейнов разделена на два гидрогеологических района II–порядка – Северо-Приаральский и Торгайский артезианские бассейны.

Амударьинская система артезианских бассейнов, расположена в южной  части Туранской плиты, занимает огромную одноименную депрессию, открытую в сторону Аральского моря и ограниченную на ceвepe и северо-востоке выступами палеозойского складчатого фундамента Центрального Кызылкума и Западного Тянь-Шаня; на востоке и юге — горными системами, сложенными преимущественно мезозойскими и кайнозойскими породами Таджикской виргации, Копет-Дага.

Сложный структурный план складчатого  фундамента и литолого-фациальные особенности  мезо-кайнозонского осадочного чехла позволяют выделить несколько артезианских бассейнов II порядка - Бухаро-Каршинский, Заунгузский, Центрально-Каракумский, Бадхыз-Карабильский и Предкопетдагский.

Подземные воды меловых отложений

Среди подземных вод артезианских бассейнов Туранской плиты наибольший интерес представляют подземные воды, приуроченные к меловым отложениям. Водоносные комплексы в отложениях мела широко развиты по всей территории Туранской плиты и содержат воды весьма разнообразные по своим качественным характеристикам. Здесь имеются воды по степени минерализации от ультрапресных в областях их питания до рассолов в наиболее погруженных частях впадин; по химическому составу от гидрокарбонатных кальциевых до хлоридных натриевых; по температуре от холодных до высокотермальных с температурой на устьях скважин свыше 800С; минеральные воды различных бальнеологических групп; промышленные воды, обогащенные химическими солями и ценными «малыми» элементами. Как правило водообильность отложений мела высокая, пьезометрические напоры обеспечивают самоизлив скважин.

Водоносный комплекс отложений  верхнего мела. Водоносный комплекс верхнего мела в Сырдарьинской системе  артезианских бассейнов приурочен  к отложениям сенон-турона и сеномана, представленным мелкозернистыми песчаниками, известняками и песками с прослоями глин и алевролитов. Производительность самоизливающихся скважин составляет 5-25, реже 60 дм3/с. На востоке артезианского бассейна минерализация воды 0,2-0,7 г/дм3. По направлению снижения пьезометрического уровня, в сторону Аральского моря, пресные воды гидрокарбонатно-сульфатного натриево-кальциевого состава постепенно сменяются солоноватыми (от 2-до 5 г/дм3) хлоридно-сульфатными и хлоридными натриевыми водами.

В пределах Центрального Кызылкума  комплекс представлен толщей песков и песчаников, переслаивающихся с  глинами, известняком, ракушником, конгломератами сенон-туронского, нижнетуронского и сеноманского возрастов. Общая мощность водовмещающих пород 50-180 м. Глубина залегания их кровли от 100-200 м на периферии бассейна до 300-500 м и даже 700 м в центральных его частях. Величина напоров изменяется от 100 до 700 м, а пьезометрический уровень от -40 до +70 м от поверхности земли. Дебиты скважин при самоизливе составляют в среднем 15 дм3/с. Вблизи выходов водовмещающих пород развиты воды с минерализацией до 3 г/дм3, на основной площади распространения водоносного комплекса, где развиты напорные воды, минерализация их от 3 до 8 г/дм3. Состав воды хлоридно-сульфатный, реже сульфатный и гидрокарбонатный натриевый, иногда магниевый, в центральных частях - хлоридный натриевый.

В Амударьинской системе артезианских бассейнов воды верхнемеловых отложений  приурочены к отдельным пластам  песков, песчаников и алевролитов, переслаивающихся с пачками глин, глинистых алевролитов  и мергелей. Суммарная мощность водоносных пластов от 80 до 160 м. Водовмещающие  породы обнажаются на северо-востоке  по склонам горных сооружений и в  сводах антиклинальных структур. На остальной территории бассейна кровля водоносного комплекса залегает на глубине 100-800 м. На большей части территории пьезометрический уровень устанавливается на глубине 10-50 м от поверхности земли, а в северо-восточной части бассейна скважины фонтанируют с дебитом от 1 до 20 дм3/с при понижении 3-12 м. Минерализация подземных вод изменяется от 1-10 г/дм3 в предгорьях Западного Тянь-Шаня до 25-35 г/дм3 и более в Мургабской впадине и Каракумском своде. В краевых частях артезианского бассейна распространены смешанные по составу гидрокарбонатно-сульфатные хлоридные и сульфатно-хлоридные натриевые и в меньшей степени кальциевые воды. В центральной части территории преобладают хлоридные натриевые воды. В Предкопетдагском прогибе в отложениях, отнесенных к сенон-турону, на глубинах 325-432 м вскрыты хлоридные натриевые воды с минерализацией 30-40 г/ дм3.

В пределах Мангистау-Устюртской системы артезианских бассейнов водоносный комплекс отложений верхнего мела приурочен к песчаникам и пескам, залегающим в верхней части разреза под практически безводной водоупорной толщей глин, мергелей и плотных известняков палеогена, дата и сенона. Подземные воды вскрываются на глубинах от 80 м в сводовых частях положительных структур до 800 м и глубже в тектонических прогибах. Мощность водосодержащих пород изменяется соответственно от 10 до 100 м.

Пьезометрические уровни устанавливаются  ниже поверхности земли на 20-30 м  и колеблются в пределах 150-160 м  абс. отм. Снижение пьезометрической поверхности происходит к Аральскому морю до 60 м абс. отм.; к Сарыкамышской впадине до 20 м абс. отм. Дебиты отдельных скважин 0,5-2 дм3/с при понижении 5-15 м. Минерализация вод увеличивается от 5-11 до 35-70 г/дм3, соответственно изменяется состав воды от хлоридно-сульфатного до хлоридного натриевого.

Водоносный комплекс отложений  нижнего мела Водоносный комплекс имеет  по сравнению с верхнемеловым менее широкое распространение. Естественные выходы водовмещающих пород на дневную поверхность весьма ограничены.

В пределах Сырдарьинской системы  артезианских бассейнов подземные  воды вскрыты скважинами в Южном  и Восточном Приаралье, где они  приурочены к толще переслаивающихся мелко- и тонкозернистых песчаников, алевролитов и реже глин. Мощность их изменяется от 30 до 550 м. Абсолютные отметки пьезометрического уровня изменяются от 10 до 60 м. Высота напора над поверхностью земли 8-15 м. Снижение напоров происходит с востока на запад, скважины самоизливают с удельными дебитами от 0,6 до 1 дм3/с м. Минерализация воды в верхней части комплекса от 2,4 до 4 г/дм3. Состав вод хлоридно-сульфатный натриевый. С глубиной минерализация подземных вод возрастает до 11-35 г/дм3, состав их хлоридный натриевый с повышенным содержанием брома до 25 мг/дм3.

Водоносный комплекс отложений  нижнего мела сравнительно хорошо изучен в Амударьинской системе артезианских бассейнов. Водовмещающими породами являются конгломераты и гравелиты вблизи горного обрамления и песчаники и известняки с прослоями глин и алевролитов на остальной территории. Мощность водовмещающих пород от 160 до 280 м. Общее снижение абсолютных отметок пьезометрических уровней происходит от 300 м в предгорьях Западного Тянь-Шаня до 60-40 м в Каракумском своде. На большей части равнины пьезометрический уровень устанавливается на глубине 10-70 м от поверхности земли. В пределах Бухаро-Каршинского артезианского бассейна II порядка вскрываются высоконапорные самоизливающиеся воды с дебитом скважин от нескольких сотых до 3-4 дм3/с и до нескольких десятков литров в секунду при понижении 10 м. Минерализация подземных вод увеличивается от предгорий (1 г/дм3) к центральным частям района (до 200 г/дм3 и более). Состав воды изменяется в этом же направлении от сульфатно-хлоридного и хлоридно-сульфатного натриевого до хлоридного натриево-кальциевого с повышенным содержанием брома (510 мг/дм3), йода (24 мг/дм3), метана и др.

В пределах Мангистау-Устюртской системы артезианских бассейнов водоносный комплекс отложений нижнего мела вскрыт отдельными глубокими скважинами. Водовмещающими породами являются прослои песков и песчаников в мощной толще глин и глинистых алевролитов. Общая мощность их изменяется от 200 м в пределах погребенных тектонических валов (Центрально-Устюртского и Аккумского) до 450 м во впадинах (Северо-Устюртской и Ассакекауданской).

Глубина залегания кровли изменяется от 230 до 1990 м. Пьезометрические уровни устанавливаются на глубине 100-208 м. В бессточных котловинах, прилегающих  к Горному Мангистау, водоносный комплекс вскрыт на глубинах 600-1400 м; пьезометрические напоры здесь на 5-12 м превышают поверхность земли. Минимальная минерализация 10-16 г/дм3 установлена для верхней части отложений нижнего мела в районах, тяготеющих к Горному Мангистау и Центрально-Устюртскому валу. На остальной территории бассейна воды соленые - от 26-45 до 198 г/дм3, преимущественно хлоридные натриевые. Как и по всей области, (здесь четко прослеживается увеличение минерализации вод с глубиной) соответственно увеличивается содержание микрокомпонентов: йода от 2 до 18 мг/дм3, брома от 1-2 до 543 мг/дм3, бора от 10 до 80 мг/дм3.

В Северо-Приаральско-Торгайской системе артезианских бассейнов водоносный комплекс нижнего мела приурочен он к мелко- и крупнозернистым пескам сеноман-альба: в краевых частях района он залегает на глубине 30-50 м: в центральных до 500-600 м и более; от вышележащего комплекса отделен толщей серых плотных глин мощностью от 20 до 100м.

Мощность водоносного комплекса  от 10-20 до 300-500 м. Воды комплекса напорные (напор до 7 м над поверхностью земли); дебиты скважин при самоизливе от 1 до 15 дм3/с. Минерализация вод возрастает от 1 г/дм3 вблизи областей питания (Мугоджары, Шошкакольская антиклиналь) до 4-5 г/дм3 и более с погружением комплекса. Состав вод гидрокарбонатный натриевый, хлоридно-сульфатный натриевый и натриево-кальциевый.