Учебное пособие к геологической практике студентов I специальностей гнг и гф ухта, 2000

II.5. Гидрогеология.

Район практики располагается в пределах Канино-Тиманского бассейна трещинно-поровых вод (рис. ), где развиты подземные воды, весьма различные по химическому и газовому составу, степени минерализации и температуре. Их распределение по площади и в разрезе подчинено широтной и вертикальной зональности. Первая выражена слабо, тогда как вторая четко проявляется в пределах всей обводненной толщи и проявляется постепенным снижением скоростей фильтрации, увеличением минерализации и изменением химического состава подземных вод, что позволяет выделить три гидродинамические зоны (сверху вниз):

а) зона свободного водообмена, содержащая пресные воды и характеризующаяся большими скоростями водообменных процессов между подземными и поверхностными (атмосферными и речными) водами.

б) зона затруднённого водообмена, содержащая солоноватые и соленые воды, и характеризующаяся малыми скоростями водообмена. Воды этой зоны связаны с атмосферными лишь на участках, благоприятных для их питания, а разгрузка таких вод мо-

в) зона весьма затруднённого водообмена со свойственными ей исключительно малыми скоростями водообменных процессов и преимущественным развитием рассолов. В пределах этой зоны подземные воды практически лишены связи с поверхностными и в той или иной степени сохранили свой реликтовый облик.

Студенты во время практики познакомятся с водами зоны активного и частично затруднённого водообмена, где по условиям залегания выделяют почвенные воды (в гидрогеологии они не рассматриваются), верховодку (залегающую в зоне аэрации на глинистых линзах, безнапорные), грунтовые (ниже зоны аэрации, безнапорные), артезианские (напорные).

При описании гидрогеологических условий выделяются водоносные горизонты и водоносные комплексы.

Ниже рассматривается гидрогеологический разрез района практики (сверху вниз)

1. Водоносный комплекс четвертичных отложений. Он включает в себя несколько водоносных горизонтов, из которых в районе практики развиты следующие: водоносный горизонт современных и верхнечетвертичных аллювиальных отложений (аIII-IV), средне-, верхнечетвертичных озерно-аллювиальных образований(la II-III), воды спорадического распространения ледниковых и водно-ледниковых образований (gIIdn+fIIms).
1. Водоносный горизонт современных и

верхнечетвертичных аллювиальных отложений (аIII-IV).

Мощность водоносного горизонта, как и мощность аллювиальных отложений изменяется в широких пределах. Водовмещающие породы залегают на осадках различного возраста и генезиса, начиная от суглинков днепровского ледниковья и включая глины кыновского горизонта верхнего девона. Глубина залегания зеркала подземных вод по площади непостоянна и зависит как от сезона года, так и от рельефа современной поверхности.

Воды пресные с минерализацией 0,06-0,7г/л, преимущественно гидрокарбонатные кальциевые. Жесткость–0,26-10,82 мгэкв/л. Растворенные газы имеют воздушное происхождение: преобладает N – 75-91%, О – 7-22%, СО₂ – 1-7%.

Пополнение подземных вод осуществляется за счет атмосферных осадков. В паводок в питании принимают участие речные воды, а в межень – подземные воды других горизонтов. Практическое значение вод невелико, эксплуатируются мелкими колодцами.

озерно-аллювиальных образований (la II-III).

Горизонт безнапорный, характер циркуляции подземных вод поровый. Глубина залегания уровня воды от поверхности составляет 1-3м, иногда 9-10м.

Минерализация - 0,05-0,98г/л, пресные. Общая жесткость 0,28-4,7 мгэкв/л.

Большого практического значения горизонт не имеет.

ледниковых и водно-ледниковых образований (lalQ_IIlh+fglQ_IIdn).

Основная толща: слабопроницаемые суглинки и супеси. Водовмещающие породы: линзы и прослои песков, содержащих иногда гравий и гальку, имеют локальное распространение. Единой уровенной поверхности нет. Мощность линз 0,3-1,2м.

Подземные воды обычно безнапорные или имеют напор местного характера, не более 1м. Дебиты родников - 0,02-1л/с. Водообильность незначительна. Минерализация вод 0,05-0,47г/л. Воды гидрокарбонатные кальциевые-магниевые.

Растворенные газы: N – 82-85%, О₂ – 11-12%, СО₂ – 3-5%.

Питание осуществляется за счет атмосферных осадков.

Практического применения не имеют.

келловейского и оксфордского ярусов верхнего отдела

юрской системы (J₃cl+ox).
Это преимущественно глинистая толща общей мощностью до 60-70м, вмещает прослои водоносных песчаников, песков и известняков, распространение которых по площади не выдержано. Мощность водовмещающих пород не более 5-15м, прослои водоносных пород не имеют между собой гидравлической связи, т.к. разделены глинами и глинистыми сланцами мощностью 20-30м.

Родники восходящего типа с расходами 0,4-3л/с. Восходящий тип родников свидетельствует о напорном характере подземных вод.

По степени минерализации воды относятся к пресным, а по химическому составу гидрокарбонатным натриево-хлоридно-кальциевым.

В составе растворенных газов преобладает азот – 89,4%, кислорода 3,9%, углекислого газа 6,3%.

Практическое использование ограничено в связи с малыми запасами.
5. Водоносный горизонт юрских отложений (J₂).
Горизонт развит в северо-восточной части района практики, на р.Айюве.

Подземные воды приурочены к песчаникам, пескам и конгломератам. Мощность горизонта по площади изменчива и колеблется от нескольких метров до 40-50м. Глубина вскрытия подземных вод не превышает 100-120м; в долинах рек Сюзью и Ижмы, где отложения зачастую обнажены, иногда наблюдаются выходы родников.

По степени минерализации (0,08-0,26г/л) и химическому составу подземные воды пресные гидрокарбонатные, гидрокарбонатно-хлоридные кальциево-натриевые. Воды обладают слабым запахом сероводорода.

Условия питания и разгрузки достаточно сложные. Питание горизонта осуществляется не только за счет инфильтрации атмосферных осадков в полосе выхода среднеюрских отложений под рыхлый четвертичный покров, но и путем разгрузки напорных подземных вод из нижележащих карбонатных отложений каменноугольного и пермского возраста, вмещающих значительные запасы подземных вод. Разгрузка осуществляется по долинам рек Сюзью, Ижмы.

Воды относятся к напорным трещинным и трещинно-карстовым. Величина напора, зависящая от глубины встречи подземных вод, изменяется от 2 до 130-140м. Преобладание в разрезе трещиноватых и закарстованных карбонатных пород определяет их высокую водообильность. Дебиты родников, выходящих из этих отложений в долине р.Ухты, достигали 20л/с.

Минерализация вод – 0,06-0,28г/л; воды гидрокарбонатные магниево-кальциевые.

Состав растворенных газов: азот – 84%, кислород – 12-13%, углекислый газ – 3%.

Питание комплекса осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков в области выхода водовмещающих пород под четвертичные отложения. Основная разгрузка подземных вод осуществляется в пределах долин рек Ухты и Ижмы.

Воды используются для водоснабжения г.Сосногорска.

По гидрогеологическим особенностям и характеру циркуляции подземные воды относятся к трещинным, напорным. Снижение уровенной поверхности наблюдается к долинам рек, где происходит частичная разгрузка подземных вод. Величина напора в зависимости от глубины вскрытия подземных вод изменяется в широких пределах: от 22м- на выходе отложений под четвертичный покров и до 710м – на их погружении.

Водообильность горизонта невысокая, т.к. водовмещающие породы, имеющие небольшую мощность, слаботрещиноваты, а трещины часто залечены. Родники, связанные с водоносным горизонтом, характеризовались расходами не более 1л/с.

Подземные воды прозрачные, без запаха, цвета и осадка. В зоне активного водообмена (до глубины 100м) подземные воды пресные или слабосолоноватые, минерализация 0,15-3,6г/л, воды сульфатные магниево-кальциевые. Жесткость 7-39мгэкв/л.

Питание комплекса осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков в пределах сравнительно узкой полосы выхода водовмещающих пород под четвертичные отложения на крыльях Ухтинской складки и, вероятно, путем проникновения некоторого количества воды из терригенных отложений ухтинской свиты.

Практическое значение вод горизонта сравнительно невелико в связи с их ограниченными ресурсами и высокой жесткостью.

Коэффициент фильтрации равен 2,5м/сут. Дебиты немногочисленных родников, выходящих из этих отложений в долинах рек Сюзью и Ижмы редко достигают 2,5м/сут.

За счет выщелачивания гипсов и ангидритов, в солевом составе подземных вод, как правило, отмечается относительно высокое содержание сульфатов.

Минерализация подземных вод редко превышает 1г/л, а их жесткость достигает 14мгэкв/л. Воды сульфатные, гидрокарбонатно-сульфатные магниево-кальциевые. Содержание железа может достигать 5,2мг/л.

Запасы подземных вод пополняются за счет инфильтрации атмосферных вод в полосе выхода их под четвертичный покров. Разгрузка вод происходит по долинам рек Ухты, Ижмы, Сюзью, Седью и руч.Пожняель.
9. Водоносный комплекс сирачойской свиты и нижней (карбонатной) толщи ухтинской свиты франского яруса (D₃src+uh₁).
Комплекс широко развит, отсутствует только в приосевой части Ухтинской складки. Водовмещающими породами являются трещиноватые известняки и песчаники, переслаивающиеся с глинами и мергелями. Мощность водовмещающих пород в среднем составляет 30-50м. Глубина встречи подземных вод изменяется от 2 до 40-50м, а на значительном удалении от оси складки может достигать 500м и более.

Подземные воды обычно напорные. В зоне активного водообмена величина напора обычно находится в пределах 50-60м. Уровенная поверхность наклонена к долинам рек Ухты, Ижмы и Седью. В области неглубокого залегания водоносного комплекса, где трещиноватость пород наиболее интенсивна, характер циркуляции подземных вод трещинный, а на остальной площади развития – пластово-трещинный.

На склонах долины р.Ухты зафиксирован ряд родников нисходящего типа, c расходом 12л/с, в долинах р.Ухта и Седью отмечены родники с дебитами от 0,5 до 36 л/с.

Для зоны активного водообмена характерны пресные подземные воды с минерализацией 0,17-0,9г/л, на отдельных участках, где подземные воды относительно тесно связаны с водами гипсоносных отложений терригенной толщи ухтинской свиты, минерализация их повышается до 1,5-2,4г/л за счет увеличения содержания в воде сульфатов. Состав воды, в основном, гидрокарбонатный магниево-кальциевый и гидрокарбонатно-сульфатный магниево-кальциевый.

В составе растворенных газов преобладает азот – 79-84%. Кислорода содержится 11-18%, углекислого газа не более 4-5%.

Питание водоносного комплекса, в основном, за счет атмосферных осадков на площади выхода водовмещающих пород под четвертичный покров.

Комплекс является наиболее перспективным для водоснабжения в районе г.Ухты.
10. Водоносный горизонт доманиковой и лыаельской свит(D₃dm-l).
Комплекс имеет почти повсеместное распространение, за исключением узкой полосы вдоль оси Ухтинской складки в районе пос.Водный – Ярега.

Водовмещающими породами являются битуминозные сланцы, тонкоплитчатые известняки и кремни, переслаивающиеся с плотными глинами. Мощность водоносного горизонта в пределах Ухтинской складки изменяется в пределах 10-60 м. Горизонт, исключая полосу его выхода под четвертичный покров в приосевой части складки (к западу от г.Ухты), заключен между двумя региональными водоупорами, верхним из которых является глинисто-мергелистая толща ветлосянских слоев, а нижним - глинистые отложения саргаевских слоев. В полосе выхода под четвертичный покров характер циркуляции подземных вод типично трещинный, а по мере погружения отложений под водоупорную толщу переходит в трещинно-пластовый. В области питания воды безнапорные, по мере погружения горизонта величина их напора достигает 500-700м.

Водообильность пород, зависящая от степени и характера их трещиноватости, по площади неравномерна. Коэффициенты фильтрации пород также изменяются в широких пределах: от долей единицы до 28-176м/сут.

Расходы родников, выходящих в долинах р.Ухты, Чуть, достигали 2,5л/с, чаще 0,5л/с.

В области активного водообмена подземные воды пресные, с минерализацией 0,3-0,5 г/л, гидрокарбонатные кальциевые, гидрокарбонатные натриево-кальциевые или гидрокарбонатные смешанного катионного состава.

В целом, для горизонта характерно присутствие растворенного сероводорода. В составе растворенных газов преобладает N – 76-88%, О₂- 6-20%, СО₂ –1-6%.

Запасы подземных вод пополняются за счет инфильтрации атмосферных вод в полосе выхода отложений под четвертичный покров. Разгрузка вод происходит по долинам рек Ижмы и Сюзью.

Воды горизонта используются для водоснабжения пос.Сангородок.

пашийских отложений (D₂-D₃fr1).

Подземные воды толщи поровые и порово-пластовые. Величина напора возрастает по мере увеличения глубины вскрытия подземных вод и иногда достигает 1370м. Водоносность толщи, в целом, незначительная.

Химический состав и минерализация изменяются по мере погружения водовмещающих пород. В своде Ухтинской складки, где водоносный комплекс залегает на относительно высоких отметках, подземные воды гидрокарбонатно-хлоридные натриевые, с минерализацией 3-4г/л. По мере увеличения глубин залегания толщи появляются соленые воды с минерализацией 20-28г/л, а на глубинах порядка 1370-1390м встречены крепкие рассолы с минерализацией 176-196г/л. Химический состав соленых вод – хлоридный натриевый, а крепко рассольных – хлоридный-кальциево-натриевый.

В составе растворенных газов на глуб.1370-1390м преобладает метан(94-96%), содержание азота – 1,3-4,5%, а СО₂и тяжелых углеводородов не превышает соответственно 1,7 и 0,6%. Характерной особенностью состава подземных вод является повышенная радиоактивность.

Пополнение запасов подземных вод комплекса происходит в центральной части Тиманского кряжа, где отмечаются выходы пород на дневную поверхность.

12. Водоносный комплекс верхней группы протерозойской

системы (PR₃).

В пределах исследуемой территории комплекс имеет повсеместное распространение, залегает под толщей осадков палеозоя.

Водовмещающими породами комплекса являются трещиноватые кварциты, филлиты и кварцитовидные песчаники, которые в виде прослоев встречаются в разрезе метаморфических сланцев. Мощность их от нескольких сантиметров до нескольких метров. Водоносность метаморфической толщи неравномерна. Верхняя часть разреза на глубину до 100м слабоводоносна, т.к. трещины здесь закольматированы и являются практически неводопроводящими. Наибольшей водоносностью характеризуются породы в интервале глубин 100-400м от поверхности.

Подземные воды напорные, трещинного характера циркуляции. Величина напора колеблется в зависимости от глубины их встречи – 50-70м.

По степени минерализации (от 25 до 50 г/л) подземные воды соленые. По солевому составу воды являются хлоридными натриевыми и реже – хлоридыми натриево-кальциевыми.

В составе растворенных газов преобладает метан (83-99%), отмечается высокое содержание гелия – 0,25-0,42%. Происхождение газов химическое и, частично, радиоактивное. Характерной особенностью вод является повышенная радиоактивность.

Пополнение запасов подземных вод комплекса происходит в центральной части Тиманского кряжа, где отмечены выходы водовмещающих пород на дневную поверхность и под четвертичный покров. Отчетливо выраженной области разгрузки вод комплекса, как в пределах изучаемой территории, так и вне ее пока не установлено.
Общие гидрогеологические особенности.
Главными факторами, определившими основные черты современных гидрогеологичесих условий района, являются его геологическое строение (структура, литология, тектоника), геоморфология, гидрография и климат.

К основным факторам относятся следующие:

1. 
   Наличие крупной антиклинальной структуры, характеризующейся моноклинальным падением пород в сторону основного эрозионного вреза на данной территории – долины р.Ижмы и закономерным уменьшением степени трещиноватости пород от оси структуры на северо-восток – в сторону погружения отложений.
   
2. 
   Мощное развитие гидрографической сети, оказывающей затухающее с глубиной влияние на все гидрогеологические горизонты и комплексы, включая фундамент.
   
3. 
   Значительное количество атмосферных осадков при малой величине испарения и плохой реализации стока. В значительной мере этому способствует общая уплощенность рельефа, а также наличие замкнутых пологих форм, связанных с длительными процессами развития карста.
   

Общим условием для водоносных горизонтов (комплексов), залегающих выше повсеместно распространенной водоупорной толщи кыновско-саргаевских глин является наличие местной области питания и близкой разгрузки, что определяет высокую интенсивность водообмена. Для водоносных горизонтов четвертичных отложений область питания, в основном, соответствует их площадному распространению, гидрогеологические горизонты (комплексы), приуроченные к дочетвертичным отложениям, основное питание получают на крыльях Ухтинской складки в полосе выхода водовмещающих пород под четвертичный покров или дневную поверхность.

Подземные воды, приуроченные к рыхлым четвертичным отложениям, по типу циркуляции и гидравлическим свойствам относятся к поровым и в основном – к ненапорным. Движение их направлено к рекам и ручьям местной эрозионной сети. Ресурсы и режим их всецело зависят от количества выпадающих атмосферных осадков. По химическому составу и минерализации подземные воды являются преимущественно гидрокарбонатно-кальциевыми (магниевыми), пресными.

Характерной особенностью для площадей питания водоносных горизонтов (комплексов) дочетвертичных отложений является относительно повышенная водобильность пород, обусловленная высокой степенью их трещиноватости; преимущественно гидрокарбонатно-кальциевый (магниевый) состав подземных вод и их незначительная минерализация (до 1г/л). По мере погружения отложений трещиноватость пород затухает, подземные воды приобретают пластовый характер циркуляции, а водообмен становится затрудненным. При этом в солевом составе подземных вод начинает увеличиваться содержание хлора и натрия, которые с глубины 400-500 м становятся преобладающими.

Для водоносных комплексов средне-, верхнедевонских и протерозойских отложений, залегающих ниже водоупорной толщи кыновско-саргаевских глин, характерной особенностью является отсутствие местной области питания, пластовый режим циркуляции и незначительная водообильность. Активность водообмена здесь очень слабая, минерализация подземных вод высокая (30-50г/л и более), а в солевом составе их преобладают хлор и натрий. Подземные воды этих отложений, как правило, отличаются повышенной радиоактивностью, высокой степенью метаморфизации и значительным содержанием газов химического происхождения (метан, гелий).