Гидрогеологические подразделения каменноугольных отложений

Чередование карбонатных и глинистых пород в толще каменноугольных отложений определяет наличие здесь многоэтажной водонапорной системы. К каменноугольным отложениям приурочены водоносные серии, служащие источниками централизованного водоснабжения всей описываемой территории.

В каменноугольных отложениях на территории г. Москва выделяются следующие водоносные и водоупорные горизонты и комплексы:

Водоносный гжельско-ассельский карбонатный горизонт;

Водоупорный щелковский терригенный горизонт;

Водоносный касимовский карбонатный горизонт;

Водоупорный кревякинский терригенный комплекс;

Водоносный каширско-мячковский карбонатный комплекс;

Водоупорный верейский терригенный комплекс.

Водоносный гжелъско-ассельский карбонатный горизонт (C₃ g) приурочен в амеревской свите и распространен на северо-востоке территории. Водовмещающими породами служат трещиноватые доломиты и известняки, общей мощностью 25 м, с редкими тонкими прослоями глин и алевритов. Кровля горизонта залегает на глубине 60-10 м, на абс. отметках 135-105 м, погружаясь в северо-восточном направлении. Воды напорные. Пьезометрическая поверхность прослеживается на 120-140 м абс. высоты, возрастая до 157 м на севере Клязьминского водохранилища, где она находится почти в естественном состоянии и высота напора там достигает 30 м. На большей части территории высота напора снижена на 10-20 м в связи с интенсивной эксплуатацией. В последние годы наметилась некоторая тенденция к восстановлению уровня (уровень в 1994 г. повысился по нескольким скважинам на 0,2-0,4 м), что связано с жестким ограничением водоотбора.

Водообильность горизонта неодинакова в связи с различной степенью трещиноватости и закарстованности пород. Удельные дебиты скважин изменяются от 0,2 до 10-12 л/с. Водопроводимость варьирует от 500 до 2000 м/сут.

Воды гидрокарбонатные кальциево-магниевые с минерализацией 0,3-0,5 г/л, общей жесткостью 4,8-6,1 мг-экв/л, рН 7,4-7,8, окисляемостью 2,0-4,4 мг О₂/л, содержанием железа 0,01-1,0 мг/л.

Водоупорный щелковский терригенный горизонт (C₃ šč) приурочен к верхней подсвите речицкой свиты и распространен в северной и северо-восточной частях площади. Он вскрывается на глубинах от 50 до 75 м, на абс. высотах 100-115 м и имеет мощность до 18-23 м. Щелковские глины характеризуются слабой проницаемостью, и лишь на участках, где они залегают непосредственно под мезо-кайнозойскими отложениями, значения коэффициента фильтрации возрастают, но здесь он не картируется как водоупор.

Удельный модуль перетока через глины равняется 0,1-1,0 м/сут на км². Водоупор служит надежным разделяющим слоем между гжельско-ассельским и касимовским водоносными горизонтами.

Водоносный касимовский карбонатный горизонт (C₃ ksm) приурочен к хамовническому и дорогомиловскому горизонтам и нижней подсвите речицкой свиты и распространен на северо-восточной половине территории. Сложен горизонт переслаивающимися пачками известняков, доломитов, доломитизированных известняков, иногда глин. Мощность пачек колеблется от 5 до 7 м при общей мощности горизонта 35-45 м. Кровля залегает на глубинах 30-45 м, погружаясь в северо-восточном направлении от 115 м абс. высоты до 100-80 м абс. высоты.

Пьезометрическая поверхность в естественных условиях до начала эксплуатации прослеживалась на абс. отметках 150-110 м, понижаясь в северо-восточном направлении по мере погружения водосодержащих пород. В настоящее время она значительно снижена депрессионными воронками, хотя существенное сокращение водоотбора за последние 10 лет положительно сказывается на уровенном режиме касимовского горизонта. От г. Москва к северу и востоку в диаметре 80-100 км отмечается депрессия по изопьезе 100 м. В ее пределах по изопьезе 90 м выделяется более мелкая: Мытищи—Калининград—Балашиха; по изопьезе 75 м в г. Щелково; по изопьезе 130 м со снижением в центре ниже 100 м в Зеленограде—Крюково. Более мелкие воронки отмечены вокруг водозаборов Хлебниково—Химки—Долгопрудный (105-116 м); Красногорск (105-110 м); центр г. Москва (104-120 м). За последние годы расширение воронки происходит лишь в районе городов Мытищи—Калининград—Балашиха из-за слияния более мелких депрессий. Максимальное снижение уровня от первоначального отмечается в городе Балашиха – 50 м. На водозаборах Мытищенско-Щелковской депрессии, Красногорск и в центре г. Москва уровенная поверхность находится ниже кровли касимовской серии, однако за последние годы этот процесс остановился, а по отдельным скважинам наметилась тенденция к подъему уровня.

Удельные дебиты скважин колеблются от 0,3-1,5 до 3-5 л/с, водопроводимость пород меняется в широких пределах - от 30-50 до 2000-2500 м²/сут.

Воды гидрокарбонатные магниево-кальциевые с минерализацией 0,1-0,4 г/л, общей жесткостью 2,6-6,8 мг-экв/л. Содержание (мг/л): хлоридов – 11-15, сульфатов – 28-40, железа - 0,6-1,3, фтора- 0,4-0,65. К юго-востоку от г. Москва воды серии сульфатно-гидрокарбонатные кальциево-магниевые с минерализацией 0,3-0,5 г/л. Содержание (мг/л): хлоридов – 40-50, сульфатов – 60-160, железа - 0,6-3,5, фтора - 0,3-1,6. Изменения минерализации и химического состава воды, связанные с проникновением загрязнения сверху.

Водоупорный кревякинский терригенный горизонт (C₃ kr) распространен в северной половине района и представлен глинами с тонкими редкими прослоями мергелей, иногда известняков, доломитов общей мощностью 7-13 м. Кровля горизонта залегает на глубинах от 15 м в долине р. Москва (г. Москва) до 140-145 м на северо-востоке, что соответствует абс. высотам 60-35 м. Кревякинский горизонт разделяет касимовскую и подольско-мячковскую водоносные серии, создавая разницу напоров до 30 м. Он характеризуется слабой проницаемостью с удельными модулями перетока 0,1-1,0 м³/сут на км².

Водоносный мячковско-каширский карбонатный комплекс (C₂ mč-kš) приурочен к мячковскому и каширскому горизонтам среднего карбона и распространен почти на всей рассматриваемой территории. Водовмещающими породами служат известняки, доломиты с редкими прослоями мергелей общей мощностью 65-75 м.

Воды напорные. Естественная пьезометрическая поверхность должна была бы располагаться на абс. высотах 185—210 м. В настоящее время она прослеживается значительно ниже. Наиболее высокое ее положение отмечается в юго-западной части территории (160-180 м), отсюда снижение происходит не в сторону естественных дрен, которыми раньше являлись крупные реки, а в сторону крупных водозаборов. Значительный водоотбор снизил уровенную поверхность на 5-20 м в долине р. Москва, до 60-70 м в районе городов Балашиха, Щелково. Уровень воды в пределах г. Москва находится на абс. высоте 57-110 м, Дзержинский – 80-90 м. В средней части г. Москва и на юге произошло осушение верхней части водовмещающих пород на 5-20 м. Воды на таких участках безнапорные. Наибольшие напоры сохранились еще на севере в бассейне р. Клязьма (50-60 м), а также в районе водозабора Одинцово (40-50 м). За последние годы (10 лет) наблюдается тенденция повышения уровня, что происходит в основном за счет значительного сокращения и упорядочения водоотбора. Однако площадь осушения известняков сократилась незначительно лишь на северо-востоке г. Москва.

Дебиты скважин колеблются от 0,3 до 5 л/с, достигая в отдельных случаях 45 л/с. Наибольшей водообильностью характеризуются скважины, расположенные в долинах рек(Москвы, Десны, Сходни). По мере удаления от рек водообильность скважин уменьшается. Водопроводимость комплекса колеблется в пределах 100-500 м²/сут, а наиболее высокие значения (свыше 1500 м²/сут) отмечены в долинах рек(Сходни, Москвы, Истры).

Воды гидрокарбонатные магниево-кальциевые или кальциево-магниевые, с минерализацией 0,2-0,5 г/л. Содержание (мг/л): сульфатов – 17-36, хлора – 4-15, железа - 0,6-2,5, фтора - 0,6-3,3. Вероятно, в связи с проникновением загрязнения сверху на территории крупных городов (Москва, Балашиха, Дзержинский) состав вод отличается большим разнообразием. В воде появляются сульфаты (164-175 мг/л) и хлориды (332-400 мг/л), в отдельных скважинах возрастает минерализация до 1,5 г/л, концентрация железа - до 10 мг/л, значения окисляемости до 8-12 мг Ог/л, жесткости до 11 мг-экв/л. В районе городов Дзержинский, Люберцы отмечены повышенные концентрации аммония (до 5 мг/л), нитратов (до 49 мг/л). В отдельных скважинах отмечается загрязнение фенолами свинцом (город Дзержинский), бериллием (город Долгопрудный), кадмием, мышьяком (города Долгопрудный, Балашиха).

Мячковско-каширский карбонатный комплекс является основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Водоупорный верейский терригенный горизонт (C₂vr) распространен на всей территории и играет очень важную роль в формировании гидродинамической обстановки в регионе. Сложен он глинами и мергелями общей мощностью 12-25 м с небольшими линзами известняков, песчаников.

Кровля залегает на глубинах от 160 до 250 м, погружаясь к северу от +60 м до -120 м абс. высоты. О водоупорных свойствах верейских глин можно судить по разнице в уровнях разделяемых ими каширской и алексинско-протвинской водоносных серий, достигающей 8-20 м. Водоупор характеризуется коэффициентами фильтрации 1-5 х 10^-5 м²/сут.