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. м³/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. м³/сут, а общие прогнозные запасы составляют более 3 тыс. м³/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. м³/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 м² / 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:

) 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.