Геологическое строение и гидрогеологические условия района расположения скважины

Геологическое строение

Санкт-Петербург находится в пределах северо-западной части Русской платформы, где на архейско-нижнепротерозойском кристаллическом фундаменте залегают терригенные породы венда и кембрия, погружающиеся к югу под карбонатные отложения ордовика. Для пород осадочного чехла характерно моноклинальное залегание с уклоном 3-4 м на 1 км к югу и юго-востоку. В этом же направлении происходит последовательная смена древних осадочных толщ более молодыми, выходящими на поверхность дочетвертичного рельефа по восстанию слоев. Песчано-глинистый комплекс четвертичных отложений, залегающих с поверхности, сплошным чехлом, перекрывает дочетвертичные образования. Мощность четвертичных отложений, разнообразных по литологическому и гранулометрическому составам и генезису, крайне изменчива и зависит от палеорельефа. В среднем она составляет от 20-30 м до 40-60 м, достигая своей максимальной мощности в погребённых долинах палеорельефа дочетвертичных пород - 80-130м.

На основании геолого-разведочных работ, проводимых в Курортном районе г. Санкт-Петербурга в геологическом строении рассматриваемой территории принимают участие породы четвертичного и дочетвертичного возрастов.

Архей - нижнепротерозойский комплекс нерасчленённых метаморфогенных образований (АR-PR₁) фундамента сложен кристаллическими породами представленными гранитами и гнейсами, которые вскрыты на глубинах от 120-150 м в северо-западной части города в Курортном районе (п. Солнечное, г. Сестрорецк). На территории рассматриваемого участка архей-нижнепротерозойский комплекс не вскрыт.

Вендская система представлена отложениями верхнего отдела в составе старорусской свиты редкинского горизонта (V₂sr) и котлинской свиты котлинского горизонта (V₂k), в которой выделяются нижнекотлинская (V₂kt₁) и верхнекотлинская (V₂kt₂) подсвиты.

Старорусская свита редкинского горизонта венда, залегающего на кристаллическом фундаменте, состоит из двух подсвит (пачек): нижней и верхней.

Нижняя подсвита старорусской свиты сложена песчаниками разнозернистыми, в основании разреза - крупнозернистыми и гравелистыми. В верхней части разреза подсвиты залегают глины уплотнённые и серые аргиллиты. Общая мощность пород нижней подсвиты варьирует от 8 до 20 м.

Верхняя подсвита разреза старорусской свиты, в верхней своей части, сложена глинами уплотнёнными и аргиллитами серыми, в нижней части – песчаниками разнозернистыми и гравелистыми. Общая мощность пород, слагающих верхнюю подсвиту старорусской свиты венда - от 14 м до 25 м.

Котлинская свита котлинского горизонта венда (получившая на территории СПб новое название – василеостровская свита) подразделяется так же на две подсвиты: нижнюю и верхнюю. Новое наименование (василеостровская) котлинская свита получила в связи с неполным её объёмом, не отвечающим объёму одноимённого котлинского горизонта.

 Нижняя подсвита (гдовские слои) залегает на отложениях старорусской свиты и сложена в нижней части песчаниками с прослоями алевролитов серого и красно-бурого цвета, в верхней части подсвиты встречаются прослои аргиллитоподобных глин. Мощность гдовских слоёв изменяется от 23 м до 30м, редко достигает 50м.

Верхняя подсвита (верхнекотлинская) василеостровской свиты распространена на территории города повсеместно. Сложена она довольно однородной толщей зеленовато- серых глин с редкими прослоями песчаников и алевролитов общей мощностью от 50-80 м в северной до 120-150 м в центральной и южной частях города. Глины плотного сложения зеленовато - серые, тонкослоистые с органическими «ламинаритовыми» плёнками, с линзочками сидерита. Верхнекотлинская подсвита венда, сложенная в основном толщей глин, является мощным региональным водоупором между водоносными горизонтами, циркулирующими в четвертичных отложениях и залегающих под ней песчаниками нижнекотлинской подсвиты и старорусской свиты, относящимися по современной гидрогеологической стратификации к вендскому водоносному комплексу. На территории района работ мощность вендского комплекса составляет около 60 м.

Верхнепротерозойские и палеозойские отложения практически повсеместно перекрыты чехлом четвертичных образований (Q) мощностью от 5-10 до 60-80 м. Они представлены сложным комплексом образований преимущественно морского, водно-ледникового и ледникового генезиса: песками различной зернистости, супесями, ленточными глинами и суглинками, валунными супесями и суглинками. На территории выделяется три моренных горизонта (вологодской, московской и осташковской стадий материкового оледенения), между которыми залегают межморенные водно-ледниковые отложения. С поверхности развиты, в основном, верхневалдайские озерно-ледниковые и ледниковые осадки, а также современные техногенные отложения. В палеодолинах дочетвертичного рельефа мощность четвертичных образований достигает 80-130 м. На рассматриваемой территории мощность составляет около 90 м.

Гидрогеологические условия

Санкт-Петербург и его окрестности входят в состав северной части Ленинградского артезианского бассейна. Расположение его вблизи базиса разгрузки – Финского залива определяют общее направление движения подземных вод с северо-востока на юго-запад (рис.2). Подземные воды приурочены к образованиям, как четвертичного, так и дочетвертичного возраста. Отложения, залегающие до глубины порядка 50,0 - 100,0 м, имеющие непосредственную связь с атмосферными осадками, содержат пресные подземные воды. Изолированные от поверхности глинистыми отложениями (естественными экранами), более глубоко залегающие водоносные горизонты и комплексы, содержат солоноватые воды с минерализацией от 1,0 до 6,0 г/дм³ (вендский ВК). Региональным базисом дренирования водоносных горизонтов и комплексов является акватория Финского залива.

Подземные воды приурочены как к песчаным прослоям четвертичных отложений, так и к отложениям осадочной толщи. Осадочная толща дочетвертичных образований подстилается кристаллическими породами фундамента, содержащими подземные воды архейско-нижнепротерозойской трещиноватой зоны.

Непосредственно на рассматриваемой территории Курортного района г. Санкт-Петербурга и в системе подземной гидросферы развиты следующие основные водоносные горизонты и комплексы (с верху вниз):

- Надморенный горизонт грунтовых вод (QIII-IV), приуроченный к четвертичным (повсеместно развитым с поверхности) песчаным и супесчаным отложениям, залегающим выше кровли осташковской морены;

- Межморенный водоносный комплекс в составе московско-валдайского
(QII-III ms-vd) (верхнего) и днепровско-московского (QII dn-ms) (нижнего) водоносных горизонтов;

- Вендский водоносный комплекс (V), приуроченный к верхнепротерозойским отложениям венда.

Подземные воды четвертичных отложений.

Водоносные горизонты, объединенные в этот комплекс, залегают первыми от поверхности, содержат безнапорные воды, питание их тесно связано с атмосферными осадками и происходит по всей площади их распространения.

Практическое значение горизонтов невелико, и ограничивается использованием для целей индивидуального водоснабжения. Вследствие отсутствия водоупоров и близости к поверхности подземные воды надморенного водоносного комплекса не защищены от поверхностного загрязнения.

Валдайский моренный относительно водоупорный горизонт (QIII vd) развит практически повсеместно, его общая мощность чаще составляет 10,0 - 40,0 м. Валдайская морена, представлена преимущественно валунными суглинками, на отдельных площадях они частично (район п. Ушково) или полностью (район г. Зеленогорска) замещены супесями и песками. В целом для района побережья Финского залива мощность водоупорных моренных суглинков чаще не превышает 10,0 м. Данный водоупорный горизонт играет роль разделяющего для водоносных горизонтов четвертичных отложений, содержащих грунтовые и напорные воды

Днепровско-валдайский межморенный водоносный комплекс приурочен к обводненным песчаным межморенным отложениям, содержащим напорные воды. Водоносный комплекс развит практически повсеместно, за исключением отдельных участков. В пределах рассматриваемой территории в межморенном комплексе выделяются два межморенных водоносных горизонта: московско-валдайский (верхний) (Q II - III ms - vd) и днепровско-московский (нижний) (Q II dn - ms). Разделяются эти горизонтымосковским моренным относительно водоупорным горизонтом (Q II ms), сложенным преимущественно валунными суглинками и глинами, на отдельных участках они замещаются моренными супесями и песками. Общая мощность московского моренного горизонта колеблется в широких пределах от первых метров до 30,0 – 40,0 м, чаще составляет 10,0 – 20,0 м. В основании межморенного комплекса, в основном в пределах древних погребенных долин, залегает днепровский моренный относительно водоупорный горизонт (Q II dn), который представлен валунными суглинками и глинами небольшой мощности 3,0 – 10,0 м.

Московско-валдайский (верхний межморенный) водоносный горизонт (Q Il - III ms - vd) приурочен к песчаным разностям. На территории работ этот водоносный горизонт имеет ограниченное распространение и в основном приурочен к древним погребенным долинам. В кровле водоносного горизонта залегают валунные суглинки и супеси валдайской морены, реже – озерно-ледниковые московско-валдайского возраста с многочисленными линзами песка, содержащими воды спорадического распространения. Часто эти отложения бывают размыты и между верхним межморенным водоносным горизонтом позднее и послеледниковых отложений осуществляется прямая гидравлическая связь.

Водоносный горизонт залегает на глубине от 15,0 до 50,0 м, погружаясь к юго-востоку. Водовмещающими породами являются пески от тонко- до крупнозернистых, реже гравийно-галечные отложения мощностью от 1,0 до 50,0 м Максимальные значения мощности отмечаются в древних погребенных долинах.

Днепровско-московский (нижний межморенный) водоносный горизонт (Q II dn - ms) заполняет древние погребенные долины, глубоко врезанные в коренные породы, выделенные на побережье Финского залива. Глубины залегания кровли горизонта изменяются в пределах от 50,0-60,0 м до 80,0-100,0 м, увеличиваясь, в целом, в направлении от побережья Финского залива к возвышенным участкам на севере территории. Водовмещающими породами горизонта являются песчаные разности озерно-ледниковых и флювиогляциальных отложений днепровско-московского межледниковья. По гранулометрическому составу преобладают пески разнозернистые (крупно- и среднезернистые) с включениями гравия, гальки и валунов. Мощность днепровско-московского горизонта изменяется от первых метров до 70,0-80,0 м, чаще составляет около 20,0-30,0 м. Максимальные мощности горизонта отмечаются в древних долинах (район г. Зеленогорска).

Подземные воды межморенных водоносных горизонтов напорные, порово-пластовые. Пьезометрические уровни подземных вод в пределах водоразделов залегают на глубинах чаще от 5,0 до 20,0 м, в долинах рек вблизи поверхности земли. В ряде скважин на побережье Финского залива отмечался самоизлив (г. Зеленогорск, п. Молодежное, п. Комарово, п. Солнечное). Конфигурация уровенной поверхности подземных вод определяется рельефом местности, то есть максимальные отметки уровней, равные 40,0-45,0 м, характерны для наиболее возвышенной северной части территории, а в южном направлении к Финскому заливу они постепенно снижаются до 0-5 м (рис.2 и 3).

Водообильность межморенных горизонтов изменяется в весьма широких пределах. Резкая смена литологического состава водовмещающих пород на близких расстояниях обуславливает большую неоднородность их фильтрационных свойств. Максимальные дебиты составляют 10,0-30,0 л/с при понижении уровня на 2,0-4,0 м. В целом, преобладающие значения удельные дебитов скважин составляют 0,1-0,5 л/с.

Коэффициент фильтрации водовмещающих пород зависит от их гранулометрического состава. Так, величины коэффициента фильтрации мелких и среднезернистых песков составляют 0,3-3,1 м/сут, крупнозернистых 7,8-13,5, гравелистых до 57,0 м/сут.

На большей части территории значения суммарной величины водопроводимости межморенных горизонтов не превышают 50,0 м²/сут, наибольшие значения водопроводимости - 600-900 м²/сут и более 1000 м²/сут, полученные по данным опытно-эксплутационных работ, характеризуют участки древних долин около г. Зеленогорска и п. Молодежное. Пьезопроводность межморенных горизонтов определена только для этих участков при проведении разведочных работ и составляет 4∙10⁵ - 5∙10⁵ м²/сут.

 

Рис.2 Гидрогеологическая карта

 

Рис. 3 Гидрогеологический разрез

Основным источником питания межморенных горизонтов являются атмосферные осадки, кроме того, дополнительное питание осуществляется за счет озер, расположенных на севере рассматриваемой территории, а также за счет подтока вод из вендского водоносного горизонта на участках отсутствия разделяющих водоупоров и в бортах древних долин. Разгрузка горизонтов осуществляется в речную сеть и Финский залив.

В целом, территория рассматриваемого района располагается в области транзита подземных вод, движение которых имеет общее направление с севера, где располагается локальная область питания подземных вод (центральная возвышенность Карельского перешейка), на юг к региональному базису разгрузки - Финскому заливу. Условия для восполнения запасов подземных вод четвертичной толщи, и в частности межморенных горизонтов, в пределах рассматриваемой территории, оцениваются как благоприятные. По химическому составу подземные воды межморенных водоносных горизонтов преимущественно гидрокарбонатные смешанного катионного состава с минерализацией 0,1-0,3 г/дм³. По большинству показателей качественного состава воды горизонта соответствуют требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01. Характерной особенностью качественного состава подземных вод межморенных горизонтов является содержание в них железа, концентрации которого достигают 20 мг/дм³, чаще составляя 3,0-5,0 мг/дм³. Распространение подземных вод с повышенным содержанием железа носит региональный характер, а вся территория района располагается в пределах провинции железосодержащих подземных вод.

Режим подземных вод межморенных горизонтов в пределах рассматриваемой территории в основном носит естественный характер, слабонарушенный режим отмечается в районе г. Зеленогорска, где на их использовании базируется централизованное водоснабжение города.

В районе рассматриваемого участка мощность четвертичных отложений составляет порядка 90 м.

Подземные воды дочетвертичных образований.

В разрезе дочетвертичных отложений выделяются следующие гидрогеологические подразделения:

1. Верхнекотлинский водоупорный горизонт (V₂kt₂);

2. Вендский водоносный комплекс (V);

3. Архейско-нижнепротерозойская водоносная зона (AR-PR₁).

Водоупорный верхнекотлинский горизонт (V₂kt₂) развит в северо-восточной и восточной части рассматриваемой территории Карельского перешейка. Там он залегает под четвертичными осадками и подстилается отложениями вендского водоносного комплекса. В зависимости от мощности перекрывающих четвертичных отложений глубина залегания кровли горизонта изменяется от 50 до 100 м. Мощность водоупорного горизонта невелика и изменяется от первых метров у границы его распространения до 20-30 м на востоке рассматриваемого района. Горизонт сложен плотными глинами темно-серыми с редкими маломощными прослоями песчаника.

Вендский водоносный комплекс (V) в пределах г. Санкт-Петербурга и его северных окрестностях распространен повсеместно. По современной стратиграфической гидрогеологической схеме вендский водоносный комплекс объединяет терригенные породы котлинской свиты – (нижняя подсвита котлинского горизонта - V₂kt) и старорусской свиты (верхняя и нижняя подсвиты редкинского горизонта – V₂rd).

Вендский ВК представляет собой три пачки переслаивающихся песчаников, песков, алевролитов и глин. Верхняя часть верхнего водоносного комплекса называется котлинским водоносным горизонтом, нижняя – редкинским водоносным горизонтом, а средняя – верхневендским относительно водоупорным горизонтом. Глубина залегания кровли комплекса возрастает в направлении с севера на юг: в Курортном районе города она составляет около 105,0-120,0 м, а в южной части - порядка 190,0-200,0 м. Мощность комплекса до 80,0 – 100,0 м. Залегает на породах фундамента, перекрыт мощной толщей верхнекотлинских глин, являющихся региональным водоупором. Этот мощный естественный глинистый экран обеспечивает изолированность вендского водоносного комплекса и отсутствие прямой гидравлической взаимосвязи с вышележащими водоносными горизонтами, а также его надежную защиту от загрязнения с поверхности и проникновения агентов загрязнения из вышележащих водоносных горизонтов. Граница выклинивания расположена в 90,0 км севернее и северо-западнее города, на территории Карельского перешейка. Вблизи границ вендский комплекс залегает непосредственно под четвертичными отложениями на глубине 60,0-100,0 м, на остальной территории, в т.ч. и в г. Санкт-Петербурге, перекрыт толщей глин верхнекотлинского горизонта, являющихся региональным водоупором. Питание водоносного комплекса осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков. Региональной областью питания является Центральная возвышенность Карельского перешейка, областями разгрузки – Финский залив и Ладожское озеро.

Водовмещающие породы комплекса представлены песчаниками, песками и алевролитами, которые содержат прослои глин и аргиллитов, иногда значительные по мощности. Наиболее грубозернистый материал концентрируется в основании толщи, смена песчаных разностей алевролитами и глинистыми прослоями происходит неоднократно, но не всегда эти слои прослеживаются по простиранию и мощности. В целом, песчано-глинистая толща комплекса содержит несколько гидравлически связанных между собой водоносных прослоев, имеющих общую пьезометрическую поверхность. Доля песков и песчаников в разрезе вендского комплекса составляет около 75 %, на отдельных участках сокращается до 25-50 %. Общая мощность отложений от первых метров у границ распространения до 70,0-100,0 м в г. Санкт-Петербурге. Преобладание в разрезе песчаников прослеживается в направлении к подошве комплекса. На территории участка ДПК «ДСК Дюны» мощность вендского ВК составляет порядка 60,0 м.

Подземные воды комплекса порово-пластовые, высоконапорные. Водообильность комплекса изменчива. Опробование верхней, наиболее глинистой части комплекса, показало незначительную водообильность. Удельный дебит скважин составил тысячные доли л/с. При вскрытии нижней (песчаной) части разреза комплекса (редкинского водоносного горизонта) удельный дебит скважин увеличивается до 1,2 – 2,5 л/с и более.

Уровни подземных вод в естественных условиях до начала эксплуатации на преобладающей части территории города устанавливались на абсолютной отметке 4 м. Эксплуатация их началась с конца 19 в., в связи с чем уже к довоенному периоду образовалась местная пьезометрическая депрессия, глубиной (в центральной ее части) до 20 м. Однако, за 1941-45 г.г. в связи с резким сокращением использования подземных вод, уровни восстановились практически до первоначальных абсолютных отметок.

Последующие годы (до 1976-77 г.г.) характеризовались интенсивной эксплуатацией вод вендского ВК в СПб с максимальной величиной водоотбора более 30-35 тыс.м³/сут. В этот период уровни подземных вод ежегодно снижались с интенсивностью 1,5-5,0 м в год (за исключением кратковременного периода 1965-69 г.г.) и к 1977 г. достигли минимального положения за весь период эксплуатации дло абсолютных отметок минус 75 м. В дальнейшем, в связи с регламентацией использования подземных вод для технического водоснабжения, а также в результате общего спада промышленного производства. Водоотбор подземных вод в СПб резко сократился, последние 10 лет водоотбор стабилизировался на уровне 1,1-1,4 тыс.м³/сут, при этом уровень подземных вод в центре депрессии восстановился на 40-45 м и располагается в настоящее время на абсолютных отметках до минус 20- минус 25 м. При этом, несмотря на относительно стабильную величину водоотбора в последние годы, восстановление уровня в центральной части Санкт-Петербурга продолжается и в настоящее время, составляя до 1-2 м в год. Многолетний график изменения величины водоотбора из вендского ВК на территории Санкт-Петербурга приведены на рисунке 4.

Рис. 4 Многолетний график изменения величины водоотбора из вендского ВК
на территории Санкт-Петербурга

Химический состав и суммарная минерализация подземных вод комплекса закономерно изменяются по мере его погружения в юго-восточном направлении. Распространение пресных вод ограничивается линией: «Сестрорецкий курорт – Белоостров – Черная Речка». Вблизи этой границы пресные воды имеют смешанный гидрокарбонатно-хлоридный натриевый состав с минерализацией 0,8 – 1,1 г/л.

Разнообразие химического состава подземных вод вендского ВК по площади города определяет его использование для различных целей. В Курортном районе подземные воды используются для производственно-технического водоснабжения промышленными предприятиями центральной части города (где распространены солоноваты хлоридные натриевые воды с минерализацией 3-5 г/л, с постоянной в течение года температурой 12°С), а также для хозяйственно-питьевых целей на территории Курортного района СПб и Карельского перешейка (где подземные воды пресные с минерализацией 0,1-0,6 г/л, преимущественно гидрокарбонатного состава). Нередко, хотя и незначительно, отмечается превышение нормы по суммарной альфа-радиоактивности, что связано, с влиянием гранитов-рапакиви фундамента, подстилающих водоносный комплекс. Вода отвечает требованиям и нормативам СанПиН 2.1.4.1074-01 и НРБ-99.

В незначительных объемах в последние годы подземные воды используются для розлива в качестве минеральных столовых («Охтинская», «Екатерингофская») и пресных экологически читаных («Росинка»).

Архейско-нижнепротерозойская водоносная зона (AR - PR ) приурочена к трещиноватой зоне выветривания кристаллических пород фундамента, представленных гранитами и гнейсами. Характер обводненности кристаллических пород в пределах района специально не изучался. По данным съемочных работ, проведенных на смежных территориях, водообильность зоны коры выветривания весьма незначительная, дебиты скважин составляют 0,001-0,0001 л/с.

 

Непосредственно на рассматриваемом участке скважиной, пробуренной на территории ДПК «ДСК Дюны» вскрыты отложения до глубины 160 м.

С поверхности и до глубины 45 м залегают четвертичные отложении, представленные до глубины 22 м песками, супесями, суглинками, глубже – глинами валунными.

В интервале 45-90 м залегают отложения верхневендского (котлинского) водоупорного горизонта, представленные глинами и аргиллитами.

В интервале 90-154 м вскрыт вендский водоносный комплекс, сложенный песчаниками и глинами.

В интервале 154-160 м вскрыта архейско-нижнепротерозойская водоносная зона, представленная гранитами.

Водоносные песчаники вскрыты на глубине 150 -154 м. Статический уровень подземных вод (на момент бурения скважины 2012 г) установился на глубине 30 м от поверхности, динамический уровень – на глубине 45,0 м. Дебит составил величину 5 м³/час (120 м³/сутс).

Эксплуатируемый вендский водоносный комплекс в пределах п. Белоостров надежно защищен региональным водоупором и загрязнение его с поверхности исключено.

Водозабор осуществляется на территории с хорошо изученными условиями формирования запасов подземных вод. Санитарное состояние подземных вод защищенное. Прямой гидравлической связи скважины с поверхностными водоемами в зоне влияния водозабора нет. Бездействующих, неправильно эксплуатирующихся скважин в радиусе 500 м от скважине нет.

Гидрологические условия скважины представлены в таблице 3.

 

Таблица 3.