CC BY
30
В .3 !В ¡Е С Т И Я ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ _ ПОЛОЙТЕОВНИЧЕЮШШ ИНСТИТУТА им, С. М. КИРОВА ,
Том 2 60 1976
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ КОЛЫВАНЬ-ТОМСКОЙ СКЛАДЧАТОЙ ЗОНЫ
И. А. УДОДОВ, А. А. ЛУ,КИН, П. Н. ПАРШИН, II М. РАССКАЗОВ,
А. Д. ФАТЕЕВ
(Представлена едуганым семнар.ом кафедры гидрогеологии-и инике«еря!ой геолотйи и, проблемной геюлошдаокой лаборатории)
В статье мы кратко остановимся на некоторых региональных закономерностях питания, циркуляции и разгрузки подземных вод Колывань-Томской складчатой зоны в общем плане связи ее с окружающими геологическими структурами. Эти закономерности выявлены на основе использования методов региональной оценки естественных ресурсов подземных вод ¡и водного баланса (в разработке Б. И. Куделина, 1960), изучения подземного стока вод по разовым замерам расходов рек в меженный период и детального исследования химического (в особенности микрокомпонентного) состава подземных вод.
Под Колывань-Томской складчатой зоной понимаются герцинские структуры, подходящие к дневной поверхности в районе ГТриобья от Камня-на-Оби до Томска. Геологическими границами этих структур на востоке являются каледониды Кузнецкого Алатау и Салаира, а на юге, западе и севере Колывань-Томские герциниды погружены под ме-зокайнозойские образования Западно-Сибирской низменности. Основ-йыми структурными элементами зоны (Вдовин, 1956; Матвеевская, 1956, 1960) являются область основного герцинского прогиба Колывань-Томской геосинклинали, герцинская геоантиклинальная зона (Бу-готакская, Митрофановская и Подломская геоантиклинали), герцинские краевые прогибы (Ташминский, Кузнецкий,Горловский) и наложенные мезокайнозойские эрозионно-тектонические впадины (Улановская, Луча-новская, Юргинская, Ояшинская, Усть-Бердская, Искитимская, Доро-нинская, Черепановская).
Одним из главных факторов в формировании подземных вод Колывань-Томской складчатой зоны является ее двухъярусное геологическое строение, обусловливающее важнейшие различия в условиях циркуляции вод в пределах этажей. Нижний структурный этаж сложен палеозойскими образованиями от нижнего девона до нижней перми, представленными эффузивно-осадочной формацией Дг2 (геоантиклинальная зона), песчано-глинистыми осадками с прослоями, линзами и пачками известняков и иногда вулканогенных образований Дъ—С\ (область основного герцинского прогиба), карбонатно-терригенной и угленосной С\ — Р\ формациями (краевые прогибы). Перечисленные образования сильно дислоцированы в позднегерцинскую фазу тектогенеза с формированием линейно вытянутых в субмеридиональном направлении складок. Проявление фаз тектогенеза как герцинского, так и последующих циклов находит свое выражение в магматической деятельности (раз-
4. Известия ТПИ, т. 260.
виты гранитные массивы и дайковые диабазовые тела), а также в сложной дизъюнктивной тектонике структур нижнего этажа, которые характеризуются блоковым строением. Предыдущими геологическими исследованиями выявлен ряд крупных разломов, которые ограничивают основные структурные элементы. Примерами подобных нарушений являются Приобский глубинный разлом, так .называемый Томский надвиг, разломы, разделяющие структуры Колывань-Томской складчатой зоны и Са-лаира, и разломы, ограничивающие Буготакскую горстантиклиналь. Наряду с крупными разломами наблюдается большое число более мелких разрывных нарушений субмеридионального и субширотного направлений. Характер поперечных по отношению к простиранию складок нарушений до настоящего времени остается мало исследованным. Как показали гидрогеохимические исследования, многие закартированные ранее нарушения проявляют себя в особенностях химического состава подземных вод. На основе гидрогеохимических критериев выявлен и прослежен ряд новых разрывных нарушений, в частности, и в районе Томска (Удодов, Матусевич, Григорьев, 1965). Не все зоны разрывных нарушений характеризуются повышенной водообильностью. Это, очевидно, является в значительной степени отражением их разновозрастности. Причем открытыми для циркуляции вод являются болеее молодые или подновленные разломы. К прямым гидрогеологическим признакам наличия новейших зон разрывных нарушений можно отнести локальную повышенную обводненность пород, а также широко развитое в регионе траверти-нообразование в местах выхода вод зон разломов. По-видимому, к молодым можно отнести целый ряд разрывных нарушений различного направления, известных в районе Томска. Они могут служить путями пополнения ресурсов подземных вод мезокайнозойских отложений.
Таким образом, коллекторские свойства геологических образований нижнего структурного этажа определяются только их трещиноватостью, и по условиям циркуляции здесь развит трещинный тип подземных вод. Среди них принято выделять трещинные воды, связанные с разрушенной кровлей пород фундамента и пользующиеся региональным распространением, и трещинные воды зон разрывных нарушений. В известняках развит трещинно-карстовый тип подземных вод. Следовательно, направление движения подземных вод в данном структурном этаже определяется положением водопроводящих зон разломов и характером гидростатических напоров. В распределении сил напоров важное значение имеет рельеф фундамента. Общее понижение его наблюдается в сторону Западно-Сибирской низменности, чем обусловливается направление регионального стока. Однако наличие в палеозойском фундаменте Колывань-Томской зоны отмеченных локальных эрозионно-тектонических депрессий осложняет сток. Некоторые из впадин замкнуты (Ояшинская, Бердская), другие открыты в сторону Западно-Сибирской низменности и Кузбасса (Улановская, Лучановская, Юргинская, Доронинская, Черепановская). Эти депрессии являются местными зонами глубокого дренирования трещинных вод. Глубина активного дренажа эрозионно-тектоническими впадинамй, определяемая разностью отметок фундамента, находится в пределах 100—250 м. По зонам разрывных нарушений она может достигать значительно больших величин.
Важное значение имеет кора выветривания, которая имеет покровный характер распространения, но в некоторых частях смыта. Участки со смытой корой наиболее широко развиты в пределах орографически приподнятых геоантиклинальных и антиклинальных структур и гранитоид-ных массивов, а также в долинах более крупных рек. Покровный характер глинистой части коры выветривания затрудняет инфильтрацию атмосферных осадков, создает напоры подземных вод палеозойских пород,
способствует региональному подземному стоку, затрудняя разгрузку в местную гидрографическую сеть. Участки же с размытой корой выветривания являются или участками питания подземных вод (водораздельные пространства геоантиклинальных структур, отдельные участки в долинах рек Каракана, Койнихи, Ояша, Ушайки, Киргизки и др.) или, наоборот, участками разгрузки глубоких вод (долины рек Щербака, Тугояковки, Кунгурки и др.).
Верхний структурный этаж сложен континентальными песчано-гли-нистыми образованиями кайнозоя (верхнего палеогена, неогена, четвертичными) и местами мезозоя (юры и мела). Общая мощность рыхлого покрова колеблется в среднем от 0 до 40 му увеличиваясь в пределах наложенных эрозионно-тектонических впадин и склона Западно-Сибирской низменности до 200 м и более. 'По условиям циркуляции подземные воды верхнего структурного этажа относятся к порово-пластово-му типу. Направление движения их обусловлено главным образом направлением сил гидростатических напоров,, которое, в свою очередь, определяется орографическими факторами.
В орографическом и гипсометрическом отношении Колывань-Том-ская складчатая зона в целом (в средней своей части вместе с прилегающими здесь к ней структурами Кузбасса) занимает среди сопредельных геологических структур переходное положение от равнинных пространств Западно-Сибирской низменности к горным районам Кузнецкого Алатау и Салаирского кряжа. Она представляет собой возвышенную, значительно пенепленизированную равнину со средними абсолютными отметками порядка 200—250 м. Типичен равнин,нов'схолмленный рельеф и общий пологий уклон местности от названных горных районов в сторону основной дрены подземных и поверхностных вод региона — реки Оби. В деталях же орографический план региона довольно неоднороден. В нем выделяются характерные гипсометрические уровни и типы рельефа, которые пространственно и, очевидно, генетически увязываются с определенными структурными элементами. Как правило, участкам геоантиклиналей и крупным выявленным антиклиналям соответствуют наиболее высокие гипсометрические уровни и большая расчлененность рельефа, а участкам молодых эрозионно-тектонических впадин —в среднем относительно пониженные значения абсолютных высот и меньшая расчлененность рельефа. Таким образом, по орографическим особенностям первые структуры выступают в гидрогеологическом отношении как области питания, вторые — как области дренажа подземных вод. При этом области питания характеризуются выпадением большего количества атмосферных осадков и большей залесен,ноетью. Это в сочетании с отмеченной для данных структур меньшей мощностью отложений рыхлого чехла и слабым развитием коры выветривания усиливает их роль как областей питания. Выделенные области питания и дренажа проявляются также в особенностях состава макро-и микрокомпонентов, газового и изотопного состава вод.
Формирование естественных ресурсов подземных вод Колывань-Том-ской складчатой зоны определяется отмеченными геолого-структурными и геоморфологическими факторами, а также климатическими и ландшафтными условиями. Не останавливаясь подробно на последних, отметим лишь, что определениями естественных ресурсов 'подземных вод зоны активного водообмена методом расчленения гидрографа речного стока (данные многолетних наблюдений за расходами рек региона взяты из справочника «Ресурсы поверхностных вод СССР...», 1966), и замерами меженных расходов рек выявляется определенная зональность в распределении стока подземных вод в зависимости от ландшафтно-кли-матической зональности. Величина подземного стока уменьшается с
севера на юг. Если в зоне тайги и подтайги, куда входит район Томска» модуль подземного стока {л!сек км2) составляет в среднем 1—1,5, то в предгорной дренированной равнине лесостепной зоны он, как правило, меньше единицы (0,5—1,0), а на юге региона (лесостепь южнее р. Верди) — 0,35—0,7.
Изменения величины подземного стока в ландшафтных зонах определяются различиями в структурно-геологических условиях участков. В результате структуры, выделенные как области питания, характеризуются и более интенсивным подземным стоком. Так, в средней части региона, располагающейся в одной ландшафтной зоне, модуль подземного стока изменяется от 1,75—3,4 в пределах Буготакской горстантикли-нали (основная местная область питания) до 0,5 л/сек км2 в районах наложенных эрозионно-тектонических впадин и на склоне Западно-Сибирского артезианского бассейна.
Для палеозойских образований региона нами выделены следующие водоносные комплексы: песчано-сланцевой толщи (Дг-С\), эффузив-но-осадочной толщи (Д1-2, Дз), карбонатных пород, гранитоидов и, кроме того, воды зон разрывных нарушений. В областях питания и стока (геоантиклинальные структуры и основной герцинский прогиб Колы-вань-Томской геосинклинали вне наложенных эрозионно-тектонических впадин) водообильность трещиноватой зоны выветривания песчано-слан-цевого и эффузивно-осадочного комплексов в среднем характеризуется значениями модуля подземного стока, равными первым десятым долям л]сек км2у и удельными дебитами скважин от сотых долей до первых десятых л/сек. На участках обводненных разрывных нарушений в пределах этих водоносных комплексов модули подземного стока больше единицы, удельные дебиты скважин составляют от 1 до 3 л/сек. При этом водообильность зон разломов в эффузивно-осадочных образованиях большая, чем в флишоидной толще. Так, на участке обводненной зоны разрывного нарушения в эффузивно-осадочной митрофановской пачке в бассейне р. Кунгурки (левой приток р. Томи) модуль подземного стока для площади 1,5 км2 составил более 10 л/сек км2. Водообильность известняков на основе изучения подземного стокз в районах Власковского и Яшкинского карьеров характеризуется модулем подземного стока до 11 л/сек км2. Гранитоидные массивы в зоне выветривания характеризуются слабой обводненностью в связи с тем, что они дренированы р. Обью.
Количественно подземный сток палеозойского комплекса обусловлен наряду с ландшафтно-климатическими, структурными и геоморфологическими факторами и коллекторскими свойствами пород —также гидродинамическим взаимодействием обводненных комплексов между собой, поверхностным стоком и водами рыхлых отложений над палеозойскими образованиями. Это взаимодействие выражается, например, в таких часто наблюдаемых в регионе проявлениях режима вод, как изменение относительной доли поверхностной и подземной составляющих стока в зависимости от изменения в плане коллекторских свойств пород.
На участках, где речные долины выходят из поля распространения слабоводопроницаемых песчано-сланцевых или эффузивно-осадочных отложений и прорезают пачки закарстованных известняков, наблюдается общеизвестное увеличение подземной составляющей стока. Ориентировочная количественная оценка поглощения вод произведена нами только для одного подобного участка в районе развития искитимских известняков в бассейне р. Берди. По данным многолетних наблюдений за ее стоком в створах с. Старого Искитима («Ресурсы...», 1966), поглощение, выраженное через модуль подземного стока, составляет здесь на основе воднобалансовых расчетов 5 л/сек км2. Эта цифра, ви-
димо, еще занижена, так как расчеты проводились для всего водноба-лансового участка, внутри которого известняки занимают небольшую площадь. При выходе речных долин из поля известняков на границе с менее проницаемыми породами происходит быстрое нарастание расходов рек, отмечаются сосредоточенные выходы подземных вод с дебитом до 50 л/сек (источник в долине р. Пачи вблизи Яшкинского известнякового карьера).
Аналогичная картина в режиме поверхностного и подземного стока вод характерна также для случая, когда долина реки заложе'на в лито-логически однородных породах, но меняет свое положение по отношению к интенсивно-трещиноватым зонам.
Кратко охарактеризованные для водоносных комплексов палеозойских образований Колывань-Томской складчатой зоны общие условия стока позволяют предполагать, что в формировании естественных ресурсов подземных вод зоны активного водообмена основное место принадлежит местным областям питания.
Рассмотрение подземных вод палеозойских образований показыва- • ет, что наибольший отбор воды для хозяйственного и питьевого использования может быть осуществлен из водоносного комплекса известняков и зон разрывных нарушений, заложенных в особенности в песчаниках, эффузивах и гранитах. Качество вод удовлетворяет, как правило, всем требованиям ГОСТа. Для вод зон разрывных нарушений иногда отмечается содержание железа от 1 до 10—16 мг/л и наличие выше нормы таких компонентов, как ртуть, цинк, барий и др. Последнее обстоятельство обязывает изучать микрокомпоненты при всех гидрогеологических исследованиях в регионе для целей водоснабжения.
Распределение и формирование естественных ресурсов подземных вод водоносных комплексов верхнего структурного этажа во впадинах (малые артезианские бассейны) и в области погружения Колывань-Том-ских палеозойских структур под отложения Западно-Сибирской низменности (склон артезианского бассейна) изучены к настоящему времени еще слабо, хотя эти воды представляют наибольший интерес дляпракти-ческого их использования в качестве источника водоснабжения. По полученным нами материалам можно дать только некоторые ориентировочные цифры.
Изучение подземного стока в названных районах показывает, что естественные ресурсы подземных вод верхней части разреза покровного чехла (как правило, сла'боводопрошщаемой и находящейся в зоне активного дренирующего влияния речных систем) ограничены и характеризуются модулем подземного стока до 0,5 л/'сек км2. Но там, где реки прорезают более водопроницаемые водоносные комплексы, модуль подземного стока значительно возрастает. Так, в нижней части р. Лебяжьей, где она вскрывает водообильные песчано-гравийно-галечниковые верхнепалеогеновые отложения болотнинской свиты, модуль подземного стока составляет 3 л!сек км2. Эту величину модуля стока можно принять для ориентировочной характеристики естественных ресурсов подземных вод водоносного горизонта болотнинской свиты. Учитывая его значительную мощность (40—50 м) и широкое площадное распространение в Юргинской впадине (порядка 3,5 тыс. км2), естественные ресурсы подземных вод только этого горизонта во впадине предварительно оцё-*8* ниваются нами величиной порядка 10 м?!сек, то есть обеспечивающими потребности в воде большого города. Таким образом, подземные воды Юргинской впадины и склона Западно-Сибирского артезианского бассейна севернее впадины в междуречье Обь — Томь могут быть использованы для обеспечения водой Томска, Юрги и Болотного.
Некоторое представление о естественных ресурсах подзе^ЙШГ вод
#
мезокайнозойских отложений ниже местной зоны активного дренажа дает порядок цифр модулей стока, полученный при региональных рас^ четах водного баланса для бассейнов рек, которые расположены в пределах наложенных эрозионно-тектонических впадин и в области погружения палеозойских структур в сторону Западно-Сибирской низменности. Ресурсы более глубокого подземного стока вод характеризуются следующими цифрами: в Новосибирском Приобье — более 5 (бассейны рр, Тула и Чик), в Ояшин-ской впадине — около 4 (бассейн р. Ояш), в Юргинской впадине—порядка 5 (бассейн р. Лебяжьей), в Улановской впадине и на северо-восточном склоне Томь-Яйского междуречья — от 4 до 5,5 л/сек км2, (бассейны рр. Китат, Латат и Яя между створами раб. пос. Яя и Семеновское). Часть этого стока, очевидно, обязана поступлению вод из водоносных комплексов палеозойских образований Ко-лывань-Томской складчатой зоны. Питание мезокайнозойских водоносных комплексов со стороны палеозойских структур подтверждается изучением микрокомпонентного состава вод. В районах Улановской, Юргинской, Ояшинской, Доронинской и других впадин по естественным выходам подземных вод выявлен ряд гидрогеохимических аномалий, отражающих водные потоки рассеяния различных зон минерализаций.
Приведенные ориентировочные данные показывают значительно более высокие естественные ресурсы подземных вод мезокайнозойских отложений в пределах молодых артезианских бассейнов и на склоне Западно-Сибирского артезианского бассейна по сравнению с естественными ресурсами обводненных комплексов обрамляющих палеозойских структур.
Выявленные региональные закономерности формирования подземных вод явились одним из обоснований при выборе участка разведки их для водоснабжения Томска и важны при решении таких связанных с этой работой вопросов, как прогноз восполнения и качества подземных вод при эксплуатации проектируемого водозабора.
ЛИТЕРАТУРА
В. В. В дов и н. Геотектонические структуры Колывань-Томской дуги. Тр. Горжигеол. инст. Зап.-Сиб. фил. АН СССР, вып. 15, 1956.
Б. И. Куделин. Принципы региональной оценки естественных ¡ресурсов подземных вод. Изд. Московского ун-та, 1960.
А. Л. М а т в е е в с к а я. О строении и развитии Колыв&нь-Томекой дуги в области стыка с Салаиром. Тр. Горно-геол. инст. Зап.-Сиб. фил. АН СССР, вып. 15,1956,
А. Л. Матвеевская и Е. Ф. Иванова. Геологическое строение южной части Западно-Сибирской низменности в связи с вопросами нефтегазонос-ности. М.—Л., Изд. АН СССР, 1960.
Ресурсы поверхностных вод СССР. Основные гидрологические характеристики, т. 15. Алтай и Западная Сибирь, вып. 2, Средняя Обь. Л., Гидрометеоиз-дат, Ш66.
|П. А. Удодов, |В. М. М атусевич, ¡Н. В. Григорьев-. Гвд-рогеохимические поиски в условиях полузакрытых геологических структур Томь-Яйского меасдуречья. Изд. Томского ун-та, 1965.
