CC BY
47
УДК 556.33 (550.46)
DOI 10.33764/2618-981X-2022-2-1-256-269
Гидрогеологическая стратификация Московского артезианского бассейна для целей реализации проектов CCUS
Я. В. Садыкова
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, г. Новосибирск,
Российская Федерация Новосибирский государственный университет, г. Новосибирск, Российская Федерация
e-mail: [email protected]
Аннотация. На основе комплексной интерпретации данных по стратиграфии, литологии, се-диментологии и результатов гидрогеохимических опробований Московского артезианского бассейна построена схема детальной гидрогеологической стратификации. Выделены водоносные этажи, комплексы, водоносные и водоупорные горизонты, охарактеризован состав подземных вод. Прослежено их распространение по площади, установлены основные типы гидрогеологических разрезов.
Ключевые слова: гидрогеологическая стратификация, водоносные горизонты, Восточно-Европейская платформа, Московский артезианский бассейн, Воронежская антеклиза, Московская синеклиза
Hydrogeological stratification of the Moscow artesian basin for the purposes of implementing CCUS projects
Ya. V. Sadykova
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, Novosibirsk, Russian
Federation
Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russian Federation e-mail: [email protected]
Аннотация: A scheme of detailed hydrogeological stratification of Moscow artesian basin was constructed on the basis of complex interpretation of results of hydrogeochemical analysis of ground waters and the data of stratigraphy, lithology, sedimentology, geology and hydrogeology. The waterbearing stages, complexes, aquafers and seals were allocated. Groundwater composition are characterized. Different types of hydrogeological section are given.
Keywords: hydrogeological stratification, aquafers and seals, East European platform, Moscow artesian basin, Voronezh anteclise, Moscow syneclise
Введение
Рост содержания углекислого газа в атмосфере в результате антропогенного воздействия является в настоящее время наиболее острой экологической проблемой. Изменение состава атмосферы, насыщение ее парниковыми газами приводит к потеплению климата, таянию ледников, изменению уровня мирового океана. По результатам исследования Международного энергетического агентства (IEA), с 1973 по 2020 гг. объемы эмиссии CO2 увеличились с 15,5 по 32,3 млн т. Среди крупнейших эмитентов СО2 Россия находится на четвертом месте (4,6 %),
после Китая (30,7 %), США (13,8 %) и Индии (7,1 %) [1]. Наибольшая доля выбросов углекислого газа приходится на предприятия черной металлургии, цементной промышленности и энергетики. Спрос на продукцию этих отраслей постоянно растет. Применение технологии улавливания и захоронения углерода (ССиБ) всемирно признано самым эффективным способом снижения объема выбросов крупных промышленных предприятий. Наибольшее количество предприятий-эмитентов СО2 сосредоточено в Европейской части Российской Федерации, в связи с этим наиболее привлекательным для создания объектов геологического хранения углекислого газа является Московский артезианский бассейн (рис. 1).
Рис. 1. Обзорная карта центральных районов Московского артезианского бассейна
Действующие проекты захвата и утилизации СО2 (секвестрации) в России в настоящее время отсутствуют, однако существуют благоприятные предпосылки для захоронения больших объемов углекислого газа в глубокозалегающие водоносные горизонты, не используемые для питьевого и хозяйственного водоснабжения.
Захоронение углекислого газа в недра связано с нарушением естественных гидрогеологического, гидродинамического и геотермического режимов и может приводить к загрязнению атмосферы, обусловленному возможной утечкой СО2 через литологические окна и дизъюнктивные нарушения. В связи с этим, при выборе объекта для захоронения необходимо иметь четкое представление о геологическом строении региона, его гидрогеологических особенностях, таких как наличие подходящих водоносных горизонтов, способных вместить большие объемы углекислого газа и флюидоупоров, которые будут препятствовать его дальнейшей вертикальной миграции. Таким образом, основной целью данного исследования было выделение водоупорных и водоносных горизонтов в разрезе и прослеживание их распространения по площади Московского артезианского бассейна.
Методы и материалы
В гидрогеологической стратификации при расчленении разрезов выделяются следующие основные подразделения: водоносные и водоупорные горизонты, водоносные комплексы, ярусы и этажи [2]. В результате детального анализа имеющейся информации по стратиграфии, литологии, седиментологии, гидрогеологии авторами была составлена схема детальной гидрогеологической стратификации Московского артезианского бассейна. Названия водоносных подразделений дано по их приуроченности к подразделениям общей стратиграфической шкалы, утвержденной Межведомственным стратиграфическим комитетом России (МСК) в 2019 г. [3]. Наименования горизонтов даны в соответствии с названиями ярусов, комплексов - систем, ярусов - эратем, их индексация осуществлена в соответствии с Методическими рекомендациями по составлению схем гидрогеологической стратификации [2].
Выделение базировалось на литологическом описании состава слагающих пород (более 1500 интервалов), их фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС), фаци-альных особенностях. Кроме того, были проанализированы данные испытания скважин и результаты гидрогеохимического опробования водоносных горизонтов (более 200 объектов), используемых для питьевого, технического и бальнеологического использования. В процессе исследования также использовался каталог месторождений подземных вод Российской Федерации и их запасов (по состоянию на 01.01.2012 г.), включающий более 3000 объектов по Московскому артезианскому бассейну.
Исследуемый регион слабо изучен глубоким бурением как по площади, так и в разрезе. Основные скважины пробурены для питьевого водоснабжения, они редко достигают глубоких горизонтов. Отдельными скважинами вскрыты полностью протерозойские, палеозойские, мезозойские и кайнозойские осадки.
Результаты
В геологическом строении Московского бассейна выделяются два гидрогеологических этажа нижний - весьма затрудненного и застойного водообмена и верхний - активного водообмена. Нижний этаж включает в себя зону трещи-
новатости архейско-нижнепротерозойского фундамента, верхнепротерозойские (рифейский и вендский) и палеозойские (кембрийский, ордовикский, силурийский, девонский, каменноугольно-триасовый) комплексы (табл. 1). Кембрийский, ордовикский и силурийский комплексы распространены локально на территории исследования.
Верхний этаж представлен юрско-меловым, палеоген-неогеновым и четвертичным водоносными комплексами, сложенными слабосцементированными осадками, весьма неравномерно распространенными по площади бассейна, максимальные глубины, приуроченные к речным долинам и отрицательным тектоническими структурам, достигают 400 м. В пределах зоны активного водообмена распространены преимущественно пресные гидрокарбонатные кальциевые и магниевые воды с минерализацией до 1 г/дм3, по мере погружения водоносных горизонтов минерализация и содержания хлорид-иона и натрия возрастает. Зоны инфильтационного питания подземных вод приурочены к окраинным частям бассейна и участкам выхода водоносных горизонтов на поверхность, дренируются преимущественно речной сетью [4, 5].
К четвертичному водоносному комплексу 8^4) относятся отложения плейстоцена, неоплейстоцена и голоцена. Эти осадки развиты повсеместно, залегают на разновозрастных дочетвертичных отложениях (от верхнедевонского до неогенового возраста), имеют различную мощность от первых метров до 120-130 м в погребенных речных долинах и областях развития ледниковых комплексов. Максимальные толщины, связанные с широким развитием ледниковых отложений, фиксируются в северо-западной и северной части региона, а минимальные - на юге региона, где господствуют аллювиальные и лессовые осадки [6]. Воды четвертичных горизонтов используются для сельскохозяйственных целей и питьевого водоснабжения, они пресные с минерализацией от 0,1 до 0,9 г/дм3 преимущественно гидрокарбонатного кальциевого и кальциево-магниевого состава. Часто воды загрязнены, особенно вблизи населенных пунктов, где возрастает содержание нитратов, аммиака, железа [7].
Водоносные горизонты палеогеново-неогенового комплекса (8(Р-Ы)) приурочены к эоценовым и олигоценовым осадкам палеогена и к миоценовым и плиоценовым отложениям неогена, распространены фрагментарно, преимущественно в пределах бассейнов рек и погребенных речных долин [8]. Мощность и ресурсы неогенового комплекса незначительны, питание осуществляется преимущественно за счет инфильтрации атмосферных осадков. Воды маломинерализованные (от 0,1 до 1,3 г/дм3) гидрокарбонатные кальциевые, широко используются для сельскохозяйственных целей.
Юрские и меловые отложения характеризуются прерывистым распространением. Выделяются следующие горизонты: 1) туронско-кампанский водоносный горизонт сложен песками, алевритами, глинами, опоками, опоковидными песчаниками, мергелями; 2) туронский относительно водоупорный горизонт состоит из писчего мела с фосфоритами; 3) титонско-сеноманский горизонт приурочен к мощной толще верхнеюрских и нижнемеловых отложений, сложенных
преимущественно песками глинистыми кварцевыми, глауконитовыми со стяжениями фосфоритов.
Таблица 1
Схема детальной гидрогеологической стратификации Московского артезианского бассейна
Водоносный этаж Водоносный ярус Водносный комплекс Водоносный (2) /относительно водоупорный (3) и водоупорный (4) горизонт Индекс
четвертичный современный аллювиальный
верхний 8(0) верхне -среднечетвертичный
Щ-0) палеогеново-неогеновый 8(Р-Ы)
туронско-кампанский 2(Кг-кш)
юрско-меловой туронский 3(К21)
8(1-К) титонско-сеноманский 2(1зй-К28)
келловейско-киммериджский 4(12к-1зкш)
байосско-батский 3Ц2Ь-Ы)
уржумско-оленекский 2(Р2иг-Т10)
казанский 2(Р2к7)
кайнозойский (Мг-К7) ассельский 4(Р1а)
верхнегжельский 2(Сзй2)
верхнегжельский 4Сз&)
нижнегжельский 2(Сзй1)
касимовский 3(Сзк)
каменноугольно-триасовый 8(С-Т) московский 2(С2Ш8)
московский 4(С2Ш8)
верхнесерпуховско-башкирский 2(С2Э2)
верхнесерпуховский 4(0*50
верхневизейско -серпуховский 2(С1У-С28)
нижневизейский 3(С1У1)
нижневизейский 2(С1У1)
турнейский 2(Ш)
нижний турнейский 4(С11)
9(Аг-Р) верхнефаменский 3(Эз£шз)
фаменский 2(Оз£Ш2)
нижне фаменский 4(Эз£ш1)
верхне франский 2(0^3)
девонский 8(Р) верхне франский 4(РзГз)
средне франский 2(Р&)
нижне франский 4^0
палеозойский (Р7) живетский 2(Р27У)
верхнеэйфельский 4(D2ef2)
эйфельский 3(Р2е!)
эмсский 2(Р1еш)
силурийский 8 (8) руданско-шейнвудский 2(Б1Г-Б18Ь)
флоско-хирнатский 2(Оlf-Озh)
кембрийско -ордо - тремадокский 4(О11)
викский 8(О-€) майско-тремадокский 2(€2Ш-О11)
томмотский 4 (€^ш)
верхнепротерозойский (РЯ^) вендский верхневендский (поваровский) 2(У2)
8(У) верхневендский (редкинский) 4(У2)
нижневендский (лапландский) 2(У1)
рифейский
архейско-нижнепротерозойская зона трещиноватости 10(Аг-Рг1)
В разрезе также присутствуют прослои глин, алевролитов, фосфоритов. Толща распространена не равномерно на территории исследования от небольших слоев до 250 м [8]. Наиболее полных разрез характерен для центральных районов Московской синеклизы; 4) келловейско-киммериджский водоупорный горизонт представлен терригенными рыхлыми слабоводоносными отложениями, с существенным преобладанием битуминозных глауконитовых глин. Также присутствуют прослои песков и глинистых алевролитов, часто встречаются угли, синдеритовые конкреции, линзы железистых оолитов, стяжения фосфоритов; 5) байосско-батский относительно водоупорный горизонт состоит из глинистых пород кудиновской, москварецкой толщ и их аналогов [9-11].
Источником питания юрских и меловых горизонтов служат атмосферные осадки, туронско-кампанский и титонско-сеноманский горизонты используются для сельскохозяйственного водоснабжения колодцами и скважинами. Надежные водоупорные толщи между горизонтами отсутствуют. В разрезе юрских и меловых осадков распространены преимущественно пресные гидрокарбонатные натриевые воды с минерализацией 0,2-1,0 г/дм3. В ряде районов наблюдается превышение ПДК по железу и общей жесткости.
Водоносные горизонты нижнетриасовых и пермских отложений распространены на северо-востоке региона. Они залегают непосредственно под юрскими осадками, представлены тремя горизонтами - первый состоит из пестро-цветных сульфатно-карбонатных пород ветлужской серии нижнего триаса и татарского отдела верхней перми. Нижезалегающие горизонты сложены сульфатными и сульфатно-карбонатными породами приуральского и биармийского отделов перми [8, 7, 12]. Уржумско-оленекский горизонт имеет спорадическое распространение и незначительную водонасыщенность, распространен на глубине от 24 до 190 м, состоит из красноцветных глин, алевролитов и зеленоцветных песчаников с прослоями мергелей и известняков, доломитов и гипсов. Воды залегают в линзах песчаников, в трещинах известняков и доломитов. В целом, для водоносных горизонтов характерен водонапорный режим. В местах отсутствия келловейско-киммериждского флюидоупора горизонт питается за счет вышеза-легающих горизонтов и дренажа атмосферных осадков. Воды в основном сульфатные или хлоридно-сульфатные натриевые достигают минерализации до 25 г/дм3, в большинстве случаев не пригодны для питья и водоснабжения в связи с повышенной минерализацией и неравномерной водонасыщенностью, но используются для лечебных целей. В Ивановской и Костромской областях используется для питьевых целей, содержит воды с минерализацией 0,2 - 0,9 г/дм3 хло-ридного натриевого состава, в ряде скважин превышены предельно-допустимые концентрации по железу и общей жесткости.
Казанский водоносный горизонт приурочен к карбонатным и сульфатно-карбонатным отложениям [7, 8]. Воды в окраинных частях бассейна пресные, в центральных - соленые, в связи с наличием мощных прослоев гипсов и ангидритов. В местах неглубокого залегания характеризуется высокой закарстованно-стью и водообильностью и широко используется для питьевого водоснабжения. Минерализация колеблется от 0,3 до 0,6 г/дм3, в составе преобладает гидрокар-
бонат-ион и кальций. Глубина залегания изменяется от 20 до 280 м. Общий сток направлен с юга на север, в том же направлении возрастает напорность и минерализация подземных вод, но падает водообильность до сухих скважин местами встречаются пресные.
В каменноугольных отложениях выделяются верхнегжельский, нижнегжельский, московский, верхнесерпуховско-башкирский, верхневизейско-сер-пуховский, нижневизейский и турнейский водоносные горизонты, которые разделены преимущественно глинистыми водоупорами.
Верхнегжельский водоносный горизонт распространен не повсеместно, в районах распространения имеет мощность от 15 до 60 метров, увеличивается в северо-западном направлении [8]. Сложен водоносными трещиноватыми известняками и доломитами. Питание горизонта в основном инфильтрационное, происходит на периферических участках его распространения и в местах неглубокого залегания и малой мощности перекрывающих отложений [13]. Горизонт содержит воды от пресных гидрокарбонатных кальциевых и сульфатных до солоноватых хлоридных натриевых с минерализацией 0,1-10,3 г/дм3. Минерализация возрастает в направлении движения подземных вод от зон питания к зонам разгрузки - к речным долинам. В местах распространения пресных вод является объектом питьевого водоснабжения (Владимировская, Тверская, северные районы Московской области). Верхнегжельским водоупорным горизонтом выступают мергели и глины щелковской толщи добрятинской серии мощностью до 25 метров [13].
Нижнегжельский водоносный горизонт в границах распространения имеет мощность 30-50 метров и залегает под верхнегжельским. Состоит так же из трещиноватых известняков и доломитов. Там, где они выходят на дневную поверхность или залегают под маломощными мезо-кайнозойскими осадками в составе преобладают пресные гидрокарбонатные кальциевые воды с минерализацией 0,2-0,4 г/дм3. По мере погружения пород в северо-восточном и северном направлениях возрастает минерализация и гидрокарбонатный тип сменяется на сульфатный и затем хлоридный. Минерализация достигает 5 -35 г/дм3. В местах распространения пресных вод горизонт используется для питьевых целей. Касимовский относительно водоупорный горизонт сложен мергелями и глинами, глинистыми доломитами кревякинской, хамовнической и дорогомиловской серий мощностью до 100 метров.
Московский водоносный горизонт сложен органогенными и доломитизиро-ванными известняками с прослоями глин и мергелей [13]. Мощность достигает 90 метров. Зонами питания являются участки отсутствия вышезалегающих отложений, разгрузка осуществляется в долинах крупных рек - Волги, Москвы, Оки и др. [8]. Водообильность горизонта не равномерная: на участках, где отложения залегают под мезо-кайнозойскими воды характеризуются минерализацией 0,20,6 г/дм3 и преобладанием гидрокарбонатного кальциевого и магниевого состава. Минерализация возрастает по мере погружения слоев до 10-20 г/дм3 и преобладает сначала сульфат-ион, а затем и хлорид-ион. Часто для горизонта характерно
высокое содержание железа, достигающее 10 мг/дм3. Московский водоупорный горизонт представлен глинистой частью верейской серии.
Верхнесерпуховско-башкирский горизонт сложен белыми перекристаллизованными «сахаровидными» известняками, доломитизированными известняками и доломитами. Известняки нередко закарстованные [13]. На части территории горизонт уничтожен довирейской эрозией. Водообильность не постоянная и зависит от степени закарстованности и трещиноватости пород. Наибольшая во-дообильность наблюдается по периферии площади его распространения, там наименьшая глубина залегания и наибольшая трещинноватость. С глубиной тре-щиноватость затухает и уменьшается водообильность, за исключением зон развития тектонических разломов. По химическому составу воды преимущественно гидрокарбонатные кальциевые с минерализацией до 1,0 г/дм3, встречаются сульфатные с минерализацией 1,1-1,3 г/дм3, по мере погружения переходят в хлорид-ные натриевые с минерализацией до 20 г/дм3 [4, 5].
Верхневизейско-серпуховский горизонт отделен от вышезалегающего пачкой черных жирных сланцеватых глин стешевского горизонта мощностью до 10 м, которые местами чередуются с прослоями доломитов и мергелей. Сам горизонт сложен тонкоплитчатыми известняками с линзами и прослоями кремней имеет мощность 20-30 м и мощной толщей трещинных известняков (окских) с прослоями глин и песков (40-80 м). Породы часто загипсованы [13]. По периферии площади распространения на западе и юге не имеет надежной кровли и часто перекрыт четвертичными и мезо-кайнозойскими осадками [8]. На этих участках мощность горизонта минимальная и составляет не более 50 м, наблюдается интенсивная трещиность и закарстованность, здесь происходит инфиль-трационное питание горизонта и фиксируется самая большая водообильность. Разгрузка осуществляется в долинах рек Волги, Оки и др. Гидростатический напор возрастает по направлению к осевой части московской синеклизы по мере погружения кровли горизонта, в том же направлении уменьшается водообиль-ность. Воды относятся к пресным гидрокарбонатным кальциевым с минерализацией до 0,7 г/дм3. По мере возрастания минерализации увеличивается количество сульфат-иона. В наиболее погруженных частях Московской синеклизы минерализация закономерно возрастает до 20 г/дм3, местами достигает 190 г/дм3.
Нижневизейский водоносный горизонт приурочен к мелкозернистыми кварцевыми песками (подугольным), выделяемым в нижней части бобриковской свиты, в верхней части которой распространены темно-серые углистые глины с прослоями углей и известняков, относящихся к нижневизейскому водоупорному горизонту [13]. Мощность водоносного горизонта от 30 до 90 м. Водоносными являются песчаные слои, в этом отличие горизонта от выше и нижележащих. Для водоснабжения редко используется из-за сложного строения коллектора.
Турнейские отложения имеют непостоянную мощность от 0 до 70 метров, в связи с размывом и перерывом в осадконакоплении между турнейским и везей-ским веками. В восточной части бассейна турнейские отложения были полностью размыты. На западе они отсутствуют на поднятиях и погребенных долинах.
Верхнетурнейские отложения почти повсеместно размыты, только в Тульской области встречается толща до 33 м мелко-тонкозернистых песков с прослоями глин и углей в верхней части, приуроченный к эрозионным впадинам довизей-ского рельефа [8]. Наиболее близко к дневной поверхности горизонт залегает на юго-западе региона, а наиболее глубоко - в центральных частях Московской си-неклизы. Воды горизонта по химическому типу относятся к гидрокарбонатным кальциевым с минерализацией от 0,8 г/дм3, наблюдается высокое содержание железа и запах сероводорода. По мере углубления горизонта возрастает содержание ионов хлорида и натрия и увеличивается минерализация до 10-14 г/дм3 и более. Области питания приурочены к водоразделам между долинами бассейнов крупных рек, а в самих долинах происходит их разгрузка [4, 5].
Девонские отложения распространены практически повсеместно на исследуемой территории, отсутствует лишь в пределах отдельных участков сводовой части Воронежской антеклизы. Внешние области питания приурочены к главному и центральному девонским полям, и склонам Воронежской антеклизы, где они залегают вблизи поверхности, дренируются даже небольшими речками и атмосферными осадками и имеют наибольшую водообильность. В этих областях распространены наиболее пресные воды. В направлении центральной части московского бассейна глубина залегания водоносных горизонтов и их соленость возрастает, а водообильность существенно падает.
В девонских отложениях выделяются следующие водоносные горизонты: фаменский, верхнефранский, среднефранский, живетский, эйфельский относительно водоупорный и эмсский.
Отложения фаменского яруса распространены практически повсеместно [8]. В верхней части горизонта залегает мощная (до 80-100 м) сульфатно-карбонатная толща, состоящая из гипсов, глин, доломитов и доломитовых мергелей хованского и озерского горизонтов, относящихся к верхнефаменскому относительно водоупорному горизонту. В отдельных местах гипс образует слои мощностью 30-40 м. Водовмещающими породами фаменского водоносного горизонта являются трещиноватые и сильно кавернозные доломиты, известняки с прослоями и включениями гипса и ангидрита, а на северо-западе пески и песчаники, с прослоями пестроцветных глин и мергелей, залегающие под водоупорной тощей. Суммарная мощность горизонта от 50 до 200 м [14, 15]. Глубина залегания возрастает в северном и северо-восточном направлении. Основное направление движения подземных вод от водораздельных пространств в сторону речных долин, которые служат зонами разгрузки подземных вод. Водообиль-ность меняется в широких пределах и зависит от закарстованности вмещающих пород. Воды характеризуются различной минерализацией от пресных до рассолов [4, 5]. Пресные гидрокарбонатные натриево-кальциевые или сульфатные магниево-кальциевые распространены на западе, юге и юго-западе, где горизонт перекрыт четвертичными осадками или маломощными каменноугольными, минерализация не превышает 0,4-0,6 г/дм3, а глубина залегания 80-100 м. Горизонт используется для питьевого водоснабжения в Тамбовской, Рязанской, Калужской, Тульской областях. В более глубокозалегающих горизонтах минерализа-
ция возрастает до 1,5-3,0 г/дм3 и тип вод переходи в гидрокарбонатный-сульфатный магниево-кальциевый. Далее в северо-восточном направлении с глубиной залегания возрастает и минерализация до 15-200 г/дм3, преобладает хлоридный натриевый тип вод и отмечаются высокие концентрации брома и йода. Ниж-нефаменский водоупорный горизонт сложен не выдержанными по простиранию слоями глин и мергелей елецкого горизонта и плотными известнякам, мергелями и глинами задонского горизонта.
Верхнефранский водоносный горизонт развит повсеместно. Водовмещаю-щими породами являются кавернозные и органогенно-обломочные известняки, в нижней части глинистые известняки евлановской и ливенской свит [14, 15]. Общая мощность от 40 до 80 м. Состав вод изменяется от гидрокарбонатных натриевых на западе в области питания до хлоридных кальциево-натриевых рассолов с минерализацией 50-220 г/дм3 в наиболее погруженных частях территории исследования. Водоупорами в подошве выступают глины, мергели и глинистые известняки воронежской и петинской свит, относящихся к верхнефран-скому водоупорному горизонту. В пределах северного склона воронежской ан-теклизы происходит опесчанивание водоупорного горизонта.
Среднефранский водоносный горизонт приурочен к известнякам и доломи-тизированным известнякам, песчаноподобным доломитам семилукской и сарга-евской свит, надежно изолированным в кровле и подошве глинисто-мергелистыми породами нижнефранского водоупорного горизонта (ястребовская, ча-плыгинская и верхи огаревской толщи) [14, 15]. Воды комплекса изменяются по площади распространения от маломинерализованых на западе, до сульфатных и хлоридных натриевых с минерализацией 70-190 г/дм3.
Залегающий ниже живетский водоносный горизонт, сложен пестроцвет-ными песками, песчаниками, алевролитами и глинами старооскольской серии. Пески и песчаники обладают высокими ФЕС - пористостью 25-35 % и хорошей проницаемостью. Но линзы водоносных пород распространены не равномерно по площади и по разрезу. Наиболее водообильные породы наблюдаются на севере региона. Средняя мощность горизонта 80-100 м. Горизонт содержит напорные воды различной минерализации и состава. Наименее соленые хлоридные натриевые с минерализацией не более 50 г/дм3 характерны для зон питания подземных вод, расположенных на западе и юге исследуемого региона. В центральных и северных частях минерализация возрастает до 200 -250 г/дм3 и возрастает роль сульфат-иона и кальция в составе, фиксируется повышенное содержание брома и бора. Живетский водоносный горизонт имеет повсеместное распространение. Залегающая ниже глинистая черноярская свита является региональным водоупорным горизонтом мощностью 20-30 м [14, 15].
Эйфельский относительно водоупорный горизонт сложен в верхней части глинистыми известняками и известковистыми глинами, известняками и мергелями мосоловской свиты, ниже по разрезу в клинцовской свите среди известняков возрастает количество ангидритов и глин. В отдельных районах в разрезе встречаются примесь туфового материала. В подошве залегает пласт каменной соли и ангидритов, относящихся к дорогобужской свите. Общая мощность гори-
зонта составляет 120-250 м. В пределах воронежской антеклизы дорогобужская и клинцовская свиты развиты не повсеместно и имеют малую мощность [14, 15]. Водоносные породы обладают низкими ФЕС. Воды комплекса высокоминерализованные, минерализация возрастает от областей питания на юге (4-5 г/дм3) и западе региона к северным и центральным частям до 180-250 г/дм3. Тип вод изменяется в том же направлении от сульфатного кальциево-натриевого к хло-ридному натриевому и хлоридному кальциево- натриевому. Рассолы содержат высокие концентрации бора, брома и йода [4, 5].
Эмский водоносный горизонт (нижний эйфель) сложен терригенными отложениями: разнозернистыми песками, песчаниками с прослоями алевролитов и глин ряжской свиты [14, 15]. В подошве горизонта наблюдаются конгломераты. В южных районах отложения горизонта залегают непосредственно на породах фундамента, в северных и центральных - перекрывают осадки ордовика, кембрия, венда и рифея. Воды комплекса являются высококонцентрированными рассолами с минерализацией 100-250 г/дм3. Только в южной и западной части региона содержатся воды с минерализацией от 4,5 до 50 г/дм3 сульфатные маг-ниево-кальциевые воды с переходом в хлоридные натриевые. Водообильность горизонта низкая, содержащиеся рассолы характеризуются сульфатно-хлорид-ным кальциево-натриевым составом и минерализацией 260-280 г/дм3 [4, 5].
Силурийские отложения представлены терригенно-карбонатными породами лландоверийского и венлокского отделов, объединяемых в руданско-шей-нвудский водоносный горизонт. Водовмещающие отложения представлены глинистыми доломитами, часто кавернозными, с прослоями известняков, мелкозернистых песчаников и алевролитов мощностью от 42 до 250 м. Горизонт распространен на севере и западе Московского артезианского бассейна [7, 8].
Ордовикские отложения развиты только на севере региона и вскрыты опорными скважинами на глубине около 2000 м. Представлены толщей аргиллитов с прослоями мергелей, известняков и доломитов мощностью более 160 м. В нижней части толщи наблюдаются высоко глауконитовые пески и песчаники. В результате опробования скважин получены хлоридные натриевые рассолы с минерализацией 150-300 г/дм3 и высоким содержанием брома [4].
Кембрийский отложения распространены так же на севере территории исследования и не размыты только на отдельных участках. Осадки представлены мелкозернистыми песками и песчаниками с подчиненными прослоями глин. Мощность (от 20 до 105 м) и глубина залегания толщи (1100-1800 м) существенно варьируются. По составу комплекс близок с ордовикским и не имеется достаточно надежных водоупорных толщ между ними. Флюидоупором в подошве служат «синие» глины балтийского комплекса, относящиеся к томмот-скому водоупорному горизонту. В результате опробования скважин получены хлоридные натриевые рассолы с минерализацией 150- 250 г/дм3[4].
Вендский водоносный комплекс широко развит в регионе, залегает трансгрессивно либо на породах рифея, либо непосредственно на кристаллическом фундаменте. Комплекс представлен плохо отсортированными грубозернистыми песчаниками, переслаивающимися с аргиллитами, алевролитами, глинами, ту-
фами. [16]. Отложения построены циклично, в разрезе преобладают глинистые разности. В верхней части комплекса преобладают бурые и зеленые тонкослоистые глины с подчиненными прослоями песчаников, алевролитов, известняков, доломитов и мергелей, который относится к поваровской серии и обособляется в верхневендский водоносный горизонт. В средней части можно выделить ред-кинский водоупорный горизонт. А в подошве комплекса залегает базальный горизонт, состоящий из крупных окатанных обломков кристаллических пород древлянской серии [16]. Нижневенский водоносный горизонт развит только на северо-западе исследуемого региона и занимает незначительную площадь. Общая мощность комплекса составляет от 70 до 600 м [8]. В результате опробования скважин получены сверхкрепкие рассолы с минерализацией 200-300 г/дм3 хлоридного натриевого типа с высоким содержанием кальция и брома. При неглубоком залегании вендского комплекса минерализация вод понижается до 20-50 г/дм3.
Рифейский водоносный комплекс представлен самыми древними осадочными породами, развитыми в наиболее погруженных участках региона - Крест-цовском и Пачелмском прогибах и в наиболее погруженной части Московской синеклизы [8]. Отложения верхнего рифея представлены красноцветными мелко-среднезернистыми кварцевыми песками и песчаниками с подчиненными прослоями алевролитов и аргиллитов. По данным сейсморазведки мощность отложений может достигать 1500-200 м, при этом вскрытая мощность составляет 960 м. Опробование скважин показало наличие рассолов хлоридного натриевого типа с минерализацией от 150-300 г/дм3 [4, 5].
Водоносный комплекс зоны экзогенной трещиноватости архей-протерозой-ского фундамента слабо изучен, приурочен к коре выветривания кристаллических пород архейского и протерозойского возраста, а также к трещинно-жильным и пла-стово-жильным водам. Глубина залегания пород фундамента варьируется от 500 м (на южном крыле Московской синеклизы) до 4000-5500 м в центральной и северной частях региона. Во вскрытой части разреза преобладают гнейсы архейского возраста, к нижнему протерозою относятся разнообразные кварциты, сланцы и ме-табазиты. Основные породы прорваны многочисленными интрузиями различного состава и возраста, среди которых преобладают гранитоиды. На эрозионной поверхности древних пород повсеместно развита кора выветривания мощностью 1025 м, обладающая наибольшей водообильностью. В северных районах выделяется белая кора выветривания каолинового типа, развитая по гнейсам, гранито-гнейсам и пегматитовым гнейсам. Красно-бурая кора выветривания развита в центральных районах Московского артезианского бассейна содержит большое количество окислов железа. К этим типам пород приурочены воды, сообщающиеся с рифейским, вендскими и кембрийским водоносными горизонтами. По результатам опробований получены рассолы хлоридного натриевого типа с минерализацией 250270 г/дм3 и высоким содержанием брома и йода [4, 5, 7].
Заключение
Проведенный анализ структурно-тектонических особенностей, литологиче-ского состава пород и их фильтрационно-емкостных свойств, а также гидрогеохимических особенностей позволил сделать следующие выводы:
1) В пределах Московского артезианского бассейна додевонские осадки развиты неравномерно. Для наиболее погруженной части Московской сине-клизы характерен наиболее полный гидрогеологический разрез и наибольшая фациальная выдержанность отложений. Для Воронежской антеклизы характерны сокращённые мощности всех перечисленных комплексов и полное отсутствие ряда водоносных и водоупорных горизонтов, высокая фациальная изменчивость по латерали.
2) Для целей осуществления проектов геологического хранения углекислого газа в пределах Московского артезианского бассейна могут рассматриваться только девонский и вендский водоносные комплексы, в пределах которых развиты соленые воды и рассолы с минерализацией от 20 до 200 г/дм3.
3) В окраинных частях бассейна, где водоносные горизонты девонского и вендского комплексов залегают недостаточно глубоко и фиксируются зоны ин-фильтрационного питания подземных вод захоронение углекислого газа в водоносные горизонты не может быть осуществлено. Питьевое водоснабжение, осуществляемое за счет девонских горизонтов, известно в отдельных районах Липецкой, Тамбовской, Рязанской, Калужской, Тульской, Орловской и Вологодской областей.
Благодарности
Исследование выполнено при финансовой поддержке проекта Министерства науки и высшего образования РФ № FWZZ-2022-0014 и Новосибирского государственного университета по программе Приоритет-2030.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Новиков Д. А., Дульцев Ф.Ф., Юрчик И.И., Садыкова Я.В., Деркачев А.С., Черных А.В., Максимова А.А., Головин С.В., Главнов Н.Г., Жуковская Е.А. Региональный прогноз перспектив захоронения углекислого газа на территории Российской Федерации // Нефтяное хозяйство. - 2022. - № 3 - с.36-42.
2. Методические рекомендации по составлению карт гидрогеологического районирования масштаба 1: 2 500 000, схем гидрогеологической стратификации и классификаторов объектов гидрогеологического районирования и стратификацию. - М.: МПР России, 2004. - 29 с.
3. Стратиграфический кодекс России/ под ред. Гинсбург В.И., Толмачева Т.Ю. - СПб: ФГУП ВСЕГЕИ, 2019. - 96 с.
4. Гидрогеология СССР. Т.1. Московская и смежные области. - М.: Недра, 1966. - 423 с.
5. Гидрогеология СССР. Т.4. Воронежская и смежные области. - М.: Недра, 1972. - 499 с.
6. Государственная геологическая карта Российской федерации масштаба 1:1000000. Центрально-Европейская серия. Карта четвертичных образований, лист N37. - СПб: ФГУП ВСЕГЕИ, 2015.
7. Кузьмин А. Н., Кириков В. П., Лукьянова Н. В., Максимов А. В. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1 : 1 000 000 (третье поколение). Серия Центрально-Европейская. Лист N-37 - Москва. Объяснительная записка. - СПб: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2015. - 462 с.
8. Государственная геологическая карта Российской федерации масштаба 1:1000000. Центрально-Европейская серия. Геологическая карта дочетвертичных образований, лист N37. -СПб: ФГУП ВСЕГЕИ, 2015.
9. Стратиграфическая схема верхнемеловых отложений Восточно-Европейской платформы / под ред. В. А. Прозоровский. - М.: ПИН РАН, 2005. - 203 с.
10. Унифицированная стратиграфические схемы меловых отложений Восточно-Европейской платформы / под ред.: В В. Митта. - М.: ПИН РАН-ФГУП «ВНИГНИ», 2012. - 64 с
11. Унифицированная региональная стратиграфическая схема юрских отложений Восточно-Европейской платформы/ под ред. В.В. Митта. - М.: ПИН РАН-ФГУП ВНИГНИ, 2012. - 64 с.
12. Решение Межведомственного регионального стратиграфического совещания по среднему и верхнему палеозою Русской платформы (с региональными стратиграфическими схемами). Ленинград, 1988 г. Пермская система/ под ред. В.П. Горский, Е.А. Гусева. - Л.: Картфабрика ВСЕГЕИ, 1990. - 48 с
13. Решение Межведомственного регионального стратиграфического совещания по среднему и верхнему палеозою Русской платформы (с региональными стратиграфическими схемами). Ленинград, 1988 г. Каменноугольная система. - Л.: Картфабрика ВСЕГЕИ, 1990. -40 с.
14. Радионова Г.Д., Умнова В.Т., Кононова Л.И. и др. Девон Воронежской антеклизы и Московской синеклизы. - М.: Росгеолфонд, 1995. - 265 с.
15. Решение Межведомственного регионального стратиграфического совещания по среднему и верхнему палеозою Русской платформы (с региональными стратиграфическими схемами). Ленинград, 1988 г. Девонская система/под ред. М.А. Ржонская, В.Ф. Куликова - Л.: Картфабрика ВСЕГЕИ, 1990. - 60 с.
16. Стратиграфическая схема вендских отложений Московской синеклизы / под ред. Е.М. Аксенов, С.М. Шик. - М.: Центр. регион. геол. центр, 1996. - 46 с.
© Я. В. Садыкова, 2022
