CC BY
414
УДК 556.3(1/9)
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ТАКСОНЫ ТАМБОВСКОЙ ОБЛАСТИ
© А.В. Берест
Ключевые слова: таксономические ряды: открытый и закрытый; гидрогеологические системы и их производные (водоносные серии, горизонты, пачки); гидрогеологические комплексы и их производные (водоносные пара-комплексы, субкомплексы, слои); водоносная арена; водоносные толщи; водоносные пакеты. Проблема гидрогеологической таксономии Тамбовской области все еще остается до конца нерешенной. Поэтому при составлении отчетных характеристик по мелиоративному картированию водоносных коллекторов часто предлагаются авторские варианты классификации и наименования выделяемых в толще осадочных пород продуктивных литогидронов. Разработанная нами система таксономических единиц вложенной субординации водоносных напластований исключает многие ранее не учтенные терминологические и номенклатурные противоречия.
Три фактора предопределяют особенности формирования и воспроизводства подземных вод любой территории, вне зависимости от ее размера и ландшафтной уникальности (рис. 1-2): 1) геологическое строение рассматриваемых площадей: стратиграфия, литология, магматизм, тектоника; 2) условия гелиозональ-ных сред (климат, гипергенез, почвенно-растительные явления); 3) хозяйственное использование водных ресурсов (в целом): водоотбор, опирающийся на степень их изученности (технология добычи), и антропогенное (промышленное, сельскохозяйственное, коммунально-бытовое, рекреационное) загрязнение эксплуатируемых горизонтов. Они создают основу для организации эффективного многоярусного водоотбора и дифференцируют (локализуют) внимание водопотребления в полном соответствии с пространственным сочетанием своих качественных аспектов.
Приуроченность Тамбовской области к Русской плите с ее древнейшим доплатформенным фундаментом, перекрытым мощным (многослойным и гетеро-литным) аква- и конседиментационным покровом, предполагает выделение в системе региональных гидрогеологических таксонов подземных вод: а) осадочного чехла; б) кристаллического фундамента. Положение областной территории на стыке выступа Воронежского кристаллического массива (ВКМ) и впадины Рязано-Саратовского авлакогена (РСА) развивает закономерную моноклинальную поясность, в которой отражены качественные и количественные параметры гидродинамики и пьезометрии статических напоров подземных вод, условия формирования их химизма (типов и степеней засоления), способы восполнения ресурсов и добычи. И хотя время накопления общих запасов подземных вод охватывает период очень большой длительности (с момента начала седиментогенеза литост-ратонов осадочного покрова), но поддержание водоза-пасов, устанавливающих меру нашего водопотребле-ния, полностью зависит от годового водного баланса местного ландшафта (скажем, умеренно сухой лесостепной территории), поступления в сферу гипергенеза гравитационных и кристаллизационных вод магматических глубин, долинный сброс напряжения реидной
гидротектоники, но она - вне нарастающей техногенной интенсивности водоотборов. То есть естественное балансирование режима подземных вод осуществляется гидрометеосредами от поверхности и передается вглубь понуждающим гравитационным стоком, тонко затрагивающим механизмы реидно-ювенильной «флотации» глубинных растворов. Наши «питьевые возможности» нормируются тем же путем.
Все водоносные горизонты, вне зависимости от их количества и радиального сопряжения, имеют только три сопряженных источника формирования водного содержимого осадочного чехла континентальных платформ: а) акваседиментационный, или талассогени-ческий; б) ювенильный, или магматогенический; в) атмосферный, или метеогидрогенический. Каждому источнику свойственна своя сфера частного проявления - радиально выдержанная область источника. Между «областями источника», несущими подведомственную специфику динамики подземных вод, пролегают жесткие границы (поверхности раздела), которые ими, в силу основных законов гидростатики (Паскаля и Архимеда), никогда не пересекаются в своих базовых качествах, не изменяясь коренным образом. Сведений о второй из них у нас практически нет, но ее влияние на син- и катагенетические вадозы очень велико (Мировой океан - дитя земных недр). Первая (часто несет реликтовую уникальность) и третья (открыта в физику атмосферы) области непрерывного пополнения подземных вод изучены достаточно хорошо, хотя проблем в понимании их проявления не меньше, чем у второй. Третья из них наложена на топографическую поверхность и устанавливается мерами гравитации гидрометеорологических сред (осадками, испарением, стоком) и инфильтрационными качествами поверхностных и более глубоких напластований горных пород, широко варьирующих как латерально, так и по разрезу (ради-ально), но в зоне своего выявления. Чем пересеченнее рельеф и выше его энергетика, тем активнее свободный водообмен и его мощность, тем ярче у каждой области выражены относительно автономные (независимые) и подчиненные (базисные: сформированные гидросетью и в ней) зоны питания, разгрузки и транзита водных
1606
Рис. 1. Карта основных гидрогеологических таксонов Тамбовской области**1
масс, хотя стратификация литогидронов имеет исторические корни.
Принятая в настоящей работе схема гидрогеологической субординации таксонов доступной водозаборам осадочной толщи земной коры областной территории не противоречит достаточно устоявшейся в гидрогеологии [1-2] «традиции» выделения иерархического порядка литогидронов (рис. 3): водоносная система -водоносная серия - водоносный горизонт - водоносная пачка (местный факультатив - гидрогеологически невыдержанное подразделение: водосодержащая линза или латерально ограниченный пласт). Мы вносим в этот таксономический порядок немногие «новшества», которые, по нашему мнению, могут существенно укрепить гносеологические и прагматические позиции ус-
1 Знаком «**» помечены материалы, привлеченные к работе из информационных сводок ТЦ «Тамбовгеомониторинг».
мотрения, рассмотрения, описания и объяснения присущих региону водоносных коллекторов различных уровней аквальной субординации. Каждый выделенный таксон подчеркивается соответствующей (однозначной) именацией, отражающей не только порядок сложившейся гидравлической взаимосвязи аквалито-нов, но и очередность перенесения внимания сознания при изъяснении эксплуатационных возможностей гидроколлекторов. В этой же отмеченной последовательности дается их текстовая характеристика, начиная от дневной поверхности и заканчивая корами выветривания по кристаллическому фундаменту (т. е. «сверху вниз»). Применяемая стратиграфическая индексация дается в общепринятой очередности. При незначительных площадных размерах обводненных фациальных структур они могут включаться в состав смежных по радиали водовмещающих толщ.
1607
Рис. 2. Гидрогеохимический разрез территории Тамбовской области** (по линии, указанной на рис. 1)
Рис. 3. Таксономия гидрогеологической стратификации подземных вод, принятая к настоящему исследованию
В условиях неполной изученности коллекторов сложнообводненных литостратиграфических уровней или в случае дробно детализированной многолокаль-ности (частной «пестротности», т. е. невыдержанности водопроявления) и «пакетированной» мелкослойности нами выделяются относительно произвольные (как местные варианты радиального сопряжения вышеот-
1608
меченных частей более общего целого: систем, серий, горизонтов) «водоносные комплексы», состоящие из того или иного набора «водоносных слоев» (при слабой изученности структуры обводнения горных пород осадочного чехла, т. е. их составного «комплектования», называть условно выявленные литогидроны водоносными горизонтами нецелесообразно; горизонт - поня-
тие ясно установленное практикой исследований). Примером могут служить водоносные слои конседи-ментационного неогена, целиком приуроченные к эрозионным палеоврезам и имеющие устойчивую гидродинамическую связь с водами четвертичного покрова и древними бортовыми водоносами. К более сложному понятию «комплекса», - как «паракомплексу», - мы обращаемся тогда, когда возникает редакторская потребность в составлении обобщенной многоярусной характеристики водоносных толщ, состоящих из нескольких гидрогеологических горизонтов, отдельная оценка которых на данный момент не целесообразна. В качестве паракомплексов выделяются также мощные глубинные водоносы с достаточно однородным (рассольным) минерально-солевым составом, разделение которых на «уровни» лишено прагматического смысла (черноярско-ряжский, венд-рифейский, протерозой-архейский). Другие определительные в терминале подземных вод («водоносная толща», «водоносный пакет») применяются нами для обозначения гидрогеологических явлений вне отмеченной выше субординации (соподчинения) - как произвольные, но хронологически выдержанные, водоносные сопряжения. Обе гидрогеологические «линии» неравномерной изученности водоносных коллекторов в конечном итоге замыкаются на аквастратификационной арене Тамбовской моноклинали, которая и является высшим (исходным) таксоном нисходящей радиальной субординации литогид-ронов. [По мере накопления качественных и количественных характеристик «комплексных водоносов» они могут переходить под структурирующую «опеку» первой линии: «система - серия - горизонт - пачка».]
Предложенный нами подход - конструктивный. В нем каждое явление или предмет имеет свой, определяющий его термин, который не рассеивает, но фокусирует внимание сознания на себе и ближнем своем окружении - ранжированных сопряжениях. Наоборот, присваивая разнородным по категории и структурной субординации формам выявлений Природы одно и то же или сходное своим наполнением «имя» (кроме всеми принятых общих понятий), мы тем самым теряем определенность в понимании ее тонких закономерностей: истина произносимого ускользает.
Гидрогеологические системы - наиболее крупные таксономические «этажи» в стратификации уровней подземных вод. В «пятиэтажном» составе вод арены осадочного чехла Тамбовской моноклинали выделяются системы: 1) кайнозойская; 2) мезозойская; 3) палеозойская; 4) верхнепротерозойская; 5) протерозойско-архейская. Ввиду недостаточной изученности двух последних систем, несмотря на их значительную временную протяженность и большую мощность напластований, они могут быть описаны только как гидрогеологические паракомплексы - сверхкомплексы. Границы системных гидронов - региональные поверхности размыва (денудационные срезы), которые, по мнению Б.Н. Смирнова [2-3], «фиксируют наиболее длительные континентальные периоды с выпадением из разреза ряда стратиграфических толщ» [2, с. 33]. С ними связаны «интенсивные процессы опреснения накопившихся в предшествующие морские периоды минерализованных подземных вод или существенные изменения их солевого состава под влиянием менявшейся палеогеографической обстановки...» [2, с. 33]. Системы водоносных коллекторов отличаются: а) характерной водофиксирующей литостратиграфической
структурой; б) согласованным угловым сопряжением водоносных горизонтов; в) условиями питания и оттока подземных вод; г) количеством и качеством воды; д) взаимосвязью и взаимозависимостью внутренних таксономических подразделений; е) особенностями непрерывно протекающего метагенеза; ж) качеством гипергенеза; з) технологией водоотбора.
Подчиненными таксонами гидрогеологических систем являются водоносные серии. Им свойственно согласованное (непротиворечивое) вхождение в материнскую систему. Друг от друга они отделены достаточно выдержанными внутрисистемными водоупора-ми. Между сериями могут наблюдаться также заметные поверхности размыва и структурного несогласия. Как правило, на всем своем протяжении водоносные серии сложены определенными литологическими типами водовмещающих пород. Помимо условной гидравлической разобщенности (характера границ), данному таксону чаще всего свойственны: а) устойчивое положение пьезометрического уровня (по скважинам);
б) условия гравитационного и реидного питания;
в) зоны разгрузки; г) химический состав; д) степень минерализации; е) эксплуатационные запасы; ж) методы водохозяйственного использования.
Конкретным (элементарным) содержанием гидрогеологических серий являются водоносные горизонты: над- и межпластовые, инфильтрационные (поровые) и инфлюационные (трещинные), безнапорные и напорные, нисходящие и восходящие коллекторы подземных вод.
Общее свойство выделяемых гидрогеологических таксонов - единство субординации: состава и функционирования. Оно подчеркнуто: 1) последовательностью формирования; 2) компактностью положения в разрезах; 3) фациальной предопределенностью и выдержанностью; 4) сходством питания и дренажа; 5) минерало-петрографическим насыщением; 6) иерархической системностью границ; 7) характером обводнения (водоносностью) толщ; 8) несущественностью дробных включений (примесей и внедрений).
В настоящее время весомую (если не сказать - решающую) коррективу в структуру, динамику и химизм подземных вод вносит хозяйственно-бытовая специфика территории. И хотя Тамбовская область относится к разряду аграрно-промышленных регионов Российской Федерации, но под ее крупными городскими агломерациями гидрогеологические таксоны настолько глубоко преобразованы техногенезом, что отыскать качество их естественных аквальных корней практически невозможно.
Указанную выше субординационно-иерархическую ранжировку гидрогеологических коллекторов мы используем как методический прием для более ясного понимания описываемых и объясняемых системно скомпонованных явлений в сфере инвариантной динамики подземных вод областной территории. Она не является абсолютной и может быть заменена по роду иной целесообразности.
Согласно сводной легенде Московской и Брянско-Воронежской серии листов Государственной гидрогеологической карты СССР (1989), Тамбовская водоносная арена располагается в приграничной полосе северозападной части Приволжско (Сурско-)-Хоперского и юго-восточной периферии Московского артезианских бассейнов, находящихся в зоне активного влияния северо-восточного склона Воронежского кристалличе-
1609
ского массива. Гидрогеологическая специфика указанных регионов и раскрывает внутреннее содержание динамики подземных вод областной территории. В ее границах, по свидетельству ТЦ «Тамбовгеомонито-ринг» (2003), на начало XXI в. было пробурено и зарегистрировано 6823 скважины, из которых в эксплуатационном состоянии находилось менее 40 % (2580 единиц заложенных водозаборных «стволов»)2, пребывавших в распоряжении 785 недропользователей, и дававших суммарный годовой отбор пресных вод в объеме (по 2002 г.) 149,1 млн м3 (т. е. с интенсивностью 408,5 тыс. м3/сут.). К 2010 г. на областной водоносной площади было выявлено 123 участка месторождений подземных вод. Из них в состоянии эксплуатации находились 70 продуктивных площадей; остальные оставались «невостребованными» (т. е. не выкупленными).
Приводимая ниже гидрогеологическая сводка Тамбовского края получена в результате анализа материалов геолого-съемочных работ масштаба 1:50000 -1:200000, произведенных в разное время переменным экспедиционным составом. Гидрогеологическая карта и разрез области выполнены в генерализованной форме и приводятся здесь для уверенной ориентации в гидрогеологическом пространстве региона. Они не противоречат базовым положениям авторского подхода к исследованию качественных аспектов природных явлений данного рода - подземных вод Тамбовщины.
Тамбовская область, общая площадь которой достигает 34,5 тыс. км2, - крупный сельскохозяйственный район ЦЧО, который по емкости сельхозугодий (27 тыс. км2) уступает только Воронежской области. То есть 78,3 % областной территории - это пашня, сенокосы, пастбища, залежи и многолетние насаждения - та благодатная среда, которая не препятствует чистому водообмену между поверхностным стоком и подземными водами. А если сюда прибавить лесные массивы, кустарники, водоемы, пески, овраги (свыше 14 % земель), то становится увереннее за судьбу края с позиций удовлетворения его питьевых потребностей и решения комфортных бытовых проблем. Еще есть значительные пространства, где можно вести поиск новых месторождений подземных вод и включать их в общее водопотребление (крупномасштабным картированием было охвачено только 25 % площади края). Главное -правильная организация системы водоотбора: сменный режим функционирования вынесенных за пределы городских (поселковых) агломераций и закольцованных мощных «кустовых» установок, рабочий ритм которых не допускает возникновения агрессивных пье-зодепрессионных воронок и необратимого техногенного загрязнения (а также с учетом среднегодового дефицита увлажнения региона, превышающего 3 %, - метеозапрета на высокую интенсивность подземной гидроциркуляции и ускоренное восстановление полноты запасов продуктивных коллекторов).
Кайнозойская водоносная система (KZ) включает две факультативные толщи подземных гидросред: четвертичную и неогеновую (К). При этом первая из
2 Из указанного числа скважин: 328 требовали серьезно-
го ремонта, 2000 - подлежали полной консервации и тампонажу, а 1176 - были просто утеряны. Но каждая утерянная скважина (растащенная «на металлолом» местным населением), как и все подлежащие консервации и тампонажу (т. е. 3176 заложенных врезов на водоотбор) - это устойчивые каналы загрязнения продуктивных горизонтов (но только в условиях более общих пьезодепрессий).
них укладывается в набор гидрогеологических серий и горизонтов, а вторая в связи со спецификой эрозионно-аккумулятивного формирования подается в качестве труднорасчленяемого на слои гидрогеологического комплекса, связанного в целое реидно-гравитацион-ными гидропереходами.
Поскольку в общем разрезе водоносных толщ кайнозоя устойчиво выдержан лишь один водоупор - донская морена, - то это определяет положение на нем только двух водоносных серий: постдонской (голоцен-нижненеоплейстоценовой) и преддонской (нижненеоп-лейстоцен-миоценовой).
Четвертичная водоносная толща имеет практически повсеместное распространение, и ее мощность изменяется от первых метров до 20.25 и даже 40. 50 м [4]. Она находится в непосредственной зависимости от режима метеорологических условий и особенностей местной речной сети, а потому ее гидродинамические уровни безнапорные и подвержены значительным годовым и сезонным колебаниям, достигающим 1,5. 2,5 м и больше (среднемесячная амплитуда колебания уровня - 0,4.0,8 м). Толща почти не участвует в централизованном водоснабжении (160 м3/сут. - по 2001 г.), но используется в сельской местности для колодезной добычи хозяйственно-питьевых вод. Грунтовые воды четвертичных отложений легко подвержены техногенному загрязнению.
Из двух вышеотмеченных водоносных серий, входящих в состав литогидронов квартера, постдонская гидрогеологическая серия (aI-IV) объединяет водоносные горизонты: а) современный аллювиальный водоносный горизонт (aIV); б) верхненеоплейстоценовый (низкотеррасовый) аллювиальный водоносный горизонт (aUImk-kl.. mn-os) с двумя пачками-подгори-зонтами литогидронов (aUImk-kl и aII1mn-os); в) сред-нечетвертичный аллювиальный водоносный горизонт (aIIms); г) верхне-нижнечетвертичный покровно-пери-гляциальный элювиально-делювиальный слабоводоносный горизонт (pr,dI-III); д) московско-донской флювиогляциальный водоносный горизонт (fglI-IIms-ds); е) донской моренно-ледниковый локально водоносный горизонт (gIds). Основными внутренними во-доупорами данной серии литогидронов являются отложения нижнечетвертичного озерно-ледникового структурно-вещественного комплекса (lg,lIds) и морены Донского ледникового языка (gIds). Преддонская (подморенная) гидрогеологическая серия (Nj_2-fIds) образована водоносным горизонтом подморенных флювиогляциальных отложений и аллювиальными напластованиями южноворонежского литостратона нижнего звена неоплейстоцена (нижнечетвертичный, южноворонежский, флювиогляциально-аллювиальный водоносный горизонт - a,fl/), а также неогеновым водоносным комплексом (N1-2), созданным миоцен-плиоценовым и эоплейстоценовым эрозионно-аккумулятивными ритмами неогена.
Являясь первой от поверхности гидрогеологической системой, сканирующим образом (плащеобразно) перекрывающей по рельефу более глубоко расположенные водоносы, кайнозойская структура с ее доминирующим континентальным песчано-глинистым осадконакоплением совмещает различные генетические типы гравитационных поровых вод, обычно пресных и гидрокарбонатно-кальциевых. Фациальная неоднородность напластований (ленточно-пойменных, поясно-террасовых, локально-озерных, потоково-флю-
1610
виогляциальных, ледниково-моренных, долинно-ингрес-синных), их тесная связь с речной гидросетью, метеорологическими условиями, высотным положением в рельефе (вершинной поверхностью и базисом эрозии), характером приводораздельных междуречий, а также невыдержанность водоупоров (кроме донской морены) и бортовой контакт с более древними (мезозойскими и палеозойскими) водоносными горизонтами предопределяют неустойчивость активного режима функционирования, значительные колебания свободных уровней, изменчивость химсостава вод (особенно в зонах антропогенного загрязнения), почти полное совмещение областей питания и разгрузки, непосредственное участие в почвообразовании и жизнеобеспечивающих процессах, колодезное и скважинное водоснабжение преимущественно сельских населенных пунктов. В этой связи приречные типы питания обнаруживают тесную связь с сезонной динамикой уровней и химизма речных вод, а водораздельные - с режимом осадков и испарения влаги, поступающей из атмосферы (особенно в период весеннего снеготаяния, когда интенсивность повышения уровня грунтовых вод в условиях малой мощности зоны аэрации - менее 1,5 м - может достигать 1...4 см/сут.; средней - 1,5...4,0 м - 1. 3 см/сут.; большой - свыше 4 м - 0,5.2 см/сут.; 0,5 см/сут. - с глубинами залегания грунтовых вод свыше 6 м). При этом общая амплитуда нарастания свободного уровня безнапорных гравитационных вод может достигать 1.3 м и больше, особенно в условиях глубин залегания подпертой капиллярности вод 2.2,5 м. Естественно, что к середине лета уровни грунтовых вод, испарением и стоком, плавно снижаются с интенсивностью 0,5.1,0 см/сут., а при большой мощности зоны аэрации (свыше 5.6 м) - 0,1.0,2 см/сут.
Водообильность отложений устойчиво высокая только у скважин, заложенных в неогеновые водоносы на юге и юго-западе области. Дебиты проходок могут варьировать от 0,03.0,04 до 10.11 л/с при понижении уровня 1.13 м. Свободное сообщение слоев комплексного водоноса с выше и ниже расположенными уровнями может повышать водообильность по дебитам скважин до 20.30 л/с при понижении уровня 1.2 м. Дебиты родников в долинной и овражно-балочной сети редко превышают 0,1 л/с, чаще всего приближаясь к 0,01.0,001 л/с. Показания привычных удельных деби-тов ограничены рамками 0,03.0,5 л/с (до 1,5.1,8 л/с), но могут по неогену подниматься к 10 л/с и выше. Химический состав вод преимущественно гидрокарбонатный кальциевый. Нередко встречаются растворы гидрокарбонатные натрий-кальциевые, магний-кальциевые и смешанные по катионному составу. Степень общей минерализации менее 0,8.0,9 г/л. Реакция водной среды - нейтральная и слабощелочная. Водам свойственна повышенная окисляемость (более 2 мг/л: до 8. 9 мг О2 в 1 л воды) и ожелезненность (свыше 0,3 мг/л), что в целом свойственно подземным водам всей области. Химический состав вод (неоген у с. Дмитриевка) выражен формулой М^з* НСО385 / Са59-М^26 (№+К)21. Общая жесткость воды - 5,8 мг-экв/л; карбонатная - 5,8 мг-экв/л. Содержание катионов Са, Mg и (Ыа+К) равно, соответственно, 81, 22 и 22 мг/л. Анио-генный состав (по НСО3, Б04 и С1) имеет показатели: 355; 30 и 13 мг/лз. Естественное содержание аммиака
3 А. Неогеновый водоносный комплекс вскрыт на полную мощность одной из Мучкапских скважин (с. Добринка). Дебит
менее 0,8 мг/л (редко возрастает к 2 мг/л); нитритов не выше 0,1 мг/л; нитратов - около 0,5 мг/л; хлоридов и сульфатов - менее 200 и 300 мг/л соответственно. Возможно загрязнение с поверхности, значительно превышающее ПДК. Минерализация резко менятется и в связи с загрязнением: концентрируется аммиак, нитраты, нитриты, хлориды и сульфаты. Указанные химические соединения в настоящее время (при общем загрязнении атмосферы) свойственны и естественным средам (рг,(И-П1): обычно в интервале значений (соответственно) - 0,6.2,0; 0,5.4,5; 1,5.2,5; менее 150 и менее 200 мг/л. На приселитебных участках содержание аммиака часто доходит до 100.120 мг/л, а нитратов - до 300.350 и даже 400.600 мг/л. Окисляемость лежит в пределах 2.20 мг кислорода на 1 л воды. Неогеновые воды большей частью не содержат в себе избыточного аммиака и компонентов нитрит-нитратного комплекса. Они отличаются хорошим качеством и пригодны для хозяйственно-питьевых целей. Не случайно, что в Токаревском и Мордовском районах водоотбор централизованного водоснабжения 2011 г. на 100 % осуществлялся из неогеновых коллекторов (в Петровском и Жердевском - свыше 83-88 %).
Мезозойская водоносная система (М2) на площади областного подчинения представлена повсеместно [56] и приурочена к одноименной моноклинали северовосточного склона ВКМ, падающей к юго-востоку с интенсивностью от 0,4 до 3,2 м/км. Все ее радиальные уровни водоносных горизонтов и серий характеризуются относительно выдержанным залеганием (кроме мест их последующего размыва) и значительной мощностью устойчиво нарастающей от западных и северозападных границ области к ее восточной и юго-восточной периферии, где она достигает 300.350 м (литоны Поворонья). С длительным перерывом и несогласием в осадконакоплении мезозойский водонос венчает подошвой своих среднеюрских отложений карбо-натизированные структурно-вещественных комплексы девонской литостратиграфической системы, а также породы нижнего и среднего карбона (северные и восточные окраины территории). Перекрывают литогид-росистему водоносные толщи неоген-четвертичных отложений. Подземные воды рассматриваемого таксона связаны с рыхлыми слаболитофицированными породами: песками, алевритами, песчаниками, опоками, трепелами. Внутренним водоупорным перекрытием для них служат пелитоморфные толщи различного происхождения и состава. Воды преимущественно напорные пластовые, порового типа. Их химический состав не выдержан и может колебаться в широких
скважины - 4,6 л/с при понижении уровня 4,0 м (удельный дебит - 1,15 л/с). При опробовании на глубинах 49,4-53,4 м был получен следующий химический состав: М0-4-НСО373 8О416 С111 / Са52 (№+К)28 Mg20. Общая жесткость воды -4,8 мг-экв/л; окисляемость, по кислороду, - 2,5 мг/л; рН - 7,1. Содержание основных анионов (НСО3, 804, С1) - 298, 51 и 27 мг/л; катионов (Са, Mg, №+К) - 70, 16 и 43 мг/л, соответственно.
Б. Скважина в с. Артемовка (Жердевская водоносная площадь) из неогенового водоносного комплекса дала дебит 2,0 л/с при понижении 20,0 м (удельный дебит - 0,1 л/с). Химический состав воды: М0.6 НСОз37 80433 С130 / Са68 Mg22 (№+К)10. Общая жесткость - 22,5 мг-экв/л; окисляемость, по кислороду, - 6,0 мг/л; аммиака - 0,2 мг/л; общего железа -2,7 мг/л; рН - 7,8. Содержание основных анионов (НСО3, 804, С1) - 567; 398; 263 мг/л; катионов (Са, Mg, №+К) - 343; 66; 57 мг/л.
1611
пределах. Это же касается и степени их минерализации, которая нарастает по мере замедления водообмена с местами загрузки пресных вод, хотя в целом она лежит в границах «пресности». Слагают мезозойскую гидрогеологическую систему две водоносные серии, синтезировавшие несколько водонасыщенных горизонтов и комплексов, разделенных региональными и местными водоупорами.
В составе сантон-альбской водоносной серии (Ki.2al-.st) усматриваются и рассматриваются следующие литогидроны: а) сантонский терригенный неводоносный (водопроницаемый) горизонт (К.); б) коньяк-ский терригенно-карбонатный неводоносный (водопроницаемый) горизонт (К2си); в) сеноман-альбский терригенный водоносный горизонт (К1-2а1-ст); г) верх-неальбский терригенный водоупорный горизонт (К^з). Альб-байосская водоносная серия (.2Ь/ - К1а1) образована: а) альб-аптским терригенным водоносным горизонтом (К1а-а1); б) апт-неокомским терригенным гидрогеологическим комплексом (К1ис-а), который включает: аптский субкомплекс терригенных водоносных слоев (К1а); барремско-готеривский субкомплекс терригенных слабо- и локально-водоносных слоев (К1к-Ьг); валанжинский субкомплекс терригенных водоносных слоев (К^); в) келловейский терригенный водоупорный (локально водоносный) слой (.с1); г) келловей-батский терригенный слабоводоносный слой (.12Ь-с1); д) бат-байосский водоупорный слой с водами спорадического распространения (Зф/Ы).
Все водоносные горизонты и комплексы мезозойской (меловой и юрской) стратификации представляют собой достаточно хорошо выраженную гидравлическую систему, прочно синтезированную благодаря не всегда пространственно явленным водоупорам, что разрешает облегченное гравитационно-бортовое и на-порно-реидное сопряжение частей в целом - системно выраженном единстве. Устойчивый водообмен между горизонтами нарушается только при наличии жестких региональных водоупоров, хотя таковых почти не бывает: вся водоносная арена Тамбовской области - единое целое, инвариантно функционирующее по законам восходящей напорной гидравлики с множеством ради-ально наслоенных («блинчатых») «полей упругости», строго выверенных реидной гидротектоникой и релак-сационно-рассеивающим метагенезом, фундаменти-рующими «зеркально-скользящее» гравитационное равновесие. В естественных условиях взаимодействия гидрогеологических стихий парасистемная связка приповерхностного водонасыщения предельно устойчива и неизменна. Нарушение закономерностей ее проявления создает только гидровакуумный техногенез, искривляющий присущее ей пространство до «несуразности».
Подстилая зону активного водообмена и заходя в нее непосредственно, мезозойская водоносная система имеет хорошо выраженные связи с «атмосферой осадков» и гидрографической сетью, питаясь от них и подпитывая их через им свойственные гравитационно свободные литогидроны. В местах высокого залегания мезозойских пород на приводораздельных междуречьях водосодержание их верхних горизонтов может быть значительно ослаблено прибазисным долинным дренированием. С другой стороны, это дает заметную подземную подпитку небольшим водотокам, особенно в условиях минимального летнего и зимнего стока.
Водообильность подземных источников мезозоя не везде выражена высокими и устойчивыми показателями. К примеру, скважина, пробуренная в Притамбовье («Березка»), установила дебит из апт-неокомского водоносного комплекса 46,0 л/с при понижении уровня 15,4 м (удельный дебит - 3,0 л/с) или, скажем, в с. Дег-тянка (35 км к северо-западу от Тамбова) - 6 л/с само-изливом. Но есть скважины по тому или иному водоносному уровню, дебит которых составляет всего 0,023 л/с при понижении на 38,5 м (удельная производительность - 0,0006 л/с). Чаще всего дебиты гидроколлекторов ложатся значениями от десятых долей литра в секунду до 3.4 л/с при понижении уровня от первых метров до 20.30 м.4 Пестрым является и минеральный состав мезозойских акваисточников. Преимущественно он гидрокарбонатный кальциевый с общей минерализацией не выше 0,7.0,9 г/л: умеренно жесткий и жесткий (8.8,5 мг-экв/л). Нередко отмечается как повышенная минерализация вод (1,2.1,3 г/л), при общей жесткости до 20.25 мг-экв/л, так и пониженная (0,1.0,2 г/л) с небольшой карбонатной жесткостью - менее 2,0 мг-экв/л. Подчиненно в гидронах встречаются воды гидрокарбонатные натрий- и магний-кальциевые, а также сульфатно-гидрокарбонатные кальциевые и натрий-кальциевые. Последние чаще всего имеют повышенную соленость, в составе которой установлено присутствие многих металлов (железа, цинка, меди, свинца.). Невыдержанность мезозойских вод по своему распространению, наполнению и химизму ограничивает их использование для устойчивого водоснабжения, хотя они и используются в секторе частной, сельскохозяйственной и даже централизованной добычи.
Водопотребление Сампурского, Мучкапского, Уметского и Ржаксинского районов области основано исключительно (100 % отбора вод по 2010 г.) на мезозойских (нижнемеловых) подземных водах. Большой объем добычи меловых вод (89,4 и 74,5 %) характерен для водоснабжения Кирсановского и Инжавинского районов. Свыше 50 % общего водопотребления из мезозойской системы коллекторов свойственно Знаменскому, Гавриловскому, Пичаевскому и Бондарскому районам. С другой стороны, доля мезозойского водо-отбора в Токаревском, Мордовском, Мичуринском, Староюрьевском, Первомайском и Сосновском районах равна 0 %. Остальные районы в этом отношении также приближаются к нулевой отметке мезозойского водоснабжения.
На территории крупных промзон (особенного по ареалу влияния Тамбовской селитебной агломерации), в связи с интенсивными хозяйственно-питьевыми и барражными водоотборами, водоносные горизонты мезозойской системы втягиваются в общую сработку продуктивных коллекторов и дают значительные по своим размерам пьезодепрессионные воронки (рис. 4) -центростремительные подземные «омуты» накопления высококонцентрированных пром- и бытстоков.
4 Две скважины Бондарской водоносной площади, пробуренные к тому же водоносному горизонту, дали дебиты 4,3 (при понижении уровня 13,4 м) и 46,0 л/с (при понижении 15,4 м); удельные дебиты 0,89 и 2,92 л/с. При опробовании вод был получен следующий химсостав: М0-5-НСО388 / Са56 Mg23•(Na+K)21 и М0,6 -НСОз77 80421 / Са70^22. Общая жесткость воды - 5,4.7,0 мг-экв/л; карбонатная - 4,9.5,1 мг-экв/л; железа в воде - 2,0.4,7 мг/л; аммиака - 0,25 мг/л.
1612
Рис. 4. Вододепрессионная воронка по пьезометру валанжинского коллектора на территории Тамбовской промзоны**
Палеозойская водоносная система (PZ). Особенности залегания, динамики функционирования и химического состава вод гидросистемы палеозоя во многом предопределяются гипергенным рельефом кристаллического фундамента, реидной гидротектоникой его высоконапорных вод, релаксирующим метагенезом и поступлением ювенильных растворов «плюмовых» глубин кристаллического основания Русской плиты в зоне незатухающего развития контакта ВКМ и РСА [3]. Влияние гидро- и метеоусловий региона нивелируется большими глубинами залегания водоносной толщи данного гидрогеологического таксона. Исключением является только северо-запад области, где палеозой выходит на дневную поверхность или приближен к ней. Здесь его гидросистема имеет прямую гравитационную связь с атмосферическими процессами и речной сетью. Но даже в условиях глубокого погружения водоносных коллекторов рассматриваемого таксономического выдела топография их единой пьезометрии целесообразно пересекает дренажные уровни базисов дневной поверхности: создается и непрерывно поддерживается живая связь их гидрогеогенной природы с природой наземных ландшафтов, ради утверждения единой планетарной Жизни. Изолировать глубинные гидросоставы, полностью замкнув на себе, - невозможно. Силы давления вод (в своем объеме) - всепроникающие и мгновенно действующие на любые расстояния в себе. Ими крепится изостазия земной поверхности и поддерживается ландшафт.
Литостратиграфические напластования палеозойской системы сложены преимущественно карбонатными породами, среди больших мощностей которых закономерно (по тому времени) распределены терриге-ноиды (пески и песчаники, алевриты и алевролиты, глины и аргиллиты), хлоридные и сульфатные (гипс, ангидрит) образования, макро-, микро- и ультрамикро-элементные включения. При этом водовмещающие
породы внутри палеозойской гидрогеологической системности иерархически разделены второ- и третьестепенными уровнями литостратиграфического несоответствия, подчеркнутыми в той или иной мере выдержанными глинистыми водоупорами, отложения которых оставлены закономерной ритмикой морского се-диментогенеза в многократно повторяющихся фазах трансгрессий и регрессий. Подземные воды в большинстве своем приурочены к трещиноватым известнякам и его дериватам (по случаю их явного господства), но свойственны они и терригенным формациям. Их гидрохимические характеристики складывались по мере накопления осадочного чехла, не исключая континентальных перерывов устойчивой денудации и ги-пергенеза. Они несут в себе черты как изначальной талассоидной реликтовости, так и последующего ау-тохтонного преобразования (метагенеза) за счет ритмов хронопоследовательной «промывки» пресными водами суши и «пропитки» напорными растворами подстилающих глубин5. По существу, они находятся в со-
Мы часто неверно оцениваем состояние гидростатики подземных вод, наделяя его эпитетами «замедленное», «инертное», «затухающее», т. е. отсылая его в сторону полной нонактивности. Но это далеко не так. Зона реидной гидростатики - зона высочайшей активности: мгновенной передачи энтропии (изменения) сил давления на любые расстояния в своем сопряженном объеме. Поскольку изменения в гидросредах протекают непрерывно, то и волны плотности времени, коррелирующие их равновесное состояние, идут (и проходят друг через друга) из всех точек и во все точки пространства без промедления. Эти «волны» переносят информацию и являются «указом» для быстрых (почти мгновенных) попла-стовых метагенетических изменений. То есть нарушаемое энтропией равновесие должно восстанавливаться незамедлительно и всеми доступными способами (в т. ч. и вариациями солености). Если развитию «активных» процессов зоны свободного водообмена требуется растяжка во времени, то для сопряженных горизонтов упругих вод она губительна: изоста-
1613
стоянии непрерывного и сопряженного по всей толще контактирующих пород плотностного видоизменения, хотя эти процессы и замедляются (но не исключаются) по мере умножения числа водоносных коллекторов: от зон напряженно-упругой реидности и рассеивающего метагенеза (амортизационно функционирующей «статической гидродинамики», поддерживающей равновесную устойчивость осадочных литосред) до зон «активного» (свободного) водообмена суши (по глубине дренажной гидрографической сети). Воды палеозойской системы отражают все эти радиально разнесенные переходные состояния, группируя их азимутально по роду оротектонических сдвигов осадочных напластований: от «активного» ВКМ к «инертному» РСА. В отмеченном направлении увеличивается степень засоленности системы; изменяется тип минерализации и состав привходящих химэлементных добавок. В естественных условиях воды с глубиной постепенно удаляются от изменчивого наземного влияния, «консервируясь» по требованию «природы вещей» и высшей Природы в своей напряженной инвариантной завершенности, для которой все прямые и обратные процессы метагенеза уравновешены и мгновенны (абсолют-ны)6. Но при высоких техногенных нагрузках водоот-бора вместе с формированием крупных пьезодепресси-онных воронок уходит послойная чистота устойчивого природосообразного состояния вод, не сохраняясь даже на больших глубинах. Гидровакуумный эффект нагнетает чужеродные субстраты до самых низких отметок интенсивного отбора продуктивных и барражных вод. К тому же в последнее время возник хозяйственный соблазн легкого избавления от ядовитых промышленных стоков путем их закачки в глубинные водоносы палеозойской системы (старооскольские слои), не выходя за пределы городской черты, т. е. в сфере интенсивно проявленного гидровакуума.
Палеозой Тамбовской области, как это следует из отчетов по итогам геолого-съемочным работам ОАО «Тамбовгеология», включает подземные воды, приуроченные к каменноугольной и девонской литострати-графическим системам. Фациальные карты этого времени, составленные А.Д. Савко и др. [7], и схема стра-
зия «гор» (напластований) поддерживается ими. В естественной обстановке внутренние взаимопереходы глубинных вод (в т. ч. и по солености) - мгновенны (таковы следствия воплощения в Материю основных законов гидростатики - Паскаля и Архимеда). Только фильтруясь в «пустые» стволы скважин (при понижении уровня), они подчиняются эффектам поровой проницаемости окружающих литосред. Сформированная гидрогеологическая система реагирует на все происходящее в себе (с собою) без отсрочки противодействия. На этом зиждется вся равновесная устойчивость дневной поверхности (в противном случае все человеческие построения на ней стали бы невозможными).
6 Мы полагаем, что опреснение глубинных вод идет от
поверхности, инфильтрацией атмосферных осадков и вод гидросети. И это действительно так, но только в зоне свободно действующих гравитационных процессов - в «зоне активного водообмена». Глубже подстилающего «зеркала натяжения» упругих глубин воды дневной поверхности не проникают (кроме зон с гидровакуумным эффектом). Но опреснение вод идет и снизу: от предельных глубин водонакопления к поверхности. по мере падения сил давления (упругости сред), т. е. адсорбцией элементов в пластовых «полях упругости» («блинчатой» симметрии субстратного напряжения) рассеивающим (разуплотняющим гидросреды по мере снятия давления) и релаксирующим метагенезом.
тиграфического деления палеозоя ВКМ (ЦРГЦ, 1999) не отмечают присутствия отложений карбона в данном регионе. А.И. Трегуб [8], ссылаясь на Геологическую карту домезозойских отложений В.П. Кирикова и др. [8, с. 35], указывает на возможное участие некоторых свит визейского яруса нижнего отдела каменноугольной системы в выполнении ряда глубоких речных долин южного крыла Московской синеклизы и вдоль полосы следования РСА. Имеет карбон «Тамбовскую привязку» и в работе Б.Н. Смирнова [3]. Девонская система в границах областной площади представлена почти всеми своими хроно- и литостратиграфическими подразделениями, начиная от конца эмского яруса и завершая верхним фаменом.
Ориентируясь на функциональную специфику водоносности палеозойской гидрогеологической системы, в составе ее обводненной каменноугольно-девон-ской толщи нами выделяется (усматривается и рассматривается) несколько водоносных серий (азовско-бобриковская, хованско-задонская, ливенско-петинская, воронежско-черноярская, мосоловско-ряжская) и свойственных им водоносных горизонтов и комплексов.
Азовско-бобриковская гидрогеологическая серия (С2_1йй-аг): а) азовский терригенный водоупорный (слабоводоносный) комплекс (С2аг); б) тарусско- (ми-хайловско-) алексинский карбонатный водоносный комплекс (Са-й-); в) тульско-бобриковский терригенный водоносный комплекс (С^й-й). Хованско-задонская гидрогеологическая серия (Б^^-йу): а) хо-ванско-озерский водоносный горизонт (Б3о£-йу); а) фаменский карбонатный гидрогеологический пара-комплекс (Б3/от), который включает: хованско-озерские терригенно-карбонатные водоносные слои (Б30£-йу)7; плавско- (кудеяровско-) лебедянские терри-генно-карбонатные водоносные слои (Б31й-р1); елецкие карбонатные водоносные слои (Б3е1); задонские терри-генно-карбонатные слабоводоносные слои Ли-
венско-петинская гидрогеологическая серия (Бр-1у); а) ливенско-евлановский терригенно-карбонатный водоносный горизонт (Б3£у-1у); б) воронежско-петинский терригенно-карбонатный водоносный горизонт (Брут). Семилукско-ястребовская гидрогеологическая серия (Б3/«-«от):а) семилукско-рудкинский карбонатный
7 Водоносные слои этого гидро- и литостратиграфиче-ского уровня Старо-Томниковская скважина (1954 г.) Алга-совской водоносной площади (глубина скважины - 148,0 м; абс. отметка устья - 124,6 м) вскрыла на глубине 123,7 м хо-ванско-озерскую толщу водоносных известняков (мощность водоносов горизонта - 24,3 м), перекрытых в интервале глубин 123,2 и 123,7 м плотной глиной того же возраста, а выше - глинами юрской системы, мощностью 32,7 м. По разрезу к поверхности представлены: песчаники юры - 1,5 м; глины и алевриты неоком-апта - 51,2 м; мелкозернистые водоносные пески с прослоями глин альб-сеномана - 11 м; мелкозернистые пески и суглинки четвертичного аллювиального комплекса. Уровень воды хованско-озерского коллектора установился на глубине 6,0 м. Величина напора над кровлей - 117,7 м (свободная поверхность совмещенных сеноман-альбского и четвертичного горизонтов стационирует на глубине 19,0 м). Дебит скважины - 2,5 л/с при понижении 9,0 м (удельный дебит - 0,29 л/с). Опробование воды в интервале глубин 125,6.148,0 м установило химический состав: М0,6 -С155 НСО340 / Са54 Mg24. Общая жесткость воды - 5,2 мг-экв/л; карбонатная - 2,6 мг-экв/л. Окисляемость, по кислороду, -4,2 мг/л; щелочность - 3,6 мг-экв; общего железа - 0,9 мг/л; аммиака - 0,4 мг/л. Содержание анионов (С1, 804) - 173 и 20 мг/л; катионов (Са и Mg) - 97 и 26 мг/л.
1614
водоносный горизонт (Б3®от1-«от2); б) саргаевский карбонатный водоносный горизонт (Б^г); в) чаплыгинско-ястребовский комплекс подземных вод спорадического распространения (Dзjs-сp). Муллинско-ряжская гидрогеологическая серия (Б2-1Г1-от/): а) муллинско-воробьевский (старооскольский) спорадически водоносный комплекс (Б2уг-от/), включает муллинские (Б2от/), ардатовские (Ь2аг) и воробьевские (Б2уг) спорадически обводненные слои; б) черноярско-ряжский водоносный (пара)комплекс (р1-2г1-сг), состоящий из черноярских (В2сг), мосоловских (Б2ш$), морсовских (Б2отг), или нерасчлененных клинцовско-дорогобуж-ских (Ъ2йг-Ы), и ряжских слоев.
Из всех опресненных палеозойских литогидронов каменноугольного времени максимальную водообиль-ность своего содержания имеют яснополянские (тульские, бобриковские) и упинско-малевские (по Чаплыгину) терригенно-карбонатные акваколлекторы. И хотя их дебиты спорадичны, но могут приближаться к 2.6 л/с при понижении уровня 1.20 м. Более водоносными оказываются напластования хованско-озерских (1.50 л/с) и плавско-лебедянских (1.90 л/с) слоев при понижении уровней от 0,2 до 80 м. Удельные дебит - 0,01.35 л/с. Высокими продолжают сохраняться дебиты елецкого гидроколлектора: иногда до 70 л/с при понижении уровней от 3 до 153 м. Он является первым от поверхности горизонтом, с которого начинается устойчивое засоление подземных вод (5. 25 г/л), нарастающее книзу с понижением дебитов и удельных дебитов от 0,005 до 10.50 л/с и от 0,0001 до 0,5 л/с соответственно.
Верхнепротерозойская водоносная система (Рвз) [2-3]. Гидрогеологический таксон данного статуса и возраста соответствует рифей-вендской авлакогеновой стадии рифтогенеза Русской платформы, сопровождавшейся, наряду с началом плитного формирования осадочного чехла, сложными движениями тектонобло-ков, омоложением старых и развитием новых разломов, интрузивным и эффузивным магматизмом, заложивших Пачелмский (РСА) прогиб и обособивших ВКМ. Она приурочена к осадочным, в той или иной мере дислоцированным, напластованиям крупных тектонических депрессий в поверхности фундамента, имеющих, как правило, блоковую природу в локальных зонах этапного растяжения земной коры. Затухающие селективные процессы доплитного эндогенеза создавали нарастающие предпосылки к формированию первичного платформенного (морского и континентального) осадконакопления, устанавливали общие и локальные (флексурообразные, брахискладчатые, моноклинальные, денудационно-выявленные) наклоны водо-вмещающих и водоупорных пластов горных пород различного литофациального содержания и стратиграфической приуроченности.
На площади областной территории верхнепротерозойская водоносная система примыкает к узкой полосе РСА, пересекающей регион в его крайней северовосточной части. В осевой зоне прогиба базисная поверхность кристаллического фундамента следует вдоль абсолютных отметок около -2500 м, не вскрытых ни одной скважиной Потамбовья.
Кровля вендских водоносных терригенов начинается глубинами 1204 м, с которых после этапного перехода к рифейскому структурно-вещественному комплексу (1683 м) весь разрез верхнепротерозойских системных водоносов проблематично ложится на глини-
стый элювий самого низкого уровня - кристаллический блок фундамента по днищу авлакогена. Нижний рифей (бурзяний) в структурах обрамления ВКМ не установлен. Две вышеотмеченные границы выявлены только одной структурно-картировочной скважиной региона, заложенной в с. Пересыпкино (долина Вороны). Достигнутая ею глубина - 2031 м. Фундамент не вскрыт. Геофизическими методами он подчеркнут на отметках, приближенных к 2500 м. То есть суммарная пройденная мощность отложений гидрогеологической системы превышает 800 м, а прогнозируемая - 1300 м. Следуя топографии кристаллической поверхности докембрия, подошва рифея от тальвега РСА резко уходит вверх в юго-западном направлении, где и встречается с отложениями венда (его подошвой). Как водоносная система, вся средне- и верхнерифей-вендская толща круто выклинивается под девон на корах выветривания фундамента, четко ограничивая периферию площадного развития своих (верхнепротерозойских) водовмещаю-щих отложений линией, идущей с северо-запада на юго-восток: от Староюрьево на Подлесное (долина Челновой), Черняное (долина Цны), Саюкино (долина Керши), Ковылку, Рамзу (долина Вороны) и дальше к верховьям Мокрого Карая за пределами области. В целом указанная граница следует вдоль изогипсы фундамента -1000 м, устанавливая северо-восточный (на Пересыпкино) градиент падения поверхности фундамента, как и напластований всей водоносной системы по ней, равный 30 м/км. Хотя, конечно, падение блоков фундамента, даже длительно нивелируемых денудацией и корами выветривания, отнюдь не равномерное, но ступенчатое (высота уступов отдельных тектоноблоков растяжения, особенно в притальвежной части РСА, может достигать сотен метров: 500.600 м - по Кирсанову; 800.1000 м - по Пересыпкино), а осадочного чехла по нему - флексурообразно-ярусное. Для всей системы характерны трещинные и поровые воды, находящиеся в условиях затрудненного (упругого) жидкого средообмена, значительные гидростатические напоры, в целом устойчивый режим функционирования, не зависящий от внешних условий, рассольная хлоридная натриевая и кальций-натриевая минерализация, высокое содержание в воде брома, йода, других редких и микрозначимых элементов (железа, марганца, фосфора, бария.), тесная связь с водами кристаллического фундамента - явленной в нем реидно-«плюмовой» (выносящей глубинный субстрат по ра-диали) тектоникой и ювенильными (кристаллизационными) водами.
Состав водоносной системы образован двумя гидрогеологическими сериями (вендской и рифейской), выделить у которых самостоятельные водоносные горизонты не представляется возможным в связи с их поверхностной изученностью по неполному разрезу только одной скважины (Пересыпкинской), поэтому горизонты и их серии предпочтительней именовать условно целостными водоносными паракомплексами. Их детальное гидрогеологическое исследование принадлежит будущему.
Протерозой-архейская водоносная система (Лв-Рв1-2). Литогидрон данного номенклатурного выдела соответствует сфере накопления подземных вод и их специфических характеристик в толщах сильно дислоцированных и метаморфизированных, проплавленных магматическими интрузивами и прослоенных трещин-но-вулканогенными эффузивами, гипергенезированных
1615
и денудированных с поверхности горных пород доп-литной стадии развития земной коры суши - ее кристаллическому основанию, или фундаменту последующего осадочного чехла на нем [2-3]. В текущее время корового плитогенеза кристаллический докембрий, горстовыми выступами щитов и массивов, может местами обнажаться к дневной поверхности или, наоборот, «клавиатурно» сопрягаясь с блоковыми прогибами (авлакогенами), ровообразно уходить под мощные напластования платформенного чехла.
Одним из таких накопителей и хранителей подземных вод в переходной зоне от ювенильных выделений парагенетически дифференцирующихся магматических очагов к водоносам осадочных накоплений является ВКМ, обращенный одним из своих пологоступенчатых склонов в сторону РСА, пересекающему территорию Тамбовской площади по ее крайней северо-восточной периферии. В этом направлении возрастает и глубина его блокового залегания: от -300 м (Мордовский и Токаревский районы вблизи областной границы) до -2000.-2500 м - в РСА вдоль Рязано-Пензенско-Саратовского «порубежья» Тамбовщины. На северо-западе области (Первомайский и Староюрьевский районы) глубина погружения кристаллического основания составляет -700.-1000 м; на юго-востоке и юге (Муч-капский, Уваровский, Ржаксинский, Жердевский районы) -500.-700 м (в Инжавинском -700.-1000 м); на западе (Петровский, Мичуринский) -400.-700 м. В Тамбовской котловине этот параметр приравнен к -700 (кольцо обрамления) - 738 м (днище кратеровидной котловины с высокой степенью трещиноватости). Структурное тело фундамента разбито многочисленными и различно ориентированными тектоническими разломами, стягивающими к себе линеаменты высокой трещиноватости. Б.Н. Смирнов [3] в составе подземных вод протерозой-архейских гидрогеологических образований для всей площади Центрального Черноземья выделяет только один водоносный комплекс под тем же наименованием. При этом он связывает его почти исключительно с корами выветривания по фундаменту (до зоны затухающего гипергенного дробления кристаллических пород) и не распространяет на монолитные (водоупорные) «материнские» породы протерозоя и архея, целостность которых нарушается только глубинными разломами и связанной с ними более дробной трещиноватостью, по которым может наблюдаться парообразный прорыв ювенильных вод и частичная гравитационная инфильтрация вадозов при неглубоком (надбазисном) залегании исходного основания платформ.
Мы поступаем аналогичным образом, группируя подземные воды гипергенезированных горных пород протерозой-архейского времени в один гидрогеологический паракомплекс. Его изученность на территории области очень слабая, т. к. существует весьма ограниченное число скважин, достигших уровня распространения свойственных ему вод. Недостаточной изученностью отличается и минералогический состав водо-вмещающих отложений - кор выветривания по фундаменту, формировавшихся на протяжении длительного времени (до начала плитного осадконакопления) -1,1 млрд лет (в зоне распространения верхневендских отложений протерозоя). Несмотря на значительный возрастной интервал наращивания площадных кор выветривания, их мощность на периферийных участках северо-восточного склона ВКМ сравнительно неболь-
шая и измеряется первыми метрами, редко превосходя 10.20 м, а с учетом зоны повышенной гипергенной трещиноватости, особенно на участках развития дизъюнктных дислокаций с плотным тектоническим дроблением, - первые десятки метров. Кроме того, если на площади мегаблока КМА развитие получили мощные площадные (до 60.200 м) и линейные (около 500 м) аллитные и ферраллитные (латеритные - в суперак-вальных условиях) коры выветривания, подстилаемые всеми тремя своими предшествующими стадиальными типами (сиаллитным, обломочным обызвесткованным и обломочным), плотно перекрывающими постель высокой трещиноватости первичных осадочно-мета-морфических и магматических горных пород, то в границах Тамбовского региона они преимущественно обломочные и обломочно-обызвесткованные, представляющие собой щебенчато-песчано-глинистую массу 3.5-метровой мощности, наложенную на зону гипергенной трещиноватости (по роду течения грубого физико-механического выветривания). Парадокс несоответствия мощностей и состава кор выветривания осевой и периферийной зон ВКМ предположительно может быть объяснен с двух позиций: 1) интенсивным денудационным смывом верхней части кор аллитного гипергенеза на блоковых склонах антеклизы (при значительных уклонах поверхности фундамента это не составляет проблемы. и мы находим ее в переотложенном состоянии - в каолинитовых толщах рифей-ских и вендских красноцветов, тяготеющих к РСА); 2) длительным существованием на этой территории аридных и экстрааридных условий, безводные среды которых запрещают гипергенез более высоких и тонких (завершающих) стадий химического выветривания. [Второй пункт, однако, маловероятен в силу близости Тамбовского края к мощным мартитовым (аллитным и ферраллитным) корам выветривания осевой зоны ВКМ, сформированным в условиях жаркого и влажного климата.]
Наличие двух неоднородных гидрогеологических подзон в зоне гипергенеза по кристаллическому фундаменту (верхней - собственно коры выветривания и нижней - ее подготовительной трещиноватой стадии) и предопределяет условия формирования подземных вод паракомплекса, которые почти полностью приурочены к водоносному уровню высокой трещиноватости материнских пород, а его верхняя часть выполняет служебную роль водоупора разной степени надежности, который к тому же может часто отсутствовать (в этом случае водоупорной кровлей водоносу служат морсовские или черноярские глины девона).
В Ржаксинской структурно-картировочной скважине породы кристаллического фундамента вскрыты на глубине 792,8 м (абсолютная отметка -607,04 м). Забой ее ствола находился на глубине 810,0 м, т. е. по породам фундамента было пройдено 17,2 м (выход керна -9,15 м). Поднятые породы представлены светло-серым крупнозернистым гранитоидом, который в интервале 792,8.795,8 м (3,0 м) - сильно выветрелый, превращенный в дресву. Сама порода - трещиноватая. Направление трещин - близкое к вертикальному. Отмечается редкая вкрапленность пирита. Под микроскопом наблюдается биотитовый плагиогранит, интенсивно микроклинизированный. Плагиоклаз сильно изменен: пелитизирован, каолинизирован и серицитизирован. Наблюдается частичная хлоритизация биотита и проявления кварцевого и калиевого метасоматоза. В целом
1616
порода определяется как микроклинизированный ок-варцованный плагиогранит архейского возраста, подобно породам ряда других скважин центральных областей Европейской России (в т. ч. Тамбова, Ряжска.).
Отсутствие водоупора в кровле трещинных вод позволяет ему обретать гидравлическую связь с водоносами рифея и венда, а также многими горизонтами девонской литостратиграфической системы. Водоупорной постелью, вне шовных линий тектонического дробления, служит ему монолитная часть пород кристаллического массива. Коэффициент фильтрации водо-вмещающих пород по смежным водоносам от тысячных и десятитысячных долей метра в сутки, до 1.4 м/сут. (0,02.3,3 м/сут. - по Кирсановской площади). С погружением и по мере кольматации трещин он падает, локально возрастая только в зонах тектонических нарушений. Глубина залегания кровли водовмещающих пород протерозой-архейского комплекса изменяется от 300.350 до 1000.1500 м; по тальвегу РСА (скважина в с. Пересыпкино) - свыше 2000 м (предположительно, -2500 м... - по абсолютному значению глубин). Воды -напорные. Величины гидростатических напоров изменяются от 300.400 м (на юго-западе области) до 1000.1100 м (по Кирсанову и Моршанску) и 1900.2100 м - в осевой зоне РСА. В Тамбове уровень напора над кровлей составляет 826 м. Пьезометрия напоров может иметь как положительные значения относительно поверхности земли (до +1.+3 м и выше в долинах рек), так и отрицательные (под водоразделами): 60.120 м глубины. Некоторые пробуренные к этому уровню скважины фонтанировали (Борисог-лебск), т. е. протерозой-архейские воды (как и гидроны любых других горизонтов и комплексов) восходящей реидностью пронизывают всю водоносную толщу осадочного чехла и включаются в поверхностный сток рек к океану. Наиболее высокие отметки пьезометров характерны для водораздела Волги (по бассейну Оки) и Дона - 115.120 м. Отсюда пьезометрическая поверхность снижается по направлению Цны-Оки (Тамбов -98 м), Вороны-Хопра (86.92 м - Борисоглебск и Но-вохоперск), Дона (60.75 м). Указанные пьезометры определяют положение основных зон «питания» и «дренирования» протерозой-архейских водоносов. Разгрузка по общему пьезометрическому «зеркалу напора» непрерывно осуществляется в долинную сеть, создавая гравитационные потоки от водоразделов к основным речным дренам и дальше - в Мировой океан, который продолжает наращивать свои «объемы» за счет дегазации недр. Это создает устойчивую тягу кверху, активизирующую подток ювенильных вод из зон остывания и кристаллизации магмы. Поступающие воды, по законам упругости водных сред, распределяются уровнями равных давлений («полям упругости»), заполняя все пространство сопряженных водоносов до интегрального «зеркала натяжения» пьезометров. То есть из мантийных глубин в Мировой океан ведется непрерывная откачка ювенильных вод, что в целом ведет к наращиваю мощности земной коры и ее уплотнению книзу - по вектору гравитации. В этом же восходящем направлении, по «блинам» уровней гидрогеологической упругости (горизонтам и слоям подземных вод), протекает релаксационный метагенез, создающий эффект опреснения вод снизу. При ослабленном подтоке кристаллизационных вод происходит иссушение глубинных водоносных горизонтов (с одновременным уплотнением коллекторных литосред). Инфильтраци-
онным путем (гравитационными водами) питается только зона активного водообмена - до базисных уровней расчлененного рельефа. [Этот процесс глубинной гидродинамики полностью «инвертирован» водозаборным техногенезом.]
Водообильность протерозой-архейской гидрогеологической системы невысокая. Дебиты скважин в Бори-соглебске и по Ильменьской площади - 0,1 л/с при понижениях до 334.368 м. Совместная откачка с водами рифейского или морсовско-ряжского комплексов может поднять дебит до 0,3.0,4 л/с. В Ржаксе вскрытый фундамент (микроклинизированные окварцован-ные плагиограниты) оказался безводным. Зато в Тамбове дебит скважин по этому уровню (сильно трещиноватые гнейсы) достигает 15 л/с, правда, при большом понижении. - 370 м. В местах резкого погружения кристаллического фундамента удельные дебиты очень малые: 0,00006.0,003 л/с (0,04 л/с - по Тамбову). Только в зонах тектонических нарушений дебиты и удельная водообильность скважин могут быть устойчиво большими (как свидетельство безальтернативного движения и действия упругой реидности): 7.8 л/с при понижении 5.6 м; удельная составляющая водо-обильности - 1,4 л/с [3]. По химическому составу воды кристаллического докембрия - хлоридные натриевые и кальций-натриевые рассолы. Степень их минерализации по Тамбову достигает 99,6 г/л (содержание калия в пробах воды - 220 мг/л); по Борисоглебску - 106,0 г/л (как и в Тамбове, вскрытые воды - хлоридный кальций-натриевый рассол). Химическая формула рассолов по Тамбову и Борисоглебску имеет соответствующее содержание: М99,6 С199 / (№ + К)48 Са36; М106,0 С1100 / (№ + К)76 Са17. Общая жесткость рассольных вод достигает 396,7 мг-экв/л. Содержание свободной углекислоты -до 187 мг/л; кремнекислоты - 0,03.2,0 мг/л (иногда, до 42 мг/л); окисляемость по кислороду - 0.5 мг/л (с возрастанием до 6.12 мг/л); железа - около 1 мг/л (местами до 2.8 мг/л); аммиак, нитраты и нитриты чаще всего отсутствуют, но могут достигать значений, соответственно, 16.17, 20.50 и 2.40 мг/л. Реакция водной среды - от слабокислой до слабощелочной (чаще, слабокислая). Из микроэлементов в составе про-терозойско-архейских вод отмечено присутствие фтора (0,4.2,3 мг/л), ванадия, хрома, серебра, цинка, свинца (до 0,004 мг/л), бериллия, никеля, меди (0,004 мг/л), алюминия (0,6.6,1 мг/л). Содержание брома и йода по Тамбовской скважине достигает 200 и 2,9 мг/л соответственно; в Борисоглебске - 480 и 6,0 мг/л. Присутствие урана и радия - следы.
Разведка глубинных вод и исследование их микроэлементного состава может закономерно пролить свет как на лечебно-бальнеологическую перспективу, так и на поиск залегания «слепых» рудных тел. Даже малые объемы подземных вод, насыщенные уникальным подбором биологически активных химических элементов, могут составить предмет интереса для получения микрокомпонентных добавок к оздоровительным растворам, поднятым из других водоносных коллекторов или приготовленных искусственным путем.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гидрогеология СССР / под ред. Д.С. Соколова. М., 1972. Т. 4. 499 с.
2. Смирнов Б.Н. Характеристика водоносных систем, серий и горизонтов // Геология, гидрогеология и железные руды Курской маг-
1617
нитной аномалии. М., 1972. Т. 2 (Гидрогеология и инженерная геология).
3. Смирнов Б.Н. Воды докембрийских, девонских и каменноугольных отложений // Гидрогеология СССР. М., 1972. Т. 4.
4. Смирнова Н.И., Викторова Л.П. Воды четвертичных и неогеновых отложений // Гидрогеология СССР. М., 1972. Т. 4.
5. Чаповская Л.Л. Воды меловых отложений // Гидрогеология СССР. М., 1972. Т. 4.
6. Щадрина З.М. Воды юрских отложений // Гидрогеология СССР. М., 1972. Т. 4.
7. Савко А.Д., Мануковский С.В., Мизин А.И. и др. Литология и фации донеогеновых отложений Воронежской антеклизы // Труды НИИ геологии ВГУ. Воронеж, 2001. Вып. 3.
8. Трегуб А.И. Неотектоника территории Воронежского кристаллического массива // Труды НИИ геологии ВГУ. Воронеж, 2002. Вып. 9.
Поступила в редакцию 12 февраля 2015 г.
Berest A.V. HYDROGEOLOGICAL TAXONS OF TAMBOV REGION
Problem of hydrogeological taxonomy of Tambov region is still not decided. That's why at giving reports of characteristics on reclamation mapping of aquifers collectors often offers original version of the classification and names allocated in the thickness of sedimentary rocks productive litogidronov. We have developed a system of taxonomic units embedded subordination bearing strata eliminates many previously recorded terminology and nomenclature contradictions.
Key words: taxonomic ranks; indoor and outdoor; hydrogeological system and their derivatives (water-bearing series, horizon, band); hydrogeological complexes and their derivatives (aquifers parakompleksy, subcomplex, layers); aquifer arena; water-bearing strata; aquifers packages.
Берест Андрей Васильевич, Горно-геологическое предприятие «Тамбовгеология», г. Тамбов, Российская Федерация, гидрогеолог, e-mail: andrey-z5z@rambler.ru
Berest Andrey Vasilievich, Mountain-geologic enterprise "Tаmbovgeologia", Tambov, Russian Federation, hydrogeolog-ist, e-mail: andrey-z5z@rambler.ru
1618
