УДК 502.51:556.3 (470.5)
ГИДРОГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ КАРСТА РЕГИОНОВ УРАЛА
А. Я. Гаев,
директор, Институт экологических проблем гидросферы, gayev@mail.ru
Ю. А. Килин,
зам. директора, Институт карстоведения и спелеологии РГО, iks@mail.ru
И. Н. Алферов,
доцент, Оренбургский государственный университет, alferof@rambler.ru
Ю. В. Михайлов,
старший научный сотрудник, Институт карстоведения и спелеологии РГО, iks@mail.ru
А. В. Скалин,
директор, НПО «Уралгеоэкология», eku-or@mail.ru
Карстующиеся известняки, доломиты, гипсы, ангидриты и каменная соль с тре-щинно-карстовыми водами занимают в регионе 40^50% территории и экологически весьма затрудняют решение народнохозяйственных задач, особенно, при разработке месторождений полезных ископаемых как открытым, так и подземным способом. Из-за недостаточного учета гидрогеоэкологических условий развития карста участились случаи крупных аварий на месторождениях полезных ископаемых (Красная шапочка, Верхнекамское месторождение калийных солей, Соль-Илецк и др.). Для оценки условий развития карста в регионе авторы предлагают учитывать гидрогеоэкологические условия его развития на основе схемы районирования.
Karsting limes, dolomite rocks, gypsums, anhydrites and salt rocks filled with fissure-karst waters occupy from 40 per cent to 50 per cent of the region's territory, which makes it difficult to find solutions to economical issues especially while developing mineral deposits by both undersurface and open-pit methods. As hydogeoecological conditions of karst progressing is being underestimated recently major accidents at mineral deposits became more frequent (Krasnaya Shapochka, Verhnekamskoe Deposit of Potash Salts, Sol-Iletsk, etc.). To assess karst progressing conditions in this region the authors propose assessing hydogeoecological conditions of its progressing based on zonation scheme.
Ключевые слова: карст, гидрогеоэкология, трещинно-карстовые воды, кар-стующиеся породы, районирование территории.
Key words: karst, hydrogeoecology, fis-sure-karst waters, karsting soils, territory zo-nation.
На схемах гидрогеологического районирования России Урал и Приуралье относятся соответственно к Уральской гидрогеологической складчатой области и Восточно-Русскому артезианскому бассейну. Трещинно-карстовые воды выделяются в виде классов трещинно-жильного типа для складчатой области и пластового для артезианских бассейнов [1, 2]. Приуралье приурочено к Восточно-Русскому артезианскому бассейну с пластовым типом подземных вод с классами поровых (П1), трещинно-поровых (П2), порово-трещинных (П3), трещинных (П4) и трещинно-карстовых (П5) вод. На Урале гидрогеологические массивы и адмасси-вы с классами регионально-трещинных вод зоны выветривания (Тд), регионально-трещинных вод зон тектонической и литогенетической трещино-ватости, трещинно-карстовых (Тд) и локально-трещинных (Тд) вод преобладают над бассейнами межгорных понижений с пластовыми водами. Карстующиеся породы с трещинно-карстовыми водами занимают в регионе до 40% территории, что вызывает определенные трудности при строительстве и хозяйственно-питьевом водоснабжении. Экологическая роль, геодинамическая активность и обводненность карстующихся пород возрастает там, где они залегают в непосредственной близости от земной поверхности и там, где они пересекаются глубинными разломами [6, 7]. Крупные родники трещинно-карстовых вод приурочены к участкам пересечения субмеридиональных и субширотных разломов.
В регионе выделяются карбонатный, сульфатный и галоидный типы карста. Пресные воды, пригодные для хозяйственно-питьевого водоснабжения, связаны преимущественно с карбонатным типом карста. В сульфатных и галоидных породах формируются воды некондиционные по показателям хими-
ческого состава: по минерализации, концентрациям сульфатов, хлоридов и общей жесткости. Г. А. Максимович [4] отнес территорию региона к двум карстовым странам: Уральской и ВосточноЕвропейской. Страны делятся на провинции и области. К. А. Горбунова, Н. Н. Назаров и др. [5, 6] за основную единицу районирования принимают карстовый район. Районы приурочены к крупным или средним структурам, где развиты карстующиеся породы, и делятся на карстовые участки, на участках выделяются карстовые поля. Для них составляются крупномасштабные планы карстовых форм по результатам специальных инженерно-геологических изысканий, которые выполняются с целью разработки противокарстовых мероприятий для строительных объектов.
Первая карта карста Урала составлена М. О. Клером [7]. Районирование карста региона выполнялось многими исследователями [5, 8—12]. Теоретические вопросы пространственно-временной организации карстовых систем для платформенных условий разработаны Н. П. Торсуевым [13]. На Урале и в Предуралье выделены карстовые провинции: Волго-Уральская, Предураль-ская, Западно-Уральской внешней зоны складчатости, Центрально-Уральская и Тагило-Магнитогорская [8], а также Восточно-Уральская. Только в Башкортостане выделено 5 провинций, 12 карстовых областей и 17 карстовых районов.
У разных авторов в различных частях региона в одних и тех же структурах выделяются таксономические единицы районирования разного масштаба. Развивая схему районирования Г. А. Максимовича [4], мы в Уральской и Восточно-Европейской карстовых странах выделяем провинции, области, районы и участки, рассматривая их на структурно-гидрогеологической основе. Районы и участки выделяются ландшафтно-гео-морфологическими принципами.
Методологические аспекты интерпретации гидрогеоэкологического и карсто-логического материала заключаются в выделении гидрогеоэкологических
структур по принципу общности вертикальной гидрогеоэкологической и кар-
стологической зональности. При расчленении разреза платформенных бассейнов выделяются гидродинамические и гидрогеохимические зоны, гидрогеологические, гидродинамические и гидрогеохимические этажи. Гидродинамическая зона включает в разрезе часть гидрогеологической структуры и характеризуется общностью параметров, отражающих скорость фильтрации, интенсивность водообмена, отличаясь единством напоро-образующих факторов. Выделяются зоны активного (интенсивного), затрудненного и весьма затрудненного водообмена. Широко используется также понятие «гидродинамический этаж» с выделением в разрезе: 1) верхнего этажа, соответствующего зонам активного и замедленного водообмена; 2) нижнего этажа — в пределах зоны весьма затрудненного водообмена, не имеющей очевидных областей питания и разгрузки.
Под гидрогеологическим этажом понимается наиболее крупный стратификационно-гидрогеологический бассейн, в пределах которого в системе водоносных комплексов и горизонтов исторически сложились единые условия формирования подземных вод и их химического состава [14, 15]. Изменение этих условий контролируется процессами структурно-гидрогеологического преобразования территории, а этажи отделяются водоупорными перекрытиями одинакового или близкого возраста. Этажи характеризуются близкими гидрогеоэкологическими условиями и химическим составом вод [1].
Гидрогеологическая структура выделяется на геологической основе. Она обособлена от смежных структур и характеризуется определенными объемами вместилища подземных вод и экологическими условиями. Предпочтение в работе отдается принципам комплексного структурно-гидрогеоэкологического районирования карста, заложенным в работах отечественных гидрогеологов. На Урале выделены гидродинамические зоны: инфильтрации и инфлюации (аэрации), сезонных и многолетних колебаний уровня трещинно-грунтовых и тре-щинно-карстовых вод и постоянного горизонтального стока. В долинах рек
повсеместно сформировалась система поддолинных и подрусловых потоков.
Гидрогеоэкологические структуры при районировании территории выделены нами с использованием принципов общности вертикальной зональности [1, 2], которая синтезирует наиболее существенные черты развития геоструктуры. Так, определенная послед ователь-ность расположения в вертикальном разрезе гидрогеологических этажей, химических типов вод, геотермических полей и их мощности могут быть основанием для выделения гидрогеоэкологических районов. Если один тип вертикальной зональности характерен для группы структур, то их можно выделить в карстовую провинцию или область.
На нашей схеме районирования выделено пять карстовых провинций, три из которых расположены на исследуемой территории: Волго-Уральская и две Уральских: постмиогеосинклинальная, представляющая собой горизонтальную проекцию основной части разреза Волго-Уральской провинции, и эвгео-синклинальная, где породы древнего субстрата полностью переработаны в геосинклинальный этап развития региона. В вертикальном разрезе региона выделено четыре гидрогеологических этажа [1] со своими водоносными и водоупорными комплексами и горизонтами. Два верхних гидрогеологических этажа соответствуют верхнему гидродинамическому этажу. Движение вод в нем происходит за счет сил гравитации. Гидрогеологический этаж местного подземного стока Восточно-Европейской карстовой страны развит в породах мезозойского и кайнозойского возраста, а в ряде районов (Уфимское плато, Общий Сырт и др.) — также в породах пермской системы. На Урале этот этаж соответствует породам разного возраста и закарстованные карбонатные породы являются наиболее во-дообильными. Они увеличивают заре-гулированность стока [14], например, в 3^3,5 раза в пределах поднятий северной части Уфимского плато [16].
В нижней части разреза выделен этаж глубокого местного стока в породах про-
терозойско-палеозойского осадочного чехла платформы. Благодаря хорошо выдержанным региональным водоупорам обеспечивается относительно хорошая закрытость недр, благоприятствующая сохранности залежей углеводородов.
Здесь преобладают местные локальные, преимущественно вертикальные движения флюидов. Давление изменяется от гидростатического до близкого к геостатическому. Механизм гидравлической связи между водоносными комплексами и горизонтами этого этажа отличается от их фильтрационных связей в классическом артезианском бассейне и характеризуется взаимосвяз
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.