ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2015, № 3, с. 258-275
УДК 556.3
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ВОДОНОСНОГО КОМПЛЕКСА ПЛЕЙСТОЦЕНА СЕВЕРНОГО КАСПИЯ И ПРИКАСПИЯ. СООБЩЕНИЕ 1. СПЕЦИФИКА УСЛОВИЙ ВОДООБМЕНА И ФАКТОРЫ СОХРАНЕНИЯ СЕДИМЕНТОГЕННЫХ ВОД
© 2015 г. О. В. Голованова
Геологический институт РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 7; Е-таИ: Golovanova2000@mail.ru Поступила в редакцию 26.03.2012 г.
Воды, заключенные в морских осадках, имеют большое значение для развития седиментационного бассейна. Преобразования, происходящие в осадках, на всех этапах литогенеза осуществляются при взаимодействии с водой различных генетических типов, а также с органическим веществом и газами. Нас, главным образом, интересует соотношение в бассейне седиментогенных и инфильрацион-ных вод. В работе рассмотрены возможности и степень вытеснения седиментогенных вод водами других генетических типов, прежде всего, инфильтрационными метеогенными водами. В первом сообщении рассмотрен весьма специфический комплекс природных условий, обуславливающий сохранение седиментогенных вод по крайней мере на протяжении всего плейстоцена—голоцена. Впервые аргументированно показано, что для Северного Прикаспия и Каспия влияние на общий баланс водоносного комплекса плейстоцена инфильтрационных вод, испарения и глубинных факторов оказывается минимальным, либо локальным. Основными факторами, определяющими водный баланс, являются: весьма низкие скорости движения регионального потока подземных вод, отсутствие значительного вклада местного инфильтрационного питания, испарения и вертикального перетекания в водоносных слоях.
Б01: 10.7868/80024497X15030040
Осадконакопление в Каспийском бассейне, как известно, обладает целым рядом особенностей. Прежде всего, обращает на себя внимание его ассоциация с крупнейшими тектоническим структурами, испытывающими на протяжении всей своей истории, главным образом, погружение, что определило формирование одной из наиболее мощных в мире осадочных толщ. В рамках современного бассейна крупные внутриматери-ковые депрессии сохраняются здесь и доныне. Обращает на себя внимание также приоритет экзогенных факторов и горизонтальных тектонических движений, определяющих развитие бассейна и особенно платформенной его части на новейшем этапе. Огромные скорости накопления осадков и значительность их абсолютных масс, периодичность, неравномерность и разнообразие характера осадочного процесса новейшего этапа определяют многократные и высокоамплитудные климатические изменения (материковые и горные оледенения и их деградация), разнообразие климатических, геоморфологических условий и геологического строения. Современный Северный Каспий и Прикаспийская низменность отличаются исключительно малыми уклонами земной поверхности и морского дна, мелководно-стью моря и практически горизонтальным
залеганием слоев. Это весьма важное обстоятельство, которое определяет специфику седименто-генеза в данной части бассейна. В данной статье основное внимание уделено роли в истории осадочного бассейна седиментогенных (поровых) вод, которая далеко не часто оценивается исследователями в связи с тем, что требует междисциплинарного и комплексного подхода. В представленном сообщении рассматриваются такие вопросы, как история водообмена, балансовые соотношения инфильтрационных и седимента-ционных вод, процессы, скорости и направления движения потоков подземных и поровых вод, формирование химического состава поровых и подземных вод, строение геофильтрационных сред. Впервые убедительно доказано, что в комплексе плейстоценовых отложений рассматриваемой части Каспийского осадочного бассейна до настоящего времени сохраняются главным образом седиментогенные воды. Химический состав их несколько изменен (в основном в сторону увеличения концентрации компонентов) и определяется процессами взаимодействия (физической, химической и биологической природы) в системе вода—порода—газ—органическое вещество. В наиболее значительной степени данное взаимодействие определяется составом терригенных по-
род широкого литологического спектра (особенно их тонкодисперсной части).
Показано, что в специфических условиях Северного Каспия и Прикаспия, а именно при чрезвычайно низких скоростях потока подземных вод и, следовательно, весьма затрудненном водообмене, ограниченном участии инфильтрационных вод и испарения увеличение минерализации поро-вых/подземных вод происходит, главным образом, за счет взаимодействия с породой. Необходимо отметить, что положение о концентрировании элементов в рассматриваемой части осадочного бассейна в связи с процессами массообмена в водо-по-родной системе данного седиментационного бассейна предложено автором впервые, ранее существовала единственная концепция — концентрирование в процессе испарения.
Важным следствием весьма медленного движения подземных вод является отсутствие их разгрузки в пределах практически всей акватории Северного Каспия. Это обстоятельство ограничивает влияние "вездесущих" подземных вод в данной области бассейна. Понимание факторов сохранности седиментогенных вод весьма актуально для решения многих задач. Это самостоятельная, сложная проблема. На основании результатов настоящего исследования предлагается рассматривать в качестве таких факторов: 1) низкие скорости горизонтальных потоков подземных вод, которые могут быть обусловлены слабыми фильтрационными свойствами пород, низкими гидравлическими градиентами, наличием слабопроницаемых пластов-ловушек переменной мощности и т.д., 2) отсутствие вклада местного инфильтрационного питания, связанного в данном случае с аридностью.
ФАКТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Фактической основой являются материалы комплексных исследований, проводимых автором в составе Астраханской партии НИЧ геологического факультета МГУ. Детально изучалась территория площадью около 1600 км2 в левобережье р. Ахтубы, где осуществляется строительство и эксплуатация Астраханского газового комплекса (АГК). Объектом исследования является водоносный комплекс плейстоцена, а также связанные с ним среды (атмосфера, поверхностная гидросфера, техносфера и т.д.). Получены представительные материалы о подземных водах: уровням и глубинам их залегания, химическому составу (макрокомпонентам, рН, ЕЙ) — тысячи определений, по микрокомпонентам — десятки определений; о породах (литологическому, гранулометрическому составу, минералого-геохимическим характеристикам) — сотни определений; о геофильтрационных, геомиграционных, балансовых характери-
стиках подземного потока (сотни определений). Использованы данные гидрогеологических и инженерно-геологических съемок территории АГК до начала разработки месторождения и на начальных стадиях его разработки (неопубликованные материалы И.К. Акуза, Л.Ф. Кривко, А.Е. Лютницкого), фондовые (ТИСИЗа, ГИПРОВОДХОЗа и др.) и литературные данные. Главным образом использованы керны буровых скважин (несколько тысяч) и образцы шурфов. Многие из этих скважин сохранены (около 500) и доныне действуют в качестве сети мониторинга подземных вод либо оборудованы для проведения опытных геофильтрационных и геомиграционных исследований.
Трудность интерпретации материала заключается в том, что, во-первых, объект в различной степени техногенно модифицирован и, во-вторых, материал не всегда представителен для научных целей. Разработка методики обработки и интерпретации фактических данных — одно из важных достижений данной работы.
Подход автора базируется на традиционном понимании осадочного бассейна [Япаскурт, 2008]. Вещественный состав отложений характеризуется системой взаимосвязанных сред (вода— порода—газ—органическое вещество и т.д.). Подземная вода рассматривается как система, обладающая следующими важнейшими свойствами: а) единством и взаимообусловленностью химической и динамической природы, определяемой геохимическими и структурными особенностями подземной воды, вмещающих и окружающих ее сред, б) чувствительностью к практически любому воздействию, в) высокой подвижностью.
Формирование химического состава подземных вод рассматривается с позиций гидрогеохимической миграции, т.е. пространственно-временного перемещения компонентов подземными водами в системах, образуемых ими с различными средами (породами, газами, органическим веществом и др.) [Bear, 1972; Дривер, 1985; Питье-ва,1988; Лукнер, Шестаков, 1986; Крайнов и др., 2004; Лехов, 2010; Румынин, 2011].
Отсюда вытекает особенность подхода и основание его на принципах системности, историчности и комплексности.
Системный подход предполагает изучение пород, подземных вод, газа и т.д. во взаимосвязи друг с другом и с окружающими средами: зоной аэрации, атмосферой, поверхностными водами и проч. Проводится исследование максимально возможного числа характеристик и влияющих на них факторов.
Принцип историчности заключается в рассмотрении истории седиментационного бассейна, формирования геофильтрационной среды водоносного комплекса, поровых и подземных вод, начиная с накопления осадков в морском бассей-
-100
QI
1
100
8 10 км
— 4
УГВ. 5
6
Рис. 1. Схематический геологический разрез отложений плейстоцена.
1 — пески; 2 — глины; 3 — литологические границы; 4 — стратиграфические границы; 5 — свободная поверхность подземного потока; 6 — скважины.
не. Основой является анализ современного осад-конакопления и поровых вод Каспийского моря, выполненный главным образом по работам Н.М.Страхова [1953, 1954, 1956], Н.В. Тагеевой, М.М. Тихомировой [1962], Л.И. Лебедева с соавт. [1973], А.П. Лисицина [1988], В.Н. Холодова, Ю.П. Хрусталева [1989], Ю.Н Гурского [2003, 2007] и др.
Комплексность исследования заключается в совместном рассмотрении литолого-геофильтра-ционного строения водоносного комплекса плейстоцена, гидродинамики, баланса подземного потока и химического состава подземных вод. Это довольно редкий случай, когда удалось совместить в одном исследовании вышеперечисленные позиции [Голованова 2004, 2007].
Решение частных задач осуществлялось комплексом методов генетического классифицирования, картирования и районирования, включая статистические и расчетно-аналитические методы
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.