Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Анализ гидрогеологических закономерностей верхнемеловых отложений юга Западно-Сибирского артезианского бассейна на основе фациальной зональности

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Анализ гидрогеологических закономерностей верхнемеловых отложений юга Западно-Сибирского артезианского бассейна на основе фациальной зональности"

м и'

Томский орденов Трудового Красного Знамени и Октябрьской Революции политехнический институт им. С.М.Кирова

На правах рукописи

ШИГАНОВА Ольга Виктотзовна

УДК 556.3.005:555.763.3:556.334 571.1-13

АНАЛИЗ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЕРХНШЕЛОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ЮГА ЗАПАДНО-СИБИРСКОГО АРТЕЗИАНСКОГО БАССЕЙНА НА ОСНОВЕ ФАЦИАЛЬНОЙ ЗОНАЛЬНОСТИ

04.00.06 - Гидрогеология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Томск

- 1989

Работа выполнена в Томском политехническом институте /ТПИ/ и в Сибирском научно-исследовательском институте геологии, геофизики и минерального сырья /СНИИГТиМС/

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, профессор •С.Д.Шварцев

Официальные оппоненты: доктрр геолого-минерапогических наук, профессор В.М.Матусевич /Тюменский индустриальный ин-т/

кандидат" геолого-минералогических наук В.В.Кремер /ПСО "Востокбурвод"/

Ведущее предгтриятие: Алтайский сельскохозяйственный институт, г.Барнаул

Защита состоится 17 января 1990 г. в 15 час. на заседании регионального специализированного совета К 063.80.08 в Томском политехническом институте /ТПИ/

Адрес: 634004, Томск, 4, ул.Ленина, 30.

С "диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТПИ ■

Автореферат разослан 17 декабря 1989 г

Ученый секретарь регионального специализированного совета, к.г.-м.н., доцент

Н.С.Рогова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Постановка исследований верхнемеловых отложений, как источника пресных и слабосолоноватых подземных вод на юге Западной Сибири, была продиктована принятыми правительством СССР "Долговременной программы, мелиорации земель..." и "Основных направлений экономического и социального развития СССР на 1986-1990 гг. и на период до 2000 г." В настоящее время для южной части Западной Сибири поверхностные источники кондиционных питьевых и технических вод исчерпаны. Поэтому все большее внимание привлекают к себе подземные воды, ресурсы которых по общегеологическим соображениям значительны. На сегодняшний день в регионе сложилось чрезвычайное положение с использованием и эксплуатацией подземных вод верхнемеловых отложений. Без научно обоснованной модели, базирующейся на знаниях о гидрогеологических закономерностях верхнемеловых отложений, невозможно создание системы рационального, сбалансированного использования подземных вод для решения вопросов их охраны от истощения на региональном уровне.

Цель работы. Изучить региональные закономерности распространения и формирования подземных вод верхнемеловых отложений /в объеме сеноманского и коньяк-сантонского ярусов/ на основе фациальной зональности водовмещающих отложений и оценить возможность их использования в водоснабжении сельскохозяйственного производства.

Задачи исследо-ваний:1- выявление фациальной зональности коньяк-сантонского и сеноманского седименгацион-ных бассейнов; 2 - изучение региональной гидродинамики и гидрогеохимиИ водоносных горизонтов коньяк-сантонского и сеноманского прусов; 3 - выявление связей между продуктивностью водоносных' горизонтов, содержанием основных компонентов в подземных водах и фациями водовмещающих отложений; 4 - проведение типологического гидрогеологического районирования верхнемеловых отложений юга Западно-Сибирского артезианского бассейна на основе фациальной зональности.

Материалы и методика исследова-

н и й. В работе использованы результаты собственных гидрогеологических исследований, проведенных автором в СНИИГГиМСе в 19801989 гг., обобщены фондовые материалы производственных геологических и водопоисковых организаций, привлечены литературные источники. Проанализированы результаты гидрогеологического опробования и стандартного каротажа 1200 скважин, расположенных в регионе, а также описание керна по 53 скважинам, любезно предоставленное А.М.Казаковым.

Методика исследований включала в себя гидрогеологическое опробование эксплуатационных скважин, традиционные методы анализа вод /пламенно-фотометрический и потенциометрический/, литоло-го-фациальный и тектоно-седиментационный анализы геологической информации, гидродинамический и гидрогеохимический .анализы гидрогеологической информации. Анализ гидрогеологических условий верхнемеловых -отложений строился на основе фациального подхода к выделению гидрогеологических объектов, корректность выделения которых проверялась методами математической статистики с использованием ЭШ ЕС-1033.

При названии химического состава подземных вод, минералогического состава пород, фаций, доминирующие составляющие ставились в конце.

Научная новизна: I - установлены закономерности распределения водоносных пластов среди континентальных при-брежно-морских и морских отложений; 2 - выделены древние долины стока, служащие в настоящее время главными транзитными зонами подземных вод сеноманского водоносного горизонта; 3 - установлено , что в условиях древних аккумулятивных равнин проявляется и статистически подтверждается связь гидрогеологических параметров водоносных горизонтов и признаков фаций; 4 - выявлено, что фаг-циальные особенности разрезов и их изменчивость по латерали определяют гидродинамику и гидрогеохимию верхнемеловых отложений юга Западно-Сибирского артезианского бассейна; 5 - впервые проведено типологическое гидрогеологическое районирование сеноманского и коньяк-сангонского водоносных горизонтов на основе фаци-альной зональности.

Защищаемые положения: I - фациальная зональность водовмещающих отложений сеноманского и коньяк-сангон-ского ярусов определяет основные региональные закономерности распространения и формирования подземных вод; 2 - геохимическая

зональность подземных вод, определяясь условиями и степенью водообмена, отражает фациальцую зональность водовмещающих отложений; 3 - фациальная зональность коньяк-сантонского и сеноманского ярусов верхнего мела, определяющая региональные закономерности распространения и формирования заключенных в них подземных вод, является корректной основой типологического гидрогеологического районирования для целей сельхозводоснабжения.

Практическая з. начимость. Представленная геолого-гидрогеологическая модель верхнемеловых отложений юга Западно-Сибирского артезианского бассейна позволяет разработать систему рационального, сбалансированного использования подземных* вод на региональном уровне, а также решать частные задачи: проводить прогнозщш оценку площадей по использованию подземных вод верхнемеловых отложений при проектировании региональных схем ирригации территории рискованного земледелия, прогнозировать продуктивность водоносных тел и качество заключенных в них вод, прогнозировать устойчивость работы эксплуатационных скважин, вести целенаправленно поиски и разведку подземных вод.

Реализация и апробация-работы. Основные результаты работы использованы в двух научно-исследовательских отчетах СНИЖТкМС /№ ГР 01.86.0067328 и № ГР01.88.003160/ а также внедрены в УС "Новосибирскмелиоводстрой", "Запсибгипро-водхозе", ПС0 "Востокбурвод". Общий условный экономический эффект по внедрениям составил I 097 125 руб.

Основные положения диссертации докладывались на IX Геологической научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Сибири /Новосибирск, 1984/, на XI Всесоюзном совещании по подземньм водам Сибири и Дальнего Востока /Чита, 1985/, на Региональном совещании "Геология и география' агрохимического сьгрья Западной Сибири и пути его использования" /Новосибирск, 1986/, на Всесоюзном научном семинаре "Региональные гидрогеологические, инженерно-геологические и геокриологические исследования в целях охраны геологической среды" /Москва, 1989/, на научном семинаре кафедры гидрогеологии и инженерной геологии ТПИ, на. секции Региональной геологии Ученого Совета СНИИГГиМС, изложены в четырех публикациях.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 110 страниц машинописного текста, 21 таблицу, 26 рисунков. Список использованной литературы вклю-

чает 83 наименования.

В процессе работы над диссертацией ценными были консультации с гидрогеологом И.М.Земсковой, кандидатами геолого-минералогических наук А.М.Казаковым,-М.Б.Букаты, С.П.Кузьминым. Особую признательность автор выражает кандидату геолого-минералогических наук В.И.Стасову за постоянные консультации в области региональной геологии и стратиграфии. С искренней благодарностью автор вспоминает кандидата геолого-минералогических наук И.Г.Зальцмана, своего первого наставника в области стратиграфии и региональной геологии Западной Сибири. Большую помощь в оформлении диссертации оказала Л.П.Яковлева. Автор признательна Л.А.Солобоевой и доктору географических наук А.Д.Арманду, оказавшим содействие в получении собственных фактических материалов.

Научное руководство осуществлялось доктором геолого-минералогических наук С.Л.Шварцевым, которому автор выражает благодарность за постоянные консультации и поддержку, способствовавших, завершению работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава I. ПРЕДПОСЫЛКИ ВЫБОРА ФАЦИАЛЬНОЙ ЗОНАЛЬНОСТИ ДРЕВНИХ АККУМУЛЯТИВНЫХ РАВНИН КАК ОСНОВЫ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ТЕРРИТОРИИ

В главе приводится краткий анализ причин щжоритетности изучения водоносных систем при гидрогеологическом картировании и гидрогеологическом районировании. Рассмотрены разработки Н.К.Игна^-товича,. В.А.Всеволожского, К.П.Караванова, Ш.Г.Милихикера, М.В.Ра-ца, Р.К.Селли, показывающие перспективность анализа фаций при гидрогеологических исследованиях.

Рассмотрена фация как геологический объект, позволяющий выявлять пространственное взаимоотношение разных типов осадочных образований в пределах площадей территории. Приведена краткая систематика методов фациального анализа и признаков фаций по А.В.Ма-кедодаву /1985/. Показаны некоторые особенности признаков фаций, оказывающих вчияние на гидрогеологические особенности водоносных систем. Так, динамика подземных вод коррелирует с.петрофизически-ми и структурными признаками, емкостные свойства водоносных тел - с морфологическими, петрофизическими и структурными признаками, химический состав и степень минерализации - с петрографо-минерало-

гическими и биофациальными признаками.

Уровень генетической памяти фаций тесно связал со стадией катагенеза. „При переходе от ранних стадий к более поздним происходит последовательное стирание индивидуальных особенностей признаков фаций /по мнению Ю. П.Казанского /1971/ в большей степени это сказывается на петрографо-минерал'огических и геохимических признаках/ и снижение детерменированности их влияния на гидрогеологические признаки водоносных систем.

Многовариантность строения водовмацающих отложений, особенно континентального и переходного седимешогенеза, непосредственно или опосредованно влияет на особенности гидрогеологических объектов, предопределяя резкую изменчивость продуктивности водоносных тел, изменение минерализации подземных вод,Р а в соответствующей мере и соотношение компонентов их химического состава. Без учета фациальной зональности водовмещающих отложений в региональном плане можно искусственно создать дробность картируемых площадей, либо, при недостаточном количестве точек гидрогеологического опробования, формировать непредставительные массивы признаков гидрогеологических объектов.

Рассматриваемые автором верхнемеловый отложения на юге За^-падно-Сибирской плиты представляют собой комплекс пород сложного, преимущественно континентального и переходного к морскому генезиса, находящихся на стадии начального катагенеза /В.П.Казаринов, Г.Н.Перозио/ и развивающихся в относительно спокойном тектоническом режиме. Исходя из этого положения, автор приходит к выводу, что основой регионального гидрогеологического картирования и типологического гидрогеологического районирования верхнемеловых отложений юга Западно-Сибирского артезианского бассейна может слу жить фациальная зональность водоносных горизонтов.

Глава 2. ФАЦИАЛЬНАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ ВЕРХНЕМЕЛОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ НА ЮГЕ ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ ПЛИТЫ

В южной части Западно-Сибирской плиты отложения верхнего мела/в объеме сеноманского и коньяк-сантонского ярусов/ представлены мощной толщей терригенных пород континентального переходного и морского седименгогенеза. Граница развития этих отложений контролируется крупнейшими разломами, прослеживаемыми на сотни километров. Постседименгационные изменения осадков верхнего мела

связаны с процессами диагенеза и начального катагенеза. Изучением- геологического строения верхнемеловых отложений и их постседи-менгационными преобразованиями 'занималась большая группа исследователей: Н.Н.Ростовцев, В.П.Казаринов, Ф.Г.1Урари, Т.И.Гурова, О.М.Ддаменко, Е.В.Шумилова, Г.Н.Перозио. В 70-х годах сводкой геологических материалов и составлением региональных литолого-фа-ци^льных карт рассматриваемых отложений занимались И.Г.Зальцман и А.М.Казаков. В 1986-1988 гг., совместно с В.И.Стасовым, автором составлены фациальные карты и карты коэффициентов пес^анис-тости для сеноманского и коньяк-сангонского ярусов, причем для первого стратиграфического подразделения эта работа была вылол- . нена впервые. Фациальная зональность этих отложений, фиксируемая значениями коэффициентов .песчанистости, и описывается в этой главе.

Отложения сеноманского яруса представляют собой верхнюю часть разреза покурского горизонта, отличающуюся повышенным содержанием грубообломочного материала. Под действием дифференцированных блоковых движений (фундамента четко обозначились своеобразные зоны, где в процессе осадконакопления преобладали аллювиальные, озерно-аллювиадьные, аллювиально-озерные условия, часто сменяющие друг друга во времени и пространстве. Вблизи складчаг-тых систем формировались отложения полигенетического типа. Мощность толщи сеноманского яруса составляет 150-250 м.

Среда генетических типов континентальных отложений сеноман- • ского яруса наиболее широкое развитие получили песчаные фации аллювия. Строение разрезов аллювиального поля, при одинаковом генезисе, относительно неоднородно, меняется количество водоносных пластов в разрезе, их. мощности /20-120 м/, фракционный состав обломочного материала по разрезу и латорали, но при этом сохраняется общая закономерность уменьшения зернистости песчаного материала снизу' вверх как для всего разреза, так и для отдельных водоносных пластов. От осевой гоны к периферии аллювиального поля возрастает количество глинистых прослоев. Водоносные пласты представлены песками кварцевыми, кварцево-поле-вошпатовыми, разнозернистыми, преобладают средне- и крупно-зернистые разности. Приводится описание разрезов фаций, дается ана^-лиз закономерностей изменчивости особенностей разрезов в зависимости от их расположения относительно областей сноса кластичес-кого материала.

Выделение комплексов фаций озерно-аллюви-ального и аллювиально-озерного осад-конакопления на территории исследований достаточно условно и основало на преобладании глинистых или песчаных фаций в общем разрезе яруса. Условно принято, что при содержании песчаного материала 50-70 % от мощности разреза отложения отнесены к комплексу фаций озерно-аллювиального осадконакопления, а при 20-50 % -к аллювиально-озерному. Кроме того, при этом учитывалось пространственное положение выделенных зон в общем плане седименгаци-онного бассейна и их отношение к основному аллювиальному полю. Водоносные пласты озерно-аллювиальных фаций представлены песками кварцевыми, кварцево-полевошцатовыми разнозернистыми, преобладают средне- и мелкозернистые разности, мощности пластов 10-50 м. Водоносные пласты аллювиально-озерных фаций, мощностью 2-25 м, представлены песками кварцево-полевошпатовыми, полимиктовыми, преимущественно мелко- и среднезернистыми разностями. Встречаются прослои бурых углей мощностью 2-3 м. Приведено описание разрезов и показано пространственное положение продуктивных водоносных пластов.

Фации делювиально-озерного осадконакопления выделяются по периферии седименгационного бассейна. В восточной части региона они представлены фациями глин, которые практически не содержав песчаных -водоносных пластов. Вдоль южных границ в разрезе фаций появляются водоносные пласты мощностью 2-10 м, представленные песками преимущественно мелкозернистыми, а на контакте с фациями аллювия - кварцевыми груббзернистыми.

Отложения туронского яруса представлены существенно г л и-н и с т ы м и ф а ц и я м- и моря. Мощность разрезов меняется от периферии к центральный зонам от 10-20 до 40-60 м. Это разделяющий пласт между водоносными горизонтами сеноманского и коньяк-сангонского ярусов.

Отложения коньяк-сантонского ярусов формировались в сложных условиях осадконакопления, меняющихся с востока на запад. В бассейне седиментации этих отложений выделяются три области по типу обстановки осадконакопления: континентальная, прибрежно-морская и морская.

Континентальные отложения распространены на- крайнем востоке коньяк-сантонского седименгационного бассейна. Слагаются они комплексом терригенных пород /мощностью 50-150 м/, насыщенных рас-

тительным детритом. На площади развития отложений этого генезиса выделяются две зоны по преобладанию либо .фаций озерного осадконакопления, либо - аллювиального. Комплекс фаций озер-но-'аллювиального осадконакопления, где значения коэффициентов песчанистости составляют 23-100 %, развит в южной части территории, причем зоны повышенных значений коэффициента песчанистости представляют собой полосы шириной 20-80 км, вытя-щггые в северном направлении. Комплекс фаций аллюви-ально-озерного осадконакопления развит в северной части территории, здесь значения коэффициента песчанистости более выдержаны по площади и составляют 50-100 %. Водоносные пласты континентальных- обложений' слагаются песками кварцевыми, квар-цево-полевошпатовыми преимущественно мелкозернистыми, в южных районах - разнозернистыми, вплоть до грубозернистых разностей.

Прибрежно-морские отложения занимают центральную часть'территории междг морскими и континентальными образованиями. Это комплекс существенно песчаных фаций мощностью от 20 до 170 м, значения коэффициента песчанистости разрезов меняются от 7Р до 90 %. Состав песков преимущественно глауконито-кварце-вый и кварцево-глауконитовый, представлены они мелко- и разно-зернистыми разностями.

Морские образования коньяк-сангонского яруса занимают западную часть рассматриваемого региона. Здесь выделены комплексы преимущественно песчаных фаций верхней сублатерали и значительно глинистых фаций средней сублатерали. Значения коэффициента песчанистости разрезов соответственно меняются от 83-100 % до 0-12 %. В северной части территории /зона глинистых фаций/ в основании разреза выделяется один песчаный пласт мощностью 4-12 м. Пески, в основном, кварцево-глауконито-вые, глауконито-кварцевые мелкозернистые на севере и мелко- и разнозернистые на юге.

Выявленная фациальная зональность верхнемеловых отложений Западно-Сибирской плиты послужила основой.анализа их гидрогеологических закономерностей.

Глава 3. РЕГИОНАЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ВЕРХНЕМ ЕЛОВЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ

Гидрогеологические исследования юга Западно-Сибирского ар-

тезианского бассейна нашли отражение в работах М.И.Кучина, П.А.Удодова, Е.В.Михайловой, М.С.Гуревича, Б.Ш.Маврицкого,С.В.Егорова, В.А.Всеволожского, В.И.Донина, С.М.Мухамзджанова, А.А.Рози-

на, Ю.Н.Акуленко, И.М.Земсковой, А.А.Свищева, Н.Р,.Шаймерденова. В главе кратко'приведены основные положения гидродинамики и геохимии подземных вод верхнемеловых отложений, представленные в работах этих авторов.

На основе систематизации большого фактического материала автором составлен набор карт гидродинамического и гидрохимического содержания для водоносных горизонтов коньяк-сантонского и сенома-нского ярусов. Построение карт базировалось на гидрогеологической информации, отражающей естественные условия, не измененные техногенным воздействием. При таком подходе отчетливее проявляются связи между гидрогеологическими параметрами водоносных горизонтов и фациальными особенностями водовмещающих отложений.

Подземные.воды сеноманского водоносного горизонта вскрываются на глубинах от 180-400 до 900-1000 м от периферии к центральным зонам. Уровни подземных вод устанавливаются на 6-30 м выше поверхности земли и На глубине 2.5-35 м сг поверхности земли -соответственно на пониженных и повышенных площадях рельефа.

Анализ формы пьезометрической поверхности для сеноманского яруса показывает, что формирующиеся в Приалтайской зоне подземные воды / абсолютные отметки уровней 150-154 м/, первоначально двигаясь в северном направлении, через 300-400 км разбиваются на отдельные потоки, приуроченные к зонам развития песчаных фаций аллювия. По этим зонам пьезометрические уровни выше фоновых от 3-5 м /в южной части/ до 7-15 м /на севере/. Такое распределение пъезоуровней по латерали позволяет прийти к выводу, что древние долины стока лредставляют собой основные транзитные зоны движения подземных вод из областей питания, а граничные с ними отложения с повышенным участием в разрезе глинистых фаций /озерных/ являются своеобразными литологическими барьерами. Помимо этого на общем фоне регионального потока подземных вод отмечается ряд депрессий уровенной поверхности, связанных с фациальной особенностью водовмещающих отложений, т.е". возрастанием веса глинистых фаций в общем разрезе. Это Славгородская, Купинская и Чановская депрессион-ные зоны.

Изменение удельных дебитов скважин по площади также подчиняется зональности водовмещающих отложений. Условно выделяются две

зоны - краевая и центральная. В первой удельные дебиты скважин составляют 0.5 л/с и более, во второй - 0.5 л/с и менее. Такое распределение продуктивности пластов-по площади определяется ста-пенью вклада песчаных фаций аллювия в общий разрез сеноманского яруса.- Содержание солей в подземных водах сеноманского яруса меняется закономерно от областей питания к областям разгрузки, со-подчиняясь с распространением фаций. В связи с этим в зонах развития песчаных фаций аллювия минерализация подземных вод более низка /0.2-3.7 г/л/, чем в зонах развития озерно-аллювиальных /0.3-5.8 г/л/ и аллювиально-озерных фаций /0.6-8.6 г/л/. Проявляется эта дифференцироваадость минерализации по латерали в формировании "языков внедрения" опресненных вод по зонам развития песчаных фаций аллювия. Обобщенные гидрогеологические и гидрогеохимические параметры водоносного горизонта сеноманского яруса приведены в таблице I.

Закономерности расрпделения подземных вод коньяк-сангонско-го ярусов Щ)че отражают фациальцую зональность водовмещающих отложений, причиной этого является большая дифференцированность обстановок осадконакопления - от морской до континентальной. В зоне развития морских отложений глубины залегания кровли -водоносного горизонта меняются от 180-300 до 900 м, увеличиваясь в сто-роцу Омской впадины. Пьезометрические уровни здесь выше поверхности земли на 7-16 м. В области развития прибрежно-морских отложений глубины залегания кровли коньяк-сантонского ярусов составляют от 160-200 м в Казахстанской части региона до 500-700 м в Северной Барабе. Соответственно, пьезометрические уровни устанавливаются на отметках от -20 до +10 м, достигая в Центральной 1^лунце отметок на 15-20 м выше поверхности земли. На площадях распространения континентальных отложений подземные воды вскрываются на глубине 300-400 м, пьезометрические уровни здесь уста^-навливаются на глубинах от 10-60 м на водоразделах до 5-7 м выше поверхности зёмли на понижениях рельефа.

Уровенная поверхность подземных вод коньяк-сантонского ярусов отражает два пъезомаксимума, приуроченных к площадям повышенных значений коэффициента песчанистости. Это Кулундинская и Павлодарская зоны, абсолютные отметки пъезоуровней здесь составляют 147-149 и 152-158 м соответственно. Обе области пъезомаксимумов приурочены к зонам крупных тектонических разломов - Иртышскому и Аламбайскому. В зоне последнего отложения коньяк-сантона

Таблица I

Средний химический состав подземных вод фаций сено-манского яруса, мг/л

Переменные Комплексы фаций

Аллювиальных Оз ерш-аллювиальных Аллювиально-озерных Делювиально-озерных

Удельные дебиты скважин, л/с 0.61 0.52 0.30 0.01

рН 8.21 8.15 8.16 7.60

Сухой остаток 765 1207 1734 5293

А/л 200 417 628 1542

Са2+ 6 6 9 187

Мдг< 3 3 4 194

N.Я 0.14 0.16 0.18 2.34

0.11 0.08 0.09 -

Гег* 0.08 0.06 0.05 —

СО§- 12 14 14 0

нсод 381 552 533 342

50Г 81 115 119 956

и- 96 168 284 2247

щ~ 0.09 0.07 0.12 -

т 0.08 0.08 0.12 -

' 8.7 9.4 9.4 8.0

°2 1.7 1.5 1.8 3.4

залегают непосредственно на породах палеозоя, а в зоне первого -на значительно опесчаненых аллювиальных отложениях сеномана, лежащих, в свою очередь, непосредственно на палеозойских образова-' ниях. Здесь создаются благоприятные условия для свободной фильтрации подземных вод палеозойских образований (э вышележащие меловые водоносные горизонты.

Тесная связь изменчивости значений'удельных дебитов скважин с коэффициентом песчанистости разрезов коньяк-сангонского ярусов отчетливо проявляется для прибрежно-морских фаций и менее - для морских и континентальных, что связано с уровнем измененности -петрофизических признаков фаций. Наибольшие значения удельных, дебитов. отмечаются в осевой зоне мелководья области, прибрежно-морского осадконакопления. Здесь наличие грубокластичных базаль-ных пластов и достаточно динамичный режим осадконакопления определили хорошую промытость водовмещающих отложений, и удельные дебиты составляют 0.5-1.0 л/с с участками повышенных значений более 1.5 л/с.

Общее содержание солей в подземных водах коньяк-сангонского ярусов увеличивается по потоку от. областей питания к областям разгрузки, подчиняясь фациальной изменчивости разрезов. Конфигу- • рация изоминер в большей мере отражает, направление потока подземных вод, чем форма пьезометрической поверхности. Особенно хорошо это видно по изоминере 0.7 г/л, которая обрисовывает поток опресненного флюида северного направлешя, совпадающего с простиранием существенно песчаных.фаций прибрежно-морского седименгогенеза. Анализ карты минерализации подземных вод коньяк-сангонского ярусов показывает, что если изоминеры до I г/л отражают в большей степени направление потока, то форма изоминер большего значения /особенно 5 г/л/ показывает пространственную привязку линз и прослоев песчаных пород, особенно в зоне перехода прибрежно-морских отложений в морские. По мнению Л.Б.Л^ухина /1961/, именно эта зона характеризуется Трудно предсказуемым расположением и простиранием песчаных пластов и линз. Обобщенные гидрогеологические и гидрогеохимические параметры 'водоносного горизонта коньяк-сангонского ярусов приведены 'в таблице 2.

Таким образом, исследования гидрогеологических закономерностей верхнемеловых отложений показывают наличие реальных связей между фациальной зональностью водовмещающих отложений, через формируемую ею региональную макронеоднородность геофильтрационного .

Таблица 2

Средний химический состав подземных вод фаций коньяк-сангонского ярусов, мг/л

Переменные Комплексы фаций

Морских Прибрежно-морских Континентальных

Удельные дебиты скважин, л/с 0.23 0.41 0.06

рН 7.79 . 7.74 7.39

Сухой остаток 2581 690 600

Да* :;887 208 100

Са2+ 29 10 36

Мдг* 14 5 15

м; 0.72 0.36 0.09

Ре" 0.37 0.17 0.17

Ре" - 0.16 0.33

С0§- 15 . II 20

нсод 459 338 182

№ 461, 109 186

СГ 708 . 81 60

щ- - 0.07 -

Ж - 0.16 0.41

- 7.1 4.3

°2 0.62- 1,99 2.01 .

поля, и распределением и формированием в них подземных вод.

Глава 4. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ВЕРХНЕМЕЯОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ И ЕГО СВЯЗЬ С .ФАЦИШИ

Изучением геохимии подземных вод верхнемеловых отложений юга Западно-Сибирского артезианского бассейна занимались М.А.Гу-ревич, Б.Ф.Маврицкий, С.В.Егоров, И.В.Гармонов, С.М.Мухамедаанов, А.А.Розин, Ю.Н.Акуленко, А.А.Свищев, Н.Р.Шаймерденов. В работах этих авторов отмечается постепенная смена геохимических типов подземных вод с юго-востока на северо-запад от гидрокарбонатных .кальциевых через сульфатно-гидрокарбонатные натриевые и хлоридно-гидрокарбонатные натриевые до хлоридных натриевых, подчиненная общему закоцу метаморфизма химического состава вод.

С целью выявления взаимосвязей между химическим составом подземных вод и фациями автором составлены гидрогеохимические карты рассматриваемых водоносных горизонтов, изучена изменчивость концентраций элементов химического состава и рассчитаны коэффициенты парной корреляции между этими элементами для разных типов фаций в зависимости от обстановок осадконакопления. Для водоносного горизонта сеноманского ¿фуса рассчитаны коэффициенты парной корреляции междг коэффициентом песчашстости разрезов в точках гидрогеологического опробования и компонентами.

Сопоставление гидрогеохимических карт и карт фациальной зональности показывает, что-помимо общей закономерности роста минерализации подземных вод по пото.ку и простиранию фациальных зон, дифференцированность ее значений по типам фаций, а с нею и соста^-ва подземных вод. Рост концентраций солей от песчаных фаций аллювия и прибражно-морской обстановки осадконакопления /0.2-0.8гу^/ до глинистых фаций сублатеральной обстановки осадконакопления /3-5 и более г/л/ влечет за собой смецу химического состава подземных вод от гидрокарбонатных натриевых через хлоридно- и сульфатно-гидрокарбонатные /оэерно-аллювиальная обстановка осадконакопления/ до хлоридных натриевых.

Подчиняясь общей закономерности увеличения минерализации, содержание отдельных компонентов состава подземных вод меняется дня разных фациальных зон. Так, для гидрокарбонатных натриевых вод сеноманского яруса, осредненные значения минерализации меняются от 0.7 до 1.3 г/л при переходе от песчаных фаций аллювиальной

обстановки осадконакоплэния к песчано-глинистым фациям аллювиаль-но-озерной. фи этом содержание элементов соответственно соста--вляет /мг/л/: натрий - от 251 до 470, кальций - от 3 до 6, железо трехвалентное - от 0.15 до 0.32, сульфат-ион - от 100 до 173, хлор - от 77 до 172. Изменение состава вод обусловлено изменчивостью пегрофизических, структурных и морфологических признаков . фаций, оказывающих влияние на условия водообмена внутри водоносной системы. Такая же закономерность присуща и водоносному горизонту коньяк-сантонского яруса при переходе от континентальной к морской обстановке осадконакопления и в зависимости от вклада . песчаных фаций' в общем разрезе.

Отражение общих закономерностей метаморфизма подземных вод проявляется и в корреляционных связах между его элементами. Натрий, например, сохраняет значимую положительную корреляционную связь с доминирующими в составе подземных вод анионами. Коэффициент корреляции с гидрокарбонатами меняет свои значения по фа^-циальным. зонам," составляя для: аллювиальной - 0.777, озерно-ал-люгиальной - 0.365, аллювиально-озерной - мицус 0.435, делйгвиалб-но-озерной - минус 0.676. Значения коэффициентов корреляции натрия с хлором" в этом случае возрастают от 0.930 до 0.970.

В общем, связь фациальной зональности водовмещающих отложений с геохимическими особенностями подземных вод проявляется через формируемую первой региональную макронеоднородность геофильтрационного поля, оказывающую одно из решайцих влияний на дина^-' мику подземных вод внутри водоносной системы и определяющую интенсивность водообмена как интегрирующий фактор взаимодействия в системе вода-порода /Шварцев, 1978/.

Глава 5. ТИПОЛОГИЧЕСКОЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ КАК БАЗА РАЗРАБОТКИ ПЕРСПЕКТИВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

В главе приводится краткий анализ имеющихся в литературе направлений в области гидрогеологического районирования. Приве- ' дена схема таксонов типологического гидрогеологического райони- .• рования, цредпагаемая автором: область - тип обстановки осадконакопления, район - комплекс фаций, участок - минерализация подземных вод, подгчасток - химический состав подземных вод, площадь - водообильность отложений /удельные дебиты скважин/. -

Территория развития отложений сеномана отнесена к одной гидрогеологической области, сформировавшейся в едином континентальном режиме осадконакопления. Вцутри гидрогеологической области, на основе фациальной. зональности, выделено четыре гидрогеологических района: аллювиальных фаций, озерно-аллювиальных фаций, ал-лгавиально-озерных-фаций, делювиально-озерных'фаций. Приведена ха^-рактеристика выделенных таксонов. Показана высокая перспектива ность гидрогеологического района фаций аллювия для использования, подземных вод в водоснабжении, как по емкостным параметрам водо-вмещающих отложений, так и по качественному составу подземных вод.

На территории распространения водоносного горизонта коньяк-сангонского ярусов выделено три гидрогеологических области: мор-»' ского, прибрежноморского и континентального осадконакопления. Вцутри гидрогеологических областей выделено от одного" до дцух гидрогеологических районов по комплексам фаций. Приведена характеристика выделенных таксономических единиц. Показана высокая перспективность использования подземных вод района прибрежно-мо-рских фаций в водоснабжении.

В этой же главе приводятся карты распространения кондиционных вод для питьевого использования.

Учитывая, что подземные воды верхнемеловых отложений являются единственным перспективным источником оросительных вод в сельхозмелиорации, автором проведена оценка качества подземных вод рассматриваемых стратиграфических подразделений на регионапь-' ном уровне.

Выбор метода оценки качества подземных вод для целей ирригации проводился путем подбора территории-аналога длительного и интенсивного развития ирригации, для которой существует корректная, по мнению автора, методика. Выбор пал на южцую часть Украины. как региона,хорошо изученного в мелиоративном отношении. Приведены климатические, физико-географические, геологические и почвенные характеристики сопоставляемых сельскохозяйственных регионов. Проведена оценка качества подземных вод верхнемеловых отложений по ГОСТ 25 900-83 "ВоДа для орошения юга Украины". Проверка полученных результатов осуществлялась привлечением выборочных расчет о в, другими методами: графический метод И.Н.Угланова /1976/ и оценка "выверенного" натриевого адсорбционного отношения /Кац, Шестаков, 1931/. Получены сопоставимые результаты.

Выявлено распределение площадей с разными ирригационными типами подземных вод по выделенным гидрогеологическим районам. Отмечено, что в рассматриваемом регионе /общая площадь около 190 ООО км^/ существует лишь небольшая по площади территория -9 ООО км2 /для сеноманского яруса/ и 9 800 км^ /для коньяк-сан-тонского ярусов/, где подземные воды при их использовании в ирригации не спровоцируют осолонцевание и засоление почв. Пространственно эти территории совпадают, что еще больше уменьшает площади сельхозугодий с благоприятными условиями использования подземных вод рассматриваемых водоносных горизонтов в орошении. Приурочены эти площади к южным зонам гидрогеологических районов фасций аллювия сеноманского яруса и прибрежно-морских фаций коньяк-сангонского ярусов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Впервые для сеноманского яруса на юге Западно-Сибирской плиты, совместно с В.И.Стасовым, выявлена фациальная зональность разрезов. Зоны с определенным комплексом фаций выделялись с учетом коэффициента песчанистости разрезов. Отмечено, что для аллювиальных фаций его значения составляют 70-100 %, для озерно-ал-лювиальных - менее 20 %. Для коньяк-сангонскр.го ярусов была использована карта фаций И.Г.Зальцмана и А.М.Казакова; сопоставление ее с картой коэффициента песчанистости показало следующее распределение этого показателя по латерали: комплекс фаций -83-100 % /верхняя сублатераль/ и 0-12 % /средняя сублатераль/, комплекс континентальных фаций - 23-100 % /озерно-аллювиальные фации/ и 50-100 % /аллювиально-озерные фации/.

Фациальная изменчивость водовмещающих отложений верхнего мела по латерали, фиксируемая значениями коэффициента песчанистости, послужила основой для анализа их гидрогеологических закономерностей на юге Западно-Сибирского артезианского бассейна.

2. Выявлено, что основными транзитными зонами латерального потока подземных вод сеноманского яруса является область развития песчаных фаций аллювиальных отложений, а для коньяк-сангон-ского ярусов - песчаных фаций прибрежноморского осадконакопления.

3. Установлено, что геохимическая зональность подземных вод верхнемеловых отложений, в значительной мере определяясь условиями и степенью водообмена, отражает фациальцуто зональность водо-

вмещающих отложений. Одним из подтверждений этого положения является приуроченность подземных вод гидрокарбонатного натриевого и кальциево-магниевого состава к зонам повышенного водообмена: в сеноманском ярусе - к комплексу песчаных фаций аллювия, в конь-як-сангонском ярусах - песчаных фаций прибрежно-морского седиме-ногенеза.

4. Впервые для данной территории на основе систематизации большого гидрогеологического и геологического материала выявлены и подтверждены методами математической статистики значимые связи между фациями и подземными водами, заключенными в них. Так, например, по мере снижения водоо.бильности отложений от аллювиальных к делювиально-озерным от 0,61 л/с до 0.04 л/с возрастает минерализация вод от 0.8 до 5.2 г/л, соответственно растет содержание в их составе хлорг., сульфатов, натрия. Результаты корреляционного анализа подтверждает общность условий накопления в водах кальция и магния /все типы фаций/, железа и сульфатов /фации коньяк-сангонского ярусов/, железа и карбонатов /фации сеноман-ского яруса/. Выявленные связи междо фациями и заключенными в них подземными водами позволяют прогнозировать для различных фаци-альных зон качественный состав последних.

5. Установлено, что фациальная зональность коньяк-сангонского и сеноманского ярусов, определяющая региональные закономерности распространения и формирования заключенных в них подземных вод, является корректной основой типологического гидрогеологического районирования для целей водоснабжения на юге Западао-Сибир-ского артезианского бассейна.-

6. Проведенное типологическое гидрогеологическое районирование водоносных горизонтов верхнего мела позволило 'оценить перспективность использования заключенных в них подземных вод в сель-хозводоснабжении как по качественным, так и по количественным показателям. Высокоперспективными являются гидрогеологические районы аллювиальных фаций сеноманского яруса и прибрежно-морских фаций коньяк-сангонского ярусов, к ним приурочены пресные подземные воды гидрокарбонатного натриевого, хлоридно- и сульфатно-гидр о карбонат ног о натриевого состава. На значительных площадях региона подземные воды рассматриваемых отложений не пригодны ни для питьевого, ни для орошения без мероприятий по улучшению их качества. В последнем случае необходим комплекс химических мели-ораций почв.

Список опубликованных, работ по теме диссертации:

1. Водоносные пласты" покурского горизонта на юге ЗападноСибирского артезианского .бассейна // Геология и полезные ископа^-емые юга Западной Сибири. - Новосибирск, 1988. - С.108-113. /Совг мест но с В. И. Стасовым/.

2. Палеогеографические реконструкции при прогнозировании и поисках месторождений подземных вод на юге' Западно-Сибирского артезианского бассейна // XI Всесоюзное совещ. по подзем, -водам Сибири и Дальнего Востока: Тез.докл. - Чита, 1985. - С.72-73. /Совместно с В.И.Стасовым и-Ф.Г.Гурари/.

3. Составление карт загрязненности подземных вод артезианского бассейна на примере юга Западной Сибири // Картографическое обеспечение развития народного хозяйства. - Новосибирск: Наука, 1988. - С.27-32. /Совместно с В.'И.Стасовым и Ф.Г.1>рари/.

4. Древние аккумулятивные равнины и принцип их гидрогеологического районирования при решении задач водоснабжения сельского хозяйства на юге Западной Сибири // Принята к печати секцией Проблем литосферы Научного Совета АН СССР по Проблемам биосферы. /Совместно с В.И.Стасовым/.