Природная гидрогеологическая модель Свияжского месторождения подземных вод Республики Татарстан
- Подробности
- Автор: Гараева Т.В.
Рассмотрены природная гидрогеологическая модель Свияжского месторождения питьевых подземных вод — единственного источника питьевого водоснабжения на бедной водными ресурсами территории Предволжья Республики Татарстан, а также особенности формирования запасов подземных вод, определяющие методику их изучения и подсчета.
Ключевые слова: природная гидрогеологическая модель, питьевые подземные воды, палеодолина, песчано-глинистый разрез, запасы подземных вод.
Свияжское месторождение подземных вод расположено на территории гидрогеологической области Предволжье, занимающей западную и юго-западную часть Республики Татарстан.
Район Предволжья крайне беден ресурсами пресных подземных вод, на его территории в верхнеказанских отложениях, залегающих первыми-вторыми от поверхности, имеются толщи и прослои гипсов (серии «подлужник» и «опоки») мощностью до 5–18 м. Промышленные запасы гипсов разрабатываются на рудниках «Сюкеевский Взвоз» и «Тенишево» (Камско-Устьинский район).
Единственной гидрогеологической структурой Предволжья, содержащей подземные воды, по качеству наиболее приближенные к требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 и в количестве, позволяющем создать компактный источник водоснабжения с производительностью 1000 м3/сут и более, является палеодолина р. Свияги, в пределах которой выявлено Свияжское месторождение подземных вод.
В геоморфологическом отношении территория занята Приволжской возвышенностью, которая заходит на территорию республики по правобережью Волги северо-восточным крылом. Высокие абс. отметки характерны для верховьев р. Бездны (правый приток р. Суры в Дрожжановском районе) — 276 м, а также для водораздела Свияги и Волги — 235 м. К Волге возвышенность обрывается крутым уступом, изрезанным долинами малых рек на отдельные участки, получившие название «гор» (Услонские, Сюкеевские, Тетюшские). В структурном плане северная часть Предволжья соответствует переходу с северо-восточного склона Токмовского свода в Казанско-Кажимский наложенный прогиб с южной частью Зеленодольского поднятия. Южная и центральная части территории расположены в пределах Волго-Камской антеклизы, в области сочленения восточного склона Токмовского свода, Казанско-Кажимского прогиба и Мелекесской впадины. В гидрогеологическом отношении месторождение приурочено к Волго-Сурскому артезианскому бассейну, входящему в состав Восточно-Русского сложного бассейна пластовых и блоково-пластовых вод первого порядка.
Эксплуатационные запасы Свияжского месторождения утверждены ТКЗ в 2007 г. в количестве 14,5 тыс. м3/сут по кат. С2, прогнозные ресурсы оценены в количестве 119,5 тыс. м3/сут (таблица). Месторождение состоит из 10 участков, расположенных вдоль левого склона современного русла р. Свияги общей протяженностью около 60–65 км.
Участки месторождения выделены весьма условно, по результатам мелкомасштабных наземных геофизических исследований и бурения малочисленных картировочных и поисковых скважин. Более детальные исследования проведены ЗАО «ГИДЭК» на двух участках месторождения — Студенецком и Верхне-Наратбашском. Запасы подземных вод утверждены ТКЗ и апробированы работой водозабора на Наратбашском участке для водоснабжения Буинского спиртового завода ООО «Русский Стандарт Водка». В настоящее время ЗАО «ГИДЭК» на территории Свияжского месторождения ведутся поисково-оценочные работы по обоснованию источника водоснабжения проектируемого инновационного города Иннополис — спутника Казани. Вблизи проектируемого жилого комплекса источники подземных вод в необходимом количестве (50 тыс. м3/сут) отсутствуют, поэтому работы сосредоточены на Нижне-Свияжском участке Свияжского месторождения, объединяющем Протопоповский, Молвинский и Кубнянский участки. По результатам первого этапа работ (2013 г.) Протопоповский участок признан не перспективным для дальнейшего изучения и в пределах палеодолины южнее него выявлен участок Луговой (рис. 1).
Геологические и гидрогеологические условия на протяжении долины не одинаковы. Изменения условий осадконакопления в период формирования палеодолины привели к возникновению локальных участков, характеризующихся преимущественно песчаным составом геологического разреза на фоне общего песчано-глинистого и глинистого состава палеодолины в целом. Второй фактор изменения строения и состава палеодолины — это современные неотектонические движения, которые привели к образованию уступов коренных пород. Такой участок (Луговой) выявлен в северной части палеодолины р. Свияги (д. Бол. Ходяшево).
Согласно типизации месторождений подземных вод, разработанной Л.С. Язвиным и Б.В. Боревским, Свияжское месторождение относится к подтипу IV-B2: месторождения в погребенных речных долинах, приуроченные к ограниченным по площади структурам — к локальным участкам распространения преимущественно песчаных аллювиальных неогеновых и четвертичных отложений, залегающих среди терригенных и карбонатно-терригенных верхнепермских образований. Продуктивным элементом гидрогеологического разреза является безнапорный неоген-четвертичный водоносный комплекс.
Палеодолина р. Свияги на всю мощность прорезает толщу меловых, юрских и верхнепермских отложений, врезаясь на севере территории в отложения сакмарского яруса до абс. отметок 0 м. Мощность палеодолины колеблется от 45 до 90 м (в среднем 50–62 м), что соответствует абс. отметкам 50–0 м.
Пески, слагающие палеодолину, — кварцевые мелко-, среднезернистые с включениями и прослоями гравия, гальки в основании аллювия. Мощности их колеблются от 1–7 до 12–28 м (район с. Черки-Кильдуразы). Прослои глин в этом типе разреза маломощны и приурочены в основном к верхней части толщи.
Установившиеся уровни подземных вод плиоценового водоносного комплекса зафиксированы на глубинах от 0,5 до 16,2 м (абс. Отметки от 98,2 до 60,0 м). Ближе к поверхности и на низких отметках они фиксируются в долинах рек, а на наибольших — на водоразделах. Повсеместно уклон подземных вод ориентирован к местным речным долинам. В то же время движение подземных вод согласуется с общим уклоном ложа палеодолины с юга на север. Так, абс. отметка пьезометрического уровня в осевой зоне палеодолины р. Свияги на южной границе месторождения — 98,2 м, на северной — 58,0 м.
Аллювиальные плиоценовые образования характеризуются неравномерной водообильностью — от слабой до значительной, изменяясь в зависимости от литолого-фациальных особенностей водовмещающих пород. Дебиты скважин колеблются от 0,2 до 10,0 л/с, понижения уровня — от 2,1 до 25,0 м, удельные дебиты — от 0,03 до >1,0 л/с.
По химическому составу воды довольно однотипны — гидрокарбонатные, реже сульфатно-гидрокарбонатные магниево-кальциевые, натриевые или смешанные по катионному составу. Воды пресные, с минерализацией 0,3–0,8 г/л и значением карбонатной жесткости 6,3–10,0 °Ж. Ограничивающим фактором величины водоотбора является возможность привлечения скважинами водозабора некондиционных вод повышенной (некарбонатной) жесткости и минерализации из уржумских и казанских отложений с бортов палеодолины.
Участки Свияжского месторождения подземных вод расположены на удалении от современного русла реки и не имеют гидравлической связи с поверхностными водами (за исключением Бийского участка). Нижним водоупором является слой неогеновых глин мощностью 5–12 м, отделяющий проницаемую часть палеодолины от водоносных горизонтов в уржумских и казанских отложениях перми.
Основными источниками формирования эксплуатационных запасов подземных вод являются:
- динамические ресурсы, формирующиеся как в пределах частного водосбора на левобережном борту долины р. Свияга, так и на площади палеодолины;
- емкостные запасы, формирующиеся за счет сработки емкости водовмещающих пород структуры;
- привлекаемые ресурсы (поверхностный сток).
При более детальном изучении Наратбашского и Лугового участков были выявлены особенности внутреннего строения палеодолины, литологического состава отложений, слагающих ее участки, и условий формирования запасов подземных вод.
1. Аллювиальные отложения участков Свияжской палеодолины характеризуются двумя типами разрезов:
- на Луговом участке — с трехслойным строением, где верхний водоносный горизонт (условно отнесенный к отложениям четвертичного возраста) распространен повсеместно на территории современной долины (ширина 3–6 км), а целевой плиоценовый водоносный горизонт локализован на участках погребенной долины шириной 500–700 м; разделяет их слабопроницаемый слой мощностью 8–10 м, также развитый повсеместно;
- на Наратбашском участке — с условно однородным строением, где проницаемые водоносные пласты залегают непосредственно друг на друге и не разделены выдержанными слабопроницаемыми отложениями; вместе с тем каждый из выделенных пластов имеет сложнослоистое строение, поскольку включает в себя большое количество глинистых линз и прослоев.
2. Морфология строения участков переуглубленной части палеодолины зависит от условий осадконакопления и происходящих на территории Предволжья неотектонических процессов.
На Наратбашском участке погребенная долина имеет в поперечном сечении корытообразное (или U-образное) строение, ширина ее 4,5 км, максимальная глубина вреза — 46 м, а расположена она в 2 км западнее современного русла р. Свияги; палеодолина сформировалась при отсутствии активных тектонических движений, в условиях проточного бассейна, с умеренной динамичностью эрозионных и аккумулятивных процессов (рис. 2).
На Луговом участке погребенная долина глубиной 90 м и шириной 700–1000 м имеет каньонообразное (V-образное) поперечное сечение, прижата к левобережному коренном склону (рис. 3), конфигурация в плане повторяет очертание современного русла. Особенность строения заключается в резком сокращении мощности вреза (до 12 м) на северной границе участка, далее палеодолина прослеживается севернее, за пределами коренного уступа. Избыточную мощность плиоценовых отложений (до 90 м) на этом участке можно объяснить тем, что в процессе осадконакопления палеоСвияга повышала тальвег долины, чтобы компенсировать тектоническое поднятие тальвега ниже по течению. В более позднее время, когда русло реки стало более широким и скорость течения снизилась, произошло разрушение коренного тектонического поднятия, о чем свидетельствуют многочисленные обломки местного известковистого материала в глинистых четвертичных отложениях, встреченные при бурении поисковых скважин. Именно эти включения легкорастворимого известняка являются причиной повышенного содержания в воде кальция (и как следствие, карбонатной жесткости). По сравнению с Наратбашским участком на Луговом днище палеодолины расположено на более низком гипсометрическом уровне, но врезано в отложения тех же стратиграфических единиц (уржумские и казанские отложения перми).
3. Питание подземных вод и граничные условия формирования запасов также характеризуются определенными особенностями.
На Наратбашском участке питание подземных вод происходит в основном за счет инфильтрации атмосферных осадков через зону аэрации на территории области распространения неоген-четвертичных отложений и за счет бокового притока из вмещающих палеодолину проницаемых пермских отложений. Запасы подземных вод оценены методом математического моделирования. Величина инфильтрационного питания подземных вод W, равная 65 мм/год, оценена по величине атмосферных осадков с использованием эмпирического коэффициента инфильтрации Кw и откорректирована путем решения обратной задачи. Поток подземных вод формируется не только собственно на территории самого участка, но и за его пределами — на водораздельных пространствах.
Уклон потока подземных вод к зоне разгрузки (р. Свияга) согласно карте гидроизогипс составляет 0,0033. На востоке, севере и юге область формирования запасов подземных вод ограничена реками, на западе — водораздельным пространством с абс. отметками поверхности 170–185 м.
Основным источником формирования эксплуатационных запасов подземных вод на Луговом участке являются естественные (динамические) ресурсы, а также привлекаемые ресурсы — перетекание из перекрывающей, более проницаемой песчаной толщи четвертичных отложений через слабопроницаемый слой глин и суглинков. Уклон потока подземных вод к зоне разгрузки (р. Свияга) согласно карте гидроизогипс составляет менее 0,0001. Небольшие уклоны потока подземных вод и поверхности рельефа обусловливают затрудненные условия разгрузки и способствуют развитию разветвленной сети заболоченностей и озер. Верхний питающий слой тесно связан с гидрометеорологическими факторами (атмосферными осадками) и, вероятно, может рассматриваться как граница III рода. Величина инфильтрационного питания подземных вод может быть принята как 20 % от величины атмосферных осадков — 96 мм/год.
Таким образом, гидрогеологические и гидрогеохимические условия формирования запасов подземных вод неоген-четвертичного водоносного комплекса Свияжского месторождения, в соответствии с «Классификацией эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных вод...», отнесены к сложным по изучению и освоению (2-я группа месторождений).
