Риски в обнаружении ресурсов подземных вод на прибрежных участках мелководных акваторий ямальского севера
- Палкин С.С., Палкин К.С., Палкин Н.С.
DOI: 10.53085/0034-026X_2025_2_51
УДК 556.3
В заполярной части Ямала при широком развитии сплошной мерзлоты до глубин 100–200 и более метров можно обнаружить таликовые зоны в верхней части геологического разреза, связанные с отепляющим воздействием поверхностных водных объектов и содержащие пресные воды, пригодные для питьевого водоснабжения. Вместе с тем, на прибрежных участках мелководных акваторий в дельте р. Обь существуют риски в выявлении таких подземных вод, обусловленные распространением вяломерзлых пород.
Ключевые слова: подземные воды, многолетнемерзлые породы, вяломерзлые породы, ресурсы подземных вод, наземные геофизические исследования, талики.
Выявление ресурсов и запасов подземных вод для водоснабжения в заполярных широтах и на п-ове Ямал представляет собой достаточно сложную практическую геологическую задачу. Это обусловлено широким площадным развитием многолетнемерзлых горных пород мощностью до 100–200 и более метров. Промороженными оказались отложения плиоцен-четвертичного возраста с эшелонированными по вертикали горизонтами (пластами) песчаных и песчано-глинистых пород. Ниже, вглубь по разрезу, залегают уже преимущественно глинистые осадки палеогена и мела. Известный и широко используемый для целей водоснабжения на территории Западно-Сибирского артезианского бассейна атлым-новомихайловский (хаттско-рюпельский) водоносный комплекс в отложениях олигоцена отсутствует.
До начала нынешнего тысячелетия постановка гидрогеологических изысканий с целью обнаружения здесь скоплений подземных вод, представляющих интерес для промышленного каптажа, считалась бесперспективной. Вопреки этому, начиная примерно с начала 2000-х годов, по инициативе первого генерального директора компании ГИДЭК Боревского Б.В. и при активной поддержке территориального и федерального органов управления фондом недр России, на этой и сопредельных территориях в высоких заполярных широтах ЯНАО был организован и реализован ряд проектов по изысканию источников водоснабжения населенных пунктов и объектов освоения и обустройства месторождений углеводородного сырья (рис. 1).
Рис. 1. Обзорная схема заполярной части ЯНАО: 1 — участки гидрогеологических изысканий компании «ГИДЭК»: а — завершенных; б — незавершенных
Предпосылкой для постановки геологоразведочных работ на подземные воды послужила гипотеза о существовании участков растепленных и высоконасыщенных горных пород (таликов) вблизи и (или) под руслами неперемерзающих рек. Уже при реализации первых объектов были достигнуты положительные результаты. На исследуемых участках недр в долинах крупных рек вскрыты и опробованы скважинами таликовые зоны, которые, в большинстве случаев, представляли собой подрусловые сквозные талики (рис. 2, а, б). Особые мерзлотно-гидрогеологические условия были выявлены на прибрежной части Обского эстуария, где таликовую зону удалось обнаружить только в удалении от берега, за границами пляжевой зоны с водной акватории в приближении к глубоководной части р. Обь (рис. 2, в).
Рис. 2. Схематические разрезы типовых таликовых зон, перспективных на воду в заполярной части Ямальского Севера: 1 — аллювий рек; 2 — плиоцен-четвертичные отложения; 3 — граница многолетнемерзлых горных пород (бергштрих направлен в сторону мерзлоты); 4 — контур вяломерзлых горных пород; 5 — мерзлые горные породы; 6 — талые горные породы; 7 — участки каптажа подземных вод; 8 — участки безводные
Еще более сложные мерзлотно-гидрогеологические условия наблюдаются в дельтовой части р. Обь при ее разделении на рукава (протоки), большей частью мелководные и перемерзающие зимой.
В качестве примера приведем результаты изысканий подземных вод на одном из таких участков, в районе с. Панаевск. Уместно заметить, что методика геологоразведочных работ по изучению таликовых зон в регионе отработана и освоена многими профильными гидрогеологическими организациями. Она главным образом заключается в последовательном выполнении следующих основных видов гидрогеологических исследований (рис. 3).
Рис. 3. Общая последовательность гидрогеологических работ на подземные воды
При необходимости в комплекс работ включаются наблюдения за режимом подземных и поверхностных вод.
Возвратимся к окрестностям с. Панаевск. Участок изысканий расположен на первой надпойменной обской террасе, которая с уступом 5–15 м круто обрывается к пойме с протокой Янгота до высотных отметок 1–2 м. Пойма затопляемая, протока Янгота мелководная с обилием песчаных отмелей (рис. 4). Судоходство не ведется. Ширина протоки в створе села 2,5 км. Глубоководные русла дельты Оби находятся на значительном удалении.
Рис. 4. Фрагмент космического снимка района с. Панаевск
В паводок при подъеме уровня вода доходит до берегового уступа, и в многоводные годы пойма практически до октября скрыта слоем воды высотой 1–2 м, которая медленно отступает от берега, оставляя за собой разжиженные, медленно обсыхающие рельефообразующие пески. В маловодные годы пляжевая кромка поймы уже в августе осушена и имеет ширину 100–150 м.
Климат субарктический. Среднегодовая температура воздуха –9,6 °С. Длительность периода с отрицательной температурой 235 дней, поэтому протока Янгота находится подо льдом с середины октября до середины июня.
В гидрогеологическом отношении территория объекта, его ближних и дальних окрестностей, изучена слабо. Изыскания подземных вод здесь ранее не проводились. Следуя результатам гидрогеологического картографирования территории в масштабе 1:1 000 000 (карта 3-го поколения), в интервале глубин от 40–50 до 80 м ожидалось обнаружить талые пласты преимущественно песчаных пород за счет отепляющего воздействия речных вод. Выполненное опережающее геофизическое изучение площади объекта не давало оснований усомниться в достижении положительного результата. В итоге интерпретации данных электрической разведки в указанном интервале выявлен геоэлектрический горизонт с величиной удельного электросопротивления 50–180 Ом·м. Он оценивался как талый водоносный пласт. Данные бурения пилотных скважин с комплексом стандартных геофизических исследований также не создавали предпосылок для получения отрицательного результата.
Однако после сооружения гидрогеологических скважин с совершенными конструкциями водоприемных частей (фильтров) результаты освоения и вызова притока показали их полную безводность. Для установления причин были проведены скважинные термометрические исследования. Поскольку результаты измерений в скважинах были одинаковые, то здесь приведем данные по одной из них (рис. 5).
Рис. 5. Результаты термометрических исследований (скважина 1П, окрестности с. Панаевск)
Условия проведения измерений температуры следующие.
Первые измерения проведены в осушенном стволе, затем ствол скважины «до верха» в этот же день был заполнен речной водой с температурой +10 °С и дважды через 2 и 6 суток проведены повторные измерения. При всех измерениях температура воды по стволу в целевом была отрицательной. Причем замеры в осушенном стволе скважины 1П показали температуру близкую к –1 °С. Было высказано предположение, что охлаждение произошло за счет конвективного перераспределения температуры воздуха вниз по стволу по обсадной колонне от зоны мерзлых пород. Однако после того, как ствол скважины был заполнен жидкостью, вода быстро охладилась до значений –0,3 °С. При этом ствол скважины не замерзал и был доступен для спуска скважинного прибора. При столь незначительной выстойке скважин было установлено, что водонесущие породы находятся в так называемом «вяломерзлом» со стоянии, при котором вода не поступает при откачке в скважину через ее фильтр («не течет»). Так, если пресные или тем более слабоминерализованные воды находятся между (под) горизонтами мерзлых пород и близко расположенными к ним снизу водоупорными (слабопроницаемыми) породами, то в этом случае в водоносном пласте возникает некоторое давление, температура замерзания воды смещается в сторону отрицательных значений, но при этом она находится в жидком состоянии.
Такое специфическое состояние потенциально водонесущих пород обусловило их бесперспективность для решения целевой задачи.
Таким образом, вблизи мелководных акваторий, а возможно и под ними, не создастся достаточно отепляющего воздействия на подземную гидросферу и не будет условий для формирования таликов; породы находятся в вяломерзлом состоянии. Игнорирование данных особенностей приводит, во-первых, к необоснованности постановки работ на таких участках, а во-вторых, к неоправданным затратам на гидрогеологическое бурение.
В этой связи для постановки и реализации изысканий на подземные воды в подобных, выше охарактеризованных, условиях рекомендуется:
а) проводить детальный анализ гидрографии водотоков;
б) на предполагаемых таликах выполнять целенаправленные систематические термометрические исследования в скважинах пилотного бурения в течение 5–10 суток после завершения их проходки. Принимая во внимание, что пилотные скважины бурятся без крепления трубами, необходимо предусматривать установку в них герметичных обсадных колонн для беспрепятственного измерения температуры на любой глубине.
© Палкин С.С., Палкин К.С., Палкин Н.С., 2025
