Delist.ru

Закономерности формирования подземных вод в горно-складчатых и платформенных областях Верхнего Приамурья (30.01.2008)

Автор: Сорокина Анна Трофимовна

Применив системный подход и комплексный анализ в изучении природных особенностей Верхнего Приамурья, автор при рассмотрении особенностей формирования подземных вод учитывает их взаимосвязь с разрывными нарушениями, неотектоническими процессами, сейсмичностью и криогенезом, определяющими условия размещения их областей питания, накопления, разгрузки и водообильность. При этом, термины «гидрогеологические системы», «гидрогеологические резервуары», «подземные водоносные системы» и «емкости подземных вод», автор, вслед за Е.В. Пиннекером (1980), использует в работе как синонимы.

Структурно-тектоническая неоднородность гидрогеологических систем. Верхнее Приамурье включает большое разнообразие гидрогеологических резервуаров классических типов: разновысотных и генетически разнородных криогенных и непромороженных гидрогеологических массивов и адмассивов, разнопорядковых и сложнопостроенных артезианских, адартезианских и вулканогенных бассейнов. Тектонический режим, неотектонические процессы определили их различия в строении, степени расчлененности, обусловили особенности геокриологических и гидрогеологических условий, существенным образом повлияли на дифференцированный характер размещения проницаемых и обводненных зон, обладающих значительными ресурсами подземных вод.

Автором проведена типизация гидрогеологических систем Верхнего Приамурья, которая отражает их многоступенчатую иерархию, вплоть до выделения обводненных участков, имеющих большое значение для решения водохозяйственных проблем региона. В Байкало-Алданской гидрогеологической складчатой области доминируют криогенные гидрогеологические массивы: Становой, Янкано-Тукурингро-Джагдинский и Тында-Зейский, включающие целый ряд незначительных по площади низкопорядковых гидрогеологических массивов, адмассивов, адбассейнов, вулканогенных бассейнов, а также Верхнезейский межгорный криогенный артезианский бассейн. В пределах рассматриваемой области преобладают трещинные и трещинно-жильные, реже трещинно-пластовые воды, связанные с зонами разломов и экзогенной трещиноватостью, приуроченные к метаморфическим, магматическим и терригенным породам. Водообильность их весьма неравномерная, преимущественно локальная, определяемая интенсивностью трещиноватости пород, положением гидрогеологического резервуара по отношению к основному и местному базисам дренирования, связью с современной гидросетью.

По отношению к многолетнемерзлым породам в пределах Байкало-Алданской гидрогеологической области выделяются надмерзлотные, межмерзлотные, подмерзлотные и воды таликов. Надмерзлотные воды приурочены к склоновым дресвяно-щебенистым грунтам, крупноглыбовым накоплениям курумников и русловым аллювиальным отложениям. Характерные особенности надмерзлотных вод – незначительная глубина залегания (0,5-1,5 м), небольшая мощность (1,5-2,5 м) и сезонность действия родников, изменение водообильности в течение года, а также переходы от свободного состояния (летом) в напорное (зимой). Дебит родников варьирует от 0,1 до 0,3 л/с, реже до 3-4. Воды преимущественно гидрокарбонатные с различным катионным составом и минерализацией не более 0,05 г/дм3.

Межмерзлотные воды наиболее распространены в Верхнезейском артезианском бассейне, где вскрываются скважинами на глубинах 46-58 м и 187-222 м и приурочены к пескам и слабосцементированным песчаникам раннемиоценового и раннемелового возраста. Удельный дебит скважин не более 0,1-0,2 л/с. Химический состав вод гидрокарбонатный с минерализацией до 0,1 г/дм3.

Подмерзлотные воды установлены в осадочных, изверженных и метаморфических породах на значительной части Байкало-Алданской гидрогеологической складчатой области. Они вскрыты многочисленными скважинами на ст. Олекма, Усть-Нюкжа, Юктали, Дюгабуль, Чильчи, Ларба, Лопча, Хорогочи, Тында, Кувыкта, Первомайский и др. Удельный дебит скважин варьирует в широких пределах (0,1-13 л/с) и определяется степенью трещиноватости пород, обусловленной влиянием тектогенеза и связью с водами современного аллювия. Сквозные талики встречаются под руслами крупных рек, которые служат источниками питания подмерзлотных вод. Химический состав вод гидрокарбонатный кальциевый с минерализацией 0,05-0,3 г/дм3.

Амуро-Охотская гидрогеологическая область включает Ольдойский адмассив, Гонжинский, Октябрьский и Туранский гидрогеологический массивы, разделенные Верхнеамурским, Депским адартезианскими бассейнами, ограниченные Умлеканским, Огоджинским, Орловским и др. вулканогенными бассейнами. Центральное положение рассматриваемой гидрогеологической области занимает Зейско-Буреинский бассейн, отнесенный автором к артезианскому I порядка. Он включает Амуро-Зейский и Нижнезейский артезианские бассейны II порядка, Приамурский, Зейско-Селемджинский, Екатеринославский и Архаринский III порядка, границы между которыми проводятся по внутренним гидрогеологическим массивам, перекрытых маломощным чехлом осадков четвертичного или неоген-палеогенового возраста. В пределах артезианских бассейнов III порядка установлены малые артезианские бассейны, охватывающие участки максимального (до 4000 м) погружения фундамента, в большинстве случаев приуроченные к палеодолинам крупных водотоков.

В строении Зейско-Буреинского артезианского бассейна выделяются нижний и верхний ярусы. Нижний ярус (средняя юра – ранний мел) представлен комплексом вулканитов основного, среднего и кислого состава, песчаников, конгломератов и аргиллитов екатеринославской, итикутской и поярковской свит общей мощностью до 2500 м, верхний (верхний мел-кайнозой) - песчаными и алеврито-глинистыми отложениями завитинской, цагаянской, кивдинской, райчихинской, мухинской, бузулинской, сазанковской и белогорской свит, мощность которых составляет 1500–1700м.

Водоносные горизонты четвертичных отложений, белогорской и сазанковской свит безнапорные. Они формируют бассейны грунтовых вод, среди которых наиболее крупный приурочен к Амуро-Зейскому междуречью. Водоносные комплексы бузулинской, мухинской, кивдинской, цагаянской, завитинской и поярковской свит напорные. Водовмещающие породы представлены песками, песчаниками, гравийно-галечниками, конгломератами, а в нижних частях разреза поярковской свиты – эффузивами. Они включают пластово-поровые и трещинно-пластовые воды с минерализацией 0,2-0,7 г/дм3 преимущественно гидрокарбонатного состава.

Закономерности в размещении наиболее крупных скоплений подземных вод определяются приуроченностью хорошо отсортированных пород к осевым частям малых артезианских бассейнов, слабо обводненных отложений озерно-болотного комплекса – к их периферии и практически безводных – к погребенным гидрогеологическим массивам, перекрытым глинистыми осадками. В центральных частях малых артезианских бассейнов, совмещенных с положением древних долин Амура и Зеи в палеоген-неогеновых и меловых отложениях вскрыто от 30 до 60 водоносных горизонтов, обладающих высокими эксплуатационными возможностями (месторождения артезианских вод Белогорское, Райчихинское, Комиссаровское и др.), где значения модулей прогнозных ресурсов превышают 2 л/с?км2 (Язвин и др., 2003).

Глава 4. ТЕХНОЛОГИЯ ВЫЯВЛЕНИЯ И ИЗУЧЕНИЯ ЗОН ПОВЫШЕННОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И ОБВОДНЕННОСТИ гидрогеологических резервуаров ВЕРХНЕГО ПРИАМУРЬЯ

Сложные геолого-гидрогеологические условия рассматриваемого региона, большое разнобразие разнопорядковых и различных по морфологии и строению гидрогеологических систем, неравномерная, локальная и часто «поверхностная» гидрогеологическая изученность без учета влияния неотектонических процессов, сейсмичности и разрывных нарушений на формирование как гидрогеологических емкостей, так и ресурсов подземных вод, обусловили необходимость систематизации геологической, геофизической информации, в том числе сейсмологических данных, на качественно новом уровне, на основе научного подхода и комплексного анализа, учитывающего многообразие природных факторов в формирования подземных вод Верхнего Приамурья.

Для выявления обводненных зон и оценки проницаемости разломов автором были использованы широко известные традиционные методы: морфоструктурный, литолого-фациальный, палеогеографический, геофизический, дистанционный и др. Наряду с этим, автор применил и нетрадиционные методы: гелиеметрические и атмохимические, а также анализ геодинамических напряжений при сейсмологических исследованиях.

Гелиеметрические и атмохимические методы. В последние годы значительно усилился интерес к гелиеметрическим исследованиям как средству решения теоретических аспектов проблемы глубинного строения земной коры и степени ее проницаемости, выяснения флюидного режима мобильных тектонических нарушений в связи с прогнозом землетрясений и дегазацией недр.

Использование газового фактора для оценки раскрытости глубинных разломов обусловлено еще и тем, что именно разломы контролируют пути движения газов из глубоких недр к поверхности земли и могут фиксироваться устойчивыми во времени аномалиями свободных, растворенных в воде и сорбированных в породах газов [Яницкий, 1979; Толстихин, 1985; Якуцени, 1985].

Постановка указанных видов работ осуществлялась дифференцированно в различных типах гидрогеологических систем на выбранных участках или полигонах, характеризующихся структурно-тектонической неоднородностью, наличием разрывных нарушений и локальным распространением подземных вод. Гелиеметрическими и атмохимическими исследованиями были охвачены гидрогеологические массивы Байкало-Алданской гидрогеологической складчатой области и южная часть Зейско-Буреинского артезианского бассейна в местах сопряжения малых артезианских бассейнов и погребенных гидрогеологических массивов, как наиболее геодинамически активных зон. Кроме этого, для сравнительной оценки эффективности гелиеметрических и атмохимических методов при решении аналогичных задач, в другом регионе и в комплексе с геофизическими методами, опытно-методические работы были поставлены в пределах Сихотэ-Алинской гидрогеологической области на восточном ограничении Амурской литосферной плиты. Исследования на этом полигоне проводились для выбора площадки для строительства ДВ АЭС на стадии ТЭО с непосредственным участием автора.

В пределах Станового, Тында-Зейского и Янкано-Тукурингро-Джагдинского гидрогеологических массивов водно-гелиевое опробование выполнялось в гидрогеологических скважинах на отрезке Олекма-Тында трассы БАМ. Газо-шламовое опробование осуществлялось по двум профилям: Солнечный – Аносовская – Тында и Невер - Соловьевск – Стрелка – Тында, расположенных вкрест простирания разрывных нарушений. Общая протяженность профилей составила 325 км, шаг опробования 1,5-2,5 км.

В результате водно-гелиевого опробования установлена резкая дифференцированность гелиевого поля с концентрациями водорастворенного гелия от 6,2·10-5 до 10000·10-5 мл/дм3. Аномально высокие значения установлены в пос. Олекма (9000-10000·10-5), Усть-Нюкжа, Юктали (4500·10-5-6000·10-5) и г. Тында (7000·10-5-8000·10-5 мл/дм3), а также в узлах пересечения Ханийского и Тас-Юряхского разломов с Нюкжинским, Тындинского с Гетканским разрывом. Невысокие концентрации водорастворенного гелия установлены в пос. Дюгабуль (28·10-5-31·10-5), Чильчи (16,5-21·10-5), Лопча (16,5·10-5-17·10-5 мл/дм3). На ст. Ларба концентрация гелия изменялась от 6,2·10-5 до 200·10-5 мл/дм3, что свидетельствует о дискретном размещении зон повышенной проницаемости.

По результатам газо-шламового профильного опробования наиболее высокие концентрации сорбированных в породах углекислого газа (до 170 см3/кг), водорода (до 23,9 см3/кг), метана (до 2425?10-4 см3/кг) приурочены к зонам взаимодействия Сергачинского, Тындинского и Ерофеевского разломов.

Амуро-Охотская гидрогеологическая область. Гелиеметрические и атмохимические исследования включали водно-гелиевое опробование на участке Ерофей Павлович – Тыгда по Транссибирской магистрали и газо-шламовое опробование в южной части Зейско-Буреинского артезианского бассейна. На первом из них опробованием были охвачены Верхнеамурский адартезианский, Талданский вулканогенный бассейны, Ольдойский и Гонжинский гидрогеологические массивы.

В результате проведенных работ в пределах адартезиаских вулканогенных бассейнов установлены низкие от 5,7·10-5 до 24·10-5 мл/дм3 концентрации водорастворенного гелия. Более высокие содержания гелия характерны для Гонжинского гидрогеологического массива, где концентрации возрастают до 60,4·10-5 - 82·10-5 мл/дм3 (ст. Гонжа, Магдагачи), а аномально высокие, достигающие 2900·10-5 - 3200·10-5 мл/дм3, отмечаются в зоне влияния Тыгдинского структурного шва (пос. Тыгда, Покровское).

Оценка проницаемости разрывных нарушений в пределах южной части Зейско-Буреинского бассейна осуществлялась путем атмохимического опробования 467 гидрогеологических скважин. Полученные результаты свидетельствуют о том, что некоторые разломы, перекрытые осадочным чехлом (до 250 м) и считавшиеся ранее залеченными, оказались проницаемыми. Наиболее контрастные аномалии водорастворенного гелия, интерпретируемые как участки повышенной проницаемости, приурочены к структурно-тектоническим узлам в зонах сочленения Дмитриевского, Комиссаровского, Лермонтовского и др. малых артезианских бассейнов с Благовещенским, Гродековским, Полтавско-Ильиновским гидрогеологическими массивами, которые формируют Чигиринско-Корфовскую, Константиновскую, Ново-Петровскую и Архаринско-Бурейскую аномальные площади с концентрациями гелия от 1078·10-5 до 74600·10-5 мл/дм3.

Газо-шламовое атмохимическое опробование в южной части Зейско-Буреинского артезианского бассейна проводилось по профилям вкрест простирания разрывных нарушений, ограничивающих Сергеевский вулканогенный бассейн, Благовещенский и Гродековский гидрогеологические массивы, Лермонтовский, Михайловский, Новопетровский, Архаринский малые артезианские бассейны. Полученные результаты свидетельствуют о том, что наиболее высокие значения сорбированных в породах водорода (до 628 см3/кг), углекислого газа (до 116,5 см3/кг), метана (до 3000?10-4 см3/кг) приурочены к пересечению Призейского структурного шва с Селемджинским разломом и к Нижнезейскому разрыву (по Геологической карте…, 1999).

Изучение раскрытости разрывных нарушений и степени их проницаемости в пределах Сихотэ-Алинской гидрогеологической складчатой области было проведено на территории, охватывающей низовья рр. Амгунь, Дуки, верховья рр. Сироки, Горин и Гайчан, по профилю газо-шламового бурения от пос. Хальгасо (15 км севернее г. Комсомольска-на-Амуре) до пос. Тавлинка, секущему основные геологические структуры и разломы северо-восточного простирания. Протяженность профиля составила 168 км, шаг опробования 1 км.

Рассматриваемый регион расположен в пределах Горинского синклинория Сихотэ-Алинской складчатой системы, сложенного терригенными породами триаса, юры и мела, на которые наложены кайнозойские осадочные образования и эффузивы. Территория приурочена к границе Переходного и Континентального литосферных блоков [Малышев и др., 1980; Корчагин, 2001] в зоне раздвига широтного направления, осложненного сдвигами северо-восточного простирания. Глубинные процессы, протекавшие на границе коры и мантии в Континентальном и Переходном блоках привели к современному поднятию первого и опусканию последнего. Наибольшая скорость опускания, по данным измерений на геодинамическом полигоне, вблизи п. Эворон, составляет 5,6 мм/год, уменьшаясь в сторону р. Амгунь (до 1 мм/год) и п. Хурмули (до 0,8 мм/год).

Разрывные структуры района представлены разломами трех направлений: северо-восточного, близмеридионального и северо-западного. Важнейшие из них принадлежит системе северо-восточных левосторонних сдвигов Танлу, протягивающихся из центральных районов Китая (Геологическая карта ..., 1999) и представлены Дукинским, Баджальским, Хинганским, Горинским, Курским и Харпинским нарушениями, заложенными в позднем мезозое – раннем кайнозое. В течение последнего, включая современное время, они остаются активными, что подтверждается приуроченностью к ним эпицентров землетрясений. Магнитуда землетрясений 4-5 баллов, энергетический класс от 4 до 12, глубина очага 10-25 км. Разломы сопровождаются зонами рассланцевания, брекчирования, катаклаза мощностью от 200 до 4000 м. Нарушения северо-западного и близмеридионального простирания относятся к сбросам с амплитудами смещения в первые сотни метров, также с зонами катаклаза и брекчирования до 200 м.

Дукинская система разломов имеет преимущественно близмеридиональное простирание и состоит из серии разрывов указанного направления и секущих ее северо-западных и северо-восточных нарушений. Газовое поле ее невыдержанно и характеризуется концентрациями сорбированного в породах водорода от 1,2 до 5,23 см3/кг, углекислого газа от следов до 19,2 см3/кг и метана от 7,8 до 13599·10-4 см3/кг. Наиболее высокие значения указанных газов отмечаются в узлах пересечения разломов близмеридионального и северо-восточного направлений. Мощность тектонически ослабленной и проницаемой зоны составляет около 15 км, вдоль нее заложена долина р. Дуки.

Баджальский разлом северо-восточного простирания, шириной 4-5 км. Зоны повышенной проницаемости фиксируются значениями водорода до 3,6 см3/кг, углекислого газа до 15,3 см3/кг. Концентрации метана здесь незначительны.

Хинганский разлом северо-восточного направления характеризуется значительными величинами углекислого газа, достигающими 41,9 см3/кг, которые коррелируют с повышенными (9642·10-4 см3/кг) содержаниями метана. Концентрации водорода составляют 3,2-5,5?10-4 см3/кг.

Горинский разлом ограничивает Харпичиканский грабен северо-восточного направления. Из сорбированных в породах газов здесь преобладает углекислый (19,1 – 22см3/кг). Для водорода характерны значения не более 3,6 см3/кг. На продолжении Горинского разлома в юго-западном и северо-восточном направлениях отмечаются выходы минеральных холодных углекислых вод. В пос. Харпичан при опробовании гидрогеологической скважины концентрация водорастворенного гелия составила 139,2·10-5 мл/дм3, что подтверждает наличие проницаемых зон.

Курский разлом в северной части площади по зонам интенсивной трещиноватости сопряжен с Горинским, а в южной – с Харпиканским разрывами, формируя блоки и структурно-тектонические узлы различные по степени проницаемости и раскрытости. Концентрация углекислого газа здесь варьирует от 3,5 до 25 см3/кг, метана от 3000?10-4 до 121853·10-4 см3/кг. Наиболее высокие содержания газов отмечаются в узлах разнонаправленных разрывных нарушений. Прямая корреляция углекислого газа и метана характерна для зон северо-восточного направления.

Харпиканская система разломов представляет собой сложное сочетание зон трещиноватости северо-восточного простирания и секущих их преимущественно одиночных разрывов северо-западного и близмеридионального направлений, фиксируемых концентрациями сорбированного водорода до 8,9 см3/кг, углекислого газа до 135 см3/кг. В Харпиканской системе разломов установлены самые высокие по профилю содержания углекислого газа.

Вышеприведенные результаты атмохимических исследований подтверждают современную активность и проницаемость Хинганского, Курского и Баджальского разломов северо-восточного простирания в узлах пересечения их с зонами близмеридионального направления. Установлено, что ведущим комплексом газов, типичным для активных разрывных структур региона являются метан и углекислый газ. Специфичным для района работ, по сравнению с другими регионами (Верхнее Приамурье, Забайкалье), является низкая гелиеносность территории, так как концентрация гелия в большинстве своем близка к атмосферной.

Методы космической геодезии (GPS технология) для изучения кинематики Амурской литосферной плиты. С целью изучения этих процессов в северо-восточной части Амурской плиты сотрудниками ИЗК СО РАН и ИГиП ДВО РАН в 2000 г. был создан Амуро-Зейский геодинамический полигон, включающий измерения комплектами GPS-приемников на пункте BLAG в г. Благовещенске, на временных шести пунктах по региональному профилю г. Благовещенск — пос. Сутара, и на Константиновском локальном геодинамическом полигоне.

По результатам измерений методом GPS-геодезии за период наблюдений получены первые данные о современных горизонтальных движениях земной коры на изученной территории. Расчеты поля скоростей за период измерений с 2000 г. по настоящее свидетельствуют о том, что пункт BLAG (г. Благовещенск) смещается в составе Амурской плиты в юго-восточном направлении относительно Сибирской платформы со скоростью около 5,4 мм/год, смещение пункта KHAJ (г. Хабаровск) совпадает по направлению со смещением находящегося на окраине Охотоморской плиты пункта YSSK (г.Южно-Сахалинск), а Баджало-Буреинско-Малохинганский блок смещается на юго-запад относительно Северо-Китайского блока со скоростью 13,4 мм/год. Все пункты, находящиеся на западном склоне Мал. Хингана, имеют одинаковое направление и близкие скорости смещений. На Константиновском полигоне получены данные о локальных горизонтальных деформациях, приводящих к нарушению части построек. На основании проведенных замеров методом GPS скорости горизонтальных смещений в его пределах достигают 80 мм/год.

???????????М

/ских и геологических материалов, позволили рассчитать коэффициент раскрытости трещин в реперных точках сейсмологических наблюдений, который в дальнейшем был дополнен гелиеметрическими, гидрогеологическими и гидрологическими показателями. В результате комплексной интерпретации вышеуказанных материалов в пределах Байкало-Алданской гидрогеологической складчатой области были выделены Усть-Нюкжинский, Тындинский и Джагдинский районы с наиболее высокой раскрытостью и проницаемостью разрывных нарушений.

Реконструкция палеогеографических условий Зейско-Буреинского бассейна с целью выявления зон повышенной проницаемости. Для восстановления условий формирования Зейско-Буреинского артезианского бассейна использовался литолого-фациальный и палеогеографический анализы, позволяющие проследить с раннего мела до антропогена миграцию магистральных водотоков, долины которых четко фиксируются по мощным линзам мезозойско-кайнозойских руслово-пойменных осадков. В Приамурской погруженной зоне они выполняют малые Тараконский, Сычевский, Сергеевский бассейны. Русловая ложбина Зеи в Зейско-Селемджинской погруженной зоне совпадает с Червинским, Ульминским, Сапроновским, Натальинским, Комиссаровским, Лермонтовским малыми артезианскими бассейнами и прослеживается от Тукурингрского поднятия до г. Благовещенска. Долина Завитой в Екатеринославской погруженной зоне приурочена к Романовскому и Михайловскому малым артезианским бассейнам. Русла этих рек на протяжении длительной истории развития Зейско-Буреинского бассейна блуждали в пределах широких долин при общем постепенном смещении к западу. Эти события происходили в обстановке интенсивного и непрерывного прогибания, постоянного перемыва и переотложения осадков руслово-пойменного комплекса, что обусловило четкую приуроченность наиболее мощного комплекса отсортированных отложений к осевым (центральным) частям погруженных зон, а озерно-болотных глинистых пород преимущественно к периферии. Это в конечном итоге и определяет структурно-гидрогеологическую неоднородность и размещение районов с различной степенью обводненности.

Итогом комплексного исследования территории явились специализированные литолого-фациальные и палеогеографические схемы, выполненные по отдельным временным интервалам, служащие основой для реконструкции гидрогеологических обстановок Зейско-Буреинского бассейна.

Глава 5. роль разломов в формировании зон повышенной проницаемости и обводненности Верхнего Приамурья

Страницы: 1  2  3  4  5  6