Водоносные комплексы Кузнецкого угольного бассейна

26.03.2020

Кузнецкий бассейн и примыкающие склоны окаймляющих его разновозрастных горных сооружений представляют крупную сложную водонапорную систему площадью более 50 тыс. км2. Осадочные и магматические породы этой территории по фациально-геохимическим и гидрогеологическим особенностям можно разделить на шесть водоносных комплексов, приуроченных к определенным структурным этажам бассейна. Первый водоносный комплекс сложен преимущественно морскими карбонатно-терригенными породами кембрия, силура, девона и нижнего морского карбона, образующими нижний структурный этаж (фундамент) бассейна. Второй и третий комплексы приурочены к среднему структурному этажу и представлены терригенными лагунно-континентальными (C1—P1) и континентальными (P2) угленосными отложениями. Верхний структурный этаж бассейна, сложенный песчано-конгломератовыми континентальными мезозойскими образованиями, является четвертым водоносным комплексом. Породы палеозоя и мезозоя прорваны силлами и дайками диабазов и базальтов и другими изверженными породами, представляющими обособленный пятый комплекс. Рыхлые отложения четвертичного, неогенового и палеогенового возраста являются шестым водоносным комплексом. Краткая характеристика литологического состава и геохимических особенностей пород водоносных комплексов Кузнецкого угольного бассейна приведена в табл. 52.

В Кузнецком бассейне в большом объеме проводятся съемочные, разведочные и тематические гидрогеологические работы. Исследования направлены на детальное изучение подземных вод с целью водоснабжения промышленных центров, выяснения гидрогеологических и инженерно-геологических условий разработки месторождений полезных ископаемых, использования минеральных углекислых вод, изучение закономерностей формирования подземных вод, ресурсов и условий их освоения.

Гидрогеологическая изученность бассейна и окружающих его горных областей неравномерна. Наиболее полные данные имеются по разведанным и разрабатываемым угольным и железорудным месторождениям, Подобасско-Тутуясскому и Чусовитино-Бунгарапскому артезианским бассейнам, а также подземным водам аллювиальных отложений крупных рек в пределах промышленных районов.

По условиям залегания и движения в водоносных комплексах выделяются следующие типы подземных вод: в первом трещинно-пластовые и трещинно-карстовые, во втором, третьем и пятом трещинно-пластовые, в четвертом трещинно-пластовые, иногда трещинно-порово-пластовые, в шестом — порово-пластовые. Подземные воды каждого водоносного комплекса отличаются специфическим химическим составом. В целом по бассейну наибольшей обводненностью характеризуются скальные породы всех водоносных комплексов в пределах верхней зоны региональной трещиноватости и зон разрывных нарушений, особенно в долинах рек и депрессиях рельефа.

В некоторых районах удельный расход воды по скважинам в долинах логов и рек нередко достигает 4—5 и даже 10 л/сек. На возвышенных же участках он не превышает 0,1 л/сек (рис. 43). Исследования показывают, что под депрессиями рельефа формируются зоны хорошо промытых пород, обладающих высокой обводненностью и фильтрационными свойствами.

Основными путями фильтрации подземных вод в зоне активного водообмена являются трещины выветривания. При изучении характера трещиноватости выявлено, что несмотря на общее хаотическое расположение трещин, затухание их всегда направлено вниз от дневной поверхности. Вследствие чего на водоразделах, где движение вод совпадает с направлением затухания трещин, последние подвергаются кольматации глинистым минералом, принесенным из верхней, наиболее разрушенной части разреза. В областях же разгрузки, где фильтрация вод происходит в противоположном направлении, т. е. снизу вверх — в направлении увеличения каналов трещин по принципу обратного фильтра, имеет место суффозионный процесс, обусловливающий вынос продуктов выветривания.

Одновременно с развитием речной долины в процессе эрозионного вреза формируется зона хорошо промытых пород, обладающая повышенными фильтрационными свойствами. При большой протяженности и распространении на глубину до 50—100 м эта зона мощной естественной подземной дрены со значительным расходом потока подземных вод представляет интерес при решении вопросов водоснабжения. Практически все эксплуатационные скважины Кузбасса с расходом воды более 300 м3/сутки каптируют воды этой зоны, особенно если водоносные породы представлены песчаниками. При глинистом комплексе пород дебиты воды по скважинам даже в этой зоне существенно снижаются.

В понижениях рельефа все породы более водоносны, чем на водоразделах, но каждая литологическая разность характеризуется определенной водообильностью в пределах одного и того же геоморфологического элемента рельефа.

В депрессиях рельефа одновременно с суффозионными активизируются процессы выщелачивания, вследствие чего в песчаниках наряду с трещинным имеет место и поровый тип фильтрации.

Первый водоносный комплекс (Сm1—C1t+v). Породы этого комплекса развиты по окраинам бассейна и представлены известняками, известковистыми песчаниками, эффузивно-осадочными образованиями, туфами, туфобрекчиями, кристаллическими сланцами и др. Они характеризуются весьма изменчивой водообильностью. Наиболее водоносны известняки нижнего кембрия, карбона и девона, особенно закарстованные их разности. Удельный дебит воды по скважинам достигает 1—3 л/сек, а в отдельных случаях превышает 10 л/сек. Расходы источников составляют 2—4 л/сек, иногда более 30 л/сек. Имеется ряд крупных источников в пределах Салаирского кряжа: Салаирский (с дебитом 8—16 л/сек), Гурьевский (28—70 л/сек), Артыштинский (15—30 л/сек), Урской (до 100 л/сек). Среди известняков наиболее закарстованными и обводненными являются мраморизованные разности. Окремненные плотные известняки не закарстованы, водообильность их более низкая. Источники и скважины, дренирующие подземные воды этих пород, имеют дебиты воды порядка 1—2 л/сек.

Источники с дебитом воды более 1—2 л/сек, как правило, выходят у подножия коренных склонов долин рек, на участках глубоко расчлененного рельефа, реже у уреза воды в русле. Отдельные выходы отмечаются высоко на склонах, где приурочены к зонам разрывных нарушений или контактам с более плотными породами. Многие источники каптированы и подземные воды используются местными жителями (города Салаир, Гурьевск и др.).

Водообильность известняков и известковистых пород с глубиной резко уменьшается. Мощность зоны наиболее водообильных пород составляет 80—120 м. Трещинно-карстовые и трещинно-пластовые воды на отдельных участках в долинах рек являются напорными.

Эффузивно-осадочные отложения обводнены слабо и подземные воды, связанные с ними, практического значения не имеют.

Второй водоносный комплекс (C1os—P1bl). Трещинно-пластовые воды лагунно-континентальных отложений балахонской серии широко развиты в бассейне. Они детально изучены в Прокопьевско-Киселевском, Усинском, Беловском, Кемеровском и Анжерском районах. Породы характеризуются невысокой водообильностью, о чем свидетельствуют в целом относительно небольшие притоки воды в действующие шахты (не более 300—400 м3/час) и карьеры (30—50 м3/час в Kpacнoбродском, Бачатском и др.), а также низкий дебит скважин (0,1—0,4 л/сек). Наиболее обводнена верхняя (до глубины 50—100 м) трещиноватая зона пород.

Третий водоносный комплекс (Р2). Трещинно-пластовые воды континентальных отложений кольчугинской серии в бассейне развиты очень широко. Они сравнительно полно изучены в Ленинском, Беловском, Ерунаковском, Осиновском и других районах. Породы комплекса обводнены различно. Наиболее обводненными являются пачки пород с преобладанием песчаников, менее — аргиллитов и алевролитов. Высокой водообильностью характеризуется верхняя, наиболее трещиноватая зона пород, особенно в долинах рек, ручьев и логов, где удельный дебит некоторых скважин достигает 5—6 л/сек (красноярские песчаники Кемеровского района, песчаники Беловского и Ленинского районов в долинах рек Бачат и Иня, песчаники кузнецкой свиты Томь-Усинского района).

Мощность зоны пород с повышенной водообильностью изменяется от 50 до 100 м в долинах рек и от 100 до 150 м на водораздельных участках. Средние удельные дебиты скважин на водораздельных участках составляют 0,1—0,2 л/сек, в долинах рек 0,5 л/сек и более. На глубине свыше 100—150 м водообильность пород резко падает, удельные дебиты скважин не превышают 0,1 л/сек, удельное водопоглощение составляет 0,002—0,01 л/сек при повышении уровня до 15—30 м.

Максимальная водообильность пород связана с зонами тектонических разломов под долинами рек. На водоразделах разрывные нарушения практически не проявляют повышенной водоносности.

Четвертый водоносный комплекс (Mz). Отложения комплекса представлены слабосцементированными песчаниками, алевролитами, аргиллитами триаса, конгломератами, песчаниками, алевролитами, аргиллитами и углями юрского возраста, а также песчаниками и алевролитами мелового. Наиболее распространены слабо дислоцированные юрские отложения, выполняющие ряд депрессий и представляющие собой артезианские бассейны второго порядка — Чусовитино-Бунгарапский, Подобасско-Тутуясский, а также Доронинская депрессия. Трещинно-порово-пластовые воды комплекса изучены сравнительно полно по данным детальных разведочных работ в Тутуясской депрессии при разведке подземных вод для водоснабжения г. Новокузнецка, в Подобасской депрессии в процессе изысканий источников водоснабжения комплекса шахт Капитальная 1—2—3, Чусовитино-Бунгарапского бассейна при разведке подземных вод для водоснабжения городов Ленинск-Кузнецкий и Белово и Доронинской депрессии для водоснабжения г. Тогучина.

Наиболее обводнены пачки трещиноватых, а в некоторых случаях нарушенных конгломератов и песчаников. Удельные дебиты скважин составляют более 2,0—2,5 л/сек. Дебит многих скважин при самоизливе 15—20, иногда до 45—50 л/сек. Эксплуатационные дебиты воды из скважин превышают 250—300 м3/час. Встречаются источники с расходом до 10—15 л/сек. Для Чусовитино-Бунгарапской и Тутуясской депрессий характерно увеличение в осадках содержания конгломератов по мере приближения к Кузнецкому Алатау (области сноса), в связи с чем увеличивается соответственно и обводненность пород. На отдельных участках удельные дебиты воды в скважинах превышают 10 л/сек.

Воды комплекса в депрессиях рельефа повсеместно являются напорными, а из большинства скважин воды фонтанируют. Подземные воды комплекса представляют огромный практический интерес для водоснабжения промышленных центров Кузнецкого бассейна.

Пятый водоносный комплекс (магматические породы). Водообильность магматических пород изучена слабо. Наибольшей обводненностью характеризуются породы в верхней зоне региональной трещиноватости выветривания и зонах дробления. Диабазы и базальты в пределах Центрального, Тутуясского, Томь-Усинского районов бассейна имеют зону выветривания (трещиноватости) мощностью до 40—50 м. Дебиты источников на площади развития магматических пород не превышают 0,3—0,5 л/сек. В Центральном районе Кузбасса водотоки на территории развития базальтов получают подземное питание до 15—20 л/сек на 1 км длины русла. На Тутуясском месторождении минеральных углекислых вод высокой обводненностью характеризуются зоны дробления в силлах диабазов. Дебит воды по скв. 366-г, вскрывшей такую зону, составлял 10 л/сек. Подземные воды в зонах тектонических разрывов обладают напором.

Шестой водоносный комплекс (Pg, N, Q). Водообильность рыхлых песчано-глинистых отложений кайнозоя разнообразна. Высокой обводненностью среди пород этого комплекса характеризуются аллювиальные песчано-галечниковые отложения долин рек Томи, Кондомы, Ини, Уньги, Чумыша, Бачата, Ура и др. Дебиты скважин, пройденных в долине Томи, достигают 8—15 л/сек, встречаются источники с расходом более 3,0 л/сек. Уровень подземных вод в долинах рек и логов залегает на глубине 0,5—5,0 м. Часто подземные воды заболачивают пойму речных долин, закраины террас и тальвеги логов.

Низкой водообильностью характеризуются суглинистые элювиально-делювиальные образования на водоразделах и их склонах. Расход источников не превышает 0,1 л/сек. Закладываемые на эти воды колодцы при глубине 2—8 м дают не более 1 м3/сутки.

Режим подземных вод непостоянный. Наибольшие колебания их уровня наблюдаются в долинах рек и ручьев, где имеется тесная гидравлическая связь с поверхностными водами, в известной мере обусловливающими режим подземных вод. Воды аллювиальных отложений широко используются в Кузнецком бассейне для водоснабжения промышленных и сельскохозяйственных объектов.

Подземные воды всех водоносных комплексов в той или иной степени связаны между собой и вместе с поверхностными водами образуют единую гидравлическую систему.

Несмотря на наличие общих закономерностей распространения подземных вод и обводненности угленосных отложений по геолого-промышленным районам Кузбасса, отмечаются некоторые особенности, характерные для отдельных регионов. Они обусловлены сложностью геолого-тектонического строения районов, физико-географическими условиями и искусственными факторами. Например, при общей слабой обводненности пород балахонской серии (II комплекс) наиболее низкие удельные дебиты скважин (менее 0,1 л/сек) и общие притоки воды в горные выработки шахт (50—250 м3/час) характерны для сложно дислоцированных Прокопьевско-Киселевского, Бачатского и Завьяловского районов, находящихся в открытой всхолмленной и степной слабо увлажненной зоне бассейна. В затаеженной, сильно увлажненной зоне бассейна — в Томь-Усинском, Крапивинском, Кондомском районах, где количество атмосферных осадков достигает 700—900 мм в год и в составе пород преобладают более грубозернистые разности, условия для питания подземных вод более благоприятны, обводненность пород значительно выше. Удельные дебиты скважин составляют 0,1—0,3 л/сек, максимальные притоки воды в шахты возрастают до 1000 м3/час (шх. Томь-Усинская 1—2).

Аналогичные условия обводненности пород наблюдаются и для кольчугинской серии. В степных районах — Ускатском, Беловском, Ленинском, Плотниковском — обводненность пород несколько ниже, чем в затаеженных Салтымаковском, Ерунаковском и Терсинском, где удельные дебиты скважин даже на водораздельных участках равны 0,2—0,3 л/сек, а возможные притоки воды в выработки оцениваются в 400—600 м3/час. Высокой обводненностью отличаются участки с открытыми зонами разломов, особенно в долинах рек.

Повсеместно в бассейне независимо от ландшафтных зон очень сложными гидрогеологическими условиями характеризуются угольные месторождения и отдельные участки, залегающие под депрессиями рельефа с временными или постоянными водотоками, долинами рек. Удельные дебиты скважин составляют более 0,5 л/сек, во многих случаях более 3—5 л/сек, максимальные притоки воды в шахту достигают 2500 м3/час при средних значениях 800—1000 м3/чаc (шх. 7-е Ноября). Очень сложные условия разработки будут наблюдаться под долинами рек Томи (в Кемеровском, Крапивинском, Араличевском, Байдаевском, Осиновском, Томь-Усинском районах), Кондомы (в Кондомском районе), Ини (в Беловском, Ленинском, Завьяловском районах). В долинах рек значительные осложнения для горных работ вызывают встречающиеся линзы обводненных песков-плывунов.

Особенности гидрогеологических условий отдельных районов учтены в предлагаемой классификации угольных месторождений и шахтных полей Кузбасса по гидрогеологическим условиям разработки.

В связи с тем, что в целом по бассейну четко прослеживаются основные закономерности условий залегания и распространения основных типов подземных вод и их генетические типы режима и индивидуальные особенности обводненности пород по отдельным районам нерезко отличаются от общих по бассейну, характеристика гидрогеологических условий в очерках по отдельным районам не приводится.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна