Гидрогеологические условия Экибастузского каменноугольного бассейна

Условия питания и накопления подземных вод в Экибастузской брахисинклинали крайне неблагоприятные. Наличие замкнутой складки, равнинная местность с небольшими разностями отметок, отсутствие глубоко врезанных долин, повсеместное перекрытие коренных пород песчано-глинистыми образованиями палеогена и засушливый климат района — все это определяет застойный характер подземных вод и их высокую минерализацию.

Гидрогеологические условия бассейна простые. Выделяются воды: 1) спорадического распространения, приуроченные к покровным отложениям палеогена, 2) трещинно-пластовые, связанные с отложениями среднего — нижнего карбона и известняково-сланцевого и песчаносланцевого горизонтов фаменского яруса, 3) карстово-пластовые, развитые в верхнем и нижнем горизонтах кремнистых известняков фаменского яруса и 4) подземных вод зоны открытой трещиноватости эффузивных пород жарсорской свиты нижнего девона.

Краткая характеристика водоносных комплексов бассейна приводится по А.П. Выходцеву.

Воды в песках палеогена, появляющиеся только в годы с обильными атмосферными осадками, образуют отдельные небольшие линзы (мощностью 0,4—0,6 м), приуроченные к пониженным участкам погребенного рельефа осадочных пород карбона. Воды пресные; содержание иона хлора до 180 мг/л, общая жесткость 4 мг-экв/л, сухой остаток до 600 мг/л.

Водоносный комплекс терригенных угленосных пород среднего карбона и намюрского и визейского ярусов включает надкарагандинскую, карагандинскую, ашлярикскую и аккудукскую свиты. Водосодержащими породами во всех свитах являются преимущественно трещиноватые песчаники, углистые породы и угли. Удельный дебит скважин при суммарном опробовании надкарагандинской и карагандинской (в интервале угольных пластов VI—4) свит колеблется от 0,05 до 0,25 л/с, а коэффициент фильтрации изменяется в пределах 0,1—0,5 м/сут. В зоне выветривания (25—35 м) трещиноватость пород и связанная с ней водоносность относительно выше. С глубиной водоносность пород постепенно уменьшается и ниже 100—120 м они становятся практически безводными, за исключением каменных углей и отдельных пачек трещиноватых песчаников. Воды этих свит высокоминерализованные: сухой остаток от 5 г/л и более, общая жесткость выше 50 мг-экв/л.

Породы карагандинской свиты обводнены неравномерно: каменные угли и углистые аргиллиты являются основными водосодержащими горизонтами; алевролиты и аргиллиты обводнены значительно слабее, причем только в зоне выветривания. Наряду с этим водопроницаемость пород средней подсвиты карагандинской свиты заметно уменьшается от кровли пласта 1 к почве пласта 3. Коэффициенты фильтрации на глубине до 50 м для пластов 1, 2 и 3 соответственно составляют 6,3; 4,3 и 2,5 м/сут. В целом для карагандинской свиты удельные дебиты по скважинам колеблются от 0,1 до 0,4 л/с при коэффициентах фильтрации 0,01—0,8 м/сут; максимальные величины отмечены в северо-западной (участки 1, 2 и 3), а минимальные в юго-восточной (участки 9, 5, 6, 7, 8 и 12) частях брахисинклинали. Общая жесткость вод карагандинской свиты изменяется от 35 до 70 мг-зкв/л, сухой остаток — от 10 до 50 г/л.

Водоносность ашлярикской и аккудукской свит изучена слабо. Удельные расходы отдельных шурфов и колодцев, пройденных в мелкозернистых песчаниках, не превышали сотых долей литра. Воды соленые и горько-соленые; общая жесткость 36—42 мг-экв/л, сухой остаток 30—40 г/л,

Водоносный комплекс пород турнейского яруса, представленных в основном песчаниками и известняками, включает русаковский, кассинский и сокурский горизонты. Водообильность их незначительная; преобладают удельные дебиты скважин 0,09—0,1 л/с. Воды характеризуются повышенной минерализацией; общая жесткость их колеблется от 6 до 22 мг-экв/л, сухой остаток от 2 до 5 г/л. Минерализация возрастает по мере приближения к угленосным отложениям.

Водоносный комплекс пород фаменского яруса включает четыре водоносных горизонта (сверху вниз): 1) верхний горизонт кремнистых известняков, 2) известняково-сланцевый, 3) нижний горизонт кремнистых известняков и 4) песчано-сланцевый. Водообильность пород второго и четвертого горизонтов незначительная: удельный дебит скважин при откачках не превышает 0,015 л/с. По химическому составу воды пестрые с преобладанием высокоминерализованных при общей их жесткости до 72 мг-экв/л и сухом остатке до 15 г/л.

Наиболее водообильны в фаменском комплексе (и бассейне в целом) кремнистые известняки верхнего горизонта. На последний в северо-западной части брахисинклинали в 1948—1953 гг. были пройдены и оборудованы шесть эксплуатационных скважин. В целом этот горизонт являлся основным источником водоснабжения Экибастуза, вплоть до строительства Калкаманского водопровода, введенного в эксплуатацию в 1957 г. В начальный период эксплуатации благодаря высокой водоотдаче кремнистых известняков из отдельных скважин забиралось до 8 л/с. воды при снижении уровня на 1,2—1,5 м. В результате длительной эксплуатации в настоящее время сработаны основные статические запасы вод и притоки в скважины резко снизились, а минерализация и общая жесткость их в связи с забором воды из нижней застойной зоны соответственно повысились с 0,2 до 5 г/л и с 3 до 30 мг-экв/л. В 1968 г. до постановки скважин на консервацию максимальный суммарный водозабор по ним составил 144 м3/ч.

Нижний горизонт кремнистых известняков отличается значительно меньшей водообильностью и повышенной минерализацией воды. В южной части Экибастузской брахисинклинали в обоих горизонтах кремнистых известняков воды высокоминерализованные: сухой остаток 4—12 г/л, иона хлора 1—3 г/л, общая жесткость 20—25 мг-экв/л.

Подземные воды зоны открытой трещиноватости, приуроченные к трещинам отдельности эффузивных пород жарсорской свиты нижнего девона, характеризуются высокой минерализацией, достигающей 20 г/л, и общей жесткостью до 45 мг-экв/л. Кратковременный водоотбор из шурфов и колодцев, вскрывающих эффузивные породы, не превышал 0,1—0,2 л/с.

Осушение действующих разрезов 1, 2 и 3 производится с помощью специальной подземной дренажной системы, состоящей из трех шахт, квершлагов и штреков. Фактический водоприток в нее в основном за счет водоносного горизонта, приуроченного к разрабатываемым угольным пластам 1, 2 и 3, в 1968 г. составил 307 м3/ч. Коэффициент водообильности разрезов незначительный — 0,15. В дальнейшем в связи с осушением массива пород, окружающего разрезы, и неблагоприятными условиями питания подземных вод приток, а следовательно, и коэффициент водообильности разрезов будут снижаться.

Осушение действующего разреза 5/6 производится с помощью самостоятельной подземной дренажной системы.

Анализ 15-летней работы дренажной системы разрезов 1, 2 и 3, выполненный А.П. Выходцевым, показал, что по мере углубления и расширения фронта работ разрезов происходит уменьшение коэффициента водообильности их, которое в первом приближении следует закону прямой линии. На основе установленной зависимости для разрезов 1, 2, 3 и 5/6 по коэффициенту водообильности им дан прогноз Суммарного водопритока: на 1972 г. — 275 м3/ч и на 1975 г. — 310 м3/ч; коэффициент водообильности разрезов соответственно определен в 0,09 и 0,06.

Водопроницаемость пород угленосной толщи по простиранию очень высокая, в результате чего действие дренажной системы разрезов 1, 2 и 3, как показали наблюдения, доходит до 6—10 км. Поэтому существующие дренажные системы разрезов 1, 2, 3 и 5/6 окажут дренирующее влияние на остальную неосвоенную часть бассейна, где водопритоки в проектируемые разрезы безусловно будут ниже.

Временное водоснабжение Экибастуза до 1968 г. осуществлялось за счет вод кремнистых известняков бассейна и аллювиального потока (древней долины Иртыша) Калкаманского участка, расположенного в 55 км к северо-востоку от него. С 1968 г. Экибастуз обеспечивается водой из р. Иртыша, подаваемой по каналу Иртыш — Караганда. Из последнего забирается 680—700 м3/ч. Использование Калкаманского водозабора как источника водоснабжения Экибастуза прекращено вначале 1969 г. Скважины его переданы колхозам и совхозам этого района.