Центрально-Казахстанская гидрогеологическая складчатая область

Центрально-Казахстанская гидрогеологическая складчатая область

Центрально-Казахстанская гидрогеологическая складчатая область представляет собой крупную гидрогеологическую структуру, содержа-щую преимущественно трещинные воды. На общем фоне маловодо-обильных пород здесь выделяются более водообильные потоки грунто-вых и слабонапорных подземных вод речных долин и отдельные бас-сейны трещинно-карстовых и трещинно-пластовых вод, приуроченные к локальным синклинальным и антиклинальным структурам.

Основными водоносными горизонтами и комплексами, представля-ющими практический интерес для городского, промышленного, сель-скохозяйственного водоснабжения и обводнения пастбищных угодий,, -являются: водоносный горизонт аллювиальных и аллювиально-пролю-виальных четвертичных отложений, водоносный комплекс преимущест-венно карбонатных фаменских и турнейских отложений, подземные воды трещинных зон палеозойских, протерозойских, архейских пород и разновозрастных интрузий.

Общие естественные ресурсы подземных вод Центрально-Казах-станской области, подсчитанные по данным балансовых исследований, наблюдений за режимом подземных вод на опытных участках «ли по величине минимального речного стока, составляют приблизительно 260 м3/с. Наибольшими модулями естественных ресурсов (до 3 л/с на 1 км2) обладают водоносный горизонт четвертичных аллювиальных от-ложений в долинах рек и водоносный комплекс преимущественно кар-бонатных-чггложений девона — карбона, находящихся в благоприятных условиях питания, особенно в районах низкогорных массивов и на окаймляющих площадях мелкосопочника. Большая, часть территории гидрогеологической области характеризуется низкими значениями мо-дулей естественных ресурсов, изменяющимися в пределах 0,1 — 0,5 л/с на 1 км2. (Весьма малые величины модулей (менее 0,1 л/с на 1 км2) имеют площади регионального развития слабопроницаемых пород в пределах равнин и внутренних впадин.

Естественные запасы подземных вод основных водоносных горизон-тов оцениваются в количестве около 270 млрд. м3, из них на долю пресных и слабосолоноватых вод с минерализацией до 3 г/л приходит-ся примерно 168 млрд. м3 (62%). Максимальные естественные запасы (до 2,9 — 5,7 млн. м3 на 1 км2) содержатся в водоносных горизонтах четвертичных и палеогеновых аллювиальных отложений современных и древних погребенных долин, конгло-мерато-песчаниковой толще Кара-гандинского артезианского бассейна, а также в бассейнах трещинно-карстовых вод девон-карбоновых структур.

Преобладающая часть территории (более 60%), в пределах кото-рой развиты трещинные подземные воды в архейских, протерозойских, палеозойских породах и разновозрастных интрузиях, характеризуется естествеными запасами от 0,15 до 0,6 млн. м3 на 1 км2.

Эксплуатационные ресурсы подземных вод Центрально-Казахстан-ской области в количестве около 210 м3/с (табл. 17) обеспечиваются за счет оработки естественных запасов (около 60 м3/с) и привлечения естественных ресурсов (примерно 150 м3/с). Формирование эксплуата-ционных ресурсов водоносных горизонтов четвертичных аллювиальных отложений долин рек происходит преимущественно за счет естествен-ных запасов подземных вод с последующим восполнением речными во-дами в период весенних паводков, особенно в многоводные годы. Поверхностные воды, в основном паводковые, участвуют также в форми-ровании ресурсов подземных вод допалеозойских и палеозойских пород на участках их вскрытия реками и временными водотоками. Главным региональным источником питания грунтовых вод при неглубоком зале-гании их уровня и отсутствии или небольшой мощности слабопроница-емого суглинистого покрова являются атмосферные осадки, преимуще-ственно снеготалые и весенние дождевые воды. Инфильтрация ат-мосферных осадков происходит на площадях развития всех водоносных горизонтов и комплексов, на участках их выхода на дневную поверх-ность. Особое значение она имеет для формирования ресурсов трещин-ных подземных вод, приуроченных к зонам выветривания и тектониче-ским нарушениям допалеозойегах и палеозойских пород, так как ввиду малой мощности зоны эффективной трещиноватости и низкой водоотдачи пород естественные запасы их ничтожны.

Сработка естественных запасов и частичное их восполнение за счет атмосферных осадков обеспечивают в ряде случаев значительные экс-плуатационные ресурсы трещинных и трещинно-карстовых вод в синклинальных и антиклинальных структурах, сложенных в основном известняками, доломитами и песчаниками девона — карбона. Наиболее благоприятные условия для инфильтрации снеготалых и дождевых вод наблюдаются в сводовых частях антиклинальных структур, где породы обладают максимальной трещиноватостью и закарстован-ностью, обеспечивающих повышенную производительность водозаборов. Формируемые в пределах карбоновых структур естественные ресурсы подземных вод в условиях, не нарушенных эксплуатацией, расходуются на испарение, транспирацию растительностью и подземный сток по зо-нам тектонических нарушений. Снижение уровня грунтовых вод в ре-зультате водоотбора приводит к уменьшению испарения и транспира-ции, благодаря чему значительная часть естественных ресурсов при-влекается к водозаборам и участвует в формировании производитель-ности эксплуатационных запасов.

Таблица 17

Ресурсы подземных вод Центрально-Казахстанской гидрогеологической складчатой области

Своеобразие геологического строения и орографических условий Центрально-Казахстанской складчатой области, связанное с частым чередованием разновозрастных отложений и развитием различных .форм рельефа (холмов, гряд, сопок, низкогорных массивов с межсопоч-ными понижениями, долинами и обширными равнинами), обусловило пестроту химического состава и минерализации подземных вод. Прес-ные воды приурочены в основном к областям интенсивного водообмена, совпадающим с низкогорными и межгорными массивами, площадями развития мелкосопочника и речными долинами.

Из общих эксплуатационных ресурсов около 70% приходится на пресные воды, остальное количество их по степени минерализации воды распределяется следующим образом: 1 — 3 г/л — 43 м3/с (21%), более 3 г/л — 18 м3/с (9%) (см. табл. 17). Преобладающее количество экс-плуатационных ресурсов подземных вод, перспективных для крупного централизованного водоснабжения, сосредоточено на месторождениях речных долин и ограниченных структур с трещинными и трещинно-кар-стовыми водами девон-карбоновых отложений.

В целом на территории Центрально-Казахстанской гидрогеологиче-ской складчатой области утвержденные ГКЗ и ТКЗ эксплуатационные запасы подземных вод преимущественно по двум наиболее перспектив-ным водоносным горизонтам - — в аллювиальных отложениях речных до-лин и известняках девон-карбоновых структур — по сумме всех катего-рий равны 30 м3/с. Использование подземных вод достигает 10 — 12 м3/е (см. табл:17).

Рассматриваемая территория имеет неравномерную и в целом не-достаточную обеспеченность эксплуатационными ресурсами подземных вод. Наилучшие условия обеспеченности эксплуатационными ресурсами наблюдаются в долинах рек, преимущественно в среднем течении, а также в отдельных бассейнах трещинно-карстовых вод, особенно в зоне развития брахиантиклинальных структур Джезказган-Улутау-ского района. Весьма слабо обводнены палеозойские породы в север-ном, юго-западном и юго-восточном районах.

Водоносный горизонт аллювиальных и а л л ю-виально-пролювиальных четвертичных отложений приурочен к долинам рек Нуры, Шерубайнуры, Токрау, Сарысу, Иши-ма, Жамши, Жарлы, Аягуза, Баканаса, Чар и другим более мелким, а также .к наклонным предгорным равнинам (Абаевская) и некоторым впадинам (Чиликтинская), выполненным толщей песчано-гравийно-га-лечниковых осадков, местами с валунами, дресвой, щебенкой, супесью. Мощность водоносного горизонта изменяется от 2 м в верховьях долин до 20 м, реже 45 м в их низовьях или среднем течении. Водоотдача пород колеблется незначительно — от 0,15 до 0,23, коэффициенты филь-трации изменяются в пределах 30 — 200 м/сут. Наибольшей водопрово-димостью, часто превышающей 1000 м2/сут, обладают аллювиальные водоносные горизонты в долинах наиболее крупных рек; в верховьях этих -рек, их притоках и в долинах мелких рек водопроводимЧклъ пород обычно составляет 100 — 150 м2/сут.

По площади долин модуль эксплуатационных ресурсов, определен-ный с учетом периодического восполнения срабатываемых запасов в период паводков и весенней инфильтрации атмосферных осадков, на-ходится в пределах 0,3 — 4,7 л/с на 1 км2, при преобладающих величи-нах 1 — 2 л/с на 1 км2. Максимальные модули эксплуатационных ресур-сов (2 — 4,7 л/с на 1 км2), как правило, наблюдаются на участках сред-него течения рек, где сконцентрированы наибольшие объемы естест-венных запасов.

Возможная производительность водозаборов в средних и нижних частях крупных речных долин, по данным эксплуатации водозаборов, составляет 200 — 500 л/с; в верховьях и в долинах притоков, а также более мелких рек возможно заложение водозаборов с производитель-ностью до 50 — 100 л/с

Степень изученности ресурсов подземных вод аллювиальных отло-жений речных долин относительно высокая (см. табл. 17).

Подземные воды аллювиальных отложений речных долин использу-ются для централизованного хозяйственно-питьевого, частично тех-нического водоснабжения населения и промышленных предприятий таких городов, как Караганда, Темиртау, Шахтинск и др. , ,

Степень использования эксплуатационных ресурсов и утвержден-ных эксплуатационных запасов подземных вод все еще недостаточная и составляет соответственно 8 и 24%.

В настоящее время аллювиальные воды эксплуатируются почти 20 централизованными водозаборами с производительностью каждого от 0,05 до 0,6 м3/с. Суммарная производительность действующих водо-заборов составляет примерно 4,5 м3/с, а с учетом многочисленных оди-ночных скважин и более мелких децентрализованных водозаборов — около 5 м3/с.

Наиболее характерным режимом работы водозаборов в долинах рек является режим периодического пополнения эксплуатационных за-пасов, обусловленный резкой изменчивостью величины поверхностного стока как в течение года, так и особенно в многолетнем разрезе. Пре-обладающая часть годового поверхностного стока (от 80 до 95%) проходит во время весеннего половодья, вызванного снеготаянием. Дли-тельными гидрометрическими наблюдениями в режиме рек установ-лено чередование маловодных по стоку лет с периодами повышенной водности. Максимальная продолжительность маловодного периода для отдельных долин или их участков составляет 5 — 10 лет. Следующий за ним период средней и высокой водности, как правило, достигает 9 — 10 лет. При таких условиях, как показывают наблюдения за режимом эксплуатации подземных вод на четырех наиболее крупных водозабо-рах этого типа, колебания динамического уровня имеют сезонный ха-рактер. В течение 9 — 11 месяцев происходит непрерывное снижение уровней, вызванное сработкой естественных запасов, лишь в весенний период, во время снеготаяния и прохождения паводка, наблюдается частичное или почти полное восполнение запасов, сработанных за пред-шествующий период.

При суммарном дебите линейных водозаборов, равном 0,15 — 0,6 М3/с, и продолжительности эксплуатации от 10 до 20 лет максималь-ные понижения уровня воды достигают 10 м. Депрессионные воронки обычно приурочены непосредственно к участкам размещения водоза-боров и имеют радиус до 0,7 — 1 км. По некоторым водозаборам наблю-дается формирование районной депрессии, радиус которой составляет вверх по потоку 2 — 2,5 км и вниз по потоку до 3 — 3,5 км. ,

Положительное влияние на условия питания подземных вод в до-линах рек Нуры и Шерубайнуры и рациональное использование име-ющихся водных ресурсов оказало многолетнее регулирование поверх-ностного стока в результате строительства водохранилищ. Это обеспе-чило возможность создания здесь систем искусственного пополнения подземных вод, с помощью которых осуществляется постоянное или пе-риодическое магазинирование поверхностного стока в пределах участ-ков трех водозаборов, работающих с общей производительностью около 2,3 м3/с. Для искусственного восполнения срабатываемых запасов ис-пользуются инфильтрация из бассейна облегченного типа, русловой способ и способ затопления.

На первом из водозаборов инфильтрационным бассейном служит специально созданное водохранилище емкостью до 12,6 млн. м3, пери-одически пополняемое за счет попусков из большого водохранилища, расположенного выше по течению. Помимо многолетнего регулирова-ния поверхностного стока большое водохранилище играет роль естест-венного отстойника. Несмотря на высокие фильтрационные свойства водоносных песчано-гравийно-галечниковых отложений (коэффициент фильтрации равен 150 — 200 м/сут), в эксплуатационных скважинах, удаленных от инфильтранионного бассейна на 300 — 400 м, качество подземных вод по всем показателям хорошее, что достигается естест-венной очисткой поверхностной воды в процессе фильтрации.

Пополнение запасов подземных вод на участке второго водозабора, происходит как за счет потерь на фильтрацию из-под плотины водо-хранилища, так и за счет подпитывания русловыми водами из плёса, вдоль которого водозабор расположен. Нормальный эксплуатационный расход его обеспечивается лишь при условии поддержания подпорного уровня воды в плёсе путем устройства ежегодно земляной перемычки через русловую часть. При размыве земляной перемычки в плёсе дебит каптажей снижается на 40 — 50%.

Третий водозабор, расположенный в широкой «сухой» долине, ра-. ботает в режиме периодической сработки естественных запасов и по-следующего их .искусственного восполнения методом затопления (зали-.манивания) площади месторождения подземных вод или непосредст-венно участков водозаборных скважин. Периодическое затопление осуществляется путем целенаправленного сброса излишков поверхностных (чаще паводковых) вод через шлюзы водохранилища. Долина не имеет русла, поэтому паводковые воды растекаются здесь по .поверхности, обеспечивая в ряде случаев почти полное ее залиманивание. Границы затопления за последние 30 лет были различны и зависели от объема поступающей воды. (При сбросах паводковых вод в объеме 140 — 260 млн. м3 площадь затопления достигала 110 — 140 км2. Частичное затопление долины в течение одного-двух месяцев обеспечивало факти-ческое магазинирование поверхностных вод в объеме от 35 до 100 млн. м3, что составляло 30 — 40% от объема сброшенных в долину вод. Качество подземных вод при эксплуатации и искусственном попол-нении сохраняется высоким.

Наблюдение за режимом подземных вод на водозаборах показали большую эффективность проведения мероприятий по искусственному пополнению эксплуатационных запасов в данных условиях и необходи-мость их продолжения.

Эксплуатационные ресурсы подземных вод юрских от-ложений сосредоточены преимущественно в Карагандинском арте-зианском бассейне, имеющем площадь более 1100 км2. Общая мощность водоносной толщи песчано-конгломератовых пород достигает 200 — 250 м. Коэффициенты фильтрации отдельных водоносных слоев изменя-ются от 0,5 до 2 м/сут, водоотдача пород находится в пределах 0,01 — 0,03. Суммарная водопроводимость юрских пород составляет 250 м2/сут.

Естественные запасы бассейна равны 3,8 млрд. м3, из них на долю пресных вод, содержащихся преимущественно в отложениях кумыску-дукской свиты, приходится 1,8 млрд. м3. Питание подземных вод комп-лекса происходит преимущественно за счет атмосферных осадков. Сум-марные естественные ресурсы бассейна составляют 0,8 м3/с при сред-нем модуле подземного стока 0,74 л/с на 1 км2. Средневзвешенное по площади значение модуля эксплуатационных ресурсов подземных вод около 1,3 л/сек на 1 км2.

Эксплуатационные ресурсы подземных вод юрских пород Кара-гандинского артезианского бассейна оцениваются величиной около 1,5 м3/с (см. табл. 17). Разведанные и утвержденные ГКЗ эксплуата-ционные запасы составляют 0,9 м3/с.

Современный отбор подземных вод водозаборами централизован-ного водоснабжения и многочисленными одиночными скважинами от-дельных предприятий с учетом шахтного водоотлива равен 0,9 м3/с (см. табл. 17).

В результате эксплуатации подземных вод юры двумя водозабо-рами (одного в течение 40, второго — 12 лет) образовались депресси-онные воронки общей площадью более 300 км2. Режим эксплуатации подземных вод в основном неустановившийся. Понижения уровня по отдельным скважинам достигают 30 — 70 м. Наблюдения за режимом подземных вод показали, что помимо естественных запасов и естест-венных ресурсов в обеспечении расхода водозаборов участвуют воды, перетекаемые из ниже- и вышерасположенных водоносных горизонтов, а также со стороны окаймляющих бассейн палеозойских пород.

В связи с многолетней эскплуатацией и улучшением водообмена на Михайловской мульде наблюдается некоторое снижение минерали-зации подземных вод. При этом общая жесткость воды по отдельным скважинам уменьшилась в несколько раз, в то же время по двум сква-жинам произвошло ухудшение качества воды, что связано с чрезмер-ным их углублением при бурении и подсосом соленых вод снизу.

Водоносный комплекс преимущественно кар-бонатных фаменеких и турнейских отложений является одним из наиболее водообильных в районе и широко использу-ется для водоснабжения. Фаменские и турнейские известняки слагают ядра и крылья антиклинальных складок, выполняют наложенные мульды или грабены. Площади отдельных структур имеют размеры от 50. до 850 км2. Наибольшее распространение водоносный комплекс получил в Джезказган-Улутауском районе, в пределах Кенгирской складчатой зоны. Мощность обводненной части пород составляет 100 — 200 м. Коэффициент водоотдачи, в зависимости от степени трещинова-тости и закарстованности пород колеблется в пределах 0,01 — 0,05, ко-эффициент фильтрации 0,8 — 15 м/сут, водопроводимость 100 — 3000 м2/сут.

Естественные запасы трещинно-карстовых вод карбонатных пород оцениваются величиной около 50 млрд. м3, из них пресные воды состав-ляют примерно 35 млрд. м3. По отдельным структурам величина есте-ственных запасов изменяется в весьма широком диапазоне — от 60 — 80 млн. м3 (Куучекинская, Сарыопанская) до 2580 млн. м3 (Эску-линская).

Естественные ресурсы водоносного комплекса, обеспеченные ин-фильтрацией атмосферных осадков и поглощением местного поверхност-ного стока на участках, где карбонатные породы пересекаются реками и временными водотоками, равны приблизительно 15 — 20 м3/с. Модули естественых ресурсов подземных вод для различных структур изменя-ются от 0,4 до 1,7 л/с на 1 км2.

Эксплуатационные ресурсы подземных вод всего комплекса состав-ляют 32 м3/с (см. табл. 17). Распределение ресурсов по степени мине-рализации воды следующее: до 1 г/л — 22 м3/с, 1 — 3 г/л — 7 м3/с и более 3 г/л — 3 м3/с. Большая изменчивость параметров пласта и ус-ловия формирования трещинно-карстовых вод отдельных структур обусловили колебания модуля эксплуатационных ресурсов от 0,4 до, 3,2 л/с на 1 км2. Эксплуатационные ресурсы по отдельным бассейнам трещинно-карстовых вод изменяются в пределах 0,05 — 1,8 м3/с. В мел-ких карбонатных структурах возможная производительность групповых водозаборов ограничивается первыми десятками литров в секунду, в пределах, крупных структур суммарный дебит может достигать 0,5 — 0,9 м3/с.

Эксплуатационные запасы подземных вод в карбонатных породах турнейского и фаменского ярусов утверждены ГКЗ и ТКЗ по сумме всех категорий в количестве около 8 м3/с Более 60% эксплуатационных запасов трещинно-карстовых вод утверждены по карбонатным струк-турам Джезказганского промышленного района.

Подземные воды рассматриваемого комплекса используются еще недостаточно. В настоящее время постоянно или периодически & экс-плуатации находится 14 водозаборов, из которых лишь пять имеют производительность более 0,15 м3/с, остальные водозаборы мелкие с дебитами 20 — 90 л/с. Суммарный отбор трещинно-карстовых вод по Джезказган-Улутаусскому району изменяется от 1,2 до 2,2 м3/с в связи с периодической консервацией двух крупных водозаборов с общим де-битом около 1 - м3/с в Джезказганском промышленном районе.

Наиболее типичной из закрытых водоносных структур с трещинно-карстовыми водами является Жанайское месторождение подземных вод в Джезказганском промышленном районе, представляющее собой брахиантиклинальную складку, общей площадью 90 км2. Мощность во-доносных неравномерно трещиноватых и закарстованных известняков турнейского яруса составляет 150 — 200 м. Средняя водопроводимость пород определяется величиной 2000 — 3000 м2/сут, водоотдача 1,5 — 2%. Окружающие слабопроницаемые породы визе-намюрского, верхне- и среднекаменноуголького и нижнепермското возраста имеют водопроводимость 25 м2/сут и среднюю водоотдачу около 0,25%. По данным 17-летней эксплуатации размещенного здесь водозабора с дебитом от 80 до 400 л/с, режим фильтрации подземных вод является неустановившимся.

Депрессионная воронка практически распространилась «а всю площадь водоносной структуры, а с конца 1968 г. начала развиваться и в пределах окружающих структуру менее водоносных пород. В на-стоящее время понижение уровня по отдельным скважинам достигает 30 — 35 м. При среднегодовом расходе водозабора около 250 л/с ежегод-ная сработка уровня составляет 2,0 — 2,3 м в известняках эксплуати-руемого горизонта и 1,3 — 1,6 м в окружающих слабопроницаемых по-родах. Наблюдения за режимом подземных вод и результаты модели-рования Жанайского месторождения на УСМ-1 пбказали, что эксплуа-тационные запасы подземных вод структуры формируются за счет со-кращения естественной разгрузки (испарения) подземных вод, равной в среднем 80 л/с, сработки естественных запасов в объеме около 150 л/с («а 25 лет при допустимом понижении уровня на 100 м) и перетекания воды из окружающих структуру слаботрещиноватых пород. Изменений качества подземных вод в процессе эксплуатации не наблюдалось.

Подземные воды трещинного и трещинно-жиль-ного типа в разнообразных по литологии палео-зойских, протерозойских, архейских породах и раз-новозрастных интрузиях широко развиты на территории Центрально-Казахстанской складчатой области. На большей ее части трещиноватая зона этих пород ввиду малой мощности и низкой водо-отдачи содержит небольшие естественные запасы. Мощность обводнен-ной зоны колеблется в пределах 15 — 60 м, чаще равна 30 — 40 м, водо-лроводимость пород 25 — 150 м2/сут. Естественные запасы подземных вод определены в объеме 57 млрд. м3, из вих примерно 38 млрд. м3 являются пресными. Наиболее благоприятные условия для формирова-ния пресных вод наблюдаются в породах, распространенных в пределах низкогорных массивов и на площадях развития интрузий гранитного состава.

Питание подземных вод происходит преимущественно за счет ат-мосферных осадков на более или менее обнаженных участках, занима-ющих площадь около 300 тыс. км2. Величина модуля естественных ре-сурсов колеблется от 0,15 до 0,5 л/с на 1 км2. Суммарные естественные ресурсы подземных вод составляют ориентировочно 140 м3/с, эксплуа-тационные — 108 м3/с.

В зависимости от условий питания и обнаженности пород модуль эксплуатационных ресурсов изменяется в пределах 0,06 — 0,65 л/с на 1 км2.

Подземные воды данного комплекса могут эксплуатироваться оди-ночными скважинами с дебитами до 1 л/с, а в зонах тектонических на-рушений и интенсивно выветрелых пород — до 10 л/с

В исключительно благоприятных условиях питания и накопления (крупные разломы, связанные с неотектоническими движениями, интен-сивно трещиноватые метаморфизованные осадочные породы кембро-ордовика и др.) производительность групповых водозаборов может достигать 30 — 50 л/с.

Трещинные и трещинно-жильные воды разновозрастных палеозой-ких и допалеозойских пород не имеют практического значения для крупного централизованного водоснабжения. Они эксплуатируются преимущественно одиночными скважинами для нужд небольших на-селенных пунктов, центральных усадеб, совхозов, ферм, зимовок окота, я также для обводнения пастбищ.

В общей сложности на территории развития подземных вод комп-лекса палеозойских, протерозойских, архейских пород и разновозраст-ных интрузий для водоснабжения сельского хозяйства эксплуатируется около 1100 скважин, более 2500 колодцев и 2500 родников.

Суммарное потребление подземных вод в сельском хозяйстве с учетом сезонного использования родников, а также колодцев и скважин на обводненных пастбищах составляет примерно 3,6 м3/с, из них для хозяйственно-питьевых целей расходуется 2,2 м3/с. Эксплуатационные запасы, утвержденные ГКЗ, ТКЗ, определяются величиной всего 0,3 м3/с.