К вопросу о гидродинамических и гидрогеотермических условиях Полярного Урала

• ¹Тюменский ИУ, г. Тюмень, Россия

• ²Западно-Сибирский институт проблем геологии нефти и газа при ТИУ, г. Тюмень, Россия

Вопросы хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения объектов Полярного Урала входят в число первоочередных задач при создании ключевых элементов индустриально-инфраструктурного комплекса. При выборе источника хозяйственно-питьевого водоснабжения должны максимально использоваться ресурсы подземных вод как наиболее защищенные от загрязнения по сравнению с поверхностными, стабильные по количеству и качеству в годовом и в многолетнем разрезе.

Географически описываемая территория приурочена к самой северной части Уральских гор и характеризуется наличием большого количества тектонических нарушений, трещинных зон и многолетнемерзлых пород (ММП).

Распространение многолетнемерзлых пород в пределах территории обусловлено не только широтной зональностью, но и высотной поясностью. По данным Н.Г. Обермана [5], для Полярного Урала до отметок 500-600 м характерно прерывистое распространение мерзлоты, выше – сплошное. Но даже на значительных высотных отметках развиты мощные до 5-9 м сезонные талики. Такие талики фиксируются отсутствием ледяных пробок при длительных простоях скважин.

Мощность многолетнемерзлых пород меняется от 50 м (Собский участок) до 405-425 м (Райиз). Фоновая мощность ММП, рассчитанная по термограммам, составляет 400 м. В зонах разломов мощность составляет 250 м, а температура пород от -1,1 до -2,1°С.

Температура ММП на подошве слоя годовых колебаний температур меняется от -0,2°С до -5°С – для промороженных участков и от 0°С до +3,4°С – для таликовых зон. Геотермический градиент для района имеет отрицательные значения до глубин 50-100 м. На хребте Падьяга - Мусюр геотермический градиент составляет 0,83°С/100 м для интервала глубин 200-800 м. В зависимости от принятого градиента мощность мерзлых пород составляет на южном склоне 615-720 м для участка с абсолютными отметками 930 м. Для склона западной экспозиции массива Райиз градиент равен 0,69/100 и 0,67/100, мощность зоны ММП составляет 405-425 м для абс. отметок 712 м.

Согласно общепринятой классификации, в пределах изучаемой площади выделяются надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные воды [2]. К надмерзлотным водам, наиболее широко распространенным и изученным, относятся воды сезонноталого слоя (СТС). Важным типом вод по мерзлотным условиям являются воды надмерзлотных таликов, формирование которых определяется отепляющими действиями рек, озер, а также наличием многочисленных разрывных нарушений. Надмерзлотные талики относительно проще выявить и легче использовать. Межмерзлотные воды менее изучены.

В пределах региона питание подземных вод зоны активного водообмена осуществляется за счет: инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации поверхностных вод (по площади и вдоль рек), конденсации паров воздуха, поступления разгружающихся трещинно-жильных вод по зонам тектонических разломов. Особенностью рассматриваемой территории является то, что воды экзогенной трещиноватости полностью проморожены, что приводит к формированию криогенных водоупоров. Поверхность зеркала грунтовых вод понижается от водоразделов к долинам, уклон ее близок по абсолютной величине к уклону рельефа. В понижениях рельефа (перегибах склонов, речных русел, котловинах) подземные воды разгружаются в виде родников [2]. Часть подземного стока водоносных зон региональной трещиноватости пород расходуется на питание трещинно-жильных вод, которое осуществляется по водопоглощающим разломам.

По имеющимся ограниченным данным трещинножильные воды залегают в нижних частях водораздельных склонов и в слабо врезанных долинах верхних течений рек, и приурочены к глубинам 70-100 или 160200 м. На самих водоразделах эти глубины превышают 200 м.

Несмотря на глубокое залегание пьезометрической поверхности, в горной части Урала она имеет уклон от хребтов к наиболее врезанным долинам, о чем свидетельствует увеличение дебита. Примером может служить Харматалоусский разлом, пересекаемый реками: Байдарита (абс. отм. 340 м), М.Хуута (255 м), Бол. Хадата (210 м), Бол. Щучья (180 м), Бол. Пай-пуына (125 м); по данным Обермана Н.Г. зимнемеженный подземный сток трещинно-жильных вод соответственно равнялся: 0 л/с; 10 л/с; 100 л/с; 300 л/с; 820 л/с. Это свидетельствует о том, что по крупным тектоническим зонам осуществляется переток трещинно- жильных вод в пределах региона, из одних речных бассейнов в другие [5].

Основная роль в формировании запасов подземных вод принадлежит трещинно-жильным водам, формирующим гидродинамические аномалии как отрицательные, так и положительные.

Первые связаны с зонами водопоглощающих дизъюнктивов, через которые осуществляется питание глубоковмещающих водоносных горизонтов, характеризующихся низким положением пьезометрической поверхности. Таким дизъюнктивом является субмеридиональное тектоническое нарушение на участке непосредственно южнее узла сочленения его с широтным глубинным разломом, на Пембойском месторождении. Здесь, на отметках рельефа 339-345 м, на фоновых, глубинах залегания пьезометрических уровней подмерзлотных вод 15-35 м, в скважинах ХК-1059 и 1060 уровни располагались на глубинах соответственно: 159 и 350 м (Выховец и др.). Так же по скважине ХК-1066, отмечается аналогичная, но слабая аномалия. Подобные же аномалии отмечены на Саурейском месторождении [2].

Положительные гидродинамические аномалии характерны для таликов, где благодаря разгрузке жильных вод, уровни подземных вод свободного водообмена располагаются аномально высоко. Это отмечается, в частности, в зоне Таръюского разлома мантийного заложения на гряде Чернова, вблизи узла сочленения Coб-ского мантийного разлома с Воргашорским взбросом, на Ярвожском поднятии [5]. В указанных разломах локально фиксировались уклоны подземного потока, обратные фоновым, то есть направленные от обычных местных областей разгрузки подземных вод речных долин к обычным областям питания - водоразделам.

Таким образом, гидрогеологическая роль одного и того же разлома на разных его участках, а возможно, и в пределах одного и того же, может быть двояка: с одной стороны зона тектонического нарушения может являться водопроводящей, а с другой стороны, (или одновременно) водопоглощающей. Возможность подобного сочетания прямо противоположных направлений движения жильных вод в одной тектонической зоне была обоснована еще в 1950 г. П.Ф. Швецовым.

Естественно, что разгрузка трещинно-жильных вод сопровождается и гидрогеотермическими аномалиями. Все известные на данное время проявления последних приурочены к узлам пересечения глубинных разломов.

В долине р. Нидысей, на участке прохождения одноименного субширотного разлома, благодаря разгрузке по нему жильных вод, вод зоны свободного водообмена локально повышается на 100 м [5].

Наряду с другими глубинными тектоническими нарушениями, сопрягаются дизъюнктивы мантийного заложения: Собский и Тарьюский.

В узле сочленения последнего с субмеридиональными разломами Палеозойского заложения, по скважине Падимей 4, температура воды на глубине 1 км составляет 34°, а геотермический градиент интервала 500-1000 м -3,6°/100 м; аналогичные данные фиксируются и по соседним скважинам. В то же время фондовые величины указанных параметров соответственно равны: 17° и 1,6°/100 м [5]. Восточнее, в зоне того же

Тарьюского разлома, по скважине ВК-1278, на глубине всего 200 м, геотермический градиент в известняках достигает 5,2°/100 м. Именно в этом районе выявлен известный Воркутский источник, Тальбей-Шор и ряд других с круглогодичной температурой 7-10° .

Но наибольший гидротермический эффект достигается при пересечении в узле сразу 3 глубинных разломов, в том числе двух (Бергантымыльского и продолжения Собского) и регионального субмеридионального, ограничивающего кряж Черняева с востока: здесь выходят широко известные Пымвошорские источники, имеющие наивысшую в регионе температуру воды 29°С [2].

Менее яркие, но достаточно существенные аномалии, сопровождаются выходом на поверхность относительно термальных вод. Их температура на 10-15 и более градусов выше температуры вод (конкретных районов), наблюдаются и в узле сочленения: Парного субширотного разлома с субмеридиональным - кряжа Чернышева (источники Искашорские с температурой 8-10°), Нидысейского - кряжа Чернышева (Еджидъюс-кие источники с температурой 14-16°) и Нидысейского - с фронтальным дизъюктивом, разграничивающими Урал с Предуральем [1].

В условиях распространения многолетнемерзлых пород наличие гидрогеотермических аномалий влечет за собой приращение мощности мерзлой зоны. Впервые для региона это было отмечено на Хальмерьюском угольном месторождении, где найдены локальные тектонические нарушения. [4]

На участках же распространения региональных разломов - аномалии ярче. Так, в самой северной части кряжа Чернышева, над зоной субмеридионального регионального разлом, мощность мерзлых пород всего 70 м, а за пределами указанной зоны, к западу и к востоку, фоновые значения составляют 400-500 м [5]. В упомянутой работе обосновывается связь формирования «подмерзлотного талика» (по терминологии О.Н. Толстихина) именно с разгрузкой жильных подземных вод, а не с иными факторами.

Таким образом, циркуляция жильных вод сказывается не только на температуре подземной гидросферы региона на весьма значительной его территории, но и (через посредство влияния на мощность мерзлой зоны) предопределяет пространственное распространение, глубины залегания, условия разгрузки и питание подземных вод, не говоря уже их химическом составе и минерализации.

Большой интерес представляет следующие особенности геологических условий. Тектоническая нарушенность пород убывает от осевой части Урала к его крыльям и далее - к Предуральскому прогибу. Следовательно, в общем случае в том же направлении должна снижаться и водопроницаемость отложений. Поэтому на равных участках один и тот же дизъюнк-тив должен характеризоваться различной способностью дренировать водоносные комплексы зоны свободного водообмена. В случае понижения водопроводящих свойств тектонической зоны, разгружающиеся по ней глубинные жильные воды должны в наименьшей степени разбавляться приповерхностными подземными водами и, соответственно, иметь наивысшую минерализацию в хорошо фильтрующих зонах разломов следует ожидать, очевидно, противоположной тенденции.

Таким образом, в пределах района исследований гидрогеодинамические и гидрогеотермические условия во многом предопределены функционированием гео-динамической водонапорной системы, структура которой характеризуется большим количеством тектонических нарушений и наличием ММП. Интересно, при этом один и тот же разлом на одном участке может быть водопроводящим, а на другом – водопоглощающим. Несмотря на то, что ММП развиты повсеместно, и имеют площадное распространение, их температура, строение и мощность значительно различаются в пределах района исследований. Основная роль в формировании запасов подземных вод принадлежит трещинно-жильным водам.