Оценка карстоопасности территории г. Кунгура на основе общегеологического подхода

Общие сведения о регионе и его проблемах

Бузулукская впадина находится на юго-востоке Восточно-Европейской платформы и приурочена к западной части Оренбуржья и частично к соседнему региону (рис. 1) [5].

На схеме гидрогеологического районирования показаны основные гидрогеологические структуры и реки региона (рис. 2). С середины прошлого века здесь ведутся геологические и гидрогеологические съемки масштаба 1:200000, а также проводятся другие исследования. По центральной части Бузулукской впадины с учетом гидрогеологической стратификации разреза ВСЕГИНГЕО построены гидрогеологические карты и схемы с характеристикой водоносных комплексов зон активного (выше водоупора казанского возраста), замедленного и весьма затрудненного водообмена [6, 8]. Гидрогеологические параметры выбраны нами с учетом ранее выявленных закономерностей формирования подземных вод региона [7, 9]. Регион относится к зоне недостаточного увлажнения с величиной испарения вдвое выше количества осадков. Водный дефицит тормозит его социально-экономическое развитие и создает трудности при нефтедобыче.

Рис. 1. Обзорная карта района исследований. Границы: 1 – Бузулукской впадины; 2 – Оренбургской области и регионов России; 3 – России с Казахстаном

Рис.2. Схема гидрогеологического районирования Оренбуржья и сопредельных районов [3]. Границы: а – крупнейших надпорядковых гидрогеологических структур Русской платформы с Волго-Камским (I), Прикаспийским артезианскими бассейнами (III) и Уральской гидрогеологической складчатой областью (II); б – Волго-Камского и Прикаспийского артезианских бассейнов; в – артезианских бассейнов, сводов и моноклиналей более высокого порядка; г – Камско-Кинельской системы палеоартезианских бассейнов; д – Бузулукской впадины. Артезианские своды: I-1 – Токмовский, I-2 – Кукморский, I-3 – Башкирский, I-4 – Альметьевско-Белебеевский, I-5 – Жигулевско-Пугачевский, I-6 – Оренбургский, I-7 – Прибортовой Прикаспийский. Артезианские бассейны более высокого порядка: I-8 – Мелекесский, I-9 – Благовещенский, I-10 – Юрюзано-Сылвенский, I-11 – Серноводско-Абдуллинский, I-12 – Бузулукский, I-13 – Бельский, I-14 – Юго-Восточно-Русская артезианская моноклиналь

Основным источником хозяйственнопитьевого водоснабжения служат воды аллювиального водоносного горизонта. Они используются пока и для поддержания пластового давления на нефтепромыслах. Но дефицит пресных вод выдвигает задачи не только по уточнению ресурсов пресных вод, но и по оценке ресурсов соленых вод и рассолов, которыми необходимо заменить пресные воды при техническом водоснабжении нефтепромыслов. Для решения этих задач нами систематизирована информация о гидрогеологических параметрах: мощности водоносных горизонтов и комплексов по глубинам залегания уровня подземных вод, их напорам и дебитам, химическому составу и коэффициентам фильтрации пород, их водопроводимости и пьезопроводности. Для оценки интенсивности подземного стока нами использованы и генерализованы данные других авторов [5, 6].

Н.А. и А.А. Донецковыми прогнозные ресурсы соленых вод и рассолов в регионе оценены совместно для зон замедленного и весьма затрудненного водообмена. Построены карта прогнозных ресурсов вод масштаба 1:200 000 и схематическая карта водопроводимости пород. Рассолы зоны весьма затрудненного водообмена охарактеризованы комплексом карт, отражающих параметры их динамики и химизма в масштабе 1:500 000. По нескольким водоносным комплексам указанными авторами построена одна карта прогнозных ресурсов рассолов в масштабе 1:200 000. На картах даны приведенные статические уровни вод, их температура, коэффициенты водопроводимости и эффективной мощности пород, глубины залегания кровли и подошвы водоносных комплексов и дебиты скважин. На картах прогнозных ресурсов вод зон активного и замедленного водообмена даны модули среднемноголетнего притока подземных вод в реки в летне-осеннюю межень. Путем решения гидродинамической задачи первого рода оценены ресурсы рассолов зоны весьма затрудненного водообмена по максимальной производительности скважин. Учтены данные и по поисковоразведочным скважинам.

Анализ ситуации

Построена схема бассейнов водного стока исследуемых районов, на основе имеющихся данных (рис. 3). В зоне активного водообмена выделены бассейны стока [1, 3]. На схеме учтены данные по водозаборным скважинам и результаты наземных и дистанционных методов исследования с применением многоцелевых авиазондов, оснащенных аппаратурой в тепловом, оптическом, инфракрасном, рентгеновском и радиоволновых диапазонах. Цветные синтезированные карты масштаба 1:40000 ÷ 1:1000000 позволяют уточнить условия формирования природных вод, состояние лесных сообществ, почв, сельхозугодий, техногенных объектов и систематизировать информацию об источниках загрязнения природных вод и окружающей среды.

Охарактеризованы применяемые технологии, реагенты, очистные сооружения, отходы и сточные воды каждого предприятия. Воды загрязняются хлором, серой, азотом, углеродом, а также натрием, кальцием, магнием и тяжелыми металлами. Нефтепродукты мигрируют в водных потоках на сотни километров от их источников. Техногенные объекты загрязняют природные воды и подтапливают территорию. Так, в селе Пронькино Сорочинского района подтопление и загрязнение водоемов произошли в связи с необоснованным строительством водохранилища выше по течению от села и дамбы через речку в самом селе. Были подтоплены подвалы домов и загрязнены источники водоснабжения населения соединениями азота, тяжелыми металлами и нефтепродуктами.

Дешифрированием аэрокосмоснимков выделены морфоструктуры, соответствующие тектонически ослабленным приречным зонам. При помощи модуля подземного стока пресных вод по данным более чем 300 водозаборных скважин установлено, что интенсивность их стока в приречных зонах значительно выше, чем на водоразделах и склонах долин (рис.3).

Рис. 3 . Бассейны водного стока Бузулукской впадины и сопредельных районов. Макробассейны: I – Уральский; II - Волжский; III - Камский. Мезобассейны: 1.1 - Чаганский;

• 1.2 - Иртекский; 1.3 – Киндерлинский; 1.4 – Сакмарский; 1.5 - Черновской; 1.6 – Урало - Донгузский; 1.7 – Илекский; 2.1 – Бугурусланский; 2.2 – Боровский; 2.3 - Токский; 2.4 - Бузулукский; 2.5 - Мало-Уранский; 2.6 – Большой Уранский; 2.7 - ВерхнеСамарский; 3.1 – Кандызский; 3.2 – мезобассейн Дёмы

Именно здесь формируются зоны сосредоточения подземных вод [2] с повышенной интенсивностью стока (табл. 1, рис. 4). Например, в Токском мезобассейне он в 35 раз выше в приречных зонах, чем на водоразделах, в Боровском и Мало-Уранском – в 5 раз и более. А в мезобассейне Демы эта разница составляет всего 1,5 раза, что обусловлено спокойным неотектоническим режимом бассейна. С активизацией поднятий обновляется тектоническая трещиноватость в этих зонах и растет их водоносность.

В нашем регионе водосборы сложены верхнепермскими, фациально-невыдержанными, слабопроницаемыми породами. Миграционная способность растворенного вещества в них обычно меньше подвижности воды-растворителя, поэтому возникают эффект градиента химического потенциала и механизм осмотического течения [4, 10, 11].

Таблица 1. Интенсивность подземного стока в разных бассейнах

Мезобассейны стока	Зоны	Удельный дебит, л/сек·м с км2
		Максимальный	Минимальный	Средний
Кандызский	Приречные	3,1	0,03	1,07
	Водораздельные	1,7	0,045	0,5805
Демы	Приречные	0,67	0,09	0,38
	Водораздельные	0,367	0,07	0,22
Бугурусланский	Приречные	13,33	0,4	1,523
	Водораздельные	3,0	0,01	0,379
Боровской	Приречные	6,67	0,05	1,39
	Водораздельные	4,08	0,05	0,168
Токский	Приречные	25,0	0,05	2,513
	Водораздельные	0,16	0,01	0,07
Бузулукский	Приречные	7,0	0,06	1,14
	Водораздельные	2,7	002	0,607
Мало-Уранский	Приречные	2,5	0,01	0,727
	Водораздельные	0,106	0,01	0,147

Таблица 2. Площади с повышенной водопроводимостью и дебитом скважин в визейско-нижнемосковском терригенно-карбонатном водоносном комплексе, приуроченные к приречным зонам

Разведочная площадь	Интервал отбора, м (абсолютная отметка)	Эффективная мощность водоносного комплекса	Водопроводи-мость, м2/сут	Дебит, м3/сут
Воронцовская	1705-2683	246	63,98	-
Ероховская	1710-2645	243	65,95	-
Новоселовская	1708-2645	223	112,34	31,21
Покровская	1633-2290	221	82,88	32,3
Никифоровская	1812-2510	161	107,55	23,8
Пронькинская	1664-2338	192	39,17	-
Родинская	1632-2292	193	84,53	50,4
Погромненская	1838-2570	158	-	30,0
Скоковская	1648-2297	190	39,33	-
Никольская	1633-2300	188	50,57	26,2
Солоновская	1657-2286	190	21,28	53,5
Смоляная	1674-2292	162	35,48	-
Казанская	2050-2743	147	41,01	-
Веселовская	1705-2344	162	-	64,3
Боголюбовская	1685-2331	162	35,80	-

Таблица 3. Площади с повышенной водопроводимостью и дебитом скважин в среднефранско-турнейском карбонатном водоносном комплексе, приуроченные к приречным зонам

Разведочная  пло щадь	Интервал отбора, м (абсолютная отметка)	Эффективная мощность  водоносного    ком плекса	Водопроводи-мость, м2/сут	Дебит, м3/сут
Покровская	2290-3098	120	50,16	44,6
Родинская	2292-3163	143	93,67	41,3
Погромненская	2570-3396	121	37,15	-
Шулаевская	2557-3445	121	-	38,0
Скоковская	2970-3190	143	-	39,6
Солоновская	2286-3078	138	-	34,6
Ивановская	1900-2657	120	-	37,8
Ольховская	2342-3105	120	25,32	34,3

Рис. 4. Схематическая карта приречного и водораздельно-склонового водного стока с территории Бузулукской впадины и сопредельных районов. Зоны: 1 – приречные (1) и водораздельно-склоновые (2). Границы: 3 -макробассейнов стока; 4 - мезобассейнов; 5 - Бузулукской впадины. Водозаборные скважины с удельным дебитом: 6 – повы-

шенным (Д ≥ 0,3 л/сек·м); 7 - пониженным (Д < 0,3 л/сек·м). Обозначения макро- и мезобассейнов стока см. на рис. 3

Рис. 5. Фрагмент карты гидродинамических параметров глубоких водоносных горизонтов в восточной части Бузулукской впадины. 1 – параметры: слева – водопроводимость, м²/сут; справа – дебит, м³/сут; 2 – значения: водопроводимости 10÷30 м²/сут; дебита – 10-30 м³/сут. 3 – значения: водопроводимости 30÷50 м²/сут; дебита – 30-50 м³/сут. 4 – значения: водопроводимости > 50 м²/сут; дебита – > 50 м³/сут. Границы: 5 – Бузулукской впадины; 6 – тектонических нарушений

Рис. 6 . Карта-схема новейшей тектоники Южного Предуралья (по А.П. Сигову, с уточнениями авторов). Геоморфологические районы: I. Русская равнина. I-А – приподнятая денудационная равнина: IА 1 – Приволжской возвышенности, IА 2 – Бугульминско-Белебеевской возвышенности, IА 3 – Общего Сырта. IБ – континентальноморская аккумулятивная равнина. II – Уральские горные сооружения. Границы: 1а – геоморфологических регионов, 1б – геоморфологических районов; 2 – Бузулукской впадины; 3 – тектонических нарушений: а – соответствующих приречным зонам крупных рек, б – соответствующих приречным зонам их притоков; 4а – Оренбургской области и регионов России, 4б – России с Казахстаном; 5 – изолинии амплитуд новейших поднятий

Это хорошо проявляется на юге Бузулукской впадины, где модули подземного стока на приподнятом правобережье Урала в 3÷5 раз выше, чем на равнинном левобережье из-за различного неотектони-ческого режима. Трещиноватость пород, неотектонически обновленная, не затухает под речными долинами и фиксируется в глубоких скважинах повышенной водо-проводимостью пород и водопритоками (рис. 5, табл. 2 и 3). Выявленные нами закономерности необходимо учитывать на неотектонических картах (рис. 6).

Выводы

• 1.    Ресурсы пресных подземных вод в регионе сосредоточены в приречных зонах, где трещиноватость пород обновлена и воды накапливаются вниз по потоку с увеличением водосборной площади. Интенсивность подземного стока в приречных зонах значительно выше, чем на водосборах и их склонах.

• 2.    Дефицит пресных вод создает трудности в социально-экономическом развитии региона и требует отказа от их технического использования при нефтедобыче. По техническим условиям пресные воды в системах заводнения залежей углеводородов можно заменить на соленые воды и рассолы зон замедленного и затрудненного водообмена.

• 3.    Приречная трещиноватость пород не затухает в зоне активного водообмена,

проявляясь в глубоких горизонтах земной коры, что фиксируется в глубоких скважинах повышенными значениями водо-проводимости пород и удельных дебитов скважин. Это свидетельствует о возможности получения достаточных по количеству ресурсов соленых вод и рассолов для замены пресных вод в системах заводнения месторождений нефти и газа.