Криолитозона и подземные воды Печоро-Уральского региона Оберман, Наум Григорьевич

Введение к работе

БИБІІіШТЗДА

Актуальность. В Печоро-Уральском регионе (рисі) осваиваются Печорский угольный бассейн, Тимано-Печорская нефтегазоносная провинция, рудные месторождения Урала. Возникают города, промышленные объекты, магистрали, стимулируя рост потребностей в водоснабжении, обострение экологической обстановки. В то же время поток новых данных о криолитозоне (криогенных толщах; Геокриология СССР, 1988, с.62) и подземных водах территории выявил необходимость кардинального изменения ряда прежних представлений,тормозящих выбор оптимальных путей ее освоения и удорожающих последнее. Поэтому теоретическое обобщение материалов и разработка современных научных концепций, вскрывающих на основе поступившей информации новые закономерности формирования криогенных толщ (КТ) и подземных вод региона, - неотложная задача науки и практики.

Мерзлотная и гидрогеологическая изученность территории. Распространение многолетнемерзлых пород (МШІ) в платформенной части региона изменяется к северу от островного до сплошного при возрастании их модности с 50 до 250 м и более (Суходольский,І97І). В Приуралье геокриологическая зональность нарушается таликами по сети обводненных тектонических разломов (Акимов, 1961). Плейстоценовые МВД сохранились предположительно лишь на Пай-Хое (Иванова, 1964). Расчетная мощность КТ в Амдерме 400 м, у восточного подножия Заполярного Урала - 350м; фактическая температура до -5,5(Пономарев, 1937; Гидрогеология..., 1970). Предполагалось: сплошность распространения МШ на Урале возрастает к северу, от западного склона к восточному и с высотой; их мощность в осевой части Приполярного, Полярного, Заполярного Урала и Пай-Хоя в основном 200,300,400 и 350 м (Бара—нов,1952; 1977). Криогенный разрез низких морских террас включает охлажденные порода с криопэгами и пласты погребенного льда (Толстихин,1936; Пономарев,1937). Льды того же генезиса вскрыты в Воркуте, на глубине более 50 и (Увар-кин,1960). На Урале отмечены "ключевые" наледи, площадь их редко превышает I км (Кеммерих,1961; Алексеев,1974).

Трещинные воды Урала приурочены к коре выветривания, мощностью 20-70 м, и тектоническим разломам, водоносным до глубин в "несколько десятков метров". На одной площади, в гнейсах PR, отмечены 3 водоносные зоны, нижняя - на глубине 240 м (Гидрогеология..., т.42 и 16, 1970; Горбачев, 1976). В Приуралье трещинно-

— 3 —

»' ' eo* 66*

E3t UJk Q ІШ Qs Е5к Eh И В ЕЗиЕПи Рис.1. Схема криогидрогеологического районирования Печоро-'Уральского региона

Гидрогеологические надструктуры:к-Лечорская артезианская о6ластъ,Б~Уралъ-схая складчатая,В -Пагїхойсяо-Новоземелгсхая;структуры:А'-Лечорсхая,А\-Ижма-Лечорсхах^-Болшеземелмхах, А^г-Печоро-Предурал>схах, В'-Пайхойсхая; типы гидрогеологических структур: а- артезианский бассейн, Б- адартезианский Бассейн,ь-массив, г-аЗмассие, в-наложенный массш,е-наложенний аймассив; крисгидрогеологичесхих структур: і-структури с несплошним распространением ММ/!,-со сплошным распространением МШ, открчтче.З-то же, закрытые, 4-структуры разнопромороженхые, S-1-бассгйны с релихтоаими ММ/1: S - крисартезианские, 6 - реликтово-криОартезиансхие, 7'- артезианские бассейна с несплошным распространением реликтовых ШП; 8-9- границы: в-реги-она, 3-гидрогеологических кадструктур(а), структур (6),кри.огидрогеологичес-ких структур (в); ій-линия криогидрогеологического разреза; It-опорная вира-ботка и ее номер.

_ 4 —

пластовые воды терригенных пород перми-гриаса встречаются на глубинах до 200-300 м, ниже обводненность "незначительна или практически исключена". Зоны разломов в основном безводны, местами по ним разгружаются глубинные флюиды. В Печорской синеклизе господствуют порово-пластовые воды юрско-меловых отложений; север ее почти не изучен. Мощность зоны пресных вод платформы 50-400 м (Габович, 1965; 1970; Канунов, 1970). Выделены западная, центральная и восточная системы гидрогеологических массивов и адмассивов Урала и Пай-Хоя (Зайцев, 1973), артезианские бассейны: Ижма-Лечорс-кий, Большеземельский, Печоро-Предуральский (Габович, 1966). Северная часть последнего отнесена к адартезианским структурам (Кальм, 1973).

С зональной и местной спецификой геокриологических условий платформы связаны: распространение грунтовъхвод; мощность зоны пресных вод; водообильность скальных криогеннометаморфизованных пород; водообмен по таликам (в несквозных, под термокарстовыми озерами и понижениями, движение вод отсутствует) (Суходольский,1970, 1982). Мерзлые породы не влияют на режим вод палеозойской толщи (Кальм,1967). Морские воды, проникающие в породы побережья, крио-генно концентрируются и отжимаются на глубину (Пономарев, 1937).

Нерешенные проблемы: сохранилась ли плейстоценовая (реликтовая) КТ в платформенной части региона, каковы закономерности распространения и деградации ее? Каковы зональная,поясная,региональная,локальная изменчивость фактических (а не предполагаемых) характеристик КТ Пайхойско-Уральской области и закономерности этой изменчивости? Сомнительна адекватность классических представлений и реального гидрогеологического строения указанной области и Приу-рэлья. Упоминавшиеся проявления криогенного преобразования гидрогеологических условий региона неполны, иногда - малодостоверны. Практически отсутствуют критерии обособления водоносных зон криогенной дезинтеграции пород (ЗКД) от зон иного генезиса. Не выяснены тенденции распространения в регионе гидрогеогенных наледей и пластовых подземных льдов. Лишь декларирован генезис последних; ке определена региональная специфика наледообрэзования.

Цель и задачи исследования. Главная цель работы - выявление закономерностей распространения, формирования, взаимовлияния КТ и подземных вод Пайхойско-Уральской складчатой области и смежной часта Восточно-Европейской платформы (в пределах Печоро-Уральско-

— 5 —

го региона). В задачи работы входило:

1. Выявить специфику гидрогеологического строения и связанные с ней особенности гидрогеологии Пайхойско-Уральской складчатой области и Предуральского краевого прогиба.

2. Проследить связи распространения, температуры, мощности и строения КТ Пайхойско-Уральской области с климатом, основными типами морфоструктур,геолого-тектоническим, гидрогеологическим факторами; установить закономерности изменчивости этих параметров.

3. Установить закономерности распространения,температуры,мощности и строения плейстоценовой КТ Печорской равнины; зависимости мощности, строения этой толщи и её деградации от физико-географических, геологического и гидрогеологического факторов.

4. Выявить признаки водоносных ЗКД пород и закономерности криогенных преобразований условий формирования подземных вод,гидрогеологической зональности региона.

5. Выяснить специфику распространения крупных наледей региона и факторы ее обусловившие; углубить представления об особенности формирования гидрогеогенных наледей умеренного типа. Просле -дить тенденции распространения в регионе многолетних пластовых льдов четвертичной толщи; расшифровать их генезис.

Методика исследований. В работе автор исходил из известного, но не всегда учитываемого, положения о взаимовлиянии ММП и подземных вод, опирался на труды М.И.Сумгина, | Н.И.Толстихина,|П.И.Ме-льникова, В.А.Кудрявцева, И.К.Зайцева, Н.Д.Буданова, А.И.Попова, В.В.Баулина, О.Н.Толстихина, Н.Н.Романовского, С.М.Фотиева.Н.П. Анисимовой, Э.Д.Ершова, Н.Ы.Фролова, В.Р.Алексеева, В.Т.Балобае-ва, Б.Е.Антыпко и др. Методология предусматривала натурное комплексное геокриологическое и гидрогеологическое изучение территории, анализ и обобщение полученных и привлеченных данных, картографирование ее. Среди полевых исследований, проводившихся по общепринятым методикам, были съемочные, подземно-съемочные, авиадесантные, буровые, опытно-фильтрационные, геотермические, гидрохимические; наблюдения за режимом подземных, поверхностных вод, температурой пород, наледями, метеорологическими элементами.

Исходные материалы и личное .участие автора. Информационная база включает отчеты, архивные данные, публикации исследователей региона (упоминавшихся, а также Л.Н.Белякова, И.Ю.Быкова,В.А.Де-деева, Б.Я.Дембовского, В.С.Зархидзе, В.Э.Карповича,И.А.Конжина,

— 6 —

В.А.Лынова, А.С.Микляева, О.П.Овчинникова и др.); но в основном -полевые материалы, полученные в 1964-90 г.г. автором и руководимым им коллективом: Ю.А.Гвоздевым, Е.Ф.Новоселовым, М.М.Свириден-ко, И.Г.Шеслер и др. В последнем случае задействованы только первичные данные, их обработка и интерпретация выполнялись лично автором; им же определялись направление и задачи исследований.Установленные автором закономерности базируются на большом фактическом материале. Так, данные о температуре пород Урала и Пай-Хоя привлечены по 55 ключевым участкам (более 350 "выстоенных" после проходки скважин, свыше 800 измерений по 37 штольням).Использованы результаты откачек, замеров водопритоков по 2000 выработок, включая шахты и штольни, проанализированы материалы более ста вскрытий пластовых льдов скважинами и т.д.

Научная новизна работы заключается в следующем:

I) выявлено, что специфика гидрогеологического строения и связанные с ней особенности гидрогеологии Пайхойско-Уральской области, Предуральского краевого прогиба обусловлены распространением впервые выделенных серий обводненных этажнозалегающих зон и региональной изменчивостью характеристик этих серий;

2. прослежены связи распространения, температуры, мощности и строения КТ Пайхойско-Уральской области с климатом, основными типами морфоструктур; установлены: различия в глубинах залегания подошвы КТ на западном и восточном склонах Урала, обусловленные неравенством кондуктивного теплового потока; зональность влияния конвективного теплового потока на мощность КТ; динамичность формирования и деградации яруса охлажденных пород и, соответственно, - строения КТ при развитии серий водоносных зон;

3. установлены закономерности распространения, температуры мощности и строения плейстоценовой КТ Печорской равнины, палеозо-нальность этих параметров, зависимость азональности мощности КТ в Северной зоне от палеогеографического фактора, связь строения данной толпш с региональной спецификой подземных вод и зональностью температуры пород, геологические и гидрогеологические предпосылки деградации реликтовой КТ на ряде площадей;

4. выявлены признаки водоносных ЗКД пород и закономерности криогенных преобразований условий формирования подземных вод,гидрогеологической зональности региона;

5. выяснены специфика распространения крупных наледей регио-

на и факторы её обусловившие; углублены представления об особенности формирования гидрогеогенных наледей умеренного типа. Прослежены тенденции распространения в регионе многолетних пластовых льдов четвертичной толщи; расшифрован их генезис,

Практическую значимость работы определяют;

1. развитие научных концепций о закономерностях формирования, взаимовлияния КТ и подземных вод региона;

2. использование полученных автором научных результатов при: мерзлотно-гидрогеологической, инженерно-геокриологической съемке;

.разведке месторождений полезных ископаемых; подсчетах эксплуатационных ресурсов пресных подземных вод, запасов газогидратоввооружении магистральных трубопроводов, размещении промышленных объектов; геоэкологических исследованиях (3,8,9 и др.);

3. создание автором и с его участием около 40 карт м-ба 1:500000 - 1:2500000, схем: Схемы мерзлотного районирования Тима-но-Уральской области, М., МГРИ,1974; Геокриологической карты СССР, М.,МГУ,1977; Карты мерзлотных условий Нечерноземной зоны РСФСР, М.,ГУГК, 1984; Схем геокриологического районирования Урала,гидрогеологического районирования Европейского Севера СССР,М.,Недра, 1988; Схемы гидрогеологического районирования Полярного и Приполярного Урала, Красноярск, Сиб.НИИГиМ,1984; Карты гидрогеологических объектов Тимано-Печорской провинции, перспективных для водоснабжения, Сыктывкар, КНЦ УрО АН СССР,1989 и др.;

4. использование результатов исследований и выводов автора в фундаментальных трудах, учебниках (Общее мерзлотоведение,1978; Гидрогеотермические особенности криогенной области СССР,1978{Подземные воды криолитозоны, 1983; Геокриология СССР, т.1,1988; Региональная криолитология, 1989; Engineering Geology of the Earth, 1989; Инженерная геология СССР, т.ІУ, 1990 и др.).

Апробация. Основные научные выводы, включенные в диссертацию в форме научного доклада, обсуждались на 35 конференциях, совещаниях по геокриологии, гидрогеологии, инженерной геологии, геологии: Географического общества СССР (Воркута, 1969,1974; Сыктывкар, 1974); Коми республиканских (Сыктывкар, 1970-1984); Всеу-ральских (Свердловск,1983; Пермь,1986; Челябинск,1989); междуведомственных (Ленинград,1972; Валдай,1973; Москва,1974: Воркута, 1979; Зеленый, 1982); Всесоюзных (Москва,1970; 1974;г'Воркута, 1971; 1985; Петропавловск-Камчатский,1979; Зеленый,1983; Благове-

_ а- —

щенск, 1986; Сыктывкар,1988; Магадан,1989); расширенных заседаниях Научного совета по криологии Земли АН СССР (Москва,1984-92){международных: П конференции по мерзлотоведению (Якутск,1973),27 Геологическом конгрессе (Москва,1984), Симпозиуме "Геокриологические исследования в Арктических районах" (Надым, 1989).

Публикации. Список основных научных трудов, представленных к защите диссертации в форме научного доклада, содержит 35 названий (25,0 печ.л., в том числе 10 работ объемом 8,4 печ.л. в соавторстве). Всего по теме диссертации автор опубликовал 71 работу объемом 32,3 печ.л.

При выполнении работы автор ощущал постоянную поддержку, по- льзовался советами своего Учителя со студенческой скамьи Н.И.Тол-стихина, многих сотрудников Геологического факультета МГУ.ПНИИИСа, ВСЕГИНГЕО, которым глубоко признателен. Искренне благодарю Н.П. Анисимову, Г.М.Фельдмана, В.В.Шепелева, В.Ы.Пигузову, любезно прочитавших рукопись и сделавших ценные критические замечания.