Статьи

Год 2007.

Изучение режима вод таликовых зон в условиях

сплошного развития многолетнемерзлых пород

Эвенкийского АО

Т.Н. Кадамцева

ГП ЭАО «ТЦ «Эвенкиягеомониторинг», г.Красноярск, ktn@evgm.ru

     Необходимость изучения режима вод таликовых зон возникла при проведении поисково-оценочных работ по выявлению пресных подземных вод для питьевого водоснабжения пгт. Тура, являющегося административным центром Эвенкийского автономного округа. Поселок расположен в центральной части округа в устье р.Кочечум, правого притока р. Н.Тунгуска. Климат района резкоконтинентальный, с холодной продолжительной зимой и коротким довольно жарким летом. Средняя продолжительность безморозного периода всего 75-90 дней. Среднемноголетняя годовая температура минус 9⁰С. Среднегодовая сумма осадков – 339 мм, из них 80% выпадает в теплый период. Суровые климатические условия определяют широкое развитие в районе пгт Тура многолетней мерзлоты, мощность которой в долинах рек Нижняя Тунгуска и Кочечум составляет 20-80 м. Мерзлотой поражены как покровные четвертичные отложения, так и породы коренной основы. Территория исследований расположена в пределах Тунгусского артезианского бассейна, являющегося основной гидрогеологической структурой на территории Эвенкийского АО.

По приуроченности к водовмещающим породам и условиям циркуляции выделяются следующие типы подземных вод:

-надмерзлотные и таликовые, циркулирующие в непромороженных или сезонно-талых четвертичных нелитифицированных осадках, редко в трещиноватых породах коренной основы (трещинно-жильные);

-подмерзлотные трещинно-жильные и трещинно-пластовые, локализованные в трещиноватых образованиях нижнего триаса.

Надмерзлотные воды четвертичных отложений приурочены к долинам рек и распространены в деятельном слое, мощность которого, в зависимости от экспозиции склонов, литологии пород и степени дренированности, колеблется от 0,2 до 2 м. Питание их осуществляется за счет атмосферных осадков и речных вод (при высоком стоянии уровней). Подстилающим водоупором служат мерзлые породы. Разгружаются эти воды в виде небольших родников у оснований склонов речных долин. Режим родников очень непостоянный, зависит от количества атмосферных осадков, времени года, рельефа местности и свойств водовмещающих пород. Зимой водовмещающие отложения полностью промерзают. Исключение составляют лишь циркулирующие круглогодично воды таликов (под- и прирусловых, сквозных и несквозных), развитых в пойменных зонах долин. Воды таликов характеризуются обычно как пресные гидрокарбонатно-хлоридные, хлоридно-гидрокарбонатные магниево-натриево-кальциевые. В зимнюю межень, в период отсутствия атмосферного питания, минерализация их возрастает. Учитывая широкое распространение в районе соленых вод и рассолов, талики являются практически единственным источником пресных подземных вод.

Подмерзлотные воды, приуроченные к зоне относительно замедленного водообмена, получают питание за счет перетоков надмерзлотных и речных вод по зонам единичных сквозных таликов, а также за счет восходящих перетоков вод из глубокозалегающих водоносных пластов. По составу – это, преимущественно, хлоридные магниево-натриево-кальциевые воды с повышенными содержаниями Cl^- и SO₄^2- - ионов и высокими значениями общей жесткости. В верхней части коренного трещиноватого разреза подмерзлотные воды солоноватые (минерализация 1.5-3.0 г/л). С глубиной минерализация резко увеличивается до 20-40 г/л и более. Вследствие высоких минерализации, жесткости и концентраций хлоридов и сульфатов для организации хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения подмерзлотные воды непригодны. Подмерзлотные воды приурочены в районе пгт. Тура к слаботрещиноватым базальтам с редкими прослоями туфогенных пород. Породы характеризуются низкими фильтрационными свойствами. По химическому составу воды соленые хлоридные кальциевые. По зонам развития сквозных таликов данный водоносный горизонт непосредственно связан с поверхностными водами и водами четвертичных образований, что является одной из основных причин повышения минерализации поверхностных вод и вод таликов в меженный период. Минерализация вскрытых в пределах пгт. Тура вод подмерзлотных горизонтов достигает 221 г/л.

В настоящее время потребности хозяйственно-питьевого водоснабжения пгт. Тура удовлетворяются посредством забора воды из рек Кочечум и, в меньшей степени, НижняяТунгуска. Однако, в глубокую зимнюю межень, когда основная роль в формировании речного стока переходит к подземным водам, минерализация поверхностных вод увеличивается: в р.Кочечум до 1 г/л, в р.Н.Тунгуска более 1,5г/л. Тип воды в зимнюю межень становится по р.Н.Тунгуска хлоридным натриевым, по р.Кочечум – обычно смешанный, но тоже отмечается преобладание ионов хлора и натрия. В весенне-летний период речные воды разбавляются талыми водами и атмосферными осадками, их минерализация снижается, но, вместе с тем, в это время изобилуют взвешенные частицы, повышается цветность, ухудшаются бактериологические показатели, что обусловливает непригодность речной воды для питьевого использования на протяжении большей части года. Зимой население вынуждено растапливать речной лед, чтобы добыть питьевую воду. Указанные обстоятельства привели к повторной постановке поисково-оценочных работ, несмотря на отрицательные результаты поисков подземных вод, выполненных в конце 80-х годов прошлого столетия. В качестве основного объекта исследований на основании анализа общих характеристик мерзлотных и гидрогеологических условий района были выбраны талики и локализованные в них ресурсы пресных вод. На предварительно выделенных по результатам дешифрирования КС и летнего гидрогеологического обследования участках предположительного развития таликовых зон были поставлены средне-и крупномасштабные геофизические исследования, включающие наземные и акваториальные ВЭЗ, термометрию и резистивиметрию, которые подтвердили наличие несквозных таликов под руслами основных рек. Выделенные наиболее перспективные участки были заверены буровыми и опробовательскими работами.

В результате установлено, поперечные размеры несквозных таликов крайне ограничены, их границы практически совпадают с линией уреза воды. Наиболее мощный талый аллювий, сложенный крупнообломочным материалом, распространен на левобережье р.Кочечум (так называемый участок №1, выделенный непосредственно в границах поселка). На глубине около 4-х метров отмечен водоупорный пропласток глин, наличие которого, по всей вероятности, препятствует активной разгрузке напорных соленых подмерзлотных вод и обусловливает локализацию пресных вод в верхней части подруслового талика. Для подтверждения последнего вывода были организованы наблюдения за динамикой изменения уровней, температуры и минерализации вод таликов. Традиционные методы наблюдений за режимом подземных вод применить было невозможно. Вследствие того, что скважины, ориентированные на изучение таликовой зоны, были пробурены непосредственно у уреза реки, даже небольшие дожди в летне-осенний период вызывали их затопление. С учетом последнего обстоятельства наблюдения организованы с применением специальных датчиков. В одной из скважин блоки датчиков устанавливались на двух уровнях. В зону фильтра на глубину 3,5 м, где вскрыты пресные воды из аллювия, были опущены резистивиметр и электронный термометр; в призабойную зону (на 7,5 м), где в скважину подступают солоноватые воды из трещиноватых базальтов, установлены резистивиметр, термометр и датчик давления для замеров уровня воды. В скважине, вскрывшей только соленые воды, был установлен один блок датчиков (резистивиметр и термометр – на глубине 24 м, датчик давления – на глубине 15 м). Датчики были изготовлены в производственно-коммерческой фирме «ГИДЭК-ТЕНЗОР». Резистивиметром обеспечивалось определение удельной электропроводности (УЭС) воды и последующей (с использованием эмпирической зависимости) оценки минерализации, датчики давления позволили получить значения напора, которые затем были пересчитаны в уровни (с использованием значения уровня, измеренного в момент установки датчика, термометром, соответственно, замерялась температура воды.

Провода от датчиков по смотровым трубам выводились за пределы зоны затопления. Одновременно проводились наблюдения за изменениями минерализации воды в реках Нижняя Тунгуска и Кочечум. Достоверность полученных по данным резистивиметрии значений минерализации оценивалась по их сопоставлению с величинами минерализации, определенными при лабораторных химико-аналитических исследованиях. Результаты сопоставлений показали, что абсолютное большинство точек размещаются в пределах «доверительного интервала».

В итоге были сделаны следующие выводы:

- температура подземных вод таликовой зоны на глубинах 3,5 и 7,5м, установившаяся после «выстойки» скважины и датчиков, оставалась стабильной в течение всего периода наблюдений, при чем на глубине 3,5 м температура оказалась несколько ниже, что обусловлено, по всей видимости, влиянием внешних факторов – очень низкими температурами воздуха в течение осени и зимы;

- уровни подземных вод в аллювии менялись в соответствии с изменениями уровня речных вод: минимальные значения отмечены в период зимней межени (с декабря по март), с конца апреля начинается паводковый период, и уровень подземных вод постепенно повышается, высокий уровень держится до октября, снижение уровня подземных вод в осенний период начинается в ноябре, амплитуда колебаний в течение периода наблюдений составила около 1 м.

Наблюдения за минерализацией продолжались полный гидрологический год. В итоге максимальные значения минерализации зафиксированы в апреле. Амплитуды роста минерализации за период зимней межени 2004-2005 гг. составили по водам р.Н.Тунгуски – 0,.75 г/л (от 0,35 г/л до 1,1 г/л); водам р.Кочечумо – 0,35 г/л (от 0,20 до 0,55 г/л). Примерно такие же тенденции изменения минерализации (а, значит, и химического состава) характерны и для подземных вод, локализованных в непромороженном аллювии. В период с декабря по апрель минерализация подземных вод возрастает. Максимальные значения около 0,7 г/л зафиксированы в апреле 2004 г. и в апреле 2005 г.

Минерализация вод, локализованных в трещиноватых базальтах (на забое скважин), изменялась в пределах 1,81-1,85 г/л. Здесь полученные с использованием резистивиметра значения несколько завышены, т.к. при пересчете использована зависимость, характерная для Cl-Na вод, а в базальтах воды сульфатные. Результаты химико-аналитических исследований показали, что минерализация вод варьировала в пределах 1,13-1,15 г/л, а максимальное значение, зафиксированное в апреле, составило 1,46 г/л.

Таким образом, с помощью специального оборудования для мониторинга подземных вод было установлено, что таликовая зона в прирусловой зоне р.Кочечум на детальном участке № 1 сохраняется в течение года и в аллювиальных отложениях р.Кочечумо циркулируют пресные подземные воды. Полученные результаты были использованы для построения модели и подсчета эксплуатационных ресурсов.