В геологическом разрезе Западно-Туркменского артезианского бассейна выделяется тринадцать водоносных комплексов, связанных с юрскими, нижнеметовыми, верхнемеловыми, палеогеновыми, неогеновыми и четвертичными и другими отложениями.
Водоносный комплекс юрских отложений
Водоносный комплекс юрских отложений (J) объединяет проницаемые горизонты карбонатных отложений келловей-оксфордского возраста и отложения нижней и средней юры, сложенные в основном песчано-алевролитовыми породами.
Этот комплекс отличается сложным строением из-за постоянства как полноты разреза, так и мощности состава слагающих его пород. Наиболее полные и относительно хорошо изученные разрезы его представлены на Каганском и Мубарекском блоковых поднятиях, где выделяется ряд горизонтов, отделенных друг от друга относительно непроницаемыми прослоями. Общая мощность комплекса колеблется от 1500-2000 м на юго-востоке (в районах прогибов) до первых сотен, а местами и десятков метров в пределах отдельных поднятий (Газли). Водоносные горизонты юрских отложений характеризуются низкими коллекторскими свойствами. Проницаемость их изменяется от единиц до 200 мдарси.
Юрские водоносные отложения, как и меловые, обнажаются на дневной поверхности в пределах горно-складчатых областей (Гиссарското, Зеравшанско-Туркестанского хребтов, Малого и Большого Балханов, Туаркыра и др.), обрамляющих Каракумский артезианский бассейн.
Сведения о водоносности юрских отложений в пределах закрытой части бассейна имеются по Приамударьинскому (площади Фарао, Гугуртли, Кабаклы и др.) и Питнякскому (площади Султаноанджар, Тюямуюн, Мешекли и др.) районам Северной (площади Ачак, Сарыкамыш, Ждановская и др.) и Центральной (площади Зеагли-Дарваза, Коюн, Курук и др.) Туркмении, Мары-Байрамалийскому району (площади Майская. Байрам-Али и др.), где был выполнен большой объем нефте-газопоисковых и разведочных работ.
При опробовании скважины, заложенной в зоне высокоамплитудного надвига на площади Керкидаг, был получен значительный приток самоизливающихся рассолов с глубины 2908 м из солей гаурдакской свиты с первоначальным дебитом до 700-1000 м3/сутки. Вскрытые рассолы характеризуются минерализацией 546-481‚6 г/л. В ионно-солевом составе их отмечается преобладание ионов кальция и магния, составляющих соответственно 51,2 и 41,6 экв %, в то время как содержание натрия равно всего лишь 7,2 экв %. Подземные рассолы рассматриваемых отложений обладают здесь заметными концентрациями брома и низкими йода и отсутствием сульфатов и гидрокарбонатов. Рассолы относятся к хлоридному кальциево-магниевому типу. Аналогичный тип рассолов из одноименных отложений получен при опробовании скважины (с глубины 2362 м) на площади Сакар, для которых также характерно повышенное содержание кальция и магния, равное соответственно 58,9 и 31 экв % при общей минерализации 362,3 г/л.
Севернее рассмотренных площадей на структурах Саман-Тепе и Фараб юрские отложения представлены нерасчлененными нижне-среднеюрскими терригенными породами (песчаниками, алевролитами, аргиллитами) и келловей-оксфордскими известняками. Водоносность последних изучена наиболее детально. Рассолы, полученные при опробовании известняков келловей-оксфорда, характеризуются закономерным увеличением минерализации с глубиной (Саман-Тепе до 229,6 г/л; Фараб – до 163 г/л). Содержание иона хлора в рассолах юрских отложений на указанных площадях значительное и в основном соответствует их высокой общей минерализации.
Относительно низкое значение минерализации рассолов юрских отложений получено на площади Гугуртли. При опробовании скважин (интервалы 2050-2047 и 2110 м) был получен рассол с минерализацией соответственно 93,5 и 119,34 г/л. В ионно-солевом его составе преобладают хлориды натрия. Статические уровни подземных вод устанавливаются на глубинах 160-190 м ниже устья скважин в течение короткого времени, что свидетельствует о высокой проницаемости водовмещающих горизонтов.
В пределах северо-восточной части бассейна юрские отложения представлены в нижней части чередованием песчаников, алевролитов и глин, а в верхней преобладают известняки келловейского яруса, на которых залегают континентально-лагунные карбонатные и хемогенные отложения (ангидриты, гипсы, доломиты). С терригенными образованиями, а также с известняками келловея связаны значительные водопроявления.
Подземные рассолы юрских отложений Северной Туркменистана вскрыты на площадях Ачак, Сарыкамыш, Эгритакыр. Минерализация их здесь изменяется в пределах 169-237 г/л. Отмечается значительное содержание в них ионов кальция и магния, которые соответственно равны 17,1-30,9 и 3,7-5‚8 экв %. Максимальные концентрации иона кальция отмечены в водах на площади Ждановская. Рассолы юрского комплекса Северной Туркменистана содержат также повышенные концентрации йода и брома. Максимальное содержание йода отмечено в скважине на площади Сарыкамыш. Повышенными значениями указанных элементов характеризуются также рассолы Ачакской структуры. Рассолы относятся преимущественно к хлоридному кальциево-натриевому типу. Статические уровни их устанавливаются на отметках 63-170 м ниже устья скважин.
Наибольшее количество сведений о водоносности юрских отложений имеется по площадям Курук, Восточный Курук, Шиих, Такыр, Чашхын, Коюн, Шарлык и Южный Атабай. В пределах указанных площадей воды юрских отложений характеризуются крепкими рассолами (до 184,7 г/л) хлоридного кальциево-натриевого типа и только на площади Южный Атабай они хлоридные натриевые. Концентрация иона кальция в них изменяется в пределах 10,1-26,3 экв %, максимальные значения которого отмечены на площади Курук, Где развиты наиболее крепкие рассолы. Содержание иона магния составляет 3,67-5,96 экв %. Максимальное содержание йода отмечено в рассолах площади Восточный Курук
Статические уровни рассолов устанавливаются на отметках 30-86 м ниже устья скважин. Необходимо отметить в целом хорошую водообильность пород, о чем свидетельствуют большие скорости восстановления динамических уровней до статических [3].
Водоносный комплекс нижнемеловых отложений
Водоносный комплекс нижнемеловых отложений включает толщу неокомских, аптских и нижнеальбских пород, сложенных песчаниками, алевролитами с глинистыми прослоями, а в юго-восточных частях территории и гипсами. Он широко распространен на всей территории. Общая мощность его в пределах прогибов достигает 1000 м и более, а в приподнятых районах уменьшается до 500 м. В разрезе комплекса также выделяется ряд водоносных горизонтов, разделенных между собой относительно непроницаемыми глинистыми прослоями. Водосодержащие породы нижнемеловых отложений по сравнению с юрскими характеризуются лучшими коллекторскими свойствами. Средняя пористость их равна 18-28 %, проницаемость составляет 200-900 мдарси, нередко превышает 1 дарси. В результате фациального замещения песчаных пластов глинистыми и алевролитистыми в некоторых районах проницаемость пород уменьшается до нуля (Каракульский прогиб).
Нижнемеловые отложения в Каракумском артезианском бассейне скрыты под мощным чехлом более молодых пород. Обнажаются они в пределах горно-складчатых областей Копет-Дага, Большого и Малого Балханов, Туаркыра, Паропамиза, Гиссара и Зеравшан-Туркестанского хребтов. Последние являются основными областями современной инфильтрации и для рассматриваемого водоносного комплекса. В пределах закрытой части бассейна водопроявления были зафиксированы в многочисленных скважинах.
Следует, однако, отметить крайнюю неравномерность изученности водоносности по разрезу, объясняемую тем, что гидрогеологическим исследованиям были подвергнуты лишь терригенные отложения, с которыми связаны Основные скопления газа и нефти на Зеагли-Дарвазинском поднятии в Ачакском и других районах. В пределах же Мургабской впадины, где не обнаружены промышленные залежи нефти и газа, изученность недостаточная.
Подземные воды нижнемеловых отложений Каракумского артезианского бассейна характеризуются в целом значительными колебаниями минерализации – от 104 до 268 г/л, а также различными величинами соотношений между компонентами. Тип вод преимущественно хлоридный натриевый, и только на крайнем севере они переходят в хлоридные натриево-кальциевые.
Воды нижнеальбских отложений характеризуются отсутствием гидрокарбонат-иона. Концентрация его в водах апта составляет всего десятые доли 1 экв %. Содержание сульфат-иона уменьшается с глубиной, в целом же незначительно. Увеличение концентрации щелочных металлов вверх по разрезу приводит и к изменению типа вод от хлоридных натриевых (воды апта) до хлоридных натриево-кальциевых (воды нижнего альба).
В пределах Северной Туркмении подземные воды нижнемеловых отложений, представленных терригенной толщей чередования песчаников, алевролитов и глин с прослоями гравелитов и конгломератов, изучены на площадях Курганчик, Ачак, Койкырлан, Нурумгур, Хатардаш, Эгритакыр и др. Подземные воды здесь характеризуются изменением минерализации от 98 до 191 г/л с глубиной. Содержание йода изменяется без определенной закономерности. Увеличение содержания йода отмечено в водах апта и неокома на площадях Нурумгур (интервал перфорации 1236-1227 и 1220-1213 м) и Койкырлан (интервал перфорации 1206-1199 м). Максимальные концентрации брома наблюдаются в водах неокома.
Отличительной особенностью подземных вод нижнемеловых отложений является также уменьшение концентрации сульфатов с глубиной от 1652 мг/л (воды альба) до 432 мг/л (воды неокома). Тип вод нижнеальбских отложений на площади Хатардаш хлоридный натриевый, с глубиной переходящий в хлоридный натриево-кальциевый. На остальных площадях воды неокомских отложений в основном хлоридного натриевого, а воды аптских отложений хлоридного натриево-кальциевого типа.
Статические уровни вод в пределах данного района устанавливаются на отметках 31-175 м ниже устья скважин. При понижении уровня воды в скважинах до 700-1000 м статический уровень восстанавливается очень быстро, что говорит о хорошей водообильности этих пород.
Для большинства опробованных глубоких скважин наблюдается закономерное увеличение минерализации вод нижнеальбских отложений с глубиной и резкое преобладание в их составе иона кальция над ионом магния (в большинстве случаев почти в 2-3 раза).
Воды аптских отложений имеют минерализацию 124-135 г/л и характеризуются высокой степенью метаморфизации при значениях натрий-хлорных коэффициентов 0,70-0,73.
Воды неокомских отложений имеют минерализацию 119-130 г/л со значительно меньшим содержанием йода и брома по сравнению с водами вышезалегающих отложений.
Общей особенностью вод нижнемеловых отложений Зеагли-Дарвазинского поднятия является закономерное увеличение минерализации с глубиной и увеличение содержания в них иона кальция. Статические уровни вод устанавливаются на отметках 30-185 м ниже Устья скважин, причем наиболее высокие уровни отмечены на площади Шарлык, При понижении уровней воды в скважинах на 300-400 м статические уровни устанавливаются в течение 0,5-1 ч.
Водоносный комплекс верхнемеловых отложений
Водоносный комплекс охватывает песчаные, алевролитовые и алеврито-глинистые толщи средне-верхнеальбских, сеноманскнх, туронских и сенонских отложений и известняки и песчаники палеоцена. Строение комплекса в западной и восточной частях бассейна не одинаково. В Приамударьинской части и в Юго-Восточной Туркменистана он разделен нижнетуронской глинистой толщей на два водоносных комплекса: нижний в альб-сеноманских отложениях и верхний – в верхнетуронских, сенонских и палеоценовых. Последний в ряде районов имеет связь с дневной поверхностью и в этих случаях воды его относятся к грунтовым или малонапорным.
В этом водоносном комплексе выделяется несколько водоносных горизонтов, разделенных глинистыми пластами, не выдержанными по мощности. Наилучшими коллекторскими свойствами обладают горизонты, сложенные в ряде районов крайней восточной части бассейна грубозернистыми песчаниками и гравелитами. Пористость водосодержащих пород в этих случаях составляет 23-27 %‚ проницаемость превышает 1 дарси.
Породы комплекса обнажаются в Копет-Даге, Паропамизе, Гиссарском и Зеравшанско-Туркестанском хребтах. По комплексу гидрогеологических показателей основная область инфильтрации и создания напора (область питания) для вод этого комплекса расположена в пределах Зеравшано-Гиссарской горной системы.
Пресные и солоноватые подземные воды горно-складчатых областей по химическому составу смешанные, в некоторых случаях с преобладанием отдельных анионов и катионов. Дебиты источников и колодцев, вскрывающих подземные воды описываемого комплекса, изменяются в широких пределах в зависимости от литолого-фациальных особенностей отложений.
Подземные воды вскрываются разведочными и структурными скважинами на многих локальных площадях. В источниках, дренирующих верхнемеловые отложения, отмечается выделение растворенного газа метан-азотного состава. Содержание йода и брома в водах незначительное. В отложениях сеноманского и верхнеальбского возраста скважинами на ряде других структур вскрываются соленые воды с минерализацией от 11 до 43 г/л хлоридного натриевого состава. При опробовании скважин отмечалось выделение газа метан-азотного состава различным дебитом. Дебит воды при испытании скважин свабированием варьировал от 13 до 144 лаз/сутки, статические уровни устанавливались на глубине 32-36 м, температура на устье изменялась от 22 до 40° С.
В пределах Северной и Центральной Туркмении (Сарыкамыш, Ахчакая, Дарваза и другие структуры) в верхнемеловых отложениях содержатся соленые и слаборассольные воды исключительно хлоридного натриевого состава.
Воды туронских отложений хлоридные натриевые с минерализацией 12-26 г/л. Характерной особенностью этих вод является изменение содержания сульфат-иона от 0 до 14-15 экв %. Отсутствие сульфат-иона отмечается вблизи контакта с газовыми скоплениями и обусловливается биохимическими процессами восстановления сульфатов. В сеноманскнх отложениях в0ды хлоридные натриевые с ничтожным содержанием сульфат-иона (0-1 экв %). Минерализация вод 37-41 г/л.
Водообильность сеноманскнх отложений ниже, чем туронских. Скважины, вскрывшие эти отложения, при различных понижениях характеризовались дебитамн 42-144 м3/сутки. Статические уровни в большинстве случаев устанавливались на глубинах 2-95 м ниже устья.
Водоносный комплекс палеогеновых отложений
Как уже отмечалось, палеогеновые отложения в пределах Каракумского артезианского бассейна в литологическом отношении неоднородны. Так, на большей западной части его (Центрально-Каракумский свод и прилегающие к нему территории) они представлены глинистыми образованиями и играют роль регионального водоупора, разделяющего водоносные неогеновые и четвертичные отложения от мезозойских. В восточной и юго-восточной частях (Мургабская впадина, Бухарская ступень) палеогеновые отложения содержат ряд водопроницаемых горизонтов и рассматриваются как водоносные.
Водопроявления имеются в эоценовых и палеоценовых отложениях.
Водоносные горизонты эоценовых отложений прослеживаются на ограниченной площади. Южная граница их проходит в основном за пределами Туркменистана по предгорьям Туркмено-Хорасанской горной системы, Паропамиза и Гиндукуша. Северная намечается несколько южнее Ашхабада, затем севернее Теджена и, проходя между Иолотанью и Тахта-Базаром, уходит в северный Афганистан к Андхою.
Разрез эоценовых отложений представляет собой сложное чередование водоносных и водоупорных пород. Водоупоры маломощны, не выдержаны по площади и, следовательно, не создают гидравлической разобщенности между водоносными горизонтами. Выдержанными водоупорами, имеющими региональное распространение, являются нижнеэоценовые и олигоцен-верхнеэоценовые глины. Пополнение запасов вод в эоценовых отложениях происходит в основном в результате инфильтрации атмосферных осадков в районах, где водопроницаемые отложения эоценового возраста обнажаются или залегают неглубоко от земной поверхности, будучи также перекрыты водопроницаемыми породами.
Самоизливающаяся вода хлоридно-сульфатного натриевого состава с минерализацией 14 г/л вскрыта скважиной у станции Тахта-Базар на глубине 970 м Расчетная температура воды 35-40° С.
Наиболее часто встречаются водоносные горизонты, содержащиеся в маломощных прослоях глинистого песка среди толщи глин. Источники из этих отложений действуют не круглогодично и характеризуются изменяющимися по сезонам дебитом и химическим составом вод. Это обстоятельство свидетельствует о том, что дренируемые водоносные горизонты имеют местное питание и их режим находится в полной зависимости от климатических условий. Большую часть года источники имеют ничтожный, не поддающийся замеру дебит и соленую сульфатную воду с высоким содержанием хлоридов натрия.
Палеоценовые отложения в пределах юго-восточной части Туркменистана повсеместно водоносны. Водосодержащими породами являются песчаники и известняки, слагающие разрез почти на всю его мощность. Обнажаются водоносные породы палеоцена только в районе Вадхыза, где протягиваются довольно широкой полосой, и на крайнем юге, восточнее р. Кашан, где заходят на территорию Туркменистана небольшим пятном. Основная же площадь обнажения палеоценовых отложений, которая и служит областью питания водоносного горизонта, находится за пределами Туркменистана, в предгорьях Паропамиза, Гиндукуша и Памиро-Алая.
Колодцы дают в основном сульфатно-хлоридную кальциево-натриевую воду с минерализацией около 3 г/л. В источниках чаще встречается сульфатная кальциево-натриевая вода с минерализацией до 2 г/л. Воду подобного состава дают источники, расположенные на площади обнажения палеоценовых пород восточнее р. Кашан.
Напорные воды палеоценовых отложений опробовались совместно с водами верхнемеловых отложений. Результаты опробования показали, что скважины с надежной изоляцией палеогеновых пород содержат сульфатно-хлоридную натриевую воду с минерализацией 13-16 г/л (структура Бердыклыч), а скважины, в которые осуществляется значительный приток воды из верхнемеловых отложений, – хлоридно-сульфатную натриевую с минерализацией до 27 г/л. Повышенная минерализация воды и хлоридный ее состав обусловлены влиянием подтока из верхнемеловых отложений. Статический уровень на рассмотренных площадях устанавливается выше устья или на глубинах 12-96 м Температура воды по замерам на устье колеблется от 24 до 33° С.
Водоносный комплекс неогеновых и четвертичных отложений
Водоносный комплекс неогеновых и четвертичных отложении включает толщу миоценовых (бурдигальский, тортонский, сарматский ярусы), плиоценовых (понтический, акчагыльский и апшеронский ярусы) и четвертичных (кызылкумская, елчилекская и каракумская свиты) отложений.
Наибольшее распространение из четвертичных отложении имеет каракумская свита. В глубоком эрозионном врезе, который прослеживается на южном и юго-восточном склонах Центрально-Каракумского свода, ее мощность около 550 м. Общая мощность неоген-четвертичных отложений нередко превышает 800 м.
Неогеновые и четвертичные отложения представлены глинами, песками, песчаниками с прослоями известняков и мергелей морского, лагунного и континентального происхождения. Породы рассматриваемой толщи характеризуются самыми лучшими коллекторскими свойствами по сравнению с описанными. Пористость пород достигает 35-40 %, а проницаемость всегда больше 1 дарси.
В гидрогеологическом отношении на большей части бассейна неогеновые и четвертичные отложения представляют собой единый водоносный комплекс (дельта и долина Амударьи, Сарыкамышская котловина, Юго-Восточные Каракумы, дельты рек Мургаба и Теджена). Раздельно водоносные неогеновые отложения могут быть выделены только в северо-западной части бассейна (Северные Каракумы, Верхнеузбоиский коридор, Челюнкыр, Капланкыр, Учтаган), а четвертичные – в центральной.
Водоносный горизонт четвертичных отложений
Водоносные горизонты аллювиально-пролювиальных четвертичных отложений приурочены к днищам Карашорской и Кумсебшенской впадин. Подземные воды безнапорные, с зеркалом на глубинах от 0,1 до 2,5 м.
Вода содержится в алевритах, глинистых песках и залежах солей. Соленосные отложения, насыщенные раной, представлены крупнокристаллической поваренной солью мощностью до 10-12 м, чередующейся с линзовидными прослоями песков, алевролитов и иловатых глин. Мощность водоносного комплекса 25-28 м.
Минерализация хлоридных натриевых рассолов изменяется от 150 до 350 г/л. Нередко в них отмечается повышенное содержание йода и брома. Последнее свидетельствует о наличии подтока Подземных вод из более глубоких водоносных комплексов. Кроме того питание осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков и временных поверхностных потоков [3].
Заключение
Описанные подземные воды Каракумского артезианского бассейна имеют длительную историю формирования. Восстановление этой истории возможно путем применения палеогидрогеологического анализа, т. е. реконструкции гидрогеологических условий, существовавших на различных этапах развития территории.
В основу изучения гидрогеологической истории Каракумского артезианского бассейна положены материалы по литолого-стратиграфической характеристике разрезов и тектоническому строению крупных структурных элементов, сведения о палеогеографических и палеотектонических условиях, существовавших в различные геологические этапы развития районов.
Гидрогеологическая история Каракумского бассейна и его сопредельных районов отличается сложностью, обусловленной частой сменой знака колебательных тектонических движении И палеогеографических условий, что и отразилось на формировании подземных вод.
Закончившееся в палеозое геосинклинальное развитие территории сменилось интенсивным складкообразованием и воздыманием. В результате чего был создан сложный горный рельеф складчатых сооружении.
В раннее мезозойское время (в триасовый период) горные сооружения, созданные в пределах описываемой территории, подверглись интенсивному разрушению. В пониженных участках рельефа происходило накопление мощных толщ песчано-глинистых образований молассового типа.
Континентальный этап развития в начале Юрского времени сменился трансгрессией моря, распространение которого, особенно В раннеюрское время, было весьма ограниченным. Это нашло отражение в литолого-фациальном составе нижнеюрских отложений и в условиях накопления подземных вод.
В конце раннеюрского и начале среднеюрского времени отмечается расширение трансгрессии моря, проникшего на всю территорию Каракумского артезианского бассейна и приведшего к повсеместному накоплению морских вод с первоначальной минерализацией 35 г/л.
Начало раннемеловой эпохи знаменовалось новой трансгрессией и началом седиментационного этапа мелового гидрогеологического цикла. Морской бассейн валанжинского времени захватил обширную территорию. В пределах Западного Узбекистана и Северо-Восточной Туркменистана существовали мелководные морские условия.
Таким образом, в течение гндрогеологического цикла мелового времени на всей территории Каракумского артезианского бассейна шло интенсивное накопление подземных вод морского генезиса с первоначальной минерализацией 35 г/л.
Начало палеогенового времени знаменовалось нисходящими движениями и трансгрессией моря. Накапливалась мощная толща осадков, повсеместно перекрывших мезозойские отложения. В конце палеогена и начале неогена происходило интенсивное воздымание, сопровождающееся складкообразовательными и разрывными движениями. Значительная часть описываемой территории была выведена из-под уровня моря. Таким образом, начало миоценового времени знаменовалось началом инфильтрационного этапа палеогенового гидрогеологического цикла.
В миоцене и особенно в плиоцене на большей части описываемой территории господствовали континентальные условия осадконакопления.
Формирование неогеновых отложений происходило в различных палеогеографических условиях, в том числе и в субаквальной обстановке, поэтому по отношению к мезозойским отложениям период формирования осадочных отложений в плиоцене можно отнести к седиментационному этапу неогенового (или современного) гидрогеологического цикла.
Резюмируя, можно отметить, что в истории гидрогеологического развития Каракумского артезианского бассейна наиболее благоприятные условия существовали для накопления подземных вод морского и смешанного (морского и континентального) генезиса с первоначальной минерализацией 35 г/л. В последующие этапы минерализация этих вод значительно возрастала в результате различных процессов, приводящих к формированию химического состава подземных (выщелачивания, катионного обмена и т. п.) вод. Роль же пресных и солоноватых вод инфильтрации в формировании подземных вод не всегда столь важна, как морских.
Отмеченные особенности гидрогеологического развития Каракумского артезианского бассейна сыграли определенную роль в формировании современного облика подземных вод.