Основные водоносные горизонты и комплексы в пределах территории Беларуси
Рисунок - Карта основных водоносных горизонтов и комплексов.
В пределах территории страны выделены:
Подземные воды антропогеновых отложений. Выделяются горизонты и комплексы в надморенных, межморенных и подморенных отложениях и разделяющие их слабопроницаемые толщи моренных отложений.
Водоносный горизонт грунтовых вод приурочен к разновозрастным отложениям антропогена. Водовмещающими являются флювиогляциальные отложения позерского, сожского и днепровского оледенений, верхнечетвертичные и современные аллювиальные и озерно-болотные образования. Мощность горизонта изменяется от 0.1 до 30 м. Глубина залегания грунтовых вод в среднем не более 5 м.
Важнейшие водоносные комплексы антропогена, содержащих напорные воды – сожско-поозерский, днепровско-сожский и березинско-днепровский.
Рисунок – Карта поверхности грунтовых вод Беларуси
Сожско-поозерский водоносный комплекс распространен в северной части страны. Глубина залегания его кровли изменяется от нескольких до 90 м при мощности водовмещающих отложений в среднем 10 – 20 м. Пьезометрические уровни устанавливаются на глубинах от 3 до 55 м (в долинах рек – иногда выше поверхности земли). Коэффициент фильтрации пород изменяется от 3 до 10 м/сут. Удельные дебиты скважин составляют 0.02 – 3.5 л/с.
Днепровско-сожский водоносный комплекс распространен на большей части Беларуси, кроме Полесья. Мощность водовмещающих отложений в среднем (15 – 30 м). Пьезометрические уровни устанавливаются на глубинах 1 – 6 м (в долинах рек) и до 30 – 35 м (на водоразделах. Коэффициент фильтрации пород изменяется от 0.2 до 50 м/сут при средних значениях 5 – 15 м/сут. Удельные дебиты скважин составляют 0.01 – 9.5 л/с.
Березинско-днепровский водоносный комплекс распространен почти повсеместно. Он отсутствует лишь на севере Беларуси. Пьезометрические уровни устанавливаются на глубинах от 2.5 до 78 м. Гидростатический напор изменяется от 1 до 134 м. Коэффициент фильтрации изменяется от 0.2 до 26 м/сут, а удельный дебит скважин – от тысячных долей до 4.3 л/с.
Моренные отложения, разделяющие водоносные комплексы антропогена, отличаются невыдержанностью по мощности и по литологическому составу и представлены суглинками, супесями, часто с валунами, линзами и прослоями песков. Мощность морен составляет обычно 10 – 30 м, а в доледниковых долинах и экзарационных депрессиях увеличивается до 5- - 60 и даже 100 – 120 м. В долинах рек моренные отложения часто размыты и на участках фациального замещения суглинков и супесей песками образуются «гидрогеологические окна». При этом появляется гидравлическая связь межморенных водоносных комплексов между собой, а также – с грунтовыми водами.
Водоносный комплекс неоген-палеогеновых отложений распространен в южной части Беларуси (Брестский и Припятский бассейны и на Полесской седловине). Водовмещающие породы – обычно пески разного состава. Глубина до кровли комплекса изменяется от 1.6 до 50 м (на юге страны) и до 70 – 200 м (в центральной части). Напоры над кровлей вмещающих отложений изменяются от 15 до 80 – 142 м. Есть единичные случаи самоизлива из скважин в долинах рек (2 – 4.3 м выше земной поверхности). Удельные расходы комплекса изменяются от 0.006 – 0.02 до 2.0 – 0.7 л/с. Коэффициент фильтрации колеблется от 0.08 – 0.7 до 3.2 – 30 м/сут.
Водоносный комплекс верхнемеловых отложений развит почти на всей территории страны и отсутствует лишь на участках глубоких врезов древних долин крупных рек, а также – в белорусском Поозерье. Водовмещающие породы – трещиноватые и закарстованные мела, мергели, известняки. Глубина до кровли комплекса изменяется от 0 – 60 м на востоке до 110 – 240 м на западе и юго-западе Беларуси. Мощность водообильной части разреза не превышает 30 – 50 м. Пьезометрические уровни устанавливаются от земной поверхности??? м в долинах рек до 10 – 15 м на остальной территории.
Водоносный горизонт альб-сеноманских отложений имеется везде на территории южной Беларуси. Водовмещающие породы – кварцево-глауконитовые пески. Пьезометрические уровни устанавливаются на отметках от 37 ниже земной поверхности до 18.8 м выше ее. Удельные расходы – 0.001 – 8 л/с. Коэффициенты фильтрации изменяются от 0.02 до 62 м/сут (чаще 1 – 20 м/сут). Воды пресные с минерализацией до 0.5 г/дм3.
Водоносный комплекс нижнемеловых (валанжин-аптских) отложений распространен приемущественно на юго-востоке страны. Водовмещающие породы – преимущественно разнозернистые пески. Глубина залегания кровли комплекса изменяется от 100 до 420 м. Мощность отложений колеблется от 2 до 40 – 70 м в Припятском бассейне. Воды – напорные, пьезометрические уровни устанавливаются на глубинах от 5 до 10 м, в отдельных случаях наблюдается самоизлив.
Водоносный комплекс верхнеюрских отложений широко развит в пределах Беларуси. Водовмещающие породы – известняки, мергели, песчаники, пески. Глубина до кровли комплекса изменяется от 140 м (на востоке Беларуси) до 450 м (на Жлобинской седловине и в Припятском бассейне). Мощность водоносных пород достигает 104 м. Удельные дебиты скважин в восточной части комплекса не более 0.2 – 0.3 л/с, а на западе – 0.3 – 3.3 л/с и более. Коэффициент фильтрации достигает 0.07 – 7.2 м/сут. Подземные воды пресные с минерализацией до 0.5 – 0.9 г/дм3.
Водоносный комплекс средне-верхнеюрских отложений развит в Брестском и Припятском гидрогеологических бассейнах, западной части Белорусского массива…ю Оршанском бассейне и Жлобинской седловине. Представлен двумя водоносными толщами: верхней известняково-мергелистой и нижней – песчано-глинистой. Пьезометрические уровни устанавливаются на глубинах 4 – 22 м, напоры изменяются от 80 до 240 м, а удельные расходы скважин небольшие (до 0.25 л/с).
Перед тем как перейти к характеристике отложений, содержащих минеральные воды и рассолы, имеет смысл остановиться на карте мощности зоны пресных вод (фактически – глубины залегания подошвы пресных вод) в пределах Беларуси, изображенной ниже.
Рисунок – Схема мощности (подошвы залегания) зоны пресных вод Беларуси (м).
Мощность зоны пресных вод в пределах Беларуси изменяется менее чем от 150 до более чем 400 м. На карте выделяются две области ее пониженной мощности. Первая расположена в северной части Беларуси в пределах Латвийской седловины и сочленяющихся с ней северных частей Белорусской антеклизы и Оршанской впадины. В первом приближении она простирается вдоль зоны дренирования реки Западная Двина. Она недостаточно изучена. Вторая зона простирается от восточного склона Белорусской антеклизы в пределы Оршанской впадины до долины Днепра. Ее северное окончание достигает линии Могилев – Бегомль, южнее которой она охватывает практически все междуречье рек Березины и Днепра. На юге эта зона простирается в пределы Припятского прогиба до среднего течения реки Припять. В пределах Припятского прогиба зона пониженной мощности слоя пресных вод простирается еще западнее - почти до долготы г. Туров.
Зона повышенной мощности слоя пресных подземных вод более 400 м выделена в западной части Беларуси в треугольнике городов Брест – Молодечно – Гродно. Севернее Бреста вдоль границы с Польшей она уже достигает 1000 – 1100 м, например, в скважине Вычулковская 201 в районе Бреста, на глубине 900 м минерализация пресных подземных вод по данным РУП «Белгеология» составляет около 400 мг/л.
Водо- и рассолоносный комплекс пермских и триасовых отложений развит преимущественно на территории Припятского и фрагментарно – Брестского гидрогеологических бассейнов. Кровля водоносных триасовых песчаных пород в Припятском бассейне вскрыта вскрыта на глубине от 120 до 700 м, перекрывающие их породы представляют региональный водоупор. Воды напорные, статические уровни устанавливаются на глубинах 15 – 100 м ниже земной поверхности. Водообильность отложений 10 – 45 м3/сут при понижении уровня воды в скважинах на 35 – 200 м при минерализации 10 – 78 г/дм3.
Пе6рмские отложения Припятского бассейна представлены преимущественно глинами. Подземные воды напорные с водообильностью 30 – 150 м3/сут. Минерализация вод и рассолов увеличивается с глубиной от 25 до 285 г/дм3.
Водо- и рассолоносный комплекс каменноугольных отложений развит в основном в Припятском гидрогеологическом бассейне. Подземные воды напорные. Притоки в скважинах колеблются от 50 до 450 м3/сут при понижениях 36 – 400 м. Мипнерализация колеблется от 12 до 281 г/дм3.
Надсолевой девонский водо- и рассолоносный комплекс связан с верхней частью стрешинского и практически всем объемом полесского горизонта. Глубина до кровли водовмещающих пород изменяется от 70 до 2000 м. Общая мощность девонских надсолевых пород может достигать 1000 м и более. Воды и рассолы высоконапорные с возрастанием напоров с запада на юг и юго-восток. Удельные дебиты изменяются от 0.006 до 3 – 5 м/сут. Минерализация изменяется от 0.3 – 2.0 г/дм3 (глубина 300 – 400 м) на северо-западе до 132 – 367 г/дм3 на юго-востоке бассейна.
Межсолевой водо- и рассолоносный комплекс соответсвует задонскому, елецкому и петриковскому оитолого-стратиграфическим горизонтам. Кровля пород комплекса залегает на глубинах 236 – 3870 м, общая мощность колеблется от 300 до 950 м. Рассолы – высоконапорные с минерализацией от 115 до 390 г/дм3. Пьезометрические уровни устанавливаются на глубинах от 9 до 720 м.
Водоносный комплекс франских отложенийсеверо-восточных районов Беларуси. Глубина залегания кровли отложений варьирует от 5 до 180 м. Водовмещающие породы – известняки, доломиты, песчаники и алевролиты общей мощностью от 15 до 137 м. Напоры над кровлей водовмещающих пород достигают 120 м. Дебиты отдельных скважин – (47 – 125 л/с) при понижении 1.5 – 35 м.
Водо- рассолоносный комплекс франских отложений юго-восточной части Беларуси. Водоносными отложениями подсолевой рассоловмещающей толщи относятся в основном карбонатные породы франского яруса общей мощностью 60 – 250 м.Притоки к скважинам колеблются от 0 до 900 – 1200 м3/сут. Глубина установивщихся статических уровней достигает 900 м.
Водо- и рассолоносный комплекс старооскольских и ланских отложений вскрыт в Припятском и Оршанском гидрогеологических бассейнах. Водовмещающими являются преимущественно пески, песчаники, мощностью до 200 м. Воды напорные. В Оршанском бассейне пьезометрические уровни достигают 35 м, удельные расходы скважин 0.001 – 3.6 л/с. В западной части Оршанского бассейна воды небольшой минерализации (0.4 – 0.5 г/дм3). С поргужением вмещающих пород в северо-восточном направлении минерализация достигает 3 г/дм3 на глубине 200 – 300 м. В Припятском бассейне эти отложения входят в состав подсолевого рассолоносного комплекса, содержащего высококонцентрированные хлоридные натриевые и кальциевые рассолы.
Водо- и рассолоносный комплекс витебских, пярнусских и наровских отложений эйфельского яруса распространен в пределах Белорусского гидрогеологического массива, в Припятском и Оршанском бассейнах. Кровля водовмещающих отложений, представленных преимущественно песчаниками, а также доломитами и известняками, залегает на глубине от 70 м на Белорусском массиве до 3500 м в Припятском бассейне при общей их мощности 7 – 200 м. Воды напорные, удельные расходы скважин колеблются от 0.003 до 0.7 л/с (Белорусский массив, Оршанский бассейн) и в интервале 0,0007 – 0.04 л/с (Припятский бассейн). Минерализация изменяется в широких пределах.
Водоносный комплекс ордовикских и силурийских отложений развит в северо-западном и юго-западном районах Беларуси. Водовмещающие отложения – трещиноватые известняки и доломиты. Глубина залегания кровли отложений 70 м на северо-западе и 450 м на юго-западе страны, мощность изменяется от 5 до 630 м. Этот комплекс содержин напорные воды (напор на кровлей комплекса 150 – 240 м). Удельные расходы скважин 0.01 – 4.9 л/с (чаще 0.05 – 0.3 л/с). Минерализация – от 0.2 – 0.6 до 43.3 г/дм3.
Водоносный комплекс нижнее-среднекембрийских отложений существует на северо-западе и юго-западе страны. Водовмещающие породы – песчаники и реже – пески, их кровля залегает на глубине от 160 – 190 до 620 – 730 м и более, а мощность составляет от 3 до 130 м. Воды напорные, расходы скважин составляют 0.4 – 13.3 л/с при понижениях 22 – 33 м, минерализация колеблется от ультрапресных гидрокарбогатных кальциевых (0.15 г/дм3) до хлоридных натриевых (6.3 г/дм3 и более).
Водо- и рассолоносный комплекс верхнепротерозойских отложений широко развит на территории Беларуси. Глубина до кровли водовмещающих пород изменяется от 10 м (Микашевичско-Житковичский выступ) до 4300 м в Припятском бассейне. Мощность водо- и рассолоносных отложений изменяется от 10 до 1000 м.
В пределах Белорусского гидрогеологического массива – воды пресные и ультрапресные. Мощность зоны пресных напорных вод осадочного чехла достигает 200 – 450 м. Минернализация изменяется от 0.2 до 1.0 г/дм3. Дебиты скважин достигают 90 – 170 м3/сут.
В Оршанском бассейне выделяются рифейский и вендский водоносные комплексы
Рифейский водо- и рассолоносный подкомплекс развит почти повсеместно в Оршанском бассейне при глубине залегания кровли водовмещающих отложений (преимущественно – песчаники) от 200 до 1100 – 1300 м. Мощность достигает 1000 м. Удельные дебиты скважин изменяются от 5 до 50 м3/сут. Воды в основном минерализованные при содержании солей 35 – 50 г/дм3 в центральной и юго-западной частях бассейна и до 170 г/дм3 на северо-востоке.
Вендский водо- и рассолоносный подкомплекс распространен на всей территории бассейна. Глубина до его кровли – от 120 м на западе до 800 м на северо-востоке. Удельные дебиты скважин колеблются от 5 – 9 до 90 – 172 м3/сут. Пьезометрические уровни устанавливаются на глубинах от 1.3 до 130 – 140 м.
В Брестском гидрогеологическом бассейне верхнепротерозойские отложения подразделяют на образования валдайской и волынской серий. Глубина до кровли водовмещающих пород изменяется от 150 до 630 м. Мощность достигает 220 м. Подземные воды преимущественно пресные и слабрминерализованные (до 1 – 3 г/дм3), только в погруженных частях комплекса минерализацтя увеличивается до 15 – 20 г/дм3. Воды в основном напорные, пьезометрические уровни устанавливаются на глубинах 0 – 45 м.
В Припятском гидрогеологическом бассейне водовмещающими являются разнозернистые песчаники рифея, гляциогенные песчано-глинистые породы, туфы, песчаники и алевролиты венда. Общая мощность отложений достигает 800 м, они насыщены высоконапорными (от 170 до 1375 м) рассолами с минерализацией 200 – 465 г/дм3. Водообильность верхнепротерозойского комплекса изменяется от нуля до 660 м3/сут при понижении уровня 30 – 700 м.
Подземные воды архей-нмжнепротерозойских образований. Глубина до кровли фундамента изменяется от 80 м в сводовой части Белорусской антеклизы до 6200 м в Припятском прогибе. Водовмещающие породы – трещиноватые и выветрелые разности гнейсрв, сланцев, сиенитов, габбро. Воды напорные, дебиты скважин колеблются от 0.03 до 8.3 л/с при понижениях 14 – 54 м. При мелком залегании фундамента воды – пресные (0.1 – 0.4 г/дм3), с глубиной они сменяются на минерализованные и рассолы (14 – 51 г/дм3) в Брестском и Оршанском бассейнах, а в Припятском – крепкими рассолами (до 400 – 450 г/дм3.
Гидродинамическая и гидрогеохимическая зональность.
Гидродинамическая зональность. В разрезе платформенного чехла территории Беларуси выделяются гидродинамические системы: грунтовых вод, артезианская, элизионная (седиментационная), а также – деградированная элизионно-термогидродинамическая. Они представлены в таблице.
Гидродинамическая система грунтовых вод приурочена к верхней части гидрогеологического разреза. Латеральное движение подземных вод определяется разностью потенциала силы гравитации, при этом напор подземных вод отсутствует.
Пластовое давление равно гидростатическому давлению и определяется высотой и плотностью столба воды:
Рпл = Ргидр = γ·h
Где Рпл – пластовое давление; Ргидр – гидростатическое давление; γ ·– плотность воды; h – высота столба воды.
Артезианская гидродинамическая система включает остальную часть водоносного разреза зоны пресных вод.
Потенциал движения подземных вод определяется гидростатическим напором, который зависит от превышения отметок области питания водоносного горизонта над областью разгрузки. Пластовое давление в гидродинамической системе имеет гидростатическую природу и описывается формулой
Рпл = Ргидр = γ(h + Δh) = γ·h*,
Где Δh – гипсометрическое превышение области питания над областью разгрузки; h* = h, остальные обозначения прежние.
Формирование массы подземных вод двух верхних гидродинамических систем связано преимущественно с общим круговоротом воды на поверхности земли и в зоне активного водообмена (инфильтрация, подземное перемещение и разгрузка с переводом подземного стока в поверхностный), а также в меньшей мере – с конвективно-диффузионным перемещением вещества из элизионной и термогидродинамической систем.
Элизионная (седиментационная гидродинамическая система развита в Припятском и Оршанском бассейнах. В Припятском бассейне мощность системы достигает 2000 м, а в Оршанском – около 1000 м. Пластовое давление в разрезе системы определяется:
Рпл = γ(h + Δh) + Ризб = Ргидр + Ризб,
где Ризб – избыточное давление, обусловленное сокращением порового пространства вмещающих пород под действием геостатических нагрузок.
Потенциал движения подземных вод определяется перепадами гидростатических давлений и зависит от сокращения объема порового пространства глинистых пород. Скорости движения подземных вод под воздействием перепадов гидростатических давлений весьма малы по сравнению со скоростями для гидродинамических систем грунтовых вод и артезианской.
Деградированная элизионно-термогидродинамическая система развита в Припятском бассейне, образована девонскими рассолоносными комплексами, а также – водоупорными соленосными толщами. Согласно представлениям А.В. Кудельского для рассматриваемой системы характерно отсутствие современного латерального перемещения рассолов, а пластовая энергия в значительной степени зависит от давления столба рассолов переменной плотности. Современное состояние гидродинамической системы подсолевых и межсолевых девонских комплексов Припятского бассейна можно определить как гравитационно (гидростатически) уравновешенное, исключающее трансформные и трансбассейновые (латеральные) перемещения массы подземных вод и рассолов.
Гидрогеохимическая зональность
Эта зональность обусловлена степенью гидродинамической изолированности структур и литологическими особенностями водовмещающих пород и зависит от разнонаправаленных процессов взаимодействия в системе вода – порода, смешения вод различного генезиса и состава. В гидрогеологическом разрезе Беларуси вделяют несколько гидрогеохимических зон, представленных в таблице.
Гидрогеохимическая зона пресных вод распространена повсеместно на территории страны, в большинстве случаев совпадает с зоной активного водообмена. Состав подземных вод верхней гидрогеохимической зоны преимущественно гидрокарбонатный кальциевый.
На северо-востоке Оршанского бассейна наблюдается инверсия гидрохимического разреза, заключающаяся в распространении пресных вод под минерализованными. Похожая гидрохимическая инверсия наблюдается на соседних территориях – в Псковской области России, Литве и Латвии.
Гидрогеохимическая зона солоноватых и соленых вод (1 – 35 г/дм3) широко распространена на территории Беларуси. Мощность этой зоны изменяется в широких пределах. В Брестском бассейне мощность зоны солоноватых вод может достигать около 500 м, в Припятском и Оршанском бассейнах она значительно меньше. В Припятском бассейне эта зона отсутствует лишь на тех участках, где глубина залегания подошвы водоупора, отделяющего зону пресных вод от соленых, превышает 500 м.
Химический состав подземных вод преимущественно сульфатный, хлоридно-сульфатный и сульфатно-хлоридный.
Гидрогеохимическая зона слабых рассолов (35 – 150 г/дм3) распространена в Оршанском и Припятском гидрогеологических бассейнах. Преобладающий микрокомпонентный состав рассолов – хлоридный натриевый. Мощность этой зоны увеличивается с погружением кровли верхней соленосной толщи с запада на восток бассейна от 70 – 100 до 600 – 900 м.
Гидрогеохимическая зона крепких и весьма крепких рассолов (150 – 320 г/дм3) развита в Припятском бассейне. Она охватывает большую часть разреза девонских и верхнепротерозойских отложений. Мощность зоны иногда достигает 2 – 3 км. В ее составе принято выделять подзоны крепких (150 – 320 г/дм3) и весьма крепких (более 320 г/дм3) рассолов. В большинстве случаев весьма крепкие рассолы имеют хлоридный натриевый состав. При общем содержании солей более 410 г/дм3 состав рассолов становится хлоридным кальциевым.
В целом для гидрогеохимического разреза подземной гидросферы территории Беларуси имеет место закономерная смена гидрогеохимических зон: минерализация подземных вод увеличивается с глубиной от пресных к минерализованным и соленым водам, затем – к рассолам. Анионный состав подземных вод изменяется от гидрокарбонатного к гидрокарбонатно-сульфатному и сульфатно-гидрокарбонатному, затем – к хлоридно-сульфатному и сульфатно-хлоридному, наконец – приобретает чисто хлоридный облик. Изменчивость катионного состав имеет более простой характер. С тенденцией к преобладанию с глубиной натриево-кальциевой и кальциевой составляющей.