Грунтовые воды восточного склона Урала

Бассейн грунтовых вод зон трещиноватости в породах среднего и нижнего палеозоя восточного склона Урала

Гидрогеологический район восточного склона Урала в структурном отношении охватывает три меридионально вытянутые структуры вто­рого порядка Тагило-Магнитогорский прогиб, Восточно-Уральское поднятие, Восточно-Уральский прогиб и частично западную часть За­уральского поднятия Сложены они сильно дислоцированными вулка­ногенно-осадочными, метаморфическими (зеленокаменная толща), в меньшей мере терригенными и карбонатными отложениями ордовика, силура, дезона и карбона.

Особенностью района является широкое развитие интрузий преимущественно гранитовой формации в преде­лах Восточно-Уральского поднятия и габбро-перидотитовок в Тагило- Магнитогорском прогибе Общая площадь интрузивных пород зани­мает почти 30% территории района. Толща зеленокаменных пород со­брана в сложные складки высоких порядков и разбита многочислен­ными тектоническими нарушениями регионального и локального ха­рактера, прослеженными до глубины 150—200 м, реже до 400-500 м, а также прорвана мелкими жильными телами, образующими на не­которых участках обширные жильные поля, в том числе и среди ин­трузивного комплекса пород. С поверхности развит чехол четвертич­ных элювиально-делювиальных, а в долинах рек — аллювиальных пес­чано-глинистых отложений мощностью до 5—10 м при преобладающей до 4—5 м. В углублениях палеозойского рельефа встречаются песча­но-глинистые, реже опоковые разности палеогеновых и неогеновых по­род, занимающих незначительные площади в виде отдельных пятен.

Рельеф района представляет слабо всхолмленную равнину с по­логим восточным уклоном, прорезанную в субширотном направлении долинами рек тобольской системы. На западе она обрамляется се­рией горных возвышенностей, приуроченных к полосе развития основ­ных и ультраосновных интрузий, по которым на Среднем Урале про­ходит линия главного водораздела Урала. Наиболее низкое гипсомет­рическое положение в пределах равнины занимают массивы карбонат­ных пород, более высокое — интрузивные массивы

В пределах района имеется большое количество месторождений твердых полезных ископаемых (черных и цветных металлов, угля и др. ), разведка и эксплуатация которых позволила более детально изучить гидрогеологические условия его по сравнению с другими районами. Этому же способствовали поисково-разведочные работы на воды для водоснабжения крупных городов и промышленных центров Урала и опыт продолжительной эксплуатации некоторых из них.

Подземные воды района приурочены к трещинной зоне выветривания, в которой формируются безнапорные трещинные и трещинно- карстовые воды, а в покровных рыхлых отложениях — пластово-поровые воды. В зонах тектонических нарушений и контактов литологнческих разнородных пород, а также в жильных породах заключены трещинно-жильные преимущественно напорные воды. Роль всех этих вод в формировании подземного потока восточного склона Урала аналогична Центрально-Уральскому поднятию. Здесь они также образуют единый подземный поток преимущественно безнапорных вод, который имеет в основном субширотное направление вкрест простирания геологических структур с пологим восточным уклоном и дренируется многочисленными реками субширотного направления, обеспечивающими субмеридиональное направление потока на этих микроучастках.

Условия питания, стока и разгрузки его также близки последним Центрально-Уральского поднятия, но имеют и существенные отличия. В частности, область питания его несколько больше площади распространения за счет подтока подземных вод с Центрально-Уральского поднятия. Кроме того, вследствие равнинности рельефа величина подземного стока здесь несколько выше, особенно в пределах карбонатных массивов, где нередко речной сток полностью переходит в подземный, оставляя русла рек сухими. В то же время разгрузка подземных вод за счет родникового стока в виду слабой расчлененности рельефа менее интенсивна. Частично подземный поток восточного склона Урала разгружается в пределах Тобольского артезианского бассейна, подпитывая сопряженные водоносные горизонты и комплексы его, о чем свидетельствует идентичность химического состава и минерализации подземных вол этих комплексов.

Наиболее характерной особенностью восточного склона Урала является широтная зональность как по степени водоносности и режиму подземных вол, так по химическому составу, минерализации и температуре их, обусловленной климатическими факторами. Кроме того, в зависимости от рельефа местности отмечается меридиональная зональность по степени минерализации и химическому составу подземных вод. В западной наиболее приподнятой приводораздельной части Северного и частично Среднего Урала развиты преимущественно ультрапресные гидрокарбонатные кальциевые воды с минерализацией до 0.1 г/л, а в восточной равнинной — преимущественно пресные гидрокарбонатные кальциевые и кальциево-магниевые с минерализацией от 0,2 до 0.8 г/л.

Широтная зональность проявляется наиболее высокой водоносностью порой максимальной амплитудой сезонных колебаний уровней на Северном Урале, снижающихся в южном направлении, по мере уменьшения количества атмосферных осадков и увеличения испаряемости. Минимального значения они достигают в степной, засушливой юго-восточной части Южного Урала. Температура подземных вод при этом повышается от 2—4° С на Северном Урале до 4—6° С — на Среднем и 6—10° С —на Южном. По этой же причине и в этом же направлении в связи со снижением интенсивности водообмена происходит постепенное увеличение минерализации подземных вол и метаморфизация химического состава их.

В районе Северного Урала, характеризующегося влажным климатом с большим количеством атмосферных осадков, обусловившим интенсивный водообмен, преобладающая минерализация подземных вод нс превышает 0,3 г/л при гидрокарбонатном кальциевом составе. На Среднем Урале она увеличивается до 0,4—0,6 г/л с преобладающим гидрокарбонатным кальциево-магниевым составом, а на Южном варьирует от 0,4 до 1,0 г/л при смешанном анионном и катионном составе с преобладанием гидрокарбоиатного иона. На отдельных участках Южного Урала ореольно развиты солоноватые хлоридные натриевые или сульфатно-гидрокарбонатные воды с минерализацией 1—3 г/л, реже до 5 г/л.

Помимо отмеченной широтной зональности подземные воды, циркулируя по трещинам и пустотам различных пород, обогащаются теми или иными растворимыми солями, что определяет специфику их состава в пределах распространения литологически различных пород. Так, среди ультраосновных массивов развиты в основном гидрокарбонатные магниевые воды, а среди карбонатных, особенно доломитизированных известняков, преобладают гидрокарбонатные кальциево-магниевые воды, на медных месторождениях — кислые сульфатные воды. В тектонически ослабленных зонах палеозойских пород минерализация трещинно-жильных вод несколько выше, чем в дренируемых ими трещинных и трещинно-карстовых водах. В условиях замедленной циркуляции или застойного режима в таких зонах иногда формируются соленые воды и даже рассолы с минерализацией до 52 г/л, как это было выявлено на Теченском железорудном месторождении.

Наиболее обводненным является водоносный комплекс карбонатных отложений, который, несмотря на малую площадь распространения (6,5 тыс. кв. км), имеет большое промышленное значение. Как источник водоснабжения он обеспечивает работу наиболее высокопроизводительных водозаборов (до 900 л/сек), а как источник обводнения обусловливает большие водопритоки в горные выработки (до 3500 л/сек). Практически бесперспективны для централизованного водоснабжения водоносные комплексы терригенных и интрузивных пород, хотя окраинные части интрузий и жильные поля в них нередко каптированы рассредоточенными одиночными скважинами и используются для водоснабжения небольших объектов.

Водоносные комплексы вулканогенно-осадочных и метаморфических образований, водоносность которых связана с трещинной тектоникой, с вмещающимися в них малыми массивами закарстованных карбонатных пород, и прослоями кремнистых сланцев, широко используются для водоснабжения мелкими рассредоточенными водозаборами производительностью до 60 л/сек, а в условиях блоковой тектоники при благоприятных условиях питания поверхностными водами обеспечивают водоотбор до 400 л/сек. Эти водоносные комплексы имеют большое значение в наиболее густонаселенной части Среднего Урала, где подземные воды являются единственным источником водоснабжения.