12. Гидрогеологические структуры и гидрогеологическое районирование
12.1. Принципы гидрогеологического районирования
Региональная гидрогеология (лат. regionalis – относящийся к региону, области) является разделом гидрогеологической науки, изучающим закономерности распространения и формирования, а также проблемы использования подземных вод в пределах конкретных территорий, выделенных в соответствии с определенным принципом (континенты, геологические структуры, административные единицы и др.). Основой региональной гидрогеологии является представление о гидрогеологическом районе (регионе), под которым понимают элемент подземной гидросферы (трехмерное пространство), ограниченный естественными гидрогеологическими границами разного типа, с едиными условиями формирования подземных вод.
В данном случае понятие «район» (регион) используется как обобщенное название таксономических единиц районирования безотносительно их ранга (Пиннекер, 1983). При гидрогеологическом районировании в зависимости от его содержания и масштаба работ обычно используется ряд таксономических единиц: «участок», «район», «область», «провинция» и т.д. (от мелких – к более крупным).
По своему целевому назначению гидрогеологическое районирование подразделяется на общее, при котором производится выделение естественно-исторических гидрогеологических районов и специальное (специализированное), ориентированное на решение определенного круга главным образом прикладных задач (Никитин, 1969).
В настоящее время основным принципом общего гидрогеологического районирования крупных территорий является структурно-гидрогеологический принцип, разработанный советскими гидрогеологами М.М. Васильевским (1937), И.К. Зайцевым (1945), И.К. Зайцевым, Н.И. Толстихиным (1963, 1971), Г.Н. Каменским (1957), А.М. Овчинниковым (1952), Е.В. Пиннекером (1966) и др. В соответствии с этим принципом в качестве гидрогеологического района рассматривается (выделяется) определенный структурно-геологический элемент земной коры (несколько структурных элементов), а в качестве границ гидрогеологических районов рассматриваются различные типы структурно-тектонических границ.
Несмотря на некоторые различия (И.К. Зайцев, Г.Н. Каменский, Б.И. Куделин, НА. Маринов, Н.И. Толстихин и др.) при использовании принципа структурно-гидрогеологического районирования, всегда обосновывается необходимость выделения трех основных типов структурно-гидрогеологических районов I порядка (Каменский, 1957): 1) артезианских бассейнов платформенного типа (синеклизы, краевые прогибы и др.) или артезианских областей, выделяемых в границах крупных структурных элементов платформ – плит; 2) гидрогеологических массивов, представляющих собой поднятия платформенного типа с выходом на поверхность древних образований кристаллического фундамента (щиты, массивы, кряжи); 3) складчатых областей внутриплатформенного или геосинклинального типа (рис. 25).
При выделении гидрогеологических районов на основе структурно-гидрогеологического принципа границы смежных районов в гидродинамическом отношении чаще всего являются условными, поскольку через них возможно межструктурное взаимодействие потоков подземных вод смежных районов. Таким образом, гидрогеологический район, выделенный в соответствии со структурным принципом, практически никогда не может рассматриваться в качестве изолированного балансово-гидродинамического элемента подземной гидросферы, что неудобно при проведении ряда гидрогеологических исследований. В связи с этим (Б.И. Куделин, Н.А. Маринов, Б.К. Терлецкий и др.) общее гидрогеологическое районирование часто проводится также на основе использования «гидрологического» (правильнее – балансово-гидродинамического) принципа с выделением потоков подземных вод, бассейнов подземного стока и геогидродинамических систем, под которыми следует понимать гидравлически обособленные бассейны стока с общим направлением (направлениями) движения поверхностных и подземных вод, определяемым положением основного базиса дренирования. Границами геогидродинамических систем в этом случае являются основные (континентальные, региональные) водоразделы потоков подземных вод и реже – дрены.
К основным факторам гидрогеологического районирования относятся: 1) физико-географические (рельеф, климат, почвенно-растительный покров, гидрография); 2) гидрологические; 3) геологические (стратиграфия, возраст и генезис водовмещающих и водоупорных пород, их состав и растворимость; геологическая структура территории; тектоника и неотектоника; сейсмичность и вулканизм; системы водоносных трещин, в том числе и крупные зоны водоносных разломов); 4) геоморфологические (поднятия -антиклинальные складки и горсты, выраженные в рельефе, и опускания -котловины, синклинальные складки и грабены, выраженные в рельефе); 5) гидрогеологические (тип водоносности пород; площадь распространения, глубина залегания и мощность водоносных зон и горизонтов, водоупорных толщ и комплексов; характер стока подземных вод; области питания, поглощения и разгрузки подземных вод, их режим и ресурсы; физические и химические свойства подземных вод; распределение твердой, жидкой и парообразной фаз подземных вод по площади и глубине; гидродинамическая, гидротермическая, гидрохимическая зональность и поясность); 6) народнохозяйственные (размещение основных водоносных горизонтов и трещинных зон, пригодных для практического использования в различных целях; санитарно-гидрогеологическое районирование; биология и биохимия вод; округи охраны подземных вод и т.п.). В основу гидрогеологического районирования может быть положен тот или иной фактор, то или иное их сочетание. Это, прежде всего, зависит от целей и задач гидрогеологических исследований, именно они определяют детальность исследований, масштаб составляемых гидрогеологических карт и степень детальности гидрогеологического районирования и описания подземных вод.
Рис. 25. Схема рельефа структур фундамента и гидрогеологического районирования (по Б.Н. Архангельскому с упрощениями): 1 – граница Восточно-Европейской платформенной области (Тектоническая карта Евразии, 1966); 2 – изолинии поверхности фундамента (сечение 0,5 км, в отдельных местах 1 км и более); 3 – главные «водоразделы» на поверхности фундамента; 4 – дорифейские кристаллические щиты; 5 – рифейский складчатый фундамент Притиманья; 6 – палеозойский складчатый фундамент Скифской плиты (вал Карпинского); 7 – складчатая область Донбасса; 8 – границы гидрогеологических районов первого порядка; 9 – границы гидрогеологических районов второго порядка. Гидрогеологические бассейны: 1 - Балтийско-Польский, 2 – Средне-Русский, 3 – Восточно-Русский, 4 – Прикаспийский, 5 – Днепровско-Донецкий, 6 – Причерноморский. Бассейны трещинных вод: 7 – Балтийский, 8 – Украинский, 9 – Донецкий
По мере развития региональной гидрогеологии наметились два основных направления гидрогеологического районирования. Одно предусматривает раздельное районирование глубинных напорных и грунтовых вод и может быть названо аналитическим, поскольку сопровождается анализом и расчленением гидрогеологического разреза на верхнюю (грунтовые воды), среднюю (напорные воды) и нижнюю (глубинные воды) части. Другое направление появилось при гидрогеологическом районировании – оно объединяет грунтовые, напорные и глубинные воды в одно целое. Его можно называть синтетическим. Эти направления успешно развиваются и достаточно хорошо обоснованы.
Комплексное структурно-гидрогеологическое районирование основано на учете всего комплекса естественно-исторических факторов формирования – физико-географических, геологических, геоморфологических, гидрогеологических. Оно объединяет все воды района – поверхностные, грунтовые, напорные, трещинно-жильные, глубинные. В этом заключаются и его преимущество перед раздельным районированием подземных вод, и трудности.
Решающими факторами размещения подземных вод являются геологические и физико-географические: геологические определяют размещение и строение гидрогеологических структур, а физико-географические - особенности жизни подземных вод каждой гидрогеологической структуры в отдельности.
Проекция гидрогеологической структуры на поверхность земли определяет положение гидрогеологического района в пространстве. В настоящее время выделяется несколько основных типов гидрогеологических структур первого порядка, каждая из которых состоит из структур второго порядка (см. выше). Правильное выделение гидрогеологических структур позволяет обоснованно проводить гидрогеологическое районирование и выявлять закономерности пространственного размещения подземных вод и их региональных ресурсов, а также зональность и поясность вод.
Для региональной гидрогеологии важное значение имеет классификация подземных вод по характеру их скоплений, разработанная И.К. Зайцевым (1961) и в дальнейшем дополненная и усовершенствованная Н.И. Толстихиным и В.А. Кирюхиным. Данная классификация позволяет учитывать особенности распределения, залегания и динамики подземных вод, литификации пород, их скважности. Авторами выделены три типа вод. В пределах типа пластовых вод, обычно развитых в осадочных породах, различают пять классов вод. В типе терещинно-жильных вод, распространенных преимущественно в метаморфических и интрузивных породах, рассматриваются четыре класса вод. В типе лавовых вод, встречающихся в эффузивных породах, выделяют три класса вод. Каждому типу вод присвоен индекс, а классу номер (табл. 12).
Таблица 12