к
том fiОНБАСС
-3 в
; я
S
МИНИСТЕРСТВО ГЕОЛОГИИ СССР
ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИИ ИНСТИТУТ ГИДРОГЕОЛОГИИ И ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ (ВСЕГИНГЕО)
ГИДРОГЕОЛОГИЯ СССР
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
А. В. СИДОРЕНКО
я
ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА
И. В РОГОВСКАЯ, Н. И. ТОЛСТИХИН, В. M ФОМИН
И З Д А Т Е Л Ь С Т В О « Н Е Д Р А » - МОСКВА -1971 г.
МИНИСТЕРСТВО ГЕОЛОГИИ УССР УКРАИНСКИЙ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ ИНСТИТУТ
(УкрНИГРИ)
МИНИСТЕРСТВО ГЕОЛОГИИ РСФСР ВОЛГО-ДОНСКОЕ
ТЕРРИТОРИАЛЬНОЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ (ВДТГУ)
ГИДРОГЕОЛОГИЯ
СССР
ТОМ Vi
ДОНБАСС
РЕДАКТОР
Д. И. ЩЕГОЛЕВ
ЗАМЕСТИТЕЛИ РЕДАКТОРА
И, П. СОЛЯКОВ, В. С. ПОПОВ
И З Д А Т Е Л Ь С Т В О « Н Е Д Р А » - МОСКВА -)971 г.
УДК 551 49(477)
Гидрогеология СССР, т VI, Д о н б а с с M т д в о « Н е д р а » !971 стр 480 В настоящей работе обобщены обширные материалы по подземным и ш а х т н ы м водам терри тории Б о т ь ш о г о Д о н б а с с а В томе д а е т с я д е т а л ь н а я х а р а к т е р и с т и к а водоносных горизонтов и опн сываются условия формирования и режима подземных вод Кроме того здесь рассматриваются минера тьнпе воды состояние загрязненности поверхностных н подземных вод. бассейна предла I э ютея мероприятия по сброс\ прочышленно канализационных стоков и дается гидрогеологическое районирование Б о т ь ш о е внимание >детено вопросам ш а х т н о й гидрогеочогии 1) зависимости степени обвод ненности горных выработок от различных естественных факторов и горнотехнических условий р а з р а б о т к и 2) гидрогеологическим л с т о в и я м в с к р ы т и я н р а з р а б о т к и \ п е й и др>гих полезных и с к о п а е м ы е на различных гч\бинах и в р а з н ы х р а й о н а х бассейна 3) химическому составу ш а х т
ных вод 4) гидрогеочогическим \ с л о в и я м откачки з а т о п л е н н ы х шахт 5} ВЛИЯНР ю горных выра
боток на режим подземных вод и работу водозаборов Особ\ю часть работы составляет характеристика инженерно геологических условий территории
Большого Донбасса которые рассматриваются в аспектах назечною (прочышленно гражданского, гидротехнического ^ и подземного (шахтного) строи-гечьства
Т а б ч и ц 83 иччюстраций 118 цветных к а р т 3 б и б л и о г р а ф и я 237 н а з в а н и й
2 - 0-4
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
МОНОГРАФИИ
«ГИДРОГЕОЛОГИЯ СССР»
АФАНАСЬЕВ T П АХМЕДСАФИН У M БАБИНЫДA E БУАЧИДЗЕ И М, ДУХАНИНА В И ЕФИМОВ А И ЗАЙЦЕВ Г H ЗАЙЦЕВ И К КАЛМЫКОВ А Ф КЕНЕСАРИН H А КУДЕЛИН Б И МАККАВЕЕВ А А ЧАНЕВСКАЯ Г А
ОБИДИН H И ПЛОТНИКОВ H и
ПОКРЫШЕВСКИИ О и
ПОПОВ и в
РОГОВСКАЯ H В
СИДОРЕНКО А В
(СОКОЛОВ д с
толстихин H и
ФОМИН В M ЧАПОВСКИЙ E ЧУРИНОВ M в ЩЕГОЛЕВ Д И
РЕДАКЦИОННАЯ
ф А БЕЛОВ и А МЕСЯЦ г П ПАНАСЕНКО в С ПОПОВ
КОЛЛЕГИЯ Vl ТОМА
и п СОЛЯКОВ А л ФАЛОВСКИИ Д и ЩБГОЛЕВ
ГИДРОГЕОЛОГИЯ ТОМ Vl
ДОНБАСС
СССР
Р е д а к т о р и з д а т е ч ь с т в а Л Г Китаеньо
Техн редактор В И
Корректор M Il Куры ieea
Кагужана
С д а н о в набор 20 VII 1970 г
П о д п и с а н о в печать 4 11 197! г
Ф о р м а т 70 V108' 6
Печ ч 30 0 + 2 0(5 в к л а д о к ) + 3 0(3 цв к з р т ы ) = 3 5 0
Уч нзд л 48 4
Бумага № 1
И н д е к с 3—4—1
Т и р а ж 1000 з к з
Ц е н а 5 р 51 к с п р и ч о ж
И з д а т е л ь с т в о « Н е д р а » Москва К 12 Третьяковский проезд д Ленинградская картфабрика ВАГТ
T 03733 Уел печ л 490 З а к а з 529/10724—2
1/19
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение Д И. Щсголсв, И П Соляное
3
ЧАСТЬ
ПЕРВАЯ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Г л а в а I Состояние гидрогеологической и инженерно-геологической изучен-
ности Донбасса. Д И Щеголсв И Ф Вовк H И Алексюк А П Негода
И П Сол яков
13
Г л а в а II Физико-географическая характеристика территории. И Ф Вовк
И П Соля мв
21
Г л а в а III Геологическое строение
34
Геологическая история Донецкого бассейна и современные представ тения
о его геоструктуре В С Попов
—
Стратиграфия и литология В С Попов
40
Тектоническое районирование и основные структуры Донецкого бассейна
В С Попов
56
Термический режим Ю Г Головченко
62
Геоморфология И M Рослый
66
ЧАСТЬ
ВТОР4Я
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
Г л а в а IV Характеристика водоносных горизонтов и комплексов
76
Водоносный комплекс кристаллических пород докембрия и прод^ ктов ич
выветривания И П Соляков А Г Измайлов
—
Водоносные горизонты девона А Б Туктарова
78
Водоносные горизонты каменноугольных отложении И П Соляков
84
Водоносные горизонты перми И П Соляков, В С Кравченко
103
Водоносный комплекс триасовых отложений А В Суярко, E И Водя
ницкая, E А Ковалевская, A H Власовский, Ю Г Го ювченко
112
Водоносные горизонты юрских отложении А В Суярко, E А Ковалев
екая, Ю Г Головченко
117
Водоносный комплекс иижнемеловых и сеиоманских отложении А В Су-
ярко, Ю Г Головченко
121
Водоносность мергельно меловой толщи верхнего мела A H B шсовскии
А В Суярко, E И Водяницкая, Ю Г Головченко
123
Водоносный комплекс бучакско каневских отложений Ю Г Го ювченко,
E А Ковалевская А В Сцярко, A H Власовский E И Водяницкая 127
Водоносный горизонт киевских отложений E А Ковалевская, А В Су-
ярко, E И Водяницкая A H Власовский, Ю Г Головченко
131
Водоносный горизонт харьковских отложении E А Ковалевская А В Сц
ярко, E И Водяницкая, A H Власовский, Ю Г Головченко
133
Водоносный горизонт полтавских отложений А В Суярко, E И Водя
ницкая, A H Вшсовский, Ю Г Головченко
135
Водоносные горизонты сарматских, понтических, надпоншческич и ерге
нииских отложений А В Суярко, E И Водяницкая, E А Koea гев
екая, Ю Г Головченко
.
137
Водоносные горизонты четвертичных отложении А В Суярко E И Во
дяницкая, E А Ковалевская, A H Власовскии, Ю Г Го ювченко,
H П Панкратьева
140
6
ОГЛАВЛЕНИЕ
Г л а в а V. Режим подземных вод
143
Районирование территории Большого Донбасса по условиям формирова-
ния и особенностям режима подземных вод. И. Ф. Вовк
—
Р е ж и м подземных вод в условиях эксплуатации водозаборов. П. В. Ka-
лыгин, Г. К. Небрат, И. Ф. Вовк
152
Р е ж и м подземных вод в районах горных разработок. И. Ф. Вовк,
П. В. Калыгин, Г. К. Небрат
160
Влияние зарегулирования поверхностного стока на режим подземных вод
и работу водозаборов. А. А. Фаловский
165
Обогащение и искусственное пополнение подземных вод. А. А. Фалов-
ский
167
Г л а в а VI. Условия формирования подземных вод.И. П. Соляков, В. С. Крав-
ченко, В. А. Григорович
169
Г л а в а VII. Гидрогеологическое районирование. Д. И. Щеголев, И. П. Соля-
ков, И. Ф. Вовк, Е. А. Ковалевская, Е. И. Водяницкая
194
ЧАСТЬ
ТРЕТЬЯ
РЕСУРСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Г л а в а VIII. Запасы пресных подземных вод. И. Ф. Вовк
223
Естественные запасы
—
Эксплуатационные запасы
233
Г л а в а IX. Состояние и перспективы улучшения водоснабжения Донбасса
за счет подземных вод
242
Существующее водоснабжение. Д. И. Щеголев, А. А.
Фаловский,
И. Ф. Вовк, С. Ф. Дымченко, Н. Ф. Подгорнова
—
Баланс водопотребления и перспективы улучшения водоснабжения.
Д. И. Щеголев, И. Ф. Вовк, П. В. Калыгин, Н. Д. Панасенко . . . 245
Г л а в а X. Минеральные воды. И. П. Соляков, Н. Ф. Подгорнова, А. В. Жев-
лаков, Н. С. Токарев, М. В. Двоскин
251
Г л а в а XI. Промышленные воды. И. П. Соляков, И. А. Месяц, Н. П. Пан-
кратьева
259
Г л а в а XI! Рекомендуемые мероприятия по борьбе с воздействием промышленно бытовых стоков и охране водных ресурсов. А. А. Фаловский, Д. И. Щеголев 261
ЧАСТЬ
ЧЕТВЕРТАЯ
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ДОНБАССА
Г л а в а XIII. Общая инженерно-геологическаи характеристика бассейна . . 264
Инженерно-геологическая характеристика рельефа и физико-геологических
явлений. А. П. Негода, Л. Б. Прудникова, Э. М. Леута
—
Инженерно-геологическая характеристика горных пород. А. П. Негода,
Л. Б. Прудникова
269
Г л а в а XIV. Характеристика инженерно-геологнческнх условий наземного
строительства
292
Условия строительства промышленных и гражданских зданий н сооруже-
ний. А. П. Негода, В. С. Дручин
—
Условия строительства гидротехнических сооружений. А. П. Негода,
В. С. Дручин
295
Влияние подземных разработок на поверхность и поверхностные соору-
жения. И. А. Чернышев, М. А. Иофис
300
Инженерно-геологическое районирование территории Донбасса по усло-
виям наземного строительства. А. П. Негода
304
ЧАСТЬ
ПЯТАЯ
ГИДРОГЕОЛОГИЯ И ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Г л а в а XV. Гидрогеологические и инженерно-геологические условия вскрытии
и разработки угольных месторождений
314
6 ОГЛАВЛЕНИЕ
Проходка шахтных стволов. И П. Соляков, Г. П. Панасенко, Э. С. Шев-
ченко, Н. И Беседа, В. С. Ильин, Д. А Терешкин, В. С. Леута . . . —
Разработка \ гольных пластов . . .
. . 328
Гидрогеологические условия разработки И. П. Соляков, Г П. Панасенко,
Э. С Шевченко, Н. И. Беседа, Д. А. Терешкин, В. Г. Кнерцер . . . 328
Инженерно-геологические условия разработки. Г. П. Панасенко, Н. И. Бе-
седа, В. С Ильин, Д А. Терешкин, В. С. Леута
343
Условия формирования и химический состав шахтных вод. И, П. Соляков 351
Районирование по гидрогеологическим и инженерно-геологическим усло-
виям вскрытия и разработки угольных месторождений И П. Соляков,
Г П. Панасенко, А. П. Негода . . .
. .
363
Г л а в а XVI. Затопление и откачка шахт Донбасса. И. П. Соляков . . . . 370
Общие сведения о затоплении н ос> шении шахт бассейна
—
Гидрогеологическое обслуживание откачки шачт и результаты обобще-
ния материалов . .
. .
....
. . . . 376
Г л а в а XVII. Гидрогеологические и инжеиерно-геологические условия вскры-
тия и разработки прочих полезных ископаемых
399
Каменная соль. H С. Подорванов .
.
.
—
Гипсы и доломиты пермского возраста Н. С. Подорванов, А П. Негода 403
Известняки и доломиты нижнего карбона. Jl. Ф. Чаплицкач, П. В. Ka-
лыгин, В С Леута .
.
. . . 405
Строительные материалы и onievnopHOe сырье H И Беседа. Г M Исто-
мин, Н. П Панкратьева
...
. . 407
Газовые месюрождения. Л П Шваи
. . 409
Заключение Д И Щсголев, И П Соляков
.
. . 414
ПРИЛОЖЕНИЯ
Каталог скважиь
.....
. . 423
Каталог опорных шахт
.
.
465
Каталог минеральных вод . . . .
. 467
Литература . .
.
.
.
. 473
Вкладки
Гидрогеологическая карта Донецкого бассейна (первые от поверхности водоносные
горизонты), м-б I : 1 000 000 Гидрогеологическая карта Донецкого бассейна (основные водоносные горизонты и
гидрогеологическое районирование), м-б 1 : 1 000000 Разрезы к гидрогеологической карте Донецкого бассейна Карта инженернз геологического ранонирования Донбасса (по \словням наземного
строительства), м-б 1 1 000000
ВВЕДЕНИЕ
Территория Большого Донбасса в административном отношении расположена в пределах Днепропетровской, Полтавской, Харьковской, Донецкой и Ворошиловградской областей УССР (87 тыс. км2), а также Белгородской, Воронежской, Ростовской и Волгоградской областей РСФСР (60 тыс. юм2). Донецкий бассейн густо населен. Плотность населения (1959 г.) достигает 160 человек на 1 км2 (Донецкая область). Городское население в промышленно развитых районах составляет свыше 86%. Важнейшие города: Донецк, Ворошиловград (областные центры), Артемовен, Константиновка, Славянск, Краматорск, Макеевка, Горловка, Енакиево, Лисичанск, Рубежное, Кадиевка, Красный Луч, Коммунарок, Краснодон, Каменск, Шахты, Жданов, Таганрог и др. Вблизи границ бассейна расположены крупные города: Днепропетровск, Харьков, Ростов-на-Дону, Волгоград.
По насыщенности железнодорожным транспортом Донбасс занимает первое место в нашей стране. Водные пути сообщения развиты слабо вследствие маловодности донецких рек.
Общие геологические запасы углей до глубины 1800 м составляют 231 млрд. т (1959 г.). Угольная промышленность Донбасса существует более 150 лет, и бассейн относится к числу наиболее освоенных в промышленном отношении. По добыче угля он занимает первое место в СССР. Здесь выдается на поверхность около трети общего количества угля, добываемого в СССР. На базе каменноугольной промышленности получили широкое развитие металлургия, тяжелое машиностроение, химия, коксохимия, многие отрасли легкой промышленности. Промышленность Донбасса развивается высокими темпами. За 1950—1960 гг. объем валовой 'Продукции всей промышленности по Донецкой и Ворошиловградской областям увеличился в 2,3 раза, причем годовая добыча угля возросла с 76,4 до 153 млн. т, т. е. в 2 раза. В 1963 г. добыча угля в Донецком бассейне составляла 195 млн. т.
Промышленное и жилищное строительство в OCIHOBHOM обеспечиваются местными строительными материалами, среди которых главную роль играют лесчаники, кварциты, известняки. В юго-за'падной части площади встречаются различные изверженные породы. Западные районы богаты разнообразными глинами (Часов-Яр, Краматорск, Камышеваха), на которых базируется керамическая и огнеупорная промышленность. Цементное производство на базе верхнемеловых мергелей ведется в районах Амвросиевки, Ворошиловграда и др. В районе Артемовска разрабатываются месторождения гипса, в районе Ямы, Никитовки и Стылы — месторождения доломита. Вблизи Артемовска, у ст. Деканская и Соль, эксплуатируются месторождения каменной соли.
Наряду с промышленностью Донбасс имеет хорошо развитое многоотраслевое сельское хозяйство, удельный вес которого возрастает К периферийным частям бассейна. На востоке территории и в некоторых Центральных районах развивается орошаемое земледелие, площадь которого в Ростовской области составляет свыше 150 тыс. га. Оросительные
30
ВВЕДЕНИЕ
каналы Донской, Нижне-Донокой, Азовский и др. имеют общую протяженность 4,2 тыс. км.
В VI томе описывается не только собственно Донецкий бассейн, т. е. площадь распространения продуктивной толщи каменноугольных отложений, но и территория, представляющая собой единое целое с угольным бассейном в геолого-структурном, гидрогеологическом и народнохозяйственном отношениях. Площадь угленосного карбона, выходящего на дневную поверхность или залегающего под незначительным покровом кайнозойских отложений (открытый Донбасс), составляет около 25 тыс. км2 при общей площади 147 тыс. км2.
В основу выделения региона положена структура палеозоя. Донбасс представляет собой синклинорий между Воронежской антеклизой и Украинским кристаллическим массивом, структуры мезозоя рассматриваются в качестве наложенного этажа. При проведении границ учитывались условия формирования поверхностного и подземного стоков и хозяйственное значение отдельных частей бассейна. Таким образом, приняты следующие границы описываемой в томе площади: на севере — линия водораздела Сев. Донца и Дона; на востоке — условная линия, зосточнее которой Донецкий синклинорий погружается под мощную толщу мезозоя и кайнозоя; на юге — линия, проходящая по водоразделу Сала и Маныча и по северному побережью Таганрогского залива до г. Жданова, откуда она поворачивает на север к Волновахе и далее до Днепропетровска, совпадая здесь с северной границей Украинского кристаллического массива; на западе — линия водораздела Орели и Ворсклы.
Опубликованные ранее сводные работы по гидрогеологии Донбасса, например «Гидрогеологический очерк Донецкого бассейна» под редакцией В. С. Попова, Д. И. Щеголева и Н. А. Родыгина, изданный в 1930 г., базировались большей частью на данных гидрогеологических съемок и результатах обследований обводненности шахт. В них описывалась территория старого промышленного Донбасса.
После Отечественной войны был выполнен огромный объем буровых и опытных гидрогеологических работ, связанных с разведкой месторождений углей и других полезных ископаемых, а также с водоснабжением городов и промышленных предприятий как в пределах старого индустриального Донбасса, так и на вновь открытых угленосных и нефтегазоносных площадях по периферии бассейна (Южный и Западный Донбасс, его северо-западные окраины, северный и восточный секторы).
За период, прошедший после выхода в свет довоенных сводных работ, многие вопросы геологического строения и гидрогеологических условий Донецкого бассейна были разработаны более глубоко и полно. В VI томе они рассмотрены в соответствии с современным уровнем знаний, при этом использованы гидрогеологические и инженерно-геологические материалы, накопившиеся к 1 января 1965 г. а по некоторым вопросам привлечены данные исследований, выполнявшихся в 1965 г.
В главе IV «Характеристика водоносных горизонтов и комплексов» приводится подробное описание литологического состава водовмещающих пород, распространения их по площади, условий и глубин залегания, областей питания и разгрузки, гидравлического состояния вод, водообильности горизонтов, а также дается качественная оценка вод. Характеристика подземных вод девонских, каменноугольных, пермских, триасовых и юрских отложений выполнена в соответствии со схемами гидрогеологической стратификации, разработанными в самые последние годы. Разработана и унифицирована синонимика водоносных горизонтов карбона и перми. Описание водоносных горизонтов иллюстрируется чогоризонтными гидрогеологическими картами и сопоставлениями
ВВЕДЕНИЕ
11
в виде литолого-стратнграфических колонок, являющихся также иллюстрациями к главе III.
Большое внимание уделено вопросам формирования и режима подземных вод и поверхностного стока, а также возможности перевода его в подземный; освещаются вопросы современного накопления и расходования подземных вод, химический состав подземных вод, его горизонтальная и вертикальная зональность, минеральные воды. Составлена карта районирования Донбасса по условиям формирования режима подземных вод.
Специальная глава VIII в третьей части тома посвящена оценке естественных и прогнозных эксплуатационных запасов подземных вод основных водоносных горизонтов и комплексов. В этой же части даны рекомендации рациональных способов их извлечения в различных условиях. Далее подробно освещается состояние водоснабжения, являющегося в Донецком бассейне одной из важнейших проблем, а также обеспеченность водой отдельных частей территории и бассейна в целом. Кроме того, рассмотрены перспективы дальнейшего развития водопотребления за счет использования подземных вод.
На охарактеризованной в VI томе территории располагается около 1000 горных предприятий и свыше 300 сосредоточенных водозаборов подземных вод, которые в значительной мере влияют на гидрогеологические условия региона. Поэтому наряду с освещением вопросов региональной гидрогеологии и оценкой водоносных горизонтов, развитых на территории бассейна, с точки зрения возможности использования их для водоснабжения, в работе детально охарактеризованы шахтные воды. В частности, освещен ряд следующих специальных вопросов: 1) зависимость степени обводненности горных выработок от различных геологических и гидрогеологических факторов, а также горнотехнических условий разработки; 2) химический состав и закономерности формирования шахтных вод; 3) гидрогеологические условия разработки углей на глубоких горизонтах; 4) условия вскрытия и разработки угля и других полезных ископаемых (соли, известняков, доломитов и др.) в разных районах бассейна; 5) влияние горных разработок на естественный режим подземных и поверхностных вод и работу водозаборов. Проведено специальное гидрогеологическое районирование Донецкого бассейна по условиям вскрытия угольных месторождений.
Впервые публикуются материалы гидрогеологических исследований, выполненных в Донбассе в первые послевоенные годы в связи с откачкой и восстановлением затопленных шахт.
В томе приводится новое гидрогеологическое районирование Донецкого бассейна (в границах Большого Донбасса), в основу которого при выделении таксономических единиц первого порядка положена геологическая структура палеозоя. При выделении единиц второго и третьего порядков учитывается распространение литолого-стратиграфических комплексов пород, а также возможность использования подземных вод для водоснабжения и влияние их на разработку угольных месторождений. Это позволяет придать гидрогеологическому районированию не только теоретическую, но и практическую направленность.
Особая часть работы посвящена инженерно-геологическим условиям Донбасса, до настоящего времени не освещавшимся так полно. На основе комплексной оценки особенностей геологического строения, рельефа физико-геологических явлений, состава и свойств поверхностных и коренных пород дается характеристика условий проведения промышленно-гражданского, гидротехнического и других видов строительства. При оценке условий наземного строительства учитывались возможные воздействия на сооружения шахтных разработок и особенности пород
12
ВВЕДЕНИЕ
коренной основы (условия залегания, степень метаморфизадии, газоносность, вьицелачиваемость). В работе произведена типизация отдельных частей территории по степени однородности условий наземного строительства, результаты которой отражены на карте инженерно-геолошческого районирования.
Наряду с этим дается оценка инженерно-геологических условий строительства предприятий угледобывающей промышленности, т. е. подземного строительства. Выполнено схематическое инженерно-геологическое районирование бассейна по условиям проходки шахтных стволов и проведения горных выработок при разработке угля.
В работе по составлению тома принял участие большой коллектив авторов, являющихся сотрудниками геологоразведочных трестов Главгеологии УССР, Волго-Донского геологического управления, научноисследовательских институтов и вузов.
Подготовка материалов VI тома к изданию выполнена группой гидрогеологов УкрНИГРИ под руководством И. П. Солякова и ведущего редактора тома Д. И. Щеголева.
При подготовке работы ценные замечания и рекомендации были сделаны рабочей группой тлав'ной редколлегии монографии «Гидрогеология СССР» — Н. В. Роговской, И. В. Гармоновым, А. И. Ефимовым, Г. А. Маневской, а также рецензентами тома.
Часть первая
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Глава I
СОСТОЯНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЙ И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИЗУЧЕННОСТИ ДОНБАССА
Гидрогеологическая изученность. Первые сведения о гидрогеологии территории Павлоградского « Бахмутсиого уездов Екатеринославской губернии были опубликованы А. В. Гуровым в 1893 г., а по Славяносербскому уезду — Я. С. Эдельштейном в 1895—1896 гг. Несколько позже (1901 г.) была опубликована работа Д. В. Голубятникова с характеристикой гидрогеологических условий северной части Ма'риупольского уезда. Среди специальных гидрогеологических работ этого периода следует отметить также исследования режима грунтовых вод, проводившиеся Г. Н. Высоцким с 1893 по 1903 г. в окрестностях Велико-Анадоля.
За период с 1900 по 1917 г. гидрогеологические условия Донецкого бассейна изучались геологами Геологического комитета попутно с изучением геологического строения. Некоторые гидрогеологические исследования проводились земствами, управлениями железных дорог, городскими самоуправлениями, Министерством финансов и другими организациями.
Сведения о подземных водах отдельных районов Донбасса, изучавшихся на протяжении первого десятилетия XX столетия, можно найти в работах Н. Д. Аверкиева, Н. Н. Вернадского, Н. И. Каракаша, М. Б. Краснянского, К. И. Лисицина, И. Ф. Синцова, А. В. Фаас и некоторых других исследователей.
В первые 'послереволюционные годы (1918—1926) гидрогеологические исследования в Донбассе проводились Геологическим комитетом, Донецким земельным отделом, Северо-Кавказским переселенческим управлением, трестом «Донуголь», Институтом подземных вод, Краевым гидрогеологическим бюро, украинскими и северокавказскими вузами и др. Эти исследования проводились в основном с целью изыскания источников водоснабжения, а также для изучения вопросов шахтной гидрогеологии в связи с восстановлением каменноугольной промышленности (работы С. С. Гембицкого, В. Д. Голубятникова, Б. Н. Кеммера, Н. И. Криштафовича, В. С. Крыма, В. И. Лучицкого, А. К. Матвеева, Н. Ф. Погребова, Н. Н. Славянова, Д. И. Щеголева и др.).
Все эти работы проводились для решения вопросов водоснабжения отдельных шахтных поселков и охватывали лишь незначительные площади. В то же время быстрое развитие горной и металлургической промышленности, рост городов и шахтных поселков непрерывно увеличивали потребность в воде, т. е. возникла необходимость проведения комплексного изучения всех водных ресурсов бассейна.
В 1927 г. Геологическим комитетом была 'предпринята гидрогеологическая съемка масштаба 1:42 000 на готовой геологической основе того же масштаба для составления схемы водоснабжения Донбасса. К 1929 г. указанной съемкой была покрыта значительная часть терри-
14
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
тории, главным образом открытая часть Донбасса. Окраинные районы бассейна были покрыты рекогносцировочной гидрогеологической съемкой масштаба 1:120 000. В 1929—1930 гг. гидрогеологические исследования Донбасса были продолжены трестом «Водоканалстрой» совместно с Геологическим комитетом и Бюро подземных вод. В конечном итоге был собран большой материал по водным ресурсам бассейна и составлена генеральная схема водоснабжения Донбасса.
Результаты этих исследований были опубликованы в ряде работ («Материалы к гидрогеологии Донецкого бассейна», 1929; «Гидрогеологический очерк Донецкого бассейна», 1930 и «Перспективы водоснабжения Донбасса», 1934). По полноте и стройности изложения гидрогеологических данных эти работы, особенно «Гидрогеологический очерк Донецкого бассейна» под редакцией В. С. Попова, Н. А. Родыгина и Д. И. Щеголева, являются одними из лучших среди отечественной гидрогеологической литературы.
В «Гидрогеологическом очерке» произведено гидрогеологическое районирование Донбасса, в основу которого положены его геоструктурные особенности, причем общая гидрогеологическая характеристика отдельных районов не утратила своего значения до настоящего времени.
В эти годы были продолжены также и специальные работы по изучению рудничных вод Донбасса. В 1929 г. в сборнике материалов по гидрогеологии Донбасса были опубликованы статьи Н. И. Северова «О шахтных водах западной и центральной частей Донбасса» и Т. А. Черепановой «О шахтных водах восточной части Донбасса». В 1930— 1932 гг. были проведены большие работы по гидрогеологическому обследованию шахт Донбасса под общим руководством Д. И. Щеголева, которым в дальнейшем на основе анализа собранного материала был написан ряд работ по шахтным водам Донецкого бассейна.
С 1931 по 1941 г. ведущая роль в исследовании гидрогеологических условий Донецкого бассейна принадлежит Украинскому и Азово-Черноморскому геологическим управлениям. Значительные гидрогеологические работы в Донбассе в этот период проводятся также экспедициями ЦНИГРИ, Институтом геологических наук АН СССР (ИГН АН СССР), ВСЕ ГЕИ, Управлением единой гидрометеорологической службы УССР (УЕГМС), Институтом геологических наук и Институтом водного хозяйства АН УССР, Харьковским университетом, Донбассводтрестом, Укргидроэлектропроектом и другими организациями. Исследовались наименее изученные, преимущественно периферийные, районы бассейна. В 1931 г. сотрудниками Ц Н И Г Р И была выполнена гидрогеологическая съемка на площади распространения верхиемеловых отложений в бассейне левого берега Сев. Донца на участке между городами Изюмом и Каменском (работы Г. П. Синягина, В. Я. Гринева я др. под общим руководством Д. И. Щеголева). Аналогичные исследования были продолжены в 1932 г в бассейнах Кальмиуса и Кальчика.
В 1933—1935 гг. Украинским геологическим управлением изучались гидрогеологические условия на площади распространения меловых отложений в северо-западной части Донбасса, а Украинским гидрометеорологическим институтом — на площади распространения пермских отложений в Артемовском районе и на площади верхнемеловых отложений к северу от р. Сев. Донца.
В 1936 г. Азово-Черноморское управление издало каталог буровых на воду скважин Азово-Черноморского края под редакцией А. Г. Давыдовой, а несколько позже (1940 г.) аналогичный каталог был создает по Ростовской области.
Много специальных гидрогеологических и инженерно-геологических работ проводилось в 1931—1941 гг. Донбассводтрестом, Укргидроэлек-
СОСТОЯНИЕ Г И Д Р О Г Е О Л . И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ
ИЗУЧЕННОСТИ
15
тропроектом и другими организациями для выяснения условий водоснабжения городов и промышленности, а также регулирования поверхностного стока и обоснования промышленного и гражданского строительства. В эти тоды были освоены и широко использовались воды меловых отложений северных окраин Донецкого бассейна, воды каменноугольных отложений на юго-западе Донбасса (водоснабжение г. Донецка) и многочисленные источники из каменноугольных известняков и песчаников, каптированные в центральных частях бассейна.
В конце 30-х годов Азово-Черноморским геологическим управлением были составлены сводные гидрогеологические очерки Азово-Черноморского края, площади Большого Донбасса в пределах Ростовской области и территории Днепровско-Донецкой впадины.
По решению Экономического совета CHK Харьковское отделение Водоканалпроекта совместно с ВСЕГЕИ в 1939 г. приступило к составлению Генеральной схемы водоснабжения Донбасса и к проведению соответствующих гидрогеологических исследований. В результате этих работ были освещены вопросы режима, качества и условий питания подземных вод меловых отложений, а также намечены перспективные участки для строительства водозаборов. Кроме того, была освещена водообильность шахт, составлена карта водообильности промышленных площадей и несколько уточнена схема гидрогеологического районирования Донбасса, составленная Геолкомом в 1930 г.
После освобождения Донбасса от немецких захватчиков коллектив гидрогеологов треста «Донбассуглеразведка» провел большие гидрогеологические исследования в связи с откачкой затопленных шахт. В результате этих исследований изучены условия затопления и откачки горных выработок, создана новая методика определения притока воды в горные выработки, которая впоследствии была положена в основу прогноза притока воды в новые шахты, а также собран огромный материал по шахтной гидрогеологии. Проведенные работы дали возможность составить полную и, в общем, правильную картину обводненности шахт Донецкого бассейна в соответствии с общими геологическими и горнотехническими условиями. Результаты этих работ, к сожалению, не опубликованы. В 1945 г. на конференции в тресте «Донбассуглеразведка» были намечены основные направления дальнейшего изучения общей и шахтной гидрогеологии Донецкого бассейна, после чего на ряде участков на территории откачиваемых шахт, а также на некоторых опорных шахтах в разных районах Донбасса были организованы стационарные наблюдения за режимом подземных, поверхностных и шахтных вод.
Результаты всех этих работ впоследствии (1957 г.) были обобщены трестом «Артемгеология» в сводной работе «Затопление и откачка шахт Донбасса».
В первые же послевоенные годы (1945—1948 гг.) Украинским (С. 3. Сайдаковский, К. И. Маков, А. М. Дранников, Д И. Щеголев, Я . М. Левитес, И. С. Лещинская, Е. А. Подгайная, Е. А. Гелис, Н. С. Парфинюк и др.), Азово-Черноморским (Н. И. Алексюк, В. И. Подгороднич^нко, Е. И. Водяницкая и др.) и Куйбышевским (Г. П. Леонов) геологическими управлениями закончено составление сводных гидрогеологических карт Украины (восточные области) и РСФСР (южные области европейской части РСФСР), которые полностью покрывают всю территорию Большого Донбасса.
В 1945—1948 гг. трестом «Донбассуглеразведка» была выполнена сводная работа по изучению химического состава подземных вод КальМиус-Торецкой котловины (И. Д. Усиков).
В 1948 г. трестом «Артемуглегеология» (И. П. Езерская) составлена трехлистная сводная регистрационная гидрогеологическая карта
16
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
(естественные выходы подземных вод, шахтные воды, поверхностные воды). В 1950 г. составлена сводка существующего водоснабжения hpoмышленной территории Донбасса.
В 1953 г. в тресте «Артемуглегеология», а с 1956 г. также в тресте «Луганскуглегеология» были начаты работы по всестороннему изучению гидрохимии подземных и шахтных вод на территории Донецкой и Ворошиловградской областей (И. П. Соляков, П. В. Калыгин, М. Г. Hyдельман, М, В. Двоскин, С. Д. Севрикова и др.), в результате которых была изучена горизонтальная и вертикальная гидрохимические зональности в Красноармейском, Донецко-Макеевском, Чистяково-Снежнянском, Центральном, Селезневском, Должано-Ровенецюом, Краснодонском и Лисичанском районах. Одновременно в тресте «Артемгеология» была произведена систематизация имеющихся материалов, позволившая дать общую характеристику химического состава подземных вод в целом по открытой части Донбасса, а также рекомендовать некоторые источники для использования в лечебных целях. Несколько позже (1960 г.) в тресте «Луганскгеология» был составлен обзор по минеральным водам Ворошиловградской области.
На протяжении всего послевоенного периода геологоразведочными трестами проводятся работы по выявлению подземных вод для водоснабжения шахт и населенных пунктов и 'по исследованию гидрогеологических условий разработки угольных месторождений. Много гидрогеологических скважин, преимущественно для водоснабжения сельского хозяйства и промышленных предприятий, пробурено различными ведомственными организациями (Мелиоводстрой, Донбассводтрест, Бурвод, Гипроопецстрой, Укрсельапецстрой и др.)- Достаточно сказать, что к 1965 г. на территории Большого Донбасса пробурено свыше 20 тыс. 1 идрогеологичеоких скважин, из них более 10 тыс. используется в настоящее время для водоснабжения.
Весьма детальному изучению подверглись водоносные горизонты карбона при поисках местных источников водоснабжения шахт, поселков и заводов, а также в процессе проведения детальных геолого-промышленных съемок, разведочных работ на уголь и специальных гидрогеологических исследований на угольных месторождениях и шахтах-новостройках.
Трестами «Луганскгеология», «Артемгеология» и «Днепрогеология» проведены и проводятся большие работы по изучению водоносности меловых отложений. Результаты этих работ нашли свое отражение в гидрогеологическом очерке по Западному Донбассу. Очерк является первой сводной работой по этому району, обобщающей все ранее проведенные здесь гидрогеологические исследования.
В 1961 г. в тресте «Артемгеология» закончена работа по сводной характеристике водоносных горизонтов западной части Донбасса, начатая еще в 1955 г. Эта работа представляет собой сводку об условиях залегания, водообильности и качестве подземных вод всех водоносных горизонтов, залегающих в западной части Донбасса (Красноармейский, Донецко-Макеевский, Чистяково-Снежнянский и Центральный геологические районы). В работе произведено сопоставление водоносных горизонтов по всей полосе их простирания до глубин, доступных бурению и проходке шахт, а также выработана единая синонимика их, которая может быть распространена и на другие районы Донбасса.
В 1961—1962 гг. геологоразведочными трестами было закончено составление обзоров подземных вод по административным областям. В 1963 г. на основе этих обзоров трестом «Киевгеология» была составлена карта основных водоносных горизонтов территории УССР, охватывающая и всю украинскую часть Донбасса.
СОСТОЯНИЕ Г И Д Р О Г Е О Л . И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ
ИЗУЧЕННОСТИ 17
В 1961 г. для Восточного Донбасса (в пределах РСФСР) ВолгоДонским геологическим управлением на обновленном материале составлены гидрогеологические карты условий водоснабжения.
В связи с разработкой Генеральной схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов СССР на двадцатилетний период (1960—1980 гг.) в течение 1962 г. донецкими геологоразведочными трестами и Волго-Донским территориальным геологическим управлением под общим методическим руководством ВСЕГИНГЕО была произведена региональная оценка эксплуатационных запасов пресных подземных вод по территории их распространения. Институтом УкрНИГРИ результаты региональной оценки были уточнены и обобщены в целом по Большому Донбассу.
Имеющиеся сейчас для территории Донбасса гидрогеологические карты отражают гидрогеологические условия до глубины 200—300 м. Более глубокие части геологического разреза для изучения гидрогеологических условий требуют организации специального глубокого бурения с комплексом опытных гидрогеологических исследований.
В заключение следует отметить, что гидрогеологическая изученность Донбасса, в общем, является широкой, но неравномерной (рис. 1). В настоящее время тресты «Артемгеология», «Луганскгеология», «Днепрогеология» и Волго-Донское территориальное геологическое управление осуществляют полный комплекс гидрогеологических работ (гидрогеологические съемки, изучение гидрогеологических условий на разведываемых участках, разведка источников водоснабжения отдельных предприятий и крупных населенных пунктов, инженерно-геологические изыскания под строительство шахт и других предприятий, стационарные наблюдения за режимом подземных и шахтных вод, гидрогеологическое обслуживание шахт, а также специальные тематические работы по изучению химизма подземных и шахтных вод, очищающих свойств грунтов и т. д.). Эти работы проводятся в основном в освоенной части бассейна и на участках, непосредственно к ней примыкающих. Поэтому эта часть Донбасса в гидрогеологическом отношении является наиболее изученной.
Новые ценные, хотя и немногочисленные пока, сведения по гидрогеологии глубоко залегающих от поверхности водоносных горизонтов накапливаются при проводимых в настоящее время в большом объеме поиоково-разведочных работах на нефть и газ по периферии Донецкого бассейна, главным образом в Днепровско-Донецкой впадине, а также в пределах купольных структур в северо-западной и северной частях бассейна
В частности, данные по нескольким десяткам буровых скважин, пройденных до глубин 2—3 тыс. м, позволили более обоснованно судить о вертикальной гидрохимической и гидродинамической зональности подземных вод в депрессиях, окружающих Донецкое складчатое сооружение. В пределах Североголубовской, Шевченковской, Краснолоповской и других площадей отмечены аномалии геотермического градиента, химического состава и газонасыщенности подземных вод, свидетельствующие о восходящем движении вод из более глубоких горизонтов по тектоническим нарушениям. Это подтверждает наличие региональной области разгрузки подземных вод на северо-западных окраинах Донбасса, установленной ранее по выходам на дневную поверхность минерализованных хлоридно-натриевых вод в долине Жеребца. Гидрохимическими исследованиями на газовых и нефтяных месторождениях западных и северо-западных окраин Донбасса выявлены также промышленные концентрации в подземных водах глубоких горизонтов (от девон-
Рис. i. Схематическая карта гидрогеологической изученности территории Большого Донбасса. (Составили В. A Ceменюк, И. Ф. Вовк, А. И. Марино)
J S — районы (/ — гидрогеологических исследований для водоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий, 2 — гидрогеологических исследований в процессе разведки угольных месторождений, 3 — региональных наблюдений за режимом подземных вод, 4 — ниженерно-геологнческнх и гидрогеологических изысканий под гидротехнические сооружения, 5 — гидрогеологических и инженерно-геологических исследований д л я орошения); 6 — разве данные >>(астки подзе>миых в о д с утвержденными запасами), 7—9 — участки (7 — гидрогеологических исследований при р а з в е д к е полезных ископаемых (кроме угля), « — н а б л ю д е н и й за р е ж и м о м подземных вод, 9 — наблюдений эа р е ж и м о м шахтных вод), 10— инженерно-геологические изыскания по трассе к а н а л а Сев До-
н е ц — Д о н б а с с и по т р а с с а м водопроводов, 11 — границы территории Большого Д о н б а с с а
СОСТОЯНИЕ ГИДРОГЕОЛ. И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ
ИЗУЧЕННОСТИ
19
ских до триасовых) брама и йода. Однако окраины Донбасса нуждаются в более детальном изучении.
Инженерно-геологическая изученность. iB «нж&нерно-геолсхгическом отношении территория Большого Донбасса также изучена неравномерно. Очень слабо изучены западная и северная его части, где почти отсутствует крупная промышленность. Инженерно-геологические исследования производились здесь почти исключительно в городах с целью обоснования жилищного и промышленного строительства, и лишь небольшое место среди них занимали работы, связанные с прокладкой дорог и трубопроводов (например, шоссейных дорог Москва — Ростов, Москва— Симферополь, железной дорощ Москва — Донбасс).
В пределах промышленной территории, особенно на площади открытого Донбасса, в разное время были выполнены изыскания в связи с изучением инженерно-геологических условий строительства разного рода сооружений —промышленных, гражданских, гидротехнических, путей сообщения и других объектов в связи с интенсивной разработкой углей, каменной соли, известняков и других полезных ископаемых и необходимостью размещения вблизи месторождений предприятий добывающей и обрабатывающей промышленности.
Большинство инженерно-геологических работ относится к 50-м годам нашего столетия, т. е. к периоду интенсивного послевоенного строительства. Большая часть исследований проводилась для проектирования новых промышленных предприятий и расширения существовавших. Работы выполнялись многочисленными проектными и изыскательскими организациями на очень небольших участках, причем изучению подвергались грунты до глубины 10—>15 м, являющиеся основанием сооружений. Обширных исследований, охватывающих большие площади, и тем более сводных обобщающих работ до настоящего времени выполнено очень мало.
Изучению состава и свойств лёссовых грунтов отдельных частей территории посвящено небольшое количество опубликованных работ А. К. Ларионова (1957), М. П. Лысенко (1961), В. П. Ананьева, А. С. Рябченкова. Большой фактический материал, характеризующий состояние современной изученности лёссовых отложений и региональные особенности их распространения в пределах юго-восточной части Донбасса, содержится в сводных работах А. К. Ларионова, В. А. Приклонского и В. П. Ананьева (1959), В. Е. Воляника, С. Н. Коптеловой и Е. А. Дуве (1960).
В связи со строительством гидроэлектростанций, водохранилищ, а также ирригационных систем собраны довольно обширные материалы, характеризующие инженерно-геологическую обстановку возведения гидротехнических сооружений в ряде районов. Наиболее крупным по значению и площади является Цимлянский !гидроузел, на площади которого выполнены широкие комплексные исследования. Материалы освещены в монографии коллектива геологов института «Гидропроект» под редакцией В. Д. Галактионова( 1960).
В некоторых районах Донбасса геологосъемочные работы сопровождались инженерно-геолопическими исследованиями, в результате которых производилось инженерно-геологическое районирование этих участков на геоморфологической основе (Цимлянский гидроузел, районы Краматорска, Владимиров™).
Физико-геологические явления на территории Большого Донбасса изучались мало, лишь в процессе геолого-гидрогеологических съемок разных масштабов, а также на участках переработки берегов Цимлянского водохранилища и в районах развития карста. Особое внимание в последние годы уделяется вопросам соляного карста на площади раз-
20
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
вития пермских отложений (Славянск, Артемовск), где карстовые процессы приобретают угрожающий характер.
Рассмотрению условий вскрытия и разработки угольных месторождений Донбасса посвящено большое количество работ, носящих преимущественно горнотехнический характер.
Инженерно-геологической оценке всего комплекса природных факторов, определяющих условия вскрытия и разработки угля в Донбассе, до последних лет уделялось недостаточное внимание. Лишь частично это отражено в работах П. В. Васильева и С. И. Малинина, освещающих вопросы изучения устойчивости кровли горных выработок в зависимости от вещественного состава, физико-механических свойств, мощности и трещиноватости пластов вмещающих ,пород. Характеристика процессов пучения пород в выработках приводится в работах В. М. Городничева.
В монографии М. В. Сыроватко (I960) освещается ряд вопросов, связанных с проектированием и эксплуатацией угольных месторождений. Обобщение прочностных характеристик горных пород Донбасса выполнено в работе ДонУГИ (1951), однако эти характеристики приведены вне связи с метаморфическими изменениями, в значительной мере определяющими прочность пород.
В последние годы особое значение приобрели вопросы инженерногеолопических условий проведения горных выработок в связи с переходом к разработке глубоких (1000—1500 м) горизонтов. Одной из первых является работа В. И. Барановского (1963), в которой рассматриваются основные природные факторы, оказывающие влияние на устойчивость выработок.
Изучением свойств пород, вмещающих пласты каменных углей, и поведения их в горных выработках, с целью разработки методов прогноза их устойчивости, занимаются сейчас все геологоразведочные тресты Донбасса и многие научно-исследовательские институты (ВСЕГИНГЕО, ВНИМИ, ДонУГИ, ДГИ и др.). В ближайшие соды эта задача будет оставаться основной в области инженерной геологии горных предприятий, тем более что методы прогноза инженерно-геологических условий проведения горных выработок на угольных шахтах Донбасса не разработны не только для глубоких горизонтов, но и для освоенных глубин.
Значительные работы по изучению влияния подземных разработок на поверхность и поверхностные сооружения выполнены Украинским филиалом ВНИМИ, который разработал ряд нормативов по строительству на подрабатываемых территориях.
Таким образом, в результате проведения всех перечисленных видов работ по промышленной территории собраны многочисленные, хотя и не равноценные по детальности и качеству, данные, характеризующие инженерно-геологические условия как наземного, так и шахтного строительства. Наличие этих материалов и знание общих закономерностей в изменении геологических и гидрогеологических условий территории и свойств слагающих ее отложений позволило сделать в процессе подготовки к изданию VI тома ряд обобщений и построений, выражающих в региональном плане инженерно-сеологические условия различных видов строительства на площади Донецкого бассейна.
32ОБЩИЕСВЕДЕНИЯФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
ТЕРРИТО2Р1ИИ
Глава II
ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИТОРИИ
Рельеф Донбасса характеризуется большим разнообразием. С точки зрения геоморфологических условий и особенностей рельефа на территории Большого Донбасса выделяются следующие районы: 1) Донецкий кряж, 2) Запорожская внутренняя равнина; 3) Полтавская равнина; 4) Днепровская террасовая равнина, 5) южные отроги Средне-Русской возвышенности, 6) Донская низменность, 7) западные отроги Ергенинс«сой возвышенности; 8) Приазовская низменность и 9) Приазовская возвышенность Выделенные районы отличаются по геологическому
Рис 2 Грядово ложбинный рельеф в пределах открытого Донбасса (Фото M И Рослого)
строению и истории развития, что обусловило различие в строении их поверхности
Донецкий кряж расположен в центральной части бассейна Он представляет собой возвышенность, протянувшуюся с запада — северозапада на восток — юго-восток более чем на 300 км при максимальной ширине до 150 км Это — главный водораздел Донбасса — водораздел Днепра, Сев Донца, Дона и малых рек, впадающих в Азовское море. Одна из характерных черт кряжа — инверсия рельефа (главный водораздел на участке Дебальцево — Зверево совпадает с осью Главной синклинали). Наиболее возвышенной частью кряжа является участок шириной 10—15 км (Могила Мечетная — 369 м, Могилы Картушинские — 363 м). Абсолютные высоты здесь нередко превышают 300 м
Для водораздельных пространств кряжа, где развиты суглинистые отложения, характерны пологие склоны, иногда плоский и мягкоувалистый рельеф с уклонами порядка 0,5—1,5, реже до 3° Однообразие рельефа нарушается терриконами, поднимающимися до 30—40 м над поверхностью земли, могильными курганами высотой до 5—7 м, неглубокими ложбинами стока и редкими степными блюдцами диаметром от 5 до 30—50 м при глубине до 1 м. В обнаженной части Донецкого кряжа для междуречных участков характерен гривистый или грядово-ложбинный рельеф (рис. 2), представляющий собой чередование каменистых
22
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
грядок или «гривок» и понижений между ними (ложбин). Возникновение этих форм рельефа обусловлено неравномерной сопротивляемостью выветриванию и размыву чередующихся твердых пород—известняков и песчаников, образующих грядки или гривкм и легко разрушающихся сланцев, на выходах которых формируются ложбинообразные понижения. Высота гривок, как правило, увеличивается по мере удаления от водоразделов и колеблется от 0,5—5 до 20—30 м (в последнем случае их называют горбами). По !простиранию они прослеживаются иногда на несколько километров. Ширина ложбин изменяется от нескольких до сотен метров.
Своеобразной формой рельефа водораздельных пространств в центральных частях Донецкого кряжа являются купола. Они образуют гряды, состоящие из отдельных возвышений, вытянутых вдоль оси кряжа, или целые возвышенные районы, например Нагольный кряж. Относительная высота куполов, представляющих собой отпрепарированные избирательной денудацией антиклинальные складки, достигает 150 м при ширине до 2 км.
Совершенно иной тип рельефа встречается в речных долинах и балках Донецкого кряжа. Большая крутизна склонов, складчатые обрывы и узкие теснины придают им живописный горный облик. Глубина вреза речных долин составляет 100—150 м и более. Для долин кряжа, проложенных среди каменноугольных отложений, весьма характерно чередование прямолинейных участков с крутыми изгибами вплоть до изменения направления на противоположное. Как правило, прямолинейные участки совпадают с простиранием пород или приурочены к линиям тектонических разломов. Коленчатые повороты образуются при огибании долинами выступов твердых пород или при пересечении их. Продольные профили долин кряжа отличаются значительными уклонами и изломами русла, причем в верховьях некоторых рек уклоны превышают 1°.
Долины, проложенные в мезозойских и кайнозойских отложениях, за исключением участков, где они прорезают толщи мела, прямолинейны. Для них характерны более пологие склоны, широко развитые делювиально-пролювиальные шлейфы и небольшие уклоны продольного профиля. На склонах долин и балок часто развиты неглубокие овраги. Склоны некоторых речных долин осложнены террасами. Всего можно насчитать до 4 террас, более или менее четко выраженных в рельефе. Наиболее развиты пойма и I надпойменная терраса.
Известняки карбона, соленосные и гипсоносные отложения перми, а также верхнемеловые породы дают карстовые формы рельефа — воронки (до 200—300 м в диаметре) и пещеры (длиной 15—20 м). Они широко распространены по р. Кальмиусу, в бассейнах Мокрой и Сухой Волновах и Бахмутки, а также по северо-западной окраине бассейна.
Донецкий кряж, понижаясь к западу и северо-западу, постепенно переходит в Запорожскую и Полтавскую равнины, граница между которыми условно проводится по р. Самаре. К территории Донбасса относится северо-восточная часть Запорожской равнины. Она имеет общий наклон на северо-запад. Абсолютные отметки уменьшаются в этом направлении от 200 м на границе с Приазовской возвышенностью до 67—60 м в долине р. Самары. Поверхность Запорожской внутренней равнины расчленена весьма слабо.
Полтавская равнина слегка наклонена на юго-запад, в сторону долины Днепра, и имеет абсолютные отметки 150—200 м. На водоразделе Днепра и Сев. Донца они возрастают до 200—230 м. Поверхность равнины — плоскоувалистая. Водораздельные участки равнинные: долины рек и балок широкие, асимметричные с крутыми правыми и пологими, усложненными террасами, левыми склонами. Глубина вреза
32ОБЩИЕСВЕДЕНИЯФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
ТЕРРИТО2Р3ИИ
речных долин 50—<80 м и более. Одной из особенностей рельефа Полтавской равнины являются сильно расчлененные радиальной сетью оврагов возвышения, обусловленные солянокупольной тектоникой.
В пределах Днепровской террасовой равнины отчетливо выделяются три гипсометрические ступени, соответствующие пойме, возвышающейся над меженным уровнем Днепра на 3—5 м, II террасе с высотой уступа над поймой 5—13 м и верхней террассе с относительным превышением над уровнем Днепра до 30 м. Равнинность двух нижних террас нарушается эоловыми формами рельефа. Поверхность III террасы расчленена сетью неглубоких долин, что придает ей холмистый вид.
С севера к Донецкому кряжу примыкают от.роги Средне-Русской возвышенности, наклоненной с севера на юг, с уменьшением абсолютных отметок от 220—240 до 60—20 м (в долине Сев. Донца). Глубоко врезанные долины левых притоков Сев. Донца рассекают ее на ряд водораздельных участков, вытянутых в меридиональном направлении. Долины рек асимметричны с крутыми, расчлененными эрозией, правыми и пологими левыми склонами, на которых прослеживается до 4— 5 террас.
Восточная окраина Донбасса располагается в пределах равнинной степной Донской низменности, прорезанной долинами Дона и его притоков и сетью ирригационных !Каналов. В долине Дона, примыкающей непосредственно к Донецкому кряжу, в полосе шириной 20—40 км морфологически выражены 2—5 террас. Отметки поверхности над уровнем моря составляют 1—10 м в пределах поймы и до 60 м на высоких террасах. Ровная поверхность песчаных террас усложняется дюнами, котловинами выдувания и иными эоловыми формами рельефа.
Восточнее Дона на территорию Донбасса заходят западные отроги Ергенинской возвышенности — возвышенные гряды Сало-Манычская и Доно-Сальская Наивысшая отметка Доно-Сальского водораздела, вытянутого в широтном направлении, составляет 121 м над уровнем моря. Абсолютные отметки Сало-Манычской гряды достигают 172 м
Приазовская низменность, протянувшаяся узкой прибрежной полосой вдоль южного склона Донецкого кряжа, в гипсометрическом отношении не имеет значительных контрастов. Поверхность ее слабоволнистая и понижается от 100—150 м на севере до 50—60 м на юге, обрываясь резким уступом к Азовскому морю.
Юго-западным продолжением Донецкого кряжа является Приазовская возвышенность. Наиболее высокие отметки (287 м) сосредоточены в районе Волновахи Приазовокая возвышенность является холмистой, она расчленена речными долинами и балками. В строении рельефа значительная роль принадлежит докембрийским кристаллическим породам, которые часто обнажаются по склонам, образуя обрывистые, высокие, причудливой формы скалы.
Неоднородность поверхности Донбасса наряду с другими факторами в значительной мере определяет сложность его гидрогеологических условий Центральная часть (Донецкий кряж) глубоко и густо расчленена речной и овражно-балочной сетью, обусловливающей интенсивное дренирование водоносных горизонтов Уменьшение расчлененности поверхности к восточной, южной и западной окраинам с точки зрения формирования запасов пресных подземных вод имеет положительное значение только для западной и северо-западной окраин бассейна, где в условиях большей увлажненности слабый дренаж благоприятствует их накоплению. В условиях слабой увлажненности на востоке и юго-востоке Донбасса уменьшение дренированности подземных вод приводит к снижению темпов водообмена и росту минерализации вод. Возвышающийся над окружающей местностью Донецкий кряж служит барьером для
24
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
стока, формирующегося в пределах Воронежского кристаллического массива и направляющегося на юг, к Азовскому морю. Долины Сев. Донца, Дона, Днепра, Самары и Орели являются основными областями разгрузки подземных вод как верхних, так и глубоких горизонтов.
Климат. Территория Донбасса получает много солнечного тепла. Суммарная радиация колеблется за год от 105 шал/см2 на севере до 115 ккал/см2 на юге, годовой радиационный баланс составляет 33— 40 ккал/ см2.
Рис 3 Среднегодовое количество атмосферных осадков (мм)
1 — метеостанции 2 — изогиеты, 3 — граница Большого Донбасса
В холодное время года и весной погодные условия территории, как правило, определяются влиянием отрогов Азиатского баррического максимума, откуда поступает малоувлажненный, зимой холодный, а весной теплый и сухой воздух. JB теплые месяцы циркуляция воздушных масс обусловлена отрогами Атлантического баррического максимума, с которым связана устойчивая сухая погода, нарушаемая проходящими время от времени с запада на восток циклоническими возмущениями. В последнем случае наступает умеренно жаркая погода с периодическими грозами. Иногда летом повторяется зимний тип распределения атмосферного давления. В этих случаях происходит интенсивный вынос сухого и перегретого воздуха из закаспийских пустынь. Температура воздуха повышается до 37—40° С при относительной влажности 12—20%. Зимой периодически происходят прорывы циклонов с юго-запада. Они обусловливают вынос теплого и влажного воздуха, следствием чего являются метели, туманы и гололед. Особенно часты сильные продолжительные туманы на Донецком кряже, который лежит на пути выхода черноморских циклонов.
Климат Донецкого бассейна в целом континентальный с отчетливо выраженными засушливо-суховейными явлениями, особенно резко проявляющимися в отдельные годы и сезоны в восточной его части. Континентальность климата возрастает с запада на восток. Для Донбасса весьма характерны большие амплитуды колебаний температуры воздуха, а также сильные ветры восточных направлений, нередко принося-
32ОБЩИЕСВЕДЕНИЯФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
ТЕРРИТОР2И5 И
Таблица 1
Средняя многолетняя т е м п е р а т у р а в о з д у х а (0C) з а п е р и о д с 1881 по 1935 г. (по месяцам)
Местонахождение станции
1
Ii
Ui IV
V VI VII VIII IX X Xl XII
Прикол отное Красноград
Изюм Старобельск
Миллерово Дебальцево Ворошиловград Цимлянская Амвросиевка
Жданов Ростов н/Д
—8,4 —7,2 -6,8 —7,3 -8,2 —7,8 —6,8 —7,6 —6,3
-5,1 —6,3
—8,1 —6,8 —6,4 —7,2 —7,8 —7,4 —6,3 —6,6 -5,9 —4,7 —5,5
—2,5 6,2 —1,4 7,3 - 0 , 7 7,9 — 1,7 7,8 - 2 , 0 7,4 - 2 , 2 6,9
—0,3 8,4 —0,5 8,8 —0,3 7,9
0,4 8,2 0,2 8,6
14,6 17,6 20,2 18,9 13,3 6,9 —0,4 —5,9 15,0 18,3 20,8 19,6 14,2 7,6 0,4 —5,0
15,8 19,1 21,4 20,1 14,4 8,0 1,0 —4,5 15,6 19,0 21,4 20,0 14,2 7,8 0,7 —4,8 15,6 19,3 22,2 20,8 14,6 7,7 0,2 —5,1 15,0 17,7 20,9 20,1 14,2 7,6 0,0 —5,5 15,9 19,3 22,0 20,7 14,7 8,3 1,3 —4,0 16,2 20,1 23,2 21,7 16,2 9,2 1,6 - 3 , 5 15,5 19,2 21,8 20,8 15,2 8,6 1,3 —3,8 15,6 19,8 22,7 21,8 16,1 9,2 2,4 - 2 , 5 15,9 19,6 22,7 21,8 15,8 9,3 2,0 —3,0
щие засуху и летние ливни. Расположение метеостанций показано на рис. 3.
Т е м п е р а т у р ы . Среднегодовые температуры воздуха для различных районов бассейна отличаются не более чем на 2—3°, увеличиваясь от 6° (на севере) до 9° (на побережье Азовского моря). Относительно низкими температурами характеризуется центральная часть Донецкого кряжа, где они снижаются до 6,6° (Дебальцево). Среднемесячные температуры воздуха подчиняются широтной зональности, но связаны и с увеличением континентальное™ климата к востоку (табл. 1). Годовая амплитуда экстремных температур воздуха составляет 70—82° (табл.2). Месячные амплитуды достигают максимума в холодное время года (45—53°).
Абсолютно свободными от заморозков являются июль, август, а на некоторой части территории и июнь Вместе с тем нет ни одното месяца в году, абсолютно свободного от положительных температур, достигающих даже в самый холодный период года значительных величин. С этим связаны оттепели и быстрое снеготаяние.
Положительные температуры воздуха устанавливаются на территории в середине — конце марта. Обратный переход к отрицательным температурам происходит во второй половине ноября. Средняя продолжительность безморозного периода достигает 250 дней
Весьма интересно распределение минимальных температур. Вдоль северного склона Донецкого кряжа, примерно в долине Сев. Донца, расположена термальная депрессия, в пределах 'которой температура воздуха падает до —42°. Такая депрессия образуется в результате застаивания над обширной долиной тяжелых охлажденных масс воздуха, приходящих с востока и задерживаемых возвышенностью Донецкого кряжа.
В е т р ы . Господствующие ветры в Донбассе — восточные, летом преобладают западные и северо-западные. Среднемесячные скорости ветра изменяются от 3 м/сек в летнее время до 8 м/сек зимой, составляя в среднем 4—6 м/сек. Число ветренных дней в году в пределах территории колеблется от 240 до 365. На водораздельных площадях скорость ветра часто превышает 20—30 м/сек. Расчетные наибольшие скорости ветра, по Л. Е. Анапольской (1961), на территории Донбасса следующие (в м/сек): возможные один раз в год — 24, в 5 лет — 29, в 10 лет — 31, в 15 лет — 32, в 20 лет — 33. Наиболее часты сильные ветры в зимний период, особенно в феврале. В теплое время года, а иногда и зимой
32ОБЩИЕСВЕДЕНИЯФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
ТЕРРИТО2Р7ИИ
они вызывают пылевые («черные») бури, в результате которых на огромных площадях сдувается слой почвы до 10—15 см, а в отдельных местах до 20—25 см. Мощность наносов, образованных переотложенной почвой, составляет 1 м и более.
С восточными ветрами летом связаны «суховеи». За .короткое время они выпаривают огромные количества воды из растений, рек и почвы, высушивая верхние слои ее до состояния максимальной гигроскопичности, что отрицательно сказывается на балансе грунтовых вод. Наиболее чувствительна к суховеям восточная часть территории, где выпадает наименьшее количество осадков. В среднем на территории Донецкого бассейна в теплый период года может наблюдаться 30—-50 дней с суховеями средней интенсивности, с суховеями интенсивными — 3— 13 дней, а с очень интенсивными — 1—6 дней. Наибольшее число дней с суховеями может доходить на востоке территории до 160, причем не менее 20 дней приходится на очень интенсивные суховеи.
О с а д к и . Распределение осадков на территории Донбасса неравномерно. В западной части годовое количество осадков составляет 450— 500 мм, а на востоке — 350—400 мм. На юго-западных склонах Донецкого кряжа оно возрастает до 500 мм (см. рис. 3). Большая часть осадков выпадает в теплое время года с максимумом в июне — «юле (табл. 3).
Среднее месячное и годовое количество осадков (мм) за период с 1891 по 1935 г. (по месяцам)
Таблица 3
Местонахождение станции
-
X
=
S
>
>
>
>
>
X X X X XоX— в I
S
Прнколотное Красноград Изюм Старобельск
Миллерово Ворошиловград
Дебальцево Лихая
Цимлянская Жданов
Ростов Н/Д
31 23 31 36 52 66 63 45 29 40 40 37 162 331 4 9 3
22 16 23 32 45 64 58 51 32 38 35 30 126 320 446 34 24 33 38 54 68 67 46 32 35 38 42 171 340 511 27 24 26 30 43 57 51 32 28 29 34 35 146 270 416 22 25 29 39 43 63 59 44 42 39 37 39 152 329 481 23 26 30 34 50 57 59 45 34 34 38 34 151 313 464 33 30 35 41 63 71 70 48 41 37 43 44 185 371 556 20 22 23 29 40 51 49 29 29 28 28 29 122 255 377 21 24 21 35 41 59 53 35 35 35 33 33 132 293 425 27 29 29 21 35 54 46 43 32 33 32 36 153 264 417
28 28 31 35 45 66 56 36 36 35 39 39 165 309 474
Летние осадки кратковременны и носят ливневый характер. В Донбассе насчитывается от 9 до 15 дней в году с осадками более 10 мм, причем основное число их приходится на летний период. Сведения о наибольшем суточном количестве осадков за год приведены в табл. 4.
Величиной ливневых осадков обычно определяется мощность насосно-силового оборудования карьеров. Ливни также смывают и уносят в реки огромные количества твердого материала, от чего особенно сильно страдают распаханные плодородные участки. Число дней в году с осадками уменьшается от 140 на западе до 80 на юго-востоке территории.
Устойчивый снежный покров держится обычно с декабря по март. В южных районах в отдельные годы он полностью отсутствует. С севера на юг мощность снежного покрова и запасы воды в нем уменьшаются. Средний многолетний запас воды в снежном покрове за декаду с наибольшей высотой убывает от 40—60 мм севернее линии Полтава — Ста-
28
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Таблица 4 Наибольшее суточное количество осадков {мм) за год
Местонахождение станции
Количество чет наблюден
Значение с\точного максимума наблюдавшегося 1 раз
1 год
10 тет
20 лет
40 чет
Наблюдае-
мый максимум
Купянск
107
35
69
Красноград
32
36
57
Изюм
92
37
62
Ворошиловград
98
34
56
Каменск—Шахтинский , .
85
36
65
Синельниково
101
37
77
Ясиноватая
89
39
86
Жданов
116
39
70
Ростов н Д
46
40
74
87
108
163
62
—
65
72
84
103
64
71
80
71
78
89
94
118
149
105
126
129
81
94
100
86
99
100
робельск — Миллерово до 20 мм. В зимнее время выпадает 25—35% годовой суммы осадков, которые вместе с осенними дождями служат главным источником питания подземных вод.
В л а ж н о с т ь в о з д у х а . Среднегодовые и среднемесячные величины относительной влажности воздуха убывают в восточном направлении (табл. 5)
Таблица 5
Средняя месячная и годовая относительная влажность воздуха в 13 час. дня за период с 1891 по 1935 г.
-г -
Местонахождение станции
I II i n IV V Vl VII VIIl IX \ Xl XII Год
Красноград Изюм Старобельск . . . . Мнллерово Вороши ювград . . . Цимлянская . . . . Жданов . . . • . . Ростов н Д
87 83 79 60 49 53 51 50 54 65 82 89 67
80 78 70 55 44 50 48 46 49 60 76 84 62
76 71 68 51 40 47 44 42 45 56 71 79 58
— — — 55 41 49 45 44 49 60 — —
—
78 75 70 51 43 47 43 40 44 57 74 81 59
84 80 74 54 47 49 41 39 42 58 77 86 61
84 79 75 61 55 57 51 49 52 65 80 84 66
84 81 75 56 49 51 46 42 48 60 77 85 63
Число дней в годы с относительной влажностью воздуха меньше 30%, которые можно отнести к засушливым, возрастает от 25—30 на западе до 40—45 и даже до 70 (Зимовники) на востоке. Средний годовой дефицит влажности воздуха для Донбасса составляет 3,3—4,2 мм
И с п а р е н и е . Для западной и центральной частей Донбасса величины испарения с поверхности суши равны 400—420 мм в год, на побережье Азовского моря они снижаются до 350—360 мм/год, а в СалоМанычских степях — до 290—300 мм!год. Испарение с водной поверхности малых водоемов в несколько раз превышает годовое количество осадков, составляя в засушливые годы от 850 до 1100 мм. Интенсивность его возрастает с северо-запада на юго-восток. Наибольшее испарение наблюдается в июле—августе, а наименьшее — в ноябре (соответственно 40—50 и 1—3% годовой величины).
По данным Цимлянской гидрометобсерватории установлено, что над Цимлянским 'водохранилищем в течение шести лет сформировался
32ОБЩИЕСВЕДЕНИЯФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
ТЕРРИТО2Р9ИИ
микроклимат. Возникшая бризовая циркуляция повышает днем относительную влажность воздуха на 10—17% и понижает температуру воздуха на 1—2°. Н а д водохранилищем летом температура воздуха в дневное время на 2—3° ниже, ночью на 1—2° выше, относительная влажность на 30—35% выше, чем над сушей. Контрастность температур над сушей и водохранилищем увеличивается весной и осенью (разность до 10—15°). Ширина зоны местного климата по берегам водохранилища не превышает 2 км, но в отдельные дни (весной и осенью) она расширяется до 30—40 км.
Таким образом, климатические условия Донецкого бассейна в общем мало благоприятны для восполнения запасов подземных вод. В несколько лучших условиях находится его северо-западная часть, которая по соотношению атмосферных осадков и испарения может быть отнесена к зоне неустойчивого увлажнения. Юго-восточная часть Донбасса относится к зоне недостаточного увлажнения, что обусловливает здесь скудное питание подземных вод и неравномерность его по временам года. В соответствии с этим в юго-восточных районах бассейна преобладают процессы континентального засоления. Подземные воды имеют повышенную минерализацию, и сезонные изменения химического состава выражены более резко. Изменение температурного режима с северо-запада на юго-восток сказывается на смещении сроков максимального подъема уровней подземных вод и изменении характера летней и зимней межени в сторону ее большей продолжительности и устойчивости на юго-востоке.
Почвы и растительность. Почвы Донбасса разнообразны. В целом территория бассейна относится к южной окраине Южно-Русской черноземной полосы. Основной тип почв — черноземы обыкновенные, отличающиеся лишь мощностью гумусовых и переходных горизонтов, а также отчасти содержанием гумуса. Средняя мощность их составляет 70—90 см, содержание гумуса — 5—8% и только на отдельных участках Донецкого кряжа увеличивается до 9%. В пределах открытого Донбасса развиты хрящевые черноземы, образовавшиеся на продуктах выветривания каменноугольных пород. На самом юге протягивается узкая полоса бедных перегноем слабо осолоненных черноземов. Левобережье Дона в основном занято темно-каштановыми и каштановыми засоленными почвами. Для широких террас Сев. Донца и Дона характерны 'почвы черноземно-песчаные, дерново-песчаные и разбитые пески. В некоторых местах существуют небольшие участки болотно-луговых почв. По долинам рек Мокрые Ялы и Бахмутке, на побережье Азовского моря и в Задонье встречаются отдельные пятна солонцовых почв и типичных солонцов.
По водно-физическим свойствам обыкновенные черноземы отличаются наименьшим объемным весом, более высоким коэффициентом увядания и большей (в верхних слоях) величиной наименьшей влагоемкости. Наличие водопрочной структуры обусловливает их высокую макропористость и «екапиллярную скважность. При общей скважности, составляющей 50%, на долю некаяиллярной приходится 11,8—15,7% и больше, что благоприятствует инфильтрации атмосферных осадков. Коэффициент фильтрации данных почв 0,007—0,003 см/сек. Однако, несмотря на такую высокую фильтрационную способность почв, обусловливающую полное поглощение атмосферных осадков, поступающая в них влага аккумулируется в самых верхних слоях и не достигает более глубоких подпочвенных горизонтов. Д а ж е ко времени максимального насыщения (весной) 'влажность грунта на глубине более 2 м редко достигает наименьшей влагоемкости. Таким образом, на протяжении
30
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
почти всего года условия малоблагоприятны для прямой инфильтрации атмосферных осадков до уровня грунтовых вод.
Черноземы, развитые на продуктах выветривания твердых пород, распространены в центральной части Донбасса. По гранулометрическому составу они относятся к легкосуглинистым разностям, а иногда даже к супесчаным с обильным количеством щебенки. Эти почвы малоструктурны и значительно уплотнены, вследствие чего водопроницаемость их в 3—4 раза меньше, чем обыкновенных черноземов. Однако из-за неглубокого залегания трещиноватых разрушенных скальных пород здесь происходит наиболее интенсивное поглощение атмосферных осадков и питание подземных вод.
У солонцеватых разностей почв 'величины некапиллярной скважности не превышают 3—5% при большой способности их к набуханию (до 32%). Поэтому водопроницаемость их, особенно солонцов, крайне низка. Коэффициент фильтрации составляет 0,00001—0,00027 см сек.
Средние глубины промерзания почвы увеличиваются с юга на север от 30—40 до 50—60 см. Наибольшие глубины проникновения нулевой температуры в почву в суровые и малоснежные зимы при значительной иссушенности могут достигать 1 —1,5 м.
По характеру климата, почвенному и растительному покрову Донбасс относится к степной зоне. Западную, более влажную часть территории занимает подзона разнотравно-ковыльной степи, восточную — подзона типчаково-ковыльной степи. На крайнем востоке типчаково-ковыльная степь сменяется типчаково-полынной полупустынной степью.
В настоящее время степь почти вся распахана. Целинные участки сохранились на небольших площадях. Среди культурной растительности основным злаком является озимая пшеница; кроме того, широко возделываются кукуруза, ячмень и просо. Ведущая техническая культура — подсолнечник. Широко распространено выращивание овощей и огородно-бахчевых культур. Большие площади заняты под сады.
Гидрография. Территорию Донбасса пересекают реки бассейнов Дона, Сев. Донца, Днепра, а также реки, впадающие непосредственно в Азовское море. Средний коэффициент густоты речной сети составляет 0,2 км/км2. Наибольшей густотой отличается Донецкий кряж (до 0,5 км/км2, наименьшей — Задонье (менее 0,1 км/км2).
Средние уклоны рек изменяются в еще больших пределах: от 0,02 м/км (р. Дон) до 3,3 м/км (р. Луганчик). Наибольшие уклоны, составляющие 15—25 м/км, а в отдельных случаях 30—40 м/км, характерны для верховьев .малых рек Донецкого кряжа. Значительные уклоны, узкие и глубокие долины с крутыми скалистыми склонами и каменистым дном придают им сходство с горными реками.
Когда реки выходят за пределы кряжа на равнинные участки, то уклоны их снижаются до 0,1—0,4 м/км, а в пределах низменностей — до 0,02—0,007 м/км (Самара, Волчья и др.). На этих участках реки HVieroT типичный равнинный характер: скорости течения незначительные, русла извилистые, часто заросшие, низкие берега и глинистое, местами илистое дно. Незначтельными уклонами характеризуются также левобережные притоки Сев. Донца и реки, впадающие в Дон. Максимальные уклоны здесь редко превышают 5 м/км.
Главными водными артериями Донбасса являются р. Дон и его основной приток — Сев. Донец.
Дон в пределах бассейна имеет средний уклон 0,02 м/км. Его долина расширяется от 8—10 км у станицы Чирской до 25 км в низовье. Склоны долины асимметричны: правый возвышенный и крутой, рассеченный овражно-балочной сетью, левый низменный и пологий. Пойма Дона достигает в нижнем течении ширины 24 км. Поверхность ее изрезана
32ОБЩИЕСВЕДЕНИЯФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
ТЕРРИТО3Р1ИИ
протоками, ериками и старицами, наполняющимися водой в половодье, а летом пересыхающими и превращающимися в озера или затопленные и заросшие болота. Ширина русла р. Дона 300—500 м, глубины на плесах 6—8 м, на перекатах поддерживаются транзитные глубины не менее 1,25 м. Скорость течения колеблется от 0,1 до 0,4 м/сек, в период половодья она составляет 1,5—2 м\сек. Дон судоходен. Значение его как важной водной магистрали возросло в связи с постройкой Волго-Донского канала им. В. И. Ленина. В Донбассе Дон принимает притоки: Тузлов, Сев. Донец, Кагальник, Цимлу и Сал. Все эти речки имеют малый расход воды и преимущественно малые уклоны. В летнее время они во многих местах пересыхают, распадаясь на стоячие плесы.
Река Сев. Донец, протекая с северо-востока на юго-восток, пересекает большую часть территории. Встречая на своем пути в среднем течении крепкий палеозойский массив, Сев. Донец огибает его с севера я только в нижнем течении прорезает его. Средний уклон русла в пределах Донбасса ра^вен 0,1 м/км, но значительно изменяется на различных участках. Долина реки асимметрична; правый берег крутой, расчленен многочисленными речными долинами, балками и оврагами; левый — пологий. Ширина долины нередко достигает 10—15 км, а в отдельных местах — 25 км. Пойма реки изобилует старицами, мелкими озерами и болотами. Однако ширина ее обычно ,не превышает 1 км. Остальная часть долины Сев. Донца занята преимущественно песчаными террасами. Ширина русла реки колеблется от 20 до 130 м (в среднем 40—60 м). Глубина в верхнем течении на плесах составляет 1—3 м, а на перекатах до 0,3 м и менее. В нижнем течении (ниже устья р. Бол. Каменки) глубины ,равны 1,25—3,5 м, местами они увеличиваются до 5—6 м. На этом участке река судоходна. Справа в Сев. Донец впадают речки Берека, Казенный Торец, Бахмутка, Лугань, Луганчик, Бол. Каменка, Лихая и Кундрючья. Левые притоки Сев. Донца также многочисленны (Оскол, Жеребец, Красная, Боровая, Айдар, Евсуг, Ковсуг, Деркул, Глубокая, Калитва, Быстрая и др.).
К бассейну Днепра относятся реки Орель и Самара с притоками Волчьей и Быком. Они имеют широкие речные долины с пологими террасированными левыми и более крутыми правыми склонами. Река Волчья в среднем и нижнем течении, прорезая Волчанский выступ Украинского кристаллического массива, обнажает докембрийские кристаллические породы. В этом месте долина ее значительно суживается, происходит также некоторое лодпруживание воды.
Среди рек, впадающих в Азовское море и расчленяющих южный склон Донецкого кряжа, а также северо-восточный склон Приазовской возвышенности, наиболее значительными являются Кальмиус с притоком Кальчиком и Миус с притоком Крынкой. Между Кальмиусом и Миусом в отложениях сармата и понта проложены долины Грузокого, Сухого и Мокрого Еланчиков.
В долинах более крупных рек (Сев. Донец, Дон, Самара и др.) наблюдается большое количество естественных пойменных озер и озеровидных расширений.
Основное питание реки Донбасса получают за счет весеннего снеготаяния, дающего 40—80% ,годового стока. Дождевое питание их незначительно, а «подземное играет существенную роль для рек Донецкого кряжа, в пределах которого вследствие глубокого вреза они дренируют значительное число водоносных горизонтов. Немалую роль в питании донецких рек играют шахтные воды, сбрасываемые на территории промышленного Донбасса. Общее количество вод, сбрасываемых всеми шахтами и промышленными предприятиями, достигает 12—15 M3/сек, Т. е. превышает среднегодовые расходы большинства донецких рек.
32
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
ТЕРРИТОРИИ
33
Режим рек Донбасса характеризуется ярко выраженным весенним половодьем, летне-осенней и зимней меженями, прерываемыми паводками, являющимися следствием интенсивных ливней, а зимой — оттепелей. Резкий подъем уровней и увеличение весеннего стока за счет снеготаяния начинается в первой ,и второй декадах марта. Максимум наступает в конце (марта, а на более крупных реках (Дон, Сев. Донец) — в начале апреля. Продолжительность половодья — от нескольких дней до 0,5—1 месяца. Распределение стока внутри года на основной водной артерии Донбасса — р. Сев. Донец — приведено в табл. 6.
Рис 4. Среднегодовой сток с территории Большого Донбасса (л/сек-км2)
1 — изолинии стока, 2 — граница Большого Донбасса
Норма годового стока изменяется от 2,5 л/сек-км2 на северо-западных границах Донбасса до 0,5 л/сек-км2 на крайнем юго-востоке территории (рис. 4). Наблюденные максимумы стока изменяются от 40 до 658 л/сек с 1 км2. Модули стока летне-осенней и зимней меженей для рек Донбасса составляют в среднем 0,3 л/сек-км2, в области Донецкой
возвышенности летняя межень имеет модуль стока 0,4 л/сек • км2, а зимняя — 0,7 л/сек-км2. Меженные расходы обеспечиваются в основном за счет подземного питания, создающего фон, на котором формируются половодье и паводки.
Многие реки Донбасса в летнее время пересыхают, а в зимнее — перемерзают, причем для мелких рек пересыхание и промерзание более обычны, чем наличие постоянного стока.
Режим многих рек Донбасса изменен искусственно созданными на них водоемами — прудами и водохранилищами, аккумулирующими талые снеговые воды и воды паводков. Введение в эксплуатацию в 1952 г. Цимлянского водохранилища сделало более равномерным внутригодовое распределение стока р. Дона. Сток Нижнего Дона весной уменьшился, а в остальное время года возрос. В то же время в результате больших потерь воды на испарение с поверхности Цимлянского водохранилища значительно снизился средний расход реки.
Из других крупных водохранилищ следует отметить Клебан-Быкское на р. Кривом Торце, Краснооскольское на р. Осколе, Карловское на р. Волчьей, Волынцевское на р. Булавина, Ольховское и НижнеКрьшкское на р. Крынке, Мироновское на р. Лугани, Грабовское на р. Миусе, площади зеркала которых достигают нескольких (иногда более десяти) квадратных километров. Эти водохранилища используются для питьевого и технического водоснабжения. В последнее время создано много мелких водохранилищ и прудов. Нижнее течение р. Сев. Донца зарегулировано шлюзами, вследствие чего ненарушенный режим имеет здесь место лишь в зимний (когда прекращается навигация) и весенний (когда пропускается половодье) сезоны. От р. Сев. Донца (ниже впадения р. Оскола) до Донецка проложен канал Сев. Донец— Донбасс с проектным расходом 25 м3/сек. По этому каналу подается вода для водоснабжения Центрального и Донецко-Макеевского районов.
Воды рек Донбасса имеют высокую минерализацию. Для малых рек она колеблется большей частью от 1 до 2 г/л, доходя до 4 г/л, а в отдельных с л у ч а я х — д о 14 г/л (Мокрая Плотва). В половодье и паводки Минерализация несколько ниже (0,7—1,1 г/л). Жесткость воды также значительна и колеблется от 6 до 25 мг-экв. Поэтому речные воды не всегда пригодны для питья и орошения и совсем непригодны для питания паровых котлов. Они относятся к сульфатному типу, за исключением вод Бахмутки и Казенного Торца, которые имеют хлоридный
Многолетние характеристики рас
воды (.и3/сек) р. Сев. Доица
Таблица 6
Станция (пост)
Период иаб тюлений, год
Площадь водосбора,
Характеристика
Средние расходы воды по месяцам
I
и
IIi
IV
V
Vl
VlI
VIlI
IX
X
Xl
XlI
Годовой расход
Змнев
1923—1924 1926—1941 1944—1960
16 600
Средний Наибольший Наименьший
32,1 386
5,79
42,7 279
7,1
142 196 32,7 15,2 15,2 12 11,3 369 551 119 42,2 55,7 56,7 52
13,1 30,8 7,46 4,17 4,06 3,12 3,53
12,9 27,9
5,13
18 39,9
6,89
21,1 67,7
6,64
45,9 80,8 19,1
Белая Калитва
1933—1942 1945—1960
80 900
Средний Наибольший Наименьший
93,6 318
34,6
148 560
31,1
359
711 211
81,2 56.7 49,3 40,8
1100 2410 1330 251 182 215 157
44,3 168 68,8 34,3 27.8 21,3 18,1
45,3 159 25
74,8 199 34,8
182 39,1
166 371
54,9
34
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
тип, что обусловлено сбросом соленых вод рассолопромыслов и соляных шахт, а также выщелачиванием соляных пластов. Содержание SO42^ колеблется в пределах 200—1000 мг/л, иногда выше.
Основным источником загрязнения поверхностных вод являются высокоминерализованные, часто кислые воды, сбрасываемые в реки и балки промышленными предприятиями и шахтами. Наиболее загрязнгнными реками являются Бахмутка, Лугань, Кальмиус, Торец, Миус и Волчья. Влияние шахтных вод сказывается и на р. Сев. Донце. До поступления в нее вод из открытого Донбасса (Змиев) минерализация воды в летнюю межень составляет в реке в среднем 0,55 г/л, содержание S O 4 2 - — 1,5 мг-экв. В пределах промышленной территории Донбасса (Лисичанск) .минерализация воды возрастает до 0,75 г/л, содержание SO42- увеличивается до 3 мг-экв, т. е. в два раза.
Общая жесткость воды Сев. Донца не превышает 8—10 мг-экв. Минерализация воды левобережных притоков Сев. Донца в межень составляет 0,5—1,2 г/л, в половодье и паводки она снижается до 0,2— 0,5 г/л. В межень вода жесткая (10—15 мг-экв).
Вода р. Дона пресная, мягкая. Благодаря своим высоким качествам (плотный остаток 0,3—0,4 г/л, общая жесткость 5,1—5,5 мг-экв) она широко используется для водоснабжения, в частности г. Ростова-наДону.
Глава III
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ ДОНЕЦКОГО БАССЕЙНА И СОВРЕМЕННЫЕ
ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ЕГО ГЕОСТРУКТУРЕ
Донецкий бассейн представляет собой восточную часть крупной палеозойской структуры — Доно-Днепровокого (Донецко-Припятского, Большедонбасского) прогиба. Эта (геоструктура была заложена в среднем девоне на юге Русской платформы в результате образования субширотного грабена между Украинским и Воронежским массивами. К опущенной полосе примыкали и погружавшиеся части бортов массивов. Длина прогиба достигала 1500 км, ширина— 150—200 км.
Верхнепалеозойокая осадочная толща начиная со среднего девона накапливалась на докембрийоком субстрате, представляющем собой сложный комплекс метаморфических и изверженных пород архея, протерозоя и, возможно, рифея. Субмеридиональные складчатые и разрывные структуры докембрийского основания были рассечены вкрест субширотными разломами, ограничивающими внутреннюю, наиболее погружавшуюся часть Доно-Днепровского прогиба. Поэтому наложенный поперек древних структур палеозойский прогиб не наследовал форм нижнего докембрийского структурного этажа. Исключения составляют некоторые поперечные разломы, разделяющие прогиб как бы на отсеки. Впрочем, влияние этих разломов на режим формирования осадочной толщи палеозоя (в качестве кон'седиментацнонных явлений) многими преувеличивается. Последние данные скорее говорят о единстве литотектогенеза всего прогиба, чем о его дифференциации.
Прогибу свойственны более плавные и глубокие опускания в восточной части и более умеренные, сменявшиеся некоторыми подъемами в западной. Для последней более характерны явления регрессии, перерывов в осадконакоплении и вызванных ими внутренних стратиграфических несогласий.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
35
Погружение и амплитуды колебаний в западной части Доно-Днепровского прогиба были значительно меньше, чем в восточной. Например, в турне и визе, когда во всем прогибе господствовал режим открытого моря, на западе преобладали условия мелкоморья, а на востоке — более открытого, относительно глубокого моря. С конца верхнего визе, в течение намюра, среднего и верхнего карбона и до сакмарского века нижней перми включительно среди моржих отложений на западе преобладали фации опресненных лагун, в то время как на востоке значительные толщи были представлены осадками открытого мелкого моря. Эти различия не дают, однако, основания провести четкую границу между субгеосинклинальной восточной и субплатформенчой западной частями Доно-Днепровского прогиба. Переходы между нчми постеленные, мигрирующие во времени от западных границ Донецкого складчатого сооружения до широты Полтавы, т. е. до половины ДнепровскоДонецкой впадины. По данным последних поперечных сейсмических профилей в Днепровско-Донецкой впадине установлены большие глубины залегания кристаллического фундамента и значительные мощности осадочной толщи, достигающие в наиболее погруженных частях впадины 9—10 км, вместо считавшихся ранее 5—7 км, главным образом за счет карбона и особенно девона. По данным буровых скважин вблизи Черниговского выступа большие мощности девона образовались за счет вулканогенных толщ. Вулканические туфы слагают значительные толщи и в центральной части впадины.
Более восточная часть прогиба, отвечающая собственно Донецкому бассейну, в течение карбона и нижней перми характеризуется частыми колебательными движениями и непрерывным мелкоцикличным накоплением осадков. Отложения компенсировали общее прогибание. Они представлены часто чередующимися мелководными открыто-морскими, прибрежно-морскими, лагунными и континентальными отложениями, в том числе угленосными болотными фациями, с более редкими внедрениями аллювиальных фаций и редкими внутриформационными размывами небольшой амплитуды. Однако в целом весь прогиб в период от среднего девона до нижней перми включительно испытывал общее генеральное погружение и, в конечном счете, непрерывное осадконакопление.
Плавные изопахиты отложений свит карбона, свойственные всей площади Донецкого бассейна, свидетельствуют о плавном прогибании. В пределах изученной части Донбасса изопахиты отложений карбона замыкаются на западе, но естественно, как это еще в 1952 г. отмечал С. Е. Верболоз, где-то на востоке, за пределами изученной площади, должно начаться уменьшение мощности осадков и замыкание изопахит. Максимальные мощности отложений карбона и нижней перми, достигавшие 3—6 км на западе и 18—25 км на востоке, накопились во внутренней части прогиба, ограниченной разломами, в то время как мощности на наиболее прогнутых частях субплатформенных склонов не превышали 2—3 км.
Турнейские и нижневизейские известняки носят субплатформенный характер и имеют относительно малую 'мощность, поэтому можно предполагать значительную консолидацию Частей платформы и зачаточного девонского прогиба в начале нижнего карбона. До верхневизейского времени в Северо-Кавказской геосинклинали могли накапливаться огромные толщи, которые после инверсии стали основные источником гноса в Доно-Днепровский прогиб. Наличие преимущественно сильно дислоцированных и метаморфизоваяных пород нижнего карбона в основании Предкавказского прогиба и южного борта Причерноморской впадины подтверждает это представление.
36
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Выяснению положения Донецкого 'бассейна в общей геотектонической обстановке верхнего палеозоя были посвящены работы многих геологов, в том числе А. П. Карпинского, А. Д. Архангельского, Н. С. Шатского, М. М. Тетяева, П. И. Степанова, Д. Н. Соболева и А. Н. Мазаровича. А. Я- Дубинский, посвятивший ряд своих работ выяснению геоструктурной обстановки южной части Русской платформы, дал краткий обзор различных представлений и Их эволюции.
Одна группа представлений объединяется общей идеей, что Донецкий бассейн является частью северной ветви верхнепалеозойского краевого прогиба, образовавшегося впереди фронта Крымско-Кавказской среднепалеозойской складчатости. В этой концепции Украинский кристаллический массив рассматривается как срединный массив (А. Д. Архангельский) или как герцинский энтиклинорий (М. М. Тетяев), разделявший южный и северный (собственно Донбасс) синклинории.
Южный синклинорий следует искать в недрах Северного Предкавказья и Причерноморской впадины (М. М. Тетяев, П. И. Степанов, Н. С. Шатский, А. Я. Дубинский). Полесский вал ограничивал распространение северной (донецкой) ветви этого прогиба в западном направлении, отделяя ее от среднеевропейских герцинских краевых прогибов. Восточное продолжение северной ветви, вероятно, должно соединяться с Мангышлакскими складками.
В соответствии со второй группой представлений Большой Донбасс сформировался из верхнелалеозойского внутриплатформенного краевого поперечного прогиба, ограниченного на юте Украинским массивом (Н. С. Шатский), но тесно связанного с палеозойскими складчатыми образованиями Предкавказья или имеющего самостоятельное заложение в виде платформенной ровообразной трафогеосинклинали (В. Г. Бондарчук).
Наконец, согласно третьей группе представлений, Большой Донбасс и Северный Кавказ рассматриваются как части единой верхнепалеозойской геосинклинали (С. Е. Верболоз, А. В. Копелиович, И. Ю. Лапкин, Л. О. Темин). Так или иначе, следует признать самостоятельность Доно-Днепровской геоструктуры либо как совершенно обособленной, либо четко ограниченной частью еще более крупной единицы. ДоноДнепровскому прогибу присущи достаточно крупные размеры, простая и отчетливая форма, особый, отличный от Северного Кавказа и Причерноморской впадины, режим литотектогенеза ,в верхнем палеозое и мезозое. Эта структура представляет собой единый бассейн со свойственным только ему накоплением горючей органики в виде угля, нефти и газа.
Девонский период был самым активным в истории развития ДоноДнепровского прогиба. Глубинные разломы, отколовшие от южного края Русской платформы Украинский кристаллический массив, сопровождались вулканической деятельностью. Между периодами извержений накапливались терригенные осадочные толщи. Интенсивные колебательные движения приводили к перерывам в морском режиме осадконакопления, выраженным хемогенными осадками изолированного бассейна. Среди подобных перерывов выделяются два длительных периода образования мощных пластов соли. Прогибание, происходившее в течение среднего и верхнего девона, достигало в центральной части прогиба 3—4 км, а на бортах около 1 км. Последующие тектонические движения (на границе между девоном и карбоном) и подъем привели к полному смыву девонских отложений с бортов прогиба и значительным размывам их в центральной его части.
Каменноугольный период отличается общим плавным опусканием всего прогиба. Бурная вулканическая деятельность окончилась в девоне,
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ
СТРОЕНИЕ
37
и лишь изредка вулканизм проявлялся в виде ограниченных по площади и в разрезе пластовых интрузий.
Согласное напластование в пределах всей каменноугольной толщи, как и нижнепермской, свидетельствует о едином процессе непрерывного осадконакопления, и небольшие внутриформационные размывы в этой толще не нарушают его общего характера На окраинах прогиба вследствие значительно меньшей мощности осадков и меньшей амплитуды колебательных движений внутриформационные перерывы оказывались более резко, проявлялись и перерывы в осадконакоплении. Аналогичные явления свойственны были и западной части прогиба, занятой в настоящее время мезо-кайнозойской Днепровско-Донецкой впадиной.
Каменноугольные породы залегают несогласно на девонских отложениях.
Медленное погружение и морской режим, установившийся в начале нижнего карбона, привели к накоплению известняков (турне — нижний визе), образование которых на северной окраине, на площади Старобельско-Миллеровской моноклинали, продолжалось вплоть до начала башкирского яруса. Интенсивное погружение Доно-Днепровского прогиба в течение верхнего визе, среднего и верхнего карбона привело к накоплению огромной толщи осадков, достигавшей в осевой части Донбасса 6—18 км и выраженной полицикличными и полифациальными, преимущественно терригенными песчано-глинистыми отложениями, чередующимися с тонкими пластами углей и известняков.
На бортах Доно-Днепровского прогиба мощность карбона, включая и верхнюю часть, в настоящее время размытую, не превышала 2—3 км. Накопление огромных толщ шло параллельно с прогибанием бассейна. Мощности осадков контролировали глубину прогибания, поэтому море всегда оставалось неглубоким и по мере сноса совсем мелело, превращаясь в лагуны, а затем в болотистые топи. Это отвечало стадиям образования угля. Заполнение прогиба и некоторый подъем его поверхности Выше уровня моря приводили к континентальным условиям, которым были свойственны образование дельтовых и аллювиальных песчано-глинистых осадков и неглубокие размывы В результате частой цикличной смены условий накопления осадков сформировалась многопластовая Песчано-глинистая толща с многочисленными тонкими пластами углей (до 300) и известняков (до 250). Аргиллиты и алевролиты (глинистые И песчаные сланцы) преобладают в разрезе (60—70%), значительную долю занимают песчаники (25—40%), а подчиненную—известняки (1—5%) и угли ( 1 - 2 % ) .
В конце верхнего карбона в западной части прогиба, а в середине сакмарского века в его восточной части нисходящие движения постепенно замедляются и сменяются воздыманием. Область накопления осадков начинает сокращаться, и в разрезе появляются, постепенно увеличиваясь по площади в том же направлении, пестроцветные лагунноконтинентальные, а в заключительной стадии — галогенные породы. На западе, в Днепровско-Донецкой впадине, галогенные осадки появляются в более древних отложениях, начиная с низов никитовской свиты нижней перми (Pi), а в Донецком бассейне — в самых молодых донецких нижнепермских отложениях артемовской овиты (Pi) Далее на восток к Астрахани галогенные отложения появляются в еще более молодых горизонтах сакмарского и артинского ярусов, отражая последовательное отступание моря с запада на восток по замыкающемуся Доно-Днепровскому палеозойскому прогибу.
Изменение режима литотектогенеза, начавшееся в конце палеозоя, завершилось мощной герцинской складчатостью (заальская и пфальцская фазы), наиболее ярко проявившейся в Донецком бассейне и зату-
38
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
хающей в западном направлении. С ней связан второй (девон-карбоннижнепермский) тектонический этап прогиба. Складчатость проявилась только в центральной зоне прогиба, а его склоны остаются слабо дислоцированными или вовсе недислоцированными.
В конце перми — начале мезозоя Доно-Днепровекий прогиб распался на две части — восточную, или собственно Донецкий бассейн, где произошли мощные тектонические движения, приведшие к образованию складчатой системы и установлению преимущественно восходящего режима, и западную, или Днепровско-Донецкую, где тектонические движения проявились в виде более спокойных прерывистых и линейно-прерывистых складок и установился преимущественно нисходящий режим колебательных движений. Различные режимы в Донецком бассейне и Днепровско-Донецкой впадине существовали в период всего мезозоя и кайнозоя, в течение которых Донецкий бассейн также иногда вовлекался в нисходящие движения, особенно в верхней юре, верхнем мелу и олигоцене. Однако эти движения носили временный характер, они редко распространялись на всю площадь.
Днепровеко-Донецкая впадина на общем фоне нисходящих движений в мезозое и кайнозое также испытывала временные восходящие движения. Режим колебательных движений продолжался в верхнем карбоне и нижней перми. Это привело к непрерывному накоплению всей толщи карбона в нижней перми на территории Донецкого бассейна. Мощности овит C3 и Pi возрастают в восточном направлении аналогично свитам среднего карбона.
Несмотря на то что основа структурного плана Донецкого складчатого сооружения была заложена в заальскую фазу, начало конеедиментационного формирования стержневой структуры — Главной антиклинали— могло быть связано с более ранними движениями в начале нижней перми. Вслед за заальскими на границе верхней перми и триаса произошли пфальцские тектонические движения, завершившие герцинский тектогенез. Залегание отложений триаса на глубоко !размытых складках карбона до свиты С25 свидетельствует о больших амплитудах пфальцской тектоники. По окончании герцинского тектогенеза наступил довольно длительный период мезозойских колебательных движений, прерывающихся кратковременными слабо интенсивными фазами киммерийской складчатости.
Для триаса характерно опускание Днеп-ровско-Донецкой впадины и окраин Донецкого 'Складчатого сооружения, в то время как основная площадь последнего и весь кристаллический массив испытывали общее воздымание и представляли собой размываемую сушу. К концу триаса наступил общий подъем и произошло сокращение площади аккумуляции осадков. Этот подъем распространился на всю Днепровско-Донецкую впадину.
В течение юры в Днепровско-Донецкой впадине и на северо-западных окраинах Донбасса преобладали опускания, при одновременном воздымании основной ,площади складчатого Донбасса и Украинского кристаллического массива. В среднем лейасе закончились первые складчатые киммерийские движения (первая донецкая фаза, по Бубнову). Многие герцинакие структуры были оживлены этими движениями, произошло заложение таких существенно новых складок северо-западной окраины Донбасса, как Торское ,поднятие и Средняя антиклиналь. Последние киммерийские движения (вторая донецкая фаза) произошли в нижнебайосское время и хорошо документируются несогласным залеганием верхнего байоса на всех горизонтах нижнего байоса на крупных структурах северо-западной окраины Донбасса — Славянском, Петровском и Краснооскольском /куполах.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ
СТРОЕНИЕ
39
Регрессия 'моря, происходившая в эпоху между средней и верхней юрой, знаменует собой общий подъем Днепровоко-Донецкой впадины и окраин Донбасса. Оксфордские опускания, вызвавшие обширную трансгрессию, сопровождались 'местными (кратковременными поднятиями и накоплением косослоистых оолитовых известняков В нижнем кимеридже происходят общий подъем и обмеление бассейна. На северо-западных окраинах Донбасса в течение верхнего 'кимериджа, нижневолжского и верхневолжского веков формируются пестроцветные континентальные толщи. Эти пестроцветы отлагались и далее в нижнамеловую эпоху на всей территории Днепровско-Донецкой впадины до трансгрессивного перекрытия верхнемеловым сеноманским морем.
Концу юры и нижнему мелу соответствовал наибольший подъем. Нижнемеловая трансгрессия в Днепровско-Донецкой впадине в альбский век не распространялась восточнее линии Купянск — Кременная — Изюм — Лозовая. В верхнем мелу господствовали общие опускания, начавшиеся с сеномана, когда еще Донбасс оставался сушей, и охватившие в туроне, коньяке, сантоне и кампане не только Днепровско-Донецкую впадину, но и полностью Донецкое складчатое сооружение и преобладающую часть площади Украинского кристаллического массива. С Маастрихтом связаны значительные восходящие движения, вызвавшие подъем основной площади складчатого Донбасса ,выше уровня моря и формирование на его окраинах прибрежных отложений.
Альпийский тектогенез особенно ярко проявился на границе между верхним мелом и палеогеном, в ларамийскую фазу, точнее в конце датского яруса — начале палеоцена, когда в Донецком бассейне отмечен перерыв в отложениях. Дислоцированные мезозойские отложения вместе с верхнепермскими представляют собой третий структурный этаж (P2-T-J-Cr).
Ларамийская складчатость наиболее ярко проявилась на окраинах бассейна, особенно в северной его части, где углы падения верхнемеловых слоев достигают 60—80°, а стратиграфические амплитуды ларамий•ских разрывов — 200—300 м. На востоке бассейна ларамийские складки проявляются слабее, с углами падения до 10°. На юге наблюдаются наследованные ларамийские складки в верхнемеловых отложениях с углами падения до 15°. С ларамийской фазой связано образование «тектонического агломерата» из глыб пород карбона и верхнего мела на северной окраине, к северу от г. Каменска. Время образования этого агломерата, или «смятой толщи», определяется точно, поскольку в его состав входят породы от карбона до Маастрихта включительно и он покрывается отложениями палеоцена или эоцена.
Палеогену соответствуют умеренные опускания, достигшие своего максимума в конце эоцена и в начале — середине олигоцена. Наибольшие опускания захватили Днепровско-Донецкую впа/дину. Донецкое складчатое сооружение даже при трансгрессиях не полностью перекрывалось палеогеновыми морями, и основная его площадь представляла собой размываемую сушу.
Тектонические альпийские движения проявляются и в течение палеогена, особенно после олигоцена (савская фаза), в слабых складчатых И разрывных формах, хорошо прослеженных на северной, северо-западной, восточной и южной окраинах Донецкого бассейна. В прослеженных дислокациях палеогеновых отложений известны углы падений до 15° иа севере, до 6° на востоке и до 5° на юге бассейна. Амплитуды разрывных нарушений на севере достигают 50 м. Складки и разрывы обычно имеют унаследованный характер по отношению к более ранним лараАгийским структурам.
40
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Вся толща кайнозоя представляет собой четвертый структурный эгаж (Pg—N—Q). Новейшая четвертичная тектоника проявляется в формах современного рельефа, в развитии речных и морских террас, в положении речных систем, в абсолютных размерах подъема Донецкого кряжа (единицы и десятки сантиметров за 50 лет),.
Весь обнаженный Донбасс .в современном плане является крупнейшей молодой антеклизой с приподнятым палеозойским ядром, окруженным отложениями мезозоя и кайнозоя; в нижнем палеозойском структурном этаже он выражен синклинорием. На фоне общего современного подъема Донбасса наблюдаются дифференцированные субширотные полосы различной интенсивности подъема и относительных опусканий. Материала для четкого выделения этих полос пока недостаточно, однако существование таких движений констатировано убедительно.
СТРАТИГРАФИЯ И ЛИТОЛОГИЯ
Докембрийские отложения. Фундаментом осадочной толщи Донецкого бассейна служат докембрийские метаморфические и магматические породы, слагающие нижний структурный этаж. На Украинском щите и его восточном продолжении — Приазовском кристаллическом массиве, где отложения верхнего палеозоя размыты, породы докембрия выходят на поверхность или перекрыты толщами мезозоя или кайнозоя. На остальной площади докембрийские отложения залегают на больших глубинах— на южном склоне Воронежского массива до 1—3 км, а под складчатым Донбассом 3—10 км.
Докембрийские отложения по возрасту охватывают большой отрезок времени — от раннего архея до позднего рифея. Стратиграфия их. трактуется различно. Существенно отличаются друг от друга стратиграфические схемы Н. П. Семененко, Ю. И. Половинкиной, А. Н. Козловской и др.
В настоящем томе за основу взята стратиграфическая схема, принятая для государственной геологической карты Украины (схема А. Н. Козловской, несколько видоизмененная и дополненная).
В течение последних лет все большее признание получают идеи преобладания метаморфизма над интрузивными процессами Площади развития изверженных пород, особенно гранитов, все более сокращаются, уступая место ,мигматитам и другим производным породам глубокого метаморфизма. В настоящее время почти вся территория Украинского щита поддается стратификации и пластово-структурному анализу с выделением антиклинальных и синклинальных зон. Это позволяет более правильно устанавливать взаимосвязь между различными элементами щита и выделять стратиграфические горизонты.
А р х е й . Приазовский кристаллический массив в основном сложен породами архея, преимущественно кировоградоко-житомирского комплекса. Аналогичные породы встречены также в большинстве скважин к северу от Донецкого бассейна.
П р о т е р о з о й . Ранний протерозой начинается конкско-верховцевской серией, залегающей с большим несогласием на архейских образованиях. Отложения этой серии мало сохранились, в Приазовье они отсутствуют. Вышележащая криворожская серия начинается базальной аркозо-филлитовой свитой, которую сменяет средняя железорудная свита, содержащая мощные толщи железистых кварцитов с обогащенными пластами оплошных магнетитовых, гематитовых и мартитовых железных руд. Железистые кварциты переслаиваются хлоритовыми,, хлорито-серицитовыми и иными !кристаллическими сланцами. Криворож-
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
41
екая серия заканчивается свитой хлоритовых, хлорито-серицитовых, аспидных и углистых сланцев, переслоенных железистыми кварцитами, сплошными !кварцитами и карбонатными породами. Основное развитие криворожская серия получает в Криворожском бассейне, где сохранилась от размыва глубокая субмеридиональная синклиналь. В Приазовьеотложения криворожской серии неизвестны, но их присутствие возможно.
Заканчивается нижний протерозой днепровоко-токовским комплексом гранитов, гранитоидов и мигматитов, с преобладающей розовой окраской. Типично присутствие лейкоюратовых, микроклиновых и биотитовых гранитов, богатых щелочами. Подобные граниты широко развитыв Приазовье, но в настоящее время большинство авторов относят их к архею. А. П. Ротай считает их типичными представителями днепровско-гоковского комплекса протерозоя.
Верхнегаротерозойские отложения на юге Донецкого бассейна слагают приазовский граносиенитовый комплекс, включающий и биотито-
Й>говоо6манковые граниты с абсолютным возрастом около 1 млрд. лет. риазовский комплекс, вероятно, синхронен коростенскому комплексу западной части Украинского щита. Верхнепротерозойские отложения заканчиваются приазовским щелочным комплексом, состоящим из нефелиновых сиенитов — мариуполитов, пироксенитов и перидотитов. Это наиболее молодые кристаллические породы Приазовья, за исключением" еще более молодых дайковых палеозойских интрузий, прорывающих в некоторых местах массив. Докембрийские отложения водоносны только в зоне выветривания, ограниченной несколькими десятками метров.
Палеозойские отложения. Д е в о н . Первоначально все известные отложения девона относились к верхнему отделу. В J947 г. Ю. М. Пущаровский на основании определения остатков рыб, сделанного Д. В. Обручевым, отнес самые нижние слои — аркозовые песчаники — к живетокому ярусу среднего девона. В более поздних работах Д. Е. Айзенверга, Т. А. Ищенко, О. Р. Коноплиной и П. К- Лагутина эти породы были отнесены к среднему девону. С некоторым небольшим смещением границ возраст свиты «бурого девона» определяют как франский, а «серого девона» — как фаменский.
Выходы девонских отложений на поверхность известны только на юго-западной окраине Донбасса, к югу от Донецка, в виде неширокой (4—7 км) полосы, протягивающейся от г. Комсомольска до с. Ольгинского. Мощность отложений увеличивается с запада на восток от 50 до 1000 м. Наиболее полный разрез девонских отложений сохранился на р. Мокрой, М. Волновахе у с. Раздольного. В приподнятых соседних, блоках девонские отложения частично или даже полностью размыты. Они представлены переслаивающейся толщей терригенных континентальных и прибрежно-морских осадков и вулканогенных пород. Значительно развиты разнообразные конгломераты, очень типичны крупногалечные туфогенные бурые песчаники различной структуры, состава и разной степени цементации. Массивные аркозовые песчаники сменяются тонкослоистыми псаммитами, алевролитами и аргиллитами; распространены туфобрекчии. В основании толща сложена порфиритами, базальтами, известняками. Породы обладают небольшой пористостью и слабой водоносностью. По простиранию литологическая характеристика отдельных пластов не выдержана.
Девонские отложения налегают на докембрийские образования с резким угловым несогласием, но' покрываются согласно залегающими нижнекарбоновыми известняками. Это объясняется, по-видимому, слабой» пликативной тектоникой в этом районе как в девонских, так и в нижне-
42
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
карбоновых отложениях. Вероятно, под складчатым Донбассом нижний карбон залегает на девоне с более резким несогласием.
Отчетливое расчленение донецкого девона на литологически различные толщи, со свойственной каждой из них цветовой характеристикой, дано А. П. Ротаем. В 1963 г. в I томе «Геологии угольных месторождений СССР» эти толщи названы А. П. Ротаем свитами.
Николаевская овита («белый девон») начинается базальным конгломератом мощностью до 5 м, который покрывает докембрийские кристаллические породы, их дресву и слабо окатанную гальку. Выше залегают светло-серые мелководные морские осадки мощностью до 60 м. Заканчивается свита 100—150-метровым покровом «палеобазальтов» (по А. П. Ротаю) с прослоями вулканических туфобрекчий.
По современной терминологии эти породы следует называть спилито-кератофировьими образованиями (спилиты, кератофиры, порфириты, базальты, пикрит-базальты, андезито-базальты и их туфы и туфобрекчии). Дайки этих пород пересекают нижележащую осадочную толщу, имеют тот же состав, и поэтому их следует рассматривать как подводящие каналы. Они приурочены к субширотным разломам.
Долгинская свита («бурый девон») сложена песчано-глинистыми породами, переслоенными вулканическими туфами и туфогенными крупнога лечн ыми конгломератами. Породы имеют бурую и красно-бурую окраску. Мощность свиты достигает 150 м.
Верхняя раздольненская свита («серый девон») сложена песчаноглинистыми слоистыми терригенными породами с отпечатками верхнедевонской формы. Эти породы чередуются с аркозовыми песчаниками, конгломератами и вулканическими туфами. Преобладает серая окраска пород. Мощность свиты достигает 450 м.
Свиты сохраняют свои границы и значение, независимо от их возраста.
Характер распространения девонских отложений на площади Донецкого бассейна остается еще неясен. По всей вероятности, с бортов Доно-Днепровского (Болыпедонбасского) палеозойского прогиба девонские отложения были смыты перед отложением турнейских известняков. Вероятно, они здесь и не имели значительного распространения или были представлены незначительными толщами, накопившимися в платформенных условиях. На южном борту (на Новомосковско-Петропавловской моноклинали) и на северном борту (на Старобельоко-Миллеровской моноклинали) девон отсутствует. До настоящего времени на южном крыле Воронежской антеклизы отложения девона не установлены. На кристаллические породы докембрия налегают непосредственно турнейские известняки Обнаруженные в некоторых скважинах к северо-западу от Старобельска подстилающие их разнозернистые кварцевые песчаники большинством геологов рассматриваются как базальные турнейокие образования. Можно считать установленным, что буровые скважины в Обояни, Белгороде, Валуйках, Кантемировке, Маркове, Городище, Гречишкино, Северной Голубовке, Харькове, Верхней Тарасовке и Глубокой, пройденные до кристаллического основания, на северном борту впадины не вскрыли девонских отложений.
К востоку от Миллерово девонские отложения начинают появляться в разрезах буровых скважин, расположенных на перегибе Воронежской антеклизы, т. е. не на донецком склоне, а на северном склоне Воронежской антеклизы. В срединной части Доно-Днепровского палеозойского прогиба, ограниченной сбросами, девонские отложения, вероятно, сохранились. Об этом свидетельствуют жуски и глыбы девонских известняков и диабазов, вынесенных с большой глубины в кепроки соляных штоков на северо-западной окраине Донецкого бассейна и в Днепровоко-Донец-
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
43
кой впадине В последней девонские отложения ,встречены многими скважинами в виде нормальных осадочных толщ терригенных и хемогенных пород, переслаивающихся с вулканогенными туфогенньпми образованиями, мощность которых превышает 2000 м. По геофизическим данным мощность девонских отложений в центре Днепровско-Донецкой впадины может достигать 3000—4000 м.
К а р б о н . Отложения каменноугольной системы залегают несог-
ласно на отложениях девона или докембрия. Огромная толща осадков
всех трех отделов накапливалась непрерывно и согласно, незначитель-
ные внутриформационные размывы не нарушают этой закономерности.
Начинаются отложения каменноугольной системы толщей известня-
ков турнейского и нижней части визейского ярусов общей мощностью
300—600 м. Толща сплошных известняков в основании карбона на севе-
ре бассейна в Старобельско-Миллеровской моноклинали включает и
вышележащие отложения верхов визе, намюра и низав башкирского
яруса
до низов
свиты
C
3 2
включительно.
Общая
мощность
известняков
и здесь не превышает 600 м, несмотря на увеличенный стратиграфиче-
ский диапазон. Мощность аналогичной толщи известняков турне и ниж-
него визе на севере составляет около 200 м.
Начиная с верхов визе в юго-западной части Донецкого бассейна и, вероятно, на большей части его площади разрез всей толщи карбона слагается чередующимися пеочано-глинистыми отложениями с прослоями тонких пластов угля и известняков. Неоднократная периодическая повторяемость погружений и компенсаций их осадками, иногда и с некоторыми подъемами, привела к циклическому строению многопластовой толщи карбона. Крайние члены циклов — морские известняки и болотно-континентальные угли — повторяются до 300 раз каждый. Мощность отложений карбона закономерно возрастает от бортов прогиба к его оси /и вдоль оси прогиба от 2—4 до 8 км.
Разнообразный литологический состав пород и их закономерное чередование, обилие фауны и флоры позволили очень дробно расчленить отложения карбона на отделы, ярусы и зоны.
Выделение отдельных горизонтов сделано с использованием марки-
рующего значения отдельных пластов, сохраняющих свою узкую лито-
лого-фациальную характеристику, с присущими им биоценозами и с их
индивидуальными свойствами. Это позволило каждому горизонту извест-
няков присвоить индексы: прописные буквенные, отвечающие свите, и
цифровые, отвечающие его ,положению внутри овиты. Так же последо-
вательно обозначены и все пласты угля (строчными буквами и циф-
рами). Особенно детально подразделены угленосные свиты карбона.
Донецкий карбон подразделяется на 15 свит: 5 — в нижнем отделе:
C11 (Л), C12 (В), C13 (С), C14 (D), C15 ( £ ) ; 7 - в среднем: C21 (F), С22(G), C23 (H), C24 ( / ) , C25 (К), C26 (L), C27 (M) и 3 — в верхнем: С3! (N),
C
2 3
(О),
C33
(P).
Нижний карбон (Ci). В стратиграфии нижнего карбона Донбасса
в последние годы в связи с открытием угленосных верхневизейских
отложений в западном секторе Большого Донбасса произошли серьезные
изменения, представляемые различными авторами по-разному. Противо-
речия возникли в связи с тем, что детализация разреза, полученная
в западных районах по разрезам большого количества буровых скважин,
не нашла своего точного отражения в старом классическом разрезе ниж-
него карбона ,по р. Кальмиусу, который ранее принимался за стратотип.
Новая промышленно-угленосная толща в верхнем визе, открытая на за-
паде, не имеет развития в Кальмиусском разрезе, который поэтому
не может служить для нее прототипом.
44
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В 1957 г. созванная Межведомственная комиссия приняла стратотипом для угленосной свиты Самарский разрез, а для остальной толщ» нижнего карбона — Кальмиусский. При унификации разрезов установлено, что базальный известняк Ci самарской свиты отвечает известняку Bi Петриковского и Новомосковского разрезов и известняку Bi2 Кальмиусского разреза. Верхняя граница шиты — известняк Di отвечает известняку C2 (по А. П. Ротаю) или, что то же — известняку C60 Калымиусского разреза. Решено ввести исправления в Кальмиусский разрез, нарушив прежние границы свит Ci2, Ci3 и Ci4. В принятом самарскомобъеме свита Ci3 отвечает верхней части овиты C12 и нижней части свиты C13 Кальмиусского разреза или в основном верхней части зоны Cfj/? (по А. П. Ротаю), начиная с известняка B12. Таким образом, несмотря на сохранившиеся некоторые разногласия, достигнуто соглашение по* существу вопроса о признании за толщей в объеме самарской свиты С($ самостоятельного значения не только свиты, но и биозоны. Имеется досих пор расхождение и во взглядах на стратификацию нижней части овиты Ci2.
Турнейские отложения нижнего карбона имеют почти повсеместное распространение, за исключением районов к западу от обнаженного Донбасса по склону Украинского щита и к западу от Нового Оскола. На юго-западной окраине Донбасса они представлены в верхней части разреза устойчивыми, преимущественно водорослевыми и битуминозными известняками, а в нижней — доломитами, доломитизироваяными известняками, черными глинами, редко песчаными породами. На Старобельско-Миллеровской моноклинали мощность турнейских известняков колеблется от 40 до 70 м. Турнейские отложения лежат трансгрессивно на девонских или докембрийских (породах. Переходная девон-карбоновая фауна свойственна только нижней зоне Сtv а Верхние зоны содержат турнейскую фауну.
Визейские отложения распространены по всей площади, но в районах западнее Новомосковска и Изюма нижняя часть толщи выклинивается, и известняк C1 лежит либо на нижних горизонтах турне, либо на докембрии. Нижняя часть визе представлена известняками и кремнистыми мергелями (С\va—f) мощностью 200—300 м, верхняя — песчаноглннистой толщей общей мощностью до 1500 м, с тонкими пластами известняков и углей. Последние в верхней части яруса имеют промышленное значение (свита Ci3). Общая мощность визейских отложений вдоль южной границы Донбасса уменьшается с востока на запад от 1700 м (Кальмиус) до 120 м в Петропавловском районе. На южном склоне Воронежского массива визейские отложения к западу от Нового Оскола ложатся непосредственно на докембрий. Здесь нижне- и средневизейские отложения представлены песчано-глинистой толщей до 70 м мощности с двумя пластами бурого угля рабочей мощности (район г. Обояни), отвечающие бобриковскому горизонту Подмосковья. Верхневизейские толщи сложены известняками мощностью до 170 м.
Намюрские отложения (свиты Ci4 и Ci5) распространены повсеместно. Вдоль южного края Донецкого бассейна, в районе сел Петриковки и Царичанки, наблюдается сильный размыв намюрских отложений с залеганием среднего карбона на нижнем намюре или визе. Почти повсюду намюрские отложения представлены песчано-глинистыми толщами с преобладанием аргиллитов и алевролитов. Их мощность достигает 1300 м (Кальмиус). Тонкие прослойки известняков и углей редки, угли' обычно не достигают рабочей мощности. На южном склоне Воронежского массива, на Старобельско-Миллеровской моноклинали намюрские отложения представлены белыми мелоподобными известняками со стилолитовыми швами (оолитовыми или псевдоолитовыми) мощностью до-
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ
СТРОЕНИЕ
45
150 м, с глинистыми прослоями в верхней части. К южному краю моноклинали происходит постепенный переход в терригенные, преимущественно глинистые фащии.
Средний карбон сложен толщей переслаивания песчано-глинистых отложений мощностью от 1 до 7 тыс. м, с подчиненными тонкими пластами известняков и углей. Многие пласты, особенно известняков и мощных песчаников, выдерживаются на значительных площадях. На Старобельско-Миллеровской моноклинали низы башкирского яруса представлены известняками мощностью около 100 м.
Нижняя часть среднего карбона — башкирский ярус (C2 Ь) —включает свиты C21, C22, Сг3 и C24 и по стратиграфическому диапазону не соответствует стратотипу яруса, принимаемому для Башкирии, поскольку в последний включены верхи намюра (аналоги овиты С,5 Донбасса) и не включен верейокий горизонт (аналог верхов свиты C24 и низов C25). Верхняя граница яруса, по палеонтологическим данным проводится по подошве известняка Кз, но большинством авторов она принимается по подошве известняка Ku принятого в унифицированной схеме за нижнюю границу свиты C25.
На основной площади бассейна отложения башкирского яруса представлены песчано-глинистыми толщами с редкими тонкими пластами известняков. Их мощность увеличивается от 1200 м на западе до 4000 м на востоке. На бортах прогиба мощность отложений снижается до 700 (на юге) и 600 м (на севере, Старобельско-Миллеровская моноклиналь). В наиболее изученной юго-западной части бассейна, где отложения нижней части яруса обнажены, для свиты C2' (мандрыжинской) характерно преимущественное развитие глинистых и алевритовых отложений (до 75%). Песчаники не превышают 25%, известняки— 3%. Большим постоянством обладает известняк F1. В свите C22 (моспипской) преобладают глинистые и алевритовые отложения (до 80%), песчаники составляют в среднем около 20%, известняки — около 1%. В верхней части свиты залегают довольно мощные моспинские песчаники G3Sg2.
Основные водоносные горизонты башкирского яруса приурочены * кварцевым и кварцево-аркозовым средне- и крупнозернистым песчаникам свиты C23 (смоляниновской), составляя 35—50% от всей толщи. Многие горизонты песчаников распространяются на огромные площади, сохраняя мощность 40—50 м. Они носят собственные названия: головиновские (H2SHi), кащеевские (HbSh1), фоминские (h8Sh9), бабаковские [hioShu). Общая мощность свиты C23 увеличивается с запада на восток от 240 до 1300 м.
В свите C24 (несветаевской) преобладают глинистые и алевритовые породы (80—85%). На юго-западе и юго-востоке значительную долю отложений свиты составляют мелкозернистые песчаники (до 30%). Мощность свиты изменяется от 180 до 700 м.
В северной полосе Старобельско-Миллеровской моноклинали происходит фациальное замещение терригенных толщ низов башкирского яруса на морские темно-серые с черными кремнями известняки, охватываемые свитами C21, C22 (с прослоями аргиллитов в свите C22).
Московский ярус (С2т) включает свиты C25, C26 и C27. По унифицированной схеме граница яруса совпадает с верхней границей свиты C27 — известняком N1. Отложения московского яруса, представленные типичным для всего среднего карбона переслаиванием песчано-глинистых пород с тонкими пластами углей и известняков, обладают повышенной угленосностью, большим количеством мощных светлых кварцевых и кварцево-полевошпатовых песчаников и относительно мощными пластами известняков. Это определяет их повышенную водоносность.
46
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Условия формирования осадочной толщи московского яруса были достаточно постоянными для всего бассейна. Поэтому многие пласты известняков и песчаников сохраняют свои особенности на огромных площадях и служат устойчивыми маркирующими и водоносными горизонтами. Некоторые, наиболее постоянные горизонты выходят далеко за пределы складчатого Донецкого бассейна, распространяясь на значительную площадь Днепровско-Донецкой впадины. К наиболее стойким горизонтам относятся, например, известняки M1, Af5 + M6. Количество и мощность известняков возрастают в северо-восточном направлении (в сторону открытого морского бассейна) и уменьшаются к юго-западу, где преобладают прибрежные и континентальные фации.
Свите C25 (каменской) особенно свойственны контрастные фациальные изменения, что выражается частой сменой крупнозернистых кварцевых и а'ркозовых песчаников и пластов угля морскими глинистыми отложениями и пластами известняков. В основании свиты (до известняка Кз) залегают граувакковые и полимиктовые песчаники.
Песчаники нередко залегают с внутриформационными размывами, амплитуды которых достигают 20 м. Среди известняков в северных и восточных районах Донбасса постоянством распространения и наибольшей водоносностью отличаются чистые кристаллические известняки К\, Кь, Ki, Ks- К юго-западу большинство известняков выклинивается. Некоторые известняки (Kz, Кб, Ks) непосредственно залегают на пластах угля.
Каменская свита наиболее угленосна в центральных и восточных районах Донбасса. В пределах складчатого Донбасса мощность ее изменяется от 240 до 1400 м, на платформенном склоне Старобельско-Миллеровской моноклинали она уменьшается до 160 м.
Свчта C26 (алмазная) по диалогическому составу близка к свите C25, но менее контрастна в смене фаций по вертикали. Для нее типично непосредственное залегание морских известняков на пластах угля («параугольные» известняки — L b L3, L4, L7). В юго-западных районах Донбасса большинство пластов известняков утоняются и выклиниваются. Кварцево-аркозовые средне- и крупнозернистые песчаники LiSL2, LzSLi, L5SL6, L6SL7, L1SM имеют широкое распространение и являются стратиграфическими и водоносными горизонтами. Свите C26 свойственна наиболее высокая рабочая угленосность в западных и северо-западных районах Донбасса. Мощность свиты возрастает с запада на востоке 150 до 800 м. На Старобельско-Миллеровской моноклинали она уменьшается до 130 м.
В свите C27 (горловской) по сравнению с первыми двумя свитами московского яр>са заметно уменьшается значение песчаников и возрастает число известняков; кроме того, в ней увеличивается процентное содержание глинистых пород. Однако среди песчаников сохраняются мощные, достаточно постоянные по площади распространения горизонты, например IniSrriit, m6l SM8, M9SMi0, Mi0SN. Наибольшие внутриформационные размывы особенно четко проявляются в подошве песчаника M9SMi0. Мощные известняки M b M5 являются хорошими водоносными горизонтами. Значительной устойчивостью в разрезе обладают известняки M2, M3, M4, M6, Mm, также водоносные. Общая мощность горловской свиты увеличивается с запада на восток от 230 до 1100 м.
Аллювиальные песчаники древних русел, залегающие в местах размыва морских осадков, более свойственны свитам C23, C25, C27. Внутриформационные размывы обычно имеют весьма ограниченную амплитуду, измеряемую единицами и, как исключение, первыми двумя десятками метров, что естественно для плоского рельефа низменностей, по которым протекали каменноугольные реки. Для этих песчаников характерен разнозернистый состав и редкие прослои гравелитов. Аллювиальные песча-
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
47
ннки преимущественно кварцево-аркозовые светлые, реже полимикто-
вые, темные, зеленые. Диагональная слоистость — однонаправленная,
по течению реки. Эти песчаники обладают наименьшей плотностью упа-
ковки ч более грубым гранулометрическим составом. Это придает им
лучшие коллекторские свойства по сравнению с морскими песчаниками.
Впрочем большинство их переходит кверху в типичные прибрежно-
морские.
Верхний карбон. Осадконакопление в верхнекаменноугольное время
отличалось от среднекаменноугольной эпохи, особенно московского века,
меньшим фациальным контрастом за счет малого проявления крайних
фаций — открыто-морских и континентальных: пласты известняков ред-
кие, с угнетенной фауной, глинистые. Угленосность резко уменьшается.
Большие толщи песчаников наблюдаются в нижней свите только в цент-
ральных районах восточной части Донбасса.
Для западных районов накопление значительных толщ песчаников
типично для двух верхних свит. На северо-востоке заметно преобладает
обстановка открытого моря с накоплением относительно мощных изве-
стняков. Срединная, приподнятая часть Донбасса лишена отложений
верхнего карбона (размыты). Свита C31 (исаевская) отличается от нижележащих отложений своим
однообразием, преобладанием мощных глинистых толщ. На обнаженных
водораздельных пространствах преобладание глинистых пород выра-
жается сглаженным мягким рельефом. В западных районах Донбасса
преобладают глинистые и алевритовые породы, составляющие 65—80%
от отложений разреза свиты. Пласты известняков здесь преимущественно
TOHKite, глинистые, за исключением двух — Nt и N2, достаточно чистых, обладающих мощностью 2—3 м. В восточных районах в разрезе преоб-
л а д а е т пззеетняки, достигающие 15—40 Jii мощности, а общее содержа-
ние их увеличивается до 10—25%, особенно в крайних северо-восточных
районах, закрытых мелом и палеогеном. Содержание песчаников в раз-
.резе уменьшается до 10% и менее. Угленосность свиты ничтожная,
обычно рабочее значение имеет только один пласт угля —
Мощность свиты возрастает от 400 Jii (Лисичанский район) до 1000 л
(Садкинский район). Свита C32 (авиловская) отличается от свиты C3' наличием в разрезе
значительного количества песчаников, в том числе средне- и крупнозер-
нистых, с гравелистыми прослоями в основании, с явлениями размывов для некоторых горизонтов, например Oi1SO2, O2SO3, O42SO43, O44SO46 и особенно O6SO7 — с размывом известняка O61. Мощный песчаник O7SP1 также иногда ложится с размывом. Отдельные горизонты песчаников достигают мощности 50—70 м. Содержание песчаников на западе
и востоке складчатого Донбасса достигает 40—50%, но значительно
уменьшается к северу. На западе известняки, как правило, маломощные
(до 1, редко — 3—4 Jii). К северо-востоку мощности их возрастают.
Например, мощность известняка O1 возрастает с 4 Jii на западе до 30 м в районе Цимлянского водохранилища. Содержание известняков
на крайнем востоке достигает 15% общей мощности свиты. В разрезе
появляются красноцветные породы, но преобладает зеленовато-серая
окраска.
Мощность свиты увеличивается от 400 м в Лисичанском районе
до 1200 м в Кальмиус-Торецкой котловине.
Свита
C
3 3
(араукаритовая)
содержит значительное
количество
пес-
чаников (до 40% общей мощности). Песчаники средне- и крупнозерни-
стые, иногда залегают с неглубоким базальным размывом (над извест-
няками Pь Pz, Pi, Рь). Красноцветные аргиллиты и алевролиты получают широкое развитие, особенно в верхней половине свиты, обычно
48
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
лишенной известняков. Последние более устойчиво распространены в нижней части свиты, но имеют ограниченную мощность порядка 1 м (за исключением известняка Pi). Обычно они глинистые и песчанистые. Мощность свиты возрастает от 450 м на севере Бахмутской котловины до 900 м в Кальмиус-Торецкой котловине. На востоке разрезы свиты неизвестны (размыты), за исключением платформенного склона на востоке Старобельско-Миллеровской моноклинали у г. Морозовска, где свита имеет мощность 150—200 м и состоит преимущественно из известняков (особенно нижняя половина).
Водоносность пород карбона связана главным образом с их трещиноватостью. Однако в районах и толщах, подверженных незначитель-
Рис 5 Распространение углей и горных пород различной степени метаморфизма в свитах Ci3 и Сг5-
/—6 - п л о щ а д и распространения \ п е й и горных пород различных групп метаморфизма ( / — Б—Д, 2 - Я . 3 - Г, 4 - Ж , К, ОС, J - T 1 ПА, 6 — At
ному начальному метаморфизму, отвечающему по углю маркам Д Б и Д , существенною роль играет пористость пород, особенно песчаников. Она составляет 16—24% при степени метаморфизма Д Б и 6—16% при степени метаморфизма Д. Снижение пористости по мере увеличения метаморфизма от Д к А происходит постепенно. Аналогично увеличивается и прочность пород. Поэтому показатели метаморфизма углей следует использовать как индикатор для определения начального (раннего) метаморфизлга пород вмещающих толщ. На рис. 5 и 6 показано распространение зон метаморфизма углей, а следовательно, и вмещающих пород на площади Донбасса. Несмотря на то, что на этих карточках показаны границы зон метаморфизма для отдельных свит, они могут быть использованы и для остальных толщ с учетом закономерности смещений этих границ в сторону повышения степени метаморфизма в нижележащих толщах и понижения в вышележащих. В частности, эти же рисунки дают представление и о степени метаморфизма вышележащих толщ нижнепермского возраста, описанных ниже. По площади распространения этих толщ и по их более высокому залеганию они попадают в зоны раннего метаморфизма, контролируемого индикаторами ДБ и Д по углю.
П е р м ь . Отложения перми наиболее полно представлены на западе бассейна, где они выполняют Бахмутскую и Кальмиус-Торецкую котловины и распространяются дальше на запад в Днепровско-Донецкую впадину. Мощность их достигает 2500—2700 м. На востоке они имеются только к северу от Белой Калитвы, т. е. к северу от складчатого карбона. Мощность их колеблется от 150 до 250 м.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ
СТРОЕНИЕ
49
Отложения нижней перми наиболее детально изучены на западе бассейна. Среди них здесь выделяются четыре свиты,.
Каратамышская свита сложена толщей песлроцветных, главным образом красно-бурых, аргиллитов, алевролитов и песчаников с очень тонкими прослоями (0,1—0,2 м) известняков, или «серых зон». Эти зоны сложены серыми песчано-глинистыми осадками мощностью несколько метров, с отпечатками флоры и углистыми остатками. Песчаники в каратамышской свите не имеют пластового распространения. Они представлены неправильными небольшими линзами и не образуют водоносных горизонтов. В северо-западной части Бахмутской котловины верхние
о Изюм
Рис. 6. Распространение коксующихся углей в свитах Ci3, Ci4, C23,
C25, С / , C27
Границы
распространения
углей
смежных 4-Ci",
марок по 5 — C27
свитам,
1 — Ci';
2 — СИ, 3 — C23,
пласты известняков (от O8 до O12) достигают мощности 1—2 м (район Ямы). Мощность свиты изменяется от 500 до 1200 м, возрастая с северо-
запада на юго-восток.
Никитовская свита представлена сероцветной толщей аргиллитов,
•песчаников, алевролитов, а также пластами доломитов и известняков
(Ri—Ri). На Славянском куполе встречаются пласты каменной соли. Соотношение пород в свите следующее: аргиллиты и алевролиты —
60—80%, ангидриты — 3—12%, песчаники — до 15%, доломиты и извест-
няки— 6%. Мощность свиты 100—300 м.
Славянская (артемовская) свита сложена преимущественно камен-
ной солью (40—65%) и гипсами (20—30%). Имеются 6 пластов извест-
няков
(Sb
S
1 1
,
S2,
S3,
S4,
S44),
из
них
2
широко
распространенных
гори-
зонта S2 и S3, достигающие мощности 10 м, имеют большое стратигра-
фическое значение. Основные пласты соли имеют мощность 40—50 м.
Выделяются 4 пласта соли: Карфагенский между известняками S, и S2, Подбрянцевский между S2 и S3, Брянцевский между S3 и S4 и Надбрянцевекий между S4 и S41. Преимущественно гидрохимический характер отложений артемовской свиты определил широкое развитие явлений
выщелачивания и образования карста. Общая мощность свиты дости-
гает 600 м.
Краматорская свита также сложена преимущественно гидрохимиче-
скими осадками, В ее разрезе каменная соль составляет 60%, ангид-
50
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
риты — 8%, аргиллиты и алевролиты — 25—30%. В верхней части свиты установлено наличие калийных солей. Вскрытая максимальная мощность свиты достигает 650 м.
На северо-востоке бассейна у южного края платформенного склона разрез нижней перми совершенно иной, чем на западе. Только каратамышская свита здесь, как и в Бахмутской котловине, представлена пестроцветной толщей аргиллитов, алевролитов и песчаников. Мощность свиты превышает 100 м. Трем верхним свитам (никитовской, артемовской, краматорской) здесь отвечает толща известняков мощностью 90 м
К верхней перми в Донбассе относится часть или вся толща пестроцветных отложений, залегающая между достоверной нижней пермью и серебрянской свитой триаса. Возраст этой толщи, стратификация ее и увязка разрезов в Бахмутской котловине и Днепровско-Донецкой впадине до сих пор являются предметом неразрешенных опоров. По схеме Б. П. Стерлина все пестроцветные отложения объединяются в дроновскую серию. Нижняя часть серии, сложенная песчано-глинистыми отложениями, выделяется как шебелинская свита и относится к верхней перми. Верхняя часть, представленная преимущественно песчаными отложениями, выделяется в виде краснооскольской свиты и относится к нижнему триасу.
В 1962 г. Jl Я. Сайдаковским и В. А. Соколовым в отложениях пестроцветной толщи впервые были обнаружены органические остатки. В скв. 6865, пробуренной в Бахмутской котловине, в песчано-глинистой толще с глубины 576—627 м Л. Я. Сайдаковский определил комплекс остракод и харофит, широко известных в татарских отложениях Русской платформы.
Отложения дроновской серии с большим несогласием залегают на различных горизонтах нижней перми и верхнего карбона. Мощность нижней части дроновской серии на северо-западных окраинах Донбасса достигает 500 м. Серия сложена преимущественно красноцветными аргиллитами, алевролитами с прослоями песчаников и конгломератов На северо-востоке бассейна пестроцветная песчано-глинистая толща верхней перми имеет мощность до 100—150 м и залегает несогласно на швагериновых слоях нижней перми и на различных горизонтах верхнего карбона.
Мезозойские отложения. Т р и а с Стратиграфическое положение песчано-глинистых, преимущественно пестроцветных континентальных образований триаса являлось предметом длительной дискуссии.
В настоящем томе принята схема, предложенная Б. П. Стерлиным и В. П. Макридиным.
Отложения нижнего триаса (Т,) начинаются с краснооскольской свиты, представляющей собой верхнюю часть дроновской свиты, сложенной песчаной толщей, которая залегает с перерывом и несогласием на песчано-глинистых отложениях шебелинской, или пересажской, свиты. Краснооскольская свита сложена преимущественно разнозернистыми аллювиальными песчаниками и песками с прослоями гравелитов и конгломератов общей мощностью до 80 м, причем в районах Западного Донбасса преобладает крупногалечный молассовый материал. Песчаники слабо сцементированы и отличаются хорошими водоносными свойствами. На купольных структурах северо-западной окраины Донбасса наблюдается частичный или полный размыв свиты, и вышележащая серебрянская свита ложится на отложения верхней перми. В Днепровско-Донецкой впадине краснооскольская свита, которую здесь называют «триас песчаный», накапливалась в условиях непрерывного прогибания и имеет мощность до 200 м. На северо-восточной окраине Донбасса аналогом краснооскольской является шолоховская свита мощ-
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
51
ностью до 100 л , сложенная песчаниками, яркими пестрыми глинами и конгломератами из галек пород верхнего и среднего карбона. Общая мощность отложений триаса достигает здесь 300 м.
Серебрянская свита нижнего триаса обладает устойчивым разрезом в Донецком бассейне и Днепровско-Донецкой впадине. Она сложена белыми или светло-серыми кварцево-полевошпатовыми карбонатными песчаниками, сильно каолинизированными, а также зеленовато-серыми слюдистыми песчаниками, переслоенными пестроцветными глинами со сростковидными белыми хемогенными известняками озерных фаций. В основании свиты преобладают песчаники, в средней части — красноцветные глины и в верхней — песчано-глинистое переслаивание. Карбонатность свойственна почти всей толще пород. На северо-западе бассейна серебрянская свита залегает с несогласием и имеет мощность 80— 200 м, а в Днепровско-Донецкой впадине, где она залегает согласно на краснооскольской свите, ее мощность возрастает до 300 м. На севере бассейна серебрянская свита лежит с несогласием на различных горизонтах карбона до свиты C25 включительно и имеет мощность 40—200 м, причем нижняя подсвита сложена в основном песчаниками, а верхняя — пестроцветными преимущественно красно-бурыми глинами. Слабо сцементированные, рыхлые песчаники обладают высокой водоносностью.
На северо-восточной окраине Донбасса триасовые отложения, аналогичные серебрянской свите, имеют до 200 м мощность и состоят из пестроцветной глинистой толщи, выше сменяющейся алевролитами и пестроцветными известковистыми глинами и завершающейся слоями кирпично-красных глин с косослоистыми песчаниками. В. М. Демин относит эту толщу к ветлужскому ярусу нижнего триаса. Нижнетриасовый возраст серебрянской свиты хорошо обоснован палеонтологически по остракодам, эстериям и харам. Эти же формы определяют и фациальную обстановку опресненного мельководья заливов и лагун. Не исключено, что верхние слои серебрянской свиты имеют среднегриасовый возраст.
Протопивская свита (Тз) залегает на серебрянской. Перерыв охватывал либо весь средний триас, либо начался с половины среднего триаса. Главное развитие протопивская овита имеет на северо-западной окраине Донбасса, на севере бассейна она отсутствует.
Протопивская свита резко отличается от серебрянской отсутствием карбонатности. Нижняя подсвита мощностью до 100 м начинается песчаниками, она сложена преимущественно пестроцветными глинами и переслоенными подчиненными песчаниками. В ней отсутствуют какиелибо органические остатки, в то время как в верхней подсвите мощностью до 40 м, сложенной преимущественно тонкослоистыми серыми Озерными глинами, присутствует органика в виде обугленных тканей наземной растительности и тонких линз угля. В верхних слоях протопивской свиты встречаются пласты бурого железняка и сидерита. Флора верхнепротопивской подсвиты имеет переходный триас-юрский характер. На южной окраине Донбасса в основании новорайской нижнеюрской свиты залегают слои с аналогичной переходной флорой, которые, возможно, относятся к верхнепротопивской свите (рэту).
Ю р с к и е о т л о ж е н и я распространены на северо-западной окраине Донецкого бассейна и в Днепровско-Донецкой впадине, где они представлены всеми тремя отделами. Песчаные породы юры слабо сцементированы и обладают хорошей водоносностью.
Нижнеюрские отложения (лейас) начинаются новорайской свитой мощностью 30—180 м, сложенной на западной окраине Донбасса серыми глинами с прослоями кварцевых песчаников и конгломератов. Свита
52
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
лежит с перерывом на протопивской свите верхнего триаса и покрывается глинистыми (монтмориллонитовыми и бейделлитовыми) отложениями тоарского яруса общей мощностью около 30 м, которые отлагались в условиях опресненного морского залива. Нижнетоарскому подъярусу отвечают лингуловые, а верхнетоарскому — эстериевые слои.
Среднеюрские отложения представлены тремя ярусами: ааленским, байосским и батским. Отложения ааленского яруса общей мощностью 25—50 м сложены в нижней части алевритистыми глинами с прослоями сидеритов и известняков, в средней — тонкослоистыми кварцево-глауконитовыми песчаниками и в верхней — железистыми кварцевыми песчаниками. Песчано-тлинистые темно-серые отложения нижнего байоса мощностью от 30 до 90 м начинаются базальными конгломератовидными железистыми оолитовыми известняками. Верхнебайосские отложения общей мощностью от 20 до 100 м сложены кварцево-глауконитовыми песчаниками, темно-серыми алевритами и песчаными глинами. В прибрежных фациях в изобилии встречаются окатанные обломки раковин, более глубокие осадки представлены темно-серыми слоистыми глинами.
Отложення батского яруса имеют мощность от 160 до 190 м. Они слагаются внизу слоистыми темно-серыми бейделлито-гидрослюдистыми глинами, перекрытыми глинами с прослоями алевролитов и песчаников. Верхнебатский подъярус (каменская авита, по Лунгерсгаузену) сложен песчано-глинистыми породами с отпечатками флоры. В основании каменской свиты залегают кварцево-андезитовые туфогенные песчаники с прослоями бурых железняков, глин и известняков.
Верхнеюрские отложения представлены преимущественно карбонатными породами. Начинаются они глинистыми озерными отложениями келловея с отпечатками флоры и с углистыми остатками, местами с линзообразными прослоями бурого угля. Сменяется эта толща мелководными песчанистыми известняками и известковистыми песчаниками среднего келловея. Заканчиваются келловейские отложения известковистыми мелкозернистыми песчаниками, гравелистыми кварцевыми песчаниками и песками с прослоями бурых железняков. Мощность отложений келловея не превышает 30 м.
Оксфордский ярус в основном сложен оолитовыми известняками. Разрез начинается базальными разнозернистыми известковистыми песчаниками с гравелитовыми прослоями. Оолитовые известняки местами переслаиваются тонкозернистыми и плотными кремнистыми известняками, в верхнем оксфорде получают развитие рифовые водорослево-коралловые известняки (нижние изюмские слои), которые перекрываются рыхлыми оолитовыми известняками и известковистыми глинами (верхние изюмские слои), последние, возможно, относятся уже к нижнему кимериджу. Заканчивается разрез верхней юры плотными оолитовыми глинистыми известняками с неринеями (верхние гастроподовые слои). Мощность морских отложений оксфорда (оксфорд-кимериджа) 70— 100 м. Гастроподовые слои перекрываются, иногда с размывом, континентальными и лагунными пестроцветными отложениями «донецкой свиты», нижние слои которой мощностью до 3 ж относятся к верхнему кимериджу, а верхние — к нижнему волжскому ярусу. Последние сложены бурыми и желтыми каолинизированными песчаниками с прослоями пестроцветных глин. Общая мощность «донецкой свиты» возрастает от 40 ж у Краматорска до 200 м у Шебелинки, где преобладают глинистые породы. Отложения нижнего волжского яруса в донецкой юре отсутствуют, что отражает широко проявившийся перерыв, охвативший не только Донбасс и Днепровско-Донецкую впадину, но и прилежащие к ним регионы Русской платформы.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
53
М е л о в ы е о т л о ж е н и я широко распространены ,на всех окраинах Донецкого бассейна и представлены преимущественно карбонатными породами верхнего мела.
Нижнемеловые отложения имеют очень ограниченное распространение главным образом на западе. Представлены они белыми каолиновыми рыхлыми песчаниками, серыми и черными углистыми глинами апт-альба. Мощность их изменяется от единиц до 20 ж в районе Славянска и Изюма и до 70 ж на западе. Маломощные углистые песчаники в долине р. Тузлова, подстилающие отложения сеномана, вероятно, также должны быть отнесены к нижнему мелу.
Верхнемеловые отложения представлены толщей (до 600 м) мергелей, мела, известняков, известняковых глин, карбонатных песчаных и алевритовых пород. Залегают они с большим несогласием на всех более древних осадках.
Отложения сеноманского яруса представлены преимущественно песчаными карбонатными породами, кварцево-глауконитовыми песчаниками и песками, песчаными мергелями и прослоями желваков фосфоритов. Мощность их измеряется первыми метрами. В верхней части Днепровско-Донецкой впадины мощность отложений сеномана возрастает до 30—-40 м. На юге Донбасса известны кварцево-глауконитовые пески с прослоями известковистых и лигнитовых глин мощностью 20— 30 м, на востоке— 12—20 м на Нижнем Дону и до 50 м у Цимлянского водохранилища.
Туронский ярус начинается трансгрессивно залегающими конгломератами и кварцево-глауконитовыми песчаниками. Выше лежит белый плотный мел с черными крупными кремнями округлой формы и обломками иноцерамов. Мощность отложений туроиа в Северном Донбассе достигает 20—40 м, а к западу от р. Красной увеличивается до 75 м. На южной окраине она увеличивается с запада на восток от 20 м (р. Грузской Еланчик) до 50 м (р. Тузлов), 70 м (р. Крепкая) и 200 м (Шахты — Новочеркасск). Такая же мощность турона (150—200 м) отмечена и в долине Дона.
Отложения коньякского яруса налегают с небольшим несогласием на туронские. В северных районах Донбасса в их основании встречен маломощный базальный слой из битых створок крупных иноцерамов, сцементированных песчано-известковым фосфоритовым цементом. Выше залегает белый мел, переходящий в мергелистые глины. Мощность коньякских отложений обычно составляет 10 м. В полосе у Северо-Донецкого надвига и на северо-восточных окраинах она достигает 50 м, а на северо-западных окраинах бассейна мощность коньякского яруса достигает 100 м. На южной окраине мощность коньякских отложений варьирует от нескольких до 100 м.
Отложения сантонского яруса на северных окраинах Донбасса очень отчетливо выделяются по литологическому составу и цвету. В основании яруса залегают кремнистые мергели мощностью до 15 м, перекрываемые толщей серых известковистых слюдистых глин и алевритов мощностью от 20 до 40 м. Наблюдается уменьшение мощности глинистой толщи сантона на куполах и увеличение ее во впадинах. Горизонт серых сантонских глин имеет очень большое стратиграфическое значение, как наиболее отчетливый маркирующий горизонт. На северо-западе наблюдается постепенный переход сантонских отложений в типичный мел, с увеличением мощности до 100 м. На южных окраинах сантонские отложения изменчивой мощности (20—60 м) представлены песчанистыми, иногда глауконитовыми мергелями и карбонатными песчаниками, иногда переслаивающимися с известковыми глинами. На северовостоке мощность отложений сантона, представленных известковыми
54
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
темно-серыми глинами, песчаниками и мергелями, изменяется от 10 до 40 м.
Отложения кампанского яруса составляют главную часть верхнемеловой толщи, достигая мощности 250 м. Сложены они различными мергелями, белым мелом и занимают основную площадь распространения верхнего мела на северных окраинах бассейна. На северо-западе бассейна и в восточной части Днепровско-Донецкой ©падины эти отложения имеют более чистый карбонатный состав и выражены мелоподобными мергелями мощностью до 200 м. На юге бассейна кампанские отложения общей мощностью до 220 м более разнородны (конгломераты с фосфоритами в основании, затем известковые песчаники, песчаные мергели и сильно глинистые мергели, покрытые кремнистыми и глауконитовыми мергелями, переходящими выше в глауконитовые пески). На северо-востоке преобладают белые мелоподобные мергели и белый мел, сменяемые к северу мелоподобными слюдистыми и окремнелыми мергелями.
Отложения маастрихтского яруса занимают небольшую площадь и развиты в основном на окраине бассейна. Ближе к Донбассу распространены песчаные глауконитовые толщи — песчаники, известковые пески, песчанистые мергели, более удаленную часть занимают карбонатные породы: кремнистые, мелоподобные мергели и реже мел. Мощность отложений Маастрихта не превышает обычно 30 м, но местами достигает 80—100 м
В большинстве районов маастрихтские отложения венчают верхнемеловую толщу. Но в последние годы на северо-западе Донбасса обнаружены отложения датского яруса (нижнее течение р. Красной). Возможно, к датскому ярусу должны быть отнесены трепеловидные и опоковидные породы мощностью до 50 м на юге бассейна и в бассейне рек Миуса и Крынки.
Кайнозойские отложения. П а л е о г е н . Отложения палеогена мощностью до 120 м наиболее широко распространены в Донецком бассейне не только на окраинах, но и внутри бассейна, на значительных площадях зодоразделов, где они залегают непосредственно на палеозое.
Отложения палеоцена известны только западнее р. Красной (карбонатные песчаники с прослоями опок и глин общей мощностью до 25 м) и на северо-востоке бассейна, в долинах рек Глубокой и Калитвы (карбонатные опоки, галечники с фосфоритами и слюдистые опоковидные породы). Мощность отложений палеоцена обычно незначительна — до 20—30 м, но местами достигает 40—60 м. В последнее время на юге бассейна к палеоцену относят кварцево-глауконитовые известковистые песчаники до 80 м мощности. Ограниченное распространение отложений палеоцена и низов эоцена объясняется континентальным режимом послеларамийской фазы и формированием глубокой коры выветривания.
Отложения эоцена распространены более широко. Каневская свита только в западных районах имеет более или менее устойчивое распространение. В ее песчаных и песчано-глинистых, часто глауконитовых отложениях в отличие от нижележащих отсутствует карбонатность. В юго-восточной части Днепровско-Донецкой впадины эта свита представлена достаточно полно (сумской и деснянский горизонты, по М. Н. Клюшникову), мощность ее до 30 м. На севере бассейна каневская свита прослежена только в наиболее прогнувшейся полосе к северу от Северодонецкого надвига в виде глинисто-песчаных отложений, не превышающих по мощности 10 м. В бассейнах Сала и Среднего Дона к каневским отложениям относят песчаные глины и глауконитовые мелкозернистые пески мощностью до 100 м.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
55
Бучакская свита распространена более широко. Она представлена кварцевыми песками, песчаниками, прослоями глин с углистыми остатками, иногда с линзами бурого угля в западных районах. В северных районах эта свита сложена песчаными отложениями — песками, песчаниками, местами сливными кварцитами, опоковидными породами, обычно мощностью до 20—40 м. На южной окраине к бучаку относят песчанокаолиновые глины мощностью до 40 м с прослоями песков и бурого угля.
Киевская трансгрессия была наиболее обширной. Поэтому широко распространенные отложения киевской свиты представлены карбонатными фациями. Нижняя половина свиты сложена обычно песками, в основании фосфор'итистыми, рыхлыми известковистыми песчаниками, песчаными мергелями. Верхняя — белыми мергелями или мергелистыми зеленоватыми глинами (спондиловые мергели и глины). Заканчивается разрез песчаными глинами и опоками. Это типичный разрез, характерный для северных, северо-западных и северо-восточных окраин Донбасса. Общая мощность его составляет 20—30 м, реже (на северо-востоке) — 35—40 м. Ближе к открытому Донбассу преобладают кварцевоглауконитовые пески и кремнистые породы, мощность которых до 10 ж. На юге бассейна развиты песчаные мергели, опоковидные песчано-глинистые породы мощностью 15—30 м.
Палеоген заканчивается харьковской свитой (олигоцен), сложенной глауконитовыми пеаками, рыхлыми белыми и светло-серыми глинистыми, часто опоковидными песчаниками. Общая мощность свиты колеблется от 10 до 20 м, повышаясь до 50—60 м на периферии ДнепровскоДонецкой впадины и в бассейне р. Сала.
Н е о г е н о в ы е отложения. На основной площади бассейна и особенно в северных районах отложения миоцена представлены нерасчлененной песчано-глинистой, преимущественно континентальной полтавской свитой, отвечающей по возрасту сарматскому и мэотическому ярусам. В основании полтавской свиты залегают пески с прослоями бурого угля и углистых глин с флорой в верхней части. Мощность ее от единиц до 15—20 м.
В южных районах отложения миоцена хорошо расчленяются на конкский горизонт, выраженный песчаными глинами и песками мощностью до 20 м; сарматский ярус, представленный белыми кварцевыми песками, глинами и известняками мощностью от единиц до 25 м; мэотический ярус, сложенный кварцевыми песками с известковыми песчаниками и прослоями ракушечника общей мощностью до 10 м.
Отложения понтического яруса (плиоцен) также распространены в южных районах, трансгрессивно перекрывая отложения миоцена. IIo северной границе распространения они залегают непосредственно на карбоне и докембрии. Здесь типичны ржавые, сильно пористые, ноздреватые ракушечники мощностью до 10 ж, переходящие в гравелистые, песчаные и глинистые отложения с отпечатками флоры.
В северных районах бассейна, где в плиоцене господствовал континентальный режим « русла рек располагались аналогично современным, сохранились высокие террасовидные площади, сложенные древними плиоценовыми аллювиальными и озерными песчано-глинистыми отложениями. Возраст этих отложений тем древнее, чем выше они залегают, что отражает постепенное врезание широких древних долин по мере подъема суши.
П. И. Луцкий выделяет 4 горизонта (сверху вниз): марфинский, старобельский, ахтырский и ольховакий, сопоставляя последний с танаисскими (хапровскими) слоями юго-восточных районов Донбасса (устье Сев. Донца, среднее течение Дона), относящихся к верхнему апшерону
56
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
(Г. И. Попов). Первые три горизонта сопоставляются со средним плиоценом и низами верхнего плиоцена (до апшерона).
Ч е т в е р т и ч н ы е (антропогенные) отложения представлены элювием, делювием и аллювием от нижнего до современного отдела (Q.— Q4) мощностью от первых метров до 40 м. Наиболее распространены лёссовидные суглинки, покрывающие в той или иной степени все водораздельные пространства и склоны. На водораздельных пространствах в большинстве районов они подстилаются красными, красно-бурыми и бурыми глинами (горизонт «скифских глин»). Эти глины имеют значение нижнего водоупора для водоносного горизонта IB лёссовидных суглинках.
Очень широко также распространены аллювиальные четвертичные отложения, представленные кварцевыми пылеватыми песками, песчаноглинистым переслаиванием, супесями и суглинками. Четвертичные (III, II, Ia и I) террасы Дона, Сев. Донца и их притоков достигают в общей сложности 30 км ширины и занимают огромные пространства. П. И. Луцкий относит аллювий третьих террас (Qi) к чаудинскому времени (предрисский, миндель-рисский), русловой аллювий вторых террас (QII) к днепровско-московскому межледниковому времени, а русловой аллювий первых надпойменных террас (Qrn) к московско-валдайскому (рисс-вюрмскому) межледниковому времени.
Современными аллювиальными, делювиальными, эоловыми и аллювиальными пойменными отложениями (Q4) заканчивается сложный геологический разрез Донбасса. Следует отметить, что переработанные ветром, отсортированные кварцевые пески террас Дона и Сев. Донца (особенно П-й террасы) в виде двигающихся песков (барханы, кучугуры) набросанные на террасы разных возрастов, представляют собой уже не образования древних террас, а современные эоловые отложения
ТЕКТОНИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ И ОСНОВНЫЕ СТРУКТУРЫ
ДОНЕЦКОГО БАССЕЙНА
Употребляемый термин «Донецкое складчатое сооружение» нуждается в определении. Складчатость в Донецком бассейне охватила центральную часть Доно-Днепровского палеозойского прогиба и не распространилась на его борта — склоны Воронежского и Украинского кристаллических массивов, где осадочные толщи залегают в виде пологих моноклиналей, наклоненных в сторону прогиба и осложненных разрывными нарушениями и редкими пологими прерывистыми складками (куполообразными поднятиями, пологими впадинами). Центральная глубинная полоса прогиба была наиболее подвижной. Она отделялась от кристаллических массивов крупными продольными разрывами; здесь накопились мощные толщи палеозоя
Тектоническая активность затухала и в западном направлении, по простиранию прогиба, в сторону Днепровско-Донецкой впадины, в глубинах которой, однако, сохранились зачаточные палеозойские складки в форме валов или пологих антиклиналей и промежуточных погружений, аналогичных основным тектоническим линиям Донбасса Выделяются срединный подъем, северный и южный валы и, наконец, прибортовые поднятия, отвечающие в какой-то мере северной и южной зонам мелкой складчатости Донбасса.
Все эти основные элементы складчатости в Днепровско-Донецкой впадине не имеют сплошного развития. Они осложнены солевой тектоникой и существенно отличаются от сплошной складчатости собственно Донецкого бассейна. Поэтому они не входят в Донецкое складчатое сооружение, которое занимает область развития оплошной складчато-
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
57
сти, занимающую в основном площадь обнаженного Донбасса, его южную и северную закрытые окраины до внутренних краев платформенных склонов, а также его восточное продолжение вдоль нижнего течения Дона в Сальских степях.
В этих границах донецкая складчатость имеет сплошное линейное развитие, подчиненное основному простиранию палеозойского ДоноДнепровского прогиба, ограниченного краевыми разломами и бортами кристаллических массивов, между которыми был зажат складчатый Донбасс.
Вследствие умеренного сжатия преобладают довольно простые формы складок, с относительно пологими и широкими синклиналями, с плавными периклинальными окончаниями. Отсутствуют (за редким исключением на северной окраине) обратные падения и изоклинальные формы складок, свойственные интенсивно дислоцированным пережатым складчатым поясам
В последнее время высказывались ошибочные мнения о прерывистости донецкой складчатости. Пликативные формы Донбасса в границах Донецкого складчатого сооружения должны рассматриваться как оплошная линейная складчатость. Наиболее крупные складки (Главная антиклиналь, Главная и Южная синклинали) имеют сплошное линейное простирание на 500—600 км; менее крупные складки северной и восточной частей Донбасса (Колпаковско-Замчаловская, Николаевская, Hcaевская антиклинали, Белокалитвенская, Жирновская, Фоминская, Цимлянская синклинали) простираются на 100—250 км. Мелкие складки в северной и южной зонах, хотя и ограничены простиранием в 20—80 км, но сохраняют основное линейное расположение и не имеют формы отдельных структур среди нескладчатого окружения.
Северная граница Донецкого складчатого сооружения проходит по Северодонецкому надвигу вдоль южного края платформенного склона. На юго-западе границу правильнее всего проводить по Криворожоко-Павловскому сбросу в Красноармейском районе, что подтверждается целым рядом геологических явлений, определяющих субгеосинклинальные условия к востоку от сброса и субплатформенные к западу от него
Западную и северо-западную границы можно условно провести, если продолжить в северном направлении линию Криворожско-Павловского сброса через Мечебиловский купол до Волвенковского купола и затем на восток, через широтный ряд куполов до Кременского купола. Донецкое складчатое сооружение по структурному плану палеозойского этажа, как это уже отмечалось, является синклинорием как по его общей форме, так и по преобладанию в плане площадей, занятых широкими синклиналями; неширокие антиклинали имеют подчиненное развитие. Это положение подтверждается существованием складчатых площадей, выявленных под меловыми отложениями на северной окраине, где преобладающую роль играют синклинали, а антиклинальные части складок не только более узкие, чем синклинальные, но и, как правило, уничтожены надвигами. Поэтому мы считаем правильным рассматривать структуры Донбасса как синклинальные. Это тем более уместно для угленосного бассейна и для его гидрогеологической характеристики.
Площадь складчатого Донбасса может быть разделена на четыре тектонические зоны (рис. 7): 1) Центральную осевую (срединную) зону, занятую основными крупными линейными складками; 2) Северную зону мелкой складчатости и надвигов; 3) Южную зону мелкой складчатости и сбросов; 4) Западную зону замыкания складчатого Донбасса, выраженную двумя сложными комплексными структурами — Бахмутской и Кальмиус-Торецкой котловинами, занимающими переходное положение
58
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
между складчатым Донбассом и Днепровско-Донецкой впадиной. Внутри этих крупных тектонических зон могут быть выделены подзоны по совокупности специфических тектонических признаков.
Ц е н т р а л ь н а я ( с р е д и н н а я ) з о н а Донбасса образована двумя крупными субширотными синклиналями — Главной и Южной, простирающимися вдоль всего бассейна и симметрично разделенными Главной антиклиналью. Поперечное Ровеньковское поднятие шарниров разделяет синклинали на восточные и западные части: Должанско-Садкинскую и Шахтинско-Неоветаевскую синклинали на востоке, БоковоХрустальскую и Чистяково-Снежнянскую — на западе.
К югу от Чистяково-Снежнянской синклинали расположены Зуевская антиклиналь и ее восточное продолжение —Куйбышевско-Несвета-
Центрольный грабен
Днепровско
^
Донецкой \
АСкЛ4 ^^°!Р<^ле„всквипйадри.н, ы \\
о изюм
'Старобельск
,Миллерово
юмосковсн pcnOg
^Ьахщтсн^Ъ^
** *
•
\нотлов1/на)
ч. Кальшмиуусс\'- \
р
в
^А^тштЮк/Г**»/», Р »-¾±¾.й."ЯДBjИi'И'
"""иноль)
( Тарец,!т„н7яа„\ягЛ^ор—лов1«Ч^ ^ iSs?^ Tt -e^..сSуаогfууf.^- —Tн — ;
\\ \ котловина
.
^zv4,, „
"ои^Г^*— шаохгы c v ^
4¾
«Морозове*
Рис 7 Схема тектонического районирования Донецкого бассейна
евская (1-я Южная) антиклиналь, ограничивающие с юга срединную крупноскладчатую зону Донецкого бассейна. Граница зоны проходит по оси этих антиклинальных складок, а их южные сложные крылья входят в южную мелкоскладчатую зону.
Крупные линейные структуры прослеживаются далеко на восток, в Сальские степи, и, вероятно, далее. Ось Северной антиклинали служит северной границей основных складок Донбасса, а ее северное крыло попадает в зону мелкой складчатости. Аналогично южная граница основных крупных складок проходит по оси Зуевской и КуйбышевскоНесветаевской антиклиналей.
С е в е р н а я з о н а м е л к о й с к л а д ч а т о с т и — очень сложное сооружение. Эта зона еще в заальскую и пфальцскую стадии формирования отличалась от срединной полосы Донбасса наличием мелких форм. В ларамийскую фазу в основном завершилось ее формирование в виде структуры с преобладанием мелких брахискладок, с многочисленными разрывами, переживавшими оживление и вовлекавшимися в новую складчатость Очень интенсивно протекало формирование побочно-наследованных брахиантиклиналей на размытых крыльях древних складок карбона, в то время как брахисинклинали прямо наследовали более древние синклинали карбона палеозойского структурного этажа.
Подзоны средних и собственно мелких складок разделяются Чернухинско-Волнухинской антиклиналью. По оси этой антиклинали выходят отложения свиты C21 в форме двух куполов—• Буденновского и Волнухинского. Восточное продолжение Чернухинско-Волнухинской антиклинали проходит по Первозванской, Краснодонецкой, Изваринской, ЮжноКаменской, Богураевской и Ольховской антиклиналям, между Белокалитвенской и Жирновской синклиналями.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
59
Чернухинско-Волнухинская антиклиналь к западу разделяется на две ветви — северную, известную в Алмазном районе как Алчевско-Анненская, и южную, собственно Чернухинокую антиклиналь, разделяющую Ольховскую и Селезневскую котловины и являющуюся юго-восточной границей Бахмутской котловины. К Чернухинской антиклинали под острым углом подходит Колпаковско-Замчаловская антиклиналь, которая далее на запад не прослеживается. Артемовско-Славянский антиклинальный подъем внутри Бахмутской котловины должен рассматриваться как самостоятельное образование, а не продолжение Колпаковско-Замчалов'ской антиклинали.
В закрытой верхнемеловыми отложениями полосе, непосредственно граничащей с северным платформенным склоном (северной Старобельско-Миллеровской моноклиналью), намечается некоторое укрупнение и упрощение складок.
Строение северной зоны мелкой складчатости на востоке (Цимлянское водохранилище, г. Котельниково) остается тем же: большинство складок, выявленных при бурении, продолжается на восток, распадаясь вследствие ундуляции осей на отдельные структуры. Складки здесь более крупные, что объясняется значительной мощностью отложений карбона и расширением палеозойского прогиба к востоку. Подъемы осей складок объединяются не только в виде субмеридиональных поперечных полос, а подчиняются в большей степени диагональным направлениям.
С полосой мелкой складчатости северной окраины Донбасса связано развитие Северодонецкой системы региональных надвигов, вытянутых параллельно основному простиранию Донецкого складчатого сооружения от Красного Оскола до Котельниково на 600 км и, вероятно, далее на восток. Надвиги падают на юг под крутыми углами (40—60°). Отчетливо прослеживаются четыре основных надвига — Криворожский (Ильичевский), Алмазный, Марьевский и Северодонецкий. Стратиграфические амплитуды отдельных надвигов колеблются от 1000 до 2000 м, а при слиянии Марьевского, Алмазного и северных ветвей Криворожского надвига у Каменска в единый Каменский (Алмазно-Марьевский) надвиг амплитуда его достигает 4000 м. Этот надвиг А. Я. Дубинский называл Главным надвигом Донбасса, считая его краевым глубинным разломом и объединяя с Северодонецким надвигом. Однако большинство геологов Северодонецким надвигом на всем протяжении северной окраины Донбасса называют наиболее северную ветвь, ограничивающую складчатый Донбасс от платформенного склона. Эта ветвь проходит в 20 км к северу от г. Каменска и носит здесь местное название—Глубокинский надвиг.
Надвиги были заложены в основном еще в заальскую или в пфальцскую фазы, а омоложены в киммерийскую и ларамийскую фазу. Повидимому, система Северодонецких надвигов инверсионно наследовала еще более древние девонские прибортовые глубинные разломы.
Применение к крутым северодонецким разрывам термина «надвиг», а не «взброс» объясняется не только их выполаживанием на глубине, а главным образом их генетической сущностью — надвиганием складчатого Донбасса на платформенный склон Воронежского кристаллического массива.
Между Марьевским и Северодонецким надвигами располагается своеобразная подзона краевых брахискладок — брахиантиклиналей, чередующихся с брахисинклиналями. Эта подзона относится к области сплошной складчатости. К северу от Северодонецкого надвига по южному краю платформенного склона располагаются прерывистые складки в виде цепочки куполов, разделенных нескладчатыми интервалами. Наиболее четко проявлены купола: Краснопоповский, Варваровский,
60
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Боровский, Славяносербский, Вергунский, Николаевский, Кружиловский. Купольные складки ограничивают подзону краевых брахискладок с севера и Старобельско-Миллеровскую моноклиналь с юга, являясь промежуточной зоной между складчатым Донбассом и склоном платформы.
Северо-западные складки северной зоны мелкой складчатости объединяются в широкую Бахмутскую котловину. Точной границы между западным виргациониым пучком Северодонецкой мелкоскладчатой зоны и Бахмутской котловиной практически не существует. Алмазно-Марьевский синклинорий, являющийся северо-восточной частью Бахмутской котловины, входит одновременно и в состав мелкоскладчатой зоны (ее западной виргации).
Ю ж н а я з о н а м е л к о й с к л а д ч а т о с т и и разрывов ограничена с севера осями Зуевской и Куйбышевско-Несветаевской антиклиналей и включает их южные крылья. На западе эта зона условно ограничена по западной периклинали Амвросиевскош купола и диагональному разрыву, на юге — погребенным продолжением Приазовского кристаллического массива. Продолжение южной зоны мелких тектонических форм прослеживается далеко на запад — в восточном крыле КальмиусТорецкой котловины (Рясн'янская мульда и сопутствующие ей мелкие складки).
В южной зоне преобладают брахиформы. Разрывные нарушения представлены самыми разнообразными типами, в том числе сбросами растяжения с зияющими трещинами, заполненными тектонической брекчией и дайками основных изверженных пород, что нетипично для остальных районов Донбасса. Однако и здесь преимущественно развиты формы сжатия — надвиги.
Южная граница Донецкого бассейна, хорошо определяемая по контакту с обнаженным Приазовским кристаллическим массивом, на востоке прослежена нечетко. Южная граница Донбасса вдоль погребенного восточного продолжения Приазовского кристаллического массива, вероятно, связана с крупным продольным разломом. К северу от этого разлома поперечные и диагональные разломы проникают в складки карбона, создавая их блоковую структуру. Между современной южной границей Донбасса по обнажениям карбона и северным краем погребенного Приазовского кристаллического массива возможно выявление новых складок карбона под палеогеновыми и верхнемеловыми отложениями.
Западная зона замыкания с к л а д ч а т о г о Д о н б а с с а включает Бахмутскую и Кальмиус-Торецкую котловины.
Бахмутская котловина — сложная обширная структура с северовосточным мелкооплоенным крылом, в форме Алмазно-Марьевского синклинория, и южным, почти прямолинейным крылом, отвечающим северным крыльям Главной и Друж'ковско-Константиновской антиклиналей. На северо-западе Бахмутская котловина условно ограничена двумя сходящимися под острым углом рядами купольных структур: одним — на продолжении Дружковско-Константиновской антиклинали — Корульским, Камышевахским, Петровским и Волненковским куполами и вторым — северным рядом куполов — Кременским, Терновским, Kapповским, Краснооскольским, Красношахтерским и Волненковским, расположенным в полосе, ограниченной продолжениями Марьевского и Северодонецкого надвигов. Купольные структуры Бахмутской котловины в отличие от куполов Днепровско-Донецкой впадины имеют выходы на поверхность палеозойских ядер. Все эти складки и разрывы являются внутренними структурами Бахмутской котловины и входят в общий синклинорий, чем и определяется их объединение на базе единой Бахмут-
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
61
ской котловины. Большинство структур внутри Бахмутской котловины подчиняется в основном тектоническим линиям главного донецкого ЗСЗ направления.
Синклинальные понижения между рядами куполов имеют более отчетливые линейные формы, особенно хорошо фиксированные наследованной молодой тектоникой — киммерийской и ларамийской. Можно сказать, что наследованные синклинальные формы, выраженные мезозоем внутри Бахмутской котловины, к а к бы вскрывают линейную сущность подстилающих их палеозойских синклинальных складок.
Купольные структуры продолжали рост в последующие тектонические фазы, но некоторые из них были заложены в результате молодых движений. Наряду с наследованными образовались и наложенные молодые формы, мезо-кайнозойский структурный план которых не совпадает с палеозойским. Эти формы обычно располагаются диагонально к основному донецкому простиранию (ЗСЗ), а ориентированы в BCB направлении.
Тектонический план Бахмутской котловины усложнен солевой тектоникой, главным образом диапирами девонской соли. Ядра некоторых куполов, например Славянского, осложнены экзотектоникой в результате выщелачивания пластов пермской соли.
Кальмиус-Торецкая котловина завершает на западе складчатый Донбасс. Северное крутое «рыло котловины имеет общую границу с Бахмутской котловиной по оси Главной и Дружковско-<Константиновской антиклиналей, а также ряду кулисообразно сочлененных куполов, вытянутых в северо-западном направлении. Восточная граница КальмиусТорецкой котловины следует за фестонами дополнительных складок второго и третьего порядков.
Восточное крыло котловины осложнено крупными флексурами и разрывными нарушениями, из которых особого внимания заслуживают разрывы диагонального BCB и CB направлений.
Южное крыло котловины построено значительно проще. Преобладает пологое падение (12—20°), которое становится еще положе к северу, к оси котловины. Его осложняют разрывные нарушения разных направлений. Дугообразно сочлененные продольно простиранию пород, Красноармейский и Центральный надвиги, представляющие собой вместе с Калининским единый надвиг, разграничивают внутреннюю и внешнюю зоны котловины.
Для внутренней зоны характерно развитие согласно падающих внутрь котловины надвигов (взбросов), из которых внутренний также дугообразно сочленяется с Селидовским надвигом Красноармейского района.
Внешней зоне свойственны поперечные и диагональные разрывы преимущественно типа сбросав, создающие блоковую структуру периферии южного крыла котловины, подстилаемого докембрийским кристаллическим основанием. Движения по отдельным блокам происходили еще в конце девона, в раннегерцинские фазы тектогенеза, что доказывается различной полнотой разреза верхнего девона в соседних блоках.
Более проста пликативная форма западного Красноармейского крыла котловины, также осложненного целой серией почти параллельных разрьпвов, выраженных преимущественно надвигами во внутренней полосе и сбросами во внешней полосе. Самый крупный КриворожскоПавловский сброс рассматривается как западное ограничение КальмиусТорецкой котловины. Замыкание Кальмиус-Торецкой котловины определяется подъемом ее оси в СЗ направлении, однако четкой границы здесь не существует. Несколько условно она проводится через Мечебиловский купол.
62
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Среди крупных пликативных элементов внутри Кальмиус-Торецкой котловины особое место занимает субмеридиональная наследованная, сформировавшаяся преимущественно _в ларамийскую фазу Волчанская мульда. Эта мульда имеет ответвления, расходящиеся веером к югу.
Прилегающие к Донецкому складчатому сооружению склоны Украинского и Воронежского кристаллических !массивов представляют собой типичные платформенные структуры.
Платформенный склон Украинского кристаллического массива хорошо прослежен по отложениям нижнего карбона к западу от Криворожско-Паеловского сброса до Царичанки. В целом это очень пологая Новомосковско-Петропавловская моноклиналь карбона с падением в сторону Днепровско-Донецкой впадины под углом 2—5°. Моноклиналь разбита большим количеством поперечных и диагональных сбросов (около 100). Наиболее подвержена разломам полоса, непосредственно примыкающая к г. Павлограду. Эта полоса может рассматриваться как крупная разрывная структура, имеющая форму большого и сложного ступенчатого грабена. Следует полагать, что сбросы ограничены платформенным склоном и не продолжаются внутрь Днепровско-Донецкой впадины. Затухают ли они к северу или упираются в проходящий здесь по краю платформенного склона субширотный Михайловско-Юрьевский разрыв (Н. М. Тимофеева), пока неясно.
Южный платформенный склон карбона Воронежского кристаллического массива — Старобельско-Миллеровская моноклиналь — построен значительно проще. Углы падения пластов карбона здесь очень пологи — 1—5, в среднем 2°. Разрывные нарушения не имеют широкого распространения, а купольные структуры выражены слабо. Отдельными скважинами обнаружены локальные возрастания углов падения пластов карбона к югу от Старобельска, между реками Айдаром и Боровой и в среднем течении р. Ковсуга у с. Михайловки.
Нескладчатые, очень пологие склоны платформ, закрытые сплошным чехлом горизонтально залегающих отложений мезо-кайнозоя, представляют собой районы, резко отличающиеся от складчатого Донбасса по гидрогеологическим условиям.
ТЕРМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ
Донецкий бассейн в геотермическом отношении изучен наиболее полно. Первые измерения температуры на глубоких горизонтах Донбасса произвел в 1907 г. академик А. А. Скочинский в Ново-Смоляниновской шахте (ныне шахта № И) в районе Донецка. Особенно интенсивно проводились наблюдения в послевоенные годы. Систематические геотермические наблюдения выполнены в основном на площади промышленной части Донбасса. В работах Я. Н. Кашпура, В. А. Банковского, В. Я. Орды и др. обобщен значительный фактический материал, позволивший охарактеризовать геотермические условия Донбасса и его отдельных районов, а также установить общие закономерности изменения температуры горных пород с глубиной и по площади и определить влияние на геотермический режим основных природных факторов.
Особое значение геотермические условия приобретают в связи с прогнозированием теплового режима и процессов формирования шахтных вод на глубоких горизонтах.
В последние годы материалы геотермических исследований в Донбассе используются для решения широкого круга гидрогеологических задач: установления мест притока воды в скважины, прослеживания водоносных горизонтов и определения их мощности, а также определения положения депрессионной поверхности над горными выработками.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ
СТРОЕНИЕ
63
На основании изменения температуры в вертикальном направлении делаются попытки определения изменения степени трещиноватости пород и скорости водообмена.
В промышленной части Донбасса максимальная глубина, на которой проводились геотермические наблюдения, составляет 1663 м (табл. 7).
Таблица 7
Максимальные глубины измерения температуры в буровых скважинах Донбасса
Район
Глубина, Темпера-
M
тура, 0C
Западный Донбасс, Криштоповская по-
исковая площадь, скв. 6158
1320
55,6
Юго-западная часть Донбасса, участок
Чернышевский Глубокий, скв. 8156
1663
61,2
Средняя часть Донбасса, участок Ли-
сичанский Глубокий, скв. 1289 . . .
1430
49,8
Восточный Донбасс, участок Быстрян-
ский, скв. 1944
1260
45,8
Температура горных пород до глубины 1000 м возрастает минимально на 15,2° С (Ворошиловградский район) и максимально на 42,9° С (Павлоградский район).
О распределении температур горных пород на глубине дает представление схематический геотермический профиль (рис. 8). В Донецком бассейне выделяются две зоны: верхняя— пониженного геотермического режима мощностью 500—550 м и нижняя — нормального геотермического режима. В верхней зоне геотермический градиент в юго-западной части бассейна изменяется в пределах 1—2,8° С/100 м, а в центральной части — 1—2,28° С/100 м.
Судя по геотермограммам, наибольшие колебания температур регистрируются до глубины 150—300 м, где тепловое состояние пород обусловливается рельефом, температурными условиями земной поверхности и гидродинамическими особенностями территории. Температура горных пород на глубине 100 м изменяется в пределах 12,3—30,7° С.
В нижней зоне с глубиной температура возрастает более интенсивно^ В юго-западной части бассейна геотермический градиент на исследованных глубинах колеблется от 1,6 до 4,1° С/100 м. В средней части в интервале глубин 500—1000 м на открытых площадях он составляет 2,78° С/100 м, а на закрытых — 2,10° С/100 м. На более глубоких горизонтах наблюдается некоторое увеличение геотермического градиента соответственно до 3,4 и 2,6° С/100 м. По площади устанавливается общая закономерность: геотермический градиент понижается с запада на восток, а также по направлению к склонам Воронежского и Украинского кристаллических массивов. На фоне этой общей закономерности выявлено повышение геотермического градиента в сводах антиклинальных структур, отмечаются положительные температурные аномалии на наиболее угленосных площадях. Уменьшение геотермического градиента зафиксировано в синклиналях и на участках сильно метаморфизованных пород. Более высокие геотермические градиенты в пределах бассейна наблюдаются на территории Павлоградско-Петропавловского района. В области этой тепловой аномалии на глубине 1000 м температура горных пород превышает 50° С (табл. 8).
64
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Для юго-западной части бассейна наиболее высокий геотермический градиент отмечен в западной части Центрального района,в центральной части Донецко-Макеевского района и в осевых частях поперечных флексур (Кашпур, 1954).
Район с повышенными геотермическими градиентами прослеживается в виде оплошной полосы вдоль юго-западного крыла КалвмиусТорецкой котловины в направлении Павлоград — Богдановка — Петропавловка — Марьинка — Донецк.
Подобные повышения градиентов наблюдаются на относительно небольших площадях в Лисичанском, Кадиевском и Зверевском угле-
И. Щ2 Е ^ З з
ИЗ
Рис 8. Схематический геотермический разрез Донецкого бассейна (По В. И Свержевской и Е. А. Белецкой, 1963)
/ — меловые отложения, 2 — триасовые отложения, 3—4— каменноугольные отложения 3— свитные известняки, 4 — известняково доломитовая тэлща турне и нижнего визе (свита Ci1), 5 — девонски"
отложения, 6 — докембрийские породы, 7 — тектонические нарушения, 8—изотермы
промышленных 'районах бассейна. Для большей части территории Среднего и Восточного Донбасса характерны низкие геотермические градиенты.
В последнее время получены данные о температурном режиме отдельных площадей северо-западной и северной окраин Донбасса. В скв. 200, пройденной на Шебелинском газовом месторождении до глубины 4400 м, температура достигает +143° С. При удалении от Воронежского кристаллического массива на отдельных площадях наблюдается ряд положительных температурных аномалий, образование которых многие исследователи связывают с переносом тепла подземными водами, разгружающимися по тектоническим нарушениям. Д л я отдельных структур отмечено закономерное нарастание температуры к сводовым частям, что также связывают с особенностями их гидродинамики.
Общее понижение геотермических градиентов с запада на восток в Донбассе увязывается с изменением гидродинамических особенностей территории. Так, в западной закрытой части бассейна глубина водообмена с поверхностью, а следовательно, и глубина интенсивной циркуляции подземных вод не превышает 200—300 м, в то время как в открытой части Донбасса, если исходить из степени трещиноватости горных пород и химического состава вод, глубина водообмена достигает 1000 м.
Понижение геотермического градиента в северной части бассейна можно объяснить охлаждающим действием потоков подземных вод, направляющихся со стороны Воронежского кристаллического массива к области разгрузки в зоне Северодонецкого надвига и южной кромки мезо-кайиозойского покрова.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
65
Таблица 8
Изменения величин температуры и геотермических градиентов в пределах Донбасса (по данным Я. Н. Кашпура, В. Я- Орды н др.)
Районы
Температура горных пород 0C иа глубине, M
250
500
1000
1500*
от до OT I до от до от до
Геотермический градиент, °С/100 м
от до среднее
Новомосковский Павлоградский
Западный Донбасс 12,9 15,6 17,6 21,4 27,0 34 36 47,0 1,8 2,7 8,2 21,8 16,8 30,0 34,1 53 46 67,5 2,1 3,8
Юго-западиая часть Донбасса
Центральный
13,0 20,1 17,4 28,2 26,2 47 34 64,8 1,56 3,81 2,63
Чистяково-Снежнянский . . . 12,4 17,9 17,5 26,0 27,6 42 36,8 57,6 1,77 3,19 2,34
Донецко-Макеевский . . . . 13,2 20,2 17,6 28,1 27,0 45 35 63,0 1,6 3,69 2,78
Красноармейский
14,0 19,9 20,7 29,3 32,0 44 41,8 68,2 2,07 3,2 2,61
Южно-Донбасский
13,5 20,6 19,2 29,6 28,5 50,8 37,8 72,4 1,82 4,32 2,78
Лисичанский Алмазно-Марьевский Ворошиловградский Краснодонский Боково-Хрустальский Должано-Ровенецкий
Средняя часть Донбасса • 13,4 19,5 19,0 25,1 28,5 38,5 38,0 54,0 1,3 3,6 2,4 10,0 20,3 14,1 27,2 24,1 42,5 32,2 57,4 1,4 4,0 2,3 11,6 18,1 15,8 24,0 22,3 36,0 28,8 49,1 1,0 3,2 1,8 12,0 18,7 16,1 23,8 25,8 36,3 33,9 50,2 0,9 3,6 1,8
. . . . 10,5 19,9 15,6 25,6 25,3 37,6 32,5 49,6 1,1 3,8 2,1 9,0 18,1 14,4 21,6 25,3 33,2 32,0 46,0 1,2 3,3 2,0
Восточный Донбасс
Миллеровский
• 13,7 116,8 19,1|24,2 29,91 34,3 40,7 I 48,32,16 2,7 2,43
КаменскоТундоровский . . .
14,1
19,8
31,3
42,8 1,81 3,18 2,4
Гуково-Зверевский
12,9 |18,2 18,2 I 23,826,7 I 39,335,2 I 55,1 1,7 3,17 2,5
Белокалитвенский
15
21,1
33,9
45,8 1,88 3,07 2,47
Шахтинско-Несветаевский . . 14,3 I 17,8 20 I 24,731,2 I 39,142,4 I 54,8 2,23 3,17 2,54
Тацииский
15,2
20,9
32,8
45,3 2,12 2,91 2,43
Задонский
15,8 I 18,1 22,3 I 24 34,1 I 38,845,6 I 52,72,3 2,87 2,6
* По экстраполяции.
66
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
ГЕОМОРФОЛОГИЯ
Основные черты строения и характер геоморфологического расчленения Донбасса предопределены неоген-четвертичным этапом его развития. Область Донецкого складчатого сооружения в это время испытывала преимущественно положительные активные тектонические движения. На фоне общего поднятия тектонические движения проявляются дифференцированно, в основном унаследованно и, что особенно важно, ритмично. Максимум суммарного поднятия (до 250—300 м) приходится на срединную полосу складчатого Донбасса. Главный его результат — образование возвышенности (кряжа) с абсолютными отметками до 300—350 м и глубиной расчленения до 150—200 м. В окраинных районах, а также на участках, структурно соответствующих краевым синклинальным прогибам, поднятия затухают (в среднем 150 м, а на юге Приазовской низменности — менее 100 м).
По данным точных нивелировок, поднятие Донецкого кряжа (относительно Ростова) продолжается и в настоящее время, но скорость его не везде одинакова: западная часть открытого складчатого Донбасса поднимается быстрее, чем восточная.
Рельефообразующим фактором являются следующие климатические особенности Донбасса: значительные амплитуды суточного хода температур; ливневый характер летних осадков; частые зимние оттепели и связанные с ними неустойчивость снежного покрова и зимний поверхностный сток; бурное снеготаяние при дружной весне; дефицит влаги. Все это обусловливает интенсивность процессов выветривания и эрозии.
По морфогенетическому принципу поверхность Донбасса расчленяется на денудационные, аккумулятивно-денудационные и аккумулятивные равнины (рис. 9). В каждой из этих групп по ряду признаков (единство генезиса, однородность морфологических черт и приуроченность к определенной структурно-литологической основе) выделяются морфологические типы и подтипы рельефа. Территориально типы рельефа соответствуют крупным геоморфологическим районам или геоморфологическим областям: Донецкому кряжу, Приазовской возвышенности (северо-восточная часть), Полтавской равнине (южная часть), южным отрогам Средне-Русской возвышенности (Придонецкое плато), ДонецкоЧирской равнине, Нижне-Донской низменности и Приазовской низменности (восточная часть).
Рельеф денудационных равнин развит в пределах открытого складчатого Донбасса и Приазовского кристаллического массива. По морфологическим признакам среди них выделяются: 1) волнистая, местами глубоковолнистая равнина с долинно-балочным расчленением (на кристаллическом основании Приазовской возвышенности); 2) пологоволнистая равнина со слабым долинно-балочным расчленением, 3) волнистая, местами увалистая равнина с гривистым придолинным расчленением; 4) грядово-гривистая и грядово-куэстовая равнина с резко выраженными структурными элементами и интенсивным балочно-овражным расчленением (на палеозойском складчатом основании).
Волнистая, местами глубоковолнистая равнина на кристаллическом основании занимает северо-восточную часть Приазовской возвышенности. Абсолютные отметки ее поверхности не превышают 300 м Густота эрозионного расчленения составляет 0,3 км/км2, а глубина достигает 150 м. Средние углы наклона поверхности равнины 2°—2° 30'. Плоскости планации этой равнины хорошо вписываются в план долинно-балочного расчленения, что придает рельефу этой равнины черты мягкой волнистости. Последнее обусловлено образованием преимущественно выпукловогнутых профилей склонов при денудации поверхности кристалличе-
68
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
ских пород (базальтов, порфиритов, гранитов). Не менее важную нивелирующую роль выполняет также покров лёссов и лёссовидных суглинков (мощность 15—20 м), изредка на небольших площадях сменяющихся маломощными неогеновыми рыхлыми породами. Исключение составляют лишь отельные придолинные участки равнины и склоны долин, где отпрепарированные кристаллические породы выступают в рельефе в виде каменных нагромождений (каменных могил) или останцев.
Для Донец/кого кряжа характерен рельеф денудационных равнин на палеозойской складчатой основе. Наиболее высоким участком Донецкого кряжа является Главный водораздел, который простирается в субширотном направлении по линии Дебальцево — Петровеньки — Ровеньки — Должанакая. Поверхность водораздела возвышается до 300-и над уровнем моря (могила Мечетная — 367 м, курган Мечетный — 359 м). Главный водораздел разъединяет реки Донецкого кряжа на бассейны Сев. Донца и Азовского моря. В западной части возвышенности расположены верховья рек бассейна Днепра, в восточной части — бассейна Дона. Густота эрозионного расчленения значительная, но неравномерная и в среднем составляет 0,3—0,4 км/км2 Глубина расчленения кряжа колеблется от 200 до 100 м.
Пологоволнистая равнина со слабым придолинным расчленением приурочена к полосе главного водораздела Донецкого кряжа. На значительном протяжении она совпадает с полосой Главной синклинали, а в северо-западной части кряжа смещена на южное крыло первой Северной антиклинали. Поверхность равнины слабо расчленена, имеет мягкие очертания.
Волнистая, местами увалистая, с гривистым придолинным расчленением равнина развита в полосах периклиналей Кальмиус-Торецкой и Бахмутской котловин, а также Чистяковской синклинали. Абсолютные отметки равнины не превышают 300 м, чаще они равны 250— 270 м, на востоке — меньше 200 м (междуречье Калитва— Быстрая). Глубина расчленения неравномерная. Междуречья расчленены слабо. На срезанном каменноугольном складчатом основании этих равнин развиты лёссовидные суглинки. Гривистое расчленение отмечается на узких полосах равнин (склонах) или непосредственно на их коренных склонах.
Грядово-гривистые и грядово-куэстовые равнины с резко выраженными структурными элементами и интенсивным балочно-овражным расчленением по своему облику могут быть названы денудационно-тектоническими. Они приурочены к Главной антиклинали (на участке Горловка— Дьяково), Дружковско-Константиновской антиклинали, второй Южной антиклинали (Амвросиевский купол), участку северных антиклиналей (в бассейне р. Белой), к первой и второй северным антиклиналям в бассейне р. Бол. Каменки (рис. 10) и другим местам. Абсолютные отметки их поверхности колеблются от 300 до 150 м, глубина расчленения составляет 180—120 м. Примечательной чертой этого типа рельефа является сложное сочетание эрозионного и структурного расчленения, в значительной мере отражающего структурно-литологическ^ю дифференциацию складчатой герцинакой основы, характер рассланцевания горных пород и углы наклонов пластов. В структурном и структурно-денудационном рельефе равнины основное место занимают скульптурные формы гряды, куэсты, купола-останцы, гривы или просто пластовые поверхности и разделяющие их ложбины и лаги. Четвертичный покров островной, маломощный, отмечается, как правило, на участках, не подвергающихся интенсивной денудации в настоящее время
Рельеф аккумулятивно-денудационных равнин с интенсивным эрозионным расчленением приурочен к двум возвышенным районам с абсо-
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
69
лютными высотами до 250 м и глубиной расчленения до 150 м. Первый из них представляет собой северо-западную оконечность открытого Донбасса, где развиты волнистые купольно-оетанцевые равнины с долинным и балочно-овражным расчленением (средние углы наклона 2°—2° 30'). В их рельефе заметно непосредственное участие срезанных структур мелкой складчатости, сложенных породами от каменноугольных до меловых. Рыхлые палеогеновые и неоген-четвертичные осадки заметно смягчают резкость эрозионного расчленения равнин. Местами развиты лёссы и лёссовидные суглинки. Мощность их в среднем равна 10—20 м.
Рис. 10. Гривистый рельеф в бассейне р. Бол Каменки. (Фото И. M Рослого)
Второй район — обширная полоса в пределах отрогов Средне-Русской возвышенности и севера Дояецко-Чирской равнины. Здесь развиты волнистые останцево-холмистые, местами переходящие в грядово-холмистые эрозионного расчленения равнины, рельеф которых выработан на моноклинально залегающих пластах меловых и палеогеновых пород. Склоны равнины как бы изъедены эрозионным расчленением, а узкие •водораздельные гребни часто превращены ,в останцевые поверхности или отдельные холмы. На северо-востоке района они вырисовываются грядами. Средние уклоны поверхности этой равнины составляют 2—3°. Покров лёссов и лёссовидных суглинков маломощный (10—20 м), на интенсивно эродируемых участках равнины он отсутствует.
Аккумулятивный рельеф включает лёссовые, аллювиальные и морские равнины. Лёссовые равнины — наиболее распространенный тип рельефа — образуют как бы внешнее обрамление Донецкого кряжа. Однако план развития лёссовых равнин и их строение в значительной мере находится в зависимости от орогидрографичесшго рисунка территории Большого Донбасса. По гипсометрическим данным, глубине эрозионного расчленения и морфологическим признакам лёссовые равнины можно подразделить на низменные высотой до 150 м, с глубиной расчленення до 100 м и возвышенные — от 150 до 250 м, с глубиной расчленения до 150 м.
Низменные аккумулятивные лёссовые равнины приурочены к низменности Восточного Приазовья и междуречьям в низовьях Самары,
70
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Орели и Ворсклы. Д л я них характерна небольшая густота эрозионного расчленения (в среднем 0,25 км/км2) и средние утлы наклона поверхности (1°—1 30'). Структурно-литогенной основой равнин служат рыхлые неогеновые породы с моноклинальным или горизонтальным залеганием. Повсеместно на них залегает мощный покров лёссов и лёссовидных суглинков.
Возвышенные аккумулятивные лёссовые равнины занимают обширные пространства области. Пологоволнистые равнины, составляющие основной массив южной части Полтавской равнины, занимают южную часть Придонецкого плато, а также южный и восточный склоны Донецкого кряжа. Волнистая, местами увалистая равнина выделяется на юге восточной части Придонецкого плато и частично в пределах ДонецкоЧирской области. Сильно волнистая, местами всхолмленная равнина с интенсивным балочно-овражным расчленением приурочена к полосе восточной части Полтавской равнины (вдоль правого берега р. Сев. Донца) и заходит в пределы северо-западных окраин Донецкого кряжа Густота эрозионного расчленения поверхности этих равнин изменяется от 0,25 до 0,5 kmIkm2, а средние углы наклона составляют 2°—3°30'.
Структурно-литологическую основу равнин составляют неогеновые или палеоген-неогеновые рыхлые породы. Мощность перекрывающих их лёссов и лессовидных суглинков колеблется в пределах от 10 до 20 м
Важное место в геоморфологическом строении территории Большого Донбасса занимают речные долины и балки. Многие, небольшие по размерам речные долины сформированы водными потоками внутреннего питания.
Четвертичная история развития речных долин отражена в шести геоморфологических уровнях — террасах. Наиболее полно они представлены в долинах Сев. Донца, Оскола, Айдара, Дона и Орели. Речные террасы рассматриваются и выделяются как тип аллювиальных равнин' поймк, I, II, III, IV и V надпойменных террас Сюда же отнесены до сих пор недостаточно изученные, почти не выраженные морфологически террасы, формирование которых связано с плиоценовыми аллювиальными размывами и аккумуляцией. Они выделены как участки нерасчлененных плиоценовых и плиоцен-нижнечетвертичных террас.
Равнины пойм речных долин наиболее широко распространены, но они выделены как самостоятельные лишь в крупных речных долинах Рельеф равнин пойм обычно плоский. В долинах Сев. Донца, Оскола, Айдара, Дона, Орели и Самары поймы расчленяются протоками или рукавами на отдельные сегменты, реже острова. Отмечаются также прирусловые песчаные валы, в редких случаях образующие участки гривистых пойм Уровень пойменных равнин часто дифференцируется на так называемые низкую и высокую поймы. Сложены они современными аллювиальными отложениями мощностью до 20—25 м Основу аллювиальных толщ составляют пески, которые кверху переходят в супеси и суглинки В крупных речных долинах фациальный состав аллювия более пестрый.
Равнины первых надпойменных террас отмечаются во всех речных долинах. Их поверхности в крупных долинах имеют относительную высоту над меженью рек 12—14 м.
Равнины вторых надпойменных террас сравнительно хорошо развиты в крупных речных долинах. В мелких долинах они часто конвергируют со склонами одновозрастной им аллювиально-делювиальной и делювиальной аккумуляции. В долине Сев. Донца и на небольшом отрезке долины Днепра эти равнины представляют собой так называемые однолессовые террасы со сравнительно плоской поверхностью. Верхняя часть их сложена лёссовидными суглинками, нижняя — песками,
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
71
•суглинками, иламк средней мощностью 12—15 м. На равнинах этой террасы, в мелких речных долинах аллювиальные пески и суглинки обычно перекрываются делювием.
Равнины третьих, четвертых и пятых надпойменных террас по возрасту относятся к первой половине четвертичного периода. В Донецком кряже господствующим типом долин является цокольный. Поверхности этих террас существенно видоизменены оклоновой денудацией и аккумуляцией. В первом случае песчаный аллювий террас уничтожен, а во втором — погребен под покровом лёссов и лёссовидных суглинков. Эти террасы слабо выражены морфологически. Особенно трудно устанавливаются и различаются уровни четвертых и пятых террас в долинах открытого Донбасса.
Несколько лучше выражены в рельефе равнины третьих надпойменных террас в долинах Сев. Донца, Айдара, Дона, Самары и некоторых других рек. Относительная высота их в различных долинах колеблется от 25 до 40 м. Нижнюю часть разреза террас составляют пески с прослоями супесей и суглинков мощностью до 10—12 м, а верхнюю— лёссы и лёссовидные суглинки мощностью 6—8 м.
Равнины четвертых надпойменных террас имеют небольшое значение в строении речных долин. Исключение составляют лишь долины Сев Донца и Дона. Террасы представляют собой с к л о н о в у ю поверхность, в пределах которой песчаный аллювий обычно залегает под достаточно мощной (до 15—20 м) толщей лёссовидных суглинков и лёссов.
Заслуживает внимания широко распространенная равнина пятой надпойменной террасы в долине Сев. Донца. Общая мощность слагающих ее рыхлых осадков на ряде участков (например, на левом берегу, в междуречье Оскол — Красная) составляет 45—50 м и более.
Сравнительно большую площадь занимают на территории Большого Донбасса (равнины плиоценовых аллювиальных террас. Нижняя часть их разреза представлена плиоценовыми аллювиальными песками й глинами, верхняя — полным комплексом четвертичных лёссовидных суглинков и лёссов. В местах интенсивной склоновой денудации последние могут отсутствовать.
Вдоль северного побережья Азовского моря развиты равнины морских террас: древнеэвксинской и древнечерноморской. Равнина древнеэвксннской террасы сложена морскими преимущественно песчано-суглинистыми породами, сверху перекрытыми лёссами и лёссовидными суглинками иногда мощностью до 15—20 м. Равнина древнечерноморской террасы включает пляжи, косы, пересыпи. Она сложена песками, илами и детритовым ракушняком.
Рельеф Донецкого бассейна формируется под влиянием выветривания, эрозии (водной), гравитационных, оползневых, суффозионных, карстовых, эоловых и других процессов, большинство из которых связано между собой.
Выветривание особенно интенсивно протекает в районах резкого вертикального и горизонтального расчленения рельефа и хорошо разВитых обнаженных склонов. В таких условиях (открытый Донбасс, южные отроги Средне-Русской возвышенности, Приазовская возвышенность, коренные склоны речных долин и балок) происходит быстрое удаление продуктов разрушения, процессами выветривания захватываются все более глубокие слои коренных пород. В Донецком кряже этому способствуют значительная крутизна пластов, обилие трещин, частое чередование различных по физико-химическим свойствам слоев, сравнительно слабая их метаморфизация и, наконец, многочисленные выработки. Сравнительно легко и быстро разрушаются оказавшиеся на дневной поверхности каменноугольные сланцы и сланцеватые песчаники,
72
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
мелоподобные песчаники, палеогеновые опоки и понтические известняки. Поэтому участки крутосклонового рельефа, сложенные с поверхности этими породами, часто неустойчивы и обладают пониженной механической прочностью. Выветривание резко усиливает склоновую денудацию„ сопровождающуюся обильными выносами обломочного материала.
Водная эрозия—ведущий процесс в динамике рельефа Донбасса — проявляется в виде плоскостной и линейной форм. Плоскостная эрозия, или смыв, так же как и выветривание, активно протекает в возвышенных, глубоко расчлененных районах (Донецкий кряж, южные отроги Средне-Русской возвышенности, Приазовская возвышенность), а также на крутых коренных и слабо задернованных склонах речных долин и балок. Наиболее интенсивно плоскостной смыв происходит в период снеготаяния и во время летних ливней. Выразительнее всего отрицательная роль смыва видна в Донецком кряже. С плоскостным смывом связаны заиление водохранилищ и в какой-то мере обмеление рек.
Линейный поверхностный сток проявляется в виде постоянных и временных водотоков. Большинство постоянных водотоков имеет незначительные размеры и характеризуется, в общем, малой водностью. Однако незарегулированность стока рек и спорадическое (сезонное и ливневое) проявление его резко увеличивают их эрозионную и транспортирующую работу. В результате этого в Донецком кряже, на Приазовской возвышенности и в других возвышенных районах в настоящее время происходит процесс интенсивного размыва и разработки мелких речных долин и балок.
С работой рек связывается также процесс береговых размывов или подмывов. Последние особенно характерны для долины р. Сев. Донца. Береговые подмывы исключают восстановление профиля равновесия скюнов и способствуют активизации гравитационных, оползневых явлений, плоскостного смыва, овражной эрозии и т. д.
С деятельностью временных водотоков связана овражная эрозия, причем для возвышенных, густо расчлененных долинно-балочной сетью районов наиболее характерно ее !проявление в виде склоновых рытвин и донных оврагов. При особо благоприятном сочетании условий и нередко при помощи человека годичный прирост долины оврага может достигать 8—40 м.
Гравитационные процессы проявляются в виде осыпей и реже обвалов рыхлого и обломочного материала—• продуктов выветривания. Распространение осыпей и обвалов ограничено участками крутых склонов. В случае развития их у подножьев неподмываемых склонов смягчаются береговые профили и в конечном счете ослабляется интенсивность склоновых процессов.
Оползневые явления не имеют широкого распространения на территории Большого Донбасса. В частности, они отсутствуют в районах выходов на поверхность кристаллических пород (Приазовская возвышенность) и каменноугольных пород (Донецкий кряж). Развиваются и потенциально возможны оползни в местах расчлененного рельефа, где близко к поверхности залегают пермские, триасовые, юрские песчаноглинистые отложения, сарматские глины и особенно плиоценовые (террасовые) песчано-глинистые образования. Древние и современные оползни во многих местах отмечаются на правом склоне долины Сев. Донца (например, выше с. Петровского), на правом склоне Оскола (выше с. Красного Оакола), на склонах Жеребца и в других местах. Плоскостями скольжения служат чаще всего красно-бурые глины.
К оползневым районам следует отнести правый берег долины р. Крынки ниже с. Уопенского, а также склоны балок, открывающихся в долину р. Миуса в ее низовье. На левом коренном берегу р. Казенного
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ
СТРОЕНИЕ
73
Торца, ниже с. Октябрьского, оползни приурочены к верхнему срезу высокого и расчлененного оврагами склона. Горизонтами (водоупорами), по которым происходит сползание, здесь служат пермские и частично сарматские глины. На западной окраине Донецкого кряжа и в местах развития пермских медистых песчаников, аргиллитов и мезозойских песчано-глинистых пород весьма характерны оплывинно-оползневые явления, накладывающие отпечаток на рельеф склонов.
Суффозионно-нросадочные явления и связанные с ними блюдца известны на террасах левого берега Сев. Донца (Змиевская излучина) и в Нижне-Донской низменности. Их развитие вызывается повышенной инфильтрацией поверхностных вод вследствие плохой дренированности территории.
Карстовые явления ограничены районами распространения нижнекаменноугольных известняков, пермских соленосных отложений и доломитов. Особого внимания заслуживают юго-запад Донецкого кряжа (бассейн р. Сухой Волновахи и нижнее течение р. Мокрой Волновахи), а также Артемовский и Славянский районы. На юго-западе Донецкого кряжа карст развивается в мощной толще нижнекаменноугольных известняков, чему благоприятствуют тектонические нарушения и трещины в известняках, циркуляция по ним подземных вод, связь с поверхностными водами и положение базисов карстования. Наиболее распространенными карстовыми формами являются воронки погребенные и открытые, реже встречаются карстовые пещеры и карры. Погребенные воронки выполнены песками, песчано-глинистыми породами палеогеннеогенового возраста. Чаще всего они скрыты под покровом четвертичных отложений и вскрываются лишь карьерами.
В Артемовском и Славянском районах карстопроявления связаны с пермскими соленосными отложениями и доломитами. Карстовые каверны и мелкие пещеры отмечены в доломитах на правом склоне верховья долины Бахмутки, провальные воронки — на первой надпойменной террасе того же склона выше г. Артемовска. Многочисленные древние и современные провальные воронки прослеживаются на северо-западных окраинах г. Славянска Крупнейшими карстовыми формами являются Славянские озера, развитые на пойме и первой надпойменной террасе р. Казенного Торца. В меловых отложениях также известны погребенные воронки (гора Кременец), карстово-суффозионные воронки, нередко карстовые пещеры (Бондарчук, 1949).
Эоловым процессам (ветровой эрозии) принадлежит важная роль в преобразовании рельефа ряда районов Донбасса. Деятельностью ветра в особо неблагоприятные в климатическом отношении годы вызываются такие явления, как «черные» бури. Наблюдается постоянное воздействие ветровой эрозии на песчаных массивах первых надпойменных террас Дона, Днепра, Сев. Донца, Оокола, Куидрючьей и других рек, а также в местах выходов на дневную поверхность песчаных толщ дочетвертичного возраста.
Часть вторая
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
Гидрогеологические условия Большого Донбасса являются сложными и разнообразными. Своеобразие гидрогеологических условий каждого из районов Большого Донбасса есть результат взаимодействия многих геологических и физико-географических факторов. В то же время существует ряд общих закономерностей в распределении водоносных горизонтов и в формировании подземных вод. Так, для открытого Донбасса характерно развитие трещинных вод, приуроченных к системе бассейнов низших порядков, в которых породы промыты до значительных глубин. В смежных артезианских бассейнах устанавливается сложная система поэтажно сменяющих друг друга водоносных горизонтов и комплексов пластовых вод по всему разрезу осадочных отложений. При этом водоносные горизонты верхних частей разреза в породах кайнозоя и частично мезозоя содержат преимущественно пресные воды (исключая южную и юго-восточную части Донбасса), а нижележащие горизонты — минерализованные воды и рассолы.
Подземные воды на территории Большого Донбасса приурочены к кристаллическим и осадочным породам.
На основе обобщения фондовых и литературных материалов составлена гидрогеологическая карта Донецкого бассейна на двух листах: 1) карта первых от поверхности водоносных горизонтов и разрезы к ией; 2) карта основных водоносных горизонтов и гидрогеологического районирования. Эти карты дают представление о гидрогеологических особенностях Донецкого бассейна и позволяют установить наиболее общие закономерности распространения и формирования подземных вод.
На гидрогеологической карте первых от поверхности водоносных горизонтов показано распространение водоносных горизонтов и комплексов. В соответствии со сложившимися принципами в водоносный комплекс объединялось несколько водоносных горизонтов, причем в некоторых случаях в связи с масштабом карты приходилось объединять в водоносные комплексы горизонты, отличающиеся по своим гидродинамическим и гидрохимическим особенностям. Это касается водоносных горизонтов палеогеновых отложений в тех районах, где они имеют островное распространение, залегают выше местных базисов эрозии и интенсивно дренируются речной и балочной сетью.
Кроме первых от поверхности водоносных горизонтов на карте показано распространение нижележащих водоносных горизонтов и комплексов и отражены глубины залегания подземных вод, их количественная и качественная характеристики, направление движения и региональные области разгрузки подземных вод. Для наиболее выдержанных и широко распространенных водоносных горизонтов построены гидроизогипсы (изопьезы).
На врезке ц карте показаны широтная химическая зональность •подземных вод в зоне свободного водообмена, формирующаяся под влиянием главным образом физико-географических факторов и мощности
'75 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
зоны пресных вод. Вертикальная гидрохимическая зональность нашла отражение на разрезах к карте.
На гидрогеологической карте первых от поверхности водоносных горизонтов нанесен ряд опорных шахт, для которых приводятся величины общешахтных притоков и коэффициенты водообильности, а также минерализация и химический состав шахтных вод. Показаны также участки шахтных полей как площади возможного дренирования подземных вод действующими шахтами.
На карте основных водоносных горизонтов отражены площади распространения основных водоносных горизонтов, пригодных для водоснабжения, а также безводные участки. К основным водоносным горизонтам и комплексам отнесены как водоносные горизонты со свободной поверхностью, так и напорные, наиболее водообильные с лучшими по качеству водами. Учитывались при этом и другие показатели: глубина залегания горизонтов, глубина залегания уровней воды и литологический состав водовмещающих пород. На карте показаны также водоносные горизонты и комплексы, залегающие ниже и выше основных, которые также могут быть рекомендованы для использования. Площади развития соленосных отложений нижней перми, содержащих в зоне выщелачивания высокоминерализованные воды и рассолы, отнесены к участкам отсутствия водоносных горизонтов эксплуатационного значения. На карте основных водоносных горизонтов нанесены также границы гидрогеологических районов Донецкого бассейна.
Приводимая ниже детальная характеристика водоносных горизонтов и комплексов иллюстрируется табличными данными по опорным скважинам (см. приложение), а также погоризонтными гидрогеологическими картами и гидрогеологическими разрезами. Последние представляют собой сводные геологические разрезы каждой системы по отдельным районам (при больших мощностях стратиграфических толщ, например карбона и перми, — каждой свиты). При этом на разрезах по триасу, юре и кайнозою условным знаком показаны водоносные породы. На разрезах по карбону и перми водоносные горизонты условным знаком не выделены, но обозначены принятыми индексами. По всем хорошо изученным районам колонки сопоставлений каменноугольных отложений представляют собой схематические геологические разрезы свит, что позволяет проследить характер фациальных изменений водоносных пород, но лишает возможности показать их водоносность •принятым на других разрезах знаком. Показ водоносности отдельных пластов песчаников и известняков карбона и перми часто затрудняется и незначительной их мощностью Это компенсируется наличием индексов водоносных горизонтов и обозначением литологии пород, так как в карбоне повсеместно водоносными являются песчаники и известняки, в перми — песчаники, конгломераты, известняки и доломиты, а в зоне выщелачивания также гипсы. Водоносность девонских и верхнемеловых отложений не показана принятым для мезозоя и кайнозоя знаком, так как породы, слагающие большую часть , разреза девона (туфы, туфобрекчии, палеобазальты, известняки), а также вся мергельно-меловая толща водоносны только в зоне выветривания, в пределах которой может находиться любая часть разреза.
'76
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
Глава IV
ХАРАКТЕРИСТИКА ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
ВОДОНОСНЫЙ КОМПЛЕКС КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОД ДОКЕМБРИЯ И ПРОДУКТОВ ИХ ВЫВЕТРИВАНИЯ
Подземные воды в кристаллических породах и древней коре их выветривания распространены на восточной оконечности Приазовского кристаллического массива и его склонах, а также вдоль всей юго-западной границы Донбасса, между Новомосковском и Волновахой. Они не приурочены к какому-либо определенному петрографическому или стратиграфическому комплексу, а циркулируют по трещинам кристаллических пород разного состава и возраста и в покрывающем эти породы обломочном материале.
В кристаллических породах обводнена наиболее трещиноватая зона, мощность которой определяется прежде всего глубиной местного базиса эрозии (100—120 м). Ниже подземные воды в кристаллических породах связаны преимущественно с трещиноватыми зонами тектонических нарушений и могут быть встречены в зонах разломов на больших глубинах. На значительных площадях кристаллические породы покрыты продуктами их разрушения, представленными в нижней части дресвой, а в верхней — преимущественно каолинами. Водоносной породой является дресва. Мощность пород коры выветривания достигает 40— 50 м, а обводненной части дресвы не превышает обычно 5 м.
В долинах балок и рек, где кора выветривания полностью размыта, подземные воды приурочены только к трещиноватой зоне выходящих на поверхность кристаллических пород. На водораздельных же участках они заключены в едином, гидравлически связанном комплексе — трещиноватой зоне и постепенно сменяющем ее обломочном материале — дресве.
Этот водоносный комплекс имеет большей частью свободную поверхность. Однако в депрессиях, заполненных глинистыми продуктами выветривания, подземные воды приобретают небольшие напоры (до 20—30 м). Напор их отмечается также на склонах массива, где кристаллические породы погружаются под отложения неогена (табл. 9).
Таблица 9 Величины напоров в кристаллических породах
Номер скважины
Глубина кровли водо-
носного горизонта, м
Глубина уровня воды, M
Напор, м
15
17,6
17,6
40
7,6
7,6
—
229
19,7
0,6
19,1
35
59,0
45,6
13,4
954
6,1
0,7
5,4
Общий уклон зеркала подземных вод направлен на юго-восток (рис. 11). Уровни подземных вод на участках выходов кристаллических пород на поверхность и под четвертичные отложения в сглаженном виде повторяют форму дневной поверхности и определяются местными
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
77>
базисами эрозии. На склонах речных долин и балок иногда выходят источники с дебитами, не превышающими 0,4—0,5 л/сек.
Питание водоносного комплекса происходит на всей площади его выходов за счет атмосферных вод, а местами, возможно, за счет перелива вод из девонских и каменноугольных отложений, залегающих не-
Рис 11. Карта распространения водоносного комплекса в кристаллических породах докембрия и продуктах их выветривания (Составила H П Панкратьева)
/—2 — границы (1— Большого Донбасса, 2 — распространения водоносного комгпекса в крис таллических породах докембрия и продуктах их выветривания), 3— контур выходов кристал лических пород на поверхность или под четвертичные отложения (бергштрихи направлены в сторону погружения кристаллических пород под отложения неогена, 4—основные направления движения трещинных вод, 5—гидроизопьезы, 6—границы площадей с водами различного химн чеокого состава и минерализации, 7—9 — химические типы вод и минерализация, г/л (7 — сульфатно иатриево кальциевые и сульфатно гидрокарбонатно натриево к а л ь ц и е в ы е и на триево магниевые — от i до 3) 8 — с>льфатио хлоридно натриево-кальциевые—от 3 до 5
9 — хлоридно натриевые, свыше 5) 10 — скважина и ее номер
посредственно на кристаллических породах (водораздел Кальмиуса и Волчьей). Разгрузка подземных вод осуществляется в толщу осадочных отложений, покрывающих склоны фундамента на севере, юге и востоке и залегающих в большинстве случаев гипсометрически ниже поверхности кристаллических пород в пределах самого массива.
Существует мнение, что большая водоносность присуща породам более древним, а также более мелкозернистым Данные опробования свидетельствуют также о том, что наибольшая трещиноватость, а следовательно, и максимальная при прочих равных условиях водоносность наблюдается в долинах рек и балок, где кристаллические породы выветрены на большую глубину, и в зонах тектонических нарушений.
'78
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
Водоносность кристаллических пород и продуктов их выветривания на территории Приазовского массива изучена недостаточно. Большинство скважин, пробуренных на его восточной окраине, расположено в долинах балок и рек. Почти все они вскрыли слабонапорные воды в коре выветривания (дресве) и трещинах кристаллических пород, залегающих под небольшим покровом четвертичных отложений. Пьезометрические уровни устанавливались на глубинах до 10—12 м, изредка наблюдался самоизлив. В скважинах на склонах плато уровни устанавливались на глубинах до 45,6 м (скв. 35). Дебиты скважин на плато и в долинах мало отличаются и изменяются от 0,004 до 5 л/сек при понижениях соответственно 26,4 и 5 -и. Чаще дебиты скважин не превышают 1 л/сек, а удельные дебиты 0,1—0,3 л !сек.
Воды комплекса различны по составу и минерализации. Преобладают воды сульфатно-гидрокарбонатные- или сульфатно-натриево-кальциевые и натриево-магниевые, реже встречаются воды сульфатно-хлоридные- или хлоридно-сульфатно-натриево-кальциевые и кальциевомагниевые, иногда воды имеют сульфатно-натриевый или хлориднонатриевый состав *. Минерализация изменяется от 0,9 до 6,4 г/л (чаще 2—2,5 г/л) в открытой и до 12 г/л в закрытой части на восточном склоне массива. Жесткость подземных вод изменяется от 7,6 до 50 мг-экв. Во многих пунктах встречаются радоновые воды со слабой и средней радиоактивностью.
Водоносный комплекс кристаллических пород и продуктов их выветривания широко используется местным населением и расположенными в этом районе хозяйствами, эксплуатирующими одиночные скважины и колодцы, а также выходящие в долинах родники, так как зачастую является единственным источником водоснабжения.
ВОДОНОСНЫЕ ГОРИЗОНТЫ ДЕВОНА
Изучение подземных вод девонских отложений в бассейне рек Сухой и Мокрой Волновах проводилось рядом исследователей (М. И. Клемм, П. П. Кумпан, К. М. Лисицын, А. П. Ротай, Д. И. Щеголев, Н. Д. Краснопевцев, В. Г. Ткачук и др.). Работы носили региональный характер и основывались главным образом на анализе естественных водопроявлений. Детальные геологические и гидрогеологические исследования, проведенные в последние годы в районе Волновахской зоны разломов, позволили более полно оценить степень обводненности девонских отложений.
Породы девона — скальные, плотные, водоносные по трещинам. Подземные воды в девонских отложениях распространены в районе Волновахской зоны разломов. Условия залегания их и степень водопроницаемости пород неоднородны как по площади, так и в разрезе. Это обусловлено геолого-тектоническими собенностями осадочно-эффузивной толщи, а также процессами выветривания и раскрытия структур. Таким образом, наиболее доступными для циркуляции оказались зоны тектонических нарушений и зоны древней коры выветривания. Обводненные трещиноватые зоны, приуроченные к различным литологическим комплексам пород, условно выделяются в виде ряда водоносных горизонтов (рис. 12).
Т р е щ и н н ы е и т р е щ и н н о - п о р о в ы е в о д ы приурочены к песчаникам и конгломератам «белого» девона (эйфельский ярус) и коре выветривания кристаллических пород докембрия. Водоносность этого комплекса, как и других литологических разностей девона, неодно-
* Название типа воды дается в порядке уменьшения содержания ионов.
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
79>
родна. На западе, в районе сел Благодатного, Велико-Анадоля, на участке балок Мокрой Мандрыкиной, Малой и Большой Барсуковых базальные песчаники девона сравнительно рыхлые, пористые и содержат единый четко выраженный трещинно-поровый водоносный горизонт, гидравлически связанный с водами коры выветривания кристаллических по-
СЗ
балка Сухая Мандрыкина
Докучаеве*
Балка Антон-Тарама
ЮВ
Возраст пород
р мокрая
по
по
Волноваха ПкЯагутииу А ПРотаю
Рис. 12. Сопоставление геологических разрезов скважин, вскрывших девонские отложения
1 — известняки, 2— песчаннкн, 3—аргнллнты, 4— алевролиты; J—конгломераты, 6 — т>фы, 7 — глинистые сланцы; 8—базальты; 9 — туфобрекчин; 10— гравелиты, 11— известняковые
брекчии; 12 — кристаллические породы докембрия
род. В местах, где русла балок вскрывают песчаники девона, возникают источники с дебитом 0,01—0,2 л/сек. В селах Благодатном и ВеликоАнадоле, а также в Ольгинке несколько колодцев вскрывают воды песчаников на глубине от 6,4 до 16 м. В балках Мокрой Мандрыкиной и Большой Барсуковой скважинами были вскрыты напорные воды в базальных песчаниках «белого» девона, давшие самоизлив. Здесь трещинно-поровые воды приурочены к аркозовым песчаникам, иногда переходящим в конгломераты, и образуют единый напорный горизонт. Напор обусловлен моноклинальным падением пород на север и водоупорным характером в этом районе сланцево-известняковой толщи и палеобазальтов, покрывающих водоносные песчаники.
'80
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
Высота напора вблизи балки Мокрой Мандрыкиной изменяется от 40 м на юге вблизи контакта с гранитами до 200 ж на севере у контакта девона с карбоном. На участках балок и долин, где пьезометрические уровни горизонта превышают отметки поверхности, наблюдается самоизлив. Мощность обводненной части песчаников изменчива. Судя по керновому материалу, суммарная мощность зоны повышенной трещиноватости и пористости песчаников колеблется от 15 до 55 м, в среднем — 30—35 ж. Водообильность песчаников на участке балки Мокрой Мандрыкиной в общем невысокая. Дебиты источников и фонтанирующих скважин обычно не превышает 0,5 л/сек.
В восточной части района, в долинах балки Антон-Тарама и р. Мокрой Волновахи, песчаники эйфельского яруса имеют несколько иной облик. Нижняя их часть, контактирующая непосредственно с гранитами и мигматитами докембрия, очень плотная. Трещины скольжения разбивают толщу плотных базальных песчаников на отдельные массивные блоки, пористость отмечается лишь на локальных участках. Глинистый цемент базальных песчаников на этом участке существенно снижает водопроницаемость песчаников.
Вышележащие кварцевые песчаники сильно окварцованы, монолитны и слабоводоносны. Наибольшей трещиноватостью отличаются песчаники вблизи поверхности, захваченные выветриванием, а также вблизи зон тектонических нарушений, особенно субширотного простирания. Мощная зона дробления в песчаниках связана, например, с тектоническим нарушением, идущим вдоль р. Мокрой Волновахи. Поэтому водоносность песчаников эйфельского яруса в восточной части района изменчива, хотя в общем и низкая.
Естественные выходы подземных вод из песчаников отмечены в русле балки Антон-Тарама с дебитом всего 0,01 л/сек. Восходящий источник с дебитом 0,05 л/сек известен на северо-восточной окраине с. Николаевки (левый склон долины р. Мокрой Волновахи). Суммарная мощность трещиноватой зоны в песчаниках составляет 7—42 ж; степень раскрытое™ трещин весьма низкая вследствие кольматации их глинистым веществом. Водонепроницаемость кварцевых песчаников в верхней части толщи обусловливает напорный характер вод отдельных обводненных зон в базальных песчаниках и самоизлив в некоторых скважинах. Величина напоров изменяется от 40—60 м в южной части полосы девона до 250—300 ж на севере, где песчаники погружены на глубину до 350—400 ж. По мере погружения на север и северо-восток затухает трещиноватость и обводненность пород становится ничтожной.
Дренирование водоносного горизонта речной сетью обусловливает понижение пьезометрической поверхности от водоразделов к долинам, например к долинам рек Сухой Волновахи и Мокрой Волновахи (рис. 13).
Т р е щ и н н ы е и т р е щ и н н о - к а р с т о в ы е в о д ы в известняках живетского яруса, залегающих непосредственно над пачкой кварцевых песчаников, также имеют неравномерное распространение.
На западе (балка Мокрая Мандрыкина) известняки девона монолитны. Результаты пробных откачек из многочисленных скважин, пройденных в сланцево-известняковой толще и отсутствие естественных выходов подземных вод свидетельствуют об их практической безводности.
Восточнее, в бассейне р. Мокрой Волновахи и ее притоков (АнтонТарама и Хайночехрак), толща известняков в значительной степени окварцована, но вместе с тем она содержит воду, приуроченную к многочисленным трещинам и пустотам выщелачивания. Наличие карста в известняках девона подтверждается провалами бурового инструмента на 0,1—2 ж и потерей бурового раствора. Наиболее выветрелые и за-
I W i & 1 1 Nl
ЁЗ с=;" Ш ^
I til
J 11 S I
й E m= ш- вSi r! SS & Ы" _Mr =Z —B<
^S^ r
Г? -1-
? ""z^ S =S
I SS il
§ if||
Sft Si -- ё "
II-Lt ~ ^ g
£ ^ T^ is i
J Illl ST « S-S."4.
Ill
fell
IfI f II
'82
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
карстованные известняки отмечены на контакте с палеобазальтами. В то же время закарстованность известняков девона увеличивается вблизи зон тектонических нарушений и в речных долинах и балках, а также на выходах пластов. Повсеместная трещиноватость известняков в центральной части полосы девона обусловила образование сплошного горизонта трещинно-пластовых и трещинно-карстовых вод.
Дебиты скважин изменяются от незначительного до 33,4 л]сек В средней части балки Антон-Тарама в ряде скважин отмечена закарстованность; продолжительная откачка из скв. 285 создала огромную депрессионную воронку с понижением уровней в наблюдательных скважинах до 10—40 м. Это указывает на сравнительно ограниченные статические запасы подземных вод в закарстованных известняках и небольшие динамические притоки. Движение подземных вод в известняках живетского яруса в значительной степени совпадает с направлением движения вод в песчаниках. В долине балки Антон-Тарама гидроизогипсы водоносного горизонта в известняках снижаются на восток с уклоном 0,007, а в районе балки Хайночехрак — в сторону р. Мокрой Волновахи с уклоном 0,03. Воды известняков носят характер грунтового потока, гидроизогипсы которого распределяются в соответствии с рельефом. Т р е щ и н н ы е в о д ы в э ф ф у з и в н ы х п о р о д а х , покрывающих песчаники и известняки «белого» девона, распространены также широко. Покровные палеобазальты и туфобрекчии мощностью от 40—50 м на юге до 300 м на севере и востоке, выходящие на больших площадях на поверхность, разбиты трещинами выветривания. В эффузивах эти трещины проникают на глубину до 60—80 м; иногда породы раздроблены до состояния брекчии. С глубиной трещины выветривания затухают, и плотная толща эффузивных пород становится местами практически безводной.
На западе, в районе балок Мокрой Мандрыкиной и Большой Барсуковой, палеобазальты вместе с известняками образуют экранирующую водоупорную толщу над напорным горизонтом в песчаниках «белого» девона. На востоке, в долинах балки Антон-Тарама и р. Мокрой Волновахи, в коре выветривания палеобазальтов развиты грунтовые воды. Трещинные воды в эффузивах приурочены к зонам тектонических нарушений. Там, где сильно трещиноватые эффузивные породы в результате интенсивной циркуляции подземных вод разрушены до состояния глин, они образуют водонепроницаемые экранирующие участки. Грунтовые воды палеобазальтов питают ручьи и образуют малодебитные источники.
Дебиты при откачках из скважин, вскрывших палеобазальты, изменяются от 0,33 до 1,1 л)сек. Суммарная мощность трещиноватой зоны в палеобазальтах колеблется (по керну) от 2—3 до 60—80 м, увеличиваясь в южной части района.
Судя по характеру гидроизогипс, совпадающих с формой рельефа местности, воды палеобазальтов образуют грунтовый поток, связанный как с поверхностными водами, так и с водоносными горизонтами в известняках и песчаниках. Местами взаимосвязь осуществляется по тектоническим зонам интенсивной трещиноватости.
Трещинно-пластовые воды в песчаниках «бурого» и «с е р о г о» д е в о н а (фаменский и франский ярусы) отмечены в долине р. Василь-Тарама, на водоразделе р. Сухой Волновахи и балки Антон-Тарама, а также вблизи с. Комсомольского, где имеются многочисленные выходы верхнего девона на поверхность. Эта толща представлена переслаивающимися аркозовыми конгломератовидными песчаниками и глинистыми сланцами с подчиненными прослоями туфов. Во-
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
83>
допроницаемость ее различна: в конгломератах и песчаниках подземные воды циркулируют по трещинам и порам; глинистые сланцы плотные, с незначительными волосяными трещинами, часто выветрелые до глин, образуют практически безводные водоупорные горизонты.
Дебиты источников из песчаников фаменского яруса составляют 0,008—0,05, реже 1 л/сек (балка Василь-Тарама).
По мере погружения песчаников на север под отложения нижнего карбона воды приобретают напорный характер и на отдельных участках смешиваются с водами известняков карбона, образуя единый подземный поток.
Несмотря на неравномерную водопроницаемость пород и обвотненность по зонам трещиноватости, подземные воды различных литологических комплексов девона взаимосвязаны и образуют единый поток, который формируется в верховьях долин Мокрой и Сухой Волновах и проходит транзитом по трещиноватым зонам девона и карбона, подчиняясь единому дренирующему влиянию системы р. Кальмиуса.
Режим этого потока типичен для районов с неглубоким залеганием подземных вод, питание которых происходит за счет атмосферных осадков. Наблюдения показали, что амплитуда сезонных колебаний уровня достигает 3—3,5 м. В летний период минимальных осадков и наибольшего испарения происходит уменьшение запасов подземных вод. Наибольшее снижение уровней наблюдается в сентябре—ноябре. В декабре — январе начинается постепенный подъем уровней, связанный с осенними дождями. Максимальный подъем — в конце марта — начале апреля, т. е. в период весеннего снеготаяния и дождей.
Водосборные площади, в пределах которых происходит формирование подземного потока девонских отложений, охватывают бассейны многочисленных балок, ручьев и рек, выходящих своими верховьями на Приазовский кристаллический массив, откуда происходит подгок трещинных вод. Пройдя через толщу девона, подземный поток переходит в отложения карбона и пополняет его запасы. Взаимосвязь и переход подземных вод девона в закарстованные известняки нижнего карбона происходят, как правило, по системе крупных тектонических нарушений. Так, в районе Первомайского месторождения доломитов в северозападном направлении проходят два крупных тектонических нарушения, пересекающих подземный поток, идущий из водосборного бассейна р. Мокрой Волновахи.
Взаимосвязь подземных вод девона с поверхностными водами района зависит от характера аллювия. В области развития эффузивных пород, образующих глинистый аллювий, такая взаимосвязь затруднена или полностью отсутствует. На участках же распространения песчаников и известняков девона наблюдается тесная взаимосвязь подземных и поверхностных вод. В полосе развития песчаников и известняков девона расход Мокрой Волновахи увеличивается на 1,9 л/сек за счет подпитывания трещинными водами.
В поверхностной зоне (до глубины 70—100 м) во всех горизонтах девонских отложений преобладают воды сульфатно-натриево-кальциевого типа с минерализацией 2—3 г/л, хотя изредка встречаются сульфатно-гидрокарбонатные- или сульфатно-хлоридно-кальциево-магниевые и натриево-кальциевые с минерализацией от 0,9 до 3,5 г/л. На более значительных глубинах (до 300—450 м) воды имеют в основном хлоридно-сульфатно-натриевый и даже хлоридно-натриевый состав С минерализацией до 7 г/л. Сравнительно невысокая минерализация Подземных вод девона в поверхностной зоне позволяет использовать их для местного водоснабжения. Такими водами в восточной части яв-
'84
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
ляются трещинно-карстовые воды известняков и грунтовые воды зоны выветривания палеобазальтов, в западной же части — напорные воды песчаников «белого девона».
ВОДОНОСНЫЕ ГОРИЗОНТЫ КАМЕННОУГОЛЬНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
Каменноугольные отложения, слагающие Донецкий синклинорий, в центральной части бассейна выходят непосредственно на дневную поверхность или покрыты небольшим слоем четвертичных осадков в периферийных частях. На западе же, севере, востоке и юге они погружаются под мощную толщу мезо-кайнозоя, а местами и перми. Общая их мощность, закономерно увеличивающаяся с запада на восток и от окраин к продольной оси бассейна — области наибольшего прогибания, изменяется от 700 м в районе Терновки до 18 км у г. Шахты.
Отложения карбона по типу содержащихся в них водоносных горизонтов и степени водообильности разделяются на две различные толщи: нижнюю — известняковую, представляющую собой мощный водоносный горизонт трещинно-карстовых вод, и верхнюю — песчаноглинистую, в которой распространены многочисленные водоносные горизонты пластово-трещинного типа в слоях песчаников и известняков.
В юго-западной части бассейна известняковая толща охватывает отложения турнейского и нижней части визейского ярусов (C"ia—Cvif) и по унифицированной стратиграфической схеме выделяется в виде свиты Ci1. В северо-восточной части мощная толща почти сплошных известняков, вскрытая скв. 357 (Тарасовка), отнесена геологами ВДТГУ к отложениям свит Ci1, Ci2, Ci3, Ci4, Ci5 и C21. Согласно корреляции, выполненной В. Г. Белоконем в 1962 г. и принятой нами при гидрогеологическом описании, вскрытая скважинами в северо-восточной части бассейна толща почти сплошных известняков относится к свитам Ci1—Ci4 (Тарасовка) или Ci1—Ci5 (Гречишкино). Наиболее хорошо изучен водоносный горизонт известняковой толщи нижнего карбона (C'i -I-CrIa-/) в юго-западной части Донбасса, в бассейне рек Сухой Волновахи, Мокрой Волновахи и Кальмиуса (рис. 14).
Нижняя часть карбонатной толщи CiIa-I-CiIb) представлена преимущественно доломитизированными известняками и доломитами с прослоями известково-углистых и глинистых сланцев, реже — кварцевоизвестковистых песчаников. Верхняя часть свиты Ci1 сложена в основном известняками с прослоями глинистых сланцев и кремнистых известняков. Породы турнейского яруса залегают на песчано-глинистых отложениях верхнего девона или непосредственно на кристаллических породах и покрываются согласно залегающими на них песчано-глинистыми осадками свиты Ci2.
Отложения свиты Ci1 выходят под осадки кайнозоя узкой полосой, разорванной дизъюнктивными нарушениями на блоки. К северу они погружаются под мощные отложения песчано-глинистой толщи карбона. Между с. Ольгинкой и р. Кальмиусом карбонатные породы на многих участках речных долин выходят на дневную поверхность. Ширина выходов известняков достигает здесь 7—7,5 км, к западу она постепенно уменьшается и в районе Новомосковск-Петриковка известняки выклиниваются (рис. 15).
Известняки и доломиты являются сильно трещиноватыми и закарстованными. Закарстованность известняков установлена до глубины 200 м (район Кипучей Криницы). Степень их трещиноватости и закарстоваццости резко изменяется на небольших расстояниях и с глубиной. Полости в известняках и доломитах часто заполнены песчано-глинистым материалом.
!!!ipsjissillill
I s S ? s I i f t 1§u II IIJ
ili|ii2i|ii
' SS E
S f t l i l l l SI -li IUIi I l S d l
tHliillJiiilSlliHR-s-i-^is-
IllitllSIItllllllJfl^lll^^lill
s • a—-- ! S Lj-
Q
ГI
Дмзшйш 1
•: : !ШП
ti "
TS
й
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
87>
Наибольшая трещиноватость и закарстованность карбонатных пород наблюдаются вблизи тектонических разломов и в долинах балок и рек. Коэффициенты фильтрации, по данным опытных откачек из скважин, расположенных в зонах тектонических нарушений, достигают иногда 100 м/сутки. На массивах плотных известняков коэффициенты фильтрации обычно не превышают 0,002 м/сутки.
Водоносность карбонатных пород резко изменяется в разных слоях. Менее водоносными, как правило, являются окварцованные и битуминизированные известняки и доломиты нижней части разреза (C(i а, Ь). Мощные потоки карстовых вод в основном приурочены к зонам тектонических разломов и речным долинам, где обычно и располагаются водозаборы.
Горизонт трещинно-карстовых вод в бассейнах Волновахи и Кальмиуса вскрыт многочисленными скважинами и колодцами, а также известняковыми и доломитовыми карьерами. Естественные выходы подземных вод в настоящее время почти иссякли в результате эксплуатации водоносного горизонта, а также дренирования его карьерами. Дебиты существующих сейчас источников не превышают 0,5 л/сек.
Зеркало трещинно-карстового горизонта имеет общий уклон с запада на восток, причем поверхность его снижается от водораздела к долине Кальмиуса на 85—100 м. Общее направление уклона потока на этой площади осложнено многочисленными местными депрессиями, образовавшимися вокруг водозабора и карьеров. Например, в районе Ново-Троицких карьеров (Доломитный, Мехрудник) образовалась огромная депрессия, в результате чего использовавшиеся раньше для водоснабжения колодцы оказались осушенными. В районе Еленовских карьеров уровни в трещинно-карстовом горизонте снижены карьерами (Доломитный. Центральный, Восточный) на 35—40 м ниже естественного положения зеркала на этом участке.
В восточной части полосы выходов свиты Ci1 уровни подземных вод трещинно-карстового горизонта также сильно снижены Северным и Южным карьерами. Притоки воды в крупнейшие карьеры составляют 500—650 м3/час (140—180 л/сек) при углублении дна карьеров на 35—40 м ниже естественного зеркала.
Подземные воды карбонатной толщи используются для водоснабжения предприятий Ново-Троицкого и Каракубского рудоуправлений, Докучаевского флюсово-доломитового, населенных пунктов и частично для водоснабжения г. Донецка. Дебиты отдельных скважин достигают 55—100 л/сек. Крупнейший водозабор Кипучая Криница, состоящий из 14 скважин, имеет суммарный дебит 500—610 л/сек, причем некоторые из скважин дают 70—90 л/сек при понижениях на 3,7—18 м. На участках существующего сейчас водозабора в долине р. Мокрой Волновахи прежде существовал источник Кипучая Криница с дебитом 170— 220 л/сек.
В полосе от г. Волновахи до Новомосковска водоносный горизонт карбонатной толщи нижнего карбона изучен недостаточно полно. Он опробован на глубинах от 30 до 130 м южнее сел Петропавловки и Николаевки, а также в балках Чаплинке и Каменке. Вследствие меньшей мощности известняков (40—70 м) здесь этот горизонт выходит узкой Полосой, быстро погружается под вышележащие песчано-глинистые отложения визейского яруса и приобретает напор, высота которого, судя по небольшому числу скважин, изменяется от 25 до 120 м, увеличиваясь к западу и северу. Пьезометрические уровни устанавливаются на глубине 1—47 м ниже поверхности. Пьезометрическая поверхность Имеет уклон от водоразделов в сторону долин Самары, Волчьей, Днепра
'88
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
и их притоков. Дебиты скважин изменяются от 0,05 до 64 я/сек (скв. 3800) при понижении на 7 м, а коэффициенты фильтрации — от 0,016 до 193 MjcyTKU. В северо-восточной части Донбасса, где горизонт вскрыт несколькими структурными скважинами (Гречишкинская, Городищенская, Тарасовская площади), на больших глубинах (по скв. 357 контакт свиты Ci1 и кристаллических пород на глубине 3000 м, кровля сплошных известняков — 2230 м) водоносность его не изучена.
В бассейнах Сухой и Мокрой Волновах и Кальмиуса в зоне интенсивного водообмена подземные воды карбонатной толщи обычно имеют повышенную минерализацию (1,5—2 г/л) и преимущественно сульфатный- и сульфатно-хлоридно-натриево-кальциевый состав. Как исключение, встречаются воды низкой минерализации сульфатно-гидрокарбонатно-кальциевого состава (0,3 г/л в скв. 21 в районе с. Комсомольского). Иногда встречаются воды с минерализацией 4—5 г/л и жесткостью до 25 мг-экв (скв. 1924/48, с. Владимировка). По составу эти воды преимущественно хлоридно-сульфатно-натриево-кальциевые. В районе сел Николаевки и Дмитриевки воды имеют минерализацию 0,5—1,5 г/л и преимущественно хлоридно-сульфатно-кальциево-натриевый состав Далее к западу минерализация постепенно увеличивается, достигая 30 г/л (с. Подгороднее), причем воды становятся хлоридно-натриевыми.
Свиты Ci2—Ci5 нижнего, средний и верхний отделы карбона на большей части территории Донбасса сложены перемежающимися слоями песчаников, аргиллитов (глинистых сланцев), алевролитов (алевритовых сланцев), известняков и углей. Терригенные породы слагают до 98% всей толщ и. Лишь в северной и северо-восточной частях бассейна в отложениях среднего и верхнего карбона содержание известняков значительно повышается, а нижний карбон представлен почти сплошными известняками. В отдельных свитах (C26, C27) оно достигает здесь 10—17%, тогда как на остальной территории процент известняков в свитах изменяется от 0,1 до 5. Содержание песчаников изменяется от 10—12 до 50—53%, причем больше песчаников наблюдается в верхней части толщи, начиная от свиты C23.
Обычно мощность известняков не превышает 2—3 м, достигая иногда 10 м. В северо-восточных районах некоторые пласты известняков (G1, F1) имеют мощность 40—50 м. Средняя мощность отдельных пластов песчаников составляет 20—25 м, иногда она достигает 70— 80 м и редко превышает 100 м. Наиболее мощные песчаники содержатся в свитах C23, C25, Сз2 и C33. Отдельные пласты песчаников и известняков прослеживаются без существенных перерывов почти на всей угленосной площади. Некоторым пластам присуще линзовидное, прерывистое залегание, иные же распространены только на ограниченных площадях. В соответствии с возрастанием общей мощности карбона и каждой из свит с запада на восток увеличивается число пластов песчаников, алевролитов, аргиллитов, известняков. Подробной унифицированной синонимики водоносных горизонтов в песчаниках до последнего времени не существовало. В. С. Поповым, Н. А. Родыгиным и Д. И. Щеголевым в 1930 г. были выделены и проиндексированы лишь немногие основные слои песчаников.
После проведенной для территории Донецкой области детальной корреляции была разработана унифицированная синонимика водоносных горизонтов карбона, принятая в 1961 г. в тресте «Артемгеология». Впоследствии были сопоставлены разрезы, проверена возможность распространения этой индексации на остальные районы и разработана унифицированная синонимика для всего бассейна. Индексация производилась по наиболее характерным пластам углей и известняков, ближайшим к индексируемому песчанику. На тех участках, где несколько
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
89>
пластов песчаников сливаются в одну толщу, последней присвоены индексы по маркирующим горизонтам, ограничивающим всю толщу, а в скобках показаны индексы отдельных горизонтов, например: NiSN5 (NiSNi + NiSN5). Подобное суммирование имеет не генетический смысл и не означает, что данная толща сложена всеми перечисленными в скобках горизонтами, а указывает лишь на то, что в интервале крайних маркирующих горизонтов (Ni и N5) каждый из отдельных горизонтов выделяется в других районах как самостоятельный. Сопоставление разрезов каждой из свит песчано-глинистой толщи карбона с выделением водоносных горизонтов приведено на рис. 16—29, где схематично показаны степень выдержанности и мощности всех горизонтов в разных районах Донбасса. В отложениях песчано-глинистой толщи карбона на территории Донбасса выделено 330 более или менее выдержанных водоносных горизонтов, в том числе 105 в известняках и 225 в песчаниках. В табл. 10 приведен перечень всех водоносных горизонтов и их количество в каждой из свит, причем жирным шрифтом показаны основные горизонты, имеющие наибольшее практическое значение и используемые для водоснабжения или заслуживающие внимания с этой точки зрения, а также служащие основным источником обводнения горных выработок (рис. 21—26 и рис. 28 см. вкладки).
Количество водоносных горизонтов в каждой из свит изменяется в значительных пределах — от 11 в свите Сз3 до 44 в свите C27; колеблется и соотношение числа песчаников и известняков. Существенные различия в количестве, степени выдержанности и мощностях водоносных горизонтов наблюдаются и для различных районов. Это объясняется как быстрой фациальной изменчивостью отложений на отдельных участках, так и общими изменениями литологического состава песчаноглинистой толщи в разных частях бассейна. Все более или менее крупные естественные выходы подземных вод на территории промышленного Донбасса, приуроченные к водоносным горизонтам карбона, каптированы и используются для водоснабжения. Расходы существующих источников, питаемых водами песчаников, обычно невелики (0,3—0,6 л/сек) и в редких случаях превышают 3 л/сек. Как исключение, встречаются источники с расходами более 5 л/сек, обычно приуроченные к зонам повышенной трещиноватости вблизи тектонических нарушений. Дебиты отдельных каптажей колеблются от 0,3 до 15—17 л/сек, а дебиты одиночных неглубоких колодцев обычно не превышают 1,5— 3 л/сек. Расходы эксплуатационных скважин изменяются в еще больших пределах. Наряду с почти безводными существуют скважины, дававшие при откачке 15—17 л/сек и даже более 30 л/сек. Коэффициенты фильтрации песчаников изменяются от нескольких до 100 м/сутки.
О весьма различной степени водоносности каменноугольных пород свидетельствуют и притоки в шахты. Средняя их величина составляет 75—90 м31час (20—25 л/сек), но существуют и шахты с притоками 300—400 мг/час и даже более.
Несмотря на незначительную мощность, известняки более водообильны, чем песчаники. С ними связано меньшее число источников, но расходы этих источников изменяются в более широких пределах. Большая водопроницаемость известняков объясняется их повышенной трещиноватостью, иногда закарстованностью. Крупный карст в пластах известняков наблюдается редко, но в ряде случаев при бурении, проходке горных выработок, а также при гидрогеологической съемке в известняках были отмечены большие пустоты. Например, на участке шахты «Ново-Гродовка» № 1 сильная закарстованность известняка Li препятствует разработке залегающего ниже пласта k&. Отдельные каверны
'90
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
Свита Ci2 Свита С \
В,
BiSBi Bi
B,SBZ
"в3
BsSB4 Bi
BiSBi
в,
B1SB6 B6
Br1SB1
В,
B7SBe B8
BsSBg
в,
BgSBl0
B1O Вю5Вп
Bn BnSbb 1 J>jSbb 1 bjSC,
C1 C1Sc1 C1SC2 CjSc,
C3SC4
CiSc5 C^Se6
C0SC3
C3
C3SC4
C4 C4Sc9
2
C1-ISr10
C10SC11
CiiSc1I
CC n1 S2 SCeili3 CiKSC-,
с,
CnSc15
fio SD1
Свита C4I
D1 D1SD1I D1jSDDDJ1nfn D12hSD128
D128 D128Srf2 ASD1I DiSdi dzSD\
Di5 D1SD2
D2 D,SDZ
Dz Dz' D3-SD4 Di DiSD0 D DiSDf D ,SD7' D7D-JSC1
Синонимика водоносных горизонтов песчано-
Свита C5I
Свита C1a
Свита C22
Свита C3j
Ei
E1SE,
Ei
E2SEz
Ez EsSEi
EiSE6
Eb E6SE1
E7
EjSE^
E E
3SSEEtij3
EjSEt E9
E9SEJ
EJ
EJSFi
Fi FiSFJ
F1O
FJ FJ SF^
P,2
Fi2SP13
F1S
FJ3SF, G,
FiSFt
FJ FJSFJ
F,2
FJSFJ Fa3Sfi ZiSG1
G1 G1SG1I
G11
Gi1 S ^ 1
G12
S-ISG1^
G13
G13SG14
Gi4 Gi4Sg-I2
SVSG2
G3 G2SgJ gi*Sgi* g JSG3
Gg2zGSHSf3fgJ,t° g*SGt
Cn CsiSgz g3SgJ gjSHi
Hi
/Z1Sh1 HiShJ
HJShn
H1ShJ ftJ Sh3 HzSHz
HzShi IiiSh H5SH1
HiSh6 HrSHJ hjSH,
H1Sh7
h-,SH? H5lShli HsSHJ HJSHil
HbSHJ
HJ HJShlo
HwSh11 HnSh1J HnSI !
и каналы имеют ширину в несколько метров, а высота их равняется мощности известняка (около 3 м).
Карстовые полости иногда выполнены глинистым материалом разрушенных сланцев и охрой, которые выдавливаются в горные выработки. Встречаются и открытые каналы, по которым циркулирует вода.
При вскрытии известняков горными выработками иногда наблюдаются очень большие кратковременные притоки (свыше 500 ж3/час), а в исключительных случаях даже 2500 м3/час (из известняка M5 в шахте «Ломоватская Южная»).
Коэффициенты фильтрации известняков выше, чем песчаников. Установившиеся дебиты скважин, вскрывших отдельные пласты известняков, обычно невелики, изредка достигают 3—6 л/сек. Какой-либо чет-
ХАРАКТЕРИСТИКА ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
91>
глинистой толщи донецкого карбоиа
Свита Cia Свита Cj3
Свита C62
Свита C72
Свита C13
Т а б л и ц а 10
Свита C23
Свита C33
h I1SI,
I2" I2SI2I I21SZI2,13 I23SI2i314 I1iSi1^ i,bSh
/3 IzSi2 ZZ122SSZZ2212
iIsiSShi31 Z3ISZ4I
Z1'SV3Z32SAT1
K1 K1Sk1 /S1Sfe11 K11SK2
Ki
К,
/C3SAr2I /SKi21sS1 fe,2
/S3SZs3I
Ki k^Ski
Kb ktSk41
k^SKb
Ко
KeSkiI
WSkb
A5Sf
t
1 5
kb2Sk6
kbSK7 Ki
K7Sk7 It7Sk71 /s7i.SV ZS72SZC8
KtSKk873 k73SKo
Kv
K9Sk7* k7*Skf> Zt1^Sk8
kgSL j
L1 L1Sl1 II111SSIl12 1 I,SlA 1,1 Sh kSlt
L, I4hSUb
IiSlb
LvSh
W Lb
L&Sh IQSL7
L7 LI11SSlli11 hSh1 Z81SAf1
M1 MSm1 OT1SZW11
M11 /K1M1S12M2
M2 M2Strin tthSMs
ZW3 MiSmz m3SM4
M1 MiSml
M41 Af41SOT4O
мг M42Sm41 OT41SAf5
M5MSms i3 OT44SAf6
Afe M6Smb OmTb5S1Smm*3}2
Af7 M1SM71
M71 M71Sm60 OT6OSOt6I OOTT0621SSOOtT0S62 OT01SOtj
Af1 OT7Sm3
MkASfml os1 OT81SOT0 OT9SAF101
AF101 AF10LSAF102
Afio2 AF10SSIV1
N1 N1SNi1 N11NS1N1 1Z ZV1N2S1Z2 Z1S ZV13SiV14 ZV1N4S1Z* V1S
N1 N1sSN16
N1e ZV16Sre1 H1Sn11 H11SN0
No N2SNo1
N21 " ZV21SZV31 ZV31SZV,2 ZV32SZV4
ZVN4Si ZV41 ZV41SZV5
N5 NbSO1
Oi O1SO1'
Ot' Oi1SO2
O2
O2SO3
O3
O3SO4
O4SO41
O
1 4
O41SO43
O4
3SO
4 4
O44SO45
O45SO4"
O46SO5
O5SO0
O6 OrSO7
O7
O7SP1
Pl Л SPi1 P1'SP,
p,
P2SP3 P3SP4 PiSP5 PiSpl PiSPb
PeSP7 P7SQ1
кой закономерности в степени водоносности песчаников и известняков на площади бассейна не наблюдается. Однако, как правило, максимальные расходы имеют скважины в Красноармейском районе, что объясняется благоприятными условиями питания водоносных горизонтов карбона за счет повсеместного подпитывания их из обводненных полтавских песков. Шахты этого района также отличаются наиболее высокими притоками.
Циркуляция подземных вод в известняках и песчаниках происходит в основном по трещинам. Пористость песчаников и известняков обычно мала и зависит как от степени метаморфизации пород, так и от состава цемента. Например, песчаники в районах распространения углей марок А и T имеют пористость 0,1—4,6%, в среднем около 2%,
i т?
I
а г к KW-K^ilrHJ1-T
< fr
S Ы
L I I • R L—- : „:.—-1 N
: L-, I—
! it i "."^ Г Н - H l l KVn N - H ^ i i i
I-
гт~п—I/. 1I J!!I: Ii
M
[Tl
LD
г• _
t- • —<
Щ Ei Й . - ^ — К -5 Ft * щ g. M i ;i я £ fTllrWr
.S и • Il I: i !
-V • Л
•к
3-
a:
-iT та" =S"
Ssr
гХ-
M H Г1. S
S-
1S
R
1 R
г=
S
т
ш Ш
^S S ; &
г ;К
IHHr-шд^ш
т
c\ \
О"
Ш —з-
га
п
в а
»15
-H
1 S 1 Й.
т ~ 1 в.
S^l сё
л?
h i l i n t IV и V П в I f r A ^Vj
"гSуT .
Ь^УуопП л
^ ЦТ" S =S »
s i m g I^1'' о» ZX—f,?-" -f-?*
И гЫ
nX"Jli_4i!.L.J_i к
А
H
• й-
Hn
V,)V д
i m i - m i ад
KHiflHil W H H
Г 6=
[1]
гш
Il IP i
И
И
L
Щ= j I1 Z J m M K j Z J U K
Jfi
ж
J'
KVtf IvHx
--T ,=¾'
!),-•/ SH
Л
N1
T тт
-г\ L-O E f ^ ? .
JZZ
и>
f- ' - T ^ ж
^
n
7— «='
Sл 4
j
I
k
/ Ts-. j 1 Lii_=i_'
3W
TT-J Fr H H
тип
TT-t^
I H
ш а
fer'iS S • РЧ
Ps
B-J.
s "щ §S i: а
Б s
1 - — --S
J- E4
Г М! -П T^T т
JJ
ВТ -Л
--П.
MH T\
-
T
T
- JX
ИI ;
5
'f гптт] -Li'и S SUUL—iiiii
iWt
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
95>
в районах средней метаморфизации (угли марок, Ж, К, ОС) — 1 —10%, в среднем около 5%. При этом величина проницаемости не вполне соответствует пористости, так как значительная часть пор бывает закупорена цементом. Только в районах низкой метаморфизации песчаники имеют высокую пористость (6—36%), которая обусловливает иногда значительную водопроницаемость даже нетрещиноватых песчаников. Так, коэффициент фильтрации в образце нетрещиноватого пористого песчаника USLly отобранного из ствола шахты 105 «Подземгаз», был равен 1,5 м/сутки. Однако песчаники, имеющие высокую проницаемость по порам, чрезвычайно редки. Пористость известняков значительно ниже, чем песчаников (для известняков средней степени метаморфизации 0,6—5,2%, в среднем 3,5%), а в антрацитовых районах известняки обычно массивные или обладают ничтожной пористостью. В зоне выветривания, естественно, пористость песчаников и известняков более высокая, но и здесь она не так сильно влияет на водопроницаемость, как трещиноватость. В основном водопроницаемость обусловлена тремя почти взаимно перпендикулярными системами трещин, ориентированными примерно одинаково во всех породах, слагающих определенный участок: а) по напластованию; б) перпендикулярно напластованию, в направлении простирания (при пологом залегании пород — почти вертикальные) и в) перпендикулярно напластованию, в направлении падения пород (почти вертикальные). Поскольку простирание пород большей частью соответствует основному направлению складчатости Донбасса, то эти системы трещин имеют региональный характер; трещины второй группы простираются в направлении с ЗСЗ на ВЮВ — параллельно Главной антиклинали, а третьей — перпендикулярно главной оси бассейна — с ЮЮЗ на ССВ. На эти три основные системы часто накладываются трещины других направлений, особенно в полосах мелкой складчатости и районах, сильно осложненных разрывными нарушениями, причем эти трещины могут быть выражены даже более явно, чем основные. Обычно в таких случаях преобладающими являются также почти вертикальные трещины, направленные вдоль и перпендикулярно местному простиранию пород.
Наибольшая густота трещин наблюдается в углях и глинистых сланцах (расстояние между трещинами иногда меньше 1 см). В песчаниках расстояние между основными трещинами отдельностей возрастает с увеличением крупности зерен от 10—15 см (в мелкозернистых разностях) до 3—5 м (в крупнозернистых и конгломератовидных). Расстояние между трещинами по плоскостям напластования обычно значительно меньше. В плитчатых мелкозернистых песчаниках трещины по напластованию располагаются на расстоянии 1—3 см, тогда как расстояние между перпендикулярными им трещинами достигает 10—25 см. Высокометаморфизованные глинистые сланцы (шиферные) разделяются на тонкие плиты площадью около 1 м2.
Существует мнение о том, что с глубиной степень трещиноватости уменьшается и на отметках 500—600 м она практически исчезает. Независимо от генезиса кливажа (эндогенный или экзогенный, по Г. А. Иванову, 1939), трещиноватость образуется на значительных глубинах в обстановке больших вертикальных нагрузок. На глубинах 4—8—12 тыс. м породы находятся под давлением 1000—2000—3000 ат И представляют собой пластичную массу, передающую вертикальное давление как гидростатическое во все стороны. В такой обстановке В процессе диагенетических изменений, а также перемещения массивов Пород под влиянием боковых тектонических напряжений могут образовываться только закрытые («скрытые») трещины, что объясняется боковым расширением пород под влиянием вертикальной нагрузки. При
'96
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД
ДОНБАССА
ПРетарволпоавглроавдссмкиоиеМ
C1SCs
E5Sf7
E4Sft Z
E3SE„
DUjfВдСлЛоЧеЬкЯа Easf1 Э ' ,
FtSfj,
EiS [, Фч EeSEj EjSf8 E8Sf,Qk E6SEf 5 ¾
, . E1Sfi
№
f2Jf,
FLSFI
богоявления
EECEfE«s|SS1jsSSEfSES«fs/s3ct1^
FEi
CtSCr
CSl C6
C1SCi C2SC3 с, SE;
ClрSFка,льммFпус,
EeSE| C1SCs
«мв^о^з а С,SF
'sSf,
E4Sfj
E1SF4'
C,SC/
600
CpSC3 800
1000I 1г С З
1200
1300
1400
уменьшении давления вышележащей толщи пород в результате поднятия к поверхности проявляются упругие свойства пород, происходи? их расширение в вертикальном и уменьшение размеров в горизонтальном (в плоскости пласта) направлениях, вследствие чего ранее скрытые трещины раскрываются в зависимости от разности начального и конечного давлений. На самых верхних горизонтах происходит дополнитель-
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
97>
йгрСауфачмаесбнтеокнвиссккииии и
EgSFl
E3SCi
Поисковые ллрщади
Краснопоповскии Гречишкинская Городыщенская
F, ш fs
IJTT^
F=I F
E7SEb E9
E6Sf1
fE, 6
-I L-
EiSEs
Е,
а f/
EiSf6
E3SE1, f,
E SE3
Р и с 19 Сопоставление водоносных горизонтов свиты Cl5
/ — известняки 2 — песчаники, 3 — аргиллиты алевролиты
но расширение трещин в результате выветривания, распространяющегося на очень небольшую по сравнению с мощностью отложений глубину
В сильно метаморфизованных каменноугольных породах трещиноватость выражена более отчетливо и, по-видимому, густота трещин является большей Точных данных об объеме (или проценте) трещино-
! 1ш
шш
.11¾ Sг „ ""ДTJ Ж H
81 ^
шш Z I
Ll L l M I
ИГ" W Ц
—g
Ш —
1111¾¾¾!
С. _£Г -
iiiF
giwi
Я
-тпт
Ik
I • 5
s
s
ИГ
J
Er S
I 1
5 S
r==
1S ; J=
^3 7 - i
1 aH&
ffl • • m ш
\хпш\
т
ып iiiihfe
ш
_]) ИHrIHH H>1HШH I tПLl]
'IHV \
TWT
Lj 1-iMT I SEi ii А -Sf
№ Ц>
-V
-V• » MWVjlt i M .J•i У>$ -S
-•-- f iv-SvT> H t l l^..ir^ r •• •
I) O W"o
л•• -
J•=
^..N
.
л ¥ Ш.-- ) Ш
IIIй
d- 1,1 :
--"-V л-- -V "-':"• "Sr'' •
'=1 3- IV- •
. I'i- -J-
-,н у>'Л V- ' ;j —:—T^t
Sio^ ^ ' Ш П П ^ У ; t p ^ Q
.
' .
:
. ., • Л V
"1-
'Г.- Ii =
' • v-?* :: ' - -v.—-и\, -м'
3¾
it
•
M1-
X \
-
SKijiNAHi :
•S-j
V
;
И
fit
-Sfr- sn
^J L^ J
H -- "i=
HV \
S
As ^ H i
S i; L f A
1 v; M S-
-- -
^-T-
-
~
••—
- ••
-
-
ц -
TT
-- •
-- - • • -
.
-.-.
---
ХяШ^ЕШ^хШ.
-
•:
•
- - v-
m—
Ш S-
Щ
-
.
~ж
V
Il
•• a
Tr
'100
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
ДОНБАССА
ватости не имеется. Известно лишь, что ширина трещин в мелкозернистых песчаниках меньше, чем в крупнозернистых.
До сих пор считалось, что крупнозернистые песчаники более водоносны и вскрывшие их скважины должны давать большие расходы. Систематизация большого числа данных показывает, что зернистость песчаников карбона не является главным фактором, определяющим степень их водоносности: во многих случаях большие дебиты скважин
Участок
м Золотом Колодец
Or
iQ,
P1SQ1
100 - W
Участок Очеретинскии
Донецкомакеевским
PrSQ,
P6SP7'
PsSP,
Восточное «рыло Лисичан Центральный Бахмутской котловикы ский
PjSQl
PSQ1
От
P6SP7
р>
PsSP1
PtSP7
P6
РЛ
Гацинскии
PrSQ, P6SP, P5SP6 P4SP5 P3SPi
200 "P4SP6
300
P5SpJ
•400
500 P2SP3
600 .P1SP,
700
800
P4Sp6'
P4S%
P5
Pil P4SP5
P5Sp4
рг W > с
<о
PlSPi
P4SP5 P3SP4 P2SP3
P1SF'г
РЛ•
PiSPe
P5Sp4'
P5Sp4
P4SP5
P4SP5
P4SP4'
P3SPi
P3SPi
Pt P1SP3 P',SP2
P11 P1SP1'
P2SP,
PlSPl
Pl P1SP',
PsSpi Pi PiSPs
P2SP3
900
Э' О
ЕЗ^
Рис 29. Сопоставление водоносных горизонтов свиты Сз3
/ — известняки, 2 — песчаники, 3 — аргиллиты, алевролиты, 4 — угли нерабочей мощности
были получены из мелкозернистых, иногда даже тонкозернистых песчаников. Представление о высокой водообильности крупнозернистых песчаников основывалось на том, что в них должны существовать крупные трещины, содержащие большое количество воды и легко ее отдающие. Однако вероятность встречи скважинами таких зияющих трещин невелика, тогда как при перебурке мелкозернистых песчаников скважины наверняка встречают не одну, а много трещин, отстоящих друг от друга на небольших расстояниях.
Обычно гидрогеологические скважины, пробуренные с целью водоснабжения, вскрывают самую верхнюю от поверхности зону пород (до 100 л ) , в которой наиболее интенсивно протекают процессы выветривания. Результатом выветривания может быть набухание и разрушение глинистого цемента песчаников и полное или частичное заполнение
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
100>
крупных трещин продуктами разрушения (песком и глиной), вследствие чего трещины оказываются малопроницаемыми. Аналогичное явление может происходить и в песчаниках на известковистом цементе Кроме того, в результате набухания глинистого цемента порода может расширяться и закрывать трещины отдельностей. Явления эти не могут происходить в песчаниках на кварцевом цементе. Поэтому одним из основных факторов, определяющих степень водоносности (водопроницаемости) песчаников, является состав цемента.
Наибольшая степень трещиноватости, а следовательно, и наибольшая водоносность пород карбона наблюдаются в зонах тектонических нарушений как пликативных, так и дизъюнктивных. Повышенная трещиноватость отмечается в местах резких перегибов пластов. Трещины смещения надвигов обычно закрыты или заполнены перетертым слабоводопроницаемым материалом и в большинстве случаев не водоносны. Трещины сбросов чаще бывают открытыми, зияющими, а поэтому нередко они водоносны.
При пересечении горными выработками трещин сбросов часто наблюдаются обильные притоки (100— 200 м3/час, а иногда и более). После вскрытия такой трещины приток быстро уменьшается в 5—10 раз по сравнению с первоначальным, а иногда вовсе прекращается. Большие стабильные притоки бывают в тех случаях, когда через трещину сброса происходит дренаж нескольких водоносных горизонтов.
Ближайшая к плоскости надвига или сброса зона пород часто также характеризуется повышенной трещиноватостью и водоносностью. Иногда по одну сторону нарушения породы не обладают значительной трещиноватостью, но по другую трещиноваты и сильно водоносны. Горными выработками вскрыто много нарушений, отличающихся повышенной водоносностью в зоне интенсивной трещиноватости, примыкающей к основной плоскости смещения, но сами трещины смещения оказывались безводными. В этих случаях нарушения (преимущественно Надвиги) служат водонепроницаемым экраном, разобщающим водоносные горизонты на отдельные блоки.
Многие источники приурочены не к какому-либо определенному водоносному горизонту, а к выходам нарушенных пород. Большинство скважин, имеющих высокие дебиты, вскрывают трешиноватые зоны нарушений. В результате специальных работ и бурения установлено, что гидрогеологически активными являются трещины вертикального направления (рис. 30). Во многих разведочных скважинах наблюдалось полное поглощение промывочной жидкости или происходил самоизлив воды в интервалах, где по керну были отмечены вертикальные трещины.
Зоны повышенной трещиноватости, связанные с тектоническими нарушениями, накладываются на сравнительно равномерную сеть тре-
'102
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
щин кливажа, нарушая общую закономерность уменьшения трещиноватости с глубиной. Некоторые скважины, пересекшие нарушения на глубинах более 500—600 м, давали значительное количество воды. Несмотря на то что степень водоносности уменьшается с глубиной, трещиноватость в каменноугольных породах полностью не исчезает. Так, при проходке клетевого ствола шахты «Ново-Центральная» приток из водоносного горизонта H5Sh7 в интервале 752—780 м достигал 18,4 м3/час; из скв. 2316 в районе ст. Ханженково в течение ряда лет наблюдается самоизлив с глубины 673,5 м (горизонт M7Sm6°) в количестве 16—18 мъ\час\ на участке «Ветка Глубокая» в скв. 3463 фильтрующий горизонт отмечен в песчанике KiSki на глубине 970—1028 м; при откачке с понижением на 35 м был получен расход 0,54 мй/час.
0 проницаемости пород песчано-глинистых отложений на больших глубинах указывает и явление миграции воды через донные части Чистяковской мульды и Ворошиловградской котловины.
Глинистые и песчано-глинистые сланцы (аргиллиты и алевролитовые сланцы) не всегда водонепроницаемы. Ниже зоны выветривания сланцы действительно можно считать водоупорами, разделяющими слои водоносных песчаников и известняков. Однако в зоне выветривания и в зонах тектонических нарушений из этих пород в скважины поступают воды с расходом до 10—15 мъ\час. В антрацитовых районах, например, все породы, в том числе и сланцы, трудно поддаются выветриванию. На глубине нескольких метров глинистые сланцы имеют тонкоплитчагую отдельность, образуемую хорошо заметными, ничем не заполненными трещинами. Водопроницаемость такой породы бывает значительной.
В антрацитовых районах имеется много источников, приуроченных к выходам глинистых сланцев. Ниже зоны выветривания сильно метаморфизованные сланцы могут быть также водоносны, если они находятся в зонах тектонических нарушений. Иногда и в районах распространения низкометаморфизованных пород сланцы обладают заметной водопроницаемостью.
Большая водопроницаемость некоторых сланцев в Центральном Донбассе была отмечена по данным нагнетаний, причем удельное водопоглощение в глинистых сланцах изменялось от 0,1 до 1 л!мин на 1 пог. м скважины при давлении 1 ат. Таким образом, в зоне интенсивного выветривания, распространяющейся в разных районах бассейна на глубину от 35—40 до 100—110 м, не существует разобщенных сланцами водоносных горизонтов в песчаниках и известняках, и всю зону выветривания следует рассматривать как комплекс перемежающихся, наклонно залегающих пластов с различной водопроницаемостью. Различие в составе пород, распространенных на участке, почти не влияет на направление грунтового потока, и гидроизогипсы на картах проходят почти параллельно друг другу, хотя и пересекают выходы как песчаников, так и сланцев.
По мере погружения водоносность сланцев уменьшается, ухудшается гидравлическая связь между основными водоносными горизонтами (песчаниками и известняками), приобретающими напорный характер. Таким образом, вся огромная толща песчано-глинистых отложений карбона представляет собой комплекс напорных водоносных горизонтов, в верхней части сообщающихся и представляющих собой единую водоносную зону со свободной поверхностью.
Разнообразие геологического строения, условий залегания, питания и дренирования обусловили очень пестрый состав и минерализацию подземных вод карбона. Для вод поверхностной зоны наиболее открытых районов Донбасса в западной части полосы распространения ан-
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
103>
трацитов (Чистяково-Снежнянский, Боково-Хрустальский, ДолжаноРавенецкий и смежные с ними районы) характерны низкая минерализация (до 1 г/л) и гидрокарбонатно- и гидрокарбонатно-сульфатнокальциевый или кальциево-натриевый состав.
В окружающих наиболее открытую часть бассейна районах, где возрастает мощность четвертичных отложений, а площадь выходов карбона на дневную поверхность уменьшается, наблюдается постепенное увеличение минерализации до 2—3 г/л, воды приобретают сульфатныйили сульфатно-гидрокарбонатный-, реже сульфатно-хлоридно-натриевокальциевый состав. К периферии бассейна по мере увеличения мощности покрывающих карбон отложений происходит переход к хлориднонатриевому типу вод с минерализацией до 40—50 г/л, даже в самой верхней части каменноугольных отложений, залегающих на глубине до 100 м (район Новомосковска). Изменение минерализации и химического состава подземных вод с глубиной происходит в разных районах различно. В открытых районах наблюдается последовательный переход от гидрокарбонатно-кальциевых через сульфатно-гидрокарбонатнонатриевые и гидрокарбонатно-натриевые к хлоридно-гидрокарбонатнонатриевым водам с минерализацией 2—3 г/л уже на глубине 300— 400 м\ в полузакрытых районах (Донецко-Макеевский, Центральный, Алмазно-Марьевский, Шахтинский) — от преимущественно сульфатногидрокарбонатно-натриево-кальциевых через сульфатно-хлоридно-натриевые к хлоридно-натриевым с минерализацией 5—6 г/л на глубине 400—700 м.
В северных районах Донбасса, на левобережье Сев. Донца, где каменноугольные породы сплошь покрыты кайнозойскими, меловыми, а местами и триасовыми отложениями, химический состав подземных вод карбона изучен недостаточно полно. Имеются сведения, что лишь несколько севернее линии Купянск — Старобельск — Миллерово распространены воды низкой минерализации, пригодные для использования. Южнее этой полосы, а также на глубоких горизонтах воды карбона повсеместно имеют хлоридно-натриевый состав и минерализацию свыше 10 г/л. Такая же высокая минерализация вод наблюдается и в крайних западных и восточных районах.
ВОДОНОСНЫЕ ГОРИЗОНТЫ ПЕРМИ
В связи с геологосъемочными работами, поисками и разведкой полезных ископаемых, а также разработкой месторождений соли, гипсов и доломитов детально изучена стратиграфия пермских отложений в Кальмиус-Торецкой и Бахмутской котловинах. Это позволило разработать синонимику водоносных горизонтов перми (И. П. Соляков, В. С. Кравченко), как это было сделано для карбона, и дать их характеристику (рис. 31).
Пермские отложения весьма различны по распространению и водообильности заключенных в них водоносных горизонтов, что определяется литологическими особенностями их и условиями залегания. Водоносные горизонты краматорской (Pikr), дроновской (Р2dr) и песчано-глииистых толщ никитовской свиты (Pink) по составу водовмещающих пород почти аналогичны горизонтам карбона. Водоносными горизонтами здесь являются песчаники и известняки или доломиты. Максимальная трещиноватость песчаников и известняков наблюдается в зоне интенсивного выветривания и постепенно затухает с глубиной; в верхней зоне водоносные горизонты обладают свободной поверхностью и местами могут быть гидравлически связаны друг с другом через разделяющие их аргиллиты. С погружением под нижележащие аргиллиты
'104
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
и алевролиты водоносные горизонты в песчаниках и известняках ста-
новятся напорными. Иной характер имеют водоносные горизонты в хемогенной толще
перми. Пласты ангидрита, широко распространенные в отложениях никитовской, славянской и краматорской свит, не водоносны. В зоне выщелачивания, распространяющейся на глубину 30—70 м, происходит гидратация ангидритов с переходом их в гипс, который выщелачивается, становится кавернозным, часто закарстованным и вследствие этого оказывается водовмещающей породой. Вблизи дневной поверхности пласты гипса полностью выщелочены и представляют собой ча-
КРАСНОАРМЕЙЙСКс к ^ ^ у
3
оГорловка
Рис. 31. Схематическая карта распространения водоносных комплексов в
пермских отложениях. (Составила Т. Д. Найденова)
1 — площадь распространения водоносного
комплекса в отложениях
картамышскон
(Picrl н никитовской (Pink) свит; воды
преимущественно сульфатно-гидрокарбонат-
ные н сульфатио-хлоридно-натриево-каль-
циево-магниевые с минерализацией 1—3 г/л.
2 — площадь распространения водоносного
комплекса в отложениях славянской (PiSl)
сзиты, воды сульфатно-хлоридио-иатриево-
кальциевые, кальциево-иатриево-магнневые
н хлоридно-сульфатно-натриевые с мнне
ралнзацией 1—5 г/л, реже 5—10 г/л, а на
участках выходов соляных пластов — хло-
рид но-натриевые с м и н е р а л и з а ц и е й 25—
300 г/л, 3 — граница распространения во-
доносного комплекса в отложениях дро-
новской (P2di) свиты, воды преимущественно сульфатно-хлоридно- и хлоридно
сульфатно-натрнезо-кальцневые с минера-
лизацией 1—5 г/л, 4 — скважина, ее номер
сто отдельные блоки, глыбы («бараны»), промежутки между которыми заполнены глиной. В полосах выходов пластов гипса наблюдается большее число карстовых воронок; закарстованные гипсы дают многочисленные и подчас крупные источники с очень неустойчивым дебитом. Таким образом, водоносные горизонты в гипсах распространены только вдоль выходов пластов, а по падению прослеживаются на небольшую глубину (несколько десятков метров), переходя в неводоносные гипсы и еще глубже — в ангидриты. Для толщи хемогенных осадков характерно и другое явление: в зоне интенсивного водообмена происходит выщелачивание каменной соли и образование рассольного горизонта с концентрацией, близкой к предельной. В результате полного выщелачивания соляных пластов вблизи поверхности происходит обрушение вышележащих пород, в которых часто содержатся рассолы.
Явление оседания пород кровли наблюдается и в полосе выходов выщелачиваемых гипсов, но масштабы его менее значительны вследствие меньшей мощности гипсов и гораздо меньшей их растворимости.
Таким образом, в области распространения хемогенных осадков — гипсов и особенно каменной соли — прослеживаются водоносные зоны в осевших над выходами пластов трещиноватых породах, нередко по внешнему виду напоминающих брекчию. Эта «брекчия выщелачивания» состоит из обломков гипса, доломитов, иногда содержит примесь каменной соли. Цементом служат глины (аргиллиты), часто переотложенные в карстовых каналах. Для зоны выщелачивания характерны воды
ХАРАКТЕРИСТИКА ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
105
повышенной и высокой минерализации (над гипсами преимущественно сульфатно-натриево-кальциевые, над пластами соли — хлоридно-натриевые). Ниже зоны выщелачивания (ни в соли, являющейся абсолютным водоупором, ни в ангидритах) циркуляции подземных вод не наблюдается. В известняках же на значительных глубинах циркуляция вод имеет место, хотя водообильность их ниже зоны выщелачивания невелика.
Закарстованность гипсов носит различный характер и зависит от состава и чистоты породы. Иногда происходит выщелачивание гипсов до губчатого состояния (ноздреватость), нередко же в гипсах наблюдаются крупные каверны и карстовые каналы и полости неправильной формы размером в несколько метров. В верхней части карстовые полости обычно заполнены песчано-глинистым материалом.
Принятая в тресте «Артемгеология» система индексации маркирующих горизонтов перми положена в основу разработанной синонимики водоносных горизонтов картамышской, никитовской, славянской и краматорской свит. Водоносные горизонты, приуроченные к пластам известняков (доломитов), имеют индексы известняков. Водоносные горизонты, заключенные в песчаниках и гипсах, получили индексы, производные от начальной буквы в латинском начертании названия породы (Sand, gipsum), вписанной между символами ближайших маркирующих горизонтов. Так, например, водоносному горизонту пеючаника, залегающему между известняками Ri и R2, присвоен индекс PjSR2 водоносному горизонту гипса, залегающему в том же стратиграфическом интервале, — индекс RiorR2 и т. д. В краматорской свите карбонатный «пятнистый горизонт» получил индекс Ti, горизонты гипсов (ангидритов) — индексы огТ2, оТ3 и т. д. Д л я песчаников картамышской свиты, приуроченных к «серым зонам» пород и распространенных главным образом в Кальмиус-Торецкой котловине, оставлена нумерация «серых зон», предложенная Л. П. Нестеренко. Перед цифрой, обозначающей номер «серой зоны», добавлен индекс свиты. Таким образом, песчаники I «серой зоны» получили индекс Picrl, II зоны — PjcrII и т. д. Поскольку по схеме Л. П. Нестеренко каждой «серой зоне» соответствует маркирующий карбонатный горизонт (I зоне соответствует горизонт Q2, II з о н е — Q 3 и т. д.), то пласты красно-бурых песчаников, залегающих в промежутках между «серыми зонами», обозначаются символами, отражающими индексы ниже- и вышележащих маркирующих горизонтов: так, песчаник, залегающий между I и II «серыми зонами», получает индекс Q2SQ3, песчаник из интервала между II и III зонами — индекс Q3SQ4 и т. д. Всего в картамышской свите выделено 23 водоносных горизонта, в ликитовской— 18, в славянской — 16, в краматорской — 5. В табл. 11 перечислены водоносные горизонты каждой свиты (основные горизонты выделены жирным шрифтом). Сопоставление разрезов всех свит с обозначением водоносных горизонтов приведено на рис. 32—36. Выделенные в качестве водоносных горизонтов пласты гипсов (ангидритов) являются потенциально водоносными, так как «могут содержать гравитационную воду только в зоне выветривания
Фактические данные о водоносности отдельных горизонтов перми приведены в каталоге скважин, (рис. 32—34 см. вкладки).
С в и т а Pjсг — к а р т а м ыш с к а я (клиновская, «медистых песчаников») сложена чередующимися аргиллитами, алевролитами, песчаниками, пластами доломитов, известняков или доломитизированных известняков. Песчаники в Бахмутской котловине чаще мелкозернистые, в Кальмиус-Торецкой — крупнозернистые. Мощность их обычно небольшая (несколько метров), иногда достигает 25—30 м и очень редко 75—100 м (суммарная мощность шести сближенных пластов). Извест-
'106
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
Т а б л и ц а 11
Синонимика водоносных горизонтов нижней перми (по свитам)
Картами ш екая P1Cr
Никитовская P,nk
Славянская PlSl
Краматорская Piftr
Q1SQ2 P1CrI Q2SQ3
P1CrII
Q3SQ4 P1CrIII Q4SQ5 P1CrIV
Q5SQa P1CrV
Q6SQ7 P1CrVI Q7SQ8
QB Q8SQ9
Q9 OgSQ1O
Q10 Q1OSQ11
Qn Q11SQi2
Qi2 Qr-SR1
R1 RiGR2 R1SR2
R2 R2GR12 R2SR<2 R1R2G12 R3 R12SR3
R3 R3GR4 R3SR4
R
R4 4GR
1
4
R4SRi4
Rh
R41GS1 R14SS1
S1
S1GSi1
S
1
S11 1GS
2
Si1SS2
S2 S2GSi., S»SS1 ,*
Slo "
S21GS3 S3
S3GS4 S3SS4
S4 S4Gnr S4Snr
T1 gT2 gT3 gT4
gT5
няки и доломиты имеют обычно мощность в несколько десятков сантиметров, но часто состоят из нескольких сближенных пачек общей мощностью до 3—5 м, разделенных прослоями аргиллитов. Наиболее выдержанные доломиты и известняки, приуроченные к верхней части свиты (от Q7 и выше), почти повсеместно распространены в северной части площади. Наибольшее количество песчаников наблюдается в Кальмиус-Торецкой котловине, где они являются выдержанными и мощными горизонтами. Часто эти песчаники представлены грубозернистыми разностями, иногда сменяющимися конгломератами. Песчанистыми разностями обогащены и «серые зоны», к средней части которых обычно приурочены карбонатные прослои. К северу мощность «серых зон» и содержащихся в них песчаников уменьшается.
Подземные воды заключены главным образом в песчаниках и известняках (доломитах). Водоносные горизонты свиты изучены очень мало только на нескольких участках в Кальмиус-Торецкой котловине, а также по ограниченному количеству данных о притоках в выработки доломитовых шахт в Бахмутской котловине. Горизонты песчаников картамышской свиты питают источники с небольшим дебитом, изредка до 3 л/сек, дебиты скважин не превышают 8 л/сек при понижении на 14 м, а в большинстве случаев составляют 0,6—1 л/се к. Известны практически безводные скважины. Дебиты скважин, вскрывших водоносные горизонты в известняках, обычно не превышают 1—2 л/сек. Притоки воды в доломитовые шахты колеблются от 1 до 35 мг/час.
Химический состав вод картамышской свиты отличается пестротой. Наряду с минерализованными водами хлоридно-сульфатно-натриевомагниевого типа с сухим остатком до 5 г/л, а иногда и более встречаются низкоминерализованные гидрокарбонатно-сульфатные И сульфатно-гидрокарбонатно-натриево-кальциевые воды с сухим остатком 0,3—
• 1'"J3J:. !1) |JIаj J 1J11 J5? j: -- 1 --, 5.- Ы а sl:—! J-
OtJ
ED ГчЗ И
" LD
^ S •:
гж
^r., ^
; :• ;
'::
•
: 'ХШу!
I ШЕЛшиш
ы
hXt ! : ^
!
Г!
я ш
11
— щ S ^ J5
I 1
I ш
i
S ш
S
l
1- ^ tfc?I
I i
II
s
—
i
s
S ^
^=. =IR
щ S- I l
1 J
'
=
д.
cS s
Г! П-ВЕз^ИЗ.
шшм Iu-rMHi -111
11ГП1
"7jШi-ЯГЁ-Т-Тif1Г,!ТJШJ (ТH IHinI; ! р в UPHTfil!
•
гагт^тгаттттшж! "rrJ J hj '^ШИВЖУНГКГ.Н1ШF 1 шаш m
• ш
Btlltl S i S W а"
HB
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
109>
1 г/л. Преобладают сульфатно-гидрокарбонатные- и сульфатно-хлоридно-натриево-кальциевые воды с минерализацией 1—3 г/л.
С в и т а Pi^fe — н и к и т о в с к а я сложена чередующимися слоями аргиллитов, песчаников, ангидритов, гипсов, каменной соли, доломитов и известняков. Водоносные горизонты приурочены к известнякам (доломитам), песчаникам и гипсам. Наибольшие мощности пластов доломитов и песчаников наблюдаются в юго-восточной части Бахмутской котловины (Никитовское месторождение). К северу происходит постепенное уменьшение их мощности и выклинивание более тонких пластов.
Водоносность отдельных горизонтов свиты изучена слабо. О степени водоносности гипсов можно судить по данным откачки из скв. 44 в долине <р. Бахмутки (горизонт T?4oSi), давшей 0,7 л/сек, без видимого снижения уровня. Водоносные горизонты известняков и песчаников питают ряд источников с дебитом, редко превышающим 0,3—0,6 л/сек. Отдельные скважины, вскрывшие доломиты (Яз и Ri), давали самоизлив с дебитом до 10 л/сек (скв. 1617 в долине р. Сухой Плотвы). Притоки из разрабатываемого пласта доломитов R2 в шахту «Большая Гольма» составляют 28—50 мъ/час.
По составу подземные воды свиты пестрые. Наряду со сравнительно низкоминерализованными водами в песчаниках и доломитах, главным образом сульфатно-натриево-кальциевыми, встречаются хлоридносульфатно-кальциево-натриевые воды с минерализацией более 5 г/л.
С в и т а P1S/ — с л а в я н с к а я (артемовская, соленосная) изучена значительно полнее в Бахмутской и в меньшей степени в Кальмиус-Торецкой котловинах.
Песчаники в свите имеют небольшие мощности — 2—5 м, максимально до 20 м (S4ST1), они распространены преимущественно на склонах антиклинальных поднятий. Известняки и доломиты достигают больших мощностей (группа из нескольких пачек известняка S 2 — до 10,8 м, S3 — до 30 м), мощность пластов гипса колеблется от 15 м ( S 2 ^ S 3 ) до 17 м (S1OrS2). Пласты соли имеют мощности порядка 40—50 м и нередко эксплуатируются (Подбрянцевский, Брянцевский и Надбрянцевский пласты разрабатываются шахтами на Артемов'ском месторождении и методом подземного выщелачивания на Славянско-Райгородском, группа менее мощных Карфагенских пластов разрабатывается методом подземного выщелачивания на солепромысле Новый Карфаген). Гидрогеологические данные по славянской свите в основном и относятся к участкам соляных разработок. Большой удельный вес соли и гипсов в славянской свите обусловливает наличие широких полос выщелачивания и связанных с ними рассольных горизонтов. Трещиноватость в этих полосах, осевших над выщелачиваемыми пластами вмещающих пород, определяет, по-видимому, хорошую взаимосвязь подземных вод в зоне интенсивного водообмена. Дебиты скважин на участке Славянского рассолопромысла составляют 28—55 л/сек. Эксплуатировавшийся здесь до 1961 г. рассольный горизонт залегает в трещиноватых гипсах, подвергшихся интенсивному выщелачиванию. Большой рассолозабор на Славянском участке активизировал развитие как соляного, так и гипсового карста и вызвал просадки и провалы поверхности в г. Славянске.
Очень высокие притоки рассолов были отмечены также в некоторых шахтах Артемовского месторождения. Так, в главный ствол шахты № 2 им. Артема, вскрывшей рассольный горизонт на глубине около 100 м. приток составил 26—70 л/сек. Поэтому шахта была законсервирована. Расходы скважин, вскрывших воды в гипсах, достигают 5,5 и даже 9 л/сек, но нередко гипсы практически безводны. Это имеет место
'110
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
ниже зоны выщелачивания, определяемой глубиной растворения соляных пластов, а в пределах самой зоны выщелачивания наблюдается на тех участках, где выщелачивание уже в основном завершено и осевшие породы уплотнились.
Пермские известняки, обычно расщепляющиеся на множество пачек, слабоводоносны. Наибольшей водообильностью отличаются они в верхней, сильно трещиноватой и закарстованной зоне, обычно до глубины 50—70 м. Максимальные притоки в скважины достигают здесь 48,5 л/сек при понижении на 5,8 м Ниже зоны выщелачивания соляных пластов известняки безводны либо характеризуются сравнительно невысокой водообильностью; приток из известняка S3 составлял 0,06— 0,4 л/сек. Это единственный случай, когда подземные воды в известняке встречены ниже зоны выщелачивания соляных пластов Необходимо отметить, что известняк S3 является уникальным среди пермских известняков как по мощности (до 40 м), так и вследствие повсеместного распространения
По химическому составу воды, заключенные в известняках, мало отличаются от вод в горизонтах гипса. В зависимости от местных условии они могут быть насыщены хлористым натрием почти до предельной концентрации либо оставаться сравнительно мало минерализованными (от 3 до 15 г/л) и иметь сульфатно-хлоридно-натриево-кальциевый со став. Песчаники приурочены главным образом к верхней части славянской свиты Они распространены на незначительной площади по бортам котловины и в большинстве своем являются мелкозернистыми, глинистыми и слабоводоносными Подземные воды в песчаниках также пестрые по составу и минерализации, что зависит от наличия или отсутствия вблизи них легкорастворимых пород Изредка в песчаниках встречаются гидрокарбонатные- или гидрокарбонатно-сульфатно-кальциево-натриевые воды с минерализацией до 1 г/л
С в и т а P1Cr к р а м а т о р с к а я представляет собой верхнюю часть разреза соленосной толщи Площадь распространения ее пока не установлена, так же как и полная мощность Сложена она преимущественно каменной и калийной солью, алевролитами и мелкозернистым!! песчаниками и включает несколько пластов гипса (ангидрита) Все породы сильно засолены
О водоносности отложений краматорской свиты данных почти не имеется Судя по литологическому составу, потенциальными водоносными горизонтами могут быть пласты гипсов (ангидритов) и песчаники Основные из них — известковистый засоленный песчаник T1 мощностью 8—40 м и пласты гипса (ангидрита) оТ2, оТ3, 0Т4 мощностью 2—10 м Эти водоносные горизонты могут проявить себя лишь в пределах зоны выщелачивания. Дебиты скважин, вскрывших водоносные горизонты (преимущественно в песчаниках) краматорской свиты в зоне выветривания изменяются от 0,3 до 27 л/сек при понижениях соответственно 44 и 8,7 м
По составу воды преимущественно хлоридно-сульфатно-натриевомагниевые с минерализацией 1,6—4 г/л, часто встречаются хлориднонатриевые с минерализацией до 300 г/л, изредка сульфатно-гидрокарбонатно-кальциевые и натриево-кальциевые с минерализацией 1,2—2,7 г/л
С в и т а P^dr д р о н о в с к а я («песчано-конгломератовая») по литологическим признакам разделяется на нижнюю — песчано-глинистую и верхнюю — песчано-конгломератовую толщи. Каждая из них имеет свои гидрогеологические особенности.
Песчано-глинистая толща P2dr сложена преимущественно алевролитами, аргиллитами и в меньшей степени мелкозернистыми песчаниками Песчано-конгломератовая толща P2^r2 представлена в основном
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
111>
песчаниками и конгломератами; аргиллиты и алевролиты играют резко подчиненную роль. Конгломераты состоят из слабо окатанной гальки известняков и кремня размером до 10 см, сцементированной песчаноглинистым карбонатным цементом. Всего в разрезе толщи P2Cfr2 насчитывается до 4 конгломератовых прослоев. Мощности их достигают 2—3 м и более. Песчаники обычно мелко- и среднезернистые, глинистые, часто известковистые. Аргиллиты и алевролиты встречаются в виде отдельных прослоев мощностью до 10—15 м. Благодаря обилию грубообломочного материала толщу следует рассматривать как более перспективную в отношении водоносности, чем толщу P2Cfr1. Выделить отдельные водоносные горизонты не представляется возможным, поскольку выдержанных по площади водоупоров и хороших маркирующих горизонтов в дроновской свите не встречено.
В гидрогеологическом отношении свита P2dr изучена очень слабо. Имеющиеся данные получены в результате съемки и небольших гидрогеологических исследований в Бахмутской котловине (район ст. Деконской), а также в процессе эксплуатации и изучения гидрогеологических условий Артемовского месторождения каменной соли. Данные о притоках в стволы шахт приведены в табл. 12. Дебиты обычно не превышают 0,3 л/сек и лишь в редких случаях достигают 0,6 л/сек.
Т а б л и ц а 12
Сведения о притоках воды из дроновскнх отложении в стволы соляных шахт
Шахта
Глубина поступления воды,
M
Величина
пмр3и/чт оакса ,
Формула Курлова
Жесткость,
мг-экв
Дата
обсле-
дова-
ния,
год
№ 1 им. Свердлова, гл. ствол
№ 1 им. К. Либкнехта, гл. ствол
7—82 6,0
№ 3 нм. К. Либкнехта, гл.
ствол
• 11,1
№ 2 нм. К. Либкнехта, гл.
ствол
38,3
им.
Володарского
гл.
ствол
35,3
То же верт. ствол . . . . 16,0
Капеж
Приток очень слабый 0,2
10,0
1,6 2,0
1936 1936
Cl 88 S O 4 1 0
74
JD-' Na 72 Ca 18 Mg 10
1929 1958
..
Cl 48 S 0 4 4 4
4'3 Ca 39 Mg 32 Na 28
45,4
1936 1958
Вскрываемые скважинами и шахтными стволами воды имеют повышенную минерализацию, их сухой остаток в большинстве случаев изменяется от 2 до 16,2 г/л и почти никогда не бывает менее 1 г/л. По химическому составу воды относятся в основном к сульфатно-хлоридноили хлоридно-сульфатно- либо сульфатно-гидрокарбонатно-натриевокальциевому и хлоридно-натриевому типам.
Естественные выходы подземных вод дроновской свиты в виде источников отмечены в Бахмутской котловине на Славянском поднятии (дебиты 0,5—1,7 м2/час) и в северо-восточной части котловины у с. Дроновки (сотые доли м3/час). Воды источников отличаются невысокой минерализацией (0,5—1,4 г/л) и имеют гидрокарбонатно-сульфатнокальциево-магниевый состав. Колодцы, использующие воды отложений дроновской свиты, зарегистрированы на Славянском поднятии и на
'112
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
крыльях Бахмутской котловины. Минерализация вод в колодцах колеблется от 0,8 до 5,9 г/л, по химическому составу воды сульфатно-гидрокарбонатно-натриево-кальциевые или сульфатно-хлоридно-кальциевые.
В северо-восточной и восточной частях Донбасса водоносность пермских отложений не изучена.
ВОДОНОСНЫЙ КОМПЛЕКС ТРИАСОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
Водоносный комплекс, приуроченный к триасовым отложениям, широко развит на северо-западных окраинах Донбасса, в Бахмутской и Кальмиус-Торецкой котловинах. Триасовые отложения здесь отсутствуют лишь в сводовых частях некоторых антиклинальных поднятий (Славянское и Артемовское поднятия, Дробышевская антиклиналь, Краснооскольский купол и др.) - В восточной части Большого Донбасса площадь развития этого комплекса выделена предположительно к северу от Северодонецкого надвига (рис. 37).
Исследована водоносность триасовых отложений только в местах относительно неглубокого их залегания. В Днепровско-Донецкой впадине, где триасовые отложения залегают на глубинах свыше 1000 м, они вскрывались в основном нефтяными скважинами и в гидрогеологическом отношении почти не изучались. Сведения о литологическом составе и мощностях отложений триаса приведены в табл. 13.
Т а б л и ц а 13 Лнтологнческнй состав н мощность отложений триаса
Мощность (м) и онтологический состав (%)
Бахмутская котловина
Кальмиус-Торецкая котловина
Криволукская мульда Краматорско-Часовяская мульда Дроиовская антиклиналь ТорскоДробыщевское поднятие РайскоАлександровская мульда Волчанская синклиналь Верховье р. Самары
Общая мощность триаса . . 750 360 450
420 400—430 380 177
Протопивская свита
Песчаники
50
Глины, аргиллиты и алевро-
литы
50
Мощность свиты
350
54
42 29--54 60--70
—
46
58 46--71 30--40
—
160 200 120-- 1 8 0 120 - 1 7 5 380
Серебрянская свита
Песчаники
• . . . 60
Глины, аргиллиты и алевро-
литы
40
Мощность свиты . . . . . . 400
43
45 33—45 75—85
—
57
55 5 5 - 6 7 15—25
—
200 250 160—240 250—270 —
Для триасовых толщ характерна неравномерная обводненность, которая объясняется непостоянством их литологического состава в вертикальном и горизонтальном направлениях. В связи с этим детальная гидрогеологическая стратификация их затруднительна. С достаточной полнотой стратификация водоносных горизонтов триаса разработана для Бахмутской и Кальмиус-Торецкой котловин только для нижней части разреза, представленной водоносными конгломератами, конгломератовидными песчаниками и галечниками. Как видно из сопоставле-
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
113>
ния геологических разрезов по разным районам (рис. 38), этот горизонт можно считать маркирующим для большей части площади развития триаса и достаточно точно коррелирующим по разрезам скважин.
В. С. Кравченко в 1961 г. предложил разделить отложения каждой свиты триаса на четыре отдельные толщи, существенно отличающиеся по водоносности и обозначаемые соответствующими индексами. Такая индексация, являясь условной в стратиграфическом отношении,
та E \г —-из
^
J 5 I—во' jб
7
]'? I vvv 113 140 lit
Рис. 37 Схематическая карта распространения водоносного комплекса триасовых отложений. (Составила H А Иванова)
/ — граница Большого Донбаоса; 2— контур распространения водоносного комплекса триасовых отложении. 3 — границы площади, в пределах которой водоносный горизонт имеет эксплуатационное значение, 4 — участки, в пределах которых триасовые отложения отсутствуют, 5 — основное направление движения подземных вод; 6 — тидроизогипсы и гидронзопьезы, 7 — границы площадей с в о д а м и различного химического состава и м и н е р а л и з а ц и и , S—11 — химические типы вод (8 — гндрокарбонатно-сульфатиый и сульфатио-гидрокарбоиатно-кальциево-иатриевый, иатриево каль циевый 9 — сульфатно-хлоридно и хлоридно-сульфатно-хальциево магниевый, кальцнево-ивтриевый, яатриево магниевый, 10— гидрокарбоиатно-хлоридиый и хлоридио гидрокарбоиатио-натриево кальциевый. н а т р и е в ы й , 11 — хлоридно-иатриевый, н а т р и е в о - к а л ь ц и е в ы й ) , 12, 13 — воды с мниеоали-
з а ц и е й , г/л (12 — 1—3, 13— свыше 10), 14 — с к в а ж и н а , ее номер
отражает реально существующие гидрогеологические особенности каждой из выделенных толщ. Позднее А. В. Суярко в соответствии со стратиграфическими подразделениями предложила разделить отложения серебрянской свиты по степени водоносности только на две толщи (табл. 14).
В серебрянской свите практическое значение для централизованного водоснабжения имеет лишь водоносный горизонт в галечниках и конгломератах нижней части свиты. Коэффициент фильтрации галечников составляет 4,8—21,6 м/сутки, а песчаников — 0,3—0,9 м/сутки Эта водоносная толща хорошо изучена в Кальмиус-Торецкой котловине Я в зоне ее сочленения с Днепровско-Донецкой впадиной. Расходы скважин составляют 1,9—5 л/сек при понижении на 1—3 м. Поскольку выше лежит слабоводоносная глинистая толща, то горизонт имеет напор, который увеличивается по мере погружения горизонта. Пьезометрические уровни устанавливаются на глубинах от 0,8 до 61 м. В районе Райско-Александровской синклинали большинство скважин фонта-
'114
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
Т а б л и ц а 14 Гидрогеологическое расчленение триаса (по В. С. Кравченко и А. В. Сунрко)
П о в. С. Кравченко
По А. В. Суярко
Т3рг IV Т3рг Ш Т3рг И Тзрг 1 T1Sr IV T1Sr III T1Sr II T1 sr I
Водоупорная толща Водоносная толща Водоупорная толща Водоносная толща Водоупорная толща Водоносная толща Водоупорная толща Водоносная толща
Т3рг2 II T3Pr2 I T3Pr1 II T3Pr1 I
T1Sr2 I
T1Sr1 1
Верхнепротопивская упорная толща
Верхнепротопивская носная толща
Нижнепротопивская водоносная толща
H ижнепротопивска я носная толща
водоводослабоводо-
Верхнесеребрянс ка я слабоводоносная толща
Нижнесеребрянская водоносная толща
нирует с пьезометрическими уровнями 0,1—0,3 м выше поверхности земли. В Краматорско-Часовярской мульде и на Артемовском поднятии расходы скважин изменяются от 0,1 до 5 л/сек при понижениях на 10—50 м. В районе Новомосковска и Павлограда песчано-гравелистые отложения мощностью до 70 м наиболее водообильны. Дебиты скважин здесь достигают 45,5 л/сек при понижении на 9 м. Воды высокоминерализованные.
Верхнесеребрянская слабоводоносная толща (Tisr2I) представлена чередованием песчанистых глин и глинистых песчаников и в большинстве случаев безводна. Только в некоторых районах в средней части толщи распространены разнозернистые (от тонкозернистых до гравелистых) песчаники с прослоями (до 5 м) глин; общая их мощность составляет 40—45 м.
Водоносность отложений протопивской свиты изучена слабо. От серебрянской она отличается очень плохой отсортированностью материала и большей глинистостью, а следовательно, и меньшей водоносностью.
Нижнепротопивская водоносная толща слабоводообильна, так как сложена глинистыми песчаниками с прослоями глин, а в нижней части — галькой и конгломератами, в которых заполнителем часто служит глинистый материал. Лишь в Криволукской мульде и на Артемовском поднятии нижняя песчаниковая толща представлена гравелистыми песчаниками с небольшим количеством глинистого цемента. В районе Артемовского поднятия скважина, вскрывшая эту толщу, фонтанировала с дебитом 1,1 л/сек, пьезометрический уровень устанавливался на 2,15 м выше устья. При понижении уровня на 11,88 м был получен расход 8,1 л/сек. Значительные расходы можно ожидать также по скважинам, заданным на нижнепротопивскую водоносную толщу в районе Криволукской мульды, где гравелистые с небольшим количеством глинистого цемента песчаники достигают мощности 40 м.
Веркнепротопивская водоносная толща представлена чередованием гравелистых песчаников, песков, галечников и глин общей мощностью от 30—50 м в Бахмутской и Кальмиус-Торецкой котловинах до 110 м в Волчанской синклинали.
'116
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
В небольшом числе опробованных скважин дебиты изменяются от 0,15 до 4 л/сек, а напоры от 4 до 293 м. Вблизи с. Ново-Райского скв. 7516 самоизливом дала 22,2 л/сек, напор составил 70 м, а пьезометрический уровень установился на 12 м выше устья; спустя 3 месяца дебит понизился до 11,1 л/сек. В верховье р. Волчьей водоносный горизонт, приуроченный к гравелистым песчаникам и галечникам протопивской свиты, был вскрыт на глубине 25 м, расходы скважин достигали 3,2 л/сек при понижении на 4,95 м. В осевой части Волчанской синклинали скв. 7615 дала расход 2,9 л/сек при понижении на 24 м.
В Ворошиловградской области водосодержащие отложения триаса были вскрыты скважинами на глубинах от 160 до 446 м. Все скважины фонтанировали с дебитом от 0,005 до 23,9 л/сек. На левом берегу Сев. Донца у хутора Светличного дебит скважин достигал 65 л/сек. Наряду с самоизливом вод отмечались выделения газов, в основном метана. В районе Шебелинки водосодержащие отложения триаса (серебрянская свита), представленные песчаниками, были вскрыты на глубине более 800 м. Притоки воды составили 0,1—0,46 л/сек, а статические уровни устанавливались на глубине 100—130 м.
В восточной части Донецкого бассейна водоносность триасовых отложений изучена слабо. Только три скважины вскрыли воды в триасовых отложениях, дебиты их достигали 22 л/сек при самоизливе.
Химический состав и минерализация вод триасовых отложений изменяются в широких пределах в зависимости от глубины залегания водосодержащих толщ. В моноклинальной части Днепровско-Донецкой впадины и Кальмиус-Торецкой котловины (район Новомосковск — Павлоград) воды триасовых отложений высокоминерализованные; величина сухого остатка составляет 12—54,5 г/л, а общая жесткость достигает 75 мг-экв, по составу они хлоридно-натриевые. Увеличение минерализации происходит в северо-восточном направлении, по мере погружения пластов.
В Бахмутской и Кальмиус-Торецкой котловинах в местах неглубо-
кого залегания воды триаса пресные и слабо минерализованные, сухой
остаток изменяется в пределах 0,2—3,5, чаще 1—2 г/л, жесткость колеб-
лется от 2 до 35 мг-экв. По химическому составу в Бахмутской котло-
вине воды преимущественно гидрокарбонатно-сульфатно- и сульфатно-
гидрокарбонатно-кальциево-натриевые и натриево-кальциевые, а в Каль-
миус-Торецкой котловине — сульфатно-хлоридно- и хлоридно-сульфат-
но-кальциево-натриевые и кальциево-магниевые. В Бахмутской котло-
вине в воде ряда колодцев наблюдается высокое (до 3000 мг/л) содер-
жание NO3 и тип вод становится нитратным.
В районе Ворошиловграда воды триасовых отложений имеют высо-
кую минерализацию (до 56 г/л), хлоридно-натриевый состав и исполь-
зуются в качестве минеральных. Южнее Купянска на глубинах свыше
880 м были вскрыты воды триаса с минерализацией 15—88,6 г/л и об-
щей жесткостью до 286 мг-экв, хлоридно-натриевого состава, со значи-
N 3
тельным содержанием йода и брома. Величина
составляет 0,79, что
говорит о высокой степени метаморфизации подземных вод в зоне затрудненного водообмена. В восточной части Донбасса рядом скважин были вскрыты пресные воды (сухой остаток до 0,7 г/л) гидрокарбонатно-сульфатно-натриевого состава.
В местах неглубокого залегания водоносный комплекс триасовых отложений может быть использован для централизованного водоснабжения. В области глубокого погружения воды триаса представляют промышленный и бальнеологический интерес.
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
117>
ВОДОНОСНЫЕ ГОРИЗОНТЫ ЮРСКИХ ОТЛОЖЕНИИ
Юрские отложения широко распространены на северо-западных окраинах Донбасса и Днепровско-Донецкой впадины и отсутствуют лишь в сводовых частях ряда антиклинальных поднятий (рис 39) Ниж-
ЕЕЗ2 Е З 3 (ssl
6 [T^7
ш
«
Е2»
/5
»» »»» 17
18
19
Рис 39 Схематическая карта распространения водоносных горизонтов в юрских отложениях (Составила H А Иванова)
1 —< контур распространения водоносного горизонта в песчано глинистой толще юры 2 — контур распространения водоносного горизонта в карбонатной толще к>ры, 3 — г р а н и ц а площади в пре делах которой водоносный горизонт имеет эксплуатационное значение, 4 — участки, где отложения Юры отсутствуют, 5 — общее направление движения подземных вод 6 — гидроизопьезы 7 — гра ницы площадей с водами различного химического соствва, 8—13 — химические типы вод (8 — гид рокарбонатно натриевый 9 — гидрокарбонатио сульфатно и сульфатно гидрокарбонатио иатрнево кальциевый, кальцнево натриевый, кальциево магниевый, нвтриевый, 10 — сульфатно натриево каль Циевый, 11 — гидрокарбонатио хлорндио и хлоридно гидрокарбонатио натриево кальциевый, натрне аый, 12 — сульфатно хлоридно- и хлорндно сульфатно иатрнево кальциевый, кальцнево натриевый Кальциево магниевый, 13 — хлорндно-иатриевый), 14 — границы площадей с водами различной минерализации, 15—19 — м и н е р а л и з а ц и я вод г/л (15 — до 1, 16— 1—3, 17 — 3—5, 18— 5—10 19 —
свыше 10), 20 — скважина ее номер, 21 — граница Большого Донбасса
няя и средняя юра в основном сложены песчано-глинистыми породами, а в верхней доминирующую роль играют известняки. Вскрытая мощность юры изменяется от 20 м в районе Волчанской синклинали до 700 м на северо-западных окраинах Донбасса.
В гидрогеологическом отношении юрская система изучена неравномерно. Корреляция водоносных горизонтов на всей площади распро-
'118
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
странения юры затруднена в связи со значительными изменениями мощностей, различным стратиграфическим положением толщ и литологофациальным составом (рис. 40). Наиболее полно отложения юры изучены в Бахмутской и Кальмиус-Торецкой котловинах. На северо-западных окраинах Донбасса юрские отложения пройдены многими скважинами, но значительные глубины их залегания и особенности бурения (разведка нефти и газа) не позволили получить более или менее полную их гидрогеологическую характеристику. Сведения о литологическом составе и мощности юры в Бахмутской и Кальмиус-Торецкой котловинах приведены в табл. 15.
Т а б л и ц а 15 Лнтологнческнн состав н мощность юрских отложений
Мощность (м) и литологический состав
Бахмутекая котловина
Кальмиус-Торецкая котловина
Райско-Алексаидровская
мульда
верховье р. Самары
Волчанская синклиналь
Общая мощность юры Песчаники Глины, аргиллиты, алевролиты Известняки
520 12-81 64—67 5—14
170—260 22—33 67—78
180—220 12-20 80—88
20—70 20—45 55—80
В нижней юре выделена водоносная толща в песках и галечниках новорайской свиты (Jinr), залегающих под водоупорными тоарскими глинами.
В среднеюрском водоносном комплексе выделяются водоносные горизонты в песках и песчаниках ааленского и байосского ярусов, а такж е верхнебатского лодъяруса (нижний бат представлен глинами). В верхней юре выделяются водоносные горизонты в песках и песчаниках келловейского, в известняках келловейского и кимериджского, а также в песках и песчаниках волжского ярусов.
Водоносный горизонт, приуроченный к новорайской свите, распространен в Кальмиус-Торецкой и Бахмутской котловинах. Водовмещающие породы представлены разнозернистыми песками с прослоями галечников общей мощностью 50—70 м. Широкое развитие в кровле глин, а также синклинальное залегание пород обусловливают почти повсеместную напорность водоносного горизонта. Величина зарегистрированных напоров достигает 228 м при пьезометрическом уровне на 2,4 м выше поверхности земли. Дебиты скважин изменяются от 0,3 до 9,1 л/сек при понижениях от 3,8 до 30,45 м. Удельные дебиты скважин изменяются от 0,1 до 2,5 л/сек.
В Западном Донбассе водоносный горизонт нижнеюрских отложений содержится в песках и песчаниках. Водообильность невысокая. Напоры возрастают к северо-востоку, по мере погружения. В этом же направлении увеличивается и мощность водосодержащих пород. Дебиты скважин изменяются от 0,1 до 18,1 л/сек при понижениях на 10—46 м. В Новомосковском и Павлоградском районах воды нижней юры были вскрыты на глубинах 100—150 м. Производительность скважин составляет 0,1—9,1 л/сек. На ст. Барвенково, Языково дебит скважин изменяется от 0,1 до 18,1 л/сек, а удельный дебит достигает 1,4 л!сек.
Отложения тоарского яруса представлены почти исключительно глинами и алевролитами. Только на отдельных участках в Бахмутской и Кальмиус-Торецкой котловинах встречаются пески и песчаники в виде
^sr
А
S т\
' F T m И— ^ H 1 • ' Л'44-l I1U rj-41'- Ч J - <• •• •• ^ P - ^ ^
i.
-V-- S Tf- •' Я , \i < •• 1' ' 1 "W 1 ! VV Hi <• || "Ух Г.-: .И/ Л Ы'Н'М
^ л. У- •'• • / .¾'
^
-У
"
1т I! ПЙИЪ" Й ^ ' Ш ^ ' Л^ lч' ЬJ-Ф. JlЛ t WSтЩf-Л'H1\I Й
!Ч
-гЬ- |—j
-V
Sl
IS
щ я ш т а , ....
т
1ШЖ1ШШ11Ш111
Ж
fflffl s
S-
IS
Il
I а
II
И
||1 И SUi
I 111
= 85
щ ^¾
•л-
Sg
я I
Ч
SS
'120
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
линз мощностью до 10 м. Дебиты скважин в Кальмиус-Торецкой котловине (Александровский район) составляют 0,06—0,4 л/сек при понижениях на 7—16 м. В Бахмутской котловине имеются родники с дебитами 0,08—0,5 л/сек.
Водоносный горизонт в отложениях ааленского яруса широко распространен на северо-западе Кальмиус-Торецкой котловины, в РайскоАлександровской и Краматорско-Часовярской мульдах, где мощность водосодержащих песков составляет 10—12 м. Наибольшая обводненность отмечена на северо-востоке Краматорско-Часовярской мульды. Здесь расходы источников составляют 0,01 —1,6 л/сек, а скважин — 1,7—5,5 л/сек при понижениях на 6—43,2 м. Величины напоров изменяются от 10,9 до 128 м, а пьезометрические уровни фиксируются на 3,8 м выше поверхности земли. В Изюме водоносный горизонт ааленских отложений эксплуатируется совместно с горизонтом нижнего байоса. Глубина скважин достигает 319 м, а величина напоров 249 м (пьезометрический уровень на 5 м выше поверхности). Расходы скважин достигают 5 л/сек при понижении до 5 м.
Водоносность байосских отложений изучена слабо. Водосодержащими являются песчаники, реже пески (мелкозернистые и среднезернистые). В Павлоградском районе единичные скважины имели расход 11 л/сек при понижении на 15 м. В пределах Краматорско-Часовярской мульды зафиксированы родники с дебитами 0,05—0,3 л/сек, а расходы скважин достигают 1,7 л/сек при понижениях до 10,4 м. На южном склоне Воронежского кристаллического массива, у с. Приосколье, на правом берегу р. Оскола, напорный горизонт в песках байоса был вскрыт на глубине 305—313,7 м. Величина напора составила 32,1 м. Скважина изливала 12 л!сек при пьезометрическом уровне + 1 5 м.
Водоупорная толща верхнего байоса — нижнего бата регионально выдержана и имеет мощность от 20—30 м в Кальмиус-Торецкой и Бахмутской котловинах, до 80—130 м в Днепровско-Донецкой впадине.
Местами распространены подземные воды в песках и песчаниках верхнего бата и нижнего келловея, образующих единый водоносный горизонт общей мощностью до 50 м. В Изюме он был вскрыт скв. 3259 на глубине 27 м. Расход скважины составил 2,2 л/сек при понижении на 1,3 м.
В основном же водоносный комплекс верхней юры приурочен к известнякам келловейского и кимериджского ярусов в Бахмутской котловине и оксфорд-кимериджского — в Кальмиус-Торецкой котловине и в восточной части Днепровско-Донецкой впадины, а также к пескам и песчаниками волжского яруса. В Бахмутской котловине мощность известняков колеблется от 5 до 40 м, расходы скважин сильно изменяются; в долине р. Сев. Донца, у с. Петровского, был зафиксирован расход скважины 10 л/сек при самоизливе, обычно же дебиты скважин 0,5—4 л/сек при понижениях на 8,75—42 м. В долине р. Бритой выходят родники с дебитами 10—20 л/сек. В Близнецовском и Лозовском районах ряд скважин, вскрывших известняки оксфорда, имели дебиты 1,5—2,4 л/сек при понижениях на 6—17,5 м.
Толща верхнекимериджских — волжских глин служит надежным водоупором между водоносными горизонтами в верхнеюрских известняках и волжских песках и песчаниках. Только на ограниченных участках в верхней части кимериджа распространены пески (от мелкозернистых до крупнозернистых). В Лозовском районе скважины, вскрывшие эти пески, имели производительность до 5,5 л/сек при понижениях до 13 м.
Водоносный горизонт, приуроченный к пескам и песчаникам верхней юры (волжский ярус), эксплуатируется в районе Изюма. Здесь водосодержащая толща имеет мощность более 100 м. Расходы скважин
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
121>
достигают 5 л/сек при понижениях до 10 м. В последнее время верхнеюрский водоносный горизонт приобретает самостоятельное значение и в районе Харькова, где он раньше эксплуатировался совместно с нижнемеловым. Водосодержащими породами являются здесь крупнозернистые гравелистые пески мощностью 30—35 м, залегающие на глубинах свыше 600 м. Производительность скважин изменяется от 4,6 до 39,3 л/сек.
На большей части Кальмиус-Торецкой и Бахмутской котловин воды юрских отложений пресные, с минерализацией до 1, реже 2—3 г/л; в основном они гидрокарбонатно-натриевые, гндрокарбонатно-сульфатно- и сульфатно-гидрокарбонатно-натриево-кальциевые и кальциевонатриевые, реже сульфатно-натриево-кальциевые, гидрокарбонатно-хлоридно- и хлоридно-гидрокарбонатно-натриевые или сульфатно-хлоридно-натриево-кальциевые. Общая жесткость их 4—15 мг-экв.
В Западном Донбассе качество вод ухудшается с востока на запад. Наряду с пресными (до 0,6 г/л) гидрокарбонатно-хлоридно-натриевокальциевого и сульфатно-хлоридно-натриево-кальциевого состава встречаются и соленые хлоридно-натриевые воды с минерализацией до 43,3 г/л и общей жесткостью 194 мг-экв (Новомосковский и Павлоградский районы).
На южном склоне Воронежского кристаллического массива (Харьков) воды верхнеюрских отложений имеют минерализацию до 0,5 г/л и гидрокарбонатно-сульфатно-кальциево-натриевый и натриево-кальциевый состав. В с. Приосколье воды из байосских песков, вскрытых на глубине 305—313,7 м, имели хлоридно-гидрокарбонатно-натриевый состав и общую минерализацию 0,9 г/л. На значительной площади северозападных окраин Донбасса, где юрские отложения залегают на глубинах 500—800 м, подземные воды имеют высокую минерализацию и хлоридно-натриевый состав.
ВОДОНОСНЫЙ КОМПЛЕКС НИЖНЕМЕЛОВЫХ
И СЕНОМАНСКИХ ОТЛОЖЕНИИ
Нижнемеловые отложения известны на северо-западных окраинах Донбасса и в долине р. Волчьей. Самостоятельного гидрогеологического значения они почти не имеют и образуют единый водоносный комплекс с отложениями верхней юры или сеномана.
В долине р. Волчьей водоносный горизонт нижнемеловых отложений гидравлически связан с вышележащим сеноманским. Водовмещающнми породами являются опонголиты в нижней части с прослоями алевролитов и глин, а также пески, песчаники и мергели. Общая мощность толщи колеблется от 13 до 56 м. В тех случаях, когда трещиноватость в мергельно-меловых отложениях захватывает всю толщу, обводнены и нижнемеловые, и верхнемеловые породы. Если нижняя часть мергельно-меловой толщи представлена монолитными породами, то водоносный сеноман-альбский горизонт приобретает напорный характер. Расходы скважин изменяются от 0,015 до 3,85 л/сек при понижениях на 1,3—30 м, причем они больше в северной части Волчанской синклинали, где мощность вышележащих верхнемеловых и кайнозойских отложений М е н ь ш е (20—60 м), чем в южной части (100—130 м). По химическому составу воды сульфатно-хлоридно- и хлоридно-сульфатно-натрневокальциевые, встречаются и хлоридно-натриевые. Минерализация вод увеличивается по мере погружения пород от 1,7 г/л (на севере) до 3,7—6,2 г/л (на юге). Водоносный комплекс сеноман-альбских отложений в долине р. Волчьей практического значения не имеет из-за срав-
'122
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
нительно небольшой мощности водообильности и низкого качества подземных вод.
В районе Изюма нижнемеловые отложения представлены мелкои крупнозернистыми песками, местами гравелитами и песчаниками общей мощностью до 34,1 м, глубина залегания водоносного горизонта составляет 10 м. Дебиты скважин колеблются от 1,4 до 5,8 л/сек, а удельные дебиты — от 0,1 до 1,5 л/сек. Воды различного состава: от гидрокарбонатно-сульфатно-кальциевых с минерализацией около 0,5 г/л до хлоридно-натриево-магниевых с минерализацией до 2,2 г/л. Общая жесткость изменяется от 1,6 до 11,5 мг-экв.
В районе Харькова водосодержащие породы нижнего мела и верхней юры представлены довольно однородной и труднорасчленяемой толщей мелко- и разнозернистых, часто гравелистых песков мощностью от 3,6 до 56,9 м, залегающих на глубине 550—700 м. Величины напоров изменяются от 496 до 693 м. Производительность скважин составляет 2,4—47,2 л/сек, а удельные дебиты изменяются от 0,07 до 9,9 л/сек. Минерализация вод колеблется от 0,2 до 1,9 г/л, чаще составляя 0,5— 1 г/л. По химическому составу воды гидрокарбонатно-сульфатно-кальциево-натриевые и сульфатно-гидрокарбонатно-кальциево-натриевые с общей жесткостью до 6 мг-экв. Водоносный горизонт нижнемеловых— верхнеюрских отложений является одним из основных источников централизованного водоснабжения Харькова.
Сеноманские отложения распространены широко и представлены сравнительно однородной толщей кварцево-глауконитовых песков (от мелко- до крупнозернистых) с конкрециями фосфоритов и прослоями песчаников, переходящих в верхней части в мергель. В гидрогеологическом отношении они изучены слабо и неравномерно. На северозападных и южных окраинах Донбасса мощность водоносных песков 6—10 м, иногда до 20 м. Расходы источников в Бахмутской котловине составляют 0,02—1,6 л/сек.
В Западном Донбассе глубина залегания водоносного горизонта изменяется от 16—30 м в долине р. Орели до 600—700 м в районе Харькова, а мощность — от 20 до 50 м. Водоносный горизонт — напорный, величина напоров изменяется от 20 до 505 м. Производительность скважин составляет 1 —10,5 л/сек, удельные дебиты — 0,2—1,8 л/сек. В Старобельске водоносный горизонт сеномана был вскрыт на глубине 274—295 м (скв. 10). Расход скважины при самоизливе составил 2,6 л/сек. В восточной части Донбасса водообильность сеноманских отложений изучена очень мало.
На правобережье Цимлянского водохранилища сеноманский водоносный горизонт был вскрыт скважиной на глубине 193 м. Расход ее был равен 3,3 л/сек при понижении на 6 м, величина напора составила 171 м. Воды сеноманских отложений в большинстве случаев пресные, с минерализацией 1—2 г/л. По химическому составу это — гидрокарбонатно-натриевые, хлоридно-сульфатно-натриево-кальциевые, хлоридногидрокарбонатно-сульфатно-натриевые и хлоридно-натриевые воды с общей жесткостью до 10 мг-экв. В районе Харькова воды сеноманских отложений слегка железистые, с незначительным содержанием сероводорода. На северных окраинах Донбасса благодаря значительной мощности и практической водопроницаемости нижней нетрещиноватой части мергельно-меловой толщи сеноманский водоносный горизонт не связан с вышележащим горизонтом трещиноватой зоны мела.
Несмотря на удовлетворительное качество вод, малая водообильность сеноманских отложений, а на больших площадях также и значительные глубины залегания ограничивают их практическое значение.
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
123>
ВОДОНОСНОСТЬ МЕРГЕЛЬНО-МЕЛОВОЙ ТОЛЩИ ВЕРХНЕГО МЕЛА
Верхнемеловые отложения распространены на большей части территории бассейна, располагаясь почти сплошным полем по периферии палеозойского складчатого массива на севере, востоке и юге, и в виде сравнительно небольших островов — в Бахмутской котловине и Волчанской синклинали (рис. 41). Их литологический состав (от турона до Маастрихта) меняется как в вертикальном разрезе, так и по площади от мела и мергелей до песчаников и песков. На северо-западных и северных окраинах верхнемеловые отложения представлены почти однородной мергельно-меловой толщей, а на южных и юго-восточных — в разрезе появляются пески, песчаники и алевролиты. Общая мощность верхнемеловых отложений 100—600 м (рис. 42).
Водоносный горизонт приурочен к верхней трещиноватой части мергельно-меловой толщи, кровля которой очень неровная. В местах неглубокого залегания современный рельеф повторяет ее очертания, а в некоторых случаях, в частности в пределах Преддонецкого прогиба, рельеф меловой поверхности отражает палеозойские структуры. На северных окраинах Донбасса наблюдается общее понижение меловой поверхности в южном и юго-западном направлениях, а на восточных и южных окраинах — в южном и юго-восточном. Образование трещиноватой зоны связано с процессами как современного, так и, по-видимому, древнего выветривания карбонатных пород.
Как установлено О. И. Галакой и Д. И. Щеголевым, трещиноватая зона подразделяется на верхнюю подзону заиливания и цементации, среднюю — максимальной трещиноватости и нижнюю — затухающей трещиноватости, которая сменяется монолитным мелом. На водораздельных пространствах эта вертикальная зональность выражена слабее; в долинах рек она прослеживается четко, но местами подзона заиливания отсутствует, и в таких случаях имеет место прямая гидравлическая связь с аллювиальным водоносным горизонтом. Подзона заиливания и цементации имеет мощность порядка 3—6 м.
Общая мощность трещиноватой зоны достигает 100 м, однако наиболее трещиноваты первые 50—70 м. Максимальная мощность трещиноватой зоны, а следовательно, и большая водообильность наблюдаются в долинах рек и балок; к водоразделам мощность трещиноватой зоны уменьшается до 5—10 м, а иногда и менее. Наиболее обводнены придолинные участки.
Почти повсеместное развитие трещиноватости в верхней части мергельно-меловой толщи создает благоприятные условия для образования мощного водоносного горизонта, широко используемого для целей водоснабжения. Лишь на крайнем западе мергельно-меловая толща погружается на глубину более 100 м, и водоносный горизонт теряет свое практическое значение. Почти всюду меловые воды напорны, что объясняется значительным превышением областей питания над областями разгрузки и наличием в кровле водоносного горизонта водоупорных пород, в частности подзоны заиливания и цементации. Величина напоров изменяется от 5 до 40 м. На водоразделах положение пьезометрических уровней более высокое, чем в долинах рек, где некоторые скважины фонтанируют и наблюдаются выходы родников.
На северо-западных окраинах бассейна (междуречье Оскол — Сев. Донец) производительность скважин изменяется от 3 до 15 л]сек (в долинах рек), в некоторых случаях достигая 22,5 л/сек (г. Змиев). Наибольшей водоносностью отличается левобережье р. Сев. Донца в пределах Ворошиловградской области, где производительность скважин достигает 150 л/сек («Лесная Дача»), На водораздельных участках де-
1
,S а
гп
ш а ш о ia ампа
fl 5
^
Ss
i I
i l
Si^ flll
I l
t I
= l
I S >Ц5.
SiilSiiii^1 SinliSi^f-I IISIJ
!ililllilllillEilliiilillilliililti
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ
ГОРИЗОНТОВ
И
КОМПЛЕКСОВ
125>
биты скважин составляют 0,001—2,7 л/сек. Коэффициенты фильтрации от водоразделов к пойме изменяются от 0,001—15 до 30—110 м/сутки. Практическую безводность водораздельных участков некоторые исследователи объясняют отсутствием трещиноватой зоны. Однако даже в тех случаях, когда мергельно-меловая толща залегает на значительных глубинах и прикрыта мощным чехлом более молодых образований, включая водоупорные киевские глины и мергели, в ней наблюдается трещиноватость. Это подтверждается почти полным поглощением промывочной жидкости при бурении.
Северо западные окраины Донбасса
Нулянск
Cnm
Ss
' 0 0 Западный Донбасс
В Лозовая Cr2Cp
200
Яд1
Cvp4.ItwT¾C
Сулино Садкин екая синклиналь
р Белая
Pg
Cr2 m
Амвросиевна Cr2 d
300
ЙГ
CrjSt
400
ш
500 Crjt+
••Sn
Cr, Cm
600
щCr,st FЯIiF1ЭIi ь
Cr, сп
§ Crtt
Cr^cm
КраматорскоЧзеовярская мульда
Cr2St
Криволукская Сг2ср мульда
Сг,т
ш
Cr2 сп
Cr2t ш
Kl
Cr2St
Crz сп. Cr, t
Cr2cmf2S:
С
Волчамская
i s синклиналь
Богоявленка Cr2St
шCf2 ш
Cr, St Cr21
Cr2Cr
Cral
]/ ^ 2
^5 ^6 а? С
Несвегайско шахтинская
синклиналь Доно Сзльскии
водораздел
Сг2ср
Ё Cr, St
Сг2сл
Cr21
Сг2ст ш
Рис. 42. Сопоставление водоносных горизонтов меловых отложений
1 — пески, 2 — песчаники, 3 — алевролиты, 4 — известняки, 5 — мел песчанистые, в — г л и н ы
6 — мергели, 7 — мергели
В восточной части Донбасса, в бассейнах Калитвы и Глубокой, дебиты скважин на водоразделах изменяются от 0,1 до 8 л/сек, чаще составляя 1,1 —1,4 л!сек, а в долинах рек достигают 68,3 л/сек. Удельные дебиты скважин изменяются от 0,008 до 41,3 л/сек. Коэффициенты фильтрации изменяются от 6 до 185 м/сутки. Величины напоров достигают 170 м. Статические уровни воды устанавливаются на глубинах 10—15, иногда 25—50 м, в редких случаях наблюдается самоизлив. В долинах рек и балок, особенно на правобережье Сев. Донца, на участках выходов меловых пород, а также у контакта с каменноугольными отложениями наблюдаются многочисленные родники, дебиты которых достигают 28 л/сек и более, а обычно составляют 0,05—4 л/сек.
В пределах дислоцированной части Донбасса водоносный горизонт мергельно-меловой толщи распространен в Бахмутской (Часовярская, Криволукская и Маякская мульды) и частично в Кальмиус-Торецкой котловинах. Наиболее водообильна мергельно-меловая толща в западной части Маякской и северной части Криволукской мульд, где отмечена связь мелового горизонта с аллювиальным и с р. Сев. Донцом. Дебиты здесь составляют 69—83,3 л/сек при понижениях на 2—5 м.
В долине Сев. Донца водоносный горизонт в основном безнапорный. Уровни воды в скважинах устанавливаются на глубинах 0,6— 28,3 м. Высокие дебиты получены по скважинам в долине р. Казенного
'126
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
Торца. Здесь размещены 12 эксплуатационных скважин со средней производительностью каждой 33 л/сек. По мере удаления от долин дебиты скважин уменьшаются. В долине р. Волчьей (Волчанская синклиналь) верхнемеловые отложения почти повсеместно покрыты мощным чехлом более молодых образований и неоднородны по литологическому составу. Наряду с мергелями и мелом встречаются пески, известковистые глины, песчаники и алевро'литы общей мощностью до 120 м. Наиболее водообильны верхнемеловые отложения в долине р. Сухие Ялы и балках Икряной и Осиковой, где расходы скважин составляют до 7,7— 16,4 л/сек, при понижениях до 3,8 м.
В восточной части Большого Донбасса на междуречье Сев. Донца, Дона и Сала верхнемеловые отложения сохранились главным образом в синклиналях, далее к юго-востоку они погружаются в сторону Прикаспийской впадины.
В зоне погружения водообильность меловых отложений снижается, что связано с уменьшением их трещиноватости и появлением терригенных разностей. Дебиты скважин изменяются от 0,02 до 11,9 л/сек, а удельные дебиты — от 0,003 до 1,9 л)сек. Величины напоров — от 20 до 219 м, а пьезометрические уровни устанавливаются на глубинах 29—84 м.
На южных окраинах Донбасса, в верхней части Азово-Кубанской депрессии, верхнемеловые отложения залегают с небольшим наклоном на юг; глубина залегания изменяется от 0 до 300—350 м. Водоносными являются трещиноватые мергели, а также мел и песчаники, причем в северной части преобладают мергели и мел, а в южной, погруженной части, — песчаники. В Амвросиевском районе трещиноватая зона в долинах рек и балок наблюдается до глубин 60—80 м. Расходы скважин в долинах достигают 20—30 л/сек при понижениях на 1,6— 7,8 м, а коэффициенты фильтрации—10,8 м/сутки. Расходы скважин на водоразделах составляют 0,007—0,008 л/сек. К зоне контакта верхнемеловых и каменноугольных пород приурочены родники с дебитами от 0,18 до 4,17 л/сек. К югу, по мере погружения меловых отложений под толщу палеогена и неогена трещиноватость их заметно уменьшается. Расходы скважин, вскрывших горизонт на глубине 200—300 м, составляют до 0,2 л/сек при понижениях на 54—57 м. Величины напоров изменяются от 0,4—49 м на севере до 238 м — в южной части. Севернее Новочеркасска водоносный горизонт мергельно-меловой толщи был вскрыт в интервале 770—803,58 м, скважина фонтанировала с дебитом 1,4 л/сек, а величина напора составила 793 м.
На северных окраинах Донбасса (в основном на левобережье Сев. Донца) преобладают пресные гидрокарбонатно-кальциевые воды, а на южных и юго-восточных окраинах, где минерализация вод изменяется в широких пределах (1—50 г/л), среди них преобладают сульфатные и хлоридные. На фоне этой региональной закономерности на участках неглубокого залегания водоносного горизонта повсеместно наблюдается и определенная гидрохимическая микрозональность. В долинах рек на северных окраинах Донбасса распространены пресные воды с сухим остатком до 1, чаще 0,2—0,5 г/л, общей жесткостью 2,5—5 мг-экв, в основном гидрокарбонатно-кальциевого состава. На склонах долин минерализация вод увеличивается до 1,5 г/л, а общая жесткость до 10— 15 мг-экв. На водоразделах, где мергельно-меловые отложения покрыты толщей более молодых образований мощностью до 80—100 м, подземные воды обладают минерализацией в среднем 1—3 г/л и общей жесткостью до 30 мг-экв. Состав вод изменяется от гидрокарбонатно-сульфатно- и сульфатно-гидрокарбонатно-кальциево-натриевого до хлоридно-сульфатно-натриевого и даже хлоридно-натриевого.
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
127>
В Бахмутской котловине довольно широко распространены пресные гидрокарбонатно-кальциевые воды с минерализацией от 0,5—0,6 до 1 г/л. На некоторых действующих водозаборах отмечается понижение качества вод вследствие проникновения в трещиноватую зону мергельно-меловой толщи промышленных стоков и стоков канализации.
Сведений о химическом составе вод меловых отложений в местах их глубокого погружения (восточная часть) недостаточно. Скважина 112 вскрыла на левобережье Цимлянского водохранилища слабо минерализованные воды с плотным остатком до 2,1 г/л, хлоридно-гидрокарбонатно-натриевого состава. В синклинальных понижениях карбона на междуречье Сала и Дона верхнемеловые отложения на глубине 150—200 м содержат соленые хлоридно-натриевые воды с общей минерализацией до 45,7 г/л.
В Азово-Кубанской депрессии у северной границы распространения мелового водоносного горизонта выделяется полоса сульфатно-натриево-кальциевых вод с минерализацией до 3 г/л и общей жесткостью 5,8—29,5 мг-экв. К югу по мере погружения сульфатно-натриево-кальциевый тип вод сменяется сульфатно-хлоридно- и хлоридно-сульфатнонатриевым. Еще далее к югу и юго-востоку развиты хлоридно-натриевые воды с минерализацией до 46,9 г/л и общей жесткостью до 164,75 мг-экв.
Водоносный горизонт трещиноватой зоны мергельно-меловых отложений очень широко используется для водоснабжения на всей площади неглубокого залегания, составляющей примерно третью часть территории Донбасса. Лишь в отдельных случаях, когда он погружается на значительные глубины, первостепенное значение приобретают воды палеогена и неогена. Южнее Цимлянского водохранилища меловой водоносный горизонт, несмотря на значительную глубину залегания (300— 500 м) и сравнительно низкое качество вод, вновь приобретает значение основного, поскольку воды ергенинской свиты здесь высокоминерализованные.
Своеобразной и малоизученной в гидрогеологическом отношении является толща глыбово-брекчиевого горизонта («агломерата» или «смятой толщи») дат-палеоценового возраста, залегающая у северной границы открытого Донбасса и представленная глыбами мергельномеловых и песчано-глинистых пород. Воды, приуроченные к этой толще, вскрываются на глубинах 14—21 м в долинах рек и на 55—60 м — на водоразделах. Мощность водовмещающих отложений составляет 28— 48 м. Расходы скважины колеблются от 0,7 до 1,3 л/сек, удельные дебиты — от 0,2 до 1,3 л/сек. Сухой остаток изменяется от 0,3 до 2,7 г/л, а химический состав — от гидрокарбонатно-кальциевого до хлоридно-натриевого.
ВОДОНОСНЫЙ КОМПЛЕКС БУЧАКСКО-КАНЕВСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ
Этот комплекс распространен на западных, северо-западных, восточных и южных окраинах Донбасса в виде сплошного поля; на севере (Ворошиловградская, частично Харьковская и Ростовская области) бучакско-каневские отложения в речных долинах размыты и расчленены на ряд обособленных участков (рис. 43). Подземные воды приурочены к песчаным отложениям, залегающим в основном на мергельио-меловой толще верхнего мела. В Западном Донбассе бучакские отложения лежат на эрозионной поверхности более древних образований и покрываются водоупорной толщей киевских глин и мергелей. Здесь водосодержащая толща представлена бучакскими отложениями, на северо-западных окраинах — бучакско-каневскими, а в отдельных слу-
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
129>
чаях — киевско-бучакско-каневско-палеоценовыми отложениями, на значительной части Восточного Донбасса — бучакско-каневскими и палеоценовыми (рис. 44).
Такое объединение в один водоносный комплекс различных стратиграфических горизонтов оправдано тем, что литологически они представлены однотипными породами и связаны гидравлически.
На значительных площадях восточных окраин Донбасса бучакскоканевские отложения залегают ниже местных базисов эрозии, со слабым наклоном на юго-запад, юг и юго-восток; кроме того, они перекрыты водоупорной толщей киевских глин и мергелей. Все это создает благоприятные условия для образования типичного напорного горизонта. Водовмещающие отложения представлены песками от тонко- до крупнозернистых, изредка гравелистых с конкрециями фосфоритов и прослойками песчаников. На приподнятых участках палеозойских и мезозойских структур бучакские пески обычно более крупнозернистые, в понижениях преобладают мелкозернистые, нередко глинистые пески.
В восточной части Днепровско-Донецкой впадины, в осевой части эоценовой мульды, основанием бучакского водоносного горизонта служат глинистые породы каневской свиты и нижележащие слои, относимые к нижнему палеоцену.
На западных и северо-западных окраинах Донбасса мощность водоносного горизонта изменяется от 0,8 до 44 м (на большей части 5— 25 м), причем максимальные мощности зафиксированы в центральной части Днепровско-Донецкой впадины. Глубина залегания водоносного горизонта зависит от рельефа и изменяется от 0 до 90 м и только в с. Александровке достигает 196 м. Водоносный горизонт повсеместно напорный, за исключением участков размыва киевских отложений. Величины напоров изменяются от 2 до 105,5 м, в большинстве скваж и н — 10—70 м. Уровни вод устанавливаются на глубинах 10—50 м, но иногда достигают + 7 м. Дебиты скважин изменяются от 0,11 до 11,1 л/сек, а удельные дебиты — от 0,01 до 0,5 л/сек. Коэффициенты фильтрации крупнозернистых и среднезернистых песков составляют 0,023—26,8 м/сутки, а мелкозернистых не превышают 0,01—0,2 м/сутки.
Наибольшей водообильностью отличаются пески в долинах Самары и Волчьей, на участке от Павлограда до Новомосковска и в долине р. Орели. Дебиты отдельных скважин достигают здесь 21,7 л/сек.
На территории значительно сдренированных участков северных окраин Донбасса единичные скважины обеспечивали дебит 0,6 л/сек при понижении на 2 м. Дебиты родников редко бывают более 1 л/сек. Для этой части территории характерна небольшая мощность водосодержащих пород (до 15 м) и в основном мелкозернистый состав песков.
В бассейне р. Калитвы водовмещающие породы вскрыты на глубине 60—70 м. Уровни воды устанавливаются на глубинах 12—60 м. Величины напоров достигают 20 м. Дебиты скважин изменяются от 0,04 до 2,7 л/сек, удельные дебиты — от 0,02 до 0,2 л/сек.
На левобережье и правобережье Дона водоносный горизонт залегает на глубинах до 265—419 м и имеет мощность до 163 м. Величина напоров достигает 371 м. Дебиты скважин составляют 0,02—19 л/сек, а удельные — 0,0001—0,57 л/сек.
В восточной части Донбасса отложения палеоцена в некоторых случаях образуют самостоятельный водоносный горизонт в прослоях песков мощностью от 2—3 до 40—62 м. Глубина залегания водоносного горизонта увеличивается от 10—20 м в бассейнах рек Калитвы и Глубокой до 170 м в районе ст. Котельниково. Расходы скважин составляют 0,15—1,7 лIсек.
ж
- I
РЖЕЗНЩЖ
г Hmi
Ivj in
Л я
И : F-"у1'''
Ь /i !'^[/ugb''!
\
ЬтГ
•А-
ёт
^
,
ill I
-+7 ; M I-J JJ И;
" к ..- .- Г
§ .ё Г I? si
2 S
Il г ;>•-
S-
1§1ЕЗ
.=Sr1-
FvftTTTT"
г
п
S
ffl] I
i
Л
V I L-I
id
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
131>
В северной части Азово-Кубанской депрессии мощность водовмещающих пород достигает 30 м. Пески — от мелко- до крупнозернистых, глинистые. Расходы скважин составляют 0,03—4,4 л/сек, а коэффициенты фильтрации — 0,08—0,4 м/сутки. Величины напоров достигают 12 м. По мере погружения вся толща палеогеновых отложений становится глинистой и фациально-литологические различия между отдельными ярусами исчезают. Удельные расходы скважин, вскрывающих толщу нерасчлененного палеогена, составляют 0,08—0,2 л/сек, а напоры в южной части достигают 300 м.
На большей части площади своего распространения воды бучакско-каневских отложений слабо минерализованные. По мере погружения слоев и удаления от областей питания увеличивается минерализация вод и соответственно изменяется их химический состав. На северозападных окраинах Донбасса воды бучакско-каневских отложений пресные, с минерализацией до 0,7 г/л и жесткостью 1—10 мг-экв, реже минерализация возрастает до 1,5—2 г/л. В западной части Донбасса, в местах перелива в бучакские отложения высокоминерализованных вод триаса и карбона, минерализация вод возрастает до 54 г/л (Новомосковск). На западных и северо-западных окраинах Донбасса нарастание минерализации подземных вод наблюдается в направлении на югозапад и запад. Одновременно изменяется и их химический состав: с северо-востока на юго-запад — от гидрокарбонатно-кальциевого и гидрокарбонатно-сульфатно-кальциевого через хлоридно-гидрокарбонатнонатриевый к хлоридно-натриевому (левобережье Орели, низовье и среднее течение Самары); и с востока на запад — от гидрокарбонатносульфатно-кальциевого через хлоридно-сульфатно- и сульфатно-хлоридно-натриевый к хлоридно-натриевому.
В северной части Азово-Кубанской депрессии и на правобережье Дона развиты относительно пресные воды с минерализацией до 3, реже 3—5 г/л, жесткостью от 2—6 до 25 мг-экв, гидрокарбонатно-сульфатнокальциевого, хлоридно-сульфатно- и сульфатно-хлоридно-кальциево-натриевого состава.
По мере погружения пород увеличивается минерализация и изменяется химический состав вод: на левобережье Дона развиты высокоминерализованные воды с сухим остатком до 47,6 г/л и жесткостью до 60 мг-экв хлоридно-натриевого состава. Неглубокое залегание водоносного комплекса бучакско-каневских отложений на большой площади в Западном и Восточном Донбассе, удовлетворительное качество вод и значительная водообильность позволяют выделить его в качестве одного из основных источников водоснабжения.
ВОДОНОСНЫЙ ГОРИЗОНТ КИЕВСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ
В пределах Большого Донбасса киевские отложения представлены в основном глинисто-мергелистой фацией и служат региональным водоупором, разделяющим водоносные горизонты в бучакских и харьковских отложениях. Лишь на небольших площадях в Кальмиус-Торецкой котловине и зоне ее сочленения с Днепровско-Донецкой впадиной (рис. 45) киевские отложения представлены песчано-глинистой толщей H спорадически обводнены.
В средней части бассейна Самары водовмещающими являются опоковидные породы, глауконитовые пески и песчаники мощностью от 2 до 42 м. Наиболее водообильны опоковидные породы и песчаники, распространенные между Павлоградом и Петропавловкой на глубине До 30—40 м. Дебиты скважин здесь составляют 0,36—43 л/сек при понижениях на 6—28 м. Коэффициенты фильтрации изменяются от 0,03
ISiSHi
.JlfliPtitiii
Irf-Sf !i-r-Sfltf^I 1 ¾ S- щ S V- -щ a ~ S. 7 ~ ^
S s s s l g p l f Sй . l| i| siSPiIiK
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
133>
до 15,6 м/сутки. Воды слабо минерализованные. Общая минерализация вод увеличивается с востока на запад от 0,9—1,2 г/л в Павлоградском районе и до 3,5 у Новомосковска. Химический тип вод в основном гидрокарбонатно-сульфатно-кальциевый. Западнее Краматорска, в верхнем течении Самары, киевские отложения представлены тонкозернистыми песками и алевритами мощностью до 10 м, слабоводообильными. Скважины оказываются практически безводными.
В бассейне Казенного Торца зафиксированы источники с расходом 0,05—0,14 л/сек. Воды слабо минерализованные (0,5—0,6 г/л), гидрокарбонатно-кальциевого состава. В нижней части долины р. Бычка плотные трещиноватые опоки более водообильны — расходы источников достигают 4 л/сек.
В северной части Азово-Кубанской депрессии (Амвросиевский район) водоносными являются пески, песчаники и опоки. Мощность водовмещающих пород изменяется от 6,85 до 31 м. Минерализация вод составляет 1,3—4,3 г/л, общая жесткость* 13,5—20,5 мг-экв. Воды сульфатно-гидрокарбонатно-натриево-кальциевые и сульфатно-натриевые.
На левобережье Сев. Донца, северо-восточнее Каменска-Шахтинского несколько крупных родников из песчанистых мергелей (предположительно киевского возраста) с суммарным расходом 17 л/сек используются для централизованного водоснабжения города.
На левобережье Дона киевские отложения сопоставляются с образованиями солонской и керестинской свит и куберлинского горизонта, представленными песчано-глинистой толщей. Единичные скважины вскрыли в глинистых песчаниках напорные самоизливающиеся хлоридно-натриевые воды с сухим остатком 3,5 г/л. Расход скважин составляет 0,6—0,7 л/сек. Водоносный горизонт киевских отложений может быть использован для местного водоснабжения на отдельных участках в среднем течении р. Самары.
ВОДОНОСНЫЙ ГОРИЗОНТ ХАРЬКОВСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ
Водоносный горизонт харьковских отложений распространен в основном на тех же площадях, что и бучакско-каневский, но харьковские отложения на значительных площадях размыты и вскрываются овражио-балочной и речной сетью. На западе и северо-западе Донбасса они залегают сплошным полем, вскрываются эрозионной сетью лишь в своей верхней части, а на обширных площадях северных и восточных окраин Донбасса (левобережье Сев. Донца и правобережье Дона) залегают выше местных базисов эрозии и имеют островное распространение. Эти особенности в значительной мере определяют условия питания, циркуляции и разгрузки вод. Водовмещающими являются пески от тонко- до крупнозернистых, а также трещиноватые песчаники, залегающие обычно слоями или линзами мощностью 3—5—8 м, чередующимися с пропластками водонепроницаемых глин. В большинстве случаев пески распространены в верхней половине толщи, а песчаники — в нижней.
Поровые воды в песках и трещинные воды в песчаниках гидравлически связаны между собой. Там, где киевские отложения представлены песчано-глинистыми породами или опоками, харьковский горизонт имеет тесную гидравлическую связь с бучакско-каневским. В местах отсутствия в кровле харьковского горизонта водоупорных прослоев он вместе с полтавским представляет единый водоносный комплекс, их общей кровлей в таких случаях служат пестрые и красно-бурые глины. Водообильность харьковских отложений неравномерна и обусловлена различием литологического состава пород и положением их относительно гидрографической сети.
'134
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
На западных и северо-западных окраинах Донбасса преобладают мощности 15—25 м. Глубина залегания водоносного горизонта в зависимости от рельефа изменяется от нескольких до 153 м (Красноградский район).
При наличии верхнего водоупора воды харьковских отложений бывают напорными; высота напора достигает 20, реже 30—40 м и только на ст. Константиноград—106 м. Величины напоров снижаются в направлении речных долин, где воды харьковских отложений обладают свободной поверхностью и образуют часто единый безнапорный аллювиальный харьковский водоносный горизонт.
Уровни воды в скважинах устанавливаются на 20—40 м ниже поверхности земли. Дебиты скважин составляют 0,01—7,5 л/сек, а удельные дебиты 0,04—2,8, чаще 0,1—1 л/сек. Наиболее обводненными являются харьковские отложения в южной части Павлоградского района. Дебиты скважин, пройденных в разнозернистых песках, достигают 28,5 л/сек при понижении на 8,6 м (хутор Лысая Балка); чаще они составляют 1—3 л/сек при понижениях на 4—16 м.
В Кальмиус-Торецкой котловине харьковские отложения залегают на размытой поверхности киевских или непосредственно на каменноугольных либо мезозойских породах и наклонены с северо-востока на юго-запад. Водовмещающие породы представлены мелко- и среднезернистыми песками мощностью до Ю м . Водоносный горизонт харьковских отложений связан здесь с полтавским и имеет свободную поверхность; залегает он выше местного базиса и интенсивно дренируется гидрографической сетью (реками Самарой, Быком и Волчьей). Расходы родников небольшие — 0,008—0,9 л/сек. Дебиты скважин колеблются от 0,01 до 0,6 л/сек при понижениях на 2—15 м.
На левобережье Сев. Донца и правобережье Дона харьковский водоносный горизонт в значительной мере сдренирован. Мощность водовмещающих пород составляет 10—15 м. Расходы источников достигают 6 л/сек, но чаще составляют 0,1—0,4 л/сек. Дебиты скважин изменяются от 0,01 до 0,65 л/сек при понижениях на 16—27 м, а удельные дебиты — от 0,003 до 0,01 л\сек.
На правобережье Дона и в основном на Доно-Сальском водоразделе расходы водопунктов несколько возрастают, водоносный горизонт становится напорным. Водовмещающими являются сопоставляемые с харьковскими пески и песчаники цимлянской свиты и хадумского горизонта мощностью 1,2—90 м. Напор достигает 135 м. Дебиты скважин составляют 0,03—3,4 л/сек, а удельные дебиты — 0,01—0,19 л/сек.
На западных и северо-западных окраинах Донбасса воды харьковских отложений в основном слабо минерализованные с плотным остатком 0,2—0,9 г/л и общей жесткостью 2—10 мг-экв\ на левобережье Орели, в Новомосковском и Павлоградском районах минерализация вод возрастает до 3 г/л, а жесткость до 20 мг-экв. В районе Новомосковска и сел Петропавловки и Межевой встречаются участки с минерализацией вод 3—5 г/л и жесткостью до 30 мг-экв\ повышение минерализации вод объясняется подпитыванием минерализованными водами триасовых и бучакских отложений. Химический тип вод закономерно изменяется с северо-востока на юго-запад от гидрокарбонатно-натриево-кальциевого через гидрокарбонатно-сульфатно-натриево-кальциевый и сульфатно-гидрокарбонатно-натриево-кальциевый до хлоридно-натриевого в районе Новомосковска. Иногда встречаются воды с повышенным содержанием гидроокислов железа.
В Кальмиус-Торецкой котловине воды харьковских отложений имеют минерализацию 0,5—1,7 г/л, общую жесткость 4,5—8 мг-экв и гидрокарбонатно-сульфатно-натриево-кальциевый состав, встречаются и
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
135>
сульфатно-натриевые воды с минерализацией 1,7—3 г/л и общей жесткостью до 24 мг-экв. На северных окраинах Донбасса, где харьковский водоносный горизонт имеет островное распространение, воды слабо минерализованные, имеют сульфатно-гидрокарбонатно-кальциево-натриевый состав, плотный остаток составляет 0,2—1,2, реже до 2,7 г [л, я жесткость изменяется от 5 до 22 мг-экв.
На правобережье Дона и Доно-Сальском водоразделе минерализация вод составляет 1,5—3,6 г/л, а жесткость достигает 29 мг-экв\ воды хлоридно-сульфатно-натриевого типа. По мере погружения минерализация вод увеличивается до 10 г/л и в редких случаях до 47 г/л, что исключает возможность их использования.
Водоносный горизонт харьковских отложений эксплуатируется многими скважинами для водоснабжения.
ВОДОНОСНЫЙ ГОРИЗОНТ ПОЛТАВСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ
Полтавские отложения сильно размыты и сохранились преимущественно на водораздельных пространствах окраин Донбасса. На западе и северо-западе они распространены более выдержанно и отсутствуют только в речных долинах (рис. 46). Характеристика водоносности полтавских отложений дается в их старом объеме (включая берекскую свиту, выделяемую на северо-западных окраинах, и плиоценовый аллювий). Водовмещающие породы представлены мелко- и среднезернистыми песками с прослоями и линзами кварцитовидных песчаников. Средняя мощность толщи составляет 10—25 м, лишь на западе Харьковской области мощность полтавских отложений достигает 60—70 м, глубина залегания водоносного горизонта изменяется от нескольких до 70 м (Нововодолжанский район). Полтавские пески большей частью подстилаются харьковскими глинами, но нередко залегают непосредственно на обводненных харьковских песках, образуя с ними единый водоносный комплекс. В кровле полтавских песков обычно залегают пестрые или красно-бурые «скифские» глины. Водоносность полтавских отложений в общем невысокая. Водоносный горизонт обладает свободной поверхностью, за исключением северо-западных и западных окраин Донбасса, где напоры обычно не превышают 5 м, хотя изредка достигают 20—25 м (ст. Кегичевка). Дебиты составляют 0,4—3,5 л/сек, чаще I — 3 л/сек, а удельные дебиты — 0,02—1,5 л/сек (в г. Краснокутске — 2,8 л/сек).
В Кальмиус-Торецкой котловине в кровле водоносного горизонта залегают песчано-глинистые отложения сарматского возраста или красно-бурые глины. Подстилается он чаще всего харьковскими и каменноугольными породами. Удельные расходы скважин составляют 0,001—0,2 л/сек, а коэффициенты фильтрации 0,065—0,14 м/сутки. Лишь в районе Часов-Яра дебиты скважин достигают 11—13,25 л/сек при понижениях на 3,3—11 м. Полтавский водоносный горизонт интенсивно дренируется овражно-балочной и речной сетью, расходы родников составляют 0,04—0,9, редко 1 л/сек (левобережье Сев. Донца и правобережье Дона). Водообильность отложений плиоценовых террас долины Сев. Донца (относимых ранее к полтавским) изучена слабо, но она также невысокая и неравномерная вследствие невыдержанности аллювиальных отложений.
Южнее и юго-восточнее открытого Донбасса полтавской свите соответствуют глинистые образования майкопской сепии. Однако среди глин в песчаных прослоях, залегающих на глубине до 170 м, встречаются солоноватые воды (сухой остаток 2 г/л) сульфатно-натриевого состава, которые не имеют практического значения.
S s i i i f З ^ Й fi-sfri-as
" S
- ^ 5 = I l S s - S s! H_ - i _ - H i t
;. ,
S- i f ; i i l | S > I I f Ы
i i Isi-
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
137>
На северных и северо-западных окраинах Донбасса общая минерализация вод не превышает 0,8—1,1 г/л, в единичных случаях она составляет 1,2—1,8 г/л, общая жесткость изменяется от 2,8 до 8 мг-экв и только изредка достигает 14,8 мг-экв. По химическому составу воды гидрокарбонатно-кальциевые, гидрокарбонатно-сульфатно- и сульфатногидрокарбонатно-кальциевые и натриево-кальциевые. На древних плиоценовых террасах Сев. Донца воды имеют пеструю минерализацию — от 0,3 до 5,8 г/л.
Наиболее полно изучен химический состав вод полтавских отложений в Кальмиус-Торецкой котловине. Их сухой остаток изменяется от 0,3 до 4,8 г/л, а общая жесткость — от 6 до 33 мг-экв. На междуречье Волчьей и Самары развиты слабо минерализованные воды (плотный остаток 1—3 г/л) сульфатно-кальциево-натриевого и натриево-кальциевого типов, а на междуречье Волчьей и Кашлагача — более минерализованные воды (плотный остаток 3—5 г/л) сульфатно-хлоридно-натриево-кальциевого и кальциево-натриевого состава.
Водоносный горизонт полтавских отложений на большей части территории не имеет практического значения как источник водоснабжения, но играет большую роль в питании нижележащих горизонтов.
В Кальмиус-Торецкой котловине полтавские пески обеспечивают постоянное и обильное питание водоносных горизонтов карбона.
ВОДОНОСНЫЕ ГОРИЗОНТЫ САРМАТСКИХ, ПОНТИЧЕСКИХ,
НАДПОНТИЧЕСКИХ И ЕРГЕНИНСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ
Наиболее широко развит водоносный горизонт сарматских отложений в Западном Донбассе и Кальмиус-Торецкой котловине, а также на правобережье и частично левобережье Дона (рис. 47). В Кальмиус-Торецкой котловине и зоне ее сочленения с Днепровско-Донецкой впадиной среднесарматские отложения в основном сохранились на водораздельных пространствах. Залегают они с небольшим наклоном к югу, на глубинах 30—40 м. К югу же увеличивается и их мощность. Водовмещающие породы представлены в основном мелкозернистыми глинистыми песками. Ближе к кристаллическому массиву пески становятся средне- и крупнозернистыми. Мощность их изменяется от нескольких до 40—50 м. Водоносный горизонт безнапорный. Дебиты скважин колеблются от 0,04 до 3,8 л/сек при понижениях на 1—9 м\ коэффициенты фильтрации составляют 0,01—0,2 м/сек.
Воды в основном слабо минерализованные с сухим остатком 0,4—3,4 г/л. На междуречье Орели и Самары развиты пресные воды с минерализацией 0,8—1,2 г/л и жесткостью 6,7—7,5 мг-экв, гидрокарбонатно-сульфатно-натриево-кальциевого и сульфатно-гидрокарбонатно-натриево-кальциевого состава, а в южной части Кальмиус-Торецкой котловины (бассейн рек Сухие Ялы и Кашлагача) — сульфатно-хлоридно- и хлоридно-сульфатно-натриево-кальциевые воды с минерализацией 1—3,4 г/л и жесткостью 13—25 мг-экв.
На правобережье Дона и в северной части Азово-Кубанской депрессии, к югу от открытого Донбасса, водосодержащими являются пески среднего сармата, а также известняки среднего и верхнего сармата и понта.
Общим водоупором служит сравнительно выдержанная толща глин нижнего и среднего сармата мощностью 10—15 м. Пески в основном мелкозернистые, глинистые мощностью от нескольких до 30—50 м. Водоносные горизонты, приуроченные к пескам и залегающим выше известнякам, гидравлически тесно связаны между собой. Комплекс этот
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И КОМПЛЕКСОВ
139>
имеет свободную поверхность и только в местах залегания в кровле •его верхнесарматских глин наблюдаются напоры до 44 м. Расходы источников колеблются от 0,005 до 0,3 л/сек, в отдельных случаях до 20 л/сек. Скважииы, вскрывающие крупнозернистые пески, обеспечивают дебиты до 3,3 л/сек при понижениях до б м. Мощность известняков изменяется от нескольких метров (на севере) до 30 м (на юге), я мощность их обводненной части составляет 8—10 м. Известняки, имеющие большие коэффициенты фильтрации, зачастую полностью сдренированы или водоносны только в нижней части. Дебиты отдельных скважин изменяются от 0,03 до 23,6 л/сек при понижениях до 8 м, многие скважины безводны. Максимальные дебиты скважин (до 85 л/сек при понижениях до 1 м) наблюдаются в Таганроге, где водоносный горизонт частично используется для водоснабжения.
Поитические отложения распространены на правобережье Дона и в северной части Азово-Кубанской депрессии, причем в местах сочленения Азово-Кубанской депрессии с открытым Донбассом они залегают непосредственно на каменноугольных породах, а южнее в более погруженных частях — на сарматских отложениях, с которыми образуют единый водоносный комплекс. Понтические отложения представлены маломощной пачкой кавернозных трещиноватых известняков и песков, залегающих обычно на глубине 20—30 м; максимальные мощности обводненных песков достигают 17 м, а известняков — 5—8 м. Расходы скважин изменяются от сотых долей до 3,5 л/сек. Водоносный горизонт в понтических известняках в основном свободный и лишь в некоторых случаях высота напора достигает 17,5 м. Воды сарматских и понтических отложений слабо минерализованные с плотным остатком 1—3 г/л и общей жесткостью 10,8—28 мг-экв. В нижнем и среднем течении Кальмиуса и Миуса воды в известняках среднего сармата, гидравлически связанные с понтическими, имеют минерализацию 3,4— 4,9 г/л и общую жесткость 27,5—34,8 мг-экв.
На большей части территории подземные воды имеют сульфатнохлоридно- и хлоридно-сульфатно-натриевый и натриево-кальциевый состав. На междуречье Кальмиуса и Миуса с севера на юг наблюдается закономерная смена химического состава вод от сульфатно-натриево-кальциевого через сульфатно-хлоридно- и хлоридно-сульфатнонатриевый к хлоридно-натриевому, который выделяется на небольшом участке западнее Таганрога. На севере Азово-Кубанской депрессии сарматский водоносный горизонт эксплуатируется совместно с понтическим. Отложения надпонтической серии среднего и верхнего плиоцена распространены на небольшом участке в южной части Донбасса, на междуречье Сала и Маныча. Водосодержащими являются пески мощностью до 15 м, подстилаемые одновозрастными глинами. О водоносности толщи можно судить только по одной скважине, расход которой составил 0,3 л/сек при понижении на 0,5 м, а высота напора — 5,3 м. Вода хлоридно-сульфатно-натриевого состава с минерализацией 1,8 г/л и жесткостью 7,5 мг-экв.
Водоносный горизонт в отложениях ергенинской свиты развит на левобережье Цимлянского водохранилища, в бассейнах Дона, Сала и Маныча. Водовмещающими служат разнозернистые кварцевые пески, обычно залегающие между водоупорными скифскими глинами в кровле и глинами сарматских, майкопских или харьковских отложений в подошве водоносного горизонта. Мощность их изменяется от 3,5 до 64 м. Водоносный горизонт иногда напорный (высота напора 3,6—42 м). Дебиты скважин колеблются от 0,02—0,07 до 13,3 л/сек при понижениях на 1,3—10 м, удельные дебиты колеблются от ничтожных до 0,1— 0,5 л/сек. Сухой остаток изменяется от 0.8 до 8,2 г/л, а общая жест-
'140
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
кость — от 8,7 до 40,7 мг-экв-, на большей части юго-восточных окраин Донбасса воды ергенинской свиты слабо минерализованные, с сухим остатком 1—3 г/л, сульфатно-хлоридно- и хлоридно-сульфатно-натриево-кальциевого состава.
На левом берегу Цимлянского водохранилища, в среднем течении Сала, выделяется полоса хлоридно-натриевых вод с минерализацией до 8,2 г/л.
Несмотря на посредственное качество вод, водоносный горизонт отложений ергенинской свнты интенсивно эксплуатируется.
ВОДОНОСНЫЕ ГОРИЗОНТЫ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИИ
Подземные воды в четвертичных отложениях приурочены к суглинистым образованиям плато и их склонов, а также к аллювиальным, речным и морским отложениям. На плато и их склонах покровные породы лёссовой серии развиты повсеместно и выражены чередованием различных лёссовидных суглинков и разделяющих их горизонтов ископаемых почв, служащих относительными водоупорами. Наиболее выдержанный и постоянный во времени горизонт грунтовых вод залегает в нижней части лёссовой толщи на красно-бурых глинах и тяжелых разностях суглинков. На молодых террасах красно-бурые глины отсутствуют и лёссовые породы подстилаются аллювиальными песками.
Глубина залегания водоносного горизонта изменяется от нескольких до 20 м. В речных долинах и балках горизонт образует источники с дебитами до 0,1—0,5 л/сек. Дебиты колодцев составляют 0,05—1, редко 1—2 л/сек. Коэффициенты фильтрации суглинков изменяются от 0,001 до 0,01 м/сутки. Чаще встречаются воды с минерализацией 1—3 г/л, изредка до 5,2 и даже 15 г/л (юго-восточные окраины Донбасса). По химическому составу воды в основном сульфатные и сульфатно-гидрокарбонатно-натриево-кальциевые, реже хлоридно-натриевые. В вершинах балок и лощин воды гндрокарбонатно-кальциевые с минерализацией менее 1 г/л. Воды покровных суглинков используются мелкими потребителями.
Водоносный горизонт аллювиальных отложений приурочен к долинам рек и балок (рис. 48). Наиболее благоприятны условия накопления грунтовых вод в поймах и на первых надпойменных террасах, где подземный сток формируется за счет атмосферных осадков и частично за счет подтока вод с более высоких террас и из коренных пород. На древних плиоценовых террасах аллювиальные отложения прикрыты слабоводопроницаемыми пестрыми и красно-бурыми глинами и условия формирования вод менее благоприятны.
Наиболее изучены отложения пойм и I и II надпойменных террас долин крупных рек; водоносность более древних террас, особенно плиоценовых, изучена слабо. В Западном Донбассе хорошо изучены аллювиальные отложения в долинах Днепра, Орели, Самары и Волчьей, где воды содержатся в разнозернистых песках мощностью около 10 м. Дебиты скважин изменяются от 0,3 до 41,6 л/сек, а коэффициенты фильтрации от 0,8 до 162 м/сутки. Наиболее обводнены древнеаллювиальные разнозернистые пески в междуречье Самары и Волчьей, вблизи Павлограда; дебит скважин здесь достигает 28—41,6 л/сек при понижениях на 6—10 м. З а счет вод древнего аллювия осуществляется водоснабжение Павлограда и частично шахт района.
Широко развит водоносный горизонт в отложениях пойменной и первой надпойменной террас долины Сев. Донца. Воды приурочены преимущественно к мелкозернистым пескам мощностью от 5 до 20 м, иногда до 29 м. Водоносный горизонт изредка приобретает напорный
'142
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
характер (до 22,5 м у с . Святогорского). Дебиты колодцев составляют 0,1—0,3 л/сек, родников — 0,2—0,6, реже до 2 л[сек. Коэффициенты фильтрации достигают 25,8 м/сутки. В низовье Сев. Донца дебиты скважин достигают 16 л!сек, а в единичных случаях 40,8 л!сек, удельные дебиты колеблются от 0,13 до 4,3, чаще 0,5 л!сек. Наибольшие расходы наблюдаются на тех участках долины Сев. Донца, где аллювиальный горизонт гидравлически связан с нижележащими — меловым и каменноугольным, или там, где есть гидравлическая связь с речными водами. Аллювиальные воды долины Сев. Донца широко используются для водоснабжения пионерских лагерей и домов отдыха, а также сельскими потребителями.
В долине Дона на пойменной и надпойменных террасах глубина залегания аллювиальных вод изменяется от 1,8 до 32 м, а мощность — от 1,7 до 31,9 м. Дебиты скважин составляют 0,23—15,8 л/сек, а удельные— 0,04—1,8 л[сек, причем наибольшая водообильность аллювиальных отложений наблюдается в пределах первой надпойменной террасы.
Аллювий малых рек Донбасса отличается непостоянным литологическим составом и различной степенью водообильности. Представлен он переслаиванием песков, глин, иногда с галькой и щебнем коренных пород. Дебиты колодцев составляют 0,3—0,5, чаще 0,1—0,3 л/сек.
В долинах Сев. Донца и его левобережных притоков минерализация вод в основном не превышает 1 г/л, а жесткость 5—10 мг-экв, реже минерализация вод увеличивается до 3 г/л. По химическому составу воды большей частью гидрокарбонатно-кальциевые, реже гидрокарбонатно-сульфатно-кальциевые и сульфатно-гидрокарбонатно-натриевокальциевые.
В долинах правобережных притоков Сев. Донца на минерализацию и химический тип вод значительное влияние оказывают сбрасываемые промышленные и шахтные воды (реки Казенный Торец, Лугань), а также выщелачивание соленосных пород на площадях выходов и под аллювий. В результате водоносный горизонт местами приобретает высокую минерализацию (до 117,5 г/л в районе рассолопромыслов). Грунтовые воды в долинах некоторых рек (Казенного Торца, Лугани, Камышевахи, Белой и др.) непригодны для питьевого водоснабжения.
В долинах Самары и Орели воды в основном слабо минерализованные гидрокарбонатно-сульфатно-кальциевого и сульфатно-гидрокарбонатно-натриево-кальциевого, реже сульфатно-хлоридно- и хлоридносульфатно-натриевого и даже хлоридно-натриевого состава, чаще имеют минерализацию 1—2 г/л. В долине Дона, ниже Цимлянского водохранилища, и в долине Сала воды имеют минерализацию 1—3 г/л и сульфатно-хлоридно- и хлоридно-сульфатно-натриево-кальциевый и натриево-магниевый состав; наблюдаются отдельные участки с минерализацией до 3—5 г/л. Аллювиальный водоносный горизонт используется для водоснабжения в долине Дона, Сала, на отдельных участках Сев. Донца, а также в долинах Орели и Самары на участке Новомосковск—Павлоград—Петропавловка (см. рис. 48).
Водоносный горизонт морских аллювиальных отложений распространен в виде узкой полосы вдоль северного побережья Азовского моря на участке Жданов—Таганрог. Приурочен он к отложениям современных морских пляжей и кос и к отложениям среднечетвертичной древнеэвксинской террасы на Таганрогском полуострове. Водовмещающими являются кварцевые пески различного гранулометрического состава мощностью 1—30 м. Глубина залегания обводненных песков изменяется обычно от нескольких до 8—10 м, иногда до 50 м. Горизонт залегает на древнечетвертичных морских, реже понтических образованиях, а вблизи морского берега — на отложениях сарматского и куяль-
РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
143
ницкого ярусов. Он имеет свободную поверхность, но изредка приобретает местный напор (до 10 м). Коэффициенты фильтрации песков составляют 4—20 м/сутки. Расходы колодцев и скважин не превышают 0,2—0,5 л/сек, но достигают 5,5 л/сек при понижении на 5,7 м. Минерализация вод изменяется от 0,35 до 12 г/л, чаще составляет 1—3 г/л, жесткость изменяется от 6,2 до 85 мг-экв. Воды в основном сульфатнонатриево-кальциевого типа, однако встречаются как гидрокарбонатнокальциевые, так и хлоридно-натриевые (за счет подтока морских вод).
Глава V
РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Режимные гидрогеологические станции, расположенные в Донецком бассейне (Донецкая, Ворошиловгр адская, Приднепровская, Волго-Донская), в настоящее время выполняют широкий комплекс наблюдений за режимом подземных вод как в естественных условиях, так и в условиях, нарушенных хозяйственной деятельностью человека. Стационарные наблюдения проводятся более чем по 300 опорным наблюдательным скважинам, колодцам и родникам, расположенным на участках с различными видами режима подземных вод. Наблюдательные водопункты имеются на 36 шахтных полях, 12 участках крупных водозаборов, в зонах действия каналов, оросительных массивах и на участках подпора по берегам водохранилищ. Эти исследования, проведенные Н. Д. Панасенко, Г. К- Небратом, А. А. Фаловским (Ворошиловградская область), JI. Н. Габецом, JI. Г. Гуревичем, И. П. Езерской, Н. И. Левиным, Л. Ю. Леоновой, К. А. Лотаревой, Г. В. Мартыновским, Н. А. Молчановой, И. П. Соляковым, А. И. Федоровым (по Чистяково-Снежнянскому, Донецко-Макеевскому, Центральному и Красноармейскому районам Донецкой области), Г. В. Koстенчуком, В. В. Лисовиным, А. А. Минко (по некоторым районам Ростовской области), а также В. Г. Василенко, И. Ф. Вовком и И. П. Соляковым (по украинской части Донбасса), позволили накопить большой фактический материал о режиме подземных вод.
РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ БОЛЬШОГО ДОНБАССА ПО УСЛОВИЯМ
ФОРМИРОВАНИЯ И ОСОБЕННОСТЯМ РЕЖИМА ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Почти все имеющиеся данные о режиме подземных вод относятся к ряду водоносных горизонтов (кристаллических пород докембрия, девонских, каменноугольных, меловых, палеогеновых, неогеновых и четвертичных отложений) в зоне интенсивного водообмена, на участках, совпадающих с областями питания этих водоносных горизонтов. О режиме подземных вод в погруженных частях имеются только единичные сведения, на основании которых можно сделать вывод о том, что по мере погружения водоносных горизонтов динамичность и связь режима подземных вод с метеорологическими факторами ослабевают и в наиболее глубоко погруженных осевых частях артезианских бассейнов не проявляются совсем или проявляются через большие промежутки времени.
На основании принципов, предложенных А. А. Коноплянцевым и В. С. Ковалевским, в настоящей работе произведено районирование территории Большого Донбасса по условиям формирования и особенностям режима подземных вод зоны интенсивного водообмена, распо-
'144
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
ложенной в сфере влияния местных базисов дренирования (рек, водозаборов, горных выработок), а также составлена соответствующая карта (рис. 49). При районировании наряду с естественными факторами (климат, геологическое строение, геоморфология и др.) учитывались также искусственные (горные разработки, крупные водозаборы подземных вод, орошение, регулирование стока), имеющие в Донбассе особенно важное значение.
В годовом ходе расходов родников и уровней подземных вод в зоне их неглубокого залегания максимум наблюдается обычно в марте — мае, а минимум — в августе — ноябре. В октябре — декабре снижение их прекращается, иногда начинается постепенный подъем, связанный с осенним выпадением дождей, прерывающийся затем снова в зимнюю межень. Такое изменение расходов и уровней подземных вод говорит о том, что режим подземных вод здесь относится к типу режимов сезонного (преимущественно весеннего и в меньшей степени осеннего) питания. Более увлажненную северо-западную часть территории по значениям коэффициентов водного баланса (0,5), по А. Н. Костикову, можно отнести к зоне умеренного увлажнения (подтип режима умеренного питания подземных вод). В юго-восточной части территории коэффициенты водного баланса снижаются до 0,36—0,50, и эта часть Донбасса относится к зоне недостаточного увлажнения (подтип режима скудного питания подземных вод).
Территория, отнесенная к подтипу умеренного питания, характеризуется основным подъемом уровней в марте-—апреле и вторым слабым— в октябре — ноябре. Амплитуды весеннего подъема уровней подземных вод для большей части территории (междуречных площадей) обычно составляют 0,2—0,8 м, в многоводные годы — около 2 м. Осенний подъем уровней, как правило, колеблется от 0,01 до 0,2 м, в редких случаях увеличивается до 0,4 м. Сезонные изменения химического состава выражены достаточно отчетливо. Общая минерализация снижается в периоды повышения уровней подземных вод и повышается в межень. Среднегодовые температуры подземных вод составляют 6—8°. Максимальные температуры воды в наблюдательных скважинах, приуроченные обычно к январю, а на участках менее глубокого залегания подземных вод (до 5 м) — к сентябрю — ноябрю, колебались в отдельные годы от 6 до 12°. Минимальные температуры, наблюдавшиеся в апреле— июне, составляют 3—8°.
Площади со скудным питанием характеризуются подъемом уровней подземных вод в феврале—марте, а также затяжной летней меженью, которая длится обычно до ноября. Довольно часто осенний максимум вовсе не выражен вследствие малого количества осенних осадков, и тогда кривая колебания уровня характеризуется одним осеннезимним минимумом. Весенний подъем на междуречных участках обычно не превышает 0,2—0,4 м. Характерно, что в скважинах, расположенных на междуречных площадях, во многих случаях снижение уровней в летние месяцы мало заметно, а иногда в июне—июле наблюдается даже небольшой подъем уровней. Сезонные изменения химического состава подземных вод выражены довольно резко, причем после весеннего снеготаяния наряду с разбавлением подземных вод менее минерализованными атмосферными в более влажные годы наблюдается также увеличение минерализации подземных вод на 10—20% (рис. 50). Это объясняется вымыванием хлоридов из зоны аэрации при повышении уровней. Последующее опреснение подземных вод в летне-осеннее время свидетельствует о наличии дополнительного питания, которое происходит в результате конденсации водяных паров. Температура подземных вод находится в пределах 10—13°; минимальные значения на-
Miiftliiiiisiiiiiiiiiiiii
'146
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
блюдаются в июле, максимальные — в осенние и зимние месяцы. В многолетнем разрезе амплитуда колебаний температуры подземных вод составляет 4—5°.
В долинах рек выделяется интразональный гидрологический тип режима с его приречным видом (пойменная разновидность). Этот тип характеризуется тесной гидравлической связью подземных вод с поверх-
мг/л
4100 3900 3700 3500
3300
3100 2900 2700 2500
мг/л
1300
1100
900
700 Н.м
Уровень подземных вод 47
46
45 1949 I 1950 I 1951 I 1952 | 1953 | 1954 [ 1955 j 1956 [ 1957 1958 | 1959
Рис. 50. Изменение уровней и химического состава подземных вод ергенинского водоносного горизонта в бассейне р. Гашун (по Н. С. Токареву)
ностными, в результате чего режим уровней, химического состава и температуры подземных вод почти всецело зависит от водного режима рек.
По условиям дренирования подземных вод на территории Большого Донбасса можно выделить следующие области: 1) центральную — сильно дренированную; 2) северную и юго-западную — дренированные; 3) западную, южную и восточную — слабо дренированные.
Сильно дренированная область примерно отвечает обнаженному Донбассу, представляющему собой денудационную возвышенность, сложенную метаморфическими каменноугольными породами, сильно расчлененную речной и балочной сетью. Глубина эрозионного вреза достигает 200—250 м при густоте (по С. С. Соболеву) 0,6—0,9 км/км2. Здесь же расположено большинство действующих шахт.
РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
147
К дренированной гидрогеологической области отнесена площадь, расположенная к северу от обнаженного Донбасса, преимущественно по левобережью Сев. Донца, где распространена толща мергельно-меловых отложений, покоытых чехлом палеоген-неогеновых и четвертичных отложений. Сюда же относится Бахмутско-Торецкий купольный район, где обнажаются отложения всех систем, начиная от каменноугольной, а также площадь развития кристаллических пород Украинского массива. Глубина расчленения находится в пределах 100—150 м при густоте речной и овражно-балочной сети 0,3—0,6 км/км2.
К слабо дренированной области отнесены на западе Левобережная, на юге — Приазовская, на востоке — Донская низменности. Все это площади распространения довольно мощной толщи рыхлых четвертичных и неоген-палеогеновых отложений, в которых сформировался спокойный и плавный рельеф. Глубина эрозионного вреза, как правило, не превышает 100 м, частота — 0—0,4 км!км2.
Формирование режима подземных вод в сильно дренированной области происходит в сложных условиях. В одних случаях сильная расчлененность рельефа обусловливает большой поверхностный сток, в других (на некоторых плоских водоразделах, в местах выхода трещиноватых и закарстованных пород карбона на дневную поверхность и при распространении зоны обрушения на участках шахтных полей до дневной поверхности) наблюдается полное поглощение атмосферных осадков, носящее иногда характер инфлюации. Вместе с высокой дренированностью это обусловливает быстрые темпы водообмена. Исходя из определенной нами средней величины инфильтрации (25 мм/год) и величины статических запасов подземных вод верхней стометровой зоны (100—200 мм слоя воды), средняя возобновляемость вод этой зоны происходит за 5—10 лет. В результате режим подземных вод весьма динамичен и изменчив по площади и во времени. Уровенный режим обычно характеризуется кратковременными подъемами и резкими спадами. Амплитуды колебания уровней в естественных условиях изменяются по площади от 0,2—0,4 до 5—10 м, а в нарушенных условиях (на участках горных разработок) они измеряются несколькими десятками метров. На рис. 51 показаны колебания дебитов и химического состава воды источников из открытого карбона сильно дренированной области режима подземных вод в переходной зоне между подтипами умеренного и скудного питания. Отношение максимального дебита к минимальному колеблется от 1 до 14, составляя в среднем (по ряду источников) 2—6. Максимальная минерализация воды, соответствующая наиболее засушливому месяцу (август) в 1,5—2 раза больше, чем минерализация в марте — апреле, а изменения содержания хлора еще значительнее.
На площадях второго и третьего классов режима (дренированная и слабо дренированная области) отток подземных вод существенно слабее. Период водообмена водоносных горизонтов различных отложений верхней стометровой толщи территории второго класса режима составляет 10—100 лет, а т р е т ь е т класса (слабо дренированных районов) — -500—1000 и более (до 3000—5000) лет. Эти данные находятся в соответствии со сроками возобновления запасов грунтовых вод, полученными для бассейна Дона Ф. А. Макаренко. Уменьшение степени дренирования сглаживает и значительно упрощает общую картину уровенного режима подземных вод (рис. 52). Изменение минерализации воды по сезонам года на площадях дренированных и слабо дренированных областей также обычно не превышает 20—40%. Амплитуда сезонных колебаний уровней подземных вод в трещиноватой зоне кристаллических пород докембрия и мергельно-меловых отложений составляет в долинах рек (исключая участки пойм) 1—3 м, а на междуречных площа-
'148
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
дях менее 1 м. В водоносных горизонтах рыхлых отложений палеогена, неогена и четвертичной системы она, как правило, не превышает 1—1,5 м. На пойменных участках речных долин амплитуды сезонных колебаний уровней значительно выше.
На площадях всех классов режима подземных вод намечаются более или менее четкие закономерности в формировании режима подземных вод в направлении от водоразделов к рекам.
Рис 51 Изменение дебита, химического состава и температуры воды в источниках на площади открытого карбона
Междуречья в Донецком бассейне, исключая район открытого Донбасса, покрыты мощной (до 40 м) толщей лёссово-суглинистых отложений, подстилаемых красно-бурыми глинами, что затрудняет инфильтрацию атмосферных осадков. Обладая большой влагоемкостью, они играют роль буфера, и зависимость режима подземных вод от метеорологических факторов проявляется на междуречьях в сглаженном виде.
На террасах речных долин развиты в основном песчаные отложения, где мощность зоны аэрации меньше, чем на междуречьях, а влагоемкость пород незначительная. Поэтому на этих участках обнаруживается весьма сильная зависимость режима подземных вод от метеорологических условий, особенно от атмосферных осадков. Несколько искажает (сглаживает) эту зависимость транзит воды от водораздельных участков к рекам, а также разгрузка артезианских вод. Однако последние два фактора обычно создают фон, на котором атмосферные условия формируют основную картину режима подземных вод террас
В поймах рек режим подземных вод аналогичен режиму вод речдых. Частота затопления поймы Сев. Донца за 30-летний период
РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
149
(1928—1940 гг. и 1944—1960 гг.) изменяется от 20 раз на участке между Осколом и Айдаром (села Маяки, Светличное) до 8—10 раз на участке между Деркулом и Калитвой. Продолжительность затопления поймы от 5—10 дней до 2—3 недель. Пойменные озера, наполняющиеся во время половодья, служат постоянным источником подпитывания подземных вод в течение всего года.
M
105 104
Скв Ц?2
Il ?км от реки I т-
I ] I СКВ422
-гт-ггг
БЕЗ'
ЕЕЗ3 С И * Ш 5
Рис 52 Изменение уровня подземных вод верхнемелового водоносного горизонта на Ольховском участке в долине р Сев Донец
1 — уровень подземных вод в скважине, 2 — уровень воды в р Сев Донце,
3 — дефицит влажности воздуха; 4 — температура воздуха, 5 — атмосферные осадки
На тех склонах, где непосредственно на дневную поверхность или под четвертичные отложения выходят трещиноватые и закарстованные породы, наблюдается значительная инфильтрация, что наряду с большой дренированностью сильно усложняет режим подземных вод.
В пределах областей, отнесенных к тому или иному классу режима, по геоморфологическому признаку выделяются районы с междуречным, склоновым и террасовым видами режима подземных вод, а в гидрологическом подтипе — приречный вид.
Районы с междуречным видом режима, исключая площади открытого Донбасса, отличаются минимальными годовыми амплитудами ко-
'150
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
лебания уровней подземных вод (0,2—0,4 м). В то же время сезонные и многолетние колебания химического состава вод достигают здесь максимума (изменение сухого остатка составляет 400—700 мг/л).
На песчаных террасах (террасовый вид режима) величины годовых амплитуд колебания уровней составляют 1—3 м. На этих участках наблюдается самая низкая минерализация подземных вод, составляющая большей частью в пределах площадей подтипа умеренного питания 0,05—0,2 г/л и площадей скудного питания — от 0,4—0,5 до 1 г/л. Колебания минерализации по сезонам года в зоне умеренного увлажнения составляют 60—150 мг/л, а в зоне недостаточного увлажнения — 60— 300 мг/л.
Склоновый вид режима характеризуется резкими колебаниями уровней при относительно небольших изменениях химического состава. Например, по скв. 963, расположенной на правом коренном склоне долины Сев. Донца (Ольховский участок), амлитуда колебания уровня воды мергельно-мелового водоносного горизонта составила в 1963 г. 6,75 м, а в 1964 г. — 5,53 м. Величина сухого остатка изменялась в 1963 г. от 803 до 864 мг/л, в 1964 г. от 831 до 905 мг/л.
Для приречного вида режима характерен резкий подъем уровней подземных вод в период весеннего половодья с последующим более плавным спадом, нарушаемым небольшими подъемами уровня от выпадения атмосферных осадков. Амплитуда колебания уровня в многоводные годы достигает 7—9 м, причем не менее 3—4 м из них составляют глубину затопления поймы. Минерализация подземных вод в пойме выше, чем на песчаных террасах. В поймах Сев. Донца и его левобережных притоков она составляет 0,3—0,4 г/л, а на более высоких террасах— от 0,05 до 0,2 г/л. Несколько выше и годовая амплитуда колебания сухого остатка подземных вод в поймах, обычно 100—200 мг/л (в зоне умеренного увлажнения).
К сожалению почти отсутствуют фактические материалы, позволяющие охарактеризовать естественный режим подземных вод на глубоких горизонтах, удаленных от области питания. Имеющиеся данные по скважинам, изливающим минеральные воды из глубоких водоносных горизонтов триаса и карбона, подтверждают постоянство расходов этих скважин и химического состава воды, что говорит о стабильности режима подземных вод в данном случае.
Влияние условий питания и продолжительности путей фильтрации на режим подземных вод видно из сравнения колебания дебитов источников, расположенных в пределах местной области питания (водоносный горизонт полтавских отложений на Красноармейском участке) и удаленных от нее (горизонты каменноугольных отложений на участках Ново-Бутовском и Чистяковском, табл. 16). На Красноармейском участке количество атмосферных осадков отражается на дебите источников в том же году, а на Ново-Бутовском и Чистяковском — лишь на следующий год.
Площади проявления искусственных факторов характеризуются искусственным видом режима подземных вод с разновидностями на участках горных разработок, эксплуатации водозаборов, орошаемых площадях, участках подпора подземных вод в районах зарегулирования поверхностного стока.
Разновидность искусственного режима подземных вод на площадях орошения земель широко известна в восточных районах (Ростовская область) и в меньшей мере в центральных и западных. Здесь формируются особые черты режима. В долине Дона наблюдается систематическое повышение уровней подземных вод в результате фильтрации воды из оросительных каналов и неумеренных поливов. Особенно интенсивно
РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
151
Т а б л и ц а 16
Сравнение расходов источников на Красноармейском, Ново-Бутовском и Чвстяковском участках (по Н, И. Леввву)
Участок Красноармейский
Среднегодовой расход, л!сек
3ош s -
0¾
» OgJ
Участок Ново-Бутовский
Срраесдхноедг,оAд оjвcоeйK
Участок Чистяковский
Среднего расход,
дAоjвcоeй K
RE CI
Год наблюдений
СMуMмма осадков,
источник I № 1 источник № 3 источник № 6
СMуMмма осадков,
источник Н> 1 источник № 2 источник № 3
СMуMмма осадков,
, источник № 1 источник № 5 источник Ms 14
1945 1946 1947 1948 1949 1950
584,5 421,7 481,1 409,1 417,5 403,1
0,012 0,015 0,013
—
—
0,254 0,157 0,034
—
0,086 0,059 0,033 0,032
U M
0,42 0,53 0,47 0,50 0,50
—
—
—
—
455,0 0,192 0,564 1,239 409,7 387,8 0,146 0,205 0,740 318,6 567,0 0,094 0,102 0,496 399,2
0,114 0,045 0,77 0,133 0,074 0,67 0,118 0,053
уровни поднимались в период с 1952 по 1957 г. На первой надпойменной террасе в 1957 г. наступила стабилизация уровней. Они поднялись до отметок, где капиллярная кайма выходит на поверхность и территория интенсивно засоляется, а в пониженных участках заболачивается. То же наблюдается в настоящее время на второй надпойменной террасе. Площади заболоченных и подтопленных земель увеличились в 2—3 раза. Появились «лысины» с выпотами солей. Характерен режим осеннего накопления подземных вод. Так, в районе ст. Семикаракорской максимальный уровень наблюдался в октябре — ноябре, а не весной, как это отмечается за пределами орошаемых массивов. Общее повышение уровня воды в скважине с 1954 по 1959 г. составило 2,7 м. Все это свидетельствует о необходимости срочного проведения мероприятий по мелиорации орошаемого массива, в первую очередь строительства надлежащей коллекторно-дренажной сети.
Разновидность искусственного подпорного режима наиболее четко выражена по берегам Цимлянского, Печенежского и Краснооскольского водохранилищ. Естественный режим на участках подпора подземных вод в зоне, примыкающей непосредственно к водохранилищу, повторяет его водный режим, а на более удаленных участках сглажен развивающимся общим подъемом воды.
Изучение режима и условий фильтрации подземных вод в основаниях наиболее крупных плотин Волго-Донского канала им. В. И. Ленина (Варваровской, Береславской и Цимлянской) показало, что наиболее неблагоприятные условия создавались на участках пойм и первых надпойменных террас. Уже в первый период работы водохранилища, когда отметка уровня его была на 6 ж ниже НПГ, в нижнем бьефе на этих участках произошел резкий подъем уровня подземных вод (пьезометрический уровень оказался на 2 ж выше поверхности земли), что вызвало появление многочисленных грифонов и заболоченность.
При фильтрации воды из водохранилища наблюдается закономерное изменение химического состава как фильтрующихся, так и подземных вод. Так, в районе Береславской 'плотины в естественных условиях на левобережье преобладали сульфатно-хЛоридные воды с минерализацией до 2,4 г/л, а на правобережье — гидрокарбонатные с минерализацией 0,3—0,4 г/л. Сухой остаток поверхностных вод также не превы-
'152
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
шает 0,4 г/л. После создания водохранилища минерализация подземных вод повысилась за счет смешения с фильтрующимися поверхностными водами, а также растворения солей зоны аэрации. При этом содержание сульфатов увеличилось до 3 г/л, и воды приобрели сульфатно-натриевый состав. Как показали режимные наблюдения в районе сооружений Волго-Дона, процессы формирования химического состава подземных вод на участках развития подпорной разновидности режима подземных вод развиваются в течение длительного времени и даже после пятилетней эксплуатации водохранилищ их нельзя считать закончившимися.
Разновидности искусственного режима подземных вод в районах горных разработок и на участках эксплуатации водозаборов в Донбассе имеют весьма важное значение.
Произведенное районирование дает представление о влиянии тех или иных факторов на формирование режима подземных вод. Оно должно послужить основой для улучшения режимной гидрогеологической сети в Донбассе и при составлении прогнозов режима подземных вод на больших площадях.
На региональные закономерности режима подземных вод накладываются изменения уровней, расхода, температуры и химического состава подземных вод, связанные с ритмичностью климата. По мнению Н. С. Токарева, продолжительность ритмов атмосферных осадков второго порядка в пределах нашей страны колеблется от 2 до 7 лет, причем количество ритмов продолжительностью 2—3 года составляет примерно 70% от общего числа ритмов. Средняя продолжительность этих ритмов равна 3,13 года, а ритмов атмосферных осадков для разных районов Донбасса колеблется от 3 до 3,5 лет. Незначительная продолжительность стационарных наблюдений по большинству опорных водопунктов не позволяет пока сделать вполне определенные выводы об амплитудах и длительности циклов различных порядков для колебаний уровней, расходов, температур и химического состава подземных вод, а также об их связи с общей цикличностью климата, но отдельные трех-пятигодичные ритмы в колебаниях уровней и химического состава подземных вод на фоне ритмов более низкого порядка (с большими периодами) улавливаются довольно отчетливо.
РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОДОЗАБОРОВ
На территории Большого Донбасса имеется свыше 300 сосредоточенных водозаборов подземных вод централизованного и местного водоснабжения. Такие, как II Донецкий, Луганский, I Донецкий, Славяносербский, Кондрашевский, «Кипучая Криница» и др., относятся к числу крупнейших водозаборов подземных вод СССР.
На участках эксплуатации водоносных горизонтов возникает новый режим подземных вод, иногда отличающийся от ранее существовавшего естественного, а также формируется разновидность искусственного режима подземных вод.
Помимо прежних естественных дренажных зон (рек, балок, озер и т. д.), появляются новые искусственные, в связи с чем изменяются условия движения подземных вод вплоть до того, что прежние зоны дренирования могут оказаться зонами питания. Возникновение депрессионной воронки вокруг водозабора приводит к изменению направления движения подземных вод, часто на обратное по сравнению с естественными условиями. Кроме того, в результате эксплуатации подземных вод увеличиваются регулировочные запасы и общий расход подземного потока. Ниже дается характеристик* режима подземных вод по
РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
153
отдельным водозаборам, условия работы которых являются наиболее типичными для Донецкого бассейна.
I Д о н е ц к и й ( С в е т л и ч а н с к и й ) в о д о з а б о р находится в долине р. Сев. Донца у с. Светличного. Он состоит из 40 скважин, объединенных в шесть групп (Правобережная, Левобережная, Песочная, Бобровская, Ольховская и Капитоновская), эксплуатирующих мер-
тыс.м3/сутки
140
80
40
а
Щ|
1949 1950 1951 1952 1953 1954 1955 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962
д/И>
Зз Щ 4 0 5
Рис. 53. Изменение уровней и отбора подземных вод по I Донецкому водозабору
/ — уровень воды в р. Сев Донце, 2 — с р е д н и й уровень по Правобережной и Ольховской группам скважин; 3 — средний уровень по Песочной, Бобровской и Левобережной группам скважин; 4 — горизонт затопления поймы р Сев Донца, S — суммарный отбор воды по водозабору, 6 — атмос-
ферные осадки
гельно-меловой водоносный горизонт. Все группы скважин, за исключением Капитоновской, удаленной на 10 км к северо-востоку от остальных, размещены на пойменной и первой надпойменной террасах и взаимодействуют между собой. На рис. 53 приведены сводные графики колебаний уровней поверхностных вод, подземных вод по отдельным группам скважин и график общего водоотбора.
Максимальный уровень подземных вод обычно наблюдается в конце апреля, минимальный — в июле—-августе. По амплитуде и по ритму колебания уровней подземных вод, происходящие на фоне общего их снижения, вызванного возрастанием отбора воды, совпадают с колебаниями уровня воды в реке. Среднегодовая амплитуда колебаний уровней воды по группам скважин изменяется от 8 ж при затоплении поймы до 0,4 м при отсутствии разлива реки. Наблюдаются также резкие колеба-
'154
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
ДОНБАССА
ния уровней в скважинах, связанные с прекращением, а также с увеличением или уменьшением отбора воды. Амплитуда этих колебаний достигает 8—10 м.
Общий средний отбор подземной воды из года в год увеличивался (см. рис. 53), а в 1961 —1962 гг. понизился в связи с отсутствием в течение двух лет заводнения поймы. Меженный динамический уровень воды по группам скважин постепенно снижался в связи с увеличением отбора воды. В итоге образовалась общая депрессионная воронка, вытянутая вдоль русла Сев. Донца на 10 км при ширине около 4 км. В этой обширной депрессии имеются понижения второго и более мелких порядков, созданные отдельными группами и одиночными скважинами.
В 1963 г. в эксплуатируемых скважинах I Донецкого водозабора уровни подземных вод были выше, чем в 1962 г. Абсолютные отметки уровней в 1963 г. в скважинах Правобережной, Левобережной и Бобровской групп колебались в пределах 34,7—38,7 м, а в 1962 г. — 33,7— 36,4 м. В скважинах Капитоновской группы отметки уровней воды в скважинах в 1963 г. составили 83,5—94 ж, а в 1962 г. — 82—94 м. Повышение уровней в 1963 г. по сравнению с 1962 г. объясняется несколько меньшим отбором воды из скважин, а также более благоприятными условиями питания (затопление поймы и большее годовое количество осадков: в 1963 г. выпало 470,5 мм, а в 1962 г. — 434,2 мм).
Влияние эксплуатации на химический состав подземных вод I Донецкого водозабора отражено в табл. 17.
Т а б л и ц а 17
Изменение химического состава подземных вод I Донецкого водозабора (по А. А. Фаловскому)
Группа скважин
Изменение сухого остатка,
% (19491959 гг.)
1949 г.
Тип воды 1959 г.
Песочная
Бобровская Левобереж-
ная Ольховская
Правобережная
Без
изме-
нения
+40 +40 +40
Гидрокарбона г я о кальцие-
вый То же
„ „
Без изме- Смешан-
нения
ный
Гидрокарбоиатно-кальциевый
Сульфатио-гидрокарбонагно-кальциевый
Гидрокарбонатно-сульфагно-кальциевый
Сульфатио-гидрокарбонатно-кальциевый и хлоридно-гидрокарбонатно-кальциевый
Смешанный
II Д о н е ц к и й ( M a я к с к и й ) в о д о з а б о р расположен в пойме Сев. Донца по обоим берегам между селами Райгородок и Сидорово. Он состоит из 59 скважин средней глубиной около 50 м, эксплуатирующих мергельно-меловой водоносный горизонт. Положение динамических уровней за период 1954—1961 гг. показано на рис. 54.
Расход водозабора по мере ввода в эксплуатацию новых скважин все время растет и на 1 января 1965 г. составил примерно 150 тыс.
РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
155
м31сутки. В результате длительной эксплуатации водозабора вокруг него сформировалась депрессионная воронка эллипсовидной формы. Большая ось эллипса вытянута вдоль реки (длина около 10 км), а малая (2—4 км) перпендикулярна ей. Понижение уровня подземных вод обычно не превышает 10—12 м. Динамический уровень колеблется от 2,5 до 21 м (в среднем 8—12 м) ниже поверхности земли. По мере увеличения отбора воды наблюдается постепенное, хотя и довольно медленное, общее снижение пьезометрической поверхности и соответствующее медленное расширение депрессионной воронки. Водозабор работает в условиях, очень близких к установившемуся движению, используя в основном динамические запасы воды.
Рис. 54. Положение динамических уровней воды по скважинам II Донецкого водозабора за 1954—1961 гг. (По материалам Укргидропроекта)
1—7 — п о л о ж е н и е д и н а м и ч е с к о г о у р о в н я на а в г у с т г о г о д а м (/ — 1954, 2 — 1955 , 3 — 1996, 4 — 1958, 5 — 1959, 6 — 1960, 7 — 1961), 8 — к р о в л я м е ч о в ы х п о р о д
Положение динамического уровня и производительность скважин сильно зависят от сезонных колебаний уровня воды в реке, что указывает на хорошую гидравлическую связь подземных вод с поверхностными. Повышение уровня воды Сев. Донца осенью и особенно весной может достигать 4—6 м. Соответственно повышаются динамические уровни (на 3—7 м) и расходы (на 50%) в скважинах. В среднем дебит одной скважины составляет 40—50 л/сек.
Химический состав подземных вод в скважинах водозабора в многолетнем разрезе почти не изменился, имеют место лишь сезонные опреснения, связанные с подъемами уровня в Сев. Донце и весенним снеготаянием.
С л а в я н о с е р б с к и й в о д о з а б о р расположен в пойме Сев. Донца, на правом берегу, у г. Славяносербска. Он состоит из 14 скважин, эксплуатирующих мергельно-меловой водоносный горизонт. Суммарный среднемесячный отбор воды и колебания ее уровней показаны на рис. 55.
В результате шестилетней эксплуатации образовалась депрессионная воронка с размерами осей 9 км (вдоль русла реки) и 2,5 км (вкрест течения). Уровни воды по скважинам понизились в центре воронки в среднем на 10 м, а по окраинам на 2—3 м. С 1959 г. и по настоящее время установилось равновесие между отбираемым и поступающим количествами воды и положение динамических уровней стабилизировалось.
Годовая амплитуда колебаний уровней в центре депрессионной воронки за последние три года не превышает 1,2 м, даже при заводне-
'156
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
ДОНБАССА
нии поймы в 1960 г. На периферии депрессии в период весеннего паводка 1960 г. уровни воды поднялись на 3—4 м, а в 1961 —1962 гг. амплитуда колебаний уровней составила 1,4 м. Как и на участках I Донец-
80
40
1956 г
К—^
J
1957 г
1958 г
1959 Г
1960г
1961 г
1 1962 г 1
1
1 И 1з IAMi* U H s U M e 1 I?
Рис 55. Изменение отбора, уровня и химического состава подземных вод по Славяно сербскому водозабору
/ — о т б о р в о д ы , 2— с р е д н е е п о л о ж е н и е у р о в н я по с к в S и 14, Э — с р е д н е е п о л о ж е н и е у р о в н я по с к в . 3, И , 12, 4 — у р о в е н ь в о д ы в р Сев Д о н ц е (в а б с о т м ) 5—8— м и н е р а л и з а ц и я вод
(5 —'B р Сев Д о н ц е , б — в скв I, Г — в скв 3, 8 — в с к в 7)
кого и Il Донецкого водозаборов, колебания уровней воды в скважинах по ритму и амплитуде совпадают с колебанием уровня воды в реке.
Минерализация воды с начала эксплуатации увеличивалась и уменьшалась в зависимости от местоположения скважин. Образовавшиеся вокруг скважин депрессии вызвали более интенсивное просачивание в мергельно-меловую толщу поверхностных вод и вод аллювиаль-
РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
157
ных. отложений. Кроме того, активизировалось подпитывание вод мергельно-меловой толщи более минерализованными водами палеогена и неогена. Поэтому в скважинах, расположенных наиболее близко к выходам палеогеновых и неогеновых отложений и перехватывающих основную часть потока подземных вод с правого склона, минерализация увеличилась от 850—900 до 1150—1200 мг/л. В скважинах, расположенных ближе к реке, минерализация воды уменьшилась от 800— 850 до 590—610 мг/л, а в скважинах, занимающих промежуточное положение, она изменилась незначительно. Все эти изменения произошли в основном на первом году эксплуатации, а в дальнейшем минерализация воды стабилизировалась.
А м в р о с и е в с к и й в о д о з а б о р расположен в верховье р. Мокрого Еланчика, в 5 км южнее г. Амвросиевки. Водозабор состоит из 4 скважин, эксплуатирующих мергельно-меловой водоносный горизонт, который на этом участке гидравлически связан с горизонтом в песках и песчаниках сеноманского яруса. Меловые отложения повсеместно покрыты песками и глинами палеогенового и неогенового возраста мощностью 25—50 м и четвертичными отложениями мощностью 20—30 м.
В соответствии с увеличением водоотбора (рис. 56) происходит расширение депрессионной воронки, однако в периоды весеннего снеготаяния наблюдаются значительные сокращения ее площади. В декабре 1963 г. площадь воронки составляла 10 км2.
За границами воронки амплитуда колебания уровней воды не превышает 2—3 м. В ее пределах колебания уровней связаны с действием как естественных факторов, так и водоотбора (интенсивности работы насосного оборудования, остановок на ремонт и т. д.) и амплитуда их составляет 3,5—-5,5 м. В целом происходит постепенное снижение динамических уровней по мере роста водоотбора. В 1964 г. наметилась некоторая стабилизация их, при этом водоотбор остался примерно на уровне 1963 г. Химический состав воды почти не изменяется.
В о д о з а б о р « К и п у ч а я К р и н и ц а » расположен в долине р. Мокрой Волновахи, в месте впадения в нее р. Сухой Волновахи. Водозабор эксплуатирует трещинно-карстовый водоносный горизонт, заключенный в толще известняков и доломитов нижнекаменноугольного возраста.
Карбонатная толща нижнего карбона здесь разбита рядом тектонических нарушений. К одному из них был приурочен крупный выход подземных вод, образовавший целое озеро. В 1929 г. дебит источника составлял 170 л/сек. В 1930 г. на месте источника был устроен каптаж, расход которого в 1932 г. составил 147—166 л/сек. В 1948 г. расход каптажа при работе насосной станции был равен 220 л/сек. По мере ввода в эксплуатацию все большего количества скважин дебит последнего постепенно снижался и в течение июля—октября 1952 г. стабилизировался на величине 47—55 л/сек. Динамический уровень воды в каптажном водоприемном колодце при этом сохранялся.
В настоящее время водоотбор на участке «Кипучая Криница» осуществляется с помощью скважин, количество которых доведено до одиннадцати, что обеспечивает отбор порядка 400—600 л/сек при понижении уровней на 9—33 м. Радиус депрессионной воронки равен 1,5—3 км.
Режим дебитов водозаборных скважин и динамических уровней рчень постоянен во времени и почти не меняется по сезонам года. Это говорит о том, что в питании подземных вод трещинно-карстового водоносного горизонта на участке водозабора наряду с атмосферными и поверхностными водами большую роль играет подток глубинных вод.
'158
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
Об этом свидетельствуют также повышенная температура воды в источнике ( + 14,8°С) и в скважинах ( + 10—12°С), несколько повышенная минерализация подземных вод в верхней зоне интенсивного водо-
тыс м3/сутки
10 /
Водоотбор
скв 14/1
"V
\ Ч^
Jkf,
СКВ 1770
Wu
тк ЧN.
•А»
^ i ^ A c n e 1771
\\
1Aaa
4027
1959
V
I960
СКВ 1763
скв 1775
«v ^
1961
1962
1963
1964
Рис. 56. Изменение уровней и отбора подземных вод по Амвросиевскому водозабору
обмена (1,1 —1,5, местами до 3,7 г/л) и исключительное однообразие и постоянство химического состава вод.
В о д о з а б о р « З о л о т о й К о л о д е ц » расположен у с. Золотой Колодец, в долине р. Грузской, впадающей в р. Казенный Торец. Водо-
РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
159
забор состоит из 4 скважин суммарной производительностью около 5 тыс. мг!сутки, эксплуатирующих водоносные горизонты верхнего карбона (свита C32). С 1957 по 1964 г. расширения депрессионных воронок вокруг скважин не наблюдалось. Отмечались лишь сезонные повышения и понижения уровней. Вообще же режим уровней и расходов в целом по водозабору очень неустойчив в связи с неравномерной эксплуатацией отдельных скважин. Несколько увеличилась минерализация (с 1,2 до 1,5 г/л) и повысилось содержание хлора в связи с более интенсивным вовлечением в зону действия водозабора вод с прилегающих междуречных участков, где они имеют повышенную минерализацию и более высокое содержание хлора.
Приведенное выше описание режима подземных вод нескольких водозаборов в общих чертах отражает условия формирования режима подземных вод под влиянием естественных факторов и откачки воды из скважин, расположенных в подобных условиях и на других водозаборах Донбасса. Имеются лишь некоторые особенности. Водозаборы размещенные на площадях с различными видами естественного режима подземных вод, различаются как по конфигурации депрессионных воронок, так и по режиму расходов, уровней и химического состава подземных вод.
Размеры и форма депрессий, колебания уровней и химического состава воды на участках водозаборов, расположенных на площадях приречного вида естественного режима, существенно зависят от водного режима реки, определяющего циклические сокращения установившихся или развивающихся депрессионных воронок в периоды весенних половодий и паводков. Как правило, депрессионные воронки имеют эллипсовидную форму с длинной осью, вытянутой вдоль русла реки.
На площадях с террасовым видом режима подземных вод (на участках водозаборов) он не зависит от гидрологического режима реки или зависит значительно меньше. Здесь создаются наиболее благоприятные условия для восполнения запасов за счет атмосферных осадков и подтока вод с междуречий. Сезонные и многолетние изменения химического состава воды минимальны. Таким образом, для Донбасса, где поверхностные водотоки загрязнены, площади с террасовым видом режима наиболее благоприятны для заложения водозаборов.
На междуречьях, покрытых толщей лёссово-суглинистых отложений, восполнение запасов затруднено и режим подземных вод в границах влияния водозаборов всецело определяется режимом эксплуатации. В открытых районах (обнаженный Донбасс) наблюдаются большие амплитуды сезонных колебаний уровней и химического состава подземных вод, что сильно затрудняет эксплуатацию водозаборов.
Анализ работы донецких водозаборов, в том числе и наиболее крупных (I Донецкий, II Донецкий, Луганский, Славяносербский и др.), показывает, что истощения запасов подземных вод не наблюдается. Достигнутые понижения уровней подземных вод по всем водозаборным площадям не превышают величин напора над кровлей водоносных горизонтов. Водозаборы работают в условиях квазиустановившегося (сбалансированного) движения, т. е. существует примерное равновесие между отбором воды и притоком ее к водозаборным сооружениям без сработки статических запасов Из этого можно сделать следующие выводы: I) на действующих водозаборах существует резерв ,для дальнейшего увеличения водоотбора, так как понижения в них непредельные (они нигде не достигают величин, при которых водоносные горизонты осушаются на половину своей мощности); 2) рассмотренные водозаборы подземных вод могут служить аналогом для оценки динамических (восполняемых) эксплуатационных запасов в региональном плане.
'160
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
Дальнейшее увеличение водоотбора по большинству из донецких водозаборов будет происходить со сработкой статических запасов в условиях неустановившегося движения. На ближайшие 50 лет это даст увеличение производительности действующих водозаборов на 20%, а существующая производительность для них постоянно гарантирована.
РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В РАЙОНАХ ГОРНЫХ РАЗРАБОТОК
Режим подземных вод на участках шахтных полей до настоящего времени изучен недостаточно полно вследствие сложности и разнообразия условий разработки, а также небольшого количества наблюдений. Тем не менее накоплены некоторые фактические материалы, по которым можно дать качественную характеристику дренирования подземных вод шахтами, а в ряде случаев и сделать некоторые предварительные выводы о его масштабах.
Нарушения естественного режима подземных вод возникают уже в самом начале шахтного строительства — при проходке стволов. При этом вскрываются многие водоносные горизонты карбона до глубин 500—600 м, а иногда 1000—1200 м. Но поскольку крепление стволов осуществляется вслед за углубкой, притоки в них невелики и обычно составляют 10—20 м/час, достигая в отдельных районах (Красноармейский) 70—100 м3/час. Поэтому вокруг шахтных стволов не наблюдается широких депрессий, и в зону осушения попадают незначительные площади.
Только при длительном дренировании какого-либо из пересеченных стволом водоносных горизонтов должна вырабатываться воронка депрессии в полосе выходов горизонта, располагающаяся от ствола на некотором, иногда значительном, удалении.
Дальнейший дренаж подземных вод происходит при проведении подготовительных выработок, особенно квершлагов, вскрывающих по нескольку водоносных горизонтов. Однако ввиду малых размеров сечения квершлагов над ними не создаются мощные зоны, и притоки в эти выработки обычно не превышают 10—15 м3/час.
При вскрытии тектонических нарушений притоки составляют 300— 400 и даже более 1000 м3/час, но они очень редки и кратковременны. Обычно такие притоки не приводят к образованию обширных воронок, так как они формируются за счет статических запасов отдельных, нередко изолированных, зон тектонических нарушений. После перекрытия мест прорывов сдренированные объемы снова заполняются водой.
Более интенсивное осушение водоносных горизонтов наблюдается при очистных работах, когда над выработанным пространством происходят обрушение и оседание пород, сопровождающиеся образованием трещин, связывающих разобщенные до этого водоносные горизонты.
Представление о масштабах дренирования при очистных работах дают режимные наблюдения на полях шахт «Кураховка» № 40, «Водяная» № 2 и некоторых других. Шахтой «Водяная» № 2 разрабатывается угольный пласт kB5. Наблюдения проводились по 10 наблюдательным скважинам, пробуренным на водоносные горизонты в песчаниках между пластом kB5 и известняком Ks, между известняком Ks и пластом &57, а также в полтавских песках на северном крыле шахты. При этом очистные выработки проходились на небольшой глубине от поверхности карбона (до 200 м).
На рис. 57 и 58 приведены типовые разрезы наблюдательных скважин, а также результаты режимных наблюдений: графики колебания уровней воды в наблюдательных скважинах в зависимости от положения фронта очистных работ по шахте «Водяная» № 2.
РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
161
Результаты режимных наблюдений свидетельствуют о том, что при очистных работах в обводнение шахты вовлекаются водоносные горизонты, залегающие над разрабатываемыми пластами в пределах 30—• 50-кратной мощности угольного пласта На поле шахты «Водяная» № 2, например, дренирующее влияние шахты сказывается на ближайших к разрабатываемому пласту kB5 водоносных горизонтах в песчаниках между пластом kB5 и известняком /C8, а на вышележащих горизонтах (в 80, 85 и 150 м над пластом kB5) влияние горных работ практически не ощущается
Рис 57 Изменение уровня в наблюдательных скв 1295, 1288, 1304, 1303 i.d участке шахты «Водная» JVb 2 в зависимости от расстояния до фронта
очистных работ
/ — с \ п и н к и 2 — пески глинистые, 3 — песчаники, 4 — сланцы песчанистые J — угочь 6 — известняки Стрелка соответствует величине напора водоносного
горизонта
Наибольшая водопроницаемость трещин обрушения и максимальное снижение уровней отмечаются в первое время после посадки лав на участках, непосредственно прилегающих к разрабатываемому пласту. В водоносных горизонтах, наиболее удаленных от кровли угольного пласта и поэтому слабее затронутых процессами обрушения, наблюдается меньшее снижение уровней подземных вод, а за пределами зоны обрушения оно совсем не отмечается.
В дальнейшем происходит задавливание трещин обрушения и уменьшение их водопроницаемости, приток в лаву на этом участке уменьшается или прекращается полностью и уровни подземных вод восстанавливаются до уровенной поверхности общей шахтной депрессии. Таким образом, формирующиеся над очистными выработками депрессионные воронки являются временными
Поскольку зона максимального растяжения пород кровли перемещается вслед за забоем лавы, то временные депрессионные воронки последовательно сменяют одна другую, мигрируя по площади отработки.
Режим подземных вод в пределах этих воронок определяется положением водоносных горизонтов по отношению к забою очистных работ
'162
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
и перераспределением горного давления. Характер его чрезвычайно динамичен. Амплитуда колебания уровней измеряется десятками метров (до 70—100 м). Снижение и восстановление их происходят резко. Радиусы временных депрессионных воронок на шахтах «Кураховка» № 40 и «Водяная» № 2 составляют 200—400 м.
Наряду с местными временными воронками над рабочими забоями на шахтных полях иногда формируются общие депрессии, что фиксиру-
Рис. 58. Изменение уровня воды в наблюдательных скважинам на участке шахты «Водная» № 2 за 1958—1964 гг.
ется в виде плавного снижения уровней воды как карбоновых, так и вышележащих водоносных горизонтов, например бучакского водоносного горизонта вокруг стволов шахты «Терновская» № 1 (рис. 59). Стабилизация воронки наступила в 1959 г. и дальнейшее изменение ее формы зависит от количества откачиваемой воды из стволов шахт, а также климатических условий года. Такая же воронка сформировалась вокруг стволов шахты «Терновская» № 1 и в водоносных горизонтах карбона с понижением уровней в центре ее на 40—45 м, а в радиусе 100—200 м — на 7—15 м. Увеличение протяженности подготовительных работ ниже почвы бучакского горизонта на 150—200 м не сказалось на уровнях подземных вод. Аналогичные явления, по-виднмому, имеют место в Донецкой и Ворошнловградской областях.
В отдельных случаях горные работы отрицательно сказываются на состоянии водозаборов вплоть до вывода их из строя. Примером может служить водозабор пос. Завадского Кадиевского района Ворошилов-
РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
163
градской области. Скважина водозабора вышла из строя вследствие понижения уровня воды до глубины 27,6 м, которое произошло в результате дренирования водоносного горизонта известняка M5 стволами шахты «Краснопольская Глубокая». Однако примеры подобного рода в Донбассе немногочисленны.
Уникальные данные о формировании общешахтной депрессии и влиянии шахтного водоотлива на режим подземных вод и водозаборы получены в результате наблюдений на участке шахты «Петр», выполненных в период откачки и восстановления шахты (1945—1949 гг.).
05 10 15 20 KM
I^jM?Ч5jg' 1 -— ? [*" — — -|3
Рис. 59. Схема пьезоизогипс бучакского водоносного горизонта в районе шахты «Терновская» № 1 (по Д. А. Терешкину)
/ — с к в а ж и н а и е е н о м е р ( с в е р х у ) , а б с о л ю т н ы е о т м е т к и Уровня в о д ы иа 1959 г ( с л е в а ) , иа 1960 г. ( с п р а в а ) ; 2 — п ь е з о и з о г и п с ы б у ч а к с к о г о в о д о н о с н о г о г о р и з о н т а
по с о с т о я н и ю на 1959 т., 3 — т о ж е , по с о с т о я н и ю и а I960 г
В 1941 г. шахта «Петр» разрабатывала угольные пласты k74, k&, /21 и /3, вскрытые поэтажными квершлагами на горизонтах 22, —69 и —119 м. В 3700 м к юго-востоку по простиранию пород расположен ствол шахты № 12 «Михайловка», вскрывшей толщу пород карбона этажным квершлагом от пласта ke до пласта lBg на горизонте — 11,5 м, В 1250 м к северо-западу от шахты «Петр» расположена шах та № 29 «Золотое», вскрывшая толщу пород карбона этажными квершлагами от пласта £74 до Все эти три шахты между собой не были сбиты. 9 февраля 1945 г. уровень воды в стволе шахты находился на отметке + 108,9 м, в стволе шахты № 29 «Золотое», на отметке +110,4 м, в стволе шахты «Петр», на отметке +112,5 м в стволе шахты № 12 «Михайловка». Откачка велась из ствола шахты «Петр», но уровни понижались также в шахтах № 29 «Золотое» и № 12 «Михайловка». К апрелю 1945 г. уровень воды понизился по шахте «Петр» до отметки + 85,8 м, по шахте № 29 «Золотое» до + 9 8 м, по шахте № 12 «Михайловка» до +106,1 м. 1 марта 1946 г. уровень воды в шахте «Петр» находится на отметке —8,1 м, а в шахте № 12 «Михайловка» на отметке + 67,8 м. По шахте № 29 «Золотое» не было доступа для замеров уровня воды. В то же время по колодцам № 8 и 10, находящимся соответственно в 80 и 40 м от ствола шахты «Петр», уровни воды остались без изменения: по колодцу № 8 — на отметке + 1 1 5 м, по колодцу № 10 — на отметке + 1 1 3 м. Колодец № 8 расположен на простирании
'164
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
пород, залегающих в 90 л выше кровли пласта
колодец № ю — н а
простирании известняка Ks, залегающего ниже пласта k74.
Наблюдения за режимом неглубоких подземных вод на полях дей-
ствующих шахт также не обнаружили подработки водоносных гори-
зонтов, питающих источники, каптажи и колодцы, расположенные не-
посредственно на шахтных полях.
Таким образом, горными выработками угольных шахт, как правило,
дренируются водоносные горизонты, залегающие непосредственно над
разрабатываемыми пластами в пределах 30—50 м толщи (выемочная
мощность большинства угольных пластов не превышает 1 м). Наиболь-
шее снижение уровней (центр депрессии) происходит непосредственно
над забоем лав и перемещается вслед за ними. По мере продвижения
лав уровни воды в водоносных горизонтах в этих точках в связи с за-
давливанием и кольматацией трещин в горных породах полностью или
частично восстанавливаются. Наряду с местными воронками над рабо-
чими забоями в пределах шахтных полей, иногда в водоносных гори-
зонтах, формируются общие депрессии, протяженность которых на вы-
ходах достигает нескольких километров вдоль простирания пластов
при незначительной ширине. В результате подработки горными рабо-
тами водоносных горизонтов имеют место отдельные редкие случаи
вывода из строя водозаборов подземных вод.
Многократное чередование водоносных и водоупорных пород при
достаточно больших мощностях последних, а также незначительное
распространение вверх зоны обрушения, обусловленное небольшой мощ-
ностью угольных пластов, затрудняют дренирование подземных вод.
Режим подземных вод верхних горизонтов, даже над выработанными
площадями, остается зачастую незатронутым дренирующим влиянием
горных работ, о чем помимо данных режимных наблюдений свидетель-
ствуют многие случаи непрерывной эксплуатации каптажей и суще-
ствование источников в пределах шахтных полей.
Следовательно, участки шахтных полей не должны рассматривать-
ся как бесперспективные для организации водоснабжения хотя бы мест-
ных потребителей, тем более, что при оставлении соответствующих
целиков под водозаборными скважинами они практически не подвер-
гаются дренирующему влиянию горных работ.
Многие вопросы режима и динамики подземных вод в районах
угольных разработок (форма и размеры депрессионных воронок, изме-
нение уровней и химического состава подземных вод и др.) остаются
невыясненными.
Шахты, разрабатывающие пласты каменной соли, гипсы и доло-
миты в пермских отложениях, не оказывают существенного влияния на
естественный режим подземных вод, так как они закладываются на
участках с минимальной вьицелоченностью и обводненностью горных
пород, и вода в них практически не поступает.
Многочисленные карьеры, разрабатывающие граниты докембрия,
песчаники и известняки карбона, гипсы и доломиты перми, пески и гли-
ны палеогена и неогена, а также мергели и мел меловых отложений,
в большинстве случаев располагаются выше уровня подземных вод и
не оказывают влияния на их режим. Карьеры Часовярского и Красно-
лиманского рудоуправлений, разрабатывающие пески и глины неогена ниже зеркала подземных вод, имеют водопритоки до 200—300 мъ/час
при депрессиях, распространяющихся не более чем на 100—200 м от
бортов карьеров.
Наиболее сильное дренирующее влияние оказывают карьеры, от-
рабатывающие известняки и доломиты карбонатной толщи нижнего
карбона (Еленовский, Комсомольский и др.). Вокруг них создаются де-
РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
165
прессионные воронки с радиусами, измеряемыми несколькими километрами, и с понижениями в центре до 30—40 м. Они имеют вытянутую по простиранию пород карбона форму, причем их большие оси примерно вдвое больше коротких. В отдельных случаях, например при вскрытии карьерами крупных тектонических нарушений, притоки в карьеры резко возрастают, а радиусы депрессии достигают 10—15 км по направлению нарушений.
ВЛИЯНИЕ ЗАРЕГУЛИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СТОКА НА РЕЖИМ
ПОДЗЕМНЫХ ВОД И РАБОТУ ВОДОЗАБОРОВ
Зарегулирование поверхностного стока на территории Большого Донбасса осуществляется путем устройства большого количества разнообразных водохранилищ, прудов или строительства крупных каналов. Оно отражается не только на режиме поверхностных и подземных вод, но и на работе водозаборов. Исключительный интерес представляет прежде всего влияние зарегулирования стока Сев. Донца на водозаборы, расположенные в его долине.
Основную роль в питании Сев. Донца играют осадки в виде снега. Жидкие осадки решающего значения не имеют, лишь изредка ливни вызывают кратковременные летние паводки, превышающие сравнительно устойчивое меженное стояние реки.
Основное формирование стока происходит весной (65—68%) и минимальное— осенью и зимой (10—13%). В формировании меженного и зимнего стока Сев. Донца главную роль играет подземное питание, довольно значительное и устойчивое благодаря большому притоку вод преимущественно из меловых, палеогеновых и неогеновых отложений (почти по всему левобережью), а также из карбона, перми, мела и палеогена (в пределах среднего правобережья). В общем стоке Сев. Донца подземное питание составляет 55—60% для маловодных и i9— 22% для многоводных лет.
Режим Сев. Донца до его зарегулирования Краснооскольским и Кочетокским водохранилищами характеризовался интенсивным подъемом уровней и увеличением расходов воды во время весенних половодий и спадом уровней и расходов воды в летне-осенние периоды. Межени отличались длительным низким стоянием уровней и маловодностью. Зимой, обычно при ледоставе, наблюдались устойчивые уровни. Весенний подъем уровня продолжался обычно в течение 20—25 дней со средней интенсивностью 15—-20 см/сутки. Средний сток реки Сев. Донца на участке Змиев — Белая Калитва увеличивался от 50 до 166 м3/сек, а максимальный — от 80 до 371 м?/сек.
С началом нормальной эксплуатации водохранилищ характеристика реки изменится, а полная нагрузка Донецкого канала (питающегося в основном водами Краснооскольского водохранилища) заметно уменьшит частоту, высоту и продолжительность затопления поймы Сев. Донца ниже головных регулирующих сооружений канала, т. е. ниже русловой плотины у Райгородка. Во всех створах основных водозаборов подземных вод, расположенных .в долине среднего течения Сев. Донца, срезка бытовых горизонтов произойдет не только в паводковые периоды, а й в межень (от 0,02 до 1,44 м). У с . Маяки в многоводные годы паводковые горизонты срезаются от 0,27 до 0,77 м при сохранении условий затопления поймы в течение всего расчетного периода (март— апрель) и повышении горизонтов в остальное время года больше чем на 1 м. В средние по водности годы и особенно в маловодные годы предполагается подъем горизонтов воды за счет русловой плотияы (у с. Райгородок) на 1,5—2 м против бытовых.
W I
ш s-
if 1 I
I
Ii
s it Ijs
~ Sf IS t gS I
IM
= шМт
i a •a Sl
jll
"
=
a
M
fl
-T
.. =
§5? 5¾
=' SL
,3
Ш
s
M
РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
167
Из табл. 18 следует, что зарегулирование поверхностного стока Сев. Донца Краснооскольским и Кочетокским водохранилищами окажет неодинаковое влияние на изменение гидрологического уровенного режима различных участков реки, а следовательно, и на режим подземных вод долины, пребывающих в гидравлической связи с поверхностными водами.
Общий сток Сев. Донца в результате зарегулирования реки безусловно сократится, хотя его количественная сторона пока не исследовалась.
Рассчитывать на улучшение качества вод р. Сев. Донца пока не следует, так как увеличивающийся сброс промышленно-коммунальных стоков Донбасса повышает общую минерализацию и загрязненность вод Сев. Донца.
Учитывая все эти соображения, можно полагать, что изменение режима подземных вод при зарегулированном стоке будет происходить прежде всего в пойменной части долины реки, т. е. в пределах распространения приречного вида режима подземных вод. Вне влияния зарегулированного стока останется склоновая часть долины реки, включая и высокие террасы, с расположенными в ее пределах площадками водозаборов.
Зарегулирование поверхностного стока Сев. Донца вызовет соответствующие снижения уровней аллювиальных вод и пьезометрических уровней вод подстилающей мергельно-меловой толщи или других горизонтов. В границах депрессионных воронок водозаборов будут также наблюдаться соответствующие понижения динамических уровней. Естественно, что с этим будут связаны соответствующее уменьшение производительности эксплуатационных скважин и рост минерализации откачиваемых вод.
С помощью аналоговых сопоставлений ожидаемое снижение динамических уровней по скважинам I Донецкого водозабора определено от 2—3 до 5—7 м ниже бытовых (до зарегулирования). Уменьшение водоотбора при сохранении существующих условий эксплуатации в условиях зарегулированного стока может составить от 10 до 40% в зависимости от местоположения и характера гидравлической связи подземных вод с поверхностными. Таким образом, зарегулирование поверхностного стока Сев. Донца Краснооскольским и Кочетокским водохранилищами отрицательно сказывается на режиме подземных вод в естественных условиях долины реки и особенно на работе расположенных в ней водозаборов.
ОБОГАЩЕНИЕ И ИСКУССТВЕННОЕ ПОПОЛНЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Одним из возможных мероприятий по сохранению существующего водоотбора после зарегулирования поверхностного стока реки является обогащение или искусственное подпитывание подземных вод.
Развивая идеи Д. И. Щеголева, можно рекомендовать следующие методы обогащения подземных вод в пределах водозаборов долины Сев. Донца; 1) непосредственная закачка сравнительно чистых поверхностных вод в трещиноватую зону мергельно-меловой толщи или в аллювиальные пески; 2) постоянное затопление озер и староречий посредством механической перекачки вод из реки или самотеком; 3) устройство наливных прудов на песчаной террасе или вдоль контакта с песчаной террасой, а также в границах контуров максимального развития депрессионных воронок водозаборов или несколько выше их; 4) периодическое затопление (заводнение) поймы с постоянным заполнением озер и староречий.
'168
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
Метод непосредственной закачки сравнительно чистых речных вод в трещиноватую зону мергельно-меловой толщи или в нижнюю, наиболее проницаемую часть аллювия целесообразно опробовать в пределах II Донецкого водозабора.
Метод постоянного затопления озёр-староречий может быть применен в районе II Донецкого водозабора (и выше по долине Сев. Донца). Тот же метод, но с прерывным (на периоды пропуска промстоков по Сев. Донцу) затоплением можно рекомендовать для водозаборов, расположенных в долине Сев. Донца, ниже устья Казенного Торца Этот же метод, но с выборочным затоплением (только чистых озер) можно применять на участках водозаборов, уже находящихся в стадии загрязнения промстоками («Лесная Дача», Рубежанского химкомбината).
Метод обогащения подземных вод посредством устройства наливных прудов на песчаной террасе или вдоль контакта поймы с террасой может применяться для большинства водозаборов. Периодическое заводнение поймы с самотечным заполнением озер-стариц в контурах депрессионных воронок водозаборов можно осуществлять в первою очередь у сел Маяки (пользуясь русловой плотиной Донецкого канала), Светличного и в Славяносербске.
На участке II Донецкого водозабора опыт затопления поймы дал в общем положительный результат Подъем горизонта Сев Донца Рай городской плотиной до отметок затопления поймы благотворно сказался на работе многих скважин водозабора.
Обогащение подземных вод должно осуществляться последовательно сверху вниз по долине Сев. Донца по единому графику, учитывающему ресурсы поверхностных вод и время их перемещения от одного водозабора к другому, а также исключающему захват концентрированных промстоков по реке.
Обогащение подземных вод предотвратит систематическое падение дсбитов скважин, а в ряде случаев вызовет увеличение производительности водозаборов при однократном самотечном затоплении озер-ста роречий и фильтрующих площадей на 10—15%, а при двухкратном — до 30% При постоянном затоплении поймы водоотбор может возрасти в 1,5—2 раза.
Для проверки возможности осуществления обогащения подземных вод предложенными методами были проведены экспериментальные исследования в пределах I и II Донецких водозаборов
Ниже II Донецкого водозабора русловой плотиной головной части Донецкого канала горизонт реки был поднят на 3 м выше многолетней бытовой межени Образовавшийся подпор распространился по реке более чем на 30 км, захватывая весь водозабор от Райгородской до Сидоровской группы эксплуатационных скважин Это благоприятно сказалось на режиме подземных вод водозабора, вызвало во многих случаях повышение динамических уровней, а в ряде мест и производительности скважин. Изменения динамических уровней в скважинах колебались от сантиметров до нескольких метров в сторону повышения, лишь в отдельных случаях отмечены понижения Производительность скважин также увеличилась на 20—67% в зависимости от гидрогеологических особенностей места их заложения. Удаленность скважин от реки не имела существенного значения, за исключением случаев размещения скважин непосредственно у реки.
Весенний паводок 1959 г. не обещал быть высоким, поэтому затворы русловой Райгородской плотины были закрыты 5 марта В результате этого 30 марта вода начала выходить из берегов, затапливая пониженные участки поймы. Максимальный горизонт воды в реке, пре-
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
169
высивший на 2 м низкие отметки поймы, был зафиксирован 15 апреля, а затем паводок начал быстро убывать и 25 апреля горизонт воды в реке был зафиксирован на 1,09 м ниже максимума. С 25 апреля .по 30 мая уровень снижался более медленно (на 1 м), достигнув отметки
нпг.
Одновременно с повышением горизонта воды в реке наблюдался подъем уровней подземных вод, приуроченных к аллювию и трещиноватой зоне мергельно-меловой толщи пород. Максимальная отметка уровня подземных вод отмечена 20 апреля и была на 4—5 м выше отметки до затопления.
Опытно-экспериментальные работы в районе I Донецкого водозабора заключались в затоплении озер Сохи и Глубокого. Затопление оз. Сохи длилось с 12 октября до 15 ноября 1959 г. с незначительными перерывами. В озеро было закачано из Сев. Донца около 10 063 мг воды.-До затопления дно озера было сухое. Максимальная глубина наполненного озера была около 0,85 м. Через 5 дней после окончания закачки дно озера снова обнажилось. Озеро Глубокое затапливалось на глубину около 3 м.
Экспериментальные исследования по закачке воды в озера Сохи и Глубокое дали следующие результаты. До затопления озер в положении уровней подземных вод (аллювиального водоносного горизонта и трещиноватой зоны мергельно-меловой толщи пород) наблюдалась тенденция к снижению (около 0,2 м в месяц, сентябрь — октябрь). После затопления уровни подземных вод заметно повысились во всех наблюдательных скважинах: в аллювиальном водоносном горизонте от 0,75 до 5 м, в трещиноватой зоне мергельно-меловых пород — от 0,5 до 2 м. В эксплуатационных скважинах 26 (Левобережная группа) и 4 (Бобровская группа) динамические уровни повысились за период с начала и до максимального затопления озер на 0,4—0,6 м, что эквивалентно увеличению их производительности ориентировочно на 10— 36 м3/час, или на 6—20%.
После окончания затопления оз. Сохи уровни воды во всех наблюдательных скважинах аллювиального водоносного горизонта и трещиноватой зоны мергельно-меловой толщи, а также в эксплуатационной скв. 26, хотя и медленно понижались, но почти за 1,5-месячный период еще не достигли наблюдавшихся до затопления отметок.
Проведенные опытно-экспериментальные работы подтвердили наличие довольно тесной гидравлической связи водоносных горизонтов между собой и подземных вод с поверхностными.
Глава VI
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ в о д
Специальных работ по изучению процессов водообмена и формирования запасов подземных вод в Донецком бассейне не проводилось. Однако в течение всего длительного периода геологических и гидрогеологических исследований бассейна были получены многочисленные материалы, дающие представление об условиях питания, дренирования, формирования запасов и химического состава подземных вод в региональном плане.
Наиболее полно изучены вопросы гидрохимии (в большей степени химический состав подземных вод каменноугольных, в меньшей мере — других отложений), позволяющие судить не только о процессах форми-
'170
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
рования состава вод, но и об условиях восполнения запасов, водообмена и гидродинамических особенностях в различных частях Донбасса.
Специальные исследования по гидрохимии подземных и шахтных вод некоторых районов Донбасса впервые были проведены накануне Отечественной войны группой ИГН АН СССР при изучении газоносности угольных месторождений и выявлении связи ее с гидрохимией. Эти работы позволили выяснить основные черты вертикальной гидрохимической зональности подземных и шахтных вод Центрального района (Кравцов, 1948).
В 50-х годах трестом «Артемгеология» были начаты крупные специальные работы по изучению условий формирования химического состава и свойств подземных и шахтных вод. Эти работы были направлены на выяснение закономерностей образования кислотных шахтных вод. Имеющиеся сейчас обширные материалы по гидрохимии почти всего комплекса отложений, распространенных на окраинах бассейна, позволяют судить о закономерностях формирования подземных вод в пределах большей части описываемой территории.
Климатические, геоморфологические и геологические условия на территории Большого Донбасса сочетаются таким образом, что питание подземных вод происходит за счет инфильтрации и инфлюации снеговых и дождевых вод и в меньшей мере — фильтрации поверхностных вод, конденсации водяных паров и пленочного перемещения влаги.
На основании данных, полученных в результате многолетних наблюдений в Каменной степи, а также исследований Волго-Донской государственной опорной гидрогеологической станции, Дубовской научно-исследовательской гидрогеологической лаборатории (ДНИГЛ), Луганской гидрогеологической станции и др. можно утверждать, что питание подземных вод за счет инфильтрации происходит на всей северо-западной (более увлажненной) части территории, на юго-востоке — в речных долинах, а на междуречьях — в балках, подах и других понижениях в рельефе.
На рис. 60 отражено колебание уровней воды водоносного горизонта лёссово-суглинистых отложений в степях Нижнего Дона Эти данные очень характерны и отражают особенности процессов питания подземных вод в засушливых районах в зависимости от мощности слабопроницаемого лёссового покрова.
Наблюдения показывают, что пополнение запасов водоносного горизонта лессово-суглинистых отложений за счет дождей и оттепелей, а также весеннего снеготаяния наблюдалось только в балке (скв. 113). На приводораздельных же участках повышения уровней в этих случаях не происходило, наоборот, заметное повышение его было отмечено в июле (скв. 114), когда в придолинных участках фиксируется снижение уровней. Это свидетельствует о том, что питание на приводораздельных площадях с мощным лёссовым покровом происходит не в результате инфитьтрации, а другим путем (конденсация, пленочное движение). Положение уровней зеркала грунтовых вод здесь, как и везде в Донбассе, подтверждает существование постояного потока от водоразделов к AieCTHbiM базисам разгрузки — долинам балок и рек, и указывает на постоянное пополнение запасов на всей площади (в том числе и на покрытых глинистыми толщами водоразделах).
Аналогичные закономерности хорошо иллюстрируются рис. 52, показывающим, что питание водоносных горизонтов аллювия и мергельно-меловой толщи происходит не только на песчаных террасах, где хорошо фиксируется инфильтрация, но и на приводораздельных участках, покрытых мощными глинистыми осадками (по скв. 422 четвертичный глинистый покров составляет более 40 м). Однако уровенный ре-
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
171
жим здесь обусловлен не инфильтрацией атмосферных осадков и талых вод, а поступлением вод иного происхождения.
Местами питание подземных вод осуществляется и за счет инфлюации в карстовых понижениях рельефа, в местах выходов на дневную поверхность пермских гипсов, а также каменноугольных известняков и карбонатных пород верхнего мела. Инфлюация наблюдается также в трещиноватые породы карбона на тех участках, где зона обрушения над горными выработками достигает дневной поверхности.
Сложность и разнообразие геологической обстановки обусловли.вают чрезвычайную изменчивость условий формирования и движения
ъ 80 0
I I 1,1,1 Ilil к ,Tb,., 1 , 1 I ,1 1 1 , 1
7
K J X XI I XH r | n | r a l i v j v | v i | v n
1955
1956
Рис. 60. Изменение уровня подземных вод на опытных участках Д Н И Г Л (по С. И Харченко)
подземных вод в различных частях бассейна. Наиболее интенсивный •современный водообмен происходит в поверхностной зоне, мощность которой примерно соответствует глубине вреза гидрографической сети. В этой зоне, сложенной породами всех структурных этажей, формирование запасов и состава подземных вод почти целиком определяется современной климатической, геологической и геохимической обстановками.
Климатические условия более благоприятны для питания подземных вод в северо-западной половине территории, располагающейся в зоне недостаточного увлажнения. В южных и восточных районах — в зоне неустойчивого увлажнения — годовая сумма осадков в 1,5 раза меньше, а среднегодовые температуры воздуха в 1,5 раза выше, чем на северо-западе. К юго-востоку увеличивается число дней с сухими восточными ветрами — суховеями. Все это определяет ухудшение условий питания, что находит отражение в региональном изменении состава и минерализации подземных вод поверхностной зоны: с северо-запада на юго-восток прослеживается довольно закономерное увеличение минерализации и переход вод от гидрокарбонатного к сульфатному и хлоридному типам. В восточной части территории это усугубляется привносом восточными суховеями вместе с пылью значительного количества легкорастворимых минеральных солей, а в южной части сказывается влияние моря, обусловливающее более высокую минерализацию
'172
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
атмосферных осадков. В результате в этих районах происходит засоление почв, отражающееся на составе вод поверхностной зоны.
Наиболее благоприятны условия питания водоносных горизонтов за счет атмосферных осадков на площадях с хорошей обнаженностью легкопроницаемых трещиноватых каменноугольных (открытый Донбасс) и докембрийских пород (Приазовский кристаллический массив), в меньшей степени — меловых, а также участки песчаных отложений речных долин. Центральная часть Донецкого кряжа (примерно в контуре Кадиевка—Краснодон—Свердловск—Амвросиевка) отличается самой густой речной и балочной сетью, глубина которой достигает 200—250 м, а также хорошей обнаженностью и сравнительно высокой водопроницаемостью пород карбона. Элементарные гидродинамические расчеты показывают, что обновление подземных вод в поверхностной зоне открытого Донбасса происходит в течение нескольких лет, а на наиболее расчлененных и открытых участках — в течение нескольких месяцев. На этой площади породы карбона хорошо промыты, что обусловливает распространение в поверхностной зоне низкоминерализованных вод преимущественно гидрокарбонатно-кальциевого состава.
В окаймляющих наиболее возвышенную часть Донецкого кряжа районах открытого Донбасса условия водообмена также благоприятны, хотя густота и глубина вреза здесь немного меньше (150—200 м). Воды в поверхностной зоне преимущественно сульфатно-кальциевого, сульфатно-гидрокарбонатно-кальциево-натриевого и натриево-кальциевогс типов с минерализацией 1—3 г/л. Примерно такие же условия водообмена наблюдаются и в крайней северной части, на водоразделах Дона и Сев. Донца, а также Сев. Донца и левобережных притоков Днепра.
В остальных районах закрытого Донбасса условия водообмена значительно хуже вследствие развития почти на всей площади мощного покрова из слабопроницаемых четвертичных суглинков и глин. Подзем ные воды в поверхностной зоне наиболее интенсивного водообмена, достигающей здесь глубины 100—150 м, хотя и имеют в большинстве случаев минерализацию до 3 г/л, приобретают сульфатно- или сульфатно-хлоридный натриево-кальциевый или натриевый состав. Низкоминерализованные подземные воды приурочены здесь к долинам рек, особенно Сев. Донца и его левобережных притоков, в бортах которых обнажаются хорошо промытые коренные отложения. Долины характеризуются довольно мощным аллювием, воды которого связаны с малс загрязненными поверхностными водами. Совершенно пресные воды, имеющие минимальную для Донбасса минерализацию (до 0,5 г/л, а иногда даже менее 0,1 г/л), приурочены к аллювиальным пескам и меловым породам в долинах рек. В направлении к водоразделам появляется постепенно увеличивающийся в мощности глинистый покров, затрудняющий проникновение атмосферных вод, и подземные воды также постепенно становятся все более минерализованными.
Питание подземных вод мергельно-меловой толщи происходит н на водоразделах, покрытых мощной толщей четвертичных, неогеновых и палеогеновых отложений. Об этом свидетельствует снижение уровенной поверхности от водоразделов к долинам. Самым высоким участкам водоразделов соответствует наибольшая минерализация подземных вод. По мере движения потока к долине и уменьшения мощности фильтрующего покрова облегчается проникновение атмосферных осадков и происходит опреснение воды. Характер изменения минерализации по мере движения потока к долинам хорошо заметен на рис. 61.
Такие явления наблюдаются на всей территории закрытого Донбасса. Инфильтрация атмосферных осадков на всех водораздельных
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
173
пространствах сильно затруднена мощным глинистым покровом, характеризующимся очень низкой водопроницаемостью. Значительную роль в питании подземных вод здесь должны играть явления конденсации и молекулярно-гравитационного сбрасывания, но доля их участия в питании не изучена.
На территории кристаллического массива пресные воды формируются лишь на небольших участках, где породы докембрия выходят на поверхность. На остальной площади, покрытой кайнозойскими порода-
h
Рис. 61. Гидрогеологический разрез по линии сел Царевка — Дмитриевка (Старобельский район Ворошиловградской области)
1 — суглинки, 2 — п и н ы , 3 — мергели, 4— пески, 5 — пьезометрический \ронсиь воды ' — трещиноватая водоносная зона 7 — обводненная зона но скважине слева — \ д е л ь н ы й д е б и т , л/сек, с п р а в а — м и н е р а л и з а ц и я в о д ы , г/л, I, II, III— н о м е р а т е р р а с
ми, формируются воды, свойственные закрытым районам в области недостаточного увлажнения.
Особые условия, наименее благоприятные для образования пресных вод, наблюдаются на площади распространения пермских соленосных отложений. Подземные воды здесь имеются практически только в поверхностной зоне, так как ниже все породы являются водоупорными. Даже песчаники и известняки в соленосной толще водонепроницаемы ниже зоны выщелачивания. Химический состав подземных вод в поверхностной зоне соленосной толщи полностью определяется минералогическим составом пород и в первую очередь — наличием пластов соли. Только на ограниченных участках выходов хорошо промытых песчаников имеются пресные воды.
Выщелачивание соли и миграция минерализованных вод приводят к засолению водоносных горизонтов, покрывающих пермские отложения, в том числе и в аллювии рек.
Явления засоления подземных вод, а также переходы природных вод из поверхностных в подземные и наоборот хорошо прослеживаются в районе, примыкающем к северо-восточной окраине г. Славянска Район приурочен к юго-восточному крылу Славянского купола и сложен (рис. 62) делювиальными суглинками и аллювиальными песками, верхнепермскими красноцветными аргиллитами и алевролитами (дроновская свита) и нижнепермскими соленосными осадками. В гидрогеологическом отношении интерес представляют аллювиальные отложения
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
175
и породы славянской свиты (каменная соль, ангидриты, известняки и аргиллиты). Под воздействием подземных вод пласты каменной соли до глубины 100—200 м являются сильно выщелоченными. В результате этого ангидрит перешел в гипс и частично растворился, а известняки трансформировались в доломиты.
В трещиноватых, брекчированных породах зоны выщелачивания содержатся напорные воды трещинно-карстового типа. Невыщелоченная часть славянской свиты является идеальным аодоупором. Верхним водоупором служит дроновская свита.
В центральной части купола, где процессы выщелачивания закончились раньше и каменная соль не сохранилась, коренные породы обнажены и хорошо промыты. Здесь имеется ряд периодически действующих довольно значительных балочных водотоков. Существенная часть этих водотоков поглощается закарстованными породами славянской свиты и в виде подземного стока направляется к долине Казенного Торца. По химическому составу это типичные пресные гидрокарбонатно-сульфатно-кальциево-натриевые воды с минерализацией не более 1 г/л. По мере движения к периферии купола подземные воды омывают стратиграфически более молодые отложения, в составе которых галогены играют все большую роль. При этом происходит растворение каменной соли, постепенно растет минерализация и изменяется химический тип вод: из гидрокарбонатно-сульфатно-кальциево-натриевых они переходят в сульфатно-хлоридно-кальциево-натриевые и затем в хлориднонатриевые. Насытившись поваренной солью почти до предельной концентрации, подземные воды достигают прибортовой левобережной части долины р. Казенного Торца, где вследствие разности гидростатических напоров происходит их разгрузка в аллювий через толщу дроновской свиты. Последняя здесь деформирована, трещиновата и имеет малую мощность. Под воздействием крепких рассолов (до 300 г/л) просевшая толща дроновских аргиллитов и алевролитов сохраняет относительно хорошую водопроводимость: стенки трещин остаются устойчивыми и не заплывают.
Проникая в речной аллювий, рассолы опресняются. Часть их вливается в озера провально-карстового происхождения, расположенные в долине Казенного Торца и являющиеся лечебно-минеральной базой Славянского курорта. Минерализация озерных вод достигает 56 г/л. Взаимосвязь озерных и аллювиальных вод является двухсторонней, поскольку избыток воды из озер вновь поступает в аллювиальный водоносный горизонт, направляясь к реке. Другая часть подземного потока из глубинного артезианского рассольного бассейна по толще аллювия движется непосредственно к реке. Соленые воды аллювия вливаются в водоток Казенного Торца, повышая минерализацию речной воды от 1 до 3,5 г/л и изменяя тип ее с гидрокарбонатно-сульфатно-кальциевонатриевого на хлоридно-сульфатно-натриево-кальциевый.
Изменение условий формирования состава подземных вод в поверхностной зоне иногда обусловлено деятельностью человека. В первую очередь это связано с гидротехническими сооружениями и загрязнением поверхностных вод промстоками. В районе широкого развития орошения— в низовье Дона — подземные воды пополняются за счет инфильтрации на орошаемых массивах. На площадях более глубокого их залегания уменьшается минерализация грунтовых вод, а на участках близкого стояния уровней идет засоление.
Сброс большого количества шахтных и промышленных вод ведет к загрязнению и повышению минерализации аллювиальных вод большинства мелких рек бассейна. По пути к речным долинам часто наблю-
'176
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
ДОНБАССА
дается значительная потеря промстоков, фильтрующихся в породы, по которым они протекают.
Большое влияние на состав вод имеют «белые моря» — накопители отходов содовых заводов Засоление в районе накопителя «Донсоды» распространяется на значительную площадь, сказываясь на составе
5 1 V 0 16 Uoljs о] 7
8 I I9
Рис 63 Изменение состава подземных вод в районе «Белого моря» з-да «Донсода» (по A H Власовскому)
На плане 1 — площадь распространения хлорндно натриевых вод в трещиноватой зоне верхнемеловых отложений 2 — скважичы водозаборов
Н а р а з р е з е 3 — пескн с г а л ь к о й в о с н о в а н и и сюя 4 — м е о г е л и т р е щ и н о в а т ы е S — пьезометрический уровень мергельно мелового горизонта 6 — отбор проб воды из п о в е р х н о с т н ы х в о д о т о к о в и в о д о е м о в с в е р х у — м и н е р а л и з а ц и я в о д ы г!л 7 — с к в а ж и н а с л е в а г л у б и н а о т б о р а п р о б в о д ы с п р а в а — м и н е р а л и з а ц и я г!л S - к о и т } р ы ф р о ь т а в о д с м и н е р а л и з а ц и е й 1 г/л 9 — то ж е , с м и н е р а л и з а ц и е й IO г/л
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
177
подземных вод аллювия и мергельно-меловой толщи. Фронт высокоминерализованных вод распространяется не только по течению Сев. Донца, но и против течения, а также в сторону коренного берега, что вызвано влиянием расположенных вблизи водозаборов. В районе накопителя наблюдается миграция соленых вод против течения р. Сев. Донца (рис. 63). Поинтервальное опробование скважин свидетельствует о закономерном и быстром увеличении минерализации подземных вод с глубиной. Характер изменения минерализации указывает на то, что в пределах купола растекания происходит гравитационная дифференциация и отжимание рассолом пресных вод.
Мощность зоны современной интенсивной циркуляции на площадях развития различных отложений сильно изменяется. На территории распространения соленосных пермских отложений, мергельно-меловой толщи, а также кристаллических пород докембрия она имеет наименьшую глубину— 100—150 м, которая в этих отложениях определяется водоупорностью залегающих ниже пород.
Выдержанным водоупором является нижняя часть мергельно-меловой толщи. Этим водоупором отделяются все вышележащие водоносные горизонты в палеогеновых, неогеновых и четвертичных отложениях от мезозойских и палеозойских горизонтов. Первые в большей или меньшей степени гидравлически связаны между собой и находятся в зоне свободной циркуляции.
В отложениях, залегающих под монолитной мергельно-меловой толщей, происходит замедленная циркуляция. Водообмен с поверхностью наблюдается преимущественно в долинах, где карбонатные породы трещиноваты на всю мощность. На склонах долин происходит также перелив вод из водоносных горизонтов кайнозоя в мергельно-меловой, а местами — наоборот, подпитывание этих горизонтов (и в первую очередь аллювиального) водами трещиноватой зоны верхнего мела, обладающими более высокими напорами.
Мощная пермская толща служит в западной части бассейна и в Днепровско-Донецкой впадине региональным водоупором, препятствующим гидравлической связи между каменноугольными и покрывающими их мезозойскими и кайнозойскими горизонтами. Д а ж е в зонах тектонических разломов пермские породы не могут быть, как правило, водоносными, так как трещины в них должны залечиваться солью. Поэтому на площадях распространения пермских соленосных свит в породах карбона и сходных с ними по характеру водоносности отложениях картамышской свиты может происходить лишь чрезвычайно замедленное движение вод через донные части синклинальных межкупольных структур от северного борта Днепровско-Донецкой впадины к южному
Разгрузка глубинных вод карбона наиболее четко наблюдается в долинах Днепра и Самары, о чем свидетельствует довольно широкая зона засоления подземных вод (рис. 64). Высокая минерализация вод присуща здесь всем водоносным горизонтам вплоть до аллювия, и даже имеется соленое озеро («Соленый лиман»), образование которого, повидимому, также связано с подтоком к поверхности глубинных вод. Минерализация подземных вод быстро увеличивается от верхних горизонтов к нижним, что хорошо видно на приводимых гидрохимических профилях бучакского и харьковского горизонтов в районе Новомосковска (рис. 65). Изменение минерализации, жесткости и коэффициента
-^=NTaj— по этому участку также подтверждает подток глубинных вод. Xa-
Na
рактерно заметное уменьшение в водах отношения
сверху вниз,
'178
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
ДОНБАССА
особенно при переходе от бучака к триасу. Здесь происходит, по-видимому, разгрузка глубинных вод не только карбона, но также триаса и юры. Последние, хотя и залегают в Днепровско-Донецкой впадине на сравнительно небольших глубинах, содержат высокоминерализованные воды. Метаморфизация подземных вод в них должна происходить более интенсивно, чем в карбоне, вследствие большей способности глинистых пород к обменным реакциям. К юго-востоку в направлении Красноармейска минерализация подземных вод во всех отложениях уменьшается и зона хлоридно-натриевых вод погружается на значительные глубины. Так, в районе Петропавловки хлоридно-натриевые воды с минерализацией 25 гЦ встречены уже на глубине около 370 м (скв. 1902).
Коэффициент ^ r - этих вод равен 0,85. Для изливающихся из этой сква-
ИЭ
Ш з ЕЗ*
ЕЗ
Рис. 64. Схема разгрузки высокоминерализованных вод в долинах Днепра и Самары (по В. А. Григоровичу)
2 3 4 Украинского /—3 — п л о щ а д и с в ы с о к о м и н е р а л н з о в а н н ы м и (от 5 д о 50 г/л) п о д з е м н ы м и в о д а м и в водоносиыч
горизонтах; (/ — аллювиальном; — харьковском. — бучакском), — контур
кристал-
лического массива; 5 — направление потоков подземных вод; 6 — линия гидрохимического профиля
жины вод характерно полное отсутствие сульфатов и наличие бария. В районе Золотого Колодца глубинные воды с таким же соотношением
^rp- были встречены скв. 2564 уже на несколько большей глубине и со
значительно меньшей минерализацией. С течением времени их мине-
рализация постепенно повышалась от 4 до 14 г!л, а отношение
не-
сколько уменьшилось, что можно объяснить оживлением подтока глу-
бинных вод к скважине. Более низкая минерализация этих вод на боль-
шей глубине, чем в районе Новомосковска и Петропавловки, связана
с увеличением здесь глубины зоны современной циркуляции. На остальной площади развития каменноугольных отложений к во-
стоку от Красноармейского района (за исключением некоторых участков в северной зоне региональных разломов) значение отношения
^Nrap больше 1. Здесь водообмен происходит до больших глубин, чем
достигнутые в настоящее время бурением и горными работами (1500 ж). Наряду с интенсивной циркуляцией в поверхностной зоне, в которой скорость и направление подземных вод определяются современным рельефом, по всем залегающим в пределах этих глубин водоносным пластам происходит замедленное движение, пути которого определяются структурными особенностями отдельных районов.
В отложениях карбона практически не существует выдержанных водоупоров. Глинистые и алевритовые сланцы, разделяющие водонос-
г/л
а
15
13,22
г/л
45
Al,2
35
25
888 878 423
' 1¾? (ШЗ3 F=I* EEB5 EEl6
Рис. 65. Гидрогеологический разрез по линнн I—I н гидрохимические профили к нему. (Составил В. А. Григорович)
о — по харьковскому водоносному горизонту; б — по бучакскому водоносному горизонту
/ — направление движения пресных вод; 2 — направление движения высокомииерализованиых вод; 3 — область интенсивной инфильтрации атмосферных осадков; 4 — Cjxofr о с т а т о к , г/л; 5—9 — с о д е р ж а н и е иоиоь, г/л < 5 — Н С О з - , б — S O 4 2 - ,
7 — C I - ; 8 — Ca2+ +Mg2+; S - N a + )
'180
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
ные пласты песчаников и известняков, на различных участках выклиниваются, и все водоносные горизонты в той или иной степени связаны. Связь между разными горизонтами происходит и по многочисленным тектоническим нарушениям. Поэтому во всем каменноугольном массиве движение подземных вод носит региональный характер и направлено от наиболее возвышенных частей бассейна к районам с наименьшими отметками.
Пути миграции подземных вод в каменноугольном массиве очень сложны. Тектонические нарушения на многих участках являются непроницаемыми экранами и потоки изменяют направление. Такое влияние, например, оказывает зона северных разломов на потоки, один из
Рис 66 Схема движения и разгрузки подземных вод в зоне северных региональных разломов
которых по наклонно залегающим пластам карбона движется с Воронежского кристаллического массива на юг, а второй — от Главного донецкого водораздела на север (рис. 66). Встречая на своем пути серию труднопроницаемых региональных нарушений, эти потоки приобретают восходящий характер и разгружаются в долине Сев. Донца и устьевых частях его притоков.
Разрывные нарушения, разобщающие отдельные участки, нередко обусловливают разную интенсивность водообмена и резкие различия в условиях формирования и гидрохимической зональности подземных вод по обе стороны от разлома. Например, к северу от Лисичанского надвига, в области купольных структур, уже на небольших глубинах (80—200 м) залегает зона хлоридно-натриевых вод с минерализацией 5—18 г/л, что объясняется плохой промываемостью закрытой структуры и, по-видимому, разгрузкой на этом участке региональных потоков со стороны Воронежского кристаллического массива. На подток глубинных вод указывает здесь и изменение с глубиной отношений (от
2—3 на глубине 0—300 м до 1 и менее на глубине 500 м) и -Cщa-.
По другую сторону Лисичанского надвига, на моноклинальном участке северо-восточного крыла Бахмутской котловины, вертикальная зональность подземных вод имеет иной характер, свойственный открытым и лучше промываемым структурам. Здесь в каменноугольных отложениях до глубины 400—500 м развиты сульфатно-гидрокарбонатные и сульфатные воды (рис. 67).
Высокоминерализованные воды глубинного характера, восходящие, по-видимому, из наиболее погруженной части Старобельско-Миллеров-
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
181
ской моноклинали, разгружаются южнее Северодонецкого надвига. Это может объясняться наличием в зоне надвига уча'стков, проницаемых для идущего с севера потока, тогда как зоны других нарушений (в данном случае Лисичанского надвига) значительно менее водопроницаемы.
Аналогичное явление наблюдается и в Алмазно-Марьевском районе, где между Северодонецким и Марьевским надвигами отмечена полоса, в которой подземные воды обогащены микроэлементами, присущими глубинным водам (F, J, Br, Ba). Содержание в подземных водах карбона фтора достигает здесь 7,4 мг/л, йода— 1,82 мг/л, брома — 94,8 мг/л, бария — до 3875 мкг/л при фоновых содержаниях фтора до.
-200
-400
1 + ++1? IvVvIa
Pnc 67 Гидрохимический профиль подземных вод Лисичанского района (Построен по данным опробования подземных вод в шахтах до отметки — 350 м)
1 5 - зоны подземных вод выделенные — по анионам (/ — i идрокарбонатно с\ ль флтных, 2 — с у л ь ф а т н ы х 1 — хлоридно с>льфатчых, 4 — хлоридных вод) в—8 — зоны подземных вод, в ы д е л е н н ы е по к а т и о н а м (5 - к а л ь ц и е в ы х 6 — к а л ь ц н е в о натрие BI,1\ 7 — п а I р и е в о к а л ь ц и е в ы х и н а т р и е в о м а г н и е в ы х , 8— н а т р и е в ы х в о д ) , 9 — л и н и и т е к т о н и ч е с к и х н а р у ш е н и и W - \ г л и , 11 и з в е с т н я к и , 12 — ч е т в е р т и ч н ы е о т л о ж е н и я
2 мг/л, йода — до 0,5 мг/л, брома — до 3 мг/л, бария — до 10 мкг/,1. Разгрузкой глубинных вод, по-видимому, объясняется также засоление подземных вод в районе с. Торского, где даже в аллювии р. Жеребца минерализация достигает 40 г/л. Участок этот также располагается между Северодонецким и Марьевским надвигами.
Наиболее интенсивное движение подземных вод в СгаробельскоМиллеровской моноклинали идет, вероятно, по карбонатным породам, слагающим нижнюю часть разреза карбона. Об этом свидетельствует наблюдающееся в ряде скважин уменьшение минерализации подземных вод на более глубоких горизонтах.
В некоторых районах можно проследить миграцию подземных вод в пределах отдельных структур. Так, в Чистяково-Снежнянской мульде наблюдается погружение всех гидрохимических зон на северном крыле и повышение на южном. Например, зона гидрокарбонатно-натриевых вод на северном крыле располагается на глубине 200—300 м, тогда как на южном она выходит на поверхность. Это объясняется миграцией подземных вод по более водопроницаемым породам поперек мульды, через ее донную часть под влиянием градиента, созданного разницей уровней на северном и южном крыльях. Фильтрация по водопроницаемым пластам должна захватывать глубины свыше 1,5 км, на которых
'182
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
ДОНБАССА
в донной части залегает свита С23. Средние значения отношения —
в пределах исследованной глубины Чистяковской мульды (400—450 м) изменяются от 3 до 4,6.
Такие же погружения гидрохимических зон под влиянием аналогичных причин наблюдаются и в других районах, в частности в Шахтинском (рис. 68), где северное крыло Шахтинско-Несветаевской котловины располагается гипсометрически выше южного.
На гидрохимических профилях (рис. 68, 69 и др.) линии раздела гидрохимических зон схематичны. В действительности они имеют не-
Рис. 68. Гидрохимический профиль подземных вод каменноугольных отложений Шахгинского района. (Построен на основании опробования подземных вод в шахтах
до отметки — 600 м)
1—3 — зоны п о д з е м н ы х в о д , в ы д е л е н н ы е по а н н о н а м (/ — с у л ь ф а т н ы х , 2 — с у л ь ф а т н о х л о р и д н ы х , 3 — х л о р и д и о - с у л ь ф а т и ы х ) ; 4—5 — по к а т и о н а м (4 — н а т р н е з о - к а л ь ц и е в ы х н н а т р и е в о - м а г и и е в ь к .
5 — натриевых), 6 — четвертичные отложения, 7 — углн; 8 — известняки
ровную конфигурацию, определяемую разницей в градиентах и фильтрационных свойствах по отдельным водоносным пластам.
На рис. 70 показано отмеченное в Луганском районе резкое отличие зональности по отдельным пластам. Песчаник KgSk74 является одним из основных водоносных горизонтов свиты Сг5 и почти повсеместно отличается хорошими фильтрационными свойствами. Это обусловило распространение в нем менее метаморфизованных гидрокарбонатносульфатно- и сульфатно-гидрокарбонатно-натриево-кальциевых вод на значительно большую глубину, чем в окружающих его менее проницаемых породах.
Приведенные на рис. 68—70 схематические гидрохимические профили по некоторым районам промышленной части бассейна отражают уже несколько нарушенную гидрохимическую зональность. В результате дренирования подземных вод горными выработками происходит оживление циркуляции во всех горизонтах, залегающих выше уровня разработки. При этом обычно наблюдается изменение состава поступающих в шахту вод в сторону уменьшения степени их метаморфизации. Так, в шахте 1 «Ново-Гродовка» в пункте поступления воды из
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
183
горизонтов Li и LSli на глубине 138 м (рис. 71) наблюдается закономерное уменьшение количества хлоридов и увеличение сульфатов. От-
H и
Ikb +200 А-
4 |% + |j |у v|g ЕНЗ7 Е З 6
Рис. 69. Гидрохимический профиль подземных вод Донецко-Макеевского района (Построен на основании опробования подземных вод в шахтах до отметки — 550 м)
1—4 — з о н ы п о д з е м н ы х в о д , в ы д е л е н н ы е по а н и о н а м (/ — с у л ь ф а т н о г и д р о к а р б о н а т н ы х , 2 — с \ л ь ф а т н о - х л о р н д н ы х , 3 — х л о р и д и о - с у л ь ф а т н ы х , 4 — х л о р н д н о - г и д р о к а р б о и а т и ы х ) , 5—6 — по к а т и о н а м (J — иатриево-кальциевых и натриево-магииевых. 6 — натриевых), 7 — линии тектонических нару
шеннй, 8 — угли, 9 — известняки
И Ш ' ^ 2 И з [ШЗ
Рис 70 Гидрохимический профиль Вор ошиловгр адского района (по С Д Севрнковой)
1—3 — з о н ы п о д з е м н ы х в о д в ы д е л е н н ы е по а н и о н а м (/ — г н д р о к а р б о н а т н о - с \ л ь ф а т н ы х , 2 — су л ь ф а т н о х л о р н д и ы х , 3 — х л о р н д и о - с у л ь ф а т н ы х ) , 4 — з о н а по к а т и о н а м (натриево кальциевых и натрнево магниевых), 5 — линии тектонических нарушений,
6 — угли, 7 — известняки, 8 — песчаники
ношение
с 1950 по 1957 г. изменилось от 1 до 5. Постепенно воз-
росла минерализация, что связано, по-видимому, с интенсификацией
выщелачивания пород водами, обогащенными кислородом.
'184
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
ДОНБАССА
Несмотря на некоторые искажения естественной вертикальной гидрохимической зональности под влиянием горных работ, гидрохимические профили дают хорошее представление о различиях в закономерностях формирования состава подземных вод в разных районах.
Изменения в гидрохимической зональности наблюдаются даже на сравнительно небольших расстояниях, что является следствием изменения геологической обстановки, определяющей пути формирования состава подземных вод. Наиболее плавно эти изменения прослеживаются в Чистяково-Снежнянском и Донецко-Макеевском районах.
Рис. 71. Изменение химического состава вод в шахте «Ново-Гродовка»
/—ь — о с н о в н ы е ноны (/ — г н д р о к а р б о н а т , 2— с > л ь ф а т , 3 х л о р , 4 — к а л ь ц и н , 5 — м а г н и и . 6 — натрнн), 7— минерализация 8— дебит
В восточной части Чистяковской мульды, характеризующейся лучшими условиями циркуляции, наблюдается почти полный генетический ряд С. А. Шагоянца от гидрокарбонатно-кальциево-натриевых вод на верхних горизонтах до хлоридно-гидрокарбонатно-натриевых на нижних, за исключением промежуточных зон сульфатно-натриево-кальциевых и сульфатно-натриевых вод, не обнаруженных в районе. Отсутствуют и нижние члены ряда — чистые хлоридно-натриевые и хлориднонатриево-кальциевые воды, которые должны залегать здесь на глубине порядка 600 м, а также верхний член ряда — гидрокарбонатно-кальциевые воды, характерные для более промытой поверхностной зоны. Последние замещаются здесь гидрокарбонатно-кальциево-натриевыми водами. Вместо отсутствующих зон сульфатно-натриевых и сульфатнонатриево-кальциевых вод выделяется четко прослеживающаяся зона гидрокарбонатно-сульфатно-натриево-кальциевых вод. Типы вод, отражающие переход от сульфатно-натриевых к хлоридно-натриевым, не были выделены, так как в Чистяково-Снежнянском районе они не отмечены.
В западной части мульды, где условия водообмена ухудшаются, из разреза выпадают зоны гидрокарбонатно-кальциево-натриевых и сульфатно-гидрокарбонатно-кальциево-натриевых вод.
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
185
При переходе в Донецко-Макеевский район наблюдается дальнейшее последовательное изменение вертикальной зональности: в направлении с востока на запад сокращается основной (гидрокарбонатный) и развивается второй (сульфатно-хлоридный) ряд. Так, в восточной части Кальмиус-Торецкой котловины из основного ряда выпадает зона гидрокарбонатно-натриевых вод, в средней части района выпадает гидрокарбонатно-сульфатно-натриевая зона, а в западной — и гидрокарбонатно-сульфатно-натриево-кальциевая. Одновременно уже в восточной части Кальмиус-Торецкой котловины наблюдается появление вод второго ряда, который в средней и западной частях становится основным. Отсутствие в западной и средней частях Донецко-Макеевского района второй зоны гидрокарбонатно-сульфатнокальциево-натриевых вод говорит об ухудшении условий питания по сравнению с восточной частью и тем более с хорошо обнаженным Чистяково-Снежнянским районом. На западе района даже на глубинах свыше 1000 м хлоридно-натриевых вод, а местами и хлоридно-гидрокарбонатно-натриевых вод не обнаружено, тогда как в Чистяково-Снежнянском районе последние залегают на небольших глубинах, а первые должны располагаться на глубине 500—600 м.
С востока на запад, от Чистяково-Снежнянского района к Волчанскому синусу, происходит постепенное увеличение мощностей верхних зон и погружение их, а также общее увеличение минерализации подземных вод.
Наименьшие глубины залегания метановой зоны (порядка 100 м) наблюдаются в восточной части Донецко-Макеевского района — Ряснянской синклинали и несколько большие (150 м)—на Зуевском куполе и южном крыле Чистяково-Снежнянской мульды. С поверхностью метановой зоны здесь совпадает граница между гидрокарбонатно-хлоридно-натриевой и сульфатно-гидрокарбонатно-натриевой зонами. Отсюда к западу происходит, хотя и не совсем последовательно, нарушаемое местными особенностями геологического строения, погружение метановой зоны до глубины 400—500 м от кровли карбона, причем поверхность ее проходит внутри зоны сульфатно-хлоридно-натриевых и натриево-кальциевых вод.
Такое погружение метановой зоны, залегающей в восстановительной обстановке, связанной с затрудненным водо- и газообменом, также свидетельствует о том, что наибольшая глубина современного, хотя и замедленного, водообмена отмечается в западной части Донецко-Макеевского района, на территории Волчанского синуса.
Направление движения подземных вод в глубоких горизонтах в этой части района неизвестно. Миграция, по-видимому, идет в направлении Конкско-Ялынской впадины, и дальнейшему движению подземных вод к Азовскому морю препятствует барьер кристаллических пород.
В каждом из остальных районов бассейна вертикальная зональность подземных вод имеет свои особые черты (табл. 19). В некоторых районах (Лисичанском, Алмазно-Марьевском, Шахтинском) в верхней зоне формируются сульфатно-натриево-кальциевые и даже сульфатнокальциевые воды, являющиеся естественным продолжением (вверх) второго генетического ряда С. А. Шагоянца.
Результаты анализов подземных вод карбона свидетельствуют о том, что ниже поверхностной зоны интенсивного водообмена литологический состав водовмещающих пород совершенно не оказывает влияния на величину минерализации и тип воды: на одних и тех же горизонтах содержащиеся в известняках и песчаниках воды имеют оди-
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
187
наковый состав, и отличие от этого состава может быть обусловлено только различной скоростью циркуляции.
На верхних горизонтах интенсивно протекают процессы выщелачивания и растворения поваренной соли, гипса и кальцита, содержащихся в покрывающих карбон четвертичных, неогеновых и палеогеновых породах, что приводит к образованию гидрокарбонатно- и гидрокарбонатно-сульфатно-кальциево-натриевых и натриево-кальциевых вод. На участках с большой мощностью четвертичных отложений, где промываемость пород карбона протекает слабее и большее значение приобретают процессы континентального засоления, формируются сульфатногидрокарбонатно-кальциево-натриевые и сульфатно-гидрокарбонатнонатриево-кальциевые, а местами сульфатно-кальциевые воды с более высокой минерализацией.
Наряду с этим в поверхностной зоне происходит обогащение вод сульфатами за счет сульфидов, в большом количестве содержащихся в каменноугольных породах, а также гидрокарбонатами в результате выщелачивания известняков водами, содержащими углекислоту.
При переходе из окислительной обстановки к восстановительной выщелачивания сульфидов и обогащения вод сульфатами не происходит. Здесь, наоборот, наблюдается десульфатизация вод. Процессы десульфатизации протекают по широко известным реакциям, конечным продуктом которых является сероводород. В Донецком бассейне этого не наблюдается: исследования показывают почти повсеместное отсутствие сероводорода, и только в незначительном числе проб подземных вод — наличие его в небольшом количестве. Выделение сероводорода в шахтах также наблюдается чрезвычайно редко. Поэтому следует считать, что в условиях Донбасса сероводород является промежуточным продуктом реакции. При переходе к восстановительной обстановке сероводород, по-видимому, вступает в реакцию с гидрокарбонатом железа: F e ( H C 0 3 ) 2 + H 2 0 + H2S->-FeS2 + 2C02 + H20, чем и объясняется его отсутствие в водах. Этот процесс ведет к обогащению горных пород и, в частности, углей гипергенным пиритом, который наблюдается в виде кристаллов, прожилков и пленок по трещинам.
С уменьшением в водах сульфатов и накоплением гидрокарбонатов происходит увеличение их щелочности. По-видимому, одновременно протекают процессы катионного обмена между породами и находящимися в растворах кальцием, магнием и, возможно, железом, вызывающие уменьшение в воде количества этих компонентов и обогащение вод натрием. Кроме того, слабощелочные воды поверхностной зоны с глубиной становятся щелочными с рН = 8—9. Явление это в ряде •районов приводит к образованию гидрокарбонатно-хлоридно-натриевых и даже гидрокарбонатно-натриевых вод. Местами переход гидрокарбонатов в карбонаты задерживается в связи с повышенным содержанием в угленосной толще углекислоты.
Однако на большинстве участков метаморфизация подземных вод идет не в направлении обогащения их гидрокарбонатами и карбонатами с последующим замещением их хлоридами, а по пути уменьшения гидрокарбонатов и перехода вод к хлоридному типу через сульфатнохлоридный. Причины этого не изучены. Можно только предполагать, что карбонатные воды формируются при резкой смене окислительной обстановки на восстановительную. В частности, воды гидрокарбонатного ряда формируются на площадях, покрытых мергельно-меловой толщей, например в Краснодонском районе (рис. 72), а рядом на открытых участках образуются воды сульфатного типа. В районах, где переход к восстановительной обстановке происходит медленно, основным и более общим процессом является метаморфизация подземных
ч эаоноэ?
I ttCM'jwonD^
з
fcS е A-I U Q О L
В]
ш
M
s - ft
т V-
I H1
=
.-
5 IIi
' =
IIII
В ~ М.Й I
i- £-1я
ЕЭ Cl
I i
1:
i-
1 -
J- I t l
P= = S ё
*!§!
SB = I I-If-
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
189
вод в соответствии со вторым генетическим рядом С. А. Шагоянца. Таким образом, в отложениях карбона происходит закономерное повышение с глубиной содержания хлора и натрия Содержание сульфатов и гидрокарбонатов чаще увеличивается от верхних горизонтов
1
0 1000 2000 мг/л
11 о 1000 2000 3000 4000 5000 мг/Л
Рис 73 Изменение с глубиной минерализации и содержания основных ионов в подземных водах
I — Чистякове Снежнянокий район, II — Донецко Макеевский район. I I I — т р е с т «Кадиев\голь» 6 — содержание основных ионов (/ — натрий, 2 — кальций, 3 — магний, 4 — хлор, 5 —с\льфат 6 — гидрокарбонат) 7 — минерализация
до глубины 150—300 м в связи с взаимодействием богатой кислородом и углекислотой воды с карбонатами и сульфидами (рис. 73).
На графиках-треугольниках (рис. 74) по северо-восточной части Кальмиус-Торецкой котловины можно проследить зональное изменение содержания основных ионов на глубинах 0—200, 200—400 и более 400 л от поверхности. По сравнению с обычно используемыми графиками-треугольниками предлагаемые имеют то преимущество, что проведенные на
190
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
них линии позволяют сразу читать тип воды по трехчленной классификации (в графиках учитываются компоненты, содержащиеся в количестве более 25%).
Глубина ,м
Рис. 74. Графики-треугольники химического состава подземных вод северо-восточной части Кальмиус-Торецкой котловины
Г — гндрокарбонаты; С — сульфаты; X — хлориды; К — кальций; M — магний; H — натрий. Количество а н а л и з о в к а ж д о г о типа вод. %: / — 90; 2 — 75—90; 3 — 25—50;
4 — 5-)0; 6 — <5; 7 — 0
Карты срезов дают представление о составе подземных вод, залегающих в разных районах на одинаковых глубинах (рис. 75, 76). Несмотря на схематичность этих карт, они позволяют дать общую оценку химического состава подземных вод на этих глубинах.
i!f§ililil«
с =
t^ S-, -¾?
г-.- _ fe S - ^
£ -- - '-¾- •—э—
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
193
Карта, построенная для глубины 100 м, характеризует на большей части площади состав вод в зоне интенсивной циркуляции. На ней выделяются участки пресных вод, которые могут быть использованы для питьевого водоснабжения, а также районы распространения вод повышенной минерализации и площади, где подземные воды в поверхностной зоне засолены.
На карте, характеризующей состав подземных вод на глубине 300 м, т. е. для зоны преимущественно замедленного водообмена, площади минерализованных вод значительно расширяются. Пресные воды (с минерализацией до 1 г/л) практически отсутствуют. Участки распространения соленосных отложений перми на этих глубинах являются безводными. Тем не менее на глубине 300 м на большей части площади можно получать воды с минерализацией 1—3 г/л. Водообильность пород на этой глубине значительно меньше, чем в поверхностной зоне.
Изучение процессов формирования и распространения подземных вод в пределах бассейна позволяет сделать некоторые важные практические выводы.
Выше упоминалось об установленном нами процессе миграции пирита в угленосных отложениях. Процесс этот должен быть направлен к увеличению процентного содержания серы в угольных пластах на границе между окислительной и восстановительной обстановками. Во всех угольных пластах в этой зоне содержание пиритной серы должно быть максимальным, т. е. большим, чем на более глубоких горизонтах (в восстановительной обстановке), где не происходит ни выщелачивания, ни накопления пирита, и большим, чем в поверхностной зоне, где идет только выщелачивание первичного пирита. Количественная сторона этого явления в Донбассе пока не изучена. По наблюдениям И. К. Илларионова, изучавшего распределение железа (сульфидного) на Кашпирском месторождении горючих сланцев, установлено, что при среднем содержании железа в пласте 2,3—2,5% в зоне интенсивного водообмена (локального гидрохимического режима, по терминологии И. К- Илларионова) содержание железа уменьшается до 1,15% в результате выщелачивания сульфидов железа обогащенными кислородом подземными водами, а ниже по падению, в зоне осаждения вторичного пирита, достигает 6%. Еще глубже содержание железа снова уменьшается до нормального (2,3—2,5%). Если считать, что железо находится в форме пирита, то указанные И. К- Илларионовым количества железа эквивалентны содержанию серы в зоне" выщелачивания (1,3%), а в зоне образования гипергенного пирита оно на 4,1% превышает среднее содержание его в сланцах (2,7%). По-видимому, и в Донбассе обогащение на определенной глубине пластов угля гипергенным пиритом имеет широкие масштабы. Это необходимо учитывать при оценке качества углей, особенно коксующихся, кондиционность которых определяется процентным содержанием серы.
Установленные в последние годы закономерности в зональном распределении подземных вод различного состава позволяют ориентировать направление работ по разведке вод нужного состава. Наибольший интерес в этом отношении представляет Бахмутская котловина и полоса северных разломов. В связи с весьма слабой промываемостью Бахмутской котловины состав подземных вод в ней в большей степени, чем в других районах, определяется составом слагающих ее пород, в частности хемогенных пермских отложений; возможно, местами воды имеют реликтовый характер. Многими анализами в подземных водах здесь устанавливается содержание ценных компонентов — йода, брома и др.
194
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД
ДОНБАССА
В Старобельско-Миллеровской моноклинали и в зоне мелкой складчатости и купольных структур также встречаются подземные воды, содержащие бром и йод. Микроэлементы в подземных водах Донбасса почти не определялись.
Глава VII
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ
Впервые подразделение Донецкого бассейна на естественные гидрогеологические районы было предложено в 1929 г. (Гидрогеологический очерк Донецкого бассейна, 1930). Выделение десяти гидрогеологических районов сделано в соответствии с тектоническими структурами палеозоя. В дальнейшем это районирование принималось без больших изменений как бесспорное и практически целесообразное. Оно оттражает и современные представления о гидрогеологических условиях в пределах старого Донбасса. Однако для Большого Донбасса, значительно более обширного и геоло.гически неоднородного, эти десять районов следует рассматривать как подчиненные части более крупных геологических структур, которые приняты в настоящем томе за основу при выделении наиболее крупных таксономических единиц — гидрогеологических районов первого порядка.
Границы выделенных гидрогеологических районов первого порядка в контурах Большого Донбасса в основном совпадают с границами гидрогеологических районов второго порядка схемы гидрогеологического районирования территории СССР, предложенной ВСЕГИНГЕО. Однако, поскольку выделенные районы занимают только часть структур, примыкающих к Донецкому складчатому сооружению, все они, исключая Центральный и Бахмутско-Торецкий, в общем плане гидрогеологического районирования территории СССР составляют лишь часть соответствующих районов по схеме ВСЕГИНГЕО (бассейнов подземных вод), лежащих за пределами описываемой территории (рис. 77).
В табл. 20 дано сопоставление гидрогеологических районов Большого Донбасса, выделенных в настоящей работе, с районами на схеме гидрогеологического районирования ,СССР ВСЕГИНГЕО.
В основу выделения районов второго порядка положено распространение литолого-стратиграфических комплексов пород, например распространение юрских отложений в Северном гидрогеологическом районе, меловых отложений в Бахмутско-Торецком районе и т. д. Выделение районов третьего порядка производилось главным образом по признакам возможного использования подземных вод (основные из них — ресурсы и качество подземных вод). Учитывалась также экономическая целесообразность эксплуатации тех или иных водоносных горизонтов (табл. 21).
I. Северный гндрогеоло1Ический район занимает северную часть Донецкого бассейна. Площадь его составляет третью часть (50 тыс. км2) территории. Граница района на севере и востоке совпадает с границей Большого Донбасса, проведенной по водоразделу рек Дона и Сев. Донца и по левому берегу Дона. На юге она проходит по линии контакта меловых и каменноугольных отложений, а на закрытых участках — по Северодонецкому надвигу. Юго-западная граница проведена по структурному уступу, отделяющему южный склон Воронежского массива от грабена Днепровско-Донецкой впадины.
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ
РАЙОНИРОВАНИЕ
195-
В основании геологического разреза залегают кристаллические породы докембрия, погружающиеся к югу до 5—7 км Выше последовательно сменяют друг друга отложения всех систем от каменноугольной до четвертичной, но повсеместно распространены только каменноугольные и верхнемеловые отложения. Следуя общему наклону кристаллического ложа, каменноугольные отложения образуют пологую (с углами
Рис 77 Сопоставление схем гидрогеологического райониро вания Большого Донбасса со схемой гидрогеологического районирования юго востока Европейской части территории
СССР, составленной ин том ВСЕГИНГЕО
/ — границы Большого Донбасса I—VIII - р-айоны первого по рядка(1 — Северный II — Севере Западный I I I — З а п а д н ы й IV — Бахмутско Торецкий V — Центратьныи VI — Южный VII — Boc
точный VIII — Юго Западный) I ндрогеологнческое районирование ВСРГИНГЬО 2 границы и номера районов первого порядка J — границы и номера районов
второю порядка А — Р>сская система артезиански* бассейиов (1а—Московский артезианскии бассейн 2а - С\рско Хоперскнй артезианский бас сейн) Ь—Днепровско Донецкий артезианский бассейн (16—Днеп ровский артезианскии бассейн 26 Донецко Донской артезианский бассейн) В — система fnccemmn трещинных вод Украинского щнта, Г — Приазовская снетемч артезианских бассейнов (Ir —При азовскии артезианский бассейн Jr — К \ б а н с к и й артезианский бас сеин Зг — Ьргенинский артезианский бассейн) Д — Северо Каспий ски^ артезианский бассейн (1д--Прикаспийский артезианский бассейн) E — система бассейнов трещинных и трещинно пласто
вых вод Донбасса
падения пластов в среднем 2е) моноклиналь, известную под названием Старобельско-Миллеровской Остальные толщи залегают горизонтально
Подземные воды встречаются во всех отложениях, но наибольшее практическое значение имеет водоносный горизонт, приуроченный к меловым отложениям и являющийся основным источником питьевого водоснабжения Донбасса
Водоносные горизонты от четвертичных до меловых отложении включительно интенсивно дренируются реками на всей площади Северного района Модули подземного стока составляют 0,5—1,5 л/сек-км2, увеличиваясь в долине р Сев Донца, где сосредоточено большинство водозаборов, до 5 л/сек-км2 В этой зоне преобладают пресные воды гидрокарбонатно-кальциевого состава (в долинах рек) и гидрокарбонатно-сульфатно- или сульфатно-гидрокарбонатно-кальциево-натриевые с минерализацией 1—3 г/л. (на водоразделах).
196
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
Гидрогеологические районы Большого Донбасса
Т а б л и ц а 20
Гидрогеологические районы Б. Донбасса, выделенные в Vl томе ,Гидрогеологии СССР-
Геологические структуры
Сопоставление с гидрогео* логическим районированием
территории СССР (ВСЕГИНГЕО)
I. Северный
Южный склон Воронежского кри- Южная часть Донецко-
сталлического массива, Старо- Донского артезианско-
бельско-Миллеровская клиналь
моно- го бассейна
II. Северо-Западный
Восточная часть грабена Днеп- Восточная часть Днеп-
ровско-Донецкой впадины, об- ровского артезиансколасть погруженных купольных го бассейна
структур
III. Западный
Северный склон Украинского Юго-западное
крыло
кристаллического массива, Hoвомосковско-Петропавловская моноклиналь
Днепровского артезианского бассейна
IV. Бахмутско-Торецкий Переходный район между Дон- Северо-западная часть бассом и Днепровско-Донецкой системы бассейнов тревпадиной, область купольных щинных и трещинноструктур с палеозойскими яд- пластовых вод Донрами под палеоген-неогеновы- басса ми отложениями
V. Центральный
Открытая часть Донецкого склад- Юго-восточная часть си-
чатого сооружения
стемы бассейнов тре-
щинных и трещинно-
пластовых вод Дон-
басса
VI. Южный
Северное крыло Азовско-Кубан- Северо-западная часть
скои впадииы
Приазовского артези-
анского бассейна
VII. Восточный
Область юю-восточного погру- Северо-западная часть жения складок Донецкого сик- Ергенинского артези-
VIII. Юго-Западный
клинория
анского бассейна
Юго-восточная окраина Украин- Юго-восточная часть
ского кристаллического масси- системы
бассейнов
ва
трещинных вод Укра-
инского щита
Сток подземных вод более глубоких горизонтов формируется севернее, в пределах Воронежского кристаллического массива, и проходит транзитом через весь район в южном, юго-западном и юго-восточном направлениях. На крайнем юге района движущийся с севера поток встречает на своем пути барраж в виде Донецкого складчатого сооружения, при этом частично он разгружается по тектоническим нарушениям, а частично направляется на восток в сторону Прикаспийской впадины. На западе он разгружается в соседние районы. Наблюдается закономерная смена состава подземных вод от пресных гидрокарбонатно-кальциевых в области питания до хлоридно-натриевых рассолов в областях разгрузки.
В Северном гидрогеологическом районе выделяется четыре района второго порядка.
Р а й о н Ii занимает крайнюю северо-западную часть Северного района (бассейн среднего течения р, Оскола). Отличительная его черта — наличие в юре довольно мощных водоносных горизонтов, перспективных для водоснабжения. По возможности использования для
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ
РАЙОНИРОВАНИЕ
197-
водоснабжения подземных вод каменноугольных отложений этот район можно разделить на два района третьего порядка.
В районе P 1 подземные воды каменноугольных отложений залегают на глубинах 250—500 м, воды пресные или слабо минерализованные, пригодные для водоснабжения.
В районе I6I каменноугольные отложения погружаются на значительную глубину, приуроченные к ним воды имеют высокую минерализацию и в качестве источника водоснабжения использоваться не могут.
Основным в этих двух районах является водоносный горизонт мергельно-меловых отложений, а на междуречных участках также и харьковских.
Р а й о н I2 занимает центральную часть Северного района. Здесь меловые отложения, к которым приурочен основной водоносный горизонт, залегают непосредственно на каменноугольных. В пределах района можно выделить четыре района третьего порядка.
Район Ia2 располагается к северу от линии Старобельск — Миллерово, которая предположительно ограничивает на юге зону пресных и слабо минерализованных вод карбона, пригодных для водоснабжения.
Район I62 занимает территорию нижнего течения левобережных притоков Сев. Донца. Он наиболее перспективен для дальнейшего улучшения водоснабжения Донбасса за счет подземных вод мергельномеловых отложений. В долинах Боровой, Айдара, Евсуга и Деркула можно устроить десятки сосредоточенных водозаборов производительностью до 100—500 л/сек. Подземные воды карбона здесь высокоминерализованные.
Район Ib2 приурочен к долине Сев. Донца на участке между реками Айдаром и Глубокой. Здесь мергельно-меловые отложения выходят под четвертичный аллювий, с которым образуют мощный водоносный комплекс. В пределах этого района разведаны крупнейшие месторождения подземных вод с запасами более 1000 л/сек (Кондрашевское, Ольховское, Б. Суходольское). Дебиты отдельных скважин, эксплуатирующих мергельно-меловой водоносный горизонт, достигают 80—100 л/сек.
Район Ir2 охватывает территорию развития меловых отложений на правобережье Сев. Донца. Мергельно-меловой водоносный горизонт здесь является основным источником как местного, так и централизованного водоснабжения.
Р а й о н I3 выделяется в юго-западной части Северного района. На этой площади распространены (между меловой и каменноугольной системами) отложения триаса. Для водоснабжения основным является мергельно-меловой водоносный горизонт. Здесь выделяются два района третьего порядка.
Район Ia3 охватывает правобережный и левобережный склоны долины Сев. Донца, в пределах которых водообильность мергельно-мелового водоносного горизонта невелика.
Район I63 приурочен к долине Сев. Донца на участке между реками Красной и Айдаром и является важнейшим поставщиком подземных вод. Суммарная производительность действующих здесь водозаборовпревышает 500 тыс. мг/сутки, а дебиты отдельных скважин достигают 100—150 л!сек.
Р а й о н I4 охватывает площадь развития пермских и триасовых отложений в пределах восточной части Преддонецкого прогиба и Чирской впадины. В нем выделяются четыре района третьего порядка.
Район Ia4 занимает территорию среднего течения р. Калитвы, а также верховья Цимлы и Аксенца. Основное значение имеет мергельно-меловой водоносный горизонт. На междуречных участках эксплуа-
212
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
198 ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ PA И О Н И Р О В А Н И Е
Характеристика отложений
Сводные данные о гидрогеологических районах территории Большого Донбасса
Сведения о водоносных горизонтах и комплексах
Т а б л и ц а 21
Район первого порядкг Район второго поряди; Геологический возраст (индекс) Ориентировочная мощность, M Геологический возраст (индекс) Мощность, M Глубина залегания, м Гл)бина до статического уровня, M Минерализация воды, г ! л Удельный дебит, л/сек Модуль эксплуатационных запасов, л/сек клС
Литология
Наименование водоносных горизонтов и комплек-
сов
1—4 С Известняки,
До Каменноуголь-
С
глинистые
5000
ные
сланцы,
песчаники
с прослоями
известняков
и угля
Водосодержащие породы
V:
V ч
Ч
£ о К
OJ
Ч
Известняки, песчаники
2—70 27—3000 0—30 0,5—222 0,06—12 ДО 8,5
Возможность использования подземных вод для водо-
снабжения и других целей (районы третьего порядка)
Воды малоизученные, предположительно пригодны для водоснабжения в районах Ia1 и Ia2 и высокоминерализованные на остальной территории
4 P
Глины
В гидрогеологическом отношении неизученные
3,4 T Глины, пески, 40—300 Триасовые песчаники
T
Пески, песчаники
4— 25—480 —270
Самонзлнв
0,2—56 0,01—65
Воды малоизученные возможно, пригодные для водоснабжения в районе I4. Обладают лечебными свойствами
1
J Глины, пески, 200—300 Байосскии1
J bj
песчаники,
2
известняки
Пески
9
305
»
Cr Пески, песча- До 600 Сеноманский** Cr cm Пески, песча
18
274
ники, глины,
ники
•
мергель, мел
0,9
12
1,9
2,5
Горизонт, перспективный для водоснабжения
Воды малоизученные
MepreibHO-
Cr.
меловои
Mepre ть, мет
2— 0—150 158
0—90 0,05—8,4 0,001— —150
0,001 — 0 , 1 6 - Основной горизонт для —50 —7,78 централизованного водоснабжения Донбасса
Cr2 -Pg1
1—4
Агломерат
До 100
Агломерато Cr - P g 1 вая точща палеогена — верхнего мела
Агломерат
Пески, песча- 0—150
Pg-N
ники, ПИНЫ мергели
Палеоценовый
Pg1
Бучакско-ка- P g kn+b невский
Киевскии
Pg2kv
Пески Пески Мергель
24— 0 - 6 0 —48
0—6 0,3-2,7 0,7—1,3 0,2—1,3 0,32 Основной горизонт для местного водоснабжения на некоторых участках в районах I62 и Ia4
2 - 6 3 48—76
30—76
0,1—1,6 0,15—1,7
0,3—0,4
Основной горизонт I 0,36 районе I16
в
5—72 0—70 0—60 1,2—3,8 0,4—2,7 0,02—0,2
5—10 „Скородумовские до 1
17
ключи*
Один из источников водоснабжения г. Каменск а-Ша\тинско го
1 Севера
212
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ PA И О Н И Р О В А Н И Е
201
ее ее
Характеристика отложений
Сведедения о водоносных горизонтах и комплексах
Продолжение табл. 21
Районы первого поряд: Районы второго поряд: Геологический возраст (индекс) Ориентировочная мощность, M Геологический возраст (индекс) Мощность, M Глубина залегания, м Глубина до статического уровня, м Минерализация воды,
г/л
Удельный дебит, л!сек Модуль эксплуатационных запасов,
л/се к-км'
Литология
Наименование водоносных горизонтов и комплек-
сов
Воюсодержащие породы
Пески, песча-
1—4 P g - N
ники, глины, мергели
0—150
Харьковский PgsAr Пески, песча- 10— 0—50
ники
—30
JS
а
S
аа0.>
Полтавский Ntpt
Пески
4—44 0—46
о>
U
—4и<и.
Возможность использования подземных вод для водо-
снабжения и других целей (районы третьего порядка)
ЮOH5J
ч
0—28
0,2—1,6
0,01—1,7 0,001—0,1 0,13
Источник местного водоснабжения мелких потребителей, основной горизонт на междуречных участках в районе Ii
0—46 0,3—1,9 0,1—1,7 0,01—1,1
Источник местного водоснабжения мелких потребителей
Ергеиинский N2ег
1—4 Q
Суглинки,
0—40 Аллювиальный alQ
пески, супеси,
глины
(См. VI район)
Пески
5—30 0—36
0—16
0,2—3,4
0,1—40
0,1—4,3
1,79 Источник местного водоснабжения, в районе Ib4 основной горизонт
D Известняки, До 2000 Девонские***
D
глинистые
сланцы, песча-
ники, соль,
эффузивы
C Известняки, До 6000 Каменно-
C
глинистые
угольные
сланцы, песча-
ники
Песчаники, известняки
Песчаники, известняки
2347— —2570
226—286 Незначительный
860—2495 0—80 14—284 До I
Преимущественно воды, заслуживающйе внимания в качестве промышленных
P 1-3
Глины, песчаники, изве-
стняки, соль, гипсы, ангид-
риты
До 1500
Нижнепермские
Pi
Песчаники,
известняки
750—2100 0—70
100—310 До 0,1, реже до 1
И Северо-западный
T Глины, пески, 200—700 Триасовые песчаники,
конгломераты
T
Пески, песча-
ники, конгло-
мераты
840—1610 До 130 15—134 До 3,5
J Глииы, пески, 600—800 песчаники,
известняки
Юрские
J
Пески, песча-
ники, изве-
стняки
180—820
0,5—63 0,1—30
Основной горизонт в районе г. Харькова
212
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ PA И О Н И Р О В А Н И Е
203
я
ее
Характеристика отложений
Сведедення о водоносных- горизонтах и комплексах
Продолжение табл. 21
Районы первого поряд!
Районы второго ПОрЯД!
Геологический возраст (индекс) Ориентировочная мощность, M Геологический возраст (индекс) Мощность, M Глубина залегания, м Глубина до статического уровня, M
I
Минерализация воды, г/л Удельный дебит, л/сек Модуль эксплуатационных запасов, л/сек KMli
Лнтология
Наименование водоносных горизонтов и комплек-
сов
Водосодержащие породы
Возможность использования
« SU j
подземных вод для водоснабжения и других целен
'ч
(районы третьего порядка)
ЧоHSQJ
1—2 Cr Пескн, глины, До 600 Нижнемеловой- C r 1 - Пески, песча- 5—56 16—700 8—40 0 , 5 - 6 , 2
мергель, мел
сеноманский —Cr2Cm
ники
1-47
0,02—10
1,08 Основной горизонт в
районе
I
I
b J
И Г. Харь-
кова и перспективный
в районе II1
Мергельно-меловой
Cr.
Мергель, мел 8—90 0—200
« S
X =гTа С
^га
О
Пескн, песча- 0—200
О.
CL» Ш
1-3
CL»
ники, мергель, глнны
О
Pg-N
Бучакско-ка- P g 2kn+b невский
Пески
2—60 0—196
Харьковский
P g s f t r Пески, песча- 1—69 0—70 ники
Полтавский
N lPt
Пески
До 72 0 - 7 0
Сарматский
N1S (См. III район)
0—40
0,5—1,7 0,1—22
0,02—4
0,16— Основной горизонт в
—2,33 речных долинах в рай-
оне ный
Il в
1 и рай
пе оне
р
спе II6J
к
т
и
в
-
0—70 0—60 0-60
0,6—1,5 0,5—21 0,01—1,6 0 , 3 - Основной горизонт в —2,57 районах Ila,, II62 и Ila3
До 1 0,8-1,8
1—4 0,4—3,5
До 0,5
Источник местного во-
0,13— доснабжения, основной
—1,5 горизонт на ряде ме-
0,01—2,8
ждуречных участков в районах Hj. IIa, II62
Один из основных горизонтов в районе II63
Q
Суглинки,
До 70 Аллювиаль-
alQ
пески, супеси
ный
Пески
До 20 0 - 1 0
0-10
До 3,8 0,1—10
ОД—1
1,34— Источник местного во—1,86 доснабжения, на ряде
участков — основной горизонт
PCm Кристаллические породы
1-5
Трещиноватая зона кристаллических по-
род докембрия
PCm
Трещиноватые граниты, гней-
1—80
8—220
сы и др.
3 - 4 0 0,2—4,3 0,3—1 0,01—0,1
Источник местного водо-
снабжения
мелких
потребителей в районах IIIa_, IlI62 и III4
«
C1
Известняки До 500 Карбонатная
C11
л
толща нижнего
з:
=C
карбона
га
га
СО 1—3
Глинистые До 5000 Песчано-гли-
C1,,
сланцы, песча-
нистая толща
ники, изве-
карбона
стняки, уголь
Известняки До 73 30-111
1—47
1,5-30 0,05—64 0,01—9,1 4,33 Основной горизонт в районе Ill4
Песчаники, известняки
1—80 60—800 0—90
1—70 0,1—18,7 0,003— -2,8
0,1 Основной горизонт для местного водоснабжения в районах 111", и HI3
1
P Пестроцветные 0—200
глины и песча-
ники
В гидрогеологическом отношении неизученные
212
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ PA И О Н И Р О В А Н И Е
205
Характеристика отложений
Сведения о водоносные горизонтах и комплексах
Продолжение табл. 21
Районы первого порядка Районы второго порядка Геологический возраст (индекс) Ориентировочная мощность, M Геологический возраст (индекс) Мощность, M Глубина залегания, м Глубина до статического уровня, M Минерализация воды, г/л Модуль эксплуатационных запасов, л /сек км?
IIl Западный
Литология
Наименование водоносных горнзонтов и комплек-
сов
Водосодержащие породы
H
ю X
А SJ U
CD «
"Ч
А
S
юз:
CD
SЧ sА
Ч
>> Ч
Возможность использования подземных вод для водоснабжения н других целей (районы третьего порядка)
T Пестроцветные 0—200 Триасовые
глины, песча-
ники, пески,
1
гравий, галеч-
ники
J Глины, пески, До 500 песчаники
Юрские
T
Песчаники, 1— 47—200 0—60 1—55 0,6—45 0,03—5
пески, гравий, —150
галечники
Основные
горизонты
'0,29— в районе IlI2I
-0,7
J Пескн, рыхлые 10— 50—200 0 - 6 0 0,6—43 0,1—15 0,02—1,5 песчаники —154
5
Cr3 (См. V район)
Бучакский
Pg2*
1 - 2 Pg Пески, мергель, 0—100 глины, песчаники, опоки
Киевский
Pg2kv
Харьковский Pgshr
N Глины, пески 0—50 Сарматский
NiS
1-5
Q
Суглинки, До 50 Аллювиальный alQ
глины, пески,
супеси
Пески
10— 11—130 —46
0—60
0,6—54 0,1—11
0,001— —0,8
0,3— —0,91
Основной горизонт в районах IIIaI и IIIBi, а в районе III61 рекомендуется для эксплуатации в дополнение к сарматскому
Мергели, 2—42 8—94 опоки, пески,
песчаники
Пески, песча- 1—37 5—70 ники
Пески 5—20 10-60
5—40 1—58 10—60
0,9—3,5 0 , 4 - 4 3 0,01—7 0 , 2 - 1 9 0,03—28 0,01-3,3
0,12 Источник местного водо-
снабжения, на отдель-
ных участках в райо-
2,52
не III62 основной горизонт
0,4-3,4 До 3
До 0,7 0,98 Один из основных горизонтов в районе III6
Пески
1—20 0—20
0—12 0,5—10,3 0,3—42 0,05—4 1,52— Основной горизонт в —2,56 районах IIIa2 и III6I
D Известняки, >2000 глинистые
сланцы, песчаники, эффузи-
вы, соль
В гидрогеологическом отношении неизученные
1—3
С
Глинистые До 5000 Каменно-
С
сланцы, песча-
угольные****
ники, известня-
ки
Песчаники, 1—20 0—2891 0—55 известняки
1—265
0,1—4,2 0,03—0,6
0,24 Основной горизонт для местного водоснабжения небольших потребителей в сводовых частях куполов
Глинистые
P
сланцы, песчаники, извест-
2000
Нижнепермские
P2
Песчаники, 1 - 4 0 0—2007 известняки, гипсы, доло-
0—29
0,3—316
0-55
0—0,6
0,09 Основной горизонт для местного водоснабжения мелких потреби-
няки, доломи-
миты
телей в районе IVB3 И
ты, гипсы,
искусственных рассо-
ангидриты,соль
лов в г. Славянске
IV Бахмутско-Торецкий I
Районы первого порядка Районы второго порядка Геологический возраст (индекс) Ориентировочная мощность, M Геологический возраст (индекс)
Мощность, м ^
Глубина залегания, м Глубина до статического уровня, M Минерализация воды, г/л Дебнт, л/сек Удельный дебит, л/сек Модуль эксплуатационных запасов, л/сек-км2
212
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
206 ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ PA И О Н И Р О В А Н И Е
Характеристика отложений
Сведедения о водоносных горизонтах и комплексах
Продолжение табл. 21
Литология
Наименование водоносных горизонтов и комплек-
сов
Водосодержащие породы
Возможность использования подземных вод для водоснабжения и других целей (районы третьего порядка)
IV Бахмутско-Торецкий 0,49—0,55
1—3
Глинистые
сланцы, песча-
P
ники, изве-
стняки, доло-
миты, гипсы,
ангидриты,
соль
2000
Верхнепермские
T 1—2
Глины, пески, 200—600 песчаники,
конгломераты
Триасовые
J Пески, песча- 200—500 ники, глины, известняки
Юрские
Р,
Песчаники, 2—58 0—800 0 - 3 3 0,5—38 0 - 0 , 6 0,001—0,1 0,05 Основной горизонт ме-
конгломераты
стного водоснабжения
мелких потребителей в районе IVa3
T
Пески, песча- 4 - 0—350
0—60 0,2—5,6 0,01-11 0,001—3,2
ники, конгло- —130
мераты
J
Пески, песча- 1—70 0 - 2 7 0 0—82 0 , 3 - 4 0,01—38 0 , 0 1 - 4 , 4
ники, извест-
няки
Основные горизонты в
районе
IV
a 2
1 Cr Пески, песча- До 550 ники, мергель,
мел
P g - Пески, песча-
1—3 - N
ники, глины, мергель
0—80
Нижнемеловой—сено-
манский
C r 1 - Пески, песча- 6 - 3 4 0 - 6 0 0 —Cr.cm ники, спонго-
литы
!Мергельномеловой
Бучакский
Cr. Pg,ь
Мергель, мет 7— 0 - 3 6 —110
Пески
1—25 0 — 9 0
Полтавский
NlPt
Пески
1—25 0—30
Суглинки, пес- 0—40 Аллювиальный alQ Q ки, глины, су-
песи
Пески j 1—30 0 — 1 0
0—30
1 - 3 1,4—5,8 0,1-1,5
Возможный
источник
местного водоснабже-
ния на междуречных
участках в районе IVi
0—30
0-50 0—30
0,4—1,2 0,3—84
До 34 1,52— Основной горизонт в —6,69 районе IV1
0,7—2 0,1—3,5 0,01—0,5 0,17 Основной горизонт в районе IV6j
0 , 8 — 1 , 8 0,001—13 0,001—1,2
Источник местного водоснабжения
0 — 1 0 0,5—20 До 9,4 До 2
1,64 Источник местного водоснабжения
1 — 7 D Конгломераты, песчаники, глинистые
сланцы, известняки, эффу-
зивы
>1000
Девонские
1—6 сч
Известняки, доломиты
До 500 Карбонатная толща нижне-
го карбона
1—5
Глинистые До 20 000 Песчаио-гли-
сланцы, песча-
нистая толща
ники, извест-
карбона
няки, уголь
D
Конгломераты, 2—80 0—400
0—30 0 , 9 - 7 0,01—33 0,001—0,4 0,19 Основной горизонт для
песчаники,
местного водоснабже-
известняки,
ния в районе V j
эффузивы
C11 Ci_3
Известняки,
3-
0—56
доломиты - 2 3 0
0-50
Песчаники, 1—80 0—1000 0 — 6 0 известняки
0 , 3 — 5 0,5—100 До 45
8,27 Основной горизонт для водоснабжения югозападной части Донбасса (район V J
0,3—5
0,01—31 0,001—8 0,09— Основной горизонт для —0,24 местного водоснабжения в районах Vi—Vi
j
V Центральный
212
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ PA И О Н И Р О В А Н И Е
209
Районы первого поряд] Районы второго поряд] Геологический возраст (индекс) Ориентировочная мощность, M Геологический возраст (индекс) Мощность, M Гчубина залегания, м Глубина до статического уровня, M Минерализация воды, г/л У дельный дебит, л/сек
ее
СО
Характеристика отложений
Литология
Наименование водоносных горизонтов и комплек-
сов
Сведения о водоносных горизонтах и комплексах
Водосодержащие породы
Продолжение табл 21
3
Возможность использования
у S 'ч
»ь£о
с g
s 5¾ л" у t^ £ SVJ
подземных вод для водоснабжения и других целей (районы третьего порядка)
<5 1O-¾t
T Глины, аргил- 380 литы, алевролиты, песчаники, пески, галечники
Триасовые
T
Песчаники, До 25—200 0—65
пескн, галеч- 110
ники
> 1 2,1—3,2 0,1—0,7
J Пески, песча- 20—70 Юрские*****
J
Пески, песча- 3,1 83,4
ники, глины,
ники, граве-
5
аргиллиты, алевролиты,
литы
гравелиты
2,7
0,6
0,3
Недостаточно изученные; возможные источники местного водоснабжения в районе V5
«я
S
Cr
Пески, песчаники, глины,
До 120
Нижнемеловон- C r 1 - .Спонголиты", сеноманский —Cr2Cm пески, песча-
ники
13— —56
До 163
0—65
1,7—6,2 0,01—3,9 0,01-0,1
мергель, мел,
;
X л
^
„спонголиты"
Мергельно-
Cr2 Мергель, мел 4— 6—130 0—Ь5
1—3 0,01—22 0,001—4,3 0,44 Основной горизонт в
се ОH .
меловой
-111
районе V5
V
>
3 Pg Пески, песча- До 50 Отложения, развитые на междуречных участках, а п ь н о сдренированные
ники, глины
Практического интереса дтя водоснабжения не представляет
Полтавский
N lPt
Пески
8-50 0-60
0—60 0,3—5 0,01—2 0,001 — 1
2,с;4, P g - N
Пескн, песчаники, известняки, глины
До 100
Сарматско-понтическин
N 1 S - Пески, извест- 5 - 2 5
—N,pn
няки
До 30
0-30
1—4 До 3,5 До 0,3
Источник местного водоснабжения мелких потребителей в районах V4, V-,
Источник местного водо-
снабжения
мелких
потребителей в райо-
не V2
1—7 Q
Суглинки,
0—30 Аллювиаль-
alQ
пески, глины
ный
Песок
1—20 0 - 1 0 0 - 1 0 0 , 4 - 3 0,1—8,3 0 , 1 - 1
Один из основных горизонтов в районе V3, на остальной территории загрязнен промстоками
Cr Мергель, мел, До 900 Мергельно-
песчаннкн,
меловой
Cr2
Мергель, мел 12— 0—770 —100
0-50
1 - 5 0 0,007—30 0,001 - 1 2 0,74 Основной
горизонт
в районах Vla и Vi6,
SS
пески
S
может использоваться в районе Vlr
Я
У
>
Pg Глины, пески 30—350 Пелеогеновые
Pg
Пески
1—30 0 - 3 0 0
0-50
1—22 0,03—4,4 0,03—0,2 0,11 Один из основных горизонтов в районе VI6
Районы первого поряд Районы второго поряд] Геологический возраст (индекс) I Ориентировочная мощность M Геологический возраст (индекс) Мощность, M Глубина залегания, м Глубина до статического уровня, M Минерализация воды, г/л Дебит, л/сек Удельный дебнт, AjceK
1 Модуль эксплуатационных запасов, л]сек-км?
212
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ PA И О Н И Р О В А Н И Е
211
а
ее
Характеристика отложений
Сведения о водоносных горизонтах и комплексах
Продолжение табл. 21
Литология
Наименование
водоносных горизонтов и комплек-
сов
Водосодержащие породы
Возможность использования подземных вод для водоснабжения н других целей (районы третьего порядка)
N Глины, пески, 0—100 известняки
Сарматский
N1S Пески, изве- 1—50 0—100 стняки
Понтическии NOPN Известняки, 1—17 До 50
« 3
пески
X S-
9,
>
Морской
MQ
Пески
1—30 1—50
аллювий
Q СУГЛИНКИ, г л н - До 50 н}>1, пески,
супесн
Аллювиальный alQ
Пески
3—30 2—30
I
1-3 С
Глинистые
•>
Каменноуголь-
С
сланцы, песча-
ные
ники, извест-
няки, угли
Песчаники, 1—50 0—600 известняки
0—50 1 - 5 0,03—85 0,001—85 0 , 3 9 - Основной горизонт в —1,67 районах VIя и VIr
0—50
1—3 0,01—3,5 0,001—0,3
Источник местного водо-
снабжения
мелких
потребителей
1—40 0,3—12 0,2—5,5 До 0,9
Основной горизонт на морских косах на побережье Азовского моря
2-30
1—3 До 2 - 5
1,9 Основной
горизонт
в районе VIB
0—85 0,7—50 0,1—1,5 0,001—1
Возможный источник местного водоснабжения в районе VlIa1
2-3
»S
3
X Э" CОИОHQ
>
1-3
Cr Мергель, мел, До 300 пески, песча-
ники
Мергельномеловон
Cr2 Мергель, мел 3 0 - 30—450 До 85 —100
Бучакскоканевский
P g 2kn+b
Пески
10— 0—420 —100
Pg Глины, пески, До 300 песчаники Харьковский
PgзЛг Пески, песча- 1—90 0—200 ники
Сарматско- N 1 S - N 2 P Пески, изве- .До 30 10—30
понтический
стняки
N Глииы, пески, 0—200 известняки
Ергенинский
N ег
/
Пески
2—64 8—120
4—72
2—46 0,02—12 0,003—1,9
Возможный источник водоснабжения в районах VIJAA И . V I I B 2 И основной горизонт в районе VIIA3
1—48
0,3—2 0,005—0,2
0,2 Основной горизонт для
местного водоснабже-
ния мелких потреби-
телей в районах VIIaI,
VIIa2
и
VII
6 2
1—47 0,3—3,4 0,001—0,2
Один из источников ме-
стного водоснабжения
мелких потребителей
в районах и VII63
VIIa1, VlIa2
1—4
До 3,5
До 0,3
0,13 Основной горизонт для
местного водоснабже-
ния мелких потреби-
телей
в
районе
V
II
a 3
0,8—8,7 0,02—13 0,02—5
0,62 Основной горизонт на
левобережье
Дона
(районы VlIa3, VII63,
VIIM
212
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ
PA ИОНИРОВАНИЕ
213
ный
Ориентировочная мощность, M
Геологический возраст (индекс)
Районы второго порядка
-5
Характеристика отложений
<СО Я и
о
оСП С.,»
Литология
Наименование водоносных горизонтов и комплек-
сов S
соSя
1—3 Q Суглинки, пес- 0—40 Аллювиальный ки, супеси
Геологический возраст (нндекс) Мощность, M Глубина залегания, м\ Глубина до статического уровня, M
Сведения о водоносных горизонтах и комплексах
Водосодержащие породы
3
О О
CS
S
=f
SСОS
*C«sU>
О(CXЙ»H
is
\SкOоl
ч
Удельный дебит, л/сек Модуль эксплуатационных запасов, Afce к-км*
Продолжение табл. 21
Возможность использования подземных вод для водоснабжения и других целей (районы третьего порядка)
alQ
Пески
7—32 1—32 1—32 0,2—6,6 0,2—16 0,04—1,8 1,79 Основной горизонт В
районах VJI01, VIIB,;
VIIR2, V I F 3
VllI Юго- Vll Восточ-
Западный
PCm Кристаллические породы
Трещиноватая зона кристаллических пород докембрия
PCrn
Трещиноватые 0— граниты, —120
гнейсы и др.
0—82
0—47
0,9—12
0 , 0 2 - 4 0,001—0,8 0,09 Основной источник местного водоснабжения в районе VIII
• По скважине с Приосколье Купяиского ** По скважине в г. Старобельеке *** Зачепиловская площадь
Изученные в сводовых частях куполов ""*** П о одной скважине
района
Харьковской
области
тируются водоносные горизонты палеоценовых и каневско-бучакских отложений.
Район 1°4 занимает междуречье Гнилой и Цимлы. Меловые отложения здесь значительно погружены и основное практическое значение приобретают водоносные горизонты в отложениях палеоцена, а также каневской и бучакской свит.
Район I84 выделяется между р. Цимлой и Цимлянским водохранилищем как площадь, где наиболее пригоден для водоснабжения аллювиальный водоносный горизонт долины Дона, хотя мергельно-меловой не теряет своего значения.
Район Ir4 протягивается в виде узкой полосы по левобережью Дона. Наиболее перспективным для водоснабжения здесь является мергельно-меловой водоносный горизонт. В настоящее время широко используется неглубоко залегающий водоносный горизонт ергенинских отложений.
II. Северо-Западный гидрогеологический район расположен в северо-западной части описываемой территории. Площадь его 17,9 тыс. км2. Граница на западе и северо-западе условно проведена по водоразделу Орели и Ворсклы (граница Большого Донбасса), северо-восточная граница—общая с юго-западной границей Северного района. На востоке границей является вогнутая дугообразная линия, огибающая открытую купольную область северо-западных окраин Донецкого складчатого сооружения. Южная граница проходит по Михайловско-Юрьевскому разлому.
Район представляет собой восточную часть грабена ДнепровскоДонецкой впадины с широким развитием купольных структур палеозоя, погруженных под мезозойские и кайнозойские отложения. Здесь выделяются центральная часть грабена и зоны окаймления. Центральная часть грабена ограничивается с севера и юга разломами, примерно совпадающими на севере с долиной р. Сев. Донца, а на юге — с южным
контуром распространения меловых отложений. Трем тектоническим зонам соответствуют три зоны развития купольных структур: северная (периферийная), южная (периферийная) и центральная.
Глубина погружения кристаллического фундамента докембрия в центральной части грабена по геофизическим данным достигает 8 км. В строении осадочной толщи принимают участие отложения всех систем от девонской до четвертичной. Наиболее изучена верхняя часть разреза (до мела), где подземные воды имеют невысокую минерализацию и представляют практический интерес. Более глубокие горизонты содержат высокоминерализованные воды.
Питание подземных вод верхнего комплекса отложений (на левобережье Сев. Донца и в верховье Орели — до меловых, на остальной площади района — до харьковских включительно) местное. Все более глубоко залегающие горизонты имеют области питания на южном склоне Воронежского кристаллического массива и северо-западном склоне Донецкого кряжа.
Разгрузка верхних водоносных горизонтов (до меловых) осуществляется в местную гидрографическую сеть, главным образом в реки Сев. Донец и Орель. Модули подземного стока составляют 0,5— 1,5 л/сек-км2. Более глубокие горизонты разгружаются южнее (в З а падном гидрогеологическом районе) и, возможно, в вышележащие горизонты по тектоническим нарушениям.
В зоне дренирования преобладают пресные гидрокарбонагно-кальциевые воды и гидрокарбонатно-сульфатно-, сульфатно-гидрокарбонатно-кальциево-натриевые воды с минерализацией до 3 г/л. Водоносные горизонты, залегающие ниже мергельно-меловой толщи, в центральных частях района находятся в зоне затрудненного и весьма затрудненного водообмена. Воды их имеют минерализацию до 100—300 г/л, иногда и более. По составу они являются хлоридно-натриевыми и хлориднонатриево-кальциевыми.
214
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
В этом районе выделяются три района второго порядка. Р а й о н IIi расположен на левобережье р. Сев. Донца. Тектонически он соответствует северной зоне окаймления (северо-западной части Преддонецкого прогиба). Отличительная черта этого района — высокое положение мергельно-меловых пород, что придает территории особый гидрогеологический облик. Лучшее качество и более высокая водообильность горизонта характерны для речных долин, где он, как правило, связан с аллювиальным и рекомендуется для водоснабжения в качестве основного. На водораздельных площадях и плиоценовых террасах основное практическое значение имеют водоносные горизонты бучакско-каневских, харьковских и полтавских отложений, а также плиоценового аллювия. Перспективен водоносный горизонт нижнемеловых отложений.
Р а й о н II2 занимает центральную часть Северо-Западного и представляет собой поле сплошного развития палеогеновых отложений, покрытых на междуречных участках песками полтавской свиты. Тектонически он соответствует центральной части грабена Днепровско-Донецкой впадины. По возможности использования подземных вод с учетом роста перспектив их эксплуатации в этом районе можно выделить три района третьего порядка.
Район IIa2 выделяется в юго-западной части, где основным источником водоснабжения является бучакско-каневский водоносный горизонт. Нижележащие мергельно-меловые отложения практически водоупорны, а вышележащие горизонты харьковской и полтавской свит могут использоваться для местного водоснабжения на ограниченных участках.
Район II62 охватывает правобережье Сев. Донца до верховья Орели. Здесь наряду с водами бучакских отложений перспективны воды мергельно-меловой толщи. Большое практическое значение для водоснабжения имеет в ряде случаев водоносный горизонт харьковских отложений, а на некоторых участках и полтавских.
Район IIb2 выделяется в долине р. Орельки. Здесь палеогеновые отложения размыты, и основным является водоносный горизонт сеноманских песков.
Р а й о н II3 соответствует южной зоне окаймления. Меловые отложения здесь отсутствуют и палеоген залегает непосредственно на юре. В этом районе можно выделить 2 района третьего порядка.
Район IIa3 охватывает площадь, где основным водоносным горизонтом является бучакский. Некоторое эксплуатационное значение имеют также водоносные горизонты харьковских и аллювиальных отложений.
Район II63 занимает небольшую площадь на левобережье Орели, где к водоносным горизонтам бучакских и харьковских отложений в качестве основного добавляется также водоносный горизонт полтавских и сарматских отложений.
III. Западный гидрогеологический район. Район занимает северный склон Украинского кристаллического массива в пределах Новомосковско-Петропавловской моноклинали. Его площадь составляет 10,2 тыс. км2. На юге и западе границы района совпадают с границами территории, описываемой в томе, на севере он граничит по Михайловско-Юрьевскому разлому с Северо-Западным районом, а на востоке — по Криворожско-Павловскому сбросу с Центральным.
Помимо геоструктурных район отличается также по естественноисторическим условиям. Он соответствует Западному Донбассу, который отличен как от собственно грабена Днепровско-Донецкой впадины, так и от ее бортов на других участках (моноклинальное залегание по-
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ
РАЙОНИРОВАНИЕ
215-
род, отсутствие купольных структур, неглубокое залегание продуктивной толщи карбона, особенности циркуляции и разгрузки подземных вод). Осадочная толща представлена отложениями от каменноугольной до четвертичной систем.
Район имеет следующие гидрогеологические особенности: 1) неглубокое залегание водоносного горизонта в кристаллическом фундаменте, породы которого выходят на поверхность по южной границе района; 2) сравнительно выдержанное распространение водоносных горизонтов и довольно сложные условия формирования подземных вод, так как здесь происходит встреча четырех потоков (с Воронежского и Украинского кристаллических массивов, с Донецкого кряжа, а также потока местного формирования).
Питание верхних водоносных горизонтов (до бучакских) является местным. Оно осуществляется за счет атмосферных осадков и подтока вод из нижележащих юрских, триасовых и каменноугольных отложений, а также за счет перелива трещинных вод из кристаллических пород Украинского массива. Разгрузка подземных вод всех горизонтов происходит в долинах Самары, Волчьей, Орели и Днепра. В их пределах на участке Павлоград — Петриковка происходит смешение высокоминерализованных вод карбона, триаса и юры со слабо минерализованными и пресными водами бучакских, киевских, харьковских и четвертичных аллювиальных отложений, в результате чего воды последних имеют сложный химический состав и повышенную минерализацию. Модули подземного стока составляют 0,3—1,0 л/сек-км2.
В Западном гидрогеологическом районе выделяется пять районов второго порядка.
Р а й о н IIIi занимает северную часть Западного района, где имеют выдержанное распространение все развитые в районе отложения, за исключением аллювия и отсутствующего мела.
Район III1 подразделяется на четыре района третьего порядка. Район IIIaI охватывает долину р. Орели в ее нижнем течении. Основным является водоносный горизонт бучакских отложений. Некоторое практическое значение может иметь водоносный горизонт аллювия. Район III6I выделяется в междуречье Днепра, Орели и Самары. Основными водоносными горизонтами являются горизонты бучакских отложений и гидравлически связанные с ними горизонты сарматских, полтавских и харьковских толщ. Район IIIBI занимает междуречье Орели и Самары. Основным горизонтом здесь являются бучакские отложения, а на некоторых участках — и породы киевской свиты. Мелкие водопотребители могут быть удовлетворены также за счет вод харьковских отложений. Район IIIrI выделяется восточнее р. Мал. Терновки как площадь, где основное значение для водоснабжения имеют подземные воды юры и триаса. Используются также воды отложений бучакской и харьковской свит. Однако водообильность их низкая, поскольку водосодержащими являются глинистые пески. Р а й о н III2 занимает южную часть Западного района в долинах Днепра и Самары. Здесь мезозойские и пермские отложения выпадают из геологического разреза и бучакские пески залегают непосредственно на каменноугольных отложениях. На большей части территории района минерализованные воды карбона переливаются в бучакские, делая их воды непригодными для водоснабжения и в значительной мере загрязняя другие ,горизонты. Выделяются три района третьего порядка. Район IIIa2 охватывает долину Днепра. Основной горизонт — аллювиальный. Харьковские пески здесь сильно глинистые, и приуроченный к ним водоносный горизонт практического значения не имеет.
216
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД
ДОНБАССА
Район III62 — район возможного использования подземных вод аллювиальных и харьковских отложений в долинах рек Самары и. Волчьей
Район IIIB2 выделяется в Петропавловском районе, где для водоснабжения могут использоваться водоносные горизонты нижнего карбона На междуречных площадях некоторое значение имеют подземные воды неогена
Р а й о н III3 занимает небольшую площадь на востоке (Межевскои район) Здесь отсутствуют все отложения между каменноугольными и неогеновыми, водой он обеспечен слабо
Р а й о н III4 протягивается узкой полосой в юго-восточной части Западного района Здесь карбонатная толща C11 выходит под отложения кайнозоя Водоносный горизонт, приуроченный к этой толще, имеет очень важное значение для централизованного водоснабжения шахт юго-восточной части Западного Донбасса
Р а й о н III5 выделяется на крайнем юго-востоке как площадь распространения на карбоне меловых отложений Он является переходным между Новомосковско-Петропавловской моноклиналью и Волчанской синклиналью, от которой отличается отсутствием юрских и триасовых отложений
IV. Бахмутско-Торецкий гидрогеологический райои охватывает северо-западные окраины Донецкого складчатого сооружения Площадь его 10,3 тыс км2 На севере и западе он граничит с Северо-Западным гидрогеологическим районом по линии, условно отделяющей Донецкое складчатое сооружение от Днепровско-Донецкой впадины Южная и восточная границы отделяют Бахмутско-Торецкий район от Центрального Они проводятся по контуру распространения пермских отложений
Осадочная толща района сложена отложениями от девонской д,о четвертичной системы
Отличительная черта района — широкое развитие купольных стр>к тур с открытыми палеозойскими ядрами, разобщающими мезозойские породы на ряд межкупольных бассейнов Кайнозойские отложения залегают горизонтально Они развиты главным образом на междуречных участках и значительно сдренированы
Питание подземных вод местное Разгрузка их происходит как в местную гидрографическою сеть и водозаборы, так и за пределы района, по-видимом}, в долину Самары Долина Сев Донца является в этом районе также региональной областью разгрузки глубоких под земных вод, поступающих с севера, о чем свидетельствуют выходы высокоминерализованных вод в устьевой части р Жеребца
Модули подземного стока колеблются от 0,2 до 1,5 л!сек км2, достигая 5 л/сек км2 в долине Сев Донца Еще более изменчиво качество подземных вод Минерализация их в зоне дренирования колеблется в пределах 0,3—320 г/л, а химический состав изменяется от гидрокарбонатно-кальциево! о до хлоридно-натриевого — на участках выщелачи вания пластов каменной соли
В межкупольных мезозойских бассейнах имеются благоприятные условия для накопления подземных вод хорошего качества В то же время на значительных площадях в сводах куполов, так же как и на площадях распространения соленосных отложеиий перми, такие условия отсутствуют и нередко эти породы практически безводны
В Бахмутско-Торецком гидрогеологическом районе можно выделить три района второго порядка
Р а й о н IVi охватывает площади развития меловых отложений (Часовярская, Маякская, Криволукская и Краснооскольско-Кременская мульды) Основным горизонтом, имеющим огромное значение для во-
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ
РАЙОНИРОВАНИЕ
217-
доснабжения всей северо-западной части Донецкой области, является мергельно-меловой водоносный горизонт В качестве местного источника водоснабжения на междуречных участках, в случаях, если мергельномеловая толща окажется безводной, может использоваться сеноманальбский горизонт. В Часовярской мульде некоторое практическое значение имеет водоносный горизонт полтавской свиты, а в долине Сев Донца — аллювиальный.
Р а й о н IV2 занимает северо-западную, основную по площади (свыше 6 тыс. км2), часть Бахмутско-Торецкого района Он соответствует площади распространения юрских и триасовых отложений под сильно расчлененными эрозией осадками кайнозоя, включая также купола с выходами под кайнозойские отложения ядер палеозойских структур.
С точки зрения организации водоснабжения можно выделить два района третьего порядка
Район IVA2 охватывает площади, где основными являются водоносные горизонты юрских и триасовых отложений Некоторое местное значение имеют водоносные горизонты каменноугольных и пермских толщ (в сводовых частях купольных структур), а также аллювия (в долинах Сев Донца, Береки и Казенного Торца)
Район IV62 занимает небольшую площадь на междуречье Сухого Торца и Самары Наряду с подземными водами юрских отложений здесь приобретает эксплуатационное значение бучакский водоносный горизонт
Р а й о н IV3 вытягивается извилистой полосой вдоль южной и восточной границ Бахмутско-Торецкого района Он отвечает площади развития пермских отложений, выходящих на дневную поверхность, либо залегающих неглубоко под четвертичными и неоген-палеогеновыми породами Небольшие по площади участки в ядрах куполов занимают верхнекаменноугольные образования По гидрогеологической характеристике они близки к нижнепермским (картамышским) отложениям
3 хесь выделяются три района третьего порядка Район IV1S выделен севернее г Артемовска, где развиты отложения дроновской свиты верхней перми, воды которых в ряде случаев могут использоваться мелкими потребителями Район IV63 распространен на юг от района IVa3 и охватывает площадь распространения соленосных отложений славянской свиты нижней перми Здесь отсутствуют водоносные горизонты эксплуатационного значения ввиду высокой минерализации подземных вод Район IVb3 соответствует площади развития картамышской и никнтовской свит нижней перми, а также верхнекаменноугольных отложений в куполах Подземные воды этих отложений могут использоваться для водоснабжения мелких потребителей V. Центральный гидрогеологическим район в основном приурочен к открытому Донбассу Площадь его составляет 24,8 тыс км2 Северная и южная границы проведены по контуру распространения меловых отложений, восточная — по рекам Быстрой и Сев Донцу, а юго-западная — по контакту с кристаллическими породами докембрия, западной границей служит Криворожско-Павловский сброс, а на северо-западе граница представляет собой контакт с пермскими отложениями В этих границах тектонически район соответствует центральной части Донецкого складчатого сооружения
Главная роль здесь принадлежит каменноугольным образованиям На юго-западе на дневную поверхность узкой полосой выходят девонские породы В волчанской синклинали незначительные площади за-
218
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
няты отложениями мезозоя (триас, юра и мел). На левобережье Сев. Доица местами сохранились от размыва отложения палеогена. В Красноармейском и Шахтинском районах каменноугольные отложения покрыты осадками неогена.
Район представляет собой систему малых сложно построенных бассейнов трещинно-пластовых вод. Вся огромная толща песчано-глинистых отложений карбона образует синклинали, мульды и впадины разнообразных размеров и форм, разделенные крупными и мелкими антиклинальными складками, куполами и содержащие многочисленные напорные водоносные горизонты. Подземные воды интенсивно дренируются разветвленной речной и овражно-балочной сетью, а также шахтами. Роль последних в формировании подземного стока района очень велика, так как на участках шахтных полей режим подземных вод горизонтов, затронутых горными выработками, весьма динамичен, а питание приобретает иногда характер инфлюадии. Модули подземного стока колеблются от 0,5 до 1,5 л/сек-км2, составляя в среднем 0,8 л/сек-км2, причем на шахтные воды приходится около 0,6 л/сек-км2. Общее направление подземного стока ориентировано в основном на север и на юг от Главного донецкого водораздела.
Химический состав подземных вод в зоне дренирования речной сетью согласуется с общей физико-географической зональностью. На открытых площадях в северо-западной части преобладают пресные воды гидрокарбонатно-кальциево-натриевого состава, а на востоке и юго-востоке — гидрокарбонатно-сульфатно-, сульфатно-гидрокарбонатно- и сульфатно-натриево-кальциевые воды с минерализацией до 3 г/л. Минерализация шахтных вод в среднем составляет 3—5 г/л, хотя во многих шахтах она бывает менее 1 г/л, а в некоторых достигает 20— 25 г / л .
В Центральном гидрогеологическом районе можно выделить семь районов второго порядка.
Р а й о н Vi занимает основную часть территории, в пределах площадей выходов песчано-глинистых отложений карбона на дневную поверхность и под четвертичные отложения. За счет подземных вод карбона здесь возможна организация местного водоснабжения.
Р а й о н V2 охватывает площадь развития в Шахтинском геологопромышленном районе отложений неогена, залегающих на карбоне. Хотя эти отложения в значительной степени сдренированы, они все же в какой-то мере могут использоваться для водоснабжения мелких потребителей. Основными являются водоносные горизонты карбона.
Р а й о н V3 выделяется в Быстрянском районе, на левобережье р. Сев. Донца. Здесь на междуречных участках развиты палеогеновые отложения. Ввиду сдренированности роль их в водоснабжении невелика. Основное значение принадлежит водоносным горизонтам карбона и аллювия.
Р а й о н Vi выделяется в западной части (Красноармейский район) Донбасса, где каменноугольные отложения покрыты песчано-глинистыми толщами полтавской свиты и сарматского яруса, отличающимися низкой водообильностью и значительной сдренированностью. Для водоснабжения также рекомендуются в качестве основных водоносные горизонты каменноугольных отложений.
Р а й о н V5 расположен в пределах Волчанской синклинали, где развиты отложения триаса, юры и мела. Гидрогеологически наиболее изучены меловые отложения, подземные воды которых служат основным источником водоснабжения. Некоторое практическое значение имеют также воды неогена.
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ
РАЙОНИРОВАНИЕ
219-
Р а й о н V6 охватывает площадь распространения карбонатных пород свиты Ci1 в бассейнах Мокрой и Сухой Волновах. Приуроченный к ним водоносный горизонт является одним из основных источников централизованного водоснабжения юго-западной части Донбасса.
Р а й о н V7 охватывает площадь выходов на дневную поверхность и под неоген-четвертичные отложения пород девона. Приуроченные к ним воды имеют трещинно-пластовый, трещинно-карстовый и трещинный характер. Они могут использоваться для местного водоснабжения.
VI. Южный гидрогеологический район располагается между открытым Донбассом, Азовским морем и низовьем Дона. На западе граница условно проводится по крайним восточным выходам кристаллических пород докембрия на дневную поверхность. Площадь района 13,7 тыс. км2.
Он охватывает северное крыло мезозойской Азово-Кубанской (Танаисской) впадины. В строении осадочной толщи главная роль принадлежит меловым и кайнозойским отложениям, залегающим в северной части на сложнодислоцированном и разбитом на отдельные блоки палеозойском фундаменте, а в южной — на докембрийском ложе. Глубина погружения палеозойского фундамента (метаморфических пород карбона) в г. Новочеркасске составляет 1400 м. Кристаллические породы докембрия погружаются на юг от нуля до минус 100 м в верховье Грузского Еланчика до минус 500—600 м на побережье Азовского моря, а на восток до отметок минус 1000—1500 м (левобережье Дона).
Главной водоносной толщей служат трещиноватые мергели верхнего мела. Отложения палеогена, нижнего и среднего миоцена преимущественно глинистые и содержат маломощные горизонты минерализованных вод. Исключением является узкая полоса на севере, на границе с открытым карбоном, где подземные воды палеогена используются для водоснабжения. Известняки и пески верхнего миоцена (сарматский ярус) содержат слабо минерализованные воды, также используемые для водоснабжения. Понтические известняки большей частью сдренированы. Местное значение имеют водоносные горизонты морского и речного аллювия.
Основной областью питания подземных вод является северная часть района. На большей же южной части района пополнению запасов подземных вод не благоприятствуют ни климатические (малая степень увлажненности), ни геологические (глинистый состав покровных отложений) факторы.
На севере, примерно до широты г. Матвеев Курган, разгрузка всех горизонтов происходит частично в гидрографическую сеть. Часть же подземного стока отсюда направляется на юг к Азовскому морю. Южнее местная гидрографическая сеть дренирует только верхние водоносные горизонты (до сарматских включительно).
Модули подземного стока на севере (в нижнем течении Крынки) составляют 0,5—1 л/сек-км2, на остальной площади они не превышают 0,5 л/сек -км2.
По химическому составу воды зоны дренирования изменяются в южном направлении от сульфатно-натриевых и сульфатно-хлориднонатриевых до хлоридно-сульфатно-натриевых и хлоридно-натриевых с минерализацией до 3—5 г/л и более. Ниже зоны дренирования подземные воды находятся в условиях затрудненного водообмена, имеют высокую минерализацию и хлоридно-натриевый состав.
В Южном гидрогеологическом районе можно выделить пять районов третьего порядка.
220
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
Район VIA выделяется в виде узкой полосы в северной части, главным образом в пределах Амвросиевского мелового поля. Основной водоносный горизонт— мергельно-меловой.
Район VI6 занимает площадь к югу от района VIA до широты г. Матвеев Курган. Основные водоносные горизонты — палеогеновый и мергельно-меловой.
Район V I b выделяется в восточной части Южного района, в нижнем течении Дона и Сала. Основной водоносный горизонт приурочен здесь к аллювиальным отложениям, подстилаемым глинами палеогена, а на крайнем востоке — к пескам надпонтического яруса плиоцена.
Район VIr охватывает территорию среднего течения рек Сухого и Мокрого Еланчиков, а также Миуса и Тузлова южнее широты г. Матвеев Курган. Здесь подземные воды мергельно-меловых отложений имеют сравнительно невысокую минерализацию (до 3—5 г/л) и могут использоваться для водоснабжения наряду с водами сарматского горизонта, являющегося основным
Район VI« занимает наибольшую часть Южного района, охватывая нижнее течение рек, впадающих в Азовское море Основное эксплуатационное значение имеет здесь сарматский водоносный горизонт. IIa песчаных косах по северному побережью Азовского моря некоторое практическое значение имеют воды морского аллювия
VII. Восточный гидрогеологический район расположен в восточной части Большого Донбасса, восточнее площади открытого карбона. Площадь его составляет 17,1 тыс км2, На севере район граничит по линии Северодонецкого надвига с Северным гидрогеологическим районом На востоке и юге его границы совпадают с границами территории Донбасса.
Район отвечает юго-восточному продолжению Донецкого складчатого сооружения, погребенному под толщей (до 600 м) меловых и кайнозойских отложений Тектонические границы его на севере — Северодонецкий надвиг, на юге — Сало-Манычский разлом, на востоке — начало глубокого погружения палеозойского основания под мезозойские и кайнозойские осадки
Условия пополнения запасов подземных вод и водообмена значительно различаются по площади и в общем неблагоприятны. Недостаточная увлажненность территории, граничащая с засушливостью, и преобладание в разрезе глинистых отложений обусловливают бедность района подземными водами Более благоприятные условия питания подземных вод сложились в долине Дона, где песчаный состав аллювия способствует инфильтрации атмосферных осадков. Вместе с тем со склонов стекают потоки более минерализованных подземных вод. Из-за слабого стока их уровни здесь располагаются вблизи поверхности, и усиленное испарение приводит к засолению аллювиального горизонта. В правобережной части территории водоносные горизонты отложений, залегающих на карбоне, значительно сдренированы Юго-восточная часть, наоборот, дренирована очень слабо Подземные воды начиная с миоцена и глубже, находятся в условиях затрудненного водообмена и отличаются высокой минерализацией Модули подземного стока в среднем составляют около 0,5 л/сек- км2.
На правобережье Дона в зоне дренирования преобладают сульфатно-натриевые, сульфатно-хлоридно- и хлоридно-сульфатно-натриевые, а на левобережье — хлоридно-сульфатно-натриевые и хлориднонатриевые воды с минерализацией до 3—5 и даже до 5—10 г!л
По распространению стратиграфических комплексов пород с учетом условий водообмена в Восточном гидрогеологическом районе можно выделить три района второго порядка
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ
РАЙОНИРОВАНИЕ
221-
Р а й о н VIIi выделяется на западе, на площадях, примыкающих к открытому карбону. Здесь меловые отложения отсутствуют и палеогеновые породы залегают непосредственно на каменноугольных. Покрываются они сдренированными отложениями неогена (сармат и лонт), а в долинах Дона и Сала — четвертичным аллювием. По условиям водоснабжения в нем выделяются два района третьего порядка.
Район VIIaI занимает междуречную часть территории между ст. Тацинской и долиной Дона. Он весьма беден подземными водами. Мелкие потребители могут быть обеспечены за счет подземных вод бучакско-каневского горизонта, выделенного здесь в качестве основлого, а также водоносных горизонтов каменноугольных и харьковских отложений.
Район VII6I выделяется в долине Дона на участке между станицами Николаевской и Раздорской. Основным горизонтом является аллювиальный.
Р а й о н VII2 занимает восточную часть правобережья Дона, включая и его долину по обоим берегам. Между палеогеновыми и каменноугольными отложениями в этом районе залегают мергельно-меловые породы верхнего мела. В юго-восточном направлении возрастает такж е мощность палеогеновых и неогеновых образований, что затрудняет условия водообмена, но не в такой мере, как на левобережье Дона. Здесь выделяются четыре района третьего порядка.
Район VIIa2 охватывает северную часть междуречной площади райюна VII2. В качестве основного здесь выделен водоносный горизонт -бучакско-каневских отложений. Для отбора небольших количеств воды может быть использован водоносный горизонт харьковских отложений. Перспективным является мергельно-меловой водоносный горизонт.
Район VII62 расположен в южной части междуречной площади района VII2. Он отличается от предыдущего района предположительно высокой минерализацией подземных вод мергельно-меловых отложений.
Район VIIB2 выделен в пределах Донской долины в устьевой части р. Цнмлы. Основным водоносным горизонтом является аллювиальный, а перспективным для водоснабжения — мергельно-меловой.
Район VIIr2 занимает центральную часть Донской долины. Основлым горизонтом является аллювиальный.
Р а й о н VII3 охватывает левобережье Дона. В этом районе палеозойский фундамент, а вслед за ним и осадки меловой системы быстро логружаются на юг, в сторону Азово-Кубанской впадины и к Прикаслию. Более глинистый характер приобретают отложения палеогена и неогена, мощность которых заметно возрастает. В верхах геологического разреза появляются отложения ергенинской свиты плиоцена. Район VII3 подразделяется на пять районов третьего порядка.
Район VIIa3 занимает площадь юго-восточнее Цимлянского водохранилища. В качестве основного здесь выделяется мергельно-меловой водоносный горизонт. Для мелкого водоснабжения используются также воды ергенинских отложений, имеющие в этом районе повышенную минерализацию (до 8 г/л) и хлоридно-натриевый состав.
Район VII63 выделяется на левобережье Сала, в бассейнах рек Мал. и Бол. Куберле. Основным и по существу единственным горизонтом, пригодным для водоснабжения, является ергенинский.
Район V I I B 3 занимает междуречье Дона и Сала в нижнем течении. Основным водоносным горизонтом является горизонт ергенинской свиты. В этом районе широкое развитие имеет орошение.
Район V l l r 3 выделяется в долине Сала, на участке между р. Бол. Куберле и Донским магистральным каналом. Основной горизонт заклю-
222
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДОНБАССА
чен в аллювиальных песках, подстилаемых палеогеновыми глинами, а на участке канала также в песках надпонтической толщи плиоцена.
Район VIIa3 занимает небольшую площадь на крайнем юге Восточного района. Основное значение для водоснабжения имеют подземные воды в известняках и песках сармата и понта.
VIII. Юго-западный гидрогеологический район расположен в югозападной части Донбасса, в бассейне рек Кальмиуса и Кальчика. Площадь района 2,2 тыс. км2. Он приурочен к юго-восточной окраине Украинского кристаллического массива (северо-восточная часть Приазовского массива). Характерной его особенностью является широкое развитие нередко обнажающихся на дневной поверхности кристаллических пород, представленных преимущественно метаморфическими образованиями бугско-днепровской гнейсовой серии и породами приазовского щелочного комплекса. К трещиноватой зоне этих пород и продуктам их разрушения приурочен основной водоносный горизонт. На юговосточной окраине массива отдельными пятнами распространены неогеновые отложения, не представляющие интереса с гидрогеологической точки зрения. В долинах Кальмиуса и Кальчика население использует аллювиальный водоносный горизонт.
Питание подземных вод местное. Разгрузка происходит как в местную гидрографическую и овражно-балочную сеть, так и в окружающие массив осадочные отложения. Модули подземного стока в среднем составляют около 0,5 л/сек-км2.
Наиболее распространены сульфатно-гидрокарбонатные и сульфатно-натриево-кальциево-магниевые воды с минерализацией до 3 г/л. Это. один из наиболее слабо обеспеченных подземными водами районов.
Часть третья
РЕСУРСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Глава VIII
ЗАПАСЫ ПРЕСНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Потребности перспективного планирования и размещения производительных сил по территории страны способствовали появлению работ по региональной оценке запасов подземных вод.
Одной из первых таких работ был ориентировочный оперативный подсчет эксплуатационных запасов по всем областям Украины, выполненный И. П. Соляковым. В дальнейшем были опубликованы работы Б. И. Куделина по Днепровско-Донецкому артезианскому бассейну (1960), Ф. А. Макаренко по бассейну р. Дона, В. А. Григоровича (1962), Б. И. Куделина, 3. А. Коробейниковой и Н. А. Лебедевой (1963) по Центрально-Черноземному району.
В 1962 г. в связи с составлением Генеральной схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов СССР на двадцатилетний период (1960—1980 гг.) геологоразведочными трестами Министерства, геологии УССР и Волгодонским геологическим управлением была произведена региональная оценка эксплуатационных запасов подземных вод под общим методическим и научным руководством ВСЕГИНГЕО. В 1962—1965 гг. в процессе составления настоящего тома результаты этой оценки были обобщены, в значительной мере пересмотрены и уточнены, а также дополнены оценкой естественных запасов. В итоге в настоящем томе дается по существу новая оценка запасов подземных вод территории Большого Донбасса.
До настоящего времени не имеется единой классификации запасов подземных вод, хотя этой проблеме и посвящено большое количество работ. Отсутствует также и общепринятая терминология по этому вопросу. Мы пользуемся терминологией, изложенной в работе И. П. Солякова и И. Ф. Вовка (1966).
ЕСТЕСТВЕННЫЕ ЗАПАСЫ
Статические запасы. Количество естественных статических запасов подземных вод основных водоносных горизонтов в пределах верхней стометровой толщи на территории Большого Донбасса оказалось сравнительно небольшим. Средняя величина слоя воды, отнесенная ко всей площади бассейна, лишь немногим превышает 2000 мм. Распределение статических запасов по территории весьма неравномерно. Высота слоя воды колеблется от 5 до 8700 мм. Величина статических запасов возрастает от центральной и северной частей бассейна, где подземные воды приурочены к трещиноватым метаморфическим породам карбона и мергельно-меловой толще верхнего мела, к западной и восточной окраинам, где они содержатся в рыхлых осадочных образованиях. Так, в пределах Центрального гидрогеологического района высота слоя воды колеблется от 100 до 1660 мм, составляя в среднем 153 мм. В Северо-
224
РЕСУРСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ В О Д ,
Западном и Восточном гидрогеологических районах высота слоя воды колеблется соответственно в пределах 160—8700 мм и 480—5400 мм, а средние величины равны 4257 и 4536 мм
Суммарная величина естественных статических запасов пресных подземных вод верхней стометровой толщи на территории Большого Донбасса равна 307,2 км3
Динамические запасы подземных вод характеризуются подземным стоком, который представляет собой количество воды, стекающее из водоносного горизонта, комплекса или бассейна при сохранении средней уровенной поверхности за определенный промежуток времени
При первых оценках динамических запасов подземных вод Донбасса, выполненных в 20-х и 30-х годах, расчеты производились по величине площади питания и модулю подземного стока, который определялся на основании многолетних наблюдений за дебитом источников Для мергельно-мелового водоносного горизонта модуль подземного стока оказался равным 1,6 л/сек -км2
По наблюдениям за расходами источников, питающихся водоносными горизонтами верхнего карбона, в Кальмиус-Торецком районе за период 1925—1927 гг H С Токарев определил, что коэффициент подземного стока равен 0,2—0,29 Наблюдения по 17 водоносным горизонтам показали, что коэффициент подземного стока для горизонтов, не затронутых горными выработками, колеб лется от 0,2 до 0,3, для горизонтов, вскрытых шахтами, он несколько выше — от 0,2 до 0,4 и даже до 1, когда питание атмосферными водами приобретает характер инфлюации В среднем H С Токарев принимает для водоносных горизонтов Донбасса коэффициент подземного стока равным 0,25 При этом модуль подземного стока для минимального значения коэффициента инфильтрации (0,2) при количестве атмосферных осадков 263 ми/г од равен 1,7 л/сек км2 Эта величина подземного стока и была принята для водоносных горизонтов карбона на открытых площадях Величина общего стока в этих районах составтяет в среднем 2,2 л/сек км9
Уточняя результаты расчета коэффициентов и модулей подземного стока, сделанного H С Токаревым, Б И Куделин (1960) отмечает ряд методических ошибок, допущенных при подсчете В результате этих ошибок значений коэффициентов подземного стока оказались завышенными.
Оценка величины инфильтрационного питания подземных вод в Западном Донбассе произведена В А Григоровичем (1962) на примере крупного массива, расположенного в междуречье Днепра, Орели и Самары, с площадью питания подземных вод в 1400 км2 Она сделана в результате сравнения производительности потока с количеством выпа дающих атмосферных осадков Величина инфильтрационного питания для водоносного горизонта неогеновых отложений составила 2% от средней многолетней суммы атмосферных осадков, а для залегающих ниже харьковских огложении — 0,7% Эти цифры сходны с данными для мергельно-мелового водоносного горизонта на участках междуреч ных пространств Суммарная величина инфильтрации через 30—40-метровую толщу лессов, лессовидных суглинков и красно-бурых глин составляет 2,7% (0,4 л/сек км2)
На основании районирования территории Большого Донбасса по условиям формирования режима подземных вод в этом разделе произведена оценка баланса подземных вод в Северном гидрогеологическом районе Донбасса, который рассматривается как основной при разработке мероприятий по улучшению водоснабжения бассейна Как следует из гидрогеологической характеристики Северного района, он предста-
ЗАПАСЫ ПРЕСНЫХ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
225
вляет собой баланс подземных вод мергельно-мелового водоносного горизонта (в долинах рек в комплексе с аллювиальным) и состоит из следующих основных элементов.
П р и х о д : 1) поступление в водоносный горизонт атмосферных вод; 2) поступление в водоносный горизонт поверхностных вод.
Р а с х о д : 1) сток подземных вод в гидрографическую сеть, 2) сток подземных вод к водозаборным сооружениям.
Площади с междуречным, террасовым и приречным видами режима, участки долин Сев. Донца, его правобережных и левобережных притоков, характеризующихся террасовым видом режима, имеют свои особенности (табл. 22). Поэтому расчет приходной части баланса подземных вод и общего водного баланса выполнен отдельно по каждому из названных участков. Особые условия формирования баланса подземных вод, которые создаются на площадях с разновидностью искусственного режима подземных вод на участках эксплуатации водозаборов, учитываются при определении приходной части баланса подземных вод на площадях с приречным видом режима.
Т а б л и ц а 22
Основные показатели мергельно-мелового водоносного горизонта в Северном гидрогеологическом районе
Гидрогеологическая характеристика (средние значения)
Долина р. Сев. Донца
Долины правобе-
режных притоков
р. Сев. Донца
Долины левобережных прито-
ков р. Сев.
Донца
Междуречные уча-
стки
Мощность трещиноватой зоны, м
Глубина залегания водоносного
горизонта, м
Напор над кровлей, м
Глубина установления пьезомет-
рического уровня, м
Дебиты скважин, л\сгк
Коэффициенты
фильтрации,
м/сутки
Водопроводимость, м/сутки
Амплитуда колебания уровня, м
Минерализация воды, г/А . . . .
25—40
10—20 15—20
3—15 50—60
50—70 1300 2—6
0,4—0,6
20—30
10—20 10—15
з-ю
30—50
40—60 965 2-4
0,4—0,6
15—25
5-15 8—15
3—10 20—30
30—40 620 1—3
0,4—0,6
5—10
40—50 8—12
30—40 0,5—1
2—3 18
0,2—0,4 1-3
Питание подземных вод за счет атмосферных осадков определялось по методике Н. Н. Биндемана, согласно которой величина слоя воды, поступившей в водоносный горизонт в течение года, выражается формулой
у = 1000^ S (ДА + д2), мм,
где — водоотдача; Ah — повышение уровня, происходящее в периоды питания, м\ Az — величина, на которую уровень подземных вод снизился в тот же период времени за счет оттока по водоносному горизонту, м.
Последние две величины (их сумма) определялись по графикам режимных наблюдений. Величина водоотдачи принята, согласно рекомендациям ВСЕГИНГЕО, для региональной оценки эксплуатационных запасов.
Результаты определения величин питания подземных вод по этой методике в долине Сев. Донца и на прилегающих междуречных участ-
226
РЕСУРСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ В О Д ,
ках приведены в табл. 23 и на рис. 78. Средние многолетние значения годового слоя атмосферного питания подземных вод и соответствующего ему модуля подземного стока вычислялись из средней многолетней суммы осадков в данном районе путем умножения ее на средний коэффициент подземного стока, полученный за период наблюдений.
Среднее значение величины атмосферного питания подземных вод для террас Сев. Донца составляет 127 мм (4 л! сек-км2), что соответствует коэффициенту подземного стока 28%.
MM
Рнс. 78. Схема питания подземных вод мергельно-мелового водоносного горизонта (Ольховский участок долины р. Сев. Донца).
/ — суглинки, 2 — глииы красио-бурые; 3 — глины плотные, 4 — пески, 5 — пески с галькой, 6 — мергели, 7 — мергели илистые, 8 — трещиноватая зона, 9 — уровень вод мергельно-мелового водоносного горизонта, IO — о б в о д н е н н а я зоиа (стрелка
соответствует напору); U — эпюры питания
Для площадей с междуречным видом режима величина питания подземных вод составляет 3—5 мм (0,1 л/сек-км2), коэффициент подземного стока равен 1 %.
По материалам режимных наблюдений на Менчекуровском (долина р. Ольховой) и Житловском (долина р. Красной) участках определены величины атмосферного питания для площадей с террасовым видом режима в долинах правобережных и левобережных притоков Сев. Донц а — соответственно 98 и 76 мм (3,1 и 2,5 л/сек-км2), коэффициенты подземного стока — 21 и 17%.
Питание подземных вод за счет поверхностных наблюдается на поймах, а на участках водозаборов — также и в пределах второй террасы. Общие величины питания подземных вод за счет атмосферных и поверхностных, определенные как произведение недостатка насыщения (водоотдачи) на величину подъема уровней, в пределах депрессионных воронок водозаборов, расположенных на пойменных участках долин рек, достигая при выходе речной воды на пойму 1000 мм и более. Например, в центре депрессии Бобровской и Левобережной групп скважин I Донецкого водозабора питание подземных вод составило в 1953, 1955, 1956, 1957 и 1960 гг. 1000—1500 мм, а по прибрежной группе скважин Славяносербского водозабора в 1956 и 1960 гг. — 600—800 мм
ЗАПАСЫ ПРЕСНЫХ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
227
Т а б л и ц а 23
Атмосферное питание подземных вод в долине Сев. Донца и на прилегающих междуречных участках
Характери-
1 S с*0Mио9
Местоположение стика пород
скважины
в зоне колеба-
ния уровня
i
CB CS
иоZ.
О S
COtОЧОQ-
Периоды повышения
уровня
Абс. отметки уровня
волы, M
<J
XX2 ОS ) спЧо X № « S
Ct и О
ООгО0tUTS?-9
X
О О U S Ог ) тЧоа гОt-)
О5HUЙ
и
о
о S
5 а
4 ч
2 С
<
+ •<а
+ •<е3
*с *_
4 О
О
овЧ
Uоой0о9>ШОs^*„ ° £
>г*1-С IS
422 Ольховский
Глины 0,01
участок доли- плотные
ны Сев. Дон- с прослоями
ца, между- песчаных
речье Сев.
Донца, Дер-
кула и Ковсу-
га
6.Ш.63 30.111.63 15.IX.63 30.XI.63 21.11.64
15.111.64 15.V.64 6.VI.64 24.XI.64 24.XII.64
104.33 104,48 0 , 1 8 0,34 3,4 104,22 104,36 0 , 1 6
387 0,9 0,11
104,30 104,36 0 , 0 6
104.34 104,39
0,05 0,26
2,6
345 0,7 0,08
104,08 104,26
0,15
964 Там же, междуречье Сев. Донца и Луганчика
Мергели плотные
Среднее многолетнее
3,7 466 0,8 0 , 1 2
0 , 0 1 21.11.63 21.IV.63 30.1П.64 21.V.64
70,34 70,66
0,37 0,37
3,7
387
0,9 0 , 1 2
70,51 0,36 0,36 3,6 345 1,1 0,12 70,87
419 Там же, III надпойменная терраса Сев. Донца
Пески мелкозер-
нистые
Cp е д н е е м н о г о л е т н е е
4,7 466 1,0 0,15
0 , 1 2 3.1II.61 27.Ш.61 15.IX.61 21.XII.61
21.11.62
6.IV.62 6.1.63 24.IV.63 9.Х.63 30. X11.63 24.11.64 27.V.64 3.VII.64 21.VII.64 9. X 1.64 24. X П.64
53,68 53,87 53,05 53,32 53,45 53,91 53,18 53,94 52,98 53,40 53,47 54,07 53,87 53,94 53,44 53,49
0,31 0,78 93,6 468 20,0 2,97
0,47
0,46 0,46 55,2 345 16,0 1,75
0,72 1,28 153,6 387 39.7 4,88
0,56
0,60
0 , 1 0 0 , 8 0 96,0 345 27.8 3,05
0,10
418
Там же, I надпоймен-
ная терраса
Сев. Донца
Пески мелкозер-
нистые
Среднее многолетнее
120,7 466 25,9 3,83
0 , 1 2 3.III.61 6.V.61 11.IX.61 27.XII.61 6.11.62 9.IV.62 3.1.63
21.IV.63 27.IX.63 27. X11.63 12.111.64 27.V.64
38,95 39,17 38,37 38,53 38,05 38,42 38,03 38,93 38,86 39,02 38,28 39,41
0,32 0,62 74,4 468 16,0 2,36 0,30
0,50 0,50 60,0 345 17.4 1,90
0,90 1,21 145,2 387 37.5 4,61
0,31
1,30 1,55 186,0 345 53,9 5,90
228
РЕСУРСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ В О Д ,
Продолж. табл.23
Местоположение скважины
Характеристика пород зоне колебания уровня
Периоды повышения
уровня
Абс. отметки уровня
воды, м
оп Ч
г Еп ч ч .
S
О
о
•e-s
.9 S
24.Х.64 15.XII.64
37,44 0,25 37,62
Кременской участок долины Сев.
Донца, междуречье Сев. Донца, Жеребца и
Красной
Среднее многолетнее
145,4 466 31,2 4,62
Алевролиты 0,01
25.IV.62 30.IV.62 25.XI.62 15.X1I.62 3.V.63 6.VI.63 27.Х.63 18.Х1.63 27.111.64 3.V.64 9. X 1.64 27.XI.64
102,4¾ 102,63 102,48 102,72
0,15 0,39
0,24
3,9
430
0,9 0,13
102,54 102,76 102,59
0,24 0,57
5,7
628
0,9 0,18
102,88 0,33
102,72
102,85 0,15
102,87
0,49 4,9 433 1,1 0,16
103,14 0,34
Житловский участок доли-
ны Сев. Донца, IlI надпойменная терраса
Пески мелкозер-
Среднее многолетнее
4,3 431 1,0 0,14
0,12 24.111.63 12.VI.63
81,33 82,59 ,40 1,40 168 628 26,8 5,33
Среднее многолетнее
115,6 431 26, f 3,67
(недостаток насыщения принят равным 0,2). В условиях, не нарушенных эксплуатацией, при среднем недостатке насыщения 0,1 (верхняя часть разреза в пойме представлена обычно глинистыми песками и даже суглинками) и средней глубине залегания подземных вод 3 м величины питания подземных вод за счет атмосферных и поверхностных составляют при затоплении поймы 300 мм.
С учетом коэффициента частоты затопления поймы (0,6) после вычета атмосферного питания среднее многолетнее значение питания подземных вод за счет поверхностных в не нарушенных эксплуатацией условиях составит: в пойме Сев. Донца — 60 мм (2 л/сек- км2)-, в поймах правобережных притоков — 80 мм (2,5 л/сек - км2)\ в поймах левобережных притоков—100 мм (3,1 л/сек-км2); на пойменных участках водозаборов — 300—900, в среднем 600 мм (20 л/сек- км2).
Кроме того, круглогодично существует питание крупных водозаборов подземных вод, расположенных в долинах Сев. Донца и правобережных притоков, водами рек, представляющих для них контур питания с постоянным напором. Поскольку водозаборы, как правило, состоят из рядов скважин, вытянутых вдоль рек, можно предположить, что питяние водозаборов из реки равно половице их дебита при двух-
ЗАПАСЫ ПРЕСНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
229
стороннем питании. Дополнительное питание подземных вод за счет поверхностных (фильтрация в берега) на участках водозаборов составляет в долине Сев. Донца примерно 3200 л/сек, а в долинах правобережных притоков — 900 л/сек. Итог приходной части баланса подземных вод отражен в табл. 24.
Т а б л и ц а 24 Питание подземных вод в Северном гидрогеологическом районе Донбасса
Долина Сев. Донца
Правобережье Сев. Донца
Левобережье Сев. Донца
Всего по району
Визы режима подземных вод
Междуречный Террасовый Приречный
Итого:
Питание атмосферными водами
— 1450 0,1 150 36 500 ОД 3 650 37 950 0,1 1930 4,0 7 720 490 3,1 1520 6000 2,5 15 000 8 420 2,9 370 4,0 1480 95 3,1 290 1 330 2,5 3 330 1 800 2,8
38 000
24 240 5100
2300 4,0 9 200 2035 1,0 1960 43 830 0,5 21 980 48 170 0,7 33140
Питание поверхностными водами
Приречный 1. Естественный 270 2,0 2. На участках водозаборов при затоплении поймы 100 20 3. То же, фильтрация в берега — —
540
2 000 3 200
80 2,5
15 20
—
—
200 1 330 з д 4 120
300 —
—
—
900 —
—
—
1680 2,9
115 20
—
—
4 860
2 300 4100
Итого: Всего:
370
5 740 95
1400 1330 ЗД 4 120 1 795
11260
2300 6,5 14 940 2035 1,65 3360 43 830 0,6 26 100 48170 0,9 44 400
Отбор подземных вод в Северном гидрогеологическом районе составляет около И тыс. л/сек, в том числе с помощью шахтных колодцев извлекается примерно 2 тыс. л!сек, с помощью скважин в 1963 г. из основных водоносных горизонтов (преимущественно из мергельно-мелового) отбиралось 11,8 тыс. л!сек. Поскольку донецкие водозаборы работают в условиях установившегося движения (см. главу V), можно считать, что эта часть подземного стока формируется без сработки статических запасов. Таким образом, приведенная величина водоотбора может быть полностью включена в расходную часть баланса подземных вод; модуль искусственного подземного стока в среднем по району равен 0,3 л/сек-км2.
По отдельным участкам отбор подземных вод распределяется следующим образом: правобережье р. Сев. Донца — 2,5 тыс. л)сек (1,25 л!сек-км2), долина р. Сев. Донца — 7,5 тыс. л/сек (3,3 л/сек-км2), левобережье р. Сев. Д о н ц а — 4 тыс. л!сек (0,1 л!сек-км2). Следовательно, подземный сток в речную сеть должен составлять на правобережье 0,4 л!сек -км2, а на левобережье 0,5 л/сек-км2. Действительно, определенные Б. И. Куделиным, 3. А. Коробейниковой и Н. А. Лебедевой (1963) методом расчленения гидрографов рек величины подзем-
230
РЕСУРСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ В О Д ,
ного стока в гидрографическую сеть составляют для правобережья Сев. Донца 0,4 л/сек-км2, а на левобережье они изменяются от 0,3 л/сек- км2 на юго-востоке описываемого района до 0,9 л/сек-км2 на северо-западе (Валуйки), составляя в среднем около 0,5 л/сек-км2. Это подтверждает произведенные балансовые расчеты, а также возможность применения и достаточную точность методов определения инфильтрации на уровень подземных вод Н. Н. Биндемана и расчленения гидрографов Б. И. Куделина.
Сводный водный баланс Северного гидрогеологического района приведен в табл. 25. Испарение определено как разность между осадками и стоком.
Т а б л и ц а 25 Водный баланс в Северном гидрогеологическом районе за год
Участки
Сток
M 03H
Общий
Поверхностный
Подземный
Испарение
Осадки, мм
S
коэф-
коэф-
коэф-
1 о ^
фици- MM фици- MM фици- MM
%
ент, %
ент, %
ент, %
С
Северный гидрогеологи-
ческии район . . . . 48,1
Долина р. Сев. Донца 2,3
Правобережье р. Сев.
Донца
2,0
Левобережье р. Сев.
43,8
450 60 13,3 31 6,9 29 6,4 460 127 27,6 —78 —17,0 205 44,6
465 87 18,7 35 7,5 52 11,2
450 55 12,2 34 7,6 19 4,2
390 86,7 333 72,4
378 81,3
395 87,8
Мощность и трещиноватость (закарстованность) водосодержащей зоны мергельно-меловой толщи верхнего мела, т. е. ее водопроводимость, в значительной мере определяется количеством поступающей в нее воды.
Если распределить суммарную величину питания (стока) подземных вод пропорционально водопроводимости водосодержащих пород, то получаются следующие значения модулей подземного стока.
M ' (долина Сев. Донца) = - ^ ^ ^ = 6,4 л/сек-км2;
0 9 • 965
М" (долины правобережных п р и т о к о в ) = ' 182 = 4 , 9 л/сек-км2;
Ж'" (долины левобережных притоков) = 09Jgg20 — 3,1 л/сек-км2;
Ж"" (на междуречных площадях) = 0l9Jgg8 = 0 , 0 9 л/сек-км2. Таким образом, коэффициенты корреляции между водопроводимостью отложений мергельно-мелового горизонта и величинами питания (подземного стока) этого горизонта составляют в Северном гидрогеологическом районе Донбасса 0,9—1. С достаточной для практических целей точностью они могут быть приняты равными 1. Модули подземного стока Сев. Донца и на прилегающих междуречных участках определены по данным о существующем водоотборе и
ЗАПАСЫ ПРЕСНЫХ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
231
общих (обеспеченных питанием) эксплуатационных запасах подземных вод, утвержденных ГКЗ.
A V = 5 , п о 2 3 7 0 = = 6 ' 6 л/сек-КМ2;
M " " = 5^210,'8 = 0 , 0 9 л,сек-км2.
Эти модули согласуются с величинами, приведенными выше, и тем самым подтверждают правильность произведенных расчетов.
Итак, подземный сток в Донецком бассейне разделяется на сток в естественные (реки, озера и моря) и искусственные (водозаборные сооружения и горные выработки) дрены. Главная роль в разгрузке подземных вод на территории Большого Донбасса принадлежит гидрографической сети. Поэтому при определении естественных динамических запасов основным был метод выделения подземного стока из общего речного путем расчленения гидрографов рек. При этом для западной части территории использованы материалы Б. И. Куделина (1960), по северной — Б. И. Куделина, 3. А. Коробейниковой, Н. А. Лебедевой (1963) и по восточной — Ф. А. Макаренко; для центральной и частично южной части Большого Донбасса расчленение гидрографов произведено при составлении настоящего тома.
Для получения общей величины подземного стока на том или ином участке территории Большого Донбасса подземный сток в реки суммировался с подземным стоком к искусственным дренам (водозаборам); полученные результаты проверялись другими методами, например методом водно-балансовых расчетов или использованием обоснованных коэффициентов инфильтрации атмосферных осадков.
Как следует из приведенных выше водно-балансовых расчетов, подземный сток к искусственным дренам в некоторых районах Донбасса нередко превышает подземный сток в гидрографическую сеть, например на площади распространения мергельно-мелового водоносного горизонта на правобережье Сев. Донца в Ворошиловградской области в общем модуле подземного стока 1,65 л! сек-км2 его речная составляющая в среднем равна лишь 0,4 л! сек-км2, а остальное (1,25 л/сек -км2) приходится на сток к водозаборным сооружениям; более половины от общего стока составляет искусственный сток и в долине Сев. Донца.
Средний модуль подземного стока в реки на площади открытого Донбасса (Центральный гидрогеологический район) составляет 0,7 л/сек-км2 (табл. 26). В эту цифру входит т а к ж е шахтный водоотлив, который почти полностью сбрасывается в гидрографическую сеть. Величина его для всей площади открытого Донбасса (25 тыс. км2) равна 13,5 тыс. л/сек, что соответствует модулю 0,54 л!сек-KM2. В период восстановления Донбасса после Отечественной воины (1944—1955 гг.) из затопленных шахт было откачано 878 898 тыс. мг воды, в том числе из -статических запасов 210 249 тыс. м3, т. е. примерно 25% от общего количества откачанной воды. За счет динамических запасов было откачано 658 648 тыс. м3, или 75%. По мере осушения выработок доля динамических запасов в общем водоотливе увеличивалась и в 1954 г. превышала 95%. Это позволяет считать, что современный шахтный водоотлив формируется в основном за счет динамических запасов подземных вод.
Водоотбор, осуществляемый главным образом за счет каптажа существовавших здесь источников, а также с помощью одиночных •скважин, составляет в Центральном гидрогеологическом районе примерно 2,5 тыс. л! сек, что соответствует модулю 0,1 л/сек -км2.
Таким образом, ориентировочно из общей величины подземного стока (0,8 л/сек-км2) 67% идет на шахтный водоотлив, 20% состав-
J *Ш С
Г-> С
i f ГТ -£ЕГ О J~F EZ К. T f f SrS Z I / Pf CZ ГТ C J ) - / Г £, С _) ^
ГЧ~ Г Г JST7 П СГ> JX S3 Ш SVI f-f £,1 J>£ CS CZ> J X
Igit
-
f
;
I
s ,a
igs
I=L . Г
Ш-
.—г
LS
S==S
S
MO5="*э т ^ о . 1 э и "г
о
tj
)
I
C
„ « u
>JL-T> t «14 S-L J.-ч
oil
«
a
s?
Ь
S -S
I
1 i i
.S I sS l
у * - Ф •=.<=»>I
щ -r; — -1
<
..... .
г><-1 л I I IJ > . i - > I - ' J ( Ш
S-
=
г СТГ
«
t-7.
53 —'
Ш-
— 55 " —
=3 -J
iS
ёз"
tг
S
5S
5¾
sa
3
5Э
^
S-
s-
щ
a
£5¾
ш
Ш
gf
Sr
•-гГ
s
C-—
a?"
I I»
-iSf.-jf
E S
И I
S
ш I
ш
<--
-
ш
15 °В а
55
SS
=5
шш
--
t£2
Si
i s Ii
сЗ
M
в
1
—*
i s
- I eg
3 -
JE=g T
I
§3
sllfii
тШШШШШ
Ш §
iS.
sss
I M§.
Ш
S
a.
er
&
S-
Jt
S
S
. щшттШЦ
^3 Ш щ Ш ш Ш Й
-is
i£
?
I
Ii
=5=
1
Ё
I^t
J' =
A
ЕЭ Sr=
IJ J
Ж
ЗАПАСЫ ПРЕСНЫХ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
233
соо-",
Tf со
CN
о"
C-T
CTl CN юCN СС—О"
оCCNN
OO
о"
Tf
ю"
о
СО
00"
CЮ оN <Tо2f
0о 0
Tf
-ф—£' N—O' O « S Tf - г г ^ - г - г C~сT'jЯCODl CTiOI 2 02 02 о?
Со О
t00o1
Cо N
Sо(о0s*
гfcоt C2тчQе °
I и рЯ .
3мX icО:.
о
с s
о Ccdf
U§О.§ес
ляет сток в гидрографическую сеть и 13% ис-
пользуется для водоснабжения. Значение модуля подземного стока 0,8 л/сек-км2 соответствует
коэффициенту подземного стока 5,8%.
Подземный сток со всей территории Боль-
шого Донбасса отражен на карте (рис. 79) в
изолиниях модулей, представляющих в данном
случае количество воды, стекающей в единицу
времени с единицы площади распространения водоносных горизонтов и комплексов (л/сек-км2)
к рекам, горным выработкам и водозаборным
сооружениям.
Эта карта построена по методике, принятой
для карт речного стока, однако при интерпо-
ляции и проведении изолиний подземного стока
учитывались геолого-гидрогеологические и гео-
морфологические условия, а также влияние
искусственных факторов.
Общая величина подземного стока с терри-
тории Большого Донбасса составляет приблизительно 100—110 мг1сек. На долю речного стока приходится 65—70 M3JceK, водоотбора 20— 25 м3/сек и водоотлива из шахт и карьеров — 15 M3JceK. П о отношению к общему стоку (230 M3/сек) подземный составляет 44—48%, а
подземный сток в реки — примерно 30%.
Наибольшими динамическими запасами об-
ладают водоносные горизонты закарстованных
мергельно-меловых отложений и карбонатной
толщи нижнего карбона, где средние величины
модулей динамических запасов составляют 1 — 5 л!сек • км2 (30—150 мм]год). Сравнительно большие их значения —0,8 л!сек-км2 (25 мм/год) —
характерны также для песчано-глинистой толщи
карбона, обладающей ничтожными статическими
запасами (100—180 мм). Наименьшими значе-
ниями модулей динамических запасов, равными 0,06—0,2 л/сек- км2 (2—6 мм/год), обладают
водоносные горизонты триаса, юры, палеогена
и неогена на западной и восточной окраинах
Большого Донбасса.
OBя 4 я 5 OI
Подсчитанная длительность возобновления статических запасов основных водоносных горизонтов в верхней стометровой толще составляет
Я от 5—6 до 2000—5000 лет.
S я
4O(¾lSCOtl
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ЗАПАСЫ
KP.
5. чОI)
Подсчитанные эксплуатационные запасы включают запасы статические, представляющие
собой количество воды, которое может быть из-
a F влечено из водоносного горизонта при отсутст-
вии восполнения в течение 50 лет, и динамиче-
ские, т. е. расход потока, который может быть
перехвачен водозаборными сооружениями неза-
висимо от срока эксплуатации.
234
РЕСУРСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ ВОД,
Оценка эксплуатационных статических запасов производилась по методике ВСЕГИНГЕО и ВОДГЕО (Н. Н. Биндеман, Ф. М. Бочевер). Для определения второй составляющей эксплуатационных запасов — динамических (восполняемых) запасов — на основании выводов, сделанных в V главе, и в предыдущем разделе, рассчитывались модули для участков эксплуатации подземных вод крупными водозаборами, затем полученные значения их экстраполировались на площади со сходными гидрогеологическими условиями пропорционально водопроводимости водоносных горизонтов (комплексов) и с учетом условий питания и естественных динамических запасов подземных вод. Полученные
Рис. 79. Схематическая карта среднегодовых модулей подземного стока на территории Большого Донбасса (л/сек км2) (Составил И Ф Вовк)
таким образом величины запасов контролировались данными по участ-
кам с запасами, утвержденными ГКЗ.
Для водоносных горизонтов песчано-глинистой толщи карбона
эксплуатационные динамические запасы подземных вод определены
ориентировочно как разность естественных динамических запасов
(18,9 м3/сек) и величины шахтного водоотлива (13,5 M3Iсек). Эти запасы
равны 5,4 м3/сек. При площади распространения 23 680 км2 (табл. 27)
среднее значение модуля равно 0,23 л/сек-км2.
С учетом расчлененности
бассейна и водопроводимости отложений, величины модулей эксплуата-
ционных динамических запасов отдельных водосодержащих комплексов
приняты следующие: верхний карбон — 0,18 л/сек-км2,
средний —
0,08 л/сек-км2,
нижний — 0,05 л/сек-км2.
Близкие значения получены
также П. В. Калыгиным по методу приречных зон.
В юго-западной части бассейна эксплуатационные запасы по водо-
носному горизонту карбонатной толщи карбона оцениваются ГКЗ
в 180 тыс. м3/сутки, что при площади распространения водоносного гори-
зонта 270 км2 соответствует модулю 7,71 л]сек- км2.
Данные о расчетных параметрах, эксплуатационных запасах и
существующем водоотборе подземных вод на территории Большого
Донбасса по водоносным горизонтам в пределах выделенных гидрогео-
логических районов приведены в табл. 27. По данным этой таблицы
составлена карта прогнозных эксплуатационных запасов (рис. 80), на
PHC 80 Схематическая карта
прогнозных эксплуатационных запасов пресных и слабомине
рализованных подземных вод
основных водоносных горизон
тов территории Большого Дон
басса (Составит И Ф Вовк)
t—6 — территории с модулем экс плуатациониых запасов подземных вод, л/сек км2 (1 — от 10 до 5 2 — от S до 2 3 — от 2 до 1 4 — от 1 до 0,6, В — от 0,5 до 0,1, в — <0,1), 7—10 — минерализация вод г/л V — до 1, S - O T 1 до 3, 9 - от 3 до 5, 10 — от 5 до Ю) H граиицы между гидрогеологически ми районами и их номера (I — Ce
верный II — Северо Западный III — Западный IV — Бахмутско Тарецкнй V — Центральный Vl — Южный, VII — Восточный, VIII — Юго З а п а д н ы й ) , 12 — границы 1юд счета эксплуатационных запасов по отдельным всщоносным горизонтам 13 — границы территорий с р а з личными модулями экоплуатацион иых запасов подземных в о д 14 — границы между участками с раз личной минерализацией подземных вод, 15 — участки где отсутствуют водоносные горизонты экоплуата
ционного значения
^3 .<4, П Л «СГ
С
«-=>
s =
— S3 - • ^
s3
rf~
22 —
—
—
—
Ш
ts •r•O C •J
Ш
S
m m sp T-7 '
^ Srr-J га? ZS Л=?
Ш
•
Si
S
.s?
S Ш тй.
5¾ JS S
s
•
—: : T-' S3 S 5¾ i s
Ь=?
ss
^¾ .*¾ 6¾ 3¾. S -
=¾
S - s I S 1 S S 3 1 S •5S.
S
1
S5S SS I S3 i s i — , S 3 S I
55
I
?S I S3 gs I • - Ev3 1
•m
=¾
!
=S I 1 kS I
ЕЯ I
I
S«5 J 3¾ =^ t
.=37 1 p=3
s?
1
£Af// ^ X
<-> JH.
237
o-= —
= , >.-=. >o=
о-= iS
S= SS '—' J
-Ш
s; 1 L 1 —
—
S m a'&
fS
IS?
m
ts.
•fa
2? PE? Щ 22
§ 5¾Щ m ggr f5 JS•щP , =
PT S3
ss
rr-I
ш
^7¾ S ? St; S SS
S SS 5 ¾ 53 SS S
1
f : ~ —rt'- О O J
5 ¾ C ^ J •--
Ш-
S-SSS J gi 5¾5¾) Sg
S-
I SS I22 E5 S- 1 iS
-
1 SS i-1S
Щ
I 1 135 ! Z= VS— 1:=¾ Sr^? s fcS S35¾ ) = .S гС5 J a? 22 F-'
j=* iz <17 . V ^ Сzri^i if s т IZ i* <: J s t~: K'j- rr r=s £>r if С У / О . Т ^ З О Ы Л / / > Г Я -RR ^ T ZS" Л - I п
x r=t <
-OO
9S
If
HTTKJO
II
JV * n V U l I I OI/ J J
ll-a S S 18
X i I T-TT _'->
C J 1 ^ -L- J-C.-> OU O t I
do Oo Hvs'I.MIf?KHii mHiZn>-4dfciJVJ-i •qxoownijouod ii
R frlvО Г_Г* FJvH> и~H-яU<M>»*Л-.. I>I1L"iвr кS_;Lк
—
'-<=
S
FS ш g
•
• O
Э2 • :
S
S
S]
Ss
I
S
I
ss
)
is
S
s ? 113 =P
.• -
^
Wh g? 555 =
s ™
gg
Щ'
g^ifgg-ss
Щ
la! :.
' --
g
I^J
, S S=
g
:¾ s s : = 2¾ tf?
Jg,' -¾ гэг
SS
s?
s S3 se i s s . s l s s .
° ZS 2 3 S « 2¾ . S =¾ S j
5¾
S 5¾
5=3 S SS JS S S . S S
S
^
?3 E= S ; S й Я K Si
I
g-
SSSgSg^SSS
I
l^r 1 I
I
Si -'
'- 1JEb 15Si3S2
,
i
. • •,.- •• . • . V I
: :
—
Щ ~~
Ш
=f ag =
"Ц
s
= =¾: ^5 S3 S ^¾ S2
S ^ . ¾ ¾ ¾ ¾ S=J ES
S .S Ж l i s
I
J? S5 5¾
iiS? S5
•' • '
•
I
2 KSSS-^K, 1
SL • k s ^=¾ :v ; . •. v . 1
I-Q - г
-
-
t
; : : :S
. . - - s "-
e
I
§
J/|11 J :
= i Ш
-
" si t—-*M "= Ш' =
I P I I l I III I
s
Igigis S-S- S. ш 8
( S o a =_> = ; -
ЗАПАСЫ ПРЕСНЫХ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
239
—СО— юTfс—— ю »—I -10 05 1/5 СО
О—!ОCJOTOf с—о С—О OLt-Oi. СTОtСОIOО OO OO CTTffTi
со м
СО
6 500 9 308 323 4005 22 94 142 944
3 451 6 956
1 161
6 6
3 061
718
1 950
юСО соCмM сю-
Tf
TCMf
— CTMf СCСОMОOС—TCMfСюОOi
0сс0о01-
00с10-
Oi IO Ю Tf CM ю со ю
(N
IОO СЮО
CMOоOOOCOOO(СNОсCM-OOоCMсСTсОо-f
юCсM-
Tf
5 200 6 460
725 4 720 |l7 105
H
11 438
OOОЭOOcTOOfOOlOOOOOсSо ю с- —•
о ю CCMM
SCM
Tf Tf
E OO—iiГC—OOТCоOi"—о—"<оT"f о •X Щ—T. 1fсTО—fФbOос-Tосfчо
С—О о OСоО"
=—t--OСiОC—MCOCMо 0T0f =°я —"о о о" °
о >я жга
а
Oо о i
сQеuCЮMOioOCOOCO ,я -Г о" о" о"
—Tf О
'Яя и
юоо"
ос0о0" ю ю
•S S
W U
TIоOf"tMCо"MCоOO"OTоfC"OCMо
OJ
0,02
0,06
0,10
0,20
tr
s
Г-,
о ч
• о _
uс^оT—f UOоTоfсо
C—O о" , I
I I
и
U
Tf t-.
О
C-
СTОf
<fи—Tоf
I=U• о" о"о" о" о" . яL- о"
яZJUT. осО"Зосо"моСо"ОсочО
I I
о
4
о О)
о оьУ- —ОСОсоСМCSСlОсо I
о Bt
СО
о"
о
CU
Et
О—O QОСОOOOOTOСfОUJ
X
1 Ic^gts
в ' S OСЧN^COMOTOt СО S
Bt о ю ю ю
I s
I .я
I I
•SJ
3
вS -
II —СМО—О'ОCM
о
I '
S в
и
га сго
I1 оц° OСЧ^СfOЧOCMN • CQ
I
о
=ОEя
S•S+as ьао
о с
s я 2
гч§а,£Я«Sп
g о О
S о S g S
чтg2 SS"И-ьSOя.и4ОCкаUE
•С •
> Vас—! • \№яоо.
•в+
. 5SS -¾Ч
=Xоя
^5,3fЯwO—ьс*vUfE>O1'•=.яягкSsииСаО '
я 9S s S «в
<Je5gо£?ИSи=яиС=н=?£Ю1:I о>Ииi>s:
оBа t ояо BО f осCU кя иоз
с о
я
CU
ОU )
и BQ
которой запасы подзем-
пых вод даются в виде
непрерывной характерис-
тики всей территории с
помощью модулей экс-
плуатационных запасов
для выделенных гидро-
геологических районов.
При
составлении
карты эксплуатационных
запасов в районах, где
оценивались запасы во-
доносных горизонтов и
комплексов, расположен-
ных этажно один над
другим, суммарные мо-
дули эксплуатационных
запасов получены путем
сложения погоризонтных
модулей. Особыми ус-
ловными знаками (кра-
пом) на ней показаны
также воды повышенной
минерализации (1—3,3—
5, 5—10 г/л).
Суммарные эксплуа-
тационные запасы под-
земных вод Большого
Донбасса
составляют
примерно 125 м31сек, в
том числе статические — 45 м3/сек, а динамическ и е — 80 м3!сек. По от-
ношению к естественным
динамическим запасам (110 м31сек) эксплуата-
ционные динамические
запасы составляют 73%,
а по отношению к общей
величине речного стока (230 мъ/сек) — 3 5 % . Н а
основной части террито-
рии даже при условии
сработки части статиче-
ских запасов ввиду ин-
тенсивного дренажа во-
доносных горизонтов реч-
ной и овражно-балочной
сетью естественные дина-
мические запасы не мо-
гут быть использованы
полностью, так как часть
воды все же будет сте-
кать в реки, шахты и
карьеры. Среднее значе-
ние модуля эксплуата-
240
РЕСУРСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ В О Д ,
ционных статических запасов равно 0,31 л/сек-км2, что соответствует слою годового стока около 10 мм. Таким образом, за расчетный период (50 лет) слой воды, извлекаемой из водоносного горизонта за счет сработки статических запасов, составит 500 мм, илн 23,5% от общего количества статических запасов подземных вод верхней стометровой толщн.
Наибольшими эксплуатационными запасами воды обладает Северный гидрогеологический район, в пределах которого содержится почти половина (45,6%) всех запасов Большого Донбасса при средней величине модуля эксплуатационных запасов 1,14 л/сек-км2, а также СевероЗападный н Западный районы, в которых содержится соответственно 15,4 н 9,5% общих запасов при модулях 1,07 и 1,17 л/сек-км2. При сравнительно равных значениях модулей эксплуатационных запасов подземных вод в Северном, Северо-Западном и Западном гидрогеологических районах содержание их весьма различно. В Северном районе свыше 80% составляют динамические запасы, а в Северо-Западном н Западном районах половина или большая часть эксплуатационных запасов приходится на запасы статические, составляющие, например, в Северо-Западном районе 58%. Слабо обеспечены подземными водами Юго-Западный, Центральный н Южный гидрогеологические районы, где модули эксплуатационных запасов собственно равны 0,09, 0,24 и 0,52 л/сек • км2.
На территории Большого Донбасса оценены запасы 25 водоносных горизонтов и комплексов. Из них наибольшими запасами обладают водоносные горизонты н комплексы меловых и аллювиальных, бучакскоканевских отложений. Эксплуатационные запасы мергельно-мелового водоносного комплекса составляют около половины всех эксплуатационных запасов Большого Донбасса. Из этого водоносного комплекса (совместно с аллювиальным горизонтом в долине Сев. Донца) может быть извлечено 60 269 л/сек воды, или 48,3% от общей величины подсчитанных запасов. Суммарные запасы по 11 важнейшим водоносным горизонтам и комплексам, приведенным в табл. 28, составляют свыше 94% от общих. Остальные 14 водоносных горизонтов и комплексов содержат всего 5,4% от общих запасов, причем в каждом из ннх содержится менее 1 % от общих запасов. Величины модулей по некоторым из них (пермский, песчано-глннистая толща нижнего карбона) не превышают 0,1 л/сек-км2.
Сравнение цифр современного использования н эксплуатационных запасов по гидрогеологическим районам, водоносным горизонтам и административным областям (см. табл. 27, 28 и 29) показывает, что на всей территории в большей нли меньшей степени возможно дальнейшее увеличение водоотбора из водоносных горизонтов.
Сопоставление величин минимального стока рек в довоенные годы и в настоящее время, когда водоотбор значительно увеличился, не показывает существенного влияния водоотбора на величину речного стока в целом по Донбассу, хотя по отдельным районам она изменилась: уменьшилась на периферийных участках и увеличилась в центральных районах и в верховье р. Кальмиуса.
Усиленный водоотбор подземных вод вызывает более интенсивный круговорот воды, т. е. наряду с отбором воды возрастает поступление ее в водоносный горизонт за счет уменьшения расхода на испарение. Большая часть извлекаемой воды возвращается в рекн путем прямого сбрасывания илн через атмосферу. Интенсификация водоотбора влечет за собой увеличение темпов водообмена подземных вод. Поэтому следует полагать, что использование учтенных запасов подземных вод не повлечет за собой заметною оскудения рек.
ЗАПАСЫ ПРЕСНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
241
Т а б л и ц а 28
Распределение эксплуатационных запасов и отбора подземных вод по водоносным горизонтам и комплексам
Эксплуатационные запасы общие
Водоотбор
Водоносные горизонты и комплексы
статиче- динамические, л(сек ские, л/сек л/сек
% к суммарным запасам по Б. Донбас-
су
л/сек
% к общим запасам по горизонту
Аллювиальный
5008 14302 19310 15.5
214
1.5
Аллювиальный -J- харьковский
1 854
1 976 3 830 3,3
278 7,3
Аллювиальный f верхнемеловой 2998 17 665 20 663 17,9 9 741 47,1
Ергенинский
3 978
349 4 327 3,7
370
8.6
Сарматский
2 355
706 3 061 2,6
148 4,8
Полтавский + харьковский . . . 4 562
913 5 475 4,7
72
1,3
Бучакско-каневский
9 543
2 678 12221 10.6
925 7,6
Верхнемеловой
6146 33 460 39 606 34,2 5 975 15,1
Юрский J- триасовый
2 442
241 2683 2,2
81
3,0
Песчано-глинистая толща карбона 1 363
2 446 3 809 3.3 1 110 29,1
Карбонатная толща нижнего кар-
бона
347
2441 2 788 2.4 1 437 51,5
Итого
40 596 77 177 117773 94,6 20351 17,3
Прочие водоносные горизонты
и комплексы
4129
2 669 6798 5,4
951 13,9
В с е г о по Б. Донбассу . 44 725 79 846 124571 100 21302 17,1
Т а б л и ц а 29
Распределение эксплуатационных запасов и отбора подземных вод по административным областям
Административные области
в пределах
Б. Донбасса,
ТЫС. КМ?
Эксплуатационные запасы,
м'/сек
общие чес к не
Водоотбор
м?!сек
% к запасам
Днепропетровская
Ворошиловградская
Полтавская
•
Харьковская
И т о г о по УССР
Белгородская Волгоградская Воронежская Ростовская
И т о г о по РСФСР
В с е г о по Б. Донбассу . .
10,5 14,2 8,2 0,9 6,3
23,3 12,4 7,7 5,7 46,0
26,6 34,2 29,4 10,3 30,1
2,1
2,2 0,5 0,1 4,5
24,0 20,3 9,5 1,9 9,4
86,5 83,3 55,3 18,9 22,7
3,0
2,0 1,8
4,7
3,9 1,8 0,1 2,6
2,0
1,3 1,1 —
—
50,7 34,1 19,9 2,3 6,7
60,4 41,3 24,6 2,4 5,8
147
124,6 79,9 21,3 17,1
242
РЕСУРСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ В О Д ,
При планировании комплексного использования водных ресурсов территории в качестве предельной величины, на которую может уменьшиться речной сток при изъятии подземных вод, ориентировочно можно принимать величину эксплуатационных динамических запасов подземных вод.
Утвержденные запасы подземных вод по бассейну по состоянию на 1/1 1966 г. составляют небольшую величину — всего 17,7% по отношению к общей сумме прогнозных эксплуатационных запасов. Одной из основных задач является сейчас проведение детальной оценки запасов подземных вод в первую очередь на участках, перспективных для организации водоснабжения крупных городов, промышленных узлов и рабочих поселков.
В заключение необходимо отметить, что величина водоотлива из угольных шахт Донбасса, не включенная в общую сумму оцененных эксплуатационных запасов подземных вод, составляет по Донецкой области 5630 л/сек, по Ворошиловградской 5680 л/сек и по Ростовской— 2320 л/сек. Рациональное использование шахтных вод для промышленности и хозяйственных целей может существенно ослабить дефицит в воде.
Глава IX
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ
УЛУЧШЕНИЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ДОНБАССА
ЗА СЧЕТ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
СУЩЕСТВУЮЩЕЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ
Водоснабжение Донбасса представляет собой очень сложную проблему в связи с высокой концентрацией здесь промышленности, большой плотностью населения и бедностью бассейна водными ресурсами.
Источниками водоснабжения Донбасса являются поверхностные, подземные и в меньшей степени шахтные воды. Первые используются преимущественно для производственно-технических целей, вторые — для хозяйственно-питьевых потребностей. Шахтные воды используются для технических целей и орошения земель. В районе Славянска и Нового Карфагена для содового производства добываются искусственно создаваемые высокоминерализованные подземные воды соленосных свит перми.
Старейшими водопроводами Донбасса считаются: Ворошиловградский и Донецкий (Юзовский), существующие с 1870 г.; Артемовский ( Б а х м у т с к и й ) — с 1872 г.; Кадиевский — с 1900 г.; на Брянском руднике— с 1903 г.; в Коммунарске (Алчевске) и Енакиевском руднике — с 1907 г.; в Жданове (Мариуполе), Славянске, на Рутченковском и Криворожском рудниках — с 1910 г.; на Буденновском руднике — с 1911 г.; в Макеевке — с 1913 г.; на Тошковском руднике — с 1915 г. и на Юнкомовском руднике — с 1917 г.
Первые работы по организации водоснабжения каменноугольной промышленности, выполненные в 1925—1926 гг., показали, что решать эти вопросы целесообразно с учетом интересов всех потребителей Донбасса в целом (Щеголев, 1931). В 1929 г. Водоканалстроем были разработаны первые генеральные схемы водоснабжения Донбасса с подачей питьевых и технических вод из р. Сев. Донца и подземных вод, забираемых в долине реки (Гениев, 1931).
Гидрогеологическим обоснованием этих схем послужили комплексные работы, выполненные Геолкомом в 1927—1928 гг. (Гидрогеологи-
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ
УЛУЧШЕНИЯ
ВОДОСНАБЖЕНИЯ
243
ческий очерк под редакцией В. С. Попова, 1930). По первой генеральной схеме техническое водоснабжение предполагалось осуществить за счет р. Сев. Донца и серии водохранилищ внутреннего стока, а питьевое— главным образом за счет подземных вод верхнемеловых отложений Задонцовья и вод нижнего карбона в районе «Кипучей Криницы».
В 1931 г. Укргипровод разработал схему водоснабжения Донбасса за счет использования вод Днепра по варианту: Днепр — Самара — Волчья — Донбасс.
В 1940 г. Харьковское отделение Водоканалпроекта составило новую генеральную схему водоснабжения и канализации Донбасса и Криворожья. Основные результаты гидрогеологического обоснования схемы водоснабжения Донбасса 1940 г. были опубликованы в 1941 — 1942 гг. Д. И. Щеголевым и Г. П. Синягиным.
В 30-е годы был создан ряд мощных водохозяйственных сооружений по захвату и подаче огромных количеств подземных и поверхностных вод потребителям. В эти годы построены Алмазно-Марьевский водозабор, реконструированный впоследствии в I Донецкий, а также водозаборы Ворошиловградского горводопровода «Кипучая Криница» и ряд других. Все они по технике эксплуатации превосходят дореволюционные. Среди созданных в то время водохранилищ можно отметить: Ворошиловградское, Ольховское, Карловское, Сеннянское, Волынцевское, Ханженковское, Елизаветинское, Соколовское, Зуевское, Штеровское, Кураховское и ряд других. Кроме того, были сооружены следующие речные водозаборы: на реках Доне, Сев. Донце, Самаре, Кривом и Казенном Торцах, Лугани и др. К числу водозаборов морских вод относятся водопроводы отдельных предприятий Таганрога и Жданова.
В послевоенный период кроме восстановления водохозяйственных объектов было построено около 30 новых водозаборов подземных вод и до 20 водохранилищ.
Большим достижением в развитии водоснабжения Донбасса является сооружение канала Сев. Донец — Донбасс и ирригационных каналов Нижне-Донского и Донского магистрального, по производительности в десятки раз превышающих самые крупные из построенных ранее водозаборов.
Размещение водохозяйственных объектов Донбасса определилось в основном двумя факторами: естественной гидрологической и гидрогеологической обстановкой и условиями промышленно-культурного развития края. При благоприятном сочетании этих факторов водопотребитель размещается в пределах или вблизи развития водоносных горизонтов эксплуатационного значения или на берегах рек. В таких случаях не требуется переброска воды на большие расстояния, но обязательно нужна разумная организация охраны водоисточников от загрязнения, а также от истощения.
Абсолютное большинство водозаборов подземных вод приурочено к мергельно-меловой толще, развитой на периферии промышленной части бассейна. Водозаборы поверхностных вод тяготеют, естественно, к основным водным артериям, т. е. к Дону и Сев. Донцу, а также к многочисленным водохранилищам, созданным на притоках Сев. Донца, Днепра, на Миусе, Кальмиусе и их притоках. Отсюда вода подается в города и наиболее крупные промышленные пункты бассейна с помощью широко развитой в Донбассе системы водопроводов.
Потребность в воде не удовлетворяется централизованными районными и городскими водопроводами. Поэтому отдельные предприятия и шахты, а в сельской местности все хозяйства вынуждены эксплуатировать местные источники водоснабжения (поверхностные, подземные и в меньшей степени шахтные воды). Поверхностные воды использу-
244
РЕСУРСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ В О Д ,
ются путем сооружения многочисленных прудов и мелких водохранилищ или непосредственно из рек. В городах Жданове и Таганроге ряд промышленных предприятий имеет водозаборы технической воды из Азовского моря.
Водоснабжение за счет местных источников подземных вод на преобладающей части территории базируется на одиночных скважинах, пробуренных различными организациями и частными лицами на различные водоносные горизонты, хаотически, без учета радиуса влияния, без соблюдения зон санитарной охраны. Число подобных скважин в мелких населенных пунктах составляет 10—50; в отдельных крупных селах, городах и районных центрах оно увеличивается до 1000—2000 (например, в черте г. Павлограда на площади 8 км2 пробурено 1756 скважин). Производительность скважин колеблется от сотых долей до нескольких литров в секунду, находясь в большинстве случаев в пределах 1 л/сек.
Наряду с этим имеется значительное количество местных сосредоточенных ведомственных водозаборов, состоящих из нескольких скважин суммарной производительностью до 50—100, реже более 100 л]сек. Наиболее крупными потребителями воды из местных источников являются предприятия Краматорска и Ворошиловграда. Промышленными предприятиями из индивидуальных водозаборов в Ворошиловградском промышленном районе потребляется примерно 104 тыс. мъ\сутки подземной и 60 тыс. мг\сутки поверхностной воды. Это является существенным дополнением к количеству воды, подаваемой в централизованном порядке Ворошиловградским и Кондрашевским водопроводами. Из других крупных водозаборов местного значения можно назвать Деконские, Монаховский карьер, Ясиноватский, Хайловский, Богдановский и др.
Для сельскохозяйственного водоснабжения в Донбассе подача воды в централизованном порядке осуществляется в основном только на орошаемых массивах (Нижне-Донской и Донской магистральные каналы, отдельные водохранилища и реки), а также в некоторых селах и на предприятиях по переработке сельскохозяйственной продукции, расположенных вблизи основных систем централизованного водоснабжения. Сельское население, как правило, использует для питьевых и хозяйственных нужд подземные воды с помощью шахтных колодцев, глубина которых колеблется от 2 до 30—40 м. Каждый колодец снабжает от 5 до 100, а иногда до 500—700 человек. В последние годы все более проявляется тенденция к скважинному водоснабжению населения.
Водоснабжение животноводческих хозяйств на 95—98% базируется на подземных водах. Основными водозаборными сооружениями в данном случае являются скважины, число которых с каждым годом увеличивается.
Для орошения используются в основном поверхностные воды. Подземные воды на большей части территории хотя и пригодны для этих целей, но используются мало вследствие низкой их температуры и малодебитности скважин.
Шахтные воды используются в небольшом объеме для хозяйственного и технического водоснабжения самих шахт и для орошения земель. В ряде случаев они аккумулируются в прудах и водохранилищах (Исааковское, Яновское, Штеровское), откуда поступают в сеть городского водоснабжения. Например, в Исааковское водохранилище ежегодно поступает 13,5 млн. м3 воды, сбрасываемой 21 шахтой.
Несмотря на развитую сеть централизованного водоснабжения и использование значительных количеств воды из местных источников, обеспеченность водой отдельных районов бассейна недостаточна. Это относится к населенным пунктам южных частей Ворошиловградской
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ
УЛУЧШЕНИЯ
ВОДОСНАБЖЕНИЯ
245
и Донецкой областей, а также восточных районов Днепропетровской области.
Захват подземных и поверхностных вод на территории Донбасса осуществляется по-разному в зависимости от гидрогеологической обстановки, гидрологического режима поверхностных вод на участках водозаборов, времени сооружения последних и величины отбора. Самые сложные условия эксплуатации подземных вод создались в Таганроге, где в свое время были сооружены наиболее глубокие шахтные колодцы (до 40 м) для установления горизонтальных насосов. Более благоприятными условиями забора подземных вод отличаются насосные станции, оборудованные современными глубоководными установками.
БАЛАНС ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ
И ПЕРСПЕКТИВЫ УЛУЧШЕНИЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
В балансе общего водопотребления, включая и использование воды для мелиоративных целей, на долю подземных вод в среднем по всей территории бассейна приходится около 35% по состоянию на 1963 г. Значительную часть (50—60% от общего водопотребления) составляют подземные воды в Днепропетровской, Харьковской и особенно Ворошиловградской областях.
В Ворошиловградской области около 91% добываемых подземных вод используется внутри области, остальное подается по системам трубопроводов в Донецкую и Ростовскую области.
Доля подземных вод в балансе водоснабжения Ростовской и Донецкой областей равна соответственно 19 и 25% (с учетом воды, подаваемой из Ворошиловградской области).
Водоснабжение Ростовской области осуществляется главным образом за счет поверхностных вод Дона, Сев. Донца и Кундрючьей. Отбор подземных вод составляет около 74 млн. м3/год.
Основными источниками водоснабжения Донецкой области являются канал Сев. Донец — Донбасс и водохранилища: Анновское, Bepxне-Кальмиусское, Волынцевское, Грабовское, Кальмиусское, Карловское, Клебанбыкское, Константиновское, Краматорское, Ольховское, Старобешевское, Старокрымское, Ханженковское и другие более мелкие, из которых для водоснабжения области ежегодно забирается около 600 млн. м3 воды. Отбор подземных вод в Донецкой области достигает 178 млн. м3/год. Поступление подземных вод из Ворошиловградской области составляет около 25 млн м3/год.
Несмотря на то что в общем балансе водопотребления в Донецком бассейне преобладают поверхностные воды, практическое значение подземных вод исключительно велико. На значительных площадях, удаленных от основных водных артерий бассейна и крупных водохранилищ, особенно в центральных промышленных районах и в Приазовье, они являются единственным источником водоснабжения. В районах, обеспеченных водой за счет канала и других поверхностных источников, в питьевом водоснабжении предпочтение отдается также подземным водам, поскольку поверхностные воды почти повсеместно в той или иной степени загрязнены. В настоящее время на подземных водах базируется питьевое водоснабжение многих городов и рабочих поселков.
Из общего количества воды, откачиваемой ежегодно из угольных шахт Донбасса, используется лишь немногим более 10%, а в общем балансе водопотребления — 2,3%- Несколько выше процент использования шахтных вод Ворошиловградской области (19,6% от общего количества воды, откачиваемой из шахт области). Шахтные воды Ростовской области почти совсем не используются.
246
РЕСУРСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ В О Д ,
Водопотребление по административным областям
Т а б л и ц а 30
Области
Централизованное
водоснабжение,
м л н . M3Izod
Водоснабжение за счет
местных источников,
м л н . M3Izod
поверх- подземност- ные ные
ИТОГО
поверхност-
подземные
ные
шахтные
итого
Всего
млн.
м3/год
Днепропетровская
5
5
10
21
24
45
55
Донецкая
558
135
693
14
68
16
98 791
Ворошиловградская . . . . .
160 210 370
24
81
35
140
510
Ростовская .
326
i.7 353
38
57
95 448
«Остальная часть территории .
12
12
56
52
108
120
Итого
1049
389 1438
153
282
51
486 1924
Использование водных ресурсов в Донецком бассейне осуществляется главным образом путем централизованного водоснабжения.
Из табл. 30 видно, что свыше 75% потребляемой для водоснабжения народного хозяйства Донбасса воды подается централизованным путем. Особенно велик удельный вес централизованного водоснабжения в Донецкой и Ростовской областях (80—90%). В Донецкой области для централизованного водоснабжения 52% воды поставляется каналом Сев. Донец — Донбасс, 29%—водохранилищами и только 19%—водозаборами подземных вод. В Ростовской области около 230 млн. мъ/год донской воды подается для орошения полей по каналам, общая протяженность которых равна нескольким тысячам километров.
Несколько иное соотношение централизованного водоснабжения (72%) и водоснабжения за счет местных источников наблюдается в Ворошиловградской области, причем около 60% централизованного водоснабжения базируется на водозаборах подземных вод мергельномелового водоносного горизонта.
В балансе водоснабжения Донбасса за счет местных источников преобладает потребление подземных вод, составляющее 58%; поверхностные воды составляют 32%, шахтные—10%.
Городское водопотребление в Донбассе составляет около 70% от общего водопотребления. В сельском хозяйстве из общего количества используемой воды 442 млн. м3/г од расходуется на орошение и 159 млн. м3!год — на хозяйственно-бытовые нужды населения.
В промышленном водоснабжении Донбасса 79% составляют поверхностные, 14%—подземные и 7%—шахтные воды.
Преобладающее значение имеют поверхностные воды и в ирригационном водоснабжении (свыше 98%). Подземные и шахтные воды используются для орошения в незначительном количестве, в основном лишь в Ворошиловградской области.
В хозяйственно-бытовом водоснабжении основное значение имеют подземные воды, которые в целом по Донбассу составляют 70% от общей величины хозяйственно-бытового водопотребления, а по отдельным областям (Ворошиловградская, Днепропетровская) —95—98%.
К 1980 г. намечено охватить централизованным водоснабжением все города и рабочие поселки и увеличить коммунально-бытовое водопотребление населения в несколько раз. В таких же размерах предполагается увеличить водопогребление промышленности. Расход воды на орошение и обводнение земель должен возрасти. Общая потребность в воде на перспективу 1980 г. станет больше.
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ
УЛУЧШЕНИЯ
ВОДОСНАБЖЕНИЯ
247
Д а ж е если не учитывать сильной загрязненности поверхностных вод, то намечаемая в целом по бассейну потребность в воде может быть удовлетворена только в случае почти полного использования всех ресурсов.
В более благоприятных условиях водоснабжения находятся области и районы, расположенные на западной, северной и даже восточной окраинах Донбасса (западная часть Днепропетровской области, Харьковская, Белгородская, Воронежская, Волгоградская области, северные части Ворошиловградской и Ростовской областей). В центральной, южной и юго-западной частях бассейна (большая часть Ворошиловградской области, почти вся Донецкая область и юго-западная часть Ростовской области) покрытие дефицита в воде представляет трудную задачу.
Решение проблемы водоснабжения Донбасса не может осуществляться обособленно только для одного бассейна в отрыве от сопредельных территорий, а должно быть найдено как составная часть общего решения вопроса комплексного использования водных ресурсов всей европейской части СССР. В этой связи наиболее радикальным мероприятием является привлечение внешних по отношению к бассейну источников водоснабжения, в частности строительство каналов Днепр — Донбасс и Дон — Донбасс. Весьма важно также выявление и использование резервов водоснабжения, а именно: переход промышленных предприятий с прямоточной на оборотную систему водоснабжения, использование сточных вод, химическая очистка воды, искусственное восполнение запасов подземных вод и др.
При существующем напряженном водном балансе очень важное практическое значение приобретает наиболее рациональная организация эксплуатации подземных вод, а также использование шахтных вод. В Донецком бассейне эксплуатируются подземные воды, приуроченные к отложениям самого различного возраста. Наиболее водообильны и поэтому интенсивно эксплуатируются водоносные горизонты мергельномеловой толщи и закарстованных карбонатных пород нижнего карбона. Эти водоносные горизонты являются основными источниками централизованного водоснабжения, базирующегося на подземных водах, и на их долю приходится свыше 80% (540 млн. м3 в год) от общего водоотбора в Донецком бассейне.
Из остальных наиболее интенсивно эксплуатируются водоносные горизонты, приуроченные к песчаникам и известнякам карбона (без карбонатной толщи). Около 150 водозаборов, базирующихся на этих водоносных горизонтах, имеют суммарную производительность свыше 35 млн. Mz/год.
Сравнительно широко используются водоносные горизонты бучакской и киевской свит (примерно 30 млн мг!год), а также водоносные горизонты и комплексы, приуроченные к пескам, песчаникам и известнякам неогена и палеогена и трещиноватой зоне кристаллических пород докембрия. В районе г Изюма широко эксплуатируется водоносный горизонт юрских известняков. Несмотря на то что водообильность этих горизонтов невелика и водоотбор из них небольшой, они широко используются, поскольку распространены преимущественно в районах, где централизованное водоснабжение и более водообильные горизонты отсутствуют.
На фоне окружающих территорий Донецкий бассейн выделяется как площадь, на которой разведано наибольшее количество месторождений подземных вод, однако доля подсчитанных запасов подземных вод в нем еще недостаточна. Утвержденные ГКЗ запасы подземных вод составляют небольшую часть общих перспективных запасов.
248
РЕСУРСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ В О Д ,
Эксплуатационные запасы используются в целом по Донбассу лишь на 17%. Возможность расширения сети водозаборов централизованного водоснабжения определяется рядом факторов, среди которых первостепенное значение имеет водообильность водоносных горизонтов, позволяющая организовать сосредоточенные водозаборы значительных мощностей. Например, эксплуатационные запасы подземных вод, на которых могут базироваться сосредоточенные водозаборы производительностью не ниже 50 л/сек, составляют в целом по Донбассу 2437 млн. м3/год, т. е. только 62% от общей величины прогнозных эксплуатационных запасов.
Т а б л и ц а 31
Распределение общих и резервных эксплуатационных запасов по гидрогеологическим районам
Общие прогнозные эксплуатационные запасы, млн. м3/год
Водоотбор, м л н . м'/год
Резервные эксплуатационные загтасы
млн MtIzod
Гидрогеологические районы
по водозаборам
всего мощностью 50 л/сек
всего
водозаборами
мощностью
50 д/сек
всего
по водозаборам
мощностью 50 я/сек
Северный Северо-Западный
Бахмутско-Торецкий Центральный
Восточный Юго-Западный
1788 1442 373 256 1415 1100
605 417
43
562 386
373 259
23
350 240
291
240 112
86
179
136
189
70
79
53
110
25
219
37
25
3
194
32
452
14
438
6
2
4
Всего по Б. Донбассу . . . . 3923 2465 671 398 3252 1919
Из табл. 31 видно, что с учетом организации средних и крупных сосредоточенных водозаборов централизованное водоснабжение Донбасса, существующее на базе подземных вод, может быть увеличено примерно в 5 —6 раз.
В пределах Донецкого бассейна можно выделить наиболее перспективные для организации разведочных на воду работ следующие водоносные горизонты.
Водоносный горизонт верхнемеловых отложений (в долинах рек в комплексе с аллювиальными) в б а с с е й н е р. С е в . Д о н ц а . Резервные эксплуатационные запасы составляют 1258 млн. м3/год, в том числе непосредственно на участке примыкания долины р. Сев. Донца к промышленной части Донбасса — 342 млн. м3!год, на правобережье (Ворошиловградская и Донецкая области) —-76 млн. м3/год, на левобережье — 840 млн. м31год.
За счет этих подземных вод можно в централизованном порядке обеспечить в ближайшее двадцатилетие коммунально-бытовое водоснабжение многих городов.
Резервные эксплуатационные запасы подземных вод в долине р. Сев. Донца (342 млн. м3/год) включают еще не используемые запасы по участкам Белогоровскому, Северо-Донецкому, Боровскому II, Крымскому, Краснолиманскому, Айдарскому, Кондрашевскому, Ольховскому и Большой Суходол (левый берег) в количестве 7680 л!сек (242 млн. м31год), а также прогнозные эксплуатационные запасы в коли-
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ
УЛУЧШЕНИЯ
ВОДОСНАБЖЕНИЯ
249
честве 3180 л/сек (100 млн. м3/год). Прогнозные запасы относятся к резервным участкам — Петровскому (30 Млн. м3/год) и Митякинскому (20 млн. м31год), которые находятся в стадии детальной разведки. Остальная часть (50 млн. м3/год), представляющая в основном статические (срабатываемые) запасы, является дополнительным резервом для расширения действующих водозаборов на участках с еще не эксплуатируемыми, утвержденными ГКЗ запасами подземных вод.
Несмотря на то что в долине р. Сев- Донца резервные запасы подземных вод значительны, на отдельных ее участках перспективы дальнейшего увеличения водоотбора ограничены.
Следует подчеркнуть, что подсчитанные эксплуатационные запасы подземных вод долины Сев. Донца отвечают режиму поверхностного стока реки до его зарегулирования Краснооскольским и Кочетокским водохранилищами. Зарегулирование стока реки и отбор воды действующим и проектируемым каналами Сев. Донец — Донбасс в будущем может отразиться на режиме подземных вод и вызвать снижение эксплуатационных запасов. Во избежание этого должны быть приняты меры по обогащению подземных вод путем искусственного заводнения высохших озер и песчаных террас. Необходимо также принять действенные меры по охране подземных вод, так как уже в настоящее время в одном из районов существующие водозаборы выводятся из строя сбросом промышленных сильно загрязненных вод.
Из резервного объема воды (76 млн. мг1год), которой располагает мергельно-меловой водоносный горизонт на правобережье р. Сев. Донца, примерно 40 млн. м3/год приходится на Ворошиловградскую область и 36 млн. м3!год — на Донецкую (Бахмутская котловина).
В бассейнах правобережных притоков Сев. Донца эксплуатационные запасы подземных вод можно значительно увеличить при зарегулировании поверхностного стока по долинам крупных балок. Обычно большинство балок врезаны в мергельно-меловую толщу, обладающую исключительно высокими поглащающими и очищающими свойствами. Зарегулированный поверхностный сток по таким балкам полностью поглощается.
Имеются большие возможности для получения подземных питьевых вод на левобережье Сев. Донца. В его долине и в долинах левобережных притоков (Оскол, Жеребец, Красная, Боровая, Айдар, Евсуг, Ковсуг, Деркул, Калитва) можно устроить около ста сосредоточенных водозаборов производительностью 100— 500 л!сек.
Водоносный горизонт меловых отложений Амврос и е в с к о г о м е л о в о г о п о л я (Южный гидрогеологический район). Резервные эксплуатационные запасы составляют 31 млн. м3/год. Сюда входят еще не эксплуатируемые запасы, утвержденные ГКЗ по участкам Красновскому, Центральному и Белояровскому (6 млн. м3/год), а также прогнозные эксплуатационные запасы (25 млн. м3/год).
Водоносный горизонт меловых о т л о ж е н и й в басс е й н е р. С у х и е Я л ы . Резервные эксплуатационные запасы составляют около 12 млн. м3!год.
Водоносный комплекс юрских и триасовых отлож е н и й на з а п а д н о й и с е в е р о - з а п а д н о й о к р а и н а х п р о м ы ш л е н н о й ч а с т и Д о н б а с с а . Как показали исследования последних лет, перспективы использования подземных вод юрских и триасовых отложений намного шире, чем это представлялось ранее. Резервные эксплуатационные запасы составляют примерно 100 млн. м3/год, в том числе эксплуатационные статические запасы — свыше 90 млн. м3\год. Перевод статических запасов в промышленные категории позволит базировать на них водоснабжение северных групп
250
РЕСУРСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ В О Д ,
шахт Петропавловского и Добропольского углепромышленных районов, а также городов Изюма, Барвенково, Славянска, Краматорска, Дружковки, Александровки и др.
Водоносный горизонт карбонатной толщи нижн е г о к а р б о н а . Резервные эксплуатационные запасы составляют 42 млн. M3Jzod (1350 л/сек), в том числе: на участках в бассейнах Сухой и Мокрой Волновах — 25 млн. MzJzod и на Каменском участке в Западном Донбассе (бассейн Волчьей) — 17 млн. MzJeod.
В Западном Донбассе централизованное водоснабжение городов, шахт и рабочих поселков на базе подземных вод можно осуществлять за счет водоносных горизонтов палеогена (в долинах рек, в комплексе с аллювием) путем создания сосредоточенных водозаборов мощностью до 50—100 л/сек. Резервные запасы подземных вод водоносных горизонтов бучакских, харьковских и полтавских отложений вместе с аллювием Самары, Орели и Волчьей составляют в пределах Северо-Западного и Западного районов около 50 млн. M3Jaod, в том числе запасы, утвержденные ГКЗ по участкам Павлоградскому, «Сухая Чаптинка», Терновскому, Днепропетровским, Кочережскому, составляют 50 млн. MjJaod, а прогнозные запасы — 450 млн. M3Jaod.
Необходимо отметить, что рекомендованные для централизованного водоснабжения водоносные горизонты и комплексы палеогеновых, меловых (исключая долины рек), юрских и триасовых отложений, как правило, характеризуются повышенной минерализацией вод, колеблющейся от 1 до 2 г/л при общей жесткости 10—30 мг-экв.
На востоке Большого Донбасса отсутствуют водоносные горизонты, пригодные для эксплуатации достаточно крупными сосредоточенными водозаборами. Поэтому здесь централизованное водоснабжение полностью приходится ориентировать на поверхностные воды.
В долине Дона можно закладывать групповые водозаборы из аллювиальных отложений производительностью не более 30—50 л/сек. Малые мощности водозаборов наряду с повышенной минерализацией вод не позволяют рекомендовать этот водоносный горизонт для централизованного водоснабжения. Вместе с тем усиленный отбор воды в долине Дона оказал бы весьма благоприятное влияние на уменьшение минерализации воды и увеличение эксплуатационных запасов аллювиального водоносного горизонта.
Донская долина является понижением, куда устремляются потоки грунтовых вод, имеющих значительную минерализацию. Вследствие слабого стока их уровень находится вблизи поверхности, и усиленное испарение приводит к засолению грунтовых вод. Интенсивный отбор воды из аллювиального водоносного горизонта привел бы к снижению уровней и свел бы до минимума испарение подземных вод.
Все перечисленные водоносные горизонты широко используются и как местные источники водоснабжения населенных пунктов, отдельных промышленных предприятий, колхозов и других небольших водопотребителей.
Сопоставление использования подземных вод с эксплуатационными запасами показывает, что на всей территории в большей или меньшей степени возможно дальнейшее увеличение водоотбора для местного водоснабжения и из других водоносных горизонтов.
Использование шахтных вод наряду с потреблением их для нужд самих шахт должно развиваться в направлении сбора шахтных вод в большие водохранилища с постройкой при них крупных водоочистных станций.
Большое значение имеет строительство небольших прудов на территории сельскохозяйственных предприятий и массивах орошения для
25 7
МИНЕРАЛЬНЫЕ
ВОДЫ
использования шахтных вод. Эти воды являются значительным резервом для покрытия огромной потребности в воде для орошения.
На основании исследований И. М. Соболевой и С. В. Пельтихина (1962 г.) количество шахтных вод, пригодных для орошения, составляет примерно 60% от общего объема притока воды в шахты. Следовательно, резервное количество шахтных вод, пригодных для орошения, превышает 600 тыс. м3/сутки. Исходя из средней оросительной нормы 2000 мъ1га, получим, что в сутки можно оросить 300 га. При продолжительности поливного периода 120 дней суммарная орошаемая площадь равна 36 тыс. га. Если учесть, что на 1/1 1963 г. за счет всех источников орошалось в Донецкой области 36,6 тыс. га, в Ворошиловградской — 17,4 тыс. га, то легко можно оценить экономический эффект, который дает использование шахтных вод
Таким образом, резюмируя все сказанное в настоящей главе, можно сделать вывод о том, что водоснабжение Донбасса необходимо осуществлять комплексным путем как за счет привлечения внешних источников (Днепр, Дон), так и на базе рационального использования внутренних ресурсов. Среди последних значительным резервом являются подземные и шахтные воды, за счет которых можно обеспечить в Донбассе потребность в воде для хозяйственно-бытовых нужд. Водоснабжение промышленности, орошение и обводнение должно базироваться на транспортировке воды из Днепра или Дона, а также на более полное использование шахтных вод.
Наибольшие перспективы получения дополнительных количеств подземных вод питьевого качества в Донбассе имеются на левобережье р. Сев. Донца, где в долинах Оскола, Жеребца, Красной, Боровой, Айдара, Евсуга, Ковсуга, Деркула, Калитвы и других.рек можно устроить около сотни сосредоточенных водозаборов производительностью по 10—50 тыс. м31сутки. При условии зарегулирования поверхностного стока перечисленных рек и частичного перевода его в подземный с последующим отбором, например с помощью водозаборов инфильтрационного типа, здесь можно получить около 1000 млн. м3/год хорошей воды. В качестве первых практических мероприятий с целью улучшения водоснабжения Донецкой области и исследования эффективности инфильтрационных водозаборов в долинах левобережных притоков р. Сев. Донца необходимо заложить несколько водозаборов подземных вод в долине р. Оскола, в зоне подпора от Краснооскольского водохранилища.
Глава X
МИНЕРАЛЬНЫЕ ВОДЫ
Проводившиеся в течение многих лет в Донбассе гидрохимические исследования недостаточны для оценки подземных и поверхностных минеральных вод. Это объясняется тем, что существующие анализы воды в большинстве случаев дают характеристику только ионно-солевого состава, недостаточного для всесторонней оценки их лечебных свойств.
Вместе с тем на возможность использования вод некоторых источников и скважин для лечебных целей обращалось внимание рядом исследователей (П. И. Степанов, Д. И. Щеголев и др.). Более или менее систематические исследования производились на уже известных и используемых месторождениях минеральных вод и грязей (Ворошиловград, Старобельск, Славянск, Ясиноватая, озеро Соленый Лиман. В 50-х
252
РЕСУРСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ В О Д ,
годах И. П. Соляковым была произведена систематизация имевшихся в тресте «Артемгеология» результатов анализов подземных вод Донбасса и установлено наличие большого числа вод, ионно-солевой состав которых заслуживает внимания и дальнейшего изучения с точки зрения использования их для лечебных целей. В последующие годы некоторые из них были обследованы и рекомендованы Украинским институтом курортологйи для использования. После проведения трестом «Артемгеология» дополнительных исследований по двум из них утверждены запасы. Одновременно в последние годы в Донбассе производились специальные исследования и попутные гидрохимические поиски, результаты которых показали наличие во многих районах ценных лечебных вод.
В Донецком бассейне подземные воды очень разнообразны по ионно-солевому составу и степени минерализации.
Широкое распространение угленосных отложений обусловливает содержание в подземных водах большого количества метана. На небольших глубинах здесь располагается зона восстановительной обстановки, что определяет распространение щелочных вод, содержащих соответствующие этой обстановке компоненты. Наличие в каменноугольных отложениях повышенного количества сульфидов определяет возможность нахождения в поверхностной зоне с окислительной обстановкой вод, содержащих железо.
К сожалению, на большей части территории состав лечебных микроэлементов изучен очень слабо. Поэтому вышесказанное позволяет классифицировать почти всю территорию как район распространения холодных азотных и азотно-метановых минеральных вод различного ионного состава и разной минерализации. На значительных площадях, однако, установлены минеральные воды, содержащие и биологически активные микроэлементы: Rn, Br, J, Fe2+ и Fe3+. Так, в пределах Приазовского кристаллического массива и в сочленении его со складчатым Донбассом распространены радоновые воды. На небольших участках они встречаются и на других площадях в области Донецкого кряжа и в зоне купольных структур.
В полосе региональных северных разломов, в западном купольном районе, в южной части Старобельско-Миллеровской моноклинали и в Восточном Донбассе, где палеозойские отложения погружаются в направлении Азово-Кубанской впадины, имеются воды, содержащие бром, йод, а иногда и другие компоненты. В неогеновых отложениях, покрывающих южную и юго-восточную части Приазовского кристаллического массива, наблюдаются благоприятные условия для формирования сероводородных вод. На площадях распространения соленосных пермских отложений широко развиты высокоминерализованные рассолы, представляющие большую бальнеологическую ценность (рис. 81).
Таким образом, чрезвычайное разнообразие слагающих бассейн отложений, особенности геологической обстановки и связанная с этим быстрая смена условий формирования состава подземных вод обусловливают возможность развития многих типов минеральных вод. Это наиболее характерно для поверхностной зоны. Здесь наряду с широким развитием пресных вод встречаются воды почти предельной минерализации, но наибольшим распространением пользуются минеральные воды низкой концентрации, относящиеся, по В. А. Александрову, к гидрокарбонатному, хлоридному, сульфатному и смешанному (по анионам) классам. Эти воды очень разнообразны по составу основных катионов. Здесь отсутствуют лишь воды чистого магниевого состава.
Минерализация подземных вод колеблется преимущественно от 0,2 до 3—5 г/л, реже встречаются воды с минерализацией более 5 г/л, а на
254
РЕСУРСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ В О Д ,
площади распространения соленосных отложений минерализация их иногда превышает 300 г/л. Многие источники и скважины дают прекрасные столовые воды низкой и средней минерализации гидрокарбонатнокальциевого, гидрокарбонатно-натриевого, гидрокарбонатно-сульфатного, гидрокарбонатно-хлоридного и сульфатно-хлоридно-натриевого состава, требующие газирования.
В настоящее время для розлива используются только «Днепропетровская» и «Яковлевская» вода. Первая имеет гидрокарбонатно-натриевый состав при весьма низкой минерализации, вторая близка по типу к «Ессентуки 20». В Западном Донбассе в 1960—1961 гг. на контакте карбона с Приазовским кристаллическим массивом были обнаружены слабо минерализованные радоновые железистые воды.
Представляют большой интерес воды в с. Золотой колодец (скв. 480 и 481), также рекомендуемые для розлива. Эти воды в микроколичествах содержат элемент группы платины, что придает им освежающий вкус и позволяет сохранять их в течение длительного времени. Запасы вод по этим скважинам утверждены ГКЗ для питьевого водоснабжения Добропольской группы шахт.
Ценными свойствами обладают сульфатно-натриевые воды, широко распространенные в окраинных частях бассейна, особенно на площади развития пермских отложений (Донецкая область).
Некоторые воды близки по составу к водам курортов «Горячие Ключи» (скв 356 в Ростовской области), «Джульфа», «Ижевск» (источник на территории санатория «Мариупольский», скв. 137 и 370 вблизи пос. им. К. Либкнехта в Донецкой области и др.).
Большое практическое значение могут иметь не используемые в настоящее время хлоридно-натриевые рассолы, приуроченные к зоне выщелачивания соленосных отложений перми. Некоторые воды поверхностной зоны содержат небольшие количества Rn, Br, F, Fe. Воды с повышенным содержанием фтора распространены в южной части бассейна, где имеются месторождения флюоритов.
В более глубокой зоне карбона (до 400—600 м) распространены азотно-метановые и метановые воды, из которых наибольший интерес представляют хлоридно-гидрокарбонатно-натриевые (скв. 2065 в Донецкой области), хлоридно-сульфатно-натриевые (скв. 341 в Ростовской области, скв. 991 в Донецкой), сульфатно-натриевые (скв. 666 в Днепропетровской области) и разнообразной концентрации хлоридно-натриевые и натриево-кальциевые воды.
На глубинах 300—500 м в ряде районов из каменноугольных водоносных горизонтов могут быть получены чистые гидрокарбонатно-натриевые и гидрокарбонатно-хлоридно-натриевые воды, по составу основных ионов и минерализации близкие к водам «Ессентуки» и «Боржоми».
В Донецкой области по скв. 2316 утверждены запасы вод хлоридносульфатно-натриевого типа. На базе этой скважины должна быть оборудована водолечебница.
К зоне затрудненного водообмена и участкам разгрузки глубинных вод приурочены хлоридно-натриевые минеральные воды, лечебное значение которых определяется обнаруженными в них биологически активными компонентами (Br, J, Ba и Fe). Минерализация их обычно превышает 10 г/л. Воды вскрыты в наиболее глубокой части СтаробельскоМиллеровской моноклинали рядом скважин, часть которых эксплуатируется. В частности, в Старобельске с 1936 г. функционирует водолечебница, использующая воды с повышенным количеством брома.
Вода такого типа используется и в Ворошиловграде, где водолечебницей до 1960 г. эксплуатировалась скв. 1500, дававшая из триасовых отложений воду хлоридно-натриевого состава с минерализацией
25 7
МИНЕРАЛЬНЫЕ
ВОДЫ
около 30 г/л, содержащую небольшое количество Fe, Br, J. В 1960 г. на территории лечебницы пробурена скв. 600, вскрывшая минеральные воды в триасе и карбоне. Значительный дебит скважин позволяет отпускать до 420 ванн в день.
Аналогичные воды обнаружены скважинами и в других районах Ворошиловградской области на территории Старобельско-Миллеровской моноклинали. Содержание в них брома достигает 40 мг/л, в небольших количествах содержится железо (скв. 234 в Кременском районе — 39 мг/л). Воды подобного состава должны быть, по-видимому, распространены во всей полосе вдоль Северодонецкого надвига, как в Харьковской, так и в Ростовской областях. В Донецкой области такого типа вода встречена в Болыпе-Новоселовском районе (скв. 8000). Она близка по составу к воде Нальчика, содержит 31 мг/л брома и 67 мг/л бария У с. Новоселовки в Донецкой области выведены на поверхность хлоридно-сульфатно-натриевые воды (скв. 6044 и 6045). Вода скв. 6044, изливающаяся с глубины 176 м, близка по типу к воде Трускавецкого источника № 5, но имеет несколько меньшую минерализацию и содержит 10 мг/л железа.
Весьма интересна по составу вода, полученная из скв. 1902 в с.Петропавловке (Днепропетровская область) Она содержит до 130 мг/л бария; из скважины выделяется метан. Повышенная концентрация в воде бария не позволяет рекомендовать ее для употребления в естественном виде. Очевидно, в этом районе можно получить и воды, в которых барий содержится в количествах, дающих возможность использовать их для лечебных целей. В Бахмутской и Кальмиус-Торецкой котловинах в водах пермских и кайнозойских отложений обнаружены Br, J и др. Минерализация вод пестрая. Повышенные содержания брома (до 80 мг/л) отмечены в водах никитовской и славянской свит перми. Йод в тех же водах встречен в количестве до 6 мг/л.
Обращает на себя внимание высокое содержание в подземных водах Бахмутской котловины нитратов (в Славянском районе до 1200 мг/л, на западе территории, в области купольных структур, — до 2778 мг/л). Закономерности в распространении нитратных вод не отмечено. Наибольшие количества Br и J наблюдаются в высокоминерализованных водах в зоне выщелачивания хемогенных пермских отложений. Повышенное содержание брома обнаружено в водах высокой минерализации, поступающих в шахты на северо-восточном крыле Бахмутской котловины и в полосе мелкой складчатости (Ворошиловградская область).
Все это свидетельствует о возможности получения, в основном в Бахмутской котловине, ценных лечебных йодо-бромных и иных вод.
Довольно высокое содержание в водах Br и J наблюдается также в северной зоне разломов и в крайней восточной части бассейна (Ростовская область), где палеозойские породы глубоко погружаются под меловые отложения.
В настоящее время в средней части Донбасса известно несколько источников, дающих воды низкой и средней степени радиоактивности («Бурчак», «Дарьинский», «Джимульта», «Яковлевский» и др.). Эти воды формируются в поверхностной зоне каменноугольных отложений. Количество радона составляет в них несколько десятков эман. Воды низкой радиоактивности содержатся и в более глубоких горизонтах карбона.
Наиболее богата радоновыми водами юго-западная часть бассейна. Они развиты по всей полосе сочленения Приазовского кристаллического массива с породами нижнего карбона и девона, а возможно, и в меловых и неогеновых отложениях в районе Конкско-Ялынской впадины. Значительные концентрации радона определены в подземных водах, приуро-
256
РЕСУРСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ В О Д ,
ченных к базальным песчаникам девона и трещиноватой зоне кислых пород докембрия. Воды преимущественно имеют сульфатный- или сульфатно-хлоридно-натриевый состав. Путем рационального каптирования, по-видимому, могут быть получены радоновые воды в количестве, достаточном для организации ванн, при условии подогрева воды. Повышенная радиоактивность вод кристаллических пород отмечена и в западной части Донбасса, на контакте осадочных и кристаллических пород (скв. 6618).
Учитывая очень широкое развитие радоновых вод на площади приднепровской части Украинского кристаллического массива, можно предполагать, что в пределах восточной окраины Приазовского кристаллического массива, входящего в описываемую территорию, радоновые воды лечебного значения распространены повсеместно.
На площади Северо-Восточного Приазовья радоновые воды установлены в зонах дробления кислых и щелочных изверженных пород и на участках обогащения кристаллических пород радиоактивными акцессорными минералами. Отдельные участки изверженных пород с интенсивной трещиноватостью и обогащенные сфеном, ортитом и цирконом отличаются повышенным содержанием в водах радона (50—75 эман), что обусловлено несколько повышенным кларком радия.
Радоновые воды установлены также в районе Петровского купола, где они выходят в виде источников, приуроченных к зоне разлома, заполненной брекчией с обломками известняков и диабазов девонского возраста. Эти воды формируются в верхнепермских отложениях. Содержание радона в водах верхнекаменноугольных отложений достигает 50 эман, а в водах верхнепермских образований — 100 эман.
Почти все описанные выше минеральные воды являются холодными. Только небольшое число выведенных в настоящее время на поверхность вод можно отнести к числу теплых (в Ростовской области в скв. 356 23,6° С, в скв. 247 24° С, в Донецкой области в скв. 2316 29—30° С). Эти воды поступают с больших глубин (до 700— 800 м) и поэтому имеют хлоридно-натриевый и хлоридно-сульфатнонатриевый или хлоридно-гидрокарбонатно-натриевый состав. Только из одной скважины (357 в Ростовской области) с глубины 3000 м была получена весьма горячая вода с температурой 77,3° хлоридно-натриевого состава с минерализацией 222 г!л и высоким содержанием Br и J. Высокотемпературные воды с ничтожными дебитами при очень больших понижениях получены и из глубоких скважин на нефть и газ на северной и северо-западной окраинах бассейна.
Температура горных пород на глубине 1500 м в среднем по бассейну составляет 50°. Поэтому при наличии на этих глубинах пород с хорошей водопроводимостью, особенно в зонах разломов, можно рассчитывать на получение вод, пригодных к использованию для ванн при естественной температуре (с учетом потери тепла по мере подъема по скважине и в каптажах).
К особой категории относится манеральная вода источника, расположенного на южной окраине г. Донецка в долине Кальмиуса. Источник выходит из-под шлакоотвалов металлургического завода им XV-летия ВЛКСМ. До отсыпки отвалов участок представлял собой болотистую местность, изобилующую мочежинами и источниками. Сейчас здесь насыпаны отвалы шлака высотой около 10 м, из-под которых выходит несколько источников. Наиболее крупный из них (дебит 3—4,2 л/сек) каптирован и используется местной лечебницей для ванн. Источник питается атмосферными осадками, выпадающими на поверхность отвала, и выходами под отвал вод каменноугольных отложений. Взаимодействуя с породами отвала, вода приобретает необычный состав,
МИНЕРАЛЬНЫЕ
ВОДЫ
25 7
очень высокую щелочность и большое количество гидросульфидов, а также обогащается калием и аммиаком. В результате экзотермических реакций разложения сернистых соединений, в первую очередь CaS, содержащихся в породах отвалов в среднем в количестве 4,4%, вода приобретает температуру 32—39° С. Вода признана лечебной при заболеваниях опорно-двигательного аппарата, периферийной нервной системы, некоторых кожных и других болезней. Запасы воды по этому источнику не были утверждены ГКЗ вследствие недостаточной изученности его режима и условий формирования.
По состоянию на 1/1 1966 г. в Донбассе утверждены запасы минеральных вод только по двум месторождениям—Ханженковскому (скв. 2316) в количестве 240 мъ!сутки по категории А с назначением для бальнеологического использования и лечебного питья и Новоселовскому (скв. 6044) в количестве 156 м3/сутки по категории А и 16,8 м3/сутки по категории В для бальнеологических целей.
Режим минеральных источников и скважин, приуроченных к верхней зоне интенсивного водообмена, отличается большой изменчивостью. Существенно изменяются во времени как дебит, так и состав подземных вод, причем изменения эти в большинстве случаев носят синхронный характер: с увеличением дебита источников уменьшаются минерализация и содержание всех компонентов. Кривая температуры воды в сглаженной форме повторяет кривую температуры воздуха. Довольно резкие изменения претерпевают также содержания радиоактивных элементов и микрокомпонентов.
Интересно, что состав и температура вод минерального источника из шлаковых отвалов в Донецке мало изменяются по сезонам и в зависимости от количества выпадающих осадков. Химический состав вод, полученных из глубоких горизонтов, довольно постоянен (рис. 82).
Кроме подземных минеральных вод Донецкий бассейн располагает ресурсами рапы и лечебных грязей. В районе Славянска издавна функционирует курорт, базирующийся на грязях и рапе трех соленых озер, образовавшихся в провальных воронках от выщелачивания пластов каменной соли. Размеры озер изменяются в зависимости от климатических условий, но в общем имеют тенденцию к увеличению за счет продолжающегося выщелачивания залегающих под озерами соляных пластов. Одно из озер (Вейсово) содержит только рапу, остальные два (Репное и Слепное)—грязи. В состав жидкой фазы грязи входит 666 мг/л натрия и калия, 99 мг/л хлора и 425 мг/л сульфатов. Кристаллический скелет состоит главным образом из карбонатов (5,5%), сульфатов (2,26%) и фосфатов кальция (0,35%). Коллоидная фракция грязи характеризуется наличием сернистого железа (0,26%), гидрата окиси железа (0,08%) и алюминия (1,6%), мелких силикатных и органических частиц (10,4%). В глубоких слоях рапы всех озер и грязях содержится большое количество сероводорода (до 425 мг/л).
В Днепропетровской области, вблизи г. Новомосковска, расположено оз. Соленый Лиман. Состав его воды изменяется в разные годы и по сезонам вследствие разбавления рассола паводковыми водами и усыхания озера летом.
1.XII.1959 г.
М',20,7
Cl 54 SO4 24 HCO317 (Na + К) 97 Mg 3
5.VIII. 1960 г. (засушливое лето)
Cl 54 C O 3 1 9 S O 4 1 5 HCO311
12.VII.1961 г. (дождливое лето)
Mдд 15,9
Cl U60Kl SJ OW 44 1I4t H11C^VOJ331M0 (Na + К) 99
CO310
до
30 3 5 r
о 20 30 -60
, - IO 25 50
20
20 UO
30
20
Скв 2316
Рис. 82. Графики режимных гидрогеологических наблюдений
I — по скв 2316, II — по скв 600, /—6 с о д е р ж а н и е компонентов (/ — г и д р о к а р б о н а тов, 2 — сульфатов, 3 — хлоридов, 4 — кальция, 5 — магния, 6 — натрня), 7 — мине-
р а л и з а ц и я , г!л, 8 — т е м п е р а т у р а воды, 0°С, 9 — дебит, л!сек
ПРОМЫШЛЕННЫЕ
ВОДЫ
259
Грязь оз. Соленый Лиман почти аналогична грязи оз. Гопри, она содержит 0,39% органических веществ и 0,03% сероводорода. Запасы грязи составляют около 2 млн. м3, в том числе высококачественной — 124 тыс. ж3, разжиженной — 680 тыс. Jti3 и уплотненной — 1198 тыс. м3. Грязи оз. Соленый Лиман используются санаторием «Спартак». Запасы рапы и грязей озер Славянских и Соленый Лиман не утверждены. Таким образом, даже при существующей степени изученности минеральных вод Донбасса очевидно, что во многих его районах имеются ценные лечебные воды, на базе которых могут быть организованы бальнеологические курорты, санатории, лечебницы и заводы розливов.
Глава XI
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ВОДЫ
За последние 10—15 лет, в связи с возрастающим интересом к содержащимся в подземных водах компонентам, представляющим ценность для химической промышленности, в некоторых районах Донбасса были произведены ревизионные обследования отдельных площадей с отбором проб из фонтанирующих скважин, источников и колодцев.
В 60-х годах были начаты более или менее планомерные исследования подземных вод для выяснения возможностей использования содержащихся в них ценных элементов — йода, брома и др. Опробованию подвергались воды глубоких скважин на нефть и газ, а также ряда скважин, пробуренных при разведке других полезных ископаемых и при геологической и гидрогеологической съемках. Исследования эти показали наличие на разведанных глубинах вод и рассолов, которые по содержанию отдельных микроэлементов должны быть отнесены к промышленным.
Наиболее богата промышленными водами северо-западная часть территории, особенно площади распространения соленосных отложений перми (рис. 83). Здесь на небольших глубинах (иногда до 50—100 м) содержатся огромные запасы хлоридно-натриевых рассолов с минерализацией свыше 50 г/л, а часто порядка 300 г/л. Естественные рассолы в течение многих лет эксплуатируются Славянским солепромыслом. В настоящее время на Славянском солепромысле и рассолопромысле Новый Карфаген производится добыча искусственных рассолов, получаемых путем подземного выщелачивания соляных пластов низкоминерализованными водами. Извлекаемые рассолы служат сырьем для крупнейших в стране содовых заводов.
Возможности для добычи естественных рассолов имеются на очень больших площадях неглубокого залегания пермских соляных пластов и на участках девонских соляных штоков (Ново-Дмитриевский, Петровский и др.). Они содержат не только поваренную соль, но и другие ценные компоненты. Так, по некоторым пробам на Славянском месторождении встречены повышенные содержания брома и йода, которые целесообразно попутно извлекать из рассолов.
Представляют интерес и высокие (по единичным пробам) в водах северо-западной части Донбасса содержания калия. В водах соляной толщи в районе Славянска содержание калия достигает 4700 мг/л.
Область открытого Донбасса, хорошо изученная в гидрогеологическом отношении только до глубины 700—800 м и лишь в единичных случаях до 150 м, пока является малоперспективной на промышленные воды.
260
РЕСУРСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
Повышенные содержания йода и брома обнаружены в водах глубоких горизонтов. По многим глубоким скважинам, пробуренным при разведке нефти и газа на северо-западной и северной окраинах Донбасса, повышенные содержания йода и брома (либо одного из них) встречены в подземных водах пермских и каменноугольных отложений уже на глубине 850—1500 м.
В водах песчано-глинистых отложений карбона обычно наблюдается увеличение с глубиной минерализации и повышение содержания брома и йода. На некоторых интервалах этих толщ, а также в карбонатных породах нижнего карбона закономерность эта нарушается, при-
Pnc 83. Схематическая карта промышленных вод Большого Донбасса
1—2 — г р а н и ц ы р а с п р о с т р а н е н и я вод р а з л и ч н о г о состава, 3 — область р а с п р о странення йодо бромных вод, 4 — область распространения рассолов 5 — разве дочные площадн н структуры (а — Б а л а к л е й с к а я , б — Североголубовская, в — Шебелинская, г — Червонодонецкая, д — Волвенковская, е — Спиваковская, ж — Краснопоповская, з — Гречншкннская, и — Айдарская, к — Городишенская,
л — Славяносербская, м — Кружиловская), 6 — скважнна н ее номер
чем минерализация вод и содержание йода и брома уменьшаются в десятки раз. Иногда же при довольно значительном уменьшении минерализации содержания йода и брома остаются в пределах кондиций Отклонения эти связаны, по-видимому, с увеличением скоростей циркуляции вод по более проницаемым горизонтам.
По восточной окраине Донбасса имеется значительно меньше материалов, однако и здесь на больших глубинах содержатся воды с промышленным содержанием брома и йода.
Следует отметить, что ни в одном из пунктов даже при больших глубинах опробования не обнаружено промышленных содержаний бора, что позволяет признать территорию всего Донбасса бесперспективной в отношении этого элемента.
Несмотря на то что в некоторых районах Донбасса подземные воды глубоких горизонтов содержат высокие концентрации брома и йода, они не имеют пока практического значения вследствие весьма малых дебитов скважин. В последнее время получены данные, свидетельствующие о высокой водообильности закарстованных карбонатных пород карбона в северной части Ворошиловградской области. По ряду скважин здесь зафиксированы на глубине 300—600 м провалы инстру-
МЕРОПРИЯТИЯ
ПО ОХРАНЕ ВОДНЫХ
РЕСУРСОВ
261
мента, полное поглощение промывочной жидкости или самоизлив с дебитом до 20 л/сек. Воды здесь имеют сравнительно невысокую минерализацию и не содержат больших количеств йода и брома. Однако можно рассчитывать, что на больших глубинах ниже по потоку, вблизи зоны северных региональных разломов, где предполагается разгрузка каменноугольных водоносных горизонтов, содержание йода и брома в водах будет достигать кондиций.
Очень большой интерес с точки зрения возможности получения промышленных вод представляет собой пока слабоизученный в этом отношении Западный район, где в долине Самары фиксируется разгрузка глубоких водоносных горизонтов. Здесь наблюдается быстрое увеличение минерализации подземных вод с глубиной, причем можно ожидать, что в подземных водах, мигрирующих из центральной части Днепровско-Донецкой впадины, могут быть обнаружены промышленные содержания йода и брома. С явлением разгрузки в долину Самары глубоких вод связано, очевидно, наличие на этой территории оз. Соленый Лиман, вода которого имеет минерализацию до 20 г/л и содержит йод и бром. Имеются предпосылки также для получения промышленных вод в осадочных породах на южном склоне Приазовского кристаллического массива. Следует полагать, что на несколько больших глубинах в осадочных отложениях в пределах акватории Азовского моря могут быть получены воды, имеющие промышленное значение. Литологический состав водовмещающих пород (известняки и пески сарматского яруса, пески и гравелиты эоцен-олигоцена) позволяет рассчитывать на значительные дебиты скважин.
Глава XII
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО БОРЬБЕ
С ВОЗДЕЙСТВИЕМ ПРОМЫШЛЕННО-БЫТОВЫХ СТОКОВ
И ОХРАНЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
Существующее в Донбассе положение в отношении борьбы с влиянием промышленно-бытовых стоков и охраны водоисточников находится еще в недостаточно хорошем состоянии, хотя уже проведены большие работы в этом направлении
Вопросы очистки промышленно-бытовых стоков Донбасса разрабатываются рядом научно-исследовательских и производственных организаций. Если в очистке воды для питьевых целей достигнуты заметные успехи, то хуже обстоит дело с обработкой промышленнобытовых стоков. В ряде отраслей промышленности до настоящего времени еще не разработаны методы очистки стоков, практически не исследованы свойства многих веществ, определяющих их токсичность, недостаточно эффективны применяемые методы очистки и нередко обработка одного кубометра стоков является дорогостоящей. Вместе с тем развивающиеся новые отрасли промышленности еще в большей мере усложняют проблему очистки и утилизации сточных вод.
Повторное использование сточных вод промышленных предприятий (при оборотных или замкнутых циклах водоснабжения) в настоящее время признается как одно из радикальных мероприятий. Например, из собранных Северодонецкой госводинсп&кцией в 1962 г. сведений следует, что внедрение оборотных схем водоснабжения на ряде предприятий в бассейне Сев. Донца может уменьшить потребление свежей воды более чем на 180 млн. м3 в год.
262
РЕСУРСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
Отвод и сброс промышленно-бытовых стоков в условиях Донбасса— это весьма сложная и трудноразрешимая проблема. В поисках радикальных путей борьбы с вредным влиянием промышленно-бытовых стоков Донбасса на поверхностные и подземные воды, а также на рыбное хозяйство и леса в последние годы наряду с разработкой и внедрением новых схем технологии производств, сводящих до минимума отвод сточных вод путем применения некоторых новых методов очистки промстоков и внедрения оборотных циклов технического водоснабжения, найдено несколько оригинальных решений: а) отвод промстоков в Азовское море; б) закачка промстоков в недра; в) многолетнее регулирование комбинированной утилизации промстоков.
Проект отвода в Азовское море промстоков предприятий Донбасса, не имеющих рациональных способов очистки, был составлен Харьковским ГПИ Водоканалпроекта в двух вариантах — с отводом дестиллярных жидкостей содовых заводов и сточных вод других предприятий по кратчайшему пути в Азовское море и в Сиваши.
Проект отвода промстоков Донбасса в Азовское море или Западные Сиваши вызвал большие возражения и споры: 1) отвод промстоков в Сиваши не является исчерпывающим решением проблемы борьбы с промышленными стоками Донбасса; 2) в процессе длительной эксплуатации 530 км коллектора Донбасс — Сиваши неизбежны различного рода неполадки, в том числе и аварийного характера, с более или менее значительными утечками промстоков; 3) возникшие очаги аварийного разлива промстоков будут способствовать увеличению мест загрязнения поверхностных вод; 4) геологическое строение и гидрогеологические условия трассы коллектора не исключают проникновение загрязнений и в подземные воды.
Идея закачки промстоков Донбасса в недра возникла у нескольких авторов в различное время. Однако из всех предложений ни одно не имеет пока достаточно обоснованных и проверенных расчетами и опытами решений.
В настоящее время начаты первые опытные гидрогеологические работы с целью изучения возможности и условий закачки сточных вод химкомбината в триас-юрские коллекторы на северо-западных окраинах Донбасса. Укргипроводхоз организовал исследования по обоснованию сброса в глубокие горизонты карбона минерализованных шахтных вод Западного Донбасса. Заслуживает также внимания организация специальных исследовательских работ для установления возможности закачки сточных вод в выработанные пласты Шебелинского газового месторождения и сброса жидких отходов в горные выработки отработанных месторождений каменного угля.
Следует учитывать, что сброс промстоков в недра не всегда дает желаемые результаты. Из зарубежной практики (США, ФРГ) известны случаи отрицательных последствий такого метода, вызывающего загрязнение не только подземных, но и поверхностных водоисточников (при заполнении приемной емкости и выходе излишков закачиваемых промстоков на поверхность в виде своеобразных источников).
Многолетнее регулирование комбинированной утилизации стоков Донбасса, А. А. Фаловский предлагает осуществлять путем слива их в крупные накопители централизованного аккумулирования, с серией испарительных площадок и поглощающих скважин, которые могут быть созданы на площадях развития пермских и пермо-карбоновых отложений между населенными пунктами: Лисичанск — Яма — Артемовск — Нырково — Лисичанск. На этой территории отсутствуют водоносные горизонты и поверхностные водоемы, имеющие значение для централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, но сущест-
МЕРОПРИЯТИЯ
ПО ОХРАНЕ ВОДНЫХ
РЕСУРСОВ
263
вуют коллекторы в гипсово-доломитовых и иных образованиях, способные при определенных условиях поглощать значительные объемы сточных вод.
По мнению А. А. Фаловского, рассмотренный метод многолетнего регулирования комбинированной утилизации промстоков Донбасса более эффективен в сравнении с проектируемым коллектором Донбасс— Сиваши или закачкой промышленных стоков в недра Шебелинского газового месторождения.
Наиболее радикальное решение проблемы борьбы с вредным влиянием промстоков в Донбассе заключается в первую очередь, в разработке новых схем технологии производства, исключающих сброс больших количеств загрязненных вод, а также в изыскании наиболее эффективных способов очистки сточных вод до состояния, при котором они могли быть пригодными для многократного использования в производственном и хозяйственно-питьевом водоснабжении.
Часть четвертая
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ДОНБАССА
Глава XIII
ОБЩАЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БАССЕЙНА
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЕЛЬЕФА И ФИЗИКО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИИ
Рельеф различных частей территории Большого Донбасса имеет свои характерные черты. Донецкий кряж представляет собой наиболее возвышенную часть бассейна (абс. отм. до 367 м). Рельеф его сильно волнистый, интенсивно расчлененный, глубина вертикального расчленения до 200 м. Здесь сильно развита долинно-балочная сеть. Заметное участие в строении поверхности принимают скульптурные формы — купола, гряды, гривы, образованные в результате избирательной денудации более подверженных выветриванию пород. Речные долины обычно глубоко врезаны в породы коренной основы. Долины узкие (до 2 км), имеют небольшое (2—3) количество террасовых уступов, чаще террасы плохо выражены в рельефе. В местах пересечения реками скальных и полускальных пород очертания долин приобретают каньонообразный характер, что благоприятствует сооружению прудов и водохранилищ.
Интенсивной расчлененностью также отличаются районы Приазовской возвышенности (абс. отм. 278 м) и отроги Средне-Русской возвышенности (250 м). Глубина эрозионного расчленения здесь не превышает 150 м.
Приазовской возвышенности свойственны мягкие очертания поверхности, нарушаемые выходящими на поверхность останцами скальных пород (каменные могилы). Долины рек узкие (не более 1 км), слабо разработанные. Для отрогов Средне-Русской возвышенности характерны узкие водораздельные пространства, довольно густо изрезанные балками и оврагами. Долины рек глубокие с крутыми правыми и пологими левыми берегами, на которых прослеживаются 2—3 террасы.
Строительство на указанных частях территории сопряжено с проведением инженерной подготовки, а в некоторых случаях — с производством планировочных работ в скальных и полускальных породах в местах их неглубокого залегания или выхода на дневную поверхность.
Остальная часть территории — это волнистые, местами увалистые равнины (Самарско-Орельская, Задонецкая, Донская, восточная часть Приазовской низменности) различной высоты (менее 250 м), менее расчлененные. Глубина эрозионного вреза Самарско-Орельской и Задонецкой равнин составляет 70—150 м, Ергеней и Северного Приазовья — большей частью 40—60 м. Рельеф этих равнин сглаженный мягкий, склоны большей частью пологие, речные долины широкие (до нескольких десятков километров) с 3—4 террасами.
ОБЩАЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
БАССЕЙНА
265"
При осуществлении наземного строительства потребуется незначительная инженерная подготовка местности, причем работы будут проводиться в большинстве случаев в рыхлых четвертичных образованиях, широко развитых на этих площадях.
При инженерно-геологической характеристике территории важное значение имеют физико-геологические явления. Среди них особого внимания заслуживают оползни, осыпи и обвалы, а также карст, эрозионные и абразионные процессы и просадочные явления.
О п о л з н и . Оползневые явления, вызванные естественными природными факторами, наблюдаются в различных частях территории. Значительная оползневая деятельность развита на побережье Азовского моря. Так, на северном и южном берегах Миусского лимана отмечены оползневые зоны длиной 8,2 и 4,5 км. Протяженность вдоль берегового обрыва отдельных оползневых зон, сложенных четвертичными породами и сарматскими известняками, составляет 9—15 км, ширина оползневых тел 30—100 м. Высота стенок обрыва в оползневых цирках колеблется от 1,5 до 5 м. Оползни приурочены к глинам сарматского яруса, залегающим в подошве известняков, и обусловлены главным образом абразионной деятельностью моря. Оползни действующие.
Оползневые процессы наблюдаются на склонах долин Дона и Сев. Донца. В долине Дона происходит смещение лёссовых пород по поверхности скифских глин. В долине р. Сев. Донца отмечается несколько оползневых участков. В районе Шебелинки встречены небольшие оползни (длиной 100—200 м), плоскость скольжения которых приурочена к поверхности глин и мергелей киевской свиты и скифских глин. Двухступенчатые оползни развиты южнее г. Змиева на правом коренном берегу реки. Сползание четвертичных образований происходит здесь по кровле глин киевской и харьковской свит. Оползни древние, поверхность их большей частью сглажена. Длина отдельных оползневых тел достигает 150—200 м.
Значительные оползни известны на правом коренном берегу р. Крынки и у с. Успенского. Они развиваются по скифским и сарматским глинам, расположенным на разных гипсометрических уровнях, что определяет двухступенчатое строение оползней. Оползневые цирки в некоторых случаях достигают в диаметре 250—300 м. Это большей частью действующие оползни. Оползневые процессы наблюдаются на склонах долины р. Бурлука, на некоторых участках долин Самары и Орели. Смещение пород происходит по поверхности красно-бурых глин.
Существенную роль в развитии оползневых процессов северо-западной части Донецкого кряжа играют глинистые породы пермской, триасовой и юрской систем (оползни у сел Октябрьского, Белокузьминовки, Долина). Протяженность оползней обычно не более 100 м.
На описываемой территории развиты также осыпи и обвалы. Они отмечаются в основном на крутых склонах открытой части Донбасса, на крутых коренных берегах рек северной части Большого Донбасса и на Приазовской возвышенности. Чаще встречаются осыпи.
К а р с т . На территории Большого Донбасса выделяются следующие карстовые районы: 1) развития карста (соляного и гипсового) в пермских породах Бахмутской котловины; 2) закарстованных известняков и доломитов в полосе распространения нижнего карбона на юге Донбасса; 3) проявления карстовых процессов в меловых породах северных окраин Донбасса.
Карстообразованием в Бахмутской котловине захвачены отложения гипса и каменной соли. Карст, как правило, распространяется на значительную глубину (порядка 120 м), что можно объяснить интенсивной расчлененностью пермских пород, а также наличием подземных
266
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
'УСЛОВИЯ
ДОНБАССА
разработок Искусственные полости и пустоты, образованные в результате добычи каменной соли, гипса и рассолов, служат дополнительными путями циркуляции подземных вод в зоне выщелачивания и в значительной мере активизируют естественное карстообразование Поэтому наиболее интенсивное проявление карстовых процессов наблюдается в подработанных районах
В районе Артемовского месторождения каменной соли за последние годы отмечено несколько случаев образования карстовых воронок Так, над старыми затопленными выработками б шахты Шевченко насчитывается 4 провальных воронки, заполненных водой (последняя образовалась в 1964 г ) Самая большая из них имеет размеры 280X220 м при глубине 25—30 м, остальные не превышают в диаметре 100 м Борта воронок местами крутые, обрывистые, высота их достигает 10 м Образование воронок над горными выработками шахты, очевидно, вызвано выщелачиванием целиков соли и последующим обрушением пород надсолевой толщи Все воронки обнаруживают тенденцию к дальнейшему росту
В 50 м от ст Ступки произошло образование провальной воронки диаметром 80 м и глубиной около 15 м, заполнившейся водой на 8 м Оседание поверхности, продолжающееся вокруг воронки, распространяется сейчас и на железнодорожное полотно, величина оседания которого составляет несколько сантиметров в год Появление этой воронки обусловлено той же причиной, что и на б шахте им Шевченко
Характерным примером интенсивного карстообразования в каменной соли является площадь рассолопромысла г Славянска Возрастание рассолодобычи на месторождении привело к резкому усилению процес сов выщелачивания соли, что в свою очередь вызвало сдвижение над солевых толщ с последующим образованием провальных карстовых котловин и воронок Котловины обычно заполнены водой (озера Вейсово, Рапное и др ) Глубина их достигает 19 м, длина иногда превышает 800 м при ширине 300 м (оз Слепное) Скорость оседания, по маркшей дерским наблюдениям, в отдельные годы достигала 150—180 мм Несмотря на то что добыча естественных рассолов была прекращена в 1961 г , оседание поверхности в районе рассолопромысла не прекращается
Естественное карстообразование в соленосных породах проявляется на поверхности в формировании ровоподобных углублений и воронок, протягивающихся вдоль простирания выходов на поверхность пермских отложений Размеры воронок различны — глубина их достигает 17 м, площадь — до 1,6 га
В районе Артемовского месторождения гипса карстовые воронки прослеживаются вдоль выходов пластов гипса на поверхность Их диа метр достигает 25—30 м, глубина 10—15 м Здесь встречены и более пологие, блюдцеобразные воронки размером от 5 до 60 м и глубиной от 0,8 до 2 м. На дне воронок обычно расположены карстовые каналы диаметром 0,5—0,8 м
В 1964 г на землях колхоза «Заря коммунизма» Артемовского района наблюдалось внезапное образование провальной карстовой воронки в гипсах Глубина этой воронки составляла 4 м, а диаметр — 6—7 м Здесь же при разработке гипсов штольнями и карьерами неоднократно были встречены карстовые пещеры, сечение которых достигало нескольких квадратных метров, иногда они были заполнены глинистым материалом или водой
На юго-западе Большого Донбасса толща карстующихся известняков и доломитов свиты Ci1 (мощностью 300—500 м) погружается под углом 10—20° на север-северо-восток С поверхности она перекрыта
ОБЩАЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
БАССЕЙНА
267"
песчано-глинистыми отложениями палеогенового и четвертичного возраста (рис 84)
Карст в этом районе погребенный, однако в некоторых местах отмечено и современное карстопроявление Погребенные карстовые полости большей частью выполнены песчано-глинистым материалом с обломками известняков и доломитов
Карст главным образом приурочен к зонам тектонической нарушенности карбонатных пород, а также к долинам Сухой и Мокрой Волновах.
Карстовые воронки разнообразны по форме (конусообразные, колод-
PIK 81 Погребенные карстовые воронки в известняках свиты CI1 Восточно Доломит ный карьер (Фото А Б Туктаровой)
иеобразные и блюдцеобразные) и размерам В большинстве случаев глубина воронок составляет 30—60 м
Значительное распространение имеют карстовые долины и промоины, вскрытые горными выработками на всех карьерах, где разрабатываются известняки и доломиты Длина их изменяется от 500 м до нескольких километров, поперечное сечение — от нескольких до 100— 150 м Для всех горизонтов известняков характерна кавернозность Размер каверн 1—1,5, иногда 4—5 см
Одна из форм подземного карста — карстовые пещеры, представля ющие собой закрытые карстовые полости длиной 500—600 м и попереч ным сечением от 10 до 100 м В большинстве случаев они заполнены песчано-глинистым материалом Зияющие пещеры встречаются довольно редко Самая большая пещера (длиной 74 м и диаметром 4—6 м) рас положена у с Ново-Троицкого на участке Базалеевой скалы
Поноры (подземные каналы разной величины и формы) отмечены в дне воронок, руслах и бортах долин исчезающих рек, а также на водораздельных участках Один из таких вертикальных каналов обнаружен в забое Центрального рудника Еленовского месторождения Глубина его составляет 8—10 м, диаметр— 1,2—1,6 м
268
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
'УСЛОВИЯ
ДОНБАССА
Процессы карстообразования в этом районе распространяются на глубину 240 м (по данным разведочных работ). Линейный коэффициент закарстованности всей толщи карбонатных пород (по данным В. A. Kopсуна) составляет около 20%.
Карстовые процессы в меловых породах изучены очень слабо. На северных окраинах Большого Донбасса (в пределах Воронежской области), где эти породы выходят на поверхность, обнаружены воронки карстового происхождения. Южнее, на левобережье Сев. Донца, меловые породы погружаются под толщу кайнозойских пород. Характерные формы проявления карста (воронки) в этих районах отмечаются в обнажениях меловых пород по долинам рек, а также в бортах карьеров.
Погребенные карстовые воронки, заполненные палеогеновыми отложениями, вскрыты разведочными работами в районе Часовярского месторождения огнеупорных глин. Карст приурочен к нижнему горизонту трещиноватого писчего мела, содержащего прослои желваков кремня. Размер этих воронок в диаметре достигает 40 м.
Э р о з и о н н ы е п р о ц е с с ы . Интенсивная расчлененность Ботьшого Донбасса (вертикальная и горизонтальная) свидетельствует об активном протекании процессов эрозии, как водной, так и ветровой.
Водная эрозия проявляется в форме плоскостного смыва, распространенного повсеместно и протекающего наиболее интенсивно на склонах крутизной более 3—5°, а также в форме линейного размыва. Особенно заметно линейный размыв проявляется в оврагообразовании. На высоком и крутом берегу р. Сев. Донца многочисленные овраги и балки глубоко врезаны, но имеют небольшую протяженность. На левобережье они встречаются реже, однако длина их достигает 20 км. Глубина балок не превышает 10—15 м при ширине до 50 м.
В открытой части Донбасса развита наиболее густая эрозионная сеть. Русла балок и оврагов приурочены к участкам, сложенным, как правило, сравнительно легко разрушающимися породами (аргиллитами, алевролитами). Склоны балок <и оврагов нередко крутые и обрывистые.
Активному проявлению современных процессов эрозии в условиям интенсивного расчленения рельефа благоприятствует ливневый характер летних осадков.
Крайне слабо водно-эрозионная деятельность развита на восточных окраинах территории (Ергенинская возвышенность). Здесь имеются участки, полностью лишенные оврагов и свежих эрозионных размывов.
Характерным проявлением ветровой эрозии являются пыльные, или «черные» бури, повторяющиеся периодически через 5—10 и 20 лет. О масштабах выдувания можно судить по аккумуляции выносимого ветром материала — в эоловых валах у лесных полос мощность принесенного ветром грунта весной 1960 г. доходила до 2,5 м. Ветровая эрозия проявляется также в развевании и навевании суглинистого покрова и песчаных отложений в долинах рек.
Эоловые пески занимают значительные площади на левобережье среднего течения Сев. Донца и его протоков (Оскола и др.), на правом берегу Цимлянского водохранилища — между Цимлой и Аксенцем, в нижнем течении р. Кундрючьей, в бассейне Орели и Самары. Они представляют собой перевеянные ветрами господствующих направлений песчаные отложения пойменных террас. Эоловые пески (преимущественно мелкозернистые) встречаются и на более высоких террасах, местами образуя довольно крупные дюны или кучугуры.
А б р а з и о н н ы е п р о ц е с с ы развиты вдоль берегов Азовского моря и Цимлянского водохранилища.
Абразионные участки побережья Азовского моря приурочены в основном к крутым обрывистым берегам заливо'в, прослеживающимся
ОБЩАЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
БАССЕЙНА
269"
к востоку и западу от Беглицкой косы; к востоку от Лялиной косы находится небольшой (около 1 км) участок с псевдотеррасой, образованной крупным оползнем. На участках берега, сложенных глинами и суглинками, в процессе абразии вырабатывается сложный профиль подводного склона. В верхней части этого склона формируется почти горизонтальная плоскость подводной абразионной террасы. Поверхность ее размывается очень медленно, а береговой обрыв отступает значительно быстрее. Таким образом образовалась обширная и устойчивая зона глинистого бенча.
Широко развиты процессы абразии на берегах Цимлянского водохранилища, сложенных рыхлыми плиоценовыми и четвертичными отложениями, а на некоторых участках — харьковскими алевролитами.
Наиболее высокая активность абразионных процессов наблюдается на берегах, сложенных легкоразмываемыми полтавскими песками и лессовыми отложениями. Средние скорости разрушения и отступания берега на отдельных участках 7—17 м, реже — 26—50 м (в отдельные годы 60—70 м). Обычно на таких участках формируются береговые отмели разной ширины.
Для берегов, сложенных трудноразмываемыми алевролитовыми породами, характерен относительно медленный подмыв, сопровождающийся образованием волнситрибойных ниш и обрушением пород по вертикальным трещинам.
П р о с а д о ч н ы е я в л е н и я , выражающиеся в виде просадочных (степных) блюдец, западин и долов, распространены в восточных районах (Ергенинская возвышенность). Степные блюдца и западины приурочены к пологим водораздельным участкам и высоким надпойменным террасам р. Дона. На водоразделах они имеют овальную или округлую форму, размер в диаметре составляет 50—100, редко 250 м. Глубина блюдец 0,5—1,5 иногда 2,5 м. Дно обычно плоское. Просадочные блюдца обнаружены на I, II и IV надпойменных террасах р. Дона, причем максимальное их количество отмечено на I и IV террасах (до 13—15 блюдец на 1 км2). В пределах III террасы просадочные блюдца не отмечены.
На перегибах склонов также развиты просадочные блюдца, протягивающиеся в виде полос, реже встречающиеся группами до 10— 20 блюдец на 1 км2. Размеры их от 15—20 до 500—1000 м в диаметре при глубине 0,5—5 м. Значительная роль в их образовании принадлежит, вероятно, суффозионным процессам. Наличие современных просадочных форм свидетельствует о предрасположенности лёссовых пород к доуплотнению при замачивании. Это обстоятельство имеет важное практическое значение.
Древние просадочные формы рельефа (погребенные блюдца, западины) известны на севере Ростовской области (б. Каменская область) и в береговых обрывах Азовского моря. Они обычно развиты на непросадочных или слабопросадочных в настоящее время лёссовых породах.
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРНЫХ ПОРОД
На территории Большого Донбасса наблюдается большое разнообразие генетических типов и литологических разностей горных пород. В основу их инженерно-геологической характеристики положена оценка свойств геолого-генетических комплексов, выделенных в составе формаций (табл. 32).
Инженерно-геологическая характеристика комплексов пород составлена по результатам обобщения большого фактического материала,
270
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
'УСЛОВИЯ
ДОНБАССА
Т а б л и ц а 32 Формации и геолого-геиетические комплексы пород
Структурные
этажи
Текто-
нические условия
Тип формации
Генезис
Геолого-генетические комплексы
возраст илн генезис н наименование (для четвер-
преобладающие литологнческне разности
тичных) пород
eol — d Qi_iii (лёссовый)
Суглинки, глины, супеси
«го
эх
Щ о
S л
я' Ql-IiI (лёссовый) Суглинки, супеси
SC
ч
S чHC^l Hl X CQ
H
S
Hl S
<*l O H V ,
Пески, супеси, суглинки,
S H X
al — d Q i _ i v
глины, илы с включениями гальки и щебня
о
Hl 3
Морской
5Х S
X
S Hl
Карбонатно-
и JX S с
S терригенная
О, о
Морской
•е-
л
H
<
го
С Верхне-тер- Прибреж-
ригенная
ный
el-d Qj—211 fflQ iv
N1S — N2pn Pg + N
Суглинки, глины, супеси, щебенисто-дресвяные образования
Пески с ракушей, илы, глины
Глины, пески, известняки
Пески разнозернистые, глинистые пески и глины, мергели, песчаники
Карбонатная Морской
(Cr2 - Pg1) ag Cr2—t ra
Агломераты
Мергели, мел, известковистые пески, песчаники
Нижнетер- Морской ригенная
J + Cr1 + Cr2cm
Глины, песчаники, известняки
Красноцветная
Континентальный
P3 + T
Песчаники, конгломераты, глины
Соленосная Лагунный
P 1 S / + kr
Каменная соль, гипс, доломит
Красно- Континен- C33 (P* - P 7 ) + Pi<r + Аргиллиты, алевролиты,
Hl
цветная
тальный
nk
песчаники
S
Xлп
го
S X
Прибрежный
C12 — C33 (P1 — P4) Аргиллиты, алевролиты, песчаники, известняки,
M
иXS
Угленосная
Hl
U
То же
To же
вмещающие угли марок ДБ, Д , Г
Глинистые сланцы, алев-
ритовые сланцы, пес-
чаники, известняки,
вмещающие угли ма-
рок Ж, К, ОС, T
Герцинский
ОБЩАЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
БАССЕЙНА
271"
Струк-
Тектониче-
турные ские Тип формации
этажи условия
Генезис
Продолж. табл. 32
Геолого-генетические комплексы
возраст или генезис и преобладающие диалогиче-
наименование (для четвер-
ские разности
тичных) пород
Угленосная Прибрежный
Ci2 — C33 ( P 1 - P 4 )
Глинистые сланцы, алевритовые сланцы, песчаники, известняки, вмещающие угли марок ПА, А
Геосинклинальные
Герцинский
Карбонатная Морской
Эффузивно- Континеносадочная тальный,
эффузивный
Интрузивная и мета-
морфическая
Интрузивный, метаморфиче-
ский
C11 D2+3 PCm
Известняки, доломиты
Сланцы песчано-глинистые, песчаники, базтльты, туфы
Граниты, сиениты, гнейсы, амфиболиты
Докембрийский
полученного рядом проектных, изыскательских и геологических организаций.
Четвертичные отложения представлены эолово-делювиальным, аллювиальным лёссовым, аллювиальным, элювиально-делювиальным и аллювиально-делювиальньш комплексами, а также комплексом морских отложений.
Лёссовые породы покрывают всю территорию Донбасса, отсутствуя лишь на отдельных участках в пределах Донецкого кряжа и Приазовской возвышенности, а также на пойменных и боровых террасах рек.
На. территории Донбасса следует различать два основных генетических типа лёссовых пород: I) эолово-делювиальный (слагающий водоразделы и их склоны); 2) аллювиальный (развитый на речных террасах).
Э о л о в о - д е л ю в и а л ь н ы й к о м п л е к с представлен связными грунтами — супесями, суглинками (легкими, средними и тяжелыми) и глинами.
В пределах открытого Донбасса лёссовый покров залегает в виде отдельных пятен на денудированной поверхности каменноугольных отложений. Его мощность изменяется от нескольких десятков сантиметров до 10 м; значительные мощности приурочены к понижениям в древнем рельефе.
На прилегающих территориях лёссовые отложения распространены повсеместно. Это области значительных мощностей лёссового покрова, которые обычно составляют 10—30 м, а на Сало-Манычском водоразделе достигают 60 м.
В строении лёссового покрова наблюдается вертикально-столбчатая отдельность. Повсюду в этих отложениях отмечается присутствие карбонатных включений (примазок, дутиков и т. д.) и гипса в виде скоплений отдельных кристаллов и друз. В верхних горизонтах лёссовых пород отчетливо видны (макропоры размером I—2 мм, встречаются кротовины и ходы червей.
272
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
'УСЛОВИЯ
ДОНБАССА
Вскрытые в толще лёссовых отложений прослои погребенных почв представляют собой гумусированные горизонты этих же пород более темной окраски; содержание гумуса 1,41—2,52% (по данным Гидропроекта для участка II подъема канала Сев. Донец — Донбасс).
Лёссовые отложения Большого Донбасса 'в верхних горизонтах, как правило, не обводнены; на большей части территории уровни грунтовых вод залегают на глубине IO м и более. Однако в некоторых местах грунтовые воды приурочены и к верхним 'горизонтам лёссовых пород (при наличии верховодок либо утечек производственных вод).
Сведения о минеральном составе лёссовых пород ограничиваются данными исследований В. П Ананьева, А. К. Ларионова, А. С. Рябченкова и М. П. Лысенко.
Лёссовые пароды полиминеральны (около 60 минералов). Для открытого Донбасса А. К. Ларионов устанавливает преобладание гидрослюдисто-монтмориллонитовых частиц в их глинистой составляющей. В !прилегающей юго-восточной части Большого Донбасса в лёссовых породах в большинстве случаев обнаружены гидрослюда, монтмориллонит, каолийит и кварц (без заметного преобладания какого-либо из них)
Глинистая часть лёссовых пород из района Каменска-Шахтинского состоит из монтмориллонита (типа бейделлита), гидрослюды (типа иллита), кварца, каолинита, гидрогётита, тётита, кальцита и др. Преобладающими минералами являются гидрослюда и монтмориллонит.
В солевом составе лёссовых отложений присутствуют карбонаты, сульфаты и хлориды. Наиболее распространенными солями являются карбонаты кальция и магния. Их содержание 4,8—22%. Повышенное содержание карбонатов наблюдается в лёссовых породах Донецкого кряжа
Гипсовые образования встречаются более редко (0,5—I, местами до 2%). Содержание хлоридов не !превышает 0,2—0,8% (по материалам Гидропроекта). Лёссовые породы отличаются невысоким содержанием гумусовых веществ (обычно менее 1, максимально 2,5—3%)
Гранулометрический состав лёссовых отложений характеризуется высоким содержанием пылеватых и повышенным содержанием глинистых фракций (табл. 33). Около 80% всех исследованных проб представляют собой тяжелые разности, в которых содержание глинистых частиц превышает 20%. Количество песчаных фракций сравнительно невелико; как правило, меньше 10%.
В распределении основных фракций гранулометрического состава на площади можно отметить следующие закономерности: 1) наибольшей глинистостью обладают породы Донецкого кряжа, 2) к западу от него наблюдается повышение их песчанистости. Д л я юга европейской части РСФСР (юго-восточная часть Донбасса) А. К. Ларионов отмечает уменьшение содержания глинистых частиц с северо-запада на юговосток в лёссовых породах 'водоразделов.
В вертикальном разрезе намечается устойчивая тенденция к понижению содержания песчаных частиц с глубиной. Закономерностей в распределении глинистых фракций по глубине в пределах верхнего 10-метрового слоя не обнаруживается.
Значения удельного веса изменяются от 2,67 до 2,76 г/см3. Наиболее высоким удельным весам обладают лёссовые отложения Донецкого кряжа. В вертикальном разрезе намечается общая тенденция к возрастанию удельного веса пород с увеличением глубины.
Пределы колебаний объемного веса скелета весьма широкие — 1,33—1,78 г/ом3. Среднее значение объемного веса легких суглинков, которые залегают в верхних горизонтах лёссового покрова и вследствие
ОБЩАЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
БАССЕЙНА
273"
этого подвержены меньшему давлению вышележащих пород, очевидно, несколько завышено в результате нарушения природного сложения лёссовых пород в процессе отбора монолитов. Однако, в общем, можно считать, что значения объемного веса скелета лёссовых отложений возрастают по мере увеличения глубины.
Средние значения и пределы колебаний коэффициента пористости для суглинков средних и тяжелых, а также для глин весьма близки (0,74—0,76), несколько отличается от них лишь среднее значение легких суглинков, что объясняется, очевидно, переуплотнением этих пород лри отборе монолитов.
При возрастании глубины уменьшается !пористость лессовых грунтов, однако в верхней 6—7-метровой толще часто наблюдаются ее резкие колебания, что объясняется различными условиями накопления и последующего выветривания лёссовых отложений.
Влажность лёссовых пород эолово-делювиального комплекса колеблется в больших пределах (табл. 34). На основании анализа графиков рассеяния естественной влажности установлено, что. 1) наибольшие значения естественной влажности характерны для лёссовых пород Донецкого кряжа; 2) самая низкая увлажненность наблюдается в лёссовых отложениях восточной части Большого Донбасса; 3) величины естественной влажности пород на западе территории занимают промежуточное положение.
На большей части водоразделов лессовые отложения верхней 10-метровой толщи находятся примерно в одинаковых условиях увлажнения, что позволяет сравнивать влажность лёссовых пород разных частей территории до этой глубины. По большинству разрезов устанавливается увеличение естественной влажности лёссовых пород с глубиной. Естественная влажность их, как правило, меньше влажности на пределе раскатывания (Wc^<CWpcv,).
Пластичность лёссовых пород характеризуется: 1) относительно небольшими колебаниями средних значений влажности на границе раскатывания (Ww колеблется от 18,4 до 2 2 % ) ; 2) большой амплитудой колебаний средних значений влажности на границе текучести (Wt изменяется от 24,3 до 43,2%).
Из сравнения медианных значений показателей пластичности для разных частей территории обнаруживается общая тенденция к повышению их на площади Донецкого кряжа (табл. 35).
Консистенция лёссовых пород в большинстве случаев твердая и полутвердая, иногда отмечается тугопластичная и редко мягкоплас-ичная.
Водопроницаемость лёссовых пород изменяется по вертикали от €,002 до 1,1 м/сутки (в среднем 0,42 м/сутки). Коэффициенты фильтрации щебенистых разностей пород комплекса 5,4—8,3 м/сутки. Приведенные значения характерны для лёссовых отложений поверхностной зоны (1лубин порядка 2—3 м).
Диапазон колебаний степени водонасыщенности очень широк. Лёссовые отложения характеризуются как маловлажные, влажные и насыщенные водой.
Данные табл. 36 свидетельствуют об уменьшении сжимаемости пород представлены в основном сильно- и среднесжимаемыми разностями, реже — слабосжимаемыми (в интервале нагрузок 1—2 и 2—3 кГ/см2). Данные табл. 39 свидетельствуют об уменьшении сжимаемости пород с увеличением их глинистости.
Рассматривая изменение величин коэффициента относительной просадоч'ности, следует отметить, что колебания im происходят в пределах
274
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
УСЛОВИЯ
ДОНБАССА
ОБЩАЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
БАССЕЙНА
275
Лнтологнческая разность
Гранулометрический состав и физические свойства четвертичных отложений
Количество
определений
Гранулометрический состав, %
более 2
Фракции, мм
Количество
определе-
ний
2 - 0 , 0 5 0 , 0 5 - 0,005 менее 0,005
Удельный
вес, г/см'
Объемный
вес
та,
сгк/еслме-3
Коэффициент пори-
стости
Влажность, %
Т а б л и ц а 33
Пластичность, %
верхний предел
нижний предел
Коэффици-
число пластичности
ент водонасыщенности
Супеси легкие
Суглинки средние
Глины
Суглинки .
Супеси
Суглинки средние
Глины . . .
Суглинки Глины . .
легкие Суглинки средние
тяжелые
Эолово-делювиальный комплекс
7
15,4
68,6
15,8
14
2,69
1,59
0,70
13,1
24,3
0,3—12 74,1-85 9,4—23
2,67—2,70 1,4—1,78 0,52—0,92 6,3—21,8 18—35
47
—
19,3
68,2
12,5
92—174 2,70
1,54
0,70
15,5
29,5
1—6,8 " 1—32 53—83 12—23
2,68—2,72 1,33—1,65 0,57—0,86 9,2—21,4 24—35
201
—
9,9
0,7—2,3 i—23
71,4 56—81
18,4 386—631 2,71
1,53
0,76
17,7
13,5—26
2,68—2,73 1,4—1,65 0,62—0,91 11,3—22,8
34 30—38
308
—
8,3
66,3
25,2 386—665
2,72
1,54
0,76
19,5
37,9
0 , 8 - 2 , 7 1,5—19 52—78 15,5—31
2,69—2,74 1,41—1,66 0,63—0,91" 14,4—23,9 34—42
304
8,8
53,1
38,1 427—868
2,73
1,56
0,74
20,2
43,2
1,19 41—67 29—48,5
2 , 7 - 2 , 7 6 1,43—1,68 0,62-0,91 16,3—24,3 39—48
Аллювиальный лёссовый комплекс
17
32,1
50,8
17,1
29
2,69
1,77
0,783
15,8
29,7
2,9—53,5 30,5—87,9 9,2—25,3
2,66—2,72 1,61—1,98 0,65—0,96 11,0—22,7 2 5 - 3 5
18,4 12-28 20,2 15—26 21,5 18—25
21,8 18—26
22 19—26
17,3 14—20
5,9 3-7
9.4 8—10
12,7 11—14
16 15—17
21,5 18—25
0,53 0.35—0,92
0,6 0,3—0,9
0,6 0,4—0,9
0,7 0,5—0,8
0,7 0,6—0,8
11,3 8—15
Аллювиальный комплекс
Пойменные отложения
25
1,9
51,0
36,1
10,9
0,2—9,25 18,3—76,9 15,b—70,Ь 7 - 1 4
59
2,67
1,60
0,684
16,4
23,4
2,65—2,71 1 , 4 4 - 1,79 0,50—0,81 10,9—22,0 17—29
18,1 13—24
76
—
27,3
56,7
15,7
0,9—11,9 3,3—5Ь,6 24,1—78,6 10,2—20
99
2,70
1,57
0,732
19,7
27,4
2,67—2,72 1,35—1,74 0,57—0,93 10,4—28,6 25—38
18,6 14—23
102
—
17,4
62,2
20,2
145
2,71
1,50
0,819
23,0
33,6
1—6,4 1—47,7 42,5—79,1 14—27,7
2,68—2,72 1,33—1,65 0,65-1,02 14,3—32,4 28—38
21,1 17—26
90
—
16,2
61,0
23,2
138
0,5—8,4 1,1-29,9 41,7—80,0 17—29,3
2,71
1,50
0,823
25,0
38,1
22,1
2,68—2,73 1,34—1,64 0,66—1,0 i 16,8—34,9 34,0 - 43,0 1 8 - 2 8
126
15,4
47,4
37,1
166
2,72
1,42
0,937
29,6
47,5
24,4
3,9—28,9 32,3—62,5 28,5-50,3
2,69-2,76 1,21—1,61 0,68—1,25 20—44,3 38—61
19—32
Старинные отложения
3
42,7
36,8
20,05
3
2,70
1,50 . '0,814
28,6
31
39,1—46,2 33,8—39,9 20—20,1
2,69—2,71 1,35—1,68 0,61—0,99 20,1—35,6 2 9 - 3 2
12
22,8
47,3
29,8
17
2,71
1,35
1,04
35,9
51
Ь—41,9 37—56,5 21,2—56
2,69—2,73 1,15—4,62 0,67—1,36 19,2—45,8 36—69
Аллювиальио-делювиальный комплекс
12
—
15,9
66,9
17,4
8—12
2,70
1,68
0,61
19,9
0,9—1,3 0,7—44,2 45,6—77,1 11,3—27,7
2,69—2,72 1,49—1,85 0,46—0,82 Ц,4_30,1
63
2,3
6,5
71,9
19,3
52-74
2,71
1,53
0,77
24,4
0,2—10,8 0,5—17,2 60,6—82,8 14,7—22,7
2,7—2,73 1,42—1,65 0,65—0,93 15,9—31,4
56
7,0
67,8
25,4
38—60
2,72
1,48
0,84
25,9
0 , 7 - 1 5 54,3—77 18,1-29,5
2,7—2,74 1,31—1,62 0,68—1,08 16,9-33
28,9 24—34
35 29—40
39,3 35—44
19 18—21
25 18—34
20 15—24
22,6 17—27
23,1 19—27
5,3 4—7
8,8 8—10
12,5 11—14
15,9 15—17
23,1 18—31
0,65 0,4—0,95"
0,73 0,4—1,0
0,76 0,5—0,99
0,82 0,6—1,0
0,86 0,7—0,99
12 11—13
26 18—38
0,94 0,9—0,97
0,93 0,77—0,9
8,9 7—10
12,4 11—14
16,2 15—17
0,76 0,5—1,1
0,84 0,54—1
0,8 0,6—1
276
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
УСЛОВИЯ ДОНБАССА
ОБЩАЯ ИНЖЕНЕРНО
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
БАССЕЙНА
277
Лито логическая разность
Количество
определений
Гранулометрический состав, %
более 2
Фракции, мм 2 - 0 , 0 5 0,05—0,005
Количество определе-
ний
менее 0,005
Удельный в е с , г/см3
Объемный вес ске ieт а , г/cms
Коэффициент пори-
стости
Влажность, %
Продолжение табл. 33
Пластичность, %
верхний предел
нижний предел
Коэффицичисло т а - ент водонаСТИЧНОСТН сыщенностн
24
—
6,2
62,9
30,8
21-31
2,72
1,47
0,4—15,4 54,3—74,7 21,1—40,8
2,69—2,74 1,37—1,57
0,86 0,71—1
26,5 19,9—30,1
44,8 39—48
24,1 20—28
20,7
0,83
18—24 0,72—0,99
Э л ю в и а л ь н о - д е л ю в и а л ь н ы й к о м п л е к с (на к а м е н н о у г о л ь н ы х п о р о д а х )
Супеси легкие
Супинки средние
Глины
8
3,5
46,1
39,3
11,1
3--q
2,70
1,73
0,57
0,1—38 36,2—61,9 24,8—54,7 9,1—13,0
2,68—2,72 1,49—1,98 0,37—0,81
11,6 8—lb,6
12
22,8
54,4
22,7
7--22
2,74
1,68
0,64
13,4
4—64,3 22,4—76 11—36
2,69—2,81 1,49—1,84 0,44—0,93 9,8—18,2
15
3,3
19,9
57,1
19,7
14--28
2,73
1,79
0,53
14
0,2—42,8 1—60,6 24,3—85 1 1 , 6 - 2 8
2,68—2,77 1,56—2,14 0,28—0,74 9,5—19,4
7
12,5
58,4
29,0
8--15
2,73
1,71
0,59
16,8
1,2—51,1 25,2—81 14—40,8
2,7—2,76 1,7—1,74 0,52—0,64 14,5-19,3
9
4,6
63,4
31,9
2,74
1,64
0,67
19,7
2-7
53—72 22—45 14--29 2,72—2,76 1,46—1,78 0,52—0,78 15,8—25,6
П р и м е ч а н и е : В этой таблице и далее в числителе — среднее арифметическое значение показатеш .
знаменателе — пределы его колебании.
25,2 21—30
29,3 27—32
34,5 30—40
38,4 34—44
44,1 40—49
19,9 15—25 20,3 17—23 22,3 19—27 23,8 20—29
24,1 20—28
5,3 2—7
9,5 8—10 12,2 11—14
16,1 15—17
20 18—24
0,6 0,39—0,67
0,67 0,48—0,86
0,8 0,73-1
0,8 0,7—0,86
0,8 0,72—0,89
Т а б л и ц а 34 Влажность лёссовых пород
Литологическая разность
Донбасс
Центральный (Донецкий кряж)
Северо-
Юго-
западиый Восточный
Суглинки . . .
19,4
17,6
15,4
541
74
125
Глины . . . .
20,8
452
19,4
19,2
95
59
Медианные значения показателей пластичности
Т а б л и ц а 35
Суглинки
Глины
Место отбора проб
Количество определений
Верх-
ний
предел
wV
Нижний предел
^P
Число пластичности
F
Коли- Верх-
чество ний
V о п р е д е -
лений
предел w
Нижний
предел
^P
Число пластичности
F
Т а б л и ц а 36 Компрессионные и просадочные свойства лёссовых пород
Литологиче- Количество
ские разности определе-
ний
Коэффициент компрессии (а в см2/кГ) в и н т е р в а л а х
нагрузок
1 - 2 кГ/сч-
2 - 3 кГ/см2
М о д у л ь осадки в мм/ ч при нагрузке
2 кГ/См2
3 кГ/см2
Коэффициент относитетьной просадочности
при P = 3 кГ/см3
Суглинки легкие
Суглинки средние
Суглинки тяжелые
Глины
46
0,025
0,029
0,007—0,046* 0,009—0,050
200
0,027
0,025
0,009-0,058 0,008—0,053
223
0,022
0,022
0,007—0,046 0,005—0,046
295
0,020
0,022
0,007—0,036 0,007—0,035
* В знаменателе — пределы колебаний показателя.
30 7—62
35 11—66
30 10—53
28 11—53
43 12—78
49 20—85
41 15—71
38 17-67
0,033 0,002—0,067
0,023 0,001—0,056
0,016 0,001—0,045
0,014 0,0—0,036
Центральный район (Донец-
кий кряж)
552 37
22
15 465
43
22
21
Северо-Западный район . . .
141 36
21
14 90
43
23
20
Юго-Восточный район . . . .
170 32
20
13
35
42
22
20
О—0,13. Наиболее высокие значения /коэффициента относительной просадочности наблюдаются в юго-восточной части территории.
Применительно к территории Большого Донбасса установлена количественная зависимость изменения просадочных свойств от величины
коэффициента водонасыщенности: гаросадочностью обладают лёссовые породы, характеризующиеся g*£0,7; шороды, имеющие g > 0 , 7 , как правило, непросадочны. Графики, отражающие зависимость модуля осадки (/р) от нормальной нагрузки, то каждой литологической разности лёссовых пород помещены на рис. 85.
Результаты обработки показателей сопротивления сдвигу, определенных в условиях консолидированного сдвига при ненарушенной структуре грунта в интервале нагрузок от 0,5 до 5 кГ/см2, помещены в табл. 37.
ОБЩАЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
БАССЕЙНА
279"
Показатели сопротивления сдвигу
Т а б л и ц а 37
Литологнческие разности
Значения показателей
Количество определе-
Угол внутреннего треиия (<р)
СцепклГен/сием(2С),
ний
^Суглинки легкие . . „
....
Ср.мин Пределы
"Суглинки средние
....
Ср-мии Пределы
С у г л Hffn тяжелые
Ср.мин Пределы
.Глины
Ср.МИН Пределы
8
19°32'
0,200
18°55'—21°48' 0,15—0,35
25
19°47'
0,170
18°40'—24°15' 0,125-0,325
29
19°52'
0,200
18°10'—24°40' 0,15-0,35
16°37'
0,300
11
14°10'—23°40' 0,25—0,48
А л л ю в и а л ь н ы й л ё с с о в ы й к о м п л е к с . Лёссовые породы аллювиального генезиса вскрыты на террасах рек. Мощность их обычно небольшая (1—5, местами 8—10 м). Это преимущественно образования пойменной фации.
Характерным отличительным признаком лёссовых пород аллювиального комплекса является горизонтальная слоистость, обусловленная наличием опесчаненных прослоев. Литологически эти породы представлены суглинками, 'иногда супесями. Засоленность их значительно меньше, чем эолово-делювиальных образований, особенно легкорастворимыми солями.
Характеристика свойств аллювиальных лёссовых пород приведена для суглинистых разностей по весьма ограниченному количеству анализов. По результатам гранулометрического анализа аллювиальные суглинки следует классифицировать как пылеватые, легкие и средние, реже тяжелые.
Из физических свойств необходимо отметить повышенную плотность и невысокую водонасыщенность (не более 0,8), а также среднюю •сжимаемость (а изменяется в пределах 0,010—0,066 см2/кг).
Эти породы обладают просадочностью лишь при действии дополнительных нагрузок. Коэффициент относительной просадочности колеблется от 0,002 до 0,093 (в среднем 0,042). Среди образцов аллювиальных лёссовых пород встречены как просадочные, так и непросадочные разности.
А л л ю в и а л ь н ы й к о м п л е к с . Породы аллювиального генезиса представлены неоднородной толщей песков, супесей, суглинков, глин и нлов. Мощность этих отложений изменяется в широких пределах, достигая в низовьях Дона 33 м. Особое место занимают старичные образования, состоящие из заиленных глинистых пород, мощность которых в поймах крупных рек достигает 8—15 м. Общее представление об условиях залегания и мощностях пород аллювиального комплекса дают поперечные разрезы долин рек.
Рис 85 Зависимость модуля деформации (Ip) от вертикального давления для иород эолово-делювиального комплекса:
л — для суглинков легких, б — д л я суглинков средних, в — для суглинков тяжелых; г —для глин
280
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
'УСЛОВИЯ
ДОНБАССА
Песчаные породы (в основном русловые образования) характеризуются пестрым гранулометрическим составом (табл. 38) и в основании толщи, как правило, представлены более грубым гра'вийно-песчаным материалом (гравия до 50, реже 70%). Водопроницаемость их изменяется от 2 до 30 м/сугки (гравелисто-песчаных образований — до 50 м/сутки).
Отложения пойм представлены супесями, суглинками (легкими, средними и тяжелыми) и глинами. Большое распространение имеют гтинисто-суглинистые образования, супеси имеют ограниченное развитие и чаще встречаются в виде линз и прослоев.
Супеси в значительной мере опесчанены, содержание фракций песка доходит до 80%. Глинисто-суглинистые отложения в подавляющем большинстве анализов представлены пылеватыми разностями
Удельный вес, влажность, пористость и пластичность с переходом от легких к более тяжелым разностям возрастают. Плотность пород изменяется в обратном порядке — супеси и легкие суглинки отличаются повышенными значениями объемного веса скелета. Результаты обобщения коэффициентов компрессии свидетельствуют о том, что эти грунты в большинстве случаев обладают средней сжимаемостью (в интервалах нагрузок I—2 и 2—3 кГ/см2).
Испытания глинистых пород пойм па сдвиг (образцы с ненарушенной структурой после предварительного уплотнения под водой при нормальных давлениях 1, 2 и 3 кГ/см2) показывают, что с возрастанием песчанистости этих пород увеличиваются углы внутреннего трения и уменьшается сцепление (табл. 39).
Отложения стариц изучены недостаточно. В разрезах аллювиальной толщи они присутствуют в виде линзообразных залежей с чрезвычайно прихотливыми контурами. Представлены эти отложения суглинками и глинами, в разной степени заиленными и содержащими большое количество органических остатков.
Характерными особенностями старичных грунтов являются их водонасыщечность, мягкопластичная и текучая консистенция, заиленность и высокая пористость. По данным испытаний образцов на сдвиг без предварительного уплотнения угол внутреннего трения в среднем составляет 8° 14' (пределы колебаний 2° 52'—19° 17'), сцепление в среднем 0,31 кГ/см2 (пределы колебаний 0,09—0,72 кГ/ом2 по 8 определениям)
Комплекс аллю'виально-делювиальных отложений. Широко развитые в долинах балок и рек аллювиально-делювиальные отложения — это переотложенные склоновые образования, представленные суглинисто-глинистыми пародами с прослоями мелкозернистых песков и ила. Мощность их изменяется от 1 до 10—12 м (устьевые части балок).
В гранулометрическом составе этих пород преобладают пылеватые фракции. Глинисто-суглинистые их разности отличаются сравнительно невысокими показателями пластичности (среднее значение числа пластичности для глин составляет 20,7%). Судя по коэффициенту водонасыщенности (средние значения g>0,8), эти породы в большинстве случаев водонасыщены, консистенция их изменяется от твердой до мягкопластичной, реже текучей. Водопроницаемость пород этого комплекса колеблется от 0,5 до 3,4 м/сутки, максимальные значения коэффициента фильтрации наблюдаются в опесчаненных прослоях.
Аллювиально-делювиальные отложения характеризуются средней сжимаемостью (табл. 40). При проведении компрессионных испытаний в водной среде наблюдаются более высокие значения коэффициентов компрессии.
282
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
'УСЛОВИЯ
ДОНБАССА
s is
а
я х
ч
>Sал,;оW£
ю «
яXоS_e^
X Xt^ е 0GMI C1 с «8>-gев Ii
ОоЯч ю><&_>>ся_
Uн жО)
a Oii QНS J^=СQОIh <
0OHSшX«J.¾тO=(U¾¾па^C¾I^
?
ч * ?
и
QОJQЧJ VS QЧJ
О>>
Сцепление суглинисто-глинистых разностей колеблется от 0,1 до 0,3 кГ[см2. Значение угла внутреннего трения изменяется от 18 до 22°.
Элювиально-делювиальн ы й к о м п л е к с пород распространен в основном в центральной части Большого Донбасса, в местах неглубокого залегания коренных отложений. Характер его образований определяется литологическим составом коренных пород. Нередко элювиальноделювиальные образования незаметно переходят в подстилающие породы коренной основы.
Образования, материнскими породами для которых послужили скальные каменноугольные (известняки, песчаники) и докембрийские породы (граниты, диориты и др.), состоят из крупных обломков разной формы и величины с песчаным и песчано-глинистым заполнением. Элювиально-делювиальные отложения из полускальных каменноугольных пород (глинистые и песчано-глинистые сланцы) представлены рыхлым песчано-глинистым материалом с обломками песчаников и сланцев.
Этот комплекс, залегающий на мергельно-меловых отложениях, обычно представлен мергелистыми глинистыми образованиями (супесями, глинами), местами с дресвой и щебнем мергелей. Мощность его иногда достигает 4—5 м. Среди глинистых образований элювиально-делювиального комплекса встречаются и облёссованные разности пород, мощность которых не превышает 3—5 м. Это практически непросадочные грунты.
В пределах открытого Донбасса на характер и мощность пород элювиально-делювиального комплекса накладывает отпечаток и степень метаморфизма каменноугольных отложений. Аргиллиты в районах развития слабо метаморфизованных пород выветриваются до состояния сланцеватых глин, но элювий аналогичных пород высокой степени метаморфизма представлен обломочным материалом с песчано-глинистым заполнением. Эти породы характеризуются весьма неоднородным гранулометрическим составом, относительно высокими ве-
ОБЩАЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
БАССЕЙНА
283"
личинами удельного веса, значительными колебаниями показателей пластичности и повышенной плотностью. По величине показателя степени водонасыщенности это влажные и водонасыщенные породы.
К о м п л е к с м о р с к и х ч е т в е р т и ч н ы х ' о т л о ж е н и й . Он представлен песками с 'прослоями глин, участвующими в строении древнечерпоморских ,и древнеэвксинских террас на побережье Азовского моря. Породы мало изучены в инженерно-геологическом отношении. С поверхности эти отложения перекрыты мощным лёссовым покровом.
Коренные породы. К а р б о н а т н о - т е р р и г е н н а я ф о р м а ц и я объединяет отложения сарматского, мэотическаго и понтического ярусов неогена, распространенные в Северном Приазовье и в меньшей мере на правобережье Дона. В составе формации выделен один комплекс, характеризующийся преимущественным развитием терригенных образований— глин и песков, чередующихся с прослоями известняков-ракушечников и известковистых песчаников. Характерной особенностью, придающей своеобразие комплексу этих пород, является присутствие <в разрезе ноздреватых «ли рыхлых известняков-ракушечников, мощность которых составляет 3—12 м.
Повышенной пористостью и низкой механической прочностью отличаются понтические известняки; более высокие показатели механических свойств характерны для известняков сарматского яруса (табл. 41).
Широко распространенные ,песчано-глинистые отложения комплекса в инженерно-геологическом отношении почти не изучены. Пески по гранулометрическому составу мелко-, средне- и разнозернистые, иногда глинистые (табл. 42).
К в е р х н е т е р р и г е н н о й ф о р м а ц и и относятся неогеновые и палеогеновые песчаные отложения, переслаивающиеся с полускальными породами (песчаниками, мергелями, местами кварцитами). Они широко развиты на западных, северных и восточных окраинах Большого Донбасса.
Преобладают в составе формации песчаные разности. Гранулометрический состав песчаных образований весьма неоднороден. Среди них встречаются пески мелко-, средне- и разнозернистые, местами глинистые, известковистые. Важно отметить, что на западных и северных окраинах Донбасса обводненные пески бучакской, харьковской, полтавской свит, а на востоке— бучакско-каневских и палеоценовых отложений обычно оплывают в стенках 'выработок.
Полускальные породы (песчаники, мергели, кварциты) залегают в виде прослоев и пластов разной мощности (до 30 м) во всех без исключения свитах ,неогена и палеогена, причем к киевской свите приурочены карбонатные разности этой группы пород. Состав цемента песчаников различен — глинистый, известковистый, кремнистый. Кварциты, цементом которых служит аморфный кремнезем, характеризуются более высокой прочностью по сравнению с другими полускальными породами комплекса.
К отложениям полтавской свиты приурочены пластообразные залежи огнеупорных глин. Они отличаются повышенным содержанием глинистых фракций, твердой и полутвердой консистенцией, высокой степенью водонасыщенности, высокими показателями пластичности (табл. 43). П о д водой при вертикальных нагрузках 1—3 кГ/см2 глины несжимаемы или слабосжимаемы. Величина сцепления их составляет 0,3—0,6 кГ/см2, углы внутреннего трения изменяются от 15 до 21° 30' (в условиях консолидированного сдвига при увлажнении).
К верхнетерригенной формации отложений отнесены и красно-бурые глины, распространенные на участках водоразделов периферийных
II
vщЩ S
I M-
II
S "sff"
I
i¥
a =
JlU
s=j I
JS1^ m
лм
a . - = 7 j jj=,
i .=4 , j
—
Ht I
I-- x
; .
—
' T aj .
Г—.
-
—
''7
SP=
TX
[
X
^==-
•r
I
S - JTTr-b Tr
' г
3
fS -- i
i
J
- —
J
i
si" Z
I
T— L S---«-- —14
- i TL
.
JS I l• ГЕ
3
J --1
•-Л-
: K
iX.
g
2: '
J
286
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
'УСЛОВИЯ
ДОНБАССА
частей Большого Донбасса. Зти глины плотные, местами вязкие, содержащие конкреции карбонатов, друзы и единичные кристаллы гипса, железисто-марганцевые примазки и бобовины.
В минеральном составе глинистой части этих отложений преобладают минералы монтмориллонито-гидрослюдистого комплекса. Гранулометрический состав их характеризуется примерно равным соотношением глинистых и пылеватых фракций. Красно-бурые глины отличаются небольшими значениями влажности, сравнительно невысокой пористостью, средней сжимаемостью (в интервале нагрузок 1—3 кГ/см2). Преимущественно это очень влажные и водонасыщенные грунты.
К а р б о н а т н а я ф о р м а ц и я включает мергельно-меловые отложения верхнего мела (Cr2t—m). Литологический состав их неоднороден: среди них выделяются чистые и слабоглинистые разности мела, а также ме.ргели мелскподобные и глинистые, частью кремнеземистые, местами глины. Литологическое разнообразие этих отложений накладывает отпечаток на их физико-'механические свойства.
Удельный вес мергельно-меловых пород в большинстве случаев составляет 2,7—2,71 г/см3, понижаясь только у кремнеземистых мергелей до 2,66 г/см3 и у глин до 2,6 г/см3. Средние значения объемного веса скелета чистых и слабоглинистых мелов равны 1,36—1,37 г/см3, для мелоподобных мергелей величина этого показателя возрастает до 1,62 г/см3г для глинистых мергелей — до 1,75 г/см3. Пористость чистых мелов в среднем составляет 49-—50%, мелоподобных, глинистых и кремнеземистых мергелей 35—47%, известковистых глин — 40%- Сопротивление сжатию чистых мелов в сухом состоянии большей частью характеризуется значениями от 30 до 55 кГ/см2, для кремнеземистых мергелей—100— 150 кГ/см2, иногда до 383 кГ/см2.
Водонасыщенные мергельно-меловые породы обладают пониженной прочностью: сопротивление сжатию мелов равно в среднем 10 кГ/см2, мелоподобных и глинистых мергелей 30—65 кГ/см2. Коэффициент компрессии мелов и мелоподобных мергелей ненарушенной структуры составляет 0,003—0,02 см2/кГ при нагрузках до 3 кГ/см2, что позволяет отнести их к слабосжимаемым грунтам.
К карбонатной формации отнесен также агломератовый комплекс, однако физико-механические свойства агломератов не изучены.
Н и ж н е т е р р и т е й н а я ф о р м а ц и я . В состав этой формации входят отложения юры, нижнего мела, а также сеноманского яруса верхнего мела. Преобладают глинистые породы, чередующиеся с песчаниками, алевролитами, известняками и конгломератами, имеющими подчиненное значение.
Показатели пластичности <и влажности юрских глин с Голосниковского месторождения мела приведены в табл. 44.
С о л е н о с н а я ф о р м а ц и я объединяет славянскую и краматорскую свиты нижней перми и представлена преимущественно хемоген-
Т а б л и ц а 44 Показатели пластичности и влажности юрских глин
Литол огическая разность
Количество определе-
ний
Естественная влажность, %
верхний предел
Пластичность, /о
нижний предел
число пластичности
Глины . . .
5
30,9 28—39,7
63 52—69
30 29—32
32 28—39,7
ОБЩАЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
БАССЕЙНА
287"
ными породами: каменной солью, гипсом, ангидритом, известняками. В меньшей мере распространены аргиллты и алевролиты (табл. 45).
Т а б л и ц а 45 Показатели механической прочности пород
соленосной формации ( к Г / с м 2 )
Гипс (23 опр.) Ангидрит (28 опр.)
Каменная соль (5 опр )
Известняк (7 опр.)
Алевролит (24 опр.)
126,4 82,6—160
501,5 194,3—941,4
247,5 238,4—257,6
212,4 68,6—317,5
167,2 105,4—252,5
Объемный вес каменной соли изменяется в пределах 2,03— 2,22 г/см3 при среднем значении 2,12 г/см3 (по 5 определениям).
Верхние горизонты пород формации, непосредственно выходящие на поверхность, выщелочены на глубину до 120 м.
К р а с н о ц в е т н ы е породы верхнего карбона, перми и триаса разделяются на два комплекса: 1) аргиллито-алевритовые породы свиты Сз3 (выше известняка P ^ .и картамышской и никитовской свит нижней перми; 2) песчано-глинистые отложения верхней перми (дроновская свита) и триаса. Среди отложений первого комплекса преобладают аргиллиты (60—80%) и алевролиты. Песчаники, известняки, доломиты и каменная соль в разрезе встречаются реже.
Глинистые разности пород картамышской свиты изучались наДальHejCepe6pянском руднике. Физико-механические свойства залегающих в кровле доломитов красно-бурых глин (по двум образцам) характеризуются следующими показателями: объемный вес — 2,3—2,34 г/см3, влажность — 9,7—11,5%, пористость — 23,8%, давление набухания — 8 кГ/см2, предел прочности на одноосное сжатие —57—58 кГ/см2. Образцы глины размокают в течение 1—5 суток.
Комплекс пород верхней перми и триаса сложен песчаниками, имеющими преимущественное развитие, а также глинами. Среди этих пород наблюдаются прослои конгломератов, песков, аргиллитов и алевритов.
Дачные о физико-механических свойствах песчаников дроновской свиты помещены в габл. 41. Широкие колебания значений показателей сопротивления сжимающим усилиям объясняются различным цементом песчаников — от глинистого до карбонатного.
Серебрянская свита триаса на одном из участков канала Сев Донец— Донбасс сложена чередующимися слоями глин и песков. Глины голубовато-зеленые, алеврмтистые, плотные, с включениями известковых конкреций. Гранулометрический состав глин характеризуется высоким, содержанием 'песчаных фракций и широким диапазоном крайних их значений, а также значительным количеством глинистых частиц. Глины имеют невысокие величины числа пластичности, полутвердую и твердую консистенцию, а также способны набухать при увлажнении. Величина набухания колеблется от 10 до 20% при среднем значении 13%.
Глинистые пески свиты слабо сцементированы, их временное сопротивление сжатию при естественной влажности в среднем равно 3 кГ/см2^ под водой — вдвое меньше.
В составе серебрянской свиты преобладают разнозернистые песчаники, слабо изученные в инженерно-геологическом отношении. Некоторые показатели их физико-механических свойств помещены в табл. 46.
288
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
'УСЛОВИЯ
ДОНБАССА
T а б л и ц-а 46
Изменение физико-механических свойств пород среднего карбоиа в зависимости от степени метаморфизма (по данным треста «Артемгеология»)
Наименование пород
Группа
мета- Влажность, Пори-
мор-
стость, %
физма
П
р
е
д
е
лы п кГ[с
рко2 ч
нос
т
и
,
<очиче-
CTBO
шредена одноос- на одноос- теиий ное сжатие ное растя-
жение
Атевролиты . .
Сланцы алевритовые Сланцы глинистые Станцы атеврнтовые С танцы алевритовые
д
1,85
13,6
230
_
4
1,27—3,1 6,4—19,1 215—238 41
3
13,2
265
52
10
1,3—5,Ь 10—16,5 214—ЗЬО 40—Ь4
2,9
11,4
249
35
14
1,7—5,3 5 , 1 - 1 6 , 2 194—307 3 0 - 4 1
г
1,2
12,7
685
56
248
0,2—3,5 5,7—19,3 240—970 20—90
1,3 0,2—3,5
7
560
58
252
1—15 270—850 30—120
1,9 0,2—4,8
6,9
390
45
115
2—16 320—720 20—80
ж
0,9
6,2
1025
70
40
0,1—2,Ь 4—10 620—1540 40—100
0,9
5
690
65
70
0,5—1,4 2 - 8 410—950 50—90
1,2
1,5
455
55
68
0,5—2,3 2—11 240—700 30—100
к
0,6
4,2
1100
82
60
0,2—1,6 1 - 9 480—1560 50—120
0,8 0,4—1,5
4
855
70
54
1—7 5 3 0 - 1 1 8 0 40—100
1,1
3,8
450
50
30
0,4—1,9 2 - 6 290—670 30—70
ОС
0,5
0,2—1
3,7
920
80
18
2—5 590-1230 60—100
0,8
4
650
69
26
0,5—1,8 3—9 320—980 40—90
1
0,6—1,4
5
430
60
21
4—7 270—650 30—100
T
0,5
0,2—0,7
4
1105
105
19.
3—7 800—141( 80—150
0,8 0,4—1,1
4
675
67
36
2—5 450—920 30—100
1,2
5
380
50
16
0 , 7 - ) , 7 2—8 270—450 40—70
ПА
0,6
0,3—0,9
3
760
85
1—5 620—920 80—90
8
ОБЩАЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
БАССЕЙНА
289"
Наименование пород
Продолжение табл. 46
Группа Влажность,
м ор-
К
физма
Пористость, %
Пределы прочности,
KpCMi
Коли-
чество
на одноосное сжатие
на одноосное растя-
жение
определений
0,7 ПА
0,5—0,8
А
0,4
0,1—1
0,6 0,2—1,2
0,9 0,2—1,3
4
400
60
12
2—5 320—480
—
3
1285
100
40
1—5 820—1970 70—150
4
787
73
45
1—5 500—1060 50—100
4,5
544
63
29
2—6 360—730 40—110
П р и м е ч а н и е . Наименование глинистых пород карбона приводится в соответствии о классификацией, принятой в I томе монографии «Геология месторождения угля и горючих сланцев», согласно которой к аргиллитам и алевролитам относятся глинистые породы, распространенные в районах залегания углей марок Г н Д, а к глинистым и алевритовым сланцам — породы, развитые в районах распространения более интенсивно метаморфнзованных углей
У г л е н о с н а я ф о р м а ц и я . С 'инженерно-геологической точки
зрения наиболее важным обстоятельством, определяющим различие
свойств и состава каменноугольных (пород Донбасса, является степень
метаморфизма. Интенсивность метаморфизации пород в пределах бас-
сейна возрастает с запада на восток и от периферии к центральной
части бассейна в соответствии с увеличением их мощности.
В настоящее время отсутствуют достаточные классификационные
критерии для разделения каменноугольных пород по степени метамор-
физации на основе особенностей состава самих пород. С этой целью
используется марочный состав углей, 'промышленная классификация
которых отражает, в частности, и степень метаморфизма. Тем самым
условно допускается отождествление степени воздействия процессов
метаморфизма на угли и вмещающие породы, хотя правомерность такого
допущения остается дискуссионной.
Исходя из различий в минеральном составе и физико-механических
свойствах,
каменноугольные
породы
(C
i
2—C
3 3
до известняков
P4)
целесообразно разделить на три комплекса соответственно следую-
щим группам марок углей: 1) Д Б ' Д ' Г , 2) Ж'К'ОС'Т и 3) ПА'А.
Установлено (Васильев, Малинин, I960), что минеральный состав
претерпевает существенные изменения 'под влиянием метаморфизации.
Если в песчано-глинистых породах (аргиллитах, алевролитах, песчани-
ках), 'вмещающих угли марок Д Б , Д и Г, не отмечается заметного ее
влияния, то в аналогичных /породах переходной группы (Ж'Т) появля-
ются вторичные образования — слюды (серицит и гидромусковит),кварц.
С увеличением степени метаморфизации (в районах распространения
углей марки А) в минеральном составе пород обнаруживается значи-
тельное развитие вторичного кварца и кальцита, породы приобретают
сланцеватость.
В каменноугольных известняках под влиянием метаморфизма про-
исходит перекристаллизация карбонатов. Особенно отчетливо это явле-
ние прослеживается на раковинах организмов. В известняках, входящих
в состав высокометаморфизованных пород, края .раковин совершенно
сливаются с окружающей карбонатной массой; неизменной остается
лишь центральная часть.
290
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
'УСЛОВИЯ
ДОНБАССА
Столь значительное преобразование минерального состава каменноугольных пород, происходящее .под влиянием метаморфизма, обусловливает и различие их свойств. С переходом к более высокометаморфизованным породам уменьшаются влажность и пористость и возрастает прочность. Однако метаморфизм неодинаково проявляется в свойствах пород разного петрографического состава. Наиболее четко изменение физико-механических свойств прослеживается в песчаниках, менее строгие зависимости отмечаются в алевролитах и аргиллитах.
Наряду со степенью метаморфизма существенное влияние на прочностные характеристики .пород оказывает состав цементирующего вещества. Изменение механической прочности на сжатие в зависимости от состава цемента можно проследить на примере песчаников, вмещающих угли марки Г. Из табл. 47 видно, что наиболее низкой прочностью обладают песчаники на глинистом цементе.
Т а б л и ц а 47 Показатели прочности песчаников иа глинистом цементе
Порода и состав цемента
Пределы прочности,
Количе-
кГ/см2
ство
опреде-
лений
иа ное
однооссжатие
на одноосное растя-
жение
Песчаники на глинистом цементе
Песчаники на серицито-глинистом цементе
Песчаники на серицито-кремнистом цементе
Песчаники на кремнисто-серицитовом цементе
Песчаники на серицито-кремнисто-карбонатном цементе . . .
62
325
37
162—488 20—74
4
382
41
314—512 35—46
225
607
54
310—904 24—85
21
612
45
330—893 23—66
28
942
64
584—1329 42—122
В верхних горизонтах, захваченных выветриванием на глубину порядка 100 м, породы каменноугольной системы обладают пониженной прочностью. Сопоставление свойств выветрелых и невыветрелых пород, залегающих на поле шахт Южно-Донбасских 1 и 2 (группа метаморфизма Г), приведено в табл. 48.
Возрастание прочности, а следовательно, и устойчивости пород в выработках с увеличением степени метаморфизации пород, наряду с другими факторами горнотехнических показателей, определяет условия разработки угольных месторождений Донбасса.
К а р б о н а т н а я ф о р м а ц и я . Породы карбонатной формации (Ci1) представлены известняками и доломитами, обнажающимися в бассейне р. Мокрой Волновахи. Механические свойства преобладающей литологической разности — известняков — помещены в табл. 48 Это породы скального типа, трещиноватые, закарстованные. Карст преимущественно погребенный, местами отмечен и современный карст. Глубина распространения закарстованных пород достигает 240 м.
ОБЩАЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
БАССЕЙНА
291"
Э ф ф у з и в н о - о с а д о ч н а я ф о р м а ц и я представлена переслаиванием полускальных (песчано-глинистых сланцев, песчаников, конгломератов) .и эффузивных скальных пород (базальтов, андезитов) среднего и верхнего девона. Значительное место занимают туфы, туфобрекчии и известняки. Эти породы развиты в виде узкой полосы, протягивающейся вдоль северной границы Приазовского кристаллического щита. В инженерно-геологическом отношении они изучены слабо. Имеющиеся сведения свидетельствуют о высокой прочности базальтов.
Свойства выветрелых и невыветрелых пород
Т а б л и ц а 48
Порода
Количество Влажопределе- ность, %
ний
Пористость, %
Пределы прочности, кГ!см2
на одноос- на одноосное сжатие ное растя-
жение
Песчаники 24
не затронутые выветриванием
18
5,1
22,3
148
24
1,3-9,9 10,5—27 99—235 18—31
1,6
2
400
35
0,8—3 5,4—17,4 252—711 24—45
Сланцы алевритовые
выветрелые
5,7
17,2
132
29
36
2,1—10,9 10,5—25,7 36—210 9—50
не затронутые выветриванием
1,8
5,3
289
42
9
0,8—2,4 4,2—7,9 198—370 34—52
Сланцы глинистые
8,2
24,6
135
37
20
2,4—16,9 12,3—33,3 56—183 23—50
3,3
10,9
280
31
не затронутые выветриванием
9
1,8-5,9 5,8—16,6 116—287 16—44
И н т р у з и в н ы е (граниты, диориты, перидотиты и др.) и м е т а м о р ф и ч е с к и е (гнейсы, амфиболиты) породы докембрия развиты в пределах Приазовского кристаллического щита. Эти породы обычно не вызывают сомнений при использовании их в качестве оснований сооружений. Они обладают высокой прочностью, что видно на примере гранитов Каранского месторождения.
Метаморфические породы характеризуются некоторым понижением прочностных свойств по плоскостям сланцеватости в сравнении с интрузивными образованиями. Данные о свойствах метаморфических пород отсутствуют.
Важное значение для строительства имеет трещиноватость пород. Мощность зоны трещиноватости скальных пород на территории Приазовского щита составляет около 100 м. Повышенной трещиноватостью, как правило, отличаются наиболее древние образования и мелкозернистые разности пород.
292
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
'УСЛОВИЯ
ДОНБАССА
Глава XIV
ХАРАКТЕРИСТИКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
НАЗЕМНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
УСЛОВИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРОМЫШЛЕННЫХ
И ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИИ И СООРУЖЕНИЙ
На большей части Большого Донбасса на водоразделах и их склонах основанием для фундаментов промышленных и гражданских зданий и сооружений служат лёссовые породы. На значительных площадях центральной (открытой) части бассейна и Приазовского кристаллического массива кроме лёссовых пород основанием для фундаментов служат разновозрастные коренные породы преимущественно полускального и скального типов.
Лёссовые породы, просадочные под влиянием собственного веса, встречаются лишь в юго-восточной части Большого Донбасса. К этому же району приурочены и наибольшие (до 15 м) мощности просадочной толщи (рис. 86).
Поверхность этой территории расчленена слабо. Уровень грунтовых вод на водораздельных участках Юго-Восточного Донбасса в большинстве случаев расположен на 'глубине более 10 м.
Строительство в районах развития лёссовых пород, просадочных под собственным весом, должно сопровождаться либо улучшением грунтов, либо применением специальных мероприятий, предотвращающих разрушительное действие просадки основания.
Лёссовые породы, дополнительно деформирующиеся при замачивании под нагрузкой, развиты на северных, западных и южных окраинах Донбасса. Это районы распространения преимущественно просадочных разностей лёссовых пород, где мощность просадочной толщи местами может достигать 10 м.
На южных окраинах имеются случаи деформаций зданий, вызванных доуплотнением лёссовых грунтов основания при замачивании. В Новочеркасске такие деформации отмечены у большого количества зданий. Деформации выражаются в появлении трещин в стенах и в раскрытии осадочных швов (в отдельных случаях достигающих 8—10 см). Величина просадок грунта под отдельными конструкциями достигает 17 см. Проникновению воды в грунты основания благоприятствуют разрушения асфальтовых отмосток у стен зданий, а также отсутствие специальной планировки территории.
Сведения о разрушительных деформациях зданий, построенных на лёссовых породах в пределах северной и западной частей Большого Донбасса, отсутствуют. Однако, исходя из общей оценки физических и просадочных свойств указанных отложений, на этих площадях распространены лёссовые породы, обладающие меньшей способностью к деформации при замачивании, чем на южных окраинах.
Поверхность северных и западных окраин сильно изрезана овражнобалочной сетью и долинами Сев. Донца и его притоков. В среднем и нижнем течении этих рек долины широкие, что вызывает необходимость сооружения мостовых переходов большой протяженности (до нескольких сотен метров). Поверхность южной части Большого Донбасса (Северное Приазовье) слабо расчленена, речные долины узкие, вследствие чего сооружаемые на этой территории мосты имеют меньшую протяженность. На севере (левобережье р. Сев. Донца) и западе грунтовые воды могут быть вскрыты на глубинах 10—12 м (грунтовые воды типа верховодки —
i It'SSl&ltSI
il|;j||||l|j in
•"-si Jif |lr lit Sli
JilIlsJlI=Sils
294
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
'УСЛОВИЯ
ДОНБАССА
на 5—10 м), в пределах Северного Приазовья — на глубинах 5—10 м, на отдельных участках— 10—20 м.
Несмотря на глубокое залегание грунтовых вод на большей части Большого Донбасса, следует учитывать возможность подъема их уровня на застроенных участках, что особенно опасно, если в основании сооружений залегают просадочные разности лёссовых пород. Случаи повышения уровня грунтовых вод отмечены в городах Новочеркасске и Каменске. На территории одного из заводов в Новочеркасске, расположенного на II надпойменной террасе р. Тузлова, уровень грунтовых вод поднялся за 11-летний период с 19—20 до 2—3, а местами до 1,5 м от поверхности.
Причины повышения уровня грунтовых вод на застроенных участках изучены недостаточно. Это явление, очевидно, обусловлено рядом факторов, в том числе усилением конденсации влаги под асфальтированной поверхностью, потерей промышленных вод, уплотнением грунтов в основании сооружений и т. п
Лёссовые отложения на площади открытого Донбасса и кристаллического массива большей частью представлены непросадочными разностями, но местами встречаются просадочные лёссовые грунты, мощность которых обычно не превышает 3—5 м. На этой территории в пределах глубины заложения фундаментов могут быть встречены и коренные породы карбона и докембрия, а также элювиально-делювиальные образования, представляющие собой достаточно прочное основание для всех типов сооружений
Сложные условия строительства зданий и сооружений создаются в открытой части Донбасса в связи с подработкой этой территории. На подрабатываемых участках отмечены многочисленные случаи деформаций промышленных и гражданских зданий. Некоторые трудности при строительстве (особенно при строительстве дорог, газопроводов и др ) могут быть обусловлены сложным рельефом. Расчлененность поверхности вызывает необходимость возведения на этой площади дорогостоящих инженерных сооружений (мостов, глубоких выемок) или приводит к удлинению трасс в том случае, если линейные объекты вписываются в рельеф.
При строительстве зданий в открытом Донбассе приходится принимать во внимание газоносность каменноугольных отложений. В некоторых районах открытого Донбасса наблюдается очень высокая степень газообильности угольных пластов и вмещающих пород, причем метановая зона (зона, в составе природного газа которой содержится более 80% CH4) залегает на глубинах 100—150 м от поверхности. Опыт эксплуатации зданий в этих районах показывает, что в подвальных помещениях зданий может наблюдаться повышенное содержание метана— 7—8% (с. Ольховчик, Торезский район и др.). Это явление вызвано миграцией газа к поверхности по трещинам.
Проникновение газа к поверхности на подработанных участках происходит по трещинам, образовавшимся в результате сдвижения горных пород над выработанным пространством, а также по трещинам выветривания. Миграция газа идет и через сдренированные горными выработками водоносные горизонты, осушенные трещины которых становятся дополнительными путями для движения газа. Кроме того, имеются случаи миграции газа к поверхности по тектоническим трещинам (пос. Дорофиенко), а также по старым заброшенным выработкам, выходящим под здания (комбинат шахты «Красная Звезда»), В настоящее время разработано несколько методов по предотвращению проникновения газа в помещение: тампонирование трещин и отсасывание газа эксгаустером.
XAP \ К Т Е Р И С Т И К А ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИИ
295
Применяются также открытые скважины, дренажные траншеи и комбинированные методы.
Для предупреждения скопления и проникновения газа в районах нового строительства должны предусматриваться следующие меры — хорошее проветривание цокольной части зданий и укладка изоляционного слоя в местах возможного выхода газа.
Неблагоприятными для строительства на территории всего Донбасса являются современное карстообразование, оползневые процессы и другие физико-геологические явления.
Характерные особенности !имеет наземное строительство в речных долинах, т. е. в пределах распространения аллювиальных отложений. В большинстве случаев песчано-глинистые породы аллювия оказываются достаточно прочным основанием для многочисленных гражданских зданий и крупных промышленных объектов (Краматорск, Славянск и др.), но илы и старинные грунты обладают низкими несущими свойствами. Возможность использования этих грунтов в качестве основания должна изучаться в каждом отдельном случае. Имеющийся опыт строительства свидетельствует о том, что при значительном площадном распространении илов !или заиленных старинных отложений их следует удалять, заменяя более устойчивыми .породами. Строительство в долинах рек осложняется и удорожается неглубоким залеганием уровня грунтовых вод.
УСЛОВИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
Разнообразие природной обстановки на площади Большого Донбасса определяет и различие условий возведения гидротехнических сооружений на разных частях территории. Прежде всего оно связано с особенностями геологического строения территории и хорошо заметно при сравнении площадей открытого Донбасса и кристаллического массива с закрытыми периферийными районами. Эти особенности (главным образом характер пород и условия их залегания) находят выражение в различии рельефа и, в частности, в форме речных долин. Так, на возвышенных участках открытого Донбасса и кристаллического массива долины рек узкие, но сравнительно глубокие, что предопределяет возможность устройства водохранилищ с небольшой емкостью На окраинных равнинных частях Большого Донбасса (исключая Северное Приазовье) протекают крупные реки с широким,и долинами, позволяющими создавать водохранилища типа Цимлянского и Краснооскольского. Особое место занимают слабо разработанные долины рек Северного Приазовья, 'пригодные для сооружения малых водоемов.
Своеобразно и строение береговых склонов на указанных частях территории. В то время как в периферийных районах Большого Донбасса на склонах долин залегают преимущественно лёссовые породы (исключение составляют левобережные притоки Сев Донца), в пределах обнаженной части Донбасса береговые склоны часто образованы трещиноватыми каменноугольными и докембрийскими породами. На левобережье р. Сев. Донца в примыканиях пойменных плотин водохранилищ нередко залегают трещиноватые породы мергельно-меловой толщи верхнего мела.
Наиболее сложные условия строительства прудов и водохранилищ отмечаются в открытой части Донбасса и кристаллического массива, что в первую очередь объясняется трещиноватостью пород в зоне выветривания.
Трещины выветривания иногда характеризуются значительными размерами и высокой водолроводимостью, например на одном из участ-
XAP \ К Т Е Р И С Т И К А ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИИ
297
ков р. Ломоватки. Здесь песчаники покрыты маломощным слоем суглинков. Ширина трещин в них изменяется от волосяных до 20 см. Величина водопоглощения по трещине в песчаниках составляет560л]мин (рис.87).
Сложная обстановка создалась на участке сооружения плотины Верхне-Кальмиусского водохранилища в связи с залеганием в правом примыкании плотины сильно трещиноватых песчано-глинистых пород свиты C32 (см. рис. 87, а). Мощность зоны повышенной трещиноватости колеблется в пределах 20—25 м от поверхности коренных пород, максимальная ширина трещин составляет 1 см. Лёссовый покров на склоне либо отсутствует, либо имеет небольшую мощность — до 2 м.
Коэффициенты фильтрации трещиноватых каменноугольных пород, по данным Укргидропроекта, ,изменяются от 2 до 25 м/сутки (в среднем 10 м1сутки). При заполнении водохранилища из-за недостаточной цементации трещиноватой зоны наблюдались сосредоточенные выходы фильтрационных вод ниже плотины на 40-метровом участке вдоль правого склона. В результате дополнительных изысканий на этом участке было рекомендовано усиление цементационной завесы, экранирование склона и устройство разгрузочных скважин в нижнем бьефе. На левом берегу покров лёссовых пород значительной мощности послужил экраном, препятствующим фильтрации в залегающие ниже коренные породы аналогичного литологического состава.
Однако далеко не всегда залегание трещиноватых пород в бортах или ложе водохранилища требует дополнительных мероприятий по предотвращению фильтрации, поскольку в открытом Донбассе развиты трещиноватые породы с низкими фильтрационными свойствами, например, андезиты девона на участке Верхне-Стыльского водохранилища (р. Мокрая Волноваха). Мощность их трещиноватой зоны колеблется от 0,8 до 10 м, величина водопроницаемости в среднем равна 0,46 м!сутки.
Невысокие значения коэффициентов фильтрации установлены в гранитах и сиенитах докембрия, залегающих в долине р. Кальмлуса в районе Павлопольского водохранилища (см. рис. 87, б). Зона трещиноватых пород распространяется здесь на глубину до 28 м. Трещины носят закрытый характер. Наибольшее значение коэффициента фильтрации, полученное для таких пород, составляет 1 м/сутки.
В центральной повышенной части Большого Донбасса отмечается интенсивное заиление прудов и водохранилищ. Высокие скорости заиления наблюдаются на Клебанбыкском и других водохранилищах. Это объясняется повышенной плоскостной эрозией в условиях глубоко расчлененного рельефа. Ливневый характер выпадающих здесь осадков также способствует заилению водоемов.
К числу весьма неблагоприятных факторов, которые следует учитывать при размещении водохранилищ, необходимо отнести подработку поверхности. Большая часть предприятий, ведущих разработку полезных ископаемых подземным способом, сосредоточена на площади открытого Донбасса. Известны случаи подработки рек Кальмиуса, Булавина, Бахмутки. Естественно, что подработанные участки рек непригодны для устройства водохранилищ.
Рис 87 Геслого-литологические профили
а — по створу плотины Верхие-Кальмиусского водохранилища- б — по створу плотины Павлопольского водохранилища на р Кальмиусе, в — по створу плотины Деркульской ГРЭС иа р Сев Донце, г — по створу Цимлянской плотины (по материалам Укргидро
проекта и Гидропроекта) /—^почвенный слой, 2 — пески, 3— супесн, 4 — суглинки, 5 — глины 6 — песчаио глинистые с л а н ц ы , 7 — песчаники; 8 — и з в е с т н я к и , 9 — мергели, 10— г р а н и т ы , Л — сиениты, 12 — илистость; 13 — т р е щ и н о в а т о с т ь , 14 — гравнйно-галечниковые включения, 15 — уровень грунтовых
вод, 16 — г р а н и ц а зоны интенсивной трещиноватости, 17 — с к в а ж и н ы
298
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
'УСЛОВИЯ
ДОНБАССА
Существенное значение при строительстве водохранилищ на левобережье р. Сев. Донца имеет трещиноватость меловых пород, обнажающихся по берегам рек. Известны случаи, когда пруды, сооруженные в балках на меловых породах, не держали воду. Так, коэффициенты фильтрации трещиноватой зоны мергельно-меловой толщи в районе Краснооскольского водохранилища достигают 40 м/сутки. Тем не менее при строительстве этого водохранилища удалось избежать значительных потерь на фильтрацию. Каменноугольные отложения распространены в пределах головных сооружений и примыкающей части водохранилища. Глинистые разности этих пород практически водонепроницаемы, коэффициенты фильтрации трещиноватых песчаных разностей составляют величину порядка 1 м/сутки. Д л я уменьшения фильтрации под плотиной проектом было предусмотрено устройство зуба с заглублением в коренные породы. Фильтрационные потери в примыканиях плотины, сложенных аллювиальными суглинками и мелкозернистыми песками, незначительны вследствие слабой водопроницаемости этих пород (см. рис. 87, г).
Особые трудности при сооружении водохранилищ возникают в местах выхода по долинам рек хемогенных пород нижней перми, легко растворимых в воде (гипсы, доломиты). В частности, неблагоприятные условия сложились в долине р. Бахмутки выше Артемовска, где породы соленосной толщи простираются вдоль реки. Вопрос о возможности строительства водохранилища на этом участке до сих пор остается открытым, так как имеются опасения, что подъем на несколько метров уровня реки может привести к большим потерям воды через закарстованные гипсы, прикрытые маломощным слоем аллювиальных отложений, в результате чего водохранилище окажется безводным.
Там, где трещиноватые и карстующиеся коренные породы выходят на поверхность, важную роль играет степень обнаженности склонов. Суглинисто-глинистый четвертичный покров на склонах образует естественный экран, препятствующий фильтрации в борта водохранилища. Такие участки наиболее благоприятны для устройства водохранилищ.
В ряде случаев крайне неблагоприятным фактором при возведении гидротехнических сооружений являются высокие фильтрационные свойства пород аллювиального комплекса. Среди них особого внимания заслуживают широко распространенные песчано-гравелистые отложения.
О величинах коэффициентов фильтрации аллювиальных песков разной крупности можно судить на примере песчаных отложений долины р. Сев. Донца, вскрытых на участке створа русловой плотины Деркульской ГРЭС (см. рис. 87, в). Коэффициент фильтрации тонко-и мелкозернистых разностей 2 м/сутки, среднезернистых в среднем 13 м/сутки (пределы колебаний 10,4—25,8 м/сутки), крупнозернистых в среднем 28,5 м/сутки (пределы колебаний 28,4—28,8 м/сутки), гравелисто-галечниковых прослоев в среднем 30 м/сутки (пределы колебаний 14— 36 м/сутки). В связи с высокими фильтрационными способностями базального горизонта и вышележащих песчаных отложений здесь потребовалось сооружение в плотине шпунтовой диафрагмы с заглублением ее на 1—2 м в залегающий под аллювием глиноподобный мел, который практически является водоупором.
Высокие значения коэффициентов фильтрации присущи пескам, залегающим в основании плотины Цимлянской ГЭС (см. рис. 87, д). Современные русловые отложения (средне- и разнозернистые пески) характеризуются коэффициентами фильтрации от 7,2 до 36 м/сутки. Древние аллювиальные образования, в составе которых преобладают те же песчаные разности, имеют более низкие коэффициенты фильтрации— до 20,8 м/сутки. Для уменьшения потерь на фильтрацию в основа-
XAP \ К Т Е Р И С Т И К А ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИИ
299
лии бетонной плотины было намечено сооружение двух шпунтовых рядов, заглубленных в водонепроницаемый слой мергеля на 1,5 м.
В Донбассе на водохранилищах обычно сооружаются земляные плотины. Материалом, чаще всего применяемым для отсыпки тела плотин, служат лёссовые породы (глины и суглинки).
Важное значение имеет опыт эксплуатации существующих гидросооружений на площади Большого Донбасса. В этом смысле интересны данные об устойчивости откосов канала Сев. Донец—-Донбасс. На открытых участках канала наблюдаются оползневые явления. По характеру глинистых пород, с которыми связано оползание откосов, можно выделить два района: первый приурочен к участкам развития триасовых отложений (серебрянская свита), второй — к участкам распространения глинистых разностей каменноугольных пород.
В первом районе оползневые процессы развиты на участках значительной протяженности (до 120—130 м). Один из оползней наблюдался у с. Высоко-Ивановки. Ширина тела оползня достигала 60 м. Мощность сползших пород на склоне 6—10 м, под дном канала 4 м. Тело оползня состояло в основном из четвертичных суглинков и лишь в центральной части подвижкой была охвачена верхняя часть триасовых глин, имеющих пластичную консистенцию. Оползневые явления на этом участке вызваны смачиванием поверхности глинистых пород триаса атмосферными осадками, аккумуляция которых происходила в дренажной прорези, находившейся выше канала. К контакту четвертичных сугл,инков и триасовых глин приурочен маломощный прослой триасовых песков, по которому происходило движение воды. Оползанию способствовало также наклонное залегание триасовых пород, падающих в сторону канала, а также наличие ложбинообразного понижения в их кровле.
В результате давления, оказываемого сползшей массой пород, произошла деформация поперечного сечения канала, глубина его уменьшилась с 2 до 0,8—1,3 м. На дне канала и нижней берме эбразовались валы выпирания. Эффективным противооползневым мероприятием в данном случае явилась разгрузка склона посредством срезки неустойчивого массива пород, которая привела к стабилизации оползневых явлений на участке.
К триасовым глинам приурочен оползень на этом же участке между ПК ПО и ПК 112. Канал пересекает здесь склон плато. На расстоянии 150—200 м от оси канала этот склон усложнен балкой, направленной почти параллельно каналу. Оползень расположен на склоне балки. Тело оползня состоит из четвертичных суглинков и глин, подстилающими породами служат триасовые глины. Фильтрационный поток из канала направлен в сторону балки. На склоне за время эксплуатации канала значительно повысился уровень грунтовых вод. Если до сооружения канала поверхность зеркала грунтовых вод находилась на глубине 6—• 7 м, то в результате фильтрационных потерь уровень ,их колебался в пределах глубин 0,1—5 м от поверхности. В непосредственной близости к каналу в понижении склона появился обширный заболоченный участок, а по склонам балки наблюдались сосредоточенные выходы грунтовых вод.
На склоне образовался оползневой цирк протяженностью около 600 м. Тело оползня было рассечено многочисленными трещинами. Вдоль его верхней границы наметился уступ, достигающий высоты 0,9 м. Плоскость скольжения в верхней части проходила по контакту триасовых и четвертичных отложений, а в нижней части ослабленная зона была приурочена к прослою суглинков текучей консистенции. Летом 1963 г. была сооружена дренажная система для перехвата фильтрационного потока, состоящая из поперечного и продольного дренажей. Изыскания,
300
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
'УСЛОВИЯ
ДОНБАССА
проведенные через год, показали слабую эффективность ее работы изза невысокой водоотдачи пород. Показательно, что в верхней части склона выше поперечного дренажа, в 50 ж от оси его, сохранились заболоченные участки, на склоне продолжались оползневые подвижки (высота оползневого уступа возросла до 2,4 м), а в нижней части оползня наметилось выпирание грунта!.
Оползни в откосах канала 1B районе развития каменноугольных отложений отличаются небольшими размерами (по длине 30—50 м), но серия таких мелких оползней приурочена к участкам значительной протяженности. На одном из таких участков оползни развиты в выветрелых глинистых разностях пород карбона, близких по литологическому составу к алевритам. Оползни имеют характер оплывин, причем оплыванием сразу не захватываются значительные мощности пород. В связи с низкими фильтрационными свойствами алевритов фильтрующейся из канала водой замачивается лишь верхний слой пород, одновременно происходит набухание, а вслед за ним и оплывание этото слоя. Затем замачивание захватывает более глубокие слои. На некоторых участках канала имели место оседания (до 20 см) бетонных плит облицовки, лежащих на лёссовых породах. Можно предполагать, что это произошло как в результате просадки, так и вследствие развития суффозионных процессов,.
ВЛИЯНИЕ ПОДЗЕМНЫХ РАЗРАБОТОК НА ПОВЕРХНОСТЬ
И ПОВЕРХНОСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
В результате подземных разработок нарушается равновесие вышележащей толщи горных пород, они приходят в движение и деформируются. Сдвижение горных пород, достигая земной поверхности, образует на ней впадину, называемую мульдой сдвижения. Степень деформирования земной поверхности зависит от различных горнотехнических и геологических условий (физико-механических свойств горных пород, глубины, мощности и угла падения отрабатываемого пласта, размера выработанного пространства, способа управления кровлей). В разных частях мульды величины деформаций земной поверхности неодинаковы. Поэтому здания и сооружения претерпевают различные деформации в зависимости от того, в какую зону мульды сдвижения они попадают.
Как правило, при значительных глубинах разработки пластов возникающие деформации не вызывают существенных повреждений подрабатываемых объектов. Однако известны отдельные случаи, когда здания и сооружения в результате подработки надолго выходили из строя или даже разрушались (рис. 88).
В зоне влияния горных работ в Донецком бассейне ежегодно находится более двадцати тысяч различных объектов. Однако нарушение нормальной эксплуатации происходит лишь в отдельных из них. С увеличением плотности застройки и развитием горных работ количество подрабатываемых сооружений будет возрастать.
В связи с этим очень важен правильный прогноз ожидаемых деформаций земной поверхности и проектирование мер по защите сооружений, расположенных в зоне влияния подземных разработок.
Многолетние исследования позволили установить основные закономерности процесса сдвижения горных пород и на основе этого разработать методы расчета ожидаемых деформаций земной поверхности.
При выемке угля без закладки выработанного пространства часть слоев и прежде всего непосредственная кровля пласта обрушается, что ведет к разрыхлению пород и увеличению их объема. 'Высота зоны свободного обрушения не превышает, как правило, 3—4-кратной мощ-
XAP \КТЕРИСТИКА
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИИ
301
ности пласта. Вышележащие слои, получив опару на обрушившиеся породы, прогибаются на меньшую величину. Их прогиб сопровождается появлением серий трещин, распространяющихся обычно на высоту не более 30—35-кратной мощности пласта. Эти трещины пересекают лишь отдельные слои и то не на полную их мощность. Трещины одного
Рис 88. Деформации жилого дома, подработанного выработками по нескольким крутопадающим пластам
слоя, как правило, смещены относительно трещин соседнего слоя. Густота и размеры трещин в значительной мере зависят от физико-механических свойств пород. В аргиллитах трещины обычно неширокие и расположены редко. Выше зоны трещиноватости происходит плавный прогиб слоев горных пород без разрыва их сплошности.
В каждой из зон имеются участки повышенного давления и разгруженные. Разгрузка участков происходит главным образом за счет отделения слоев от вышележащей толщи, а повышение давления — за счет передачи веса зависших пород на соседние участки. Н а участках повышенного (опорного) давления происходит сжатие пород и выдавливание их в сторону выработанного и разгруженного пространства.
302
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
'УСЛОВИЯ
ДОНБАССА
Сдвижение горных пород над выработанным пространством выражается на поверхности мульдой оседания, имеющей при больших размерах очистного пространства (при отношении длины лавы к глубине более 1,2—1,4) плоское дно, т. е. участок с максимально возможным при данной площади пласта оседанием. На этом участке сдвижения имеют равномерный характер.
В самых крутых частях мульды оседания — за пределами плоского дна или при его отсутствии (когда отношение длины лавы к глубине менее 1,2—1,4)—развиваются наибольшие напряжения, вызывающие неравномерные деформации поверхности и наземных сооружений. Величины максимальных сдвижений и деформаций земной поверхности находятся в тесной зависимости от ряда геологических и горнотехнических факторов.
Так, с увеличением мощности пластов прямо пропорционально увеличиваются сдвижения и деформации, а с увеличением глубины разработок они закономерно уменьшаются; с увеличением угла падения пластов увеличиваются горизонтальные сдвижения и деформации и уменьшаются вертикальные; с увеличением размеров выработанного пространства происходит увеличение сдвижений и деформаций земной поверхности; чем крепче порода, тем величина сдвижений и деформаций обычно меньше. При разработке крутопадающих пластов на земной поверхности часто образуются трещины и уступы по линии выходов пластов.
Особенности деформирования земной поверхности и его продолжительность в значительной степени зависят от физико-механических свойств пород, отражающих степень их метаморфизма.
Так, в районах распространения антрацитов заметные деформации поверхности появляются при размерах очистных выработок, превышающих половину глубины, в районах же распространения низкометаморфизованных углей влияние горных работ проявляется в том случае, если размер очистных выработок составляет около 0,3 глубины разработки. Чем выше метаморфизация горных пород, тем меньше зона сдвижения. Высота уступов, образовавшихся при 'разработке крутопадающих пластов в районах развития антрацитовых углей (при прочих равных условиях), примерно в 3 раза меньше, чем в районах распространения низкометаморфизованных пород.
Большое влияние на интенсивность и размеры сдвижения горных пород и земной поверхности оказывают горно-эксплуатационные факторы. При сплошной системе отработки мульды сдвижения на земной поверхности, образовавшиеся от нескольких выработок, в конечном счете сливаются в одну сплошную, в которой деформации поверхности (за исключением случаев разработки на малых глубинах и при 'крутом падении) носят плавный характер и не вызывают больших повреждений. При обрушении кровли максимальное оседание поверхности достигает 60—80% от мощности пласта, и процесс сдвижения протекает наиболее интенсивно. При закладке выработанного пространства сдвижение носит более плавный характер, и деформации поверхности (при полной гидравлической или пневматической закладке) бывают в 5— 7 раз меньше, чем при разработке с полным обрушением. Для защиты сооружений от влияния подземных разработок под сооружениями оставляются предохранительные целики, производится закладка выработанного пространства, частичная отработка пластов, очистные выработки располагаются с учетом строительства наземных сооружений. При проектировании сооружений предусматривается устройство деформационных швов, усиление их металлическими поясами и пр. Поскольку E Донецком бассейне горно-геологические условия разработки пластов
XAP \ К Т Е Р И С Т И К А ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИИ
303
и соответственно характер и степень деформирования земной поверхности изменяются в весьма широких пределах, выбор участков для строительства поверхностных сооружений представляет собой сложную и ответственную задачу. Наиболее остро стоит вопрос в крупных промышленных районах, имеющих большую плотность застройки, — ДонецкоМакеевском, Центральном, Чистяково-Снежнянском, Красноармейском, Тисичанском, Алмазно-Марьевском, Ворошиловградском, Краснодонском, Боково-Хрустальском и Шахтинско-Несветаевском.
Для условий пологого залегания пластов типичен Донецко-Макеевский район. Здесь одновременно разрабатывается обычно не более 3— 4 совместно влияющих пластов. Сдвижение пород на большей части территории района протекает плавно, и деформации поверхности редко достигают критических значений. Здания и сооружения переносят подработку в этих условиях сравнительно хорошо. Исключение составляют объекты, подрабатываемые на небольших глубинах или попадающие в неблагоприятную зону сдвижения. В дальнейшем развитие горных работ планируется главным образом за счет разработки нижних горизонтов, что при пологом залегании пластов будет оказывать на земную поверхность сравнительно слабое влияние.
По горно-геологическим условиям разработки пластов с ДонецкоМакеевским районом сходны Красноармейский и Чистяково-Снежнянский, но горные породы последнего более метаморфизованы и обладают повышенной прочностью. Влияние горных работ на земную поверхность здесь проявляется при значительных площадях выработанного пространства, когда размеры его достигают примерно половины глубины залегания разрабатываемого пласта.
Для Красноармейского района характерно распространение в неогеновых отложениях обводненных плывунных песков, прорывы которых в горные выработки могут привести как к выводу из строя некоторых из них, так и к образованию на поверхности провалов. В то же время довольно мощный кайнозойский покров сглаживает влияние горных разработок на поверхность и сооружения. Низкая степень метаморфизации пород в Красноармейском районе обусловливает сравнительно невысокую прочность горных пород, в связи с чем деформации земной поверхности начинаются при размерах очистных выработок, равных примерно 0,2—0,3 глубины разработки пласта.
Наиболее типичен для условий крутого залегания пластов Центральный район. Здесь, как правило, каждая шахта одновременно разрабатывает несколько пластов, совместно влияющих на земную поверхность.
Сдвижение пород происходит как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Неравномерность этих сдвижений нередко вызывает на поверхности образование трещин и уступов, размеры которых достигают иногда нескольких десятков сантиметров. Трещины и уступы возникают не только при небольшой глубине разработки, но и при глубинах свыше 500 м. Здания и сооружения, под которыми появляются трещины с уступами, испытывают сильные деформации и иногда выходят из строя. Наиболее развиты трещины и уступы на западе района, где степень 'метаморфизма и прочность горных пород наименьшая. Таким образом, строительство зданий и сооружений в Центральном районе Донбасса целесообразнее вести за пределами влияния горных работ или с введением в эти здания и сооружения соответствующих конструктивных мероприятий.
Для значительной части Лисичанского, Алмазно-Марьевского, Ворошиловград ского и Краснодонского геологопромышленных районов характерно наличие на продуктивной толще меловых отложений, а так-
304
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
'УСЛОВИЯ
ДОНБАССА
же большое разнообразие углов падения и глубин разработки пластов. В соответствии с этим в широких пределах колеблются величины деформаций земной поверхности. Специфика развития сдвижений в этих районах состоит в том, что мощные меловые отложения на отдельных участках существенно сглаживают влияние угла падения пластов на характер сдвижений и деформаций земной поверхности.
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ ДОНБАССА
ПО УСЛОВИЯМ НАЗЕМНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
Инженерно-геологическое районирование, впервые проведенное на территории Большого Донбасса, позволяет на предварительных этапах проектирования более экономично размещать строительные объекты с учетом особенностей природной обстановки разных его районов. В основу карты инженерно-геологического районирования по условиям наземного строительства положен принцип формационното (литолого-генетического) анализа геологического строения территории.
Самые крупные таксономические подразделения — регионы — выделены по признаку преобладания в верхних частях разреза коренной толщи одной или нескольких формаций, находящихся в сфере влияния наземных инженерных сооружений Этот признак при рассмотрении условий наземного строительства для Донбасса имеет первостепенное значение, так как границы структурных элементов в бассейне главным образом отражают особенности тектоники нижнего структурного этажа (герцинского), породы которого на границах структур перекрыты отложениями меловой, палеогеновой и неогеновой систем значительной мощности. В то же время именно состав и свойства этих пород, слагающих верхнюю часть коренной толщи, оказывают влияние на условия наземного строительства. Примером подобного несовпадения структурных границ с границами распространения покрывающих мезо-кайнозойских образований может служить Северодонецкий надвиг, оконтуривающий Донецкое складчатое сооружение с севера. Надвиг захватывает породы каменноугольной системы, но практически не распространяется на залегающие выше меловые и палеоген-неогеновые породы, мощность которых з полосе надвига достигает 200 м и более. Естественно, что граница между северной 'моноклинальной частью, сложенной карбонатной (Сгг) и верхнетерригенной (Pg-fN) формациями, и Донецким складчатым сооружением, сложенным в этой части каменноугольными породами (угленосной формации), должна быть проведена не по надвигу, а по линии выхода на поверхность пород угленосной формации. Аналогичная картина выявляется и вдоль западной траницы Донецкого складчатого сооружения, проводимой по Криворожско-Павловскому сбросу. Таким образам, в этих и ряде других случаев решающее значение при выделении самых крупных таксономических единиц — регионов — имеет характер распространения на территории преобладающих формаций в верхней части коренного основания С этой точки зрения площадь Большого Донбасса разделена на 7 регионов,.
Второе по значению место при инженерно-геологическом районировании принадлежит геоморфологическим условиям. По этому признаку внутри регионов выделяются области, сравнительно однородные по характеру преобладающих процессов рельефообразования, формам рельефа, степени и глубине расчленения поверхности. В отдельных случаях границы региона совпадают с границами области. Всего на территории Большого Донбасса выделяется 11 областей.
Внутри областей выделены низшие таксономические единицы — районы, выявление которых производится на основе оценки характера
XAP \ К Т Е Р И С Т И К А ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИИ
305
распространения и условий залегания геолого-генетических комплексов четвертичных пород. В каждой области по меньшей мере различаются два района. Один из них является районом преимущественного распространения лёссовых пород эолово-делювиального комплекса, отличающихся мощностью просадочной толщи и интенсивностью проявления лросадочных свойств; второй приурочен к площадям развития пород аллювиального и аллювиально-делювиального комплексов. В отдельных случаях при равнозначности условий наземного строительства в один район объединяются площади распространения пород элювиально-делювиального и эолово-делювиального комплексов малой мощности и спорадического распространения, когда наряду с рыхлыми четвертичными образованиями в зоне влияния нагрузок от сооружений оказываются скальные и полускальные породы. Таким образом, при выделении районов достигается обособление площадей с близкими условиями различных видов наземного строительства. Общее количество районов —• 24.
При районировании использованы геоморфологическая карта (см. рис. 9), карта мощностей четвертичных отложений (рис. 89) и др.
1 р е г и о н преобладающего развития пород верхнетерригенной формации (палеоген — неоген) занимает западную часть Большого Донбасса, ограничиваясь на востоке открытым карбоном, площадями развития пород красноцветной формации, обнажающихся в куполах, и карбонатной (Сгг) формации. Сюда относятся центральная часть грабена Днепровско-Донецкой впадины, Новомосковско-Петропавловская моноклиналь и юг Кальмиус-Торецкой котловины. В регионе выделены две области.
О б л а с т ь I—А — аккумулятивная равнина, характеризующаяся мягким сглаженным рельефом с абсолютными высотами поверхности до 150 м и слабой эрозионной расчлененностью глубиной до 100 м. Речные долины широкие, хорошо разработанные, с тремя-четырьмя террасами.
Район I—А—1. Лёссовые отложения эолово-делювиального комплекса в пределах района имеют мощности 20—30 м. На этой площади они условно отнесены к одному комплексу — эолово-делювиальному, хотя наряду с породами эолово-делювиального генезиса здесь залегают и облессованные породы водно-ледникового, озерного генезиса и др. Однако в настоящее время провести детальное генетическое расчленение этих толщ невозможно.
Лёссовые породы представлены преимущественно супесчано-суглинистыми, реже глинистыми разностями, деформирующимися при замачивании. Глубина нижней границы просадочной толщи в районе составляет около 6 м. Средневзвешенная величина коэффициента относительной просадочности tm3 равна 0,04 (здесь и в последующем этот коэффициент получен при вертикальной нагрузке 3 кГ[см2).
Грунтовые воды залегают на глубине 10 ж и более. Особое внимание при проектировании строительства необходимо уделять изучению просадочных свойств лёссовых грунтов.
Район I—А—2 охватывает участки развития пород аллювиального и аллювиально-делювиального комплексов мощностью до 15—20 м*. Среди них широко распространены пески (в руслах крупных рек). В поймах, на первых и вторых надпойменных террасах чаще встречаются супеси, суглинки и глины. Подстилающими породами являются палеоген-неогеновые отложения.
Пруды и водохранилища, сооружаемые в этом районе, будут иметь небольшую глубину при значительной площади зеркала воды и сравни-
* Мощности пород аллювиального и аллювиально-делювиального комплексов приведены для пойменных террас рек, где проводились исследования.
XAP \ К Т Е Р И С Т И К А ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИИ
307
тельно большой протяженности плотин. Береговые склоны сложены лёссовыми породами.
О б л а с т ь I—Б — возвышенная аккумулятивная равнина с абсолютными высотами от 150 до 250 м, с долинно-балочным расчленением глубиной до 150 м. Долины рек широкие, в них насчитывается до 3—5 террас. На их склонах местами наблюдаются оползни.
Район I—Б—1 характеризуется значительными колебаниями мощности лёссовых отложений эолово-делювиального комплекса (10—25 м). Лёссовые породы представлены суглинками, супесями и глинами. Мощность лёссовых отложений, дополнительно деформирующихся при замачивании, составляет 5—Л0 м (чаще 6—9 м). Средневзвешенная величина коэффициента относительной лросадочности составляет 0,05.
На востоке района, на небольших участках залегают суглинистоглинистые породы элювиально-делювиального комплекса, местами с обломками каменноугольных и пермских пород. Мощность их не превышает 10 м. Дополнительной деформацией при замачивании эти породы не обладают, несмотря на то, что в верхних частях разрезов они имеют лёссовый облик. Грунтовые воды вскрыты на глубинах 10—20 м, возможна верховодка на 5—6-метровой глубине.
Наземные сооружения в районе большей частью возводятся на лёссовых грунтах, дополнительно деформирующихся при замачивании. На площади распространения продуктивной толщи (Селидовский и Красноармейский районы) следует учитывать возможность подработки поверхности горными выработками.
Район I—Б—2 занимает участки песчано-глинистых пород аллювиального и аллювиально-делювиального комплексов в широких разработанных долинах Сев. Донца, Самары и других рек. Мощность их достигает 10—15 м, редко 20 м (среднее течение Самары). Песчаные и супесчаные разности аллювия в долине Сев. Донца встречаются как в русле, так и на поверхности пойменных и первых надпойменных террас. Здесь развиты процессы развевания и навевания песков, создающие бугристый рельеф. Местами на поймах располагаются старичные озера и заболоченности, в которых залегают старичные иловатые грунты, как правило, с низкой несущей способностью. При возведении на этих грунтах сооружений потребуется устройство искусственных оснований.
Под аллювиальными отложениями на востоке района в долинах рек наряду с неогеновыми и палеогеновыми породами выходят породы карбона, перми, триаса, юры и мела.
Неблагоприятными факторами при сооружении водохранилищ в районе могут явиться трещиноватость полускальных каменноугольных пород и оползневые явления на склонах. Оползневые тела обычно состоят из лёссовых пород. В долине Самары возможности сооружения водохранилищ значительных объемов ограничены в связи с шахтным строительством.
II р е г и о н преобладания пестроцветных отложений, относящихся к каменноугольной, пермской и триасовой системам (красноцветная формация). Менее развиты породы карбонатной (Cr2) и верхнетерригенной fPg + N) формаций. Характерная его особенность—наличие купольных складок, в которых обнажаются породы герцинского структурного этажа (каменноугольные и пермские). Площадь региона, являясь в структурном отношении переходной между Донецким складчатым сооружением и Днепровско-Донецкой впадиной, охватывает Бахмутскую котловину. По геоморфологическим признакам территория региона представляет собой одну о б л а с т ь — I I — А . Рельеф носит облик аккумулятивно-денудационных равнин. Поверхность волнистая вследствие интенсивной эрозионной расчлененности глубиной до 150 м, абсолютные высоты ее
308
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
'УСЛОВИЯ
ДОНБАССА
достигают 250 м. Своеобразие рельефу придают купольные останцы. В пределах региона (области) выделены три района.
Район II—А—1 распространения лёссовых пород эолово-делювиального комплекса (суглинки, глины, супеси), мощность которых колеблется от 10 до 20 м. Район слагают преимущественно непросадочные разности этих пород, на западе встречаются породы, дополнительно деформирующиеся под нагрузкой при замачивании. Мощность просадочной толщи в этих случаях обычно не превышает 6 м. Грунтовые воды на большей части территории района залегают на глубинах 10—20 м, лишь на междуречье Сухого Торца и Береки глубина их уровня колеблется от 5 до 10 м.
Весьма неблагоприятным для строительства является развитие карстующихся пород (каменная соль, гипс) нижней перми. Причем деформации поверхности наблюдаются не только на участках выходов этих пород на поверхность и под маломощный покров четвертичных отложений, но и на площадях, где соляные пласты залегают на глубинах нескольких десятков метров (район Артемовска, Славянска). Карстообразование продолжается и в настоящее время, вследствие чего здесь имеют место случаи разрушительных деформаций сооружений (г. Сла-
БЯНСК, ст. Ступки и д р . ) . На площади района известны оползни на склоновых поверхностях,
созданных в результате хозяйственной деятельности человека. Оползание происходит по поверхности глинистых пород Р, T и N.
Район II—А—2 развития элювиально-делювиального комплекса, представленного супесчано-глинистыми отложениями с обломками пермских, триасовых и других пород. Местами элювиально-делювиальные образования имеют признаки облессования, однако просадочными свойствами они не обладают. Мощность этих пород 3—5 м, редко достигает JO м. На отдельных участках на поверхность выходят коренные породы. Глубина залегания грунтовых вод превышает 10 м. В районе развиты оползни, приуроченные к пермским и юрским породам. Основанием фундаментов сооружений могут служить рыхлые четвертичные образования <и разновозрастные коренные породы.
Район II—А—3 соответствует площади распространения пород аллювиального и аллювиально-делювиального комплексов мощностью 10—20 м (до 30 м в долине р. Казенного Торца). В толще аллювия преобладают разнозернистые песчаные отложения, большей частью обводненные. Глубина залегания грунтовых вод не превышает 5 м. Местами мелкозернистые разности аллювиальных песков обладают плывунными свойствами. Грунтовые воды в долине рек Бахмутки и Казенного Торца, так же как и воды этих рек, обладают сульфатной агрессивностью.
Осложнения при строительстве гидросооружений могут возникнуть при залегании в долинах рек легкорастворимых хемогенных пород (каменной соли, гипса, доло'мита). В некоторых случаях в бортах водохранилищ возможны оползневые явления.
III р е г и о н распространения верхнетерригенной (Pg +N) и карбонатной (Сгг) формаций. Породы первой из них приурочены к возвышенным участкам, породы второй распространены повсеместно в речных долинах. Регион расположен в основном в пределах Старобельско-Миллеровекой моноклинали. На его площади выделены две области.
О б л а с т ь III—А представляет собой аккумулятивно-денудационную равнину с абсолютными высотами до 250 м. Рельеф холмистый и грядово-холмистый с сильным эрозионным расчленением (до 150 м).
Район III—А—/ охватывает долину р. Орели в ее нижнем течении. Основным является водоносный горизонт бучакских отложений. Некоторое практическое значение может иметь водоносный горизонт аллювия.
XAP \ К Т Е Р И С Т И К А ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИИ
309
Вследствие сильного развития эрозии на склонах часто обнажаются породы коренной основы. Малые мощности лёссовых отложений отмечаются и на высоких водоразделах.
Среди лёссовых пород здесь преобладают непросадочные разности, но в отдельных случаях мощность просадочной толщи (по предположению) достигает 5—10 м. В связи с довольно резким колебанием мощности четвертичных пород наряду с лёссовыми основанием фундаментов будут служить и рыхлые отложения палеогена и неогена, а также мергельно-меловые породы. Грунтовые воды на большей части площади залегают глубоко (свыше 10—20 м). На склонах водоразделов зеркало грунтовых вод находится на глубине 0—20 м. На севере (в Воронежской области) отмечены карстовые воронки небольших размеров в меловых породах, что наряду с сильной пересеченностью рельефа является отрицательным фактором для строительства.
Район III—А—2. Здесь распространены аллювиальный и аллювиально-делювиальный комплексы. Широко развиты песчаные отложения мощностью до 18 ж. Подстилающими повсеместно служат мергельномеловые породы; местами в верхней их части залегают мергели текучей консистенции (элювий). В долинах Оскола и Айдара на отдельных участках наблюдаются эоловые процессы (развевание и навевание песков).
При изысканиях под гидротехническое строительство основное внимание необходимо обращать на фильтрационные свойства трещиноватой зоны мергельно-меловых пород, залегающих в основании долин, а также слабые прочностные свойства мелового элювия.
О б л а с т ь III—Б возвышенная аккумулятивная равнина с абсолютными высотами 150—250 м и долинно-балочным расчленением глубиной до 150 щ Долины рек широкие, в них насчитывается до пяти террас.
Район III—Б—I располагается в пределах площади с повышенными мощностями лёссовых пород (10—30 м). Здесь развиты слабо деформирующиеся при замачивании под нагрузкой и непросадочные их разности. Мощность просадочной толщи изменяется от 5 до 10 л (на западе района— по предположению). Преобладающая глубина зеркала грунтовых вод 10—20 м, в приречных зонах наблюдаются более резкие колебания уровней — от 0 до 20 м.
Основанием сооружений в районе служат лёссовые породы, местами доуплотняющиеся при замачивании под нагрузкой.
Район III—Б—2 с развитием аллювиальных и аллювиально-делювиальных пород мощностью 15—25 ж; в пойме и на первых надпойменных террасах Сев. Донца и его левых притоков преобладают песчаные отложения. В основании аллювия залегают выветрелые мергельно-меловые породы, местами преобразованные в глиноподобные разности мощностью до 4 м. Широкое распространение здесь получили эоловые процессы. Уровень грунтовых вод высокий (0—5 м).
В долинах Сев. Донца, Оскола, Деркула, Айдара плотины будут иметь значительную протяженность. При изысканиях под гидротехническое строительство следует учитывать высокие фильтрационные свойства песчано-гравелистых отложений базальных горизонтов (коэффициенты фильтрации до 30 м/сутки). Эллювиальные глиноподобные образования мергельно-меловых пород могут использоваться в качестве оснований для укрепления жестких диафрагм в плотинах.
IV Р е г и о н преобладающего развития пород угленосной формации (Ci2—C33 до известняков P4). Подчиненное значение имеют породы карбонатной (Ci1) и эффузивно-осадочной (D2+3) формаций. Границы региона проведены главным образом по линии выходов пород продуктивной толщи на поверхность, а на юго-западе ограничиваются кристал-
310
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
'УСЛОВИЯ
ДОНБАССА
лическими породами докембрия. Регион расположен в центральной части Донецкого складчатого сооружения.
Здесь выделена о б л а с т ь IV—А, представляющая собой денудационную равнину с глубоким эрозионным расчленением (до 200 м). В рельефе широко распространены скульптурные формы — гряды, купола, гривы. Долины рек глубокие, террасовые уступы в рельефе плохо выражены. Абсолютные высоты достигают 350 м.
Район IV—А—1 преимущественного распространения эолово-делювиального и элювиально-делювиального комплексов малой мощности — от 0 до 3—5, реже до 10 м. Представлены они суглинками, глинами, супесями с многочисленными обломками каменноугольных и девонских пород. Лёссовые разности большей частью непросадочные, но местами дополнительно деформируются при замачивании. Мощность просадочной толщи не превышает 5 м (средневзвешенная величина im3 составляет 0,02). Облессованные разности встречаются также среди пород элювиально-делювиального комплекса, мощность просадочных грунтов в таких случаях достигает 3 м ([тъ не более 0,05). Характерная черта — малая мощность четвертичных отложений, поэтому основанием сооружений часто служат скальные и полускальные породы. Грунтовые воды залегают на глубинах 10—30 м.
На больших площадях здесь ведутся горные работы, влияющие на поверхность и наземные сооружения. Возможна загазированность подвальных помещений. Условия строительства в районе сложные в связи с сильной изрезанностью поверхности и наличием подработки.
Район IV—А—2 залегания лёссовых пород (суглинки, глины, реже супеси) эолово-делювиального комплекса мощностью 10—20 м. Это большей частью непросадочные породы. Иногда могут быть вскрыты доуплотняющиеся при замачивании под нагрузкой грунты, мощность которых обычно не превышает 5 м (средневзвешенная величина im3 не более 0,02). В районе г. Каменска развиты дополнительно деформирующиеся при замачивании лёссовые породы до глубины 11 м (Imi = = 0,04). На контакте с подстилающими каменноугольными породами лёссовые отложения содержат их обломки.
Район характеризуется глубоким залеганием грунтовых вод (свыше 10—30 м), на отдельных участках возможна верховодка. На юго-западе в местах неглубокого залегания известняков свиты Ci1 развит карст, преимущественно погребенный. Значительные площади в районе подрабатываются горными выработками Основанием фундаментов служат лёссовые породы, преимущественно непросадочные.
Район IV—А—3 занимает участки развития песчано-глинистых пород аллювиального и аллювиально-делювиального комплексов мощностью до 10—15 м. Оми содержат прослои обломочных образований — продуктов выветривания коренных пород. Возведение гидротехнических сооружений значительно усложняется трещиноватостью коренных пород на отдельных участках и обнаженностью склонов долин. Положительным фактором является глубокая врезанность речных долин. Это позволяет сооружать пруды и водохранилища с небольшой площадью зеркала воды и сравнительно короткими плотинами. Потери на испарение в этих водоемах невелики.
Грунтовые воды залегают на глубинах 0—5 м. Воды почти всех рек загрязняются в результате сброса шахтных и промышленных вод и обладают, как правило, сульфатной агрессивностью.
V р е г и о н преимущественного распространения докембрийских кристаллических пород, составляющих интрузивную и метаморфическую формации. Он занимает юго-западную часть Большого Донбасса и приурочен к Приазовскому кристаллическому щиту.
XAP \ К Т Е Р И С Т И К А ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИИ
311
Регион представляет собой одну о б л а с т ь V—А. Это денудационл а я равнина с абсолютными отметками до 300 м, с сильно расчлененной поверхностью — глубина эрозионного вреза до 150 м. Долины рек узкие со слабо выраженными террасами.
Район V—А—1 соответствует площадям развития лёссовых пород эолово-делювиального комплекса (суглинки, глины, супеси) мощностью 10—20 м. Здесь распространены преимущественно непросадочные разности, в местах близкого залегания кристаллических пород обогащенные их обломками. Грунтовые воды расположены на глубинах свыше 10 м. Основаниями фундаментов кроме лёссовых здесь могут служить кристаллические породы, местами обнажающиеся на водоразделах.
Район V—А—2 распространения аллювиальных и аллювиально-делювиальных комплексов, представленных песчано-глинистыми отложениями с обломками кристаллических пород. Мощность этих комплексов 5—10 м. Глубина залегания грунтовых вод 0—5 м.
На отдельных участках трещиноватые скальные породы обнажаются в русле и на склонах долин. Это основной неблагоприятный фактор при строительстве водохранилищ. Воды р. Кальмиус характеризуются сульфатной агрессивностью.
VI р е г и о н преимущественного развития пород карбонатно-терригенной формации (Njs—Nspn). Подчиненное значение (на севере) имеют породы угленосной, верхнетерригенной и карбонатной формаций. Он расположен в южной части Большого Донбасса и приурочен к северному борту Азово-Кубанской депрессии. В его пределах выделены две области.
О б л а с т ь V I - A — возвышенная аккумулятивная равнина с абсолютными высотами от 150 до 250 м, с долинно-балочным расчленением глубиной до 150 м. Речные долины узкие.
Район VI—А—1 залегания лёссовых пород эолово-делювиального комплекса (суглинки, глины, супеси) мощностью 10—20 м Это преимущественно непросадочные отложения. На юге района вскрыты лёссовые породы, способные к дополнительным деформациям под нагрузкой при замачивании (мощность просадочной толщи до 4 м, средневзвешенная величина im3 0,03). Грунтовые воды вскрыты на глубинах более 20 м, на отдельных участках — 5—10 м.
На площади района ведутся горные работы, что определяет возможность подработки. В пределах глубины заложения фундаментов здесь залегают лёссовые породы, преимущественно непросадочные.
Район VI—А—2 охватывает участки распространения пород аллювиального и аллювиально-делювиального комплексов мощностью 5— 10 м. Глубина залегания грунтовых £0Д 0—5 м. Песчано-глинистые отложения указанных комплексов подстилаются скальными породами каменноугольной системы, выветрелыми и трещиноватыми в верхней части; в местах их развития могут наблюдаться большие потери на фильтрацию из прудов и водохранилищ.
О б л а с т ь VI—Б — низменная аккумулятивная равнина с абсолютными отметками до 150 м и глубиной эрозионного вреза до 100 м. Поверхность равнины плоская или пологоволнистая. Долины рек узкие, слабо разработанные.
Район VI—Б—1 распространения лёссовых пород (суглинки, глины, супеси) эолово-делювиального комплекса большой мощности (до 30— 40 ж). К нему отнесены и участки морских террас, в пределах которых с поверхности залегают лёссовые породы. Лёссовые отложения в районе способны дополнительно деформироваться при замачивании под нагрузкой. Мощность просадочной толщи в большинстве случаев составляет 6—8 м (средневзвешенная величина г'/Пз достигает 0,05). На ограничен-
312
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
'УСЛОВИЯ
ДОНБАССА
ных участках могут быть встречены породы, просадочные под влиянием собственного веса.
Глубина залегания грунтовых вод 5—10 м, на возвышенных участках 10—20 м. Местами грунтовые воды обладают сульфатной агрессивностью (села М. Курган, Политотдельское). На побережье Миусского лимана наблюдаются оползневые явления; абразионная деятельность приурочена к берегам Азовского моря. В северной части района возможны деформации в результате подработки (районы городов Шахты Ново-Шахтинска).
При изысканиях следует обращать внимание на просадочные свойства лёссовых пород.
Район VI — Б — 2 располагается в пределах развития песчано-глинистых пород аллювиального и аллювиально-делювиального комплексов мощностью 10—15 м. Подстилающими в долинах рек служат породы палеогена и неогена. Склоны долин в большинстве случаев сложены лёссовыми породами. Грунтовые воды залегают на глубинах 0—5 м. Здесь возможно создание лишь небольших водохранилищ в связи с наличием узких и неглубоких речных долин.
VII р е г и о н преобладающего распространения пород верхнетерригенной и карбонатно-территенной формаций. Площадь его расположена в восточной части бассейна. На севере и северо-западе он граничит с VI, IV и III регионами, на юге, востоке и северо-востоке граница совпадает с границей Большого Донбасса. Регион охватывает восточную часть Старобельско-Миллеровской моноклинали и зону погружения палеозойского массива под мезо-кайнозойскими отложениями.
О б л а с т ь VII—А — возвышенная аккумулятивная равнина с эрозионным расчленением глубиной до 150 м. Долины рек узкие, террасы слабо выражены в рельефе.
Район VII—А—1 представляет собой площадь распространения эолово-делювиального комплекса (лёссовые суглинки, глины, супеси) мощностью 10—30 м. На площади района залегают лёссовые породы, дополнительно деформирующиеся под нагрузкой при замачивании (мощность просадочной толщи до 5 м, средневзвешенная величина im3 составляет 0,05), которые обычно служат основанием сооружений. Грунтовые воды залегают на глубинах 10—20 м.
Район VII—А—2 — это район развития отложений аллювиального и аллювиально-делювиального комплексов мощностью 10—15 м. Песчано-глинистые породы этих комплексов обводнены, грунтовые воды залегают в пределах 0—5 м от поверхности. Долины рек выработаны в породах неоген-палеогена (преимущественно песчаных). Склоны их большей частью покрыты лёссовыми отложениями. Район слабо изучен в инженерно-геологическом отношении.
О б л а с т ь VII—Б представляет собой низменную аккумулятивнуюравнину с долинно-балочным расчленением глубиной до 100 м. Рельеф равнины пологоволнистый. На западе области долины рек широкие, в них насчитывается до пяти террас". Восточные окраины области расчленены слабо.
Район VII—Б—1 соответствует площади развития лёссовых пород эолово-делювиального комплекса (суглинки, глины, супеси), мощность которых на востоке достигает 30—50 м. Мощности лёссового покрова на западе несколько меньше (порядка 20—30 ж).
Район характеризуется наличием лёссовых отложений, просадочных под собственным весом. Последние в основном приурочены к участкам повышенной мощности этих пород. Максимальные мощности просадочной толщи 13—15 м (средневзвешенная величина im3 достигает 0,06).
302
XAP \ К Т Е Р И С Т И К А ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИИ
Глубина залегания грунтовых вод 10—20 м, на отдельных участках 5—10 м.
На востоке района расположены массивы орошаемых земель. Несмотря на повсеместное развитие на этих площадях просадочных лёссовых пород, на каналах I очереди за период визуальных наблюдений (5 лет) просадок не обнаружено.
Район VII—Б—2 охватывает участки распространения аллювиального и аллювиально-делювиального комплексов значительных мощностей (до 30 м). Это песчано-глинистые породы. В долине Дона лёссовые породы эолово-делювиального комплекса распространены уже на I и II надпойменных террасах, отнесенных в связи с этим к району VII—Б—1. Грунтовые воды залегают на глубинах 0—5 м, воды Дона и грунтовые воды его долины агрессивностью не обладают. Здесь широкое развитие получили процессы навевания и развевания песков (особенно на междуречье Цимлы и Аксенца). В старицах распространены заиленные грунты, характеризующиеся слабым сопротивлением сжимающим, усилиям.
Часть пятая
ГИДРОГЕОЛОГИЯ И ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Глава XV
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ
И РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Большинство шахт, расположенных в освоенной угольной промышленностью части Донбасса, мало обводнено. Инженерно-геологические условия вскрытия и разработки угольных пластов до сих пор обычно не были сложными. Однако общие гидрогеологические и инженерно-геологические условия месторождений предопределяли здесь не только расположение стволов и методы вскрытия, но в значительной мере также способы разработки и мероприятия по технике безопасности при проведении горных выработок.
В ближайшее десятилетие должно быть начато массовое строительство шахт на разведанных площадях в Западном Донбассе, в пределах южной окраины бассейна, в восточной его части, а после проведения разведочных работ также, по-видимому, на ряде площадей в Старобельском и Миллеровском районах. В большом объеме намечено освоение глубоких горизонтов.
На периферии бассейна условия строительства и эксплуатации многих шахт являются более сложными, поскольку здесь каменноугольные отложения залегают под довольно мощным рыхлым покровом (породы неогена, палеогена, мела, юры и триаса, а местами почти все эти отложения вместе). Поэтому более точный учет гидрогеологических условий вскрытия и разработки углей становится в этих районах особенно важным не только с точки зрения безопасности ведения горных работ, но и экономики. Степень обводненности месторождений в значительной мере определяет и возможность разработки угольных пластов гидромеханическим способом.
ПРОХОДКА ШАХТНЫХ СТВОЛОВ
Малая мощность угольных пластов, их наклонное залегание, сравнительно большая глубина зоны выветривания и крепость вмещающих пород делают целесообразным разработку углей закрытым способом даже на площади обнаженного карбона. Основными способами вскрытия месторождений являются наклонные и вертикальные стволы. Первые проходятся только в открытых районах при строительстве шахт производительностью до 300 тыс. т в год, а вторые являются единственным способом вскрытия в закрытых районах. Больше половины существующих сейчас шахт являются наклонными.
Ввиду хорошей устойчивости каменноугольных отложений и сходных гидрогеологических условий проходки стволов в этих породах решающим фактором, определяющим степень сложности и методы строительства стволов, является мощность и характер отложений, по-
ГИДРОГЕОЛ. И ИНЖ-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. УГОЛЬН. М-НИИ
315
крывающих угленосную толщу. Эта мощность изменяется от 0 до 50 м в открытых районах Донбасса и от 50 до 200 м в закрытых.
Гидрогеологические и инженерно-геологические условия проходки стволов в отложениях разных геологических систем мощности различны. Четвертичные суглинки и глины практически безводны. Притоки воды в проходимые стволы из опесчаненных прослоев обычно не превышают 1 м3/час, вода выдается на поверхность бадьями, нередко вместе с породой. Поэтому проходка стволов в четвертичных глинистых породах может создавать трудность только в инженерно-геологическом отношении вследствие плохой их устойчивости в стенках выработок.
Аллювиальные отложения, как правило, стволами не вскрываются, так как обычно стволы не закладываются в долинах. Исключение составляет Западный Донбасс, где некоторые шахты будут заложены в широкой долине Самары. Аллювиальный горизонт достигает здесь 20 м и гидравлически связан с водоносными песками и песчаниками харьковской свиты. Расчетные притоки из аллювиальных и харьковских песков при условии полного их обнажения в стволах изменяются от 14 до 470 м3/час. Эти цифры, естественно, дают лишь общее представление о водоносности аллювиального и харьковского горизонтов, так как эти водоносные горизонты должны проходиться с применением специальных методов (преимущественно замораживания), вследствие чего вода в стволы вообще не будет поступать, за исключением случаев прорывов при авариях или несоблюдении технических правил. В пределах северной перспективной площади, на водоразделах Айдара, Деркула и Kaлитвы, условия проходки стволов могут быть сложными при вскрытии ллиоценового аллювия, имеющего мощность до 50 м, но совершенно не изученного в гидрогеологическом отношении.
Обводненные пески сарматского яруса и полтавской свиты, обладающие плывунными свойствами, вскрывались многими стволами в основном в Красноармейском районе, на отдельных участках в ДонецкоМакеевском, Краснодонском, Должанском и в Павлоградско-Петропавловском районах. В Красноармейском районе, где полтавские отложения распространены почти повсеместно и достигают мощности 20—30 м, стволы почти всех шахт проходились с применением специальных методов— забивной крепью, кессонами, а в последнее время почти исключительно с замораживанием. Притоки из полтавских песков в вертикальные стволы составляли примерно 1—3 м3/час.
Относительно больша-я мощность полтавских обводненных песков, залегающих непосредственно на размытой поверхности карбона, существенно осложняет проходку шахтных стволов и ведение очистных работ на верхних горизонтах. В наиболее неблагоприятных гидрогеологических и инженерно-геологических условиях оказывались наклонные шахты, вскрывавшие неогеновые водоносные пески. Мощность полтавских песков составляет здесь около 4 м. При проходке их наблюдался сравнительно небольшой приток, но вследствие оплывания песков, а также просадки поверхности и деформации стволов углубка последних была прекращена. В местах заложения стволов был отрыт эллиптической формы котлован длиной свыше 100 м до подошвы водоносных песков. После осушения песков в этом котловане были проложены шейки стволов до каменноугольных пород.
С 1952 по 1961 г. в Донецком бассейне в неогеновых отложениях было пройдено около 60 стволов. В связи с тем, что пески неустойчивы, все стволы пройдены специальными способами, в том числе 48 стволов — с применением замораживания. В последние годы некоторое распространение получил весьма перспективный способ проходки стволов малого диаметра методом бурения.
316
ГИДРОГЕОЛОГИЯ
и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
МЕСТОРОЖДЕНИИ
В комплексе пород палеогена пески, содержащие мощные водонос-
ные горизонты, являются неустойчивыми. Однако, хотя расчетные при-
токи из харьковских песков и песчаников в Западном Донбассе при
полном обнажении их в стволах колеблются, по данным Д. А. Тереш-
кина, от долей до 163 (пески), проходка стволов здесь по харьковским
отложениям с замораживанием производилась без существенных ослож-
нений.
Отложения киевской свиты мало водоносны и при проходке обычно дают очень небольшие притоки (порядка 3—5 м3/час).
Опыта
проходки
стволов в безнапорных
водоносных горизонтах
бучакских и палеоцено-
вых песков пока не су-
ществует. Сравнительно
невысокая их водопрово-
димость обусловливает
небольшие притоки в про-
ходимые стволы, но не-
устойчивость песков вы-
зывает необходимость
применения специальных
способов (заморажива-
ния). Там, где бучакский
и палеоценовый горизон-
ты приобретают напор-
ный характер, гидрогео-
логические и инженерно-
геологические условия
проходки стволов явля-
ются значительно более
сложными. Небольшой
опыт проходки стволов в
бучакских песках имеет-
ЕЕ* EE^
ся в Западном Донбассе. Мощность бучакских пес-
Рис 90. Изменение притоков при проходке стволов шахты «Западно-Донбасская» № 1
1 — проходка главного ствола; 2 — проходка вспомога-
тельного ствола, 3 — приток воды по главному стволу;
ков в Западном Донбассе, содержащих напорные воды, достигает
4 — приток воды по вспомогательному стволу, 5 — приток воды по горизонтальным выработкам, 6 — общий
приток воды по шахте
52,5 м, составляя в среднем 20—25 м. Напоры
бучакского
горизонта
здесь изменяются от нескольких до 100 ж (иногда больше), увеличи-
ваясь к западу. В восточной части бассейна напоры горизонтов бучак-
ско-каневских и палеоценовых отложений увеличиваются от 0 до 160 м
на линии Морозовск — устье Сев. Донца.
Стволы шахт «Терновская» № 1, «Западно-Донбасская» № 1 и 2 проходились методом замораживания, вследствие чего притока из бучакских песков не наблюдалось. После оттаивания пород (через 6—7 месяцев) через щели на стыках тюбингов в интервале залегания бучакского горизонта в стволы начала поступать вода. После повторной чеканки тюбингов приток резко снизился. Неудачное замораживание бучакскогогоризонта при проходке ствола шахты «Терновская» № 1 вызвало поднятие забоя ствола и прорыв воды с притоком до 84 м3/час. Прорывы воды из бучакского горизонта происходили также на шахтах «ЗападноДонбасских» № 1 и 2 с притоком соответственно 50 и 65 м31час (рис. 90)-
ГИ ДРОГЕOJl И ИНЖ.-ГЕ0Л. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. УГОЛЬН. М-НИИ
317
Меловые отложения проходились стволами небольшого числа шахт только в Ворошиловградской обл асти. При пересечении стволами верхней трещиноватой зоны мергельно-меловой толщи на водораздельных участках притоки не превышали 10 м3/час (шахта «Дуванная Южная», клетевой ствол шахты «Суходольская» № 2, клетевой № 1 и вентиляционный стволы шахты «Самсоновская» № 1), а в некоторых случаях эта зона оказывалась безводной (клетевой ствол шахты «Суходольская .Алмазная» и др.). В пониженных местах, где мощность и степень трещиноватости верхней зоны возрастают, притоки в стволы шахт достигают 110—115 м3/час.
В стволах шахты «Луганская» № 1 верхняя трещиноватая зона мела <5ыла пройдена с замораживанием. После оттаивания пород на глубине 78 м приток из меловых отложений в каждый из стволов составлял 100—110 м3/час. После цементации затюбингового пространства притоки в стволы уменьшились до 3,5—7 м3/час. Нижняя нетрещиноватая часть мергельно-меловой толщи при пересечении ее стволом оказывалась сухой или давала приток по 5—8 м3/час. Аналогичные условия проходки меловых отложений должны быть, по-видимому, и в других районах.
Породы меловой системы могут быть отнесены к неустойчивым (пески и рыхлые песчаники) и среднеустойчивым (мел, мергели, песчаники, глины). Наличие напорного водоносного горизонта в песках, а также снльно выветрелых обводненных мергелей и мелов (на глубинах до 80—100 м) вызывает необходимость применения специальных способов при проходке стволов.
Опыта проходки стволов по юрским и триасовым отложениям почти не существует. При проходке ствола шахты «Тошковка» приток в ствол на контакте мела и триаса (глубина 89 м) составлял 13 м3/час, а при дальнейшей углубке в триасовые отложения—16 м3/час. Однако совершенно очевидно, что при вскрытии крупнообломочных пород юры и триаса будут возникать серьезные трудности не только вследствие большой водообильности и высоких напоров водоносных горизонтов, но и из-за неустойчивости пород в стенках выработок. Юрские глины отливаются быстрой размокаемостью. В связи с плохой устойчивостью и большой водообильностью отдельных разностей пород триаса и юры проходка стволов должна будет производиться, очевидно, специальным способом.
Пермские отложения распространены в западной, северо-западной, северной и северо-восточной частях бассейна. Опыт проходки 20 стволов соляных шахт и бурения большого количества скважин, в том числе и для добычи соли, показывает, что они могут быть отнесены к категории среднеустойчивых. Однако здесь имеется ряд специфических особенностей, осложняющих условия проходки стволов шахт. Гипсы до глубины 40—70 м сильно закарстованы, а каменная соль до глубины 60—150 м почти полностью выщелочена. Трещины и карстовые пустоты обусловливают повышенную обводненность гипсов и ангидритов. Притоки в стволы соляных шахт из отдельных водоносных горизонтов достигали 65 м3/час (шахта им. Шевченко). Ниже зоны выщелачивания породы практически безводны, проходка стволов в этих условиях не представляет больших затруднений.
Гидрогеологические и инженерно-геологические условия проходки стволов по каменноугольным отложениям очень разнообразны. Величины притоков в стволы зависят от многих факторов, частью имеющих региональный, общий характер, а частью не подчиняющихся определенным закономерностям, поскольку водопроницаемость каменноугольных отложений зависит не только от литологического состава, степени метаморфизации, мощности, глубины залегания, степени выветрелости пород,
318
ГИДРОГЕОЛОГИЯ
и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
МЕСТОРОЖДЕНИИ
но и от азональных факторов, например степени трещиноватости в з о н а \ тектонических нарушений Более того, водопроницаемость одних и тех же горизонтов зачастую резко изменяется по простиранию. В верхней, более выветрелой зоне каменноугольных пород, особенно на площади открытого карбона, наблюдается повышенная трещиноватость и, следовательно, высокая степень водоносности отложений. Глубина зоны выветривания изменяется в значительных пределах, причем фактических данных в целом по бассейну недостаточно. Однозначное определение
Рис 91 Схематическая карта глубины зоны выветривания пород карбона в юго за-
падной части Донбасса (По материалам Н. И. Беседы)
1 — известняки (границы ярусов), 2— разрывные нарушения
Площади распространения групп метаморфизма иа поверхности карбоиа (примеиитепьно к маркам
>глей) 3 - Д и Г,
К, О, С, Т, i - П А , А
Глубины зоны в ы в е т р и в а н и я M 6 — до 40, 7 — от 40 д о 60, 8 — от 60 д о 80, 9 — белее 80
мощности зоны выветривания затруднительно, так как в различных породах эта зона распространяется на разную глубину, зависящую от степени водоносности пород, способности их к выщелачиванию и эпигенетическим преобразованиям в зоне аэрации и интенсивного водообмена. Некоторые геологи и гидрогеологи, в частности Н. И. Беседа, считают, что закономерности в изменении глубины зоны выветривания вмещающих пород резко отличаются от закономерности изменения глубины выветривания угольных пластов. Другие (Г. П. Панасенко, И. П. Соляков) полагают, что глубина зоны выветривания углей в достаточной степени характеризует общие закономерности изменения мощности зоны в зависимости от суммы природных факторов (водопроницаемости вмещающих пород, интенсивности газо- и водообмена), а построенные карты глубины (мощности) зоны выветривания углей отражают также закономерности в изменении мощности зоны выветривания по породам.
Различные точки зрения, а также неодинаковые представления о большем или меньшем влиянии тех или иных природных факторов на развитие зоны выветривания определили и подход к обобщению
ГИДРОГЕОЛ. И ИНЖ.-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. УГОЛЬН. М-НИИ
319
материалов, которое было произведено по некоторым районам. Так, на рис. 91 показана схема изменения мощности зоны выветривания пород карбона юго-западной части Донбасса (по Н. И. Беседа). В ее основу положены данные об изменении с глубиной механических свойств пород (в основном песчаников). Поскольку прочностные свойства пород в большей мере зависят от степени метаморфизма, глубина зоны в различных частях площади в первом приближении увязывается с распро-
Рис 92 Схематическая карта глубины зоны выветривания пород карбона в восточной части площади
распространения антрацитов (по границе годного угля). (Составил Г. П Панасенко)
1 — известняки (границы ярусов), 2 — разрывные нарушения 3 — нзолинни глубин зоны выветривания
странением на этой территории пород различных групп метаморфизма. На рис. 92 показана мощность зоны выветривания по угольным пластам в Восточном Донбассе; здесь прослеживается четкая закономерность в увеличении глубины выветривания по мере приближения к осевым частям синклиналей (угли на этой площади относятся к марке А). В результате наблюдается также увеличение мощности зоны выветривания (по углю) к осям синклинальных складок, но еще более четко прослеживается увеличение мощности выветрелой зоны по направлению к долинам рек на площади открытого Донбасса и общее уменьшение ее под покровом мезо-кайнозойских отложений.
Шахтные стволы обычно закладываются на водораздельных участках, а не в долинах, где !.мощности зоны выветривания и степень трещиноватости пород больше. В районах распространения высокочетаморфизованных пород (содержащих угли марок А и ПА) проходка стволов по зоне выветривания, хотя и сопровождается повышением притока, но не вызывает особых осложнений. Очень трудными могут быть гидрогеологические и инженерно-геологические условия строительства стволов
320
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
МЕСТОРОЖДЕНИИ
в зоне выветривания низкометаморфизованных пород (содержащих угли марок ГД, ДБ). При проходке наклонных стволов шахты «Октябрьская» № 1 затруднения возникли вследствие обводненности песчаника ti\SnI1 выветрелого до состояния песка (притоки 10—15 м3/час). При прохождении вентиляционного штрека, располагавшегося в нижней части выветрелой зоны, произошел прорыв песка (рыхлого песчаника п\Srii1 и залегающих выше полтавских песков), заполнившего штрек.
Ниже зоны выветривания притоки в стволы из пород карбона обычно невелики, за исключением случаев, когда стволами вскрываются зоны с повышенной трещиноватостью.
В вертикальные стволы вода обычно поступает из забоя и стенок, а в наклонные — главным образом из забоя и кровли. Особенно незначительны притоки в наклонные стволы, пройденные по угольным пластам, у которых кровлей и почвой служат монолитные аргиллиты или алевролиты. В немногих случаях, когда непосредственной кровлей угольного пласта являются сильно водоносные песчаники или закарстованные известняки, притоки могут достигать больших величин (например, в наклонный ствол шахты № 3 треста «Гуковуголь» до 200—280 м3/час). Обычно ж е притоки в наклонные стволы составляют 3—15 M3/час.
Притоки в наклонные стволы, проходимые под углом к напластованию, более значительны (порядка 30, а иногда до 120 м3/час — шахта «Зверевская Восточная» № 2).
Вертикальные стволы, как правило, более обводнены, чем наклонные. Притоки из отдельных водоносных горизонтов обычно составляют 5—15 м3/час. Иногда слои песчаников и известняков практически безводны, но в некоторых случаях, особенно вблизи разрывных нарушений либо на участках крутых флексурных перегибов, из отдельных водоносных горизонтов притоки бывают очень высокими. Примером может служить проходка стволом шахты № 105 «Подземгаз» песчаника IeSL7 в осевой части флексуры, из которого был получен приток 327 м3/час, причем приток был очень стабильным (за 7 лет почти постоянной откачки он уменьшился до 70 м3/час). Наиболее крупные катастрофические притоки из отдельных водоносных горизонтов, вскрытых вблизи трещиноватых зон тектонических нарушений, наблюдались по шахтам «Центральная Первомайская» и «Ломоватская Южная». При проходке скипового ствола шахты «Центральная Первомайская» наблюдалось три крупных прорыва с притоками 115 м3/час — до вскрытия песчаника Ki1Sk72, 650 м3/час — при вскрытии маломощного песчаника KflSKi вблизи Алмазного надвига и 1200 м3/час—-после пересечения надвига, на глубине 450 м (рис. 93). Последний прорыв вызвал подтопление ствола, но приток быстро уменьшился. При проходке клетевого ствола той же шахты из песчаника KeSk74 т а к ж е наблюдался прорыв воды с притоком свыше 1000 м3/час. Водоносный горизонт KeSk74 является одним из наиболее мощных в Донбассе, при пересечении его стволами ряда шахт он также давал обильные притоки.
По шахте «Ломоватская Южная» треста «Кадиевуголь» катастрофический прорыв воды наблюдался из известняка M5 при проходке южной грузовой ветви руддвора на глубине 146 м с притоком в течение первых 6 часов 460 м3/час. Вода в стволах за сутки поднялась на 40 м выше руддвора. За 40 дней откачки из стволов было откачано 220 тыс. м3 воды.
Обычно наблюдающиеся после вскрытия горными выработками отдельных горизонтов притоки быстро уменьшаются, а иногда через несколько суток или недель вообще прекращаются. Быстрее всего уменьшаются притоки из известняков, содержащих небольшие статические
ГИДР0ГЕ0Л
И ИНЖ ГЕОЛ УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ УГОЛЬН M НИИ
321
Притоки воды,м^/час
Скиповой ствол
Клете вой ствол
S O O>lOз-
O
О t <3
1 I
га ,
X 55
IV 56
Vl 56
VII! 56'
!Внезапный прорыв воды с притоком 1000м/час _ _ _ _ _ _ _ X i | 53
Il 55 г -
~~
1X56
JIV 55
Vl 55 «Г,iV55
,V55 ->VII55
Il 57 (
f Il 57
,,
!Внезапный прорыв воды с притоком 650м'/час
Л х,„ „
т • III 57
-=Ifcs
внезапный прорыв воды с притоком 1200 м^/час
6 IX 5 9
1' E
'»55 8
Pm 93 Притоки воды в стволы шахты «Центральная Первомайская»
/ — ^ n n рабочей мощности 2 — угли нерабочей мощности 3 — песчаники 4 — извест няк I о — аргиллиты и алевролиты 6 — приток по скиповом} ствол} 7 — приток по
клетевому стволу 8 — дата определения притока
322
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛОВ
запасы подземных вод. Притоки из песчаников часто не так велики, но стабилизация их происходит более медленно.
Большая обводненность некоторых горизонтов иногда сильно задерживает проходку стволов. Так, в течение нескольких лет не удавалось пройти и закрепить песчаник I6SL7 на шахте № 105 «Подземгаз». В течение 3 лет продолжалась проходка главным стволом шахты «Шолоховская Западная» толщи песчаника между пластами углей iiB и i2 мощ-
Геологический
Рис 94 Изменение притоков при проходке скипового ствола шахты «Западная Капитальная»
/ — угольные пласты рабочей мощности 2— угольные пласты нерабочей мощности 3 — песчаники, 4 — известняки, 5 — аргиллиты и алевролиты
ностью 72,5 м Песчаник этот был вскрыт на глубине 317,6 м, причем приток увеличился до 112 м3/час, что привело к затоплению ствола После откачки ствола, цементации и тампонажа при дальнейшей проходке приток несколько снизился, а затем достиг 329 мг!час на глубине 334 м, что вызвало повторное затопление ствола. При дальнейшей углубке ствола неоднократно производилась цементация трещин в песчанике через опережающие скважины, в результате чего приток из песчаника снизился до 42 м3/час.
В толщах горных пород, залегающих над выработанными угольными пластами, притоки в стволы обычно ничтожны, так как статические запасы в водоносных горизонтах этих толщ частично или полностью сдренированы. Ниже выработанного пласта притоки резко возрастают (рис. 94).
В некоторых случаях главным образом в антрацитовых районах и особенно вблизи тектонических нарушений водоносными бывают также глинистые и алевритовые сланцы. Примером может служить шахта
ГИДРОГЕОЛ И ИНЖ.-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. УГОЛЬН. M-HИИ
323
«Шолоховская Западная», при проходке главного ствола которой в глинистых сланцах под известняком J22 на глубине 439—457 м наблюдался приток 36—50 м3/час.
Общая закономерность уменьшения трещиноватости пород с глубиной, нарушаемая только азональными явлениями (тектонической трещиноватостью, закарстоваиностью известняков), хорошо прослеживается при проходке стволов глубоких шахт. Если средние притоки в стволы из отдельных водоносных горизонтов на глубинах до 200— 300 м составляют 15—20 м3/час, то на глубинах 300—600 м они уменьшаются до 8—'12 м3/час, а на глубинах 700—800 м — до 4—6 м3/час. При проходке самых глубоких стволов (порядка 1000 м) все породы карбона оказываются практически сухими или дают притоки, как правило, и? более 1 м3/час (например стволы шахт «Бутовская Глубокая», «Щегловская Глубокая», «Чайкино Глубокая» № 2 и др.).
Гидрогеологические условия проходки стволов в каменноугольных отложениях в разных районах бассейна несколько отличаются. Обычно наименее обводнены стволы в антрацитовых районах, большая часть площади которых находится в пределах открытого Донбасса ,и характеризуется меньшей тектонической нарушенностью. Несколько большая обводненность наблюдается при проходке стволов в районах более сложных в тектоническом отношении, например в Донецко-Макеевском и в полосе мелкой складчатости. Наиболее обводнены стволы в Красноармейском районе, породы которого отличаются низкой степенью метаморфизации. Притоки в стволы из отдельных горизонтов здесь обычно в 2— 3 раза больше, чем в открытом Донбассе (в среднем 40—45 м3/час).
В Западном Донбассе гидрогеологические условия проходки стволов по каменноугольным отложениям изучены мало, но имеющиеся данные свидетельствуют о малой водоносности пород. Фактические притоки в стволы шахт «Западно-Донбасские» № 1 и 2 составляли 15—16 м3/час, при проходке шахты «Терновская» № 1 притока из каменноугольных пород почти не было. Уже на небольших глубинах (150—200 м) породы карбона практически безводны. Но здесь водоносны также угольные пласты, приток из которых при проходке стволов шахт «Западно-Донбасские» № 1 ,и 2 составлял 10—45 м3/час (пласты углей а, с2, с3, с4, с7, Cs). Сплошное распространение бучакского водоносного торизонта, гидравлически связанного с водоносными горизонтами карбона, делает проходку стволов, подготовительных и очистных выработок на глубине 30— 40 м от поверхности карбона затруднительной и даже опасной из-за возможности прорывов воды из бучакских песков. Здесь приток в руддвор на глубине 7—8 м от поверхности карбона из незамороженных пород (угольный пласт с8н) достигал 74 м3/час, причем наблюдался размыв угля.
При вскрытии горизонтальными выработками шахты «Западно-Донбасская» № 1 пласта С\, залегающего в 75 м от почвы бучакского горизонта, приток из угольного пласта составил 14 м3/час.
Весьма сложными должны быть условия проходки стволов по каменноугольным отложениям в Старобельско-Миллеровском районе, где по буровым скважинам с глубин 200—600 м наблюдался самоизлив с высокими дебитами.
Инженерно-геологические условия проходки стволов шахт в каменноугольных отложениях Донецкого бассейна в значительной мере определяются степенью метаморфизма пород угленосной толщи, поскольку последняя оказывает решающее влияние на физико-механические свойства горных пород карбона. На территории бассейна наблюдается четкое изменение физико-механических свойств пород карбона от периферии к осевой части и с запада на восток параллельно увеличению мощностей
324
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯМ Е С Т О Р О Ж Д Е Н И ИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УС
каменноугольных отложений. В этих направлениях, а также с глубиной происходит увеличение прочности, удельного и объемного весов всех литологических разностей пород (песчаников, известняков, глинистых и алевритовых сланцев) и уменьшение их пористости и влажности.
В угленосной толще можно выделить следующие зоны по степени метаморфизма пород (соответственно марочному составу углей), отражающих основные черты инженерно-геологических условий проходки:
1) сильно метаморфизованных пород, вмещающих пласты полуантрацитов (ПА) и антрацитов (А);
2) среднеметаморфизованных пород, вмещающих пласты углей жирных (Ж), коксовых (К), отощенных спекающихся (ОС) и тощих (T);
3) слабо метаморфизованных пород, вмещающих пласты углей, переходных от длиннопламенных к бурым (ДБ), длиннопламенных (Д) и газовых (Г).
Объединенные в одной зоне породы характеризуются близостью физико-механических свойств, что наглядно иллюстрируется графиком зависимости плотности пород от степени метаморфизма (рис. 95).
Породы зоны высокого метаморфизма распространены на большей части открытого Донбасса, а также на площади их восточного погружения под более молодые отложения. Здесь все породы карбона .обладают высокой прочностью даже в зоне выветривания, где средняя величина временного сопротивления сжатию песчаников составляет 1029 кГ/см2. Вне зоны выветривания прочность на сжатие песчаников в среднем достигает 1300 кГ/см2, алевролитов— 1000 кГ/см2, аргиллитов — 580 кГ/см2 Некоторые пласты пород обладают еще более высокими показателями прочности (Васильев, Малинин, I960). Однако даже на отдельных участках и в смежных пластах физико-механические свойства, в частности прочность, существенно отличаются, что обусловлено изменением минерального состава пород и цемента (рис. 96).
В большинстве случаев песчаники обладают более высокой прочностью примерно в средней части слоя. В кровле и почве прочность их снижается, что, по-видимому, обусловлено постепенным переходом песчаников к смежным (глинистым) слоям, а часто и обогащением растительными остатками.
На площади распространения сильно метаморфизованных горных пород развиты главным образом крупные линейные складки, а количество дизъюнктивных нарушений сравнительно невелико, что способствует сохранению их высокой прочности и устойчивости. Мощность зоны выветривания угля и пород колеблется от 10 до 65 м, редко до 80 м. Все это позволяет считать условия проходки шахтных стволов в сильно метаморфизованных породах благоприятными.
Породы зоны средней степени метаморфизма, вмещающие угли марок Т, ОС, К и Ж, обладают более низкими показателями прочности. В основном они относятся к среднеустойчивым. В угольных шахтах, разрабатывающих угли марок Т, ОС, К и Ж, отсутствуют труднообрушаемые кровли. Наиболее прочны и устойчивы породы, вмещающие угли марок Т.
Площадь распространения данных пород наиболее сложна по тектоническим условиям, так как она совпадает с северным поясом мелкой складчатости Донбасса и тектонически сложными районами западной части бассейна. Поэтому породы при вскрытии их стволами в массиве иногда дают деформации стенок типа вывалов отдельных блоков, ограниченных трещинами, а при пересечении тектонических нарушений с большими зонами дробления и выветривания наблюдаются даже осыпи. Вне зон тектонических нарушений и выветривания инженерногеологические условия проходки стволов в основном благоприятные.
ГИДРОГЕОЛ
И И Н Ж . - Г Е О Л . УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. УГОЛЬН. M - H И И 3 2 5
Глубина зоны выветривания угля изменяется от 10 до 50 м, в среднем
она равна 30—40 м. В зоне выветривания и окисления уголь и породы
имеют пониженную механическую прочность и устойчивость, легко под-
даются на'буханию и разрушению. Глинистые и алевритовые сланцы
становятся вязкими и пластичными, а песчаники зачастую превраща-
ются в пески. Глубина развития тре-
щиноватости крайне изменчива. Так,
кг/см2
в восточной части Донбасса, напри-
мер, раскрытая трещиноватость более
интенсивно развита в открытых райо-
нах. Однако глубина ее максимально-
20
го развития здесь ограничивается
75 м и затухает полностью на глубине
40
300—400 м. В закрытых районах тре-
60
щиноватость распространена до глу-
бин 350—600 м (Выстрянская синкли-
80
наль) .
Ю0
В толще среднеметаморфизован- 120
ных пород с 1952 по 1961 г. пройдено
140
27 (60
26
180
23 ??
20 19
Ь
Группа мртамсрфнзации
ДБ Д
ог
1I? H
200
220
240
260 280 300 320 340
т
380
Рис 95 Зависимость ПЛОТНОСТИ пород от степе ни их метаморфизации (по A M Розентулеру)
/ — известняки, 2 — глины и артиллиты 3 —атевро литы 4 — песчаники
Рис 96 Изменение прочности порож по оси ствола шахты «Углерод»
1 — суглинки, 2 алевролиты, 3— аргит-
литы, 4 известняки, 5 — песчаники, 6 —
угли, б — прочность пород иа сжатие пер-
п е н д и к у л я р / г о напластованию,
л Г'см' / —
коэффициент крепости по Протодьяконову
свыше 200 стволов шахт, в том числе порядка 102 наклонных. Проходка велась обычным способом с применением буровзрывных работ. В целом условия проходки стволов можно считать удовлетворительными.
Зона слабомегаморфизованных пород, вмещающих угли марок ДБ, Д ^ и Г, занимает западные, северо-западные и северные районы бассейна. Это преимущественно новые угленосные площади. Толща пород данной зоны отличается большим содержанием известняков (на севере и востоке) и развитием слабо метаморфизованных литологических разностей глинистых пород, аргиллитов в районах развития углей марок Д и Г и уплотненных глин в районах развития углей марки ДБ. Слабый
326
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ
ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛОВ
метаморфизм пород этой зоны проявляется в их низкой плотности, слабой сцементированности и в целом в пониженной прочности и устойчивости. Наименее низкими показателями прочности обладают породы, вмещающие угли марки ДБ, распространенные широкой полосой преимущественно на севере и северо-западе бассейна. Развитые здесь глинистые породы легко размокают в воде, обладают высокой пластичностью и представляют собой типичные глины. Более метаморфизованные породы, вмещающие угли марок Д и Г, обладают большей прочностью и устойчивостью. Некоторые глинистые породы хотя еще и не утратили способности размокать в воде, могут быть отнесены к аргил-
Рис. 97 Формы вывалов в стволах шахт (по Ю А Онищенко)
1 — песчаники, 2— >гли,
3—алевролиты,
4 — аргиллиты, 5 — известняки иармиенне
6 — тектоническое
литам. Более прочными также являются и лучше сцементированные песчаники.
В толще слабо метаморфизованных горных пород за период с 1952 по 1961 г. было пройдено более 60 шахтных стволов. Проходка производилась обычным взрывным способом с возведением тюбингового, бетонного и железобетонного крепления без каких-либо затруднений. В зоне же выветривания эти породы обладали крайне низкой прочностью на сжатие (13—15 кГ/см2 и меньше) и устойчивостью. Некоторые водоносные песчаники в зоне выветривания превращены в плывунные пески, а глины и аргиллиты — в оплывающую глинистую массу. В связи со способностью пород карбона оплывать в зоне выветривания ниже уровня подземных вод в последнее время при проходке некоторых неглубоких вентиляционных стволов (глубиной до 200 м) прибегали к замораживанию пород на всю глубину ствола. В некоторых случаях при проходке стволов шахт наблюдались прорывы подземных вод, что еще более усложняло проходку.
Из приведенных данных можно сделать вывод, что инженерно-геологические условия проходки стволов в районах распространения слабо метаморфизованных пород наименее благоприятны. Учитывая сравнительно невысокую устойчивость пород (особенно в зоне выветривания), легкую размокаемость и способность глинистых пород к набуханию,
Г И Д Р О Г Е О Л . И И И Ж . - Г Е О Л . УСЛОВИЯ В С К Р Ы Т И Я , Р А З Р А Б . У Г О Л Ь Н . М - Н И И 3 2 7
производить работы следует, не допуская подтопления, остановок в про-
ходке и отставания временного и постоянного крепления
В процессе проходки стволов шахт горные породы стенок стволов
иногда деформируются Наиболее часто встречаются вывалы пород
в стволах (шахты Донецкой и Ворошиловградской областей). По дан-
ным Ю А Онищенко (1958), около 65% всех вывалов происходит на
глубине до 200 м С глубиной количество вывалов постепенно снижается
вследствие уменьшения трещиноватости и увеличения с глубиной проч-
ности и устойчивости пород Наиболее распространенные формы выва-
лов показаны на рис 97
Особенно крупные выва-
лы наблюдались в ство-
лах шахты «Щегловка
Глубокая», в вентиля-
ционном стволе которой
на глубине 34 м вывали-
лись глинистые и песча-
ные сланцы
Во втором вспомога-
тельном стволе на глуби-
не 593—612 м вывали-
лись неустойчивые слан
цы
При выборе мест за-
ложения стволов шахт
обычно избегают пересе-
чения тектонически нару-
шенных зон, однако это
шпуры
не всегда возможно
В юго западной час-
ти Донбасса нарушенные Рис 98 Эскиз выброса песчаника h5Sh7 при зоны в каменноугольных отпилке забоя скипового ствола шахты «Ново.
отложениях были встречены 35 стволами
Кроме нарушения
Центральная»
/ — положение забоя ствола гтеред отпалкой 2 — п о л о жение забоя ствола после отпалки
прочности пород разрывные нарушения зачастую отличаются повышен-
ной обводненностью, что еще более осложняет проходку
В некоторых случаях проходка стволами разрывных нарушений
не вызывает каких-либо осложнений Пликативные нарушения часто
образуют дополнительную систему трещин, а также микроскладчатость
Прочность и устойчивость пород в зоне пликативных нарушений сни-
жаются меньше, чем при разрывных, и осложнения при проходке их
шахтными стволами встречаются реже, а размеры вывалов меньше
В последние годы в связи с освоением больших глубин при про-
ходке шахтных стволов наблюдалось несколько осложнений, вызванных
выбросом породы Это явление возникает вследствие концентрации боль-
ших напряжений в крепких песчаниках и образования упругодеформи-
рованных зон Один из таких выбросов песчаника наблюдался на глу-
бине 813 м в скиповом стволе шахты «,Ново-Центральная» (рис 98)
Проходка стволов в зонах подработки и через горные выработки
с инженерно-геологической точки зрения не представляет значительных
трудностей Несколько пониженная устойчивость пород в зоне обруше-
ния успешно преодолевалась своевременным креплением Особенно пло-
хой }стоичивостью обладали глинистые сланцы С приближением непо-
средственно к горным выработкам породы давали небольшие вывалы,
а некоторые разновидности углистых сланцев — даже осыпи
328
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛОВ
Максимальная величина зоны обрушения и трещиноватости над выработанным пространством равна 60—65-кратной мощности разрабатываемого пласта (по данным треста «Артемгеология»), По имеющимся у нас данным, мощность этой зоны в восточной части бассейна, в районах распространения сильно метаморфизованных пород, примерно в два раза меньше.
РАЗРАБОТКА УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
Гидрогеологические и инженерно-геологические условия разработки углей определяются как геологическими, так и горнотехническими условиями эксплуатации.
Из 600 с лишним угольных шахт примерно 50 ведут разработки на глубинах более 650 м. Вступают в строй шахты в юго-западной части Донбасса с глубинами разработок 1000—1500 м. Увеличение добычи коксующихся углей в Донбассе связано с разработками на больших глубинах.
Горнотехнические условия разработки угольных пластов обусловили преимущественное распространение в Донбассе сплошной системы выемки прямым ходом с полным, реже частичным обрушением кровли с закладкой до 60—70% выработанного пространства. В последние годы начали широко внедряться столбовые системы с обратным или комбинированным порядком отработки.
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЗРАБОТКИ
Г и д р о г е о л о г и ч е с к и е у с л о в и я р а з р а б о т к и угольных пластов в Донецком бассейне в общем благоприятны. Почти три четверти всех шахт имеют притоки менее 100 м3/час и только одна (шахта им. В. И. Ленина треста «Несветайантрацит»)—550 м^/час (табл. 49).
Крайние значения минимальных и максимальных притоков в шахты различных частей бассейна составляют: первые несколько, вторые—-от 485 до 550 м3/час. Мало отличаются и средние по разным частям Донбасса (областям) коэффициенты водообильности, выражающие отношение количества откачиваемой воды (в м3/час) к добыче (в тоннах). Более резко отличаются как коэффициент водообильности, так и величины средних притоков по отдельным углепромышленным районам.
Шахтами Донбасса разрабатывается около 100 угольных пластов. Условия залегания пластов, состав и степень водоносности боковых пород, степень тектонической нарушенности шахтных полей, различное положение выработок относительно гидрографической сети, мощность и состав покрывающих угленосную толщу осадков, количество одновременно разрабатываемых каждой шахтой пластов, глубина разработки, ширина и площадь горных выработок, система разработки, способ управления кровлей и многие другие факторы влияют на величину притока воды в шахты. Достаточно сказать, что отдельные шахты разрабатывают от 1 до 20 угольных пластов, глубина разработки по отдельным шахтам изменяется от нескольких десятков до 1000 м, площади очистных выработок — от нескольких сотен или тысяч квадратных метров в молодых шахтах до 20—30 км2 в старых, разрабатывающих одновременно много пластов.
Коэффициенты водообильности и абсолютные величины притоков отражают не столько региональные закономерности, сколько разницу в гидрогеологических и горнотехнических условиях каждой из шахт.
Если прогноз притока в проходимые стволы с достаточной точностью делается при помощи формул динамики подземных вод, на
ГИДРОГЕОЛ И ИНЖ.-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. УГОЛЬН. M-HИИ 3 2 9
до 25 200-300 300-400 400-500 более 500 | минимальный максимальный средний Суммарный приток в
деM3йIсiтaвcующие шахты,
I Коэффициент водообильности
Степень обводненности шахт Донбасса
Т а б л и ц а 49
Притоки
Ко
личе с
с
тво при
тдоекйасмтив,умющ?и!чх ашсахт
в действу-
тюыщ,иемш3/анха-с
Углепромышленные районы
§ S
юсIя
О1Л
ОсОд
ооI
Красноармейский
3 5 4 96 1
6 332 124
3,7
Донецко-Макеевский . . - . . . 38 ЗУ 34 10 2 — 1 — О 485 53 —
2,3
Чистяково-Снежнянский . • . . 21 24 13 5 1 — 1 — з 471 54 —
1,9
21 8 10 14 1 1 — — 9 383 64 —
1,7
По Донецкой области
83 76 61 38 10 2 2 — 2 485 67 20 100 2,4
Лисичанский
9 5 3
2
1 270 48
1,2
Селезневский и Чернухннский
3 5 3 — — 1 1 — 5 500 106 —
3,1
Алмазно-Марьевский
14 16 14 5 4 1 — — 4 302 68 —
2,8
10 2 1 1 1 — — — 1 201 38 —
2,4
Краснодонский . . . • . . . . -
1 3
7
6
1 —
— —
7 215 89 —
3
Боково-Хрустальский н Должан-
ско-Ровенецкий
7 14 44 40 11 2 2 — 10 450 112 • —
3,4
"По Ворошиловградской области 44 45 72 52 19 4 3 — 1 500 85 20 400 2,9
Шахтинско-Несветаевский . . . 3 11 7 14 5 3 1 1 8 550 152
2,9
Гуково-Зверевский
— 8 3 4 1 — — — 28 232 81 —
2,2
Каменско-Гундоровский . . . . •
7 24
2 —
—
—
—
5 138 40 —
1,6
Богураевский
5 10 7
1 — — — — 13 87 44 —
20
По Ростовской области
15 31 21 21 6 3 1 1 5 550 83 8 260 2,5
Всего по Донбассу . •
142 152 155 111 35 9 6 1 — — — 48 760 2,6
основе опробования водоносных пород в скважинах контрольного бурения, то для оценки обводненности выработок при эксплуатации гидродинамический метод мало применим, так как невозможно учесть все многочисленные естественные и искусственные факторы. Балансовый метод также не находит применения, поскольку невозможно точно определить баланс вод для малых площадей, какими являются шахтные поля. Поэтому в Донбассе отдается предпочтение методу аналогий. До последнего времени, исходя из принятой величины фактического притока, производился расчет ожидаемого притока по формулам, >читывающим разницу в глубине и площади выработок действующей и проектируемой шахт. Обычно в качестве шахты-аналога выбиралась шахта, расположенная вблизи места заложения проектируемой шахты и разрабатывающая те же угольные пласты. Однако многочисленные фактические материалы и опыт работ показывают, что геолого-гидрогеологические условия могут значительно изменяться на сравнительно
330
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛОВ
небольших участках и даже в пределах поля одной шахты. Поэтому произвольный выбор шахт-аналогов может привести к большим ошибкам.
В последние годы в тресте «Артемгеология» выполнено несколько крупных работ, позволяющих более точно оценивать влияние основных естественных и искусственных факторов на обводненность выработок, а также более правильно подходить к выбору шахт-аналогов. Устанавливаемые закономерности должны позволить в дальнейшем с достаточной точностью давать прогноз притока воды в шахты в любой стадии их развития путем применения для расчетов формул динамики подземных вод с введенными в них эмпирическими поправками.
Критерием, дающим наиболее объективную характеристику влияяния суммы геолого-гидрогеологических факторов на величину притока в горные выработки и наименее зависящим от горно-эксплуатационных причин, принято считать коэффициент водообильности. Однако он не является постоянной величиной и изменяется не только под воздействием естественных и искусственных факторов, определяющих величину притока, но (иногда даже в еще большей степени) и в зависимости от изменения размеров добычи.
Поэтому в первую очередь необходимо установить зависимость величины притока от основных естественных и искусственных факторов.
Все многочисленные естественные и искусственные (горнотехнические) факторы, определяющие величину притоков в угольные шахты, могут быть разделены на три группы.
A. Факторы, зависящие от постоянно существующих условий, оказывающие постоянное влияние на величину притока только в одном направлении и подчиняющиеся определенным зависимостям, которые могут быть учтены и, по-видимому, облечены в математическую форму. К ним относятся: условия залегания пород, водопроницаемость вмещающей толщи, количество одновременно разрабатываемых пластов и мощность их, глубина разработки, площадь выработок, время эксплуатации шахты.
Б. Факторы переменные, оказывающие на величину притока периодическое влияние, или же факторы постоянные, степень влияния которых трудно определить заранее. Учет этих факторов возможен путем введения поправок, определяемых эмпирически (климатические особенности, режим эксплуатации, способ управления кровлей, степень обнаженности участка).
B. Факторы, носящие случайный характер, влияние которых практически невозможно учесть заранее, вскрытие зон повышенной трещиноватости, в частности тектонических нарушений или мощных водоносных горизонтов, например, в закарстованных известняках, подработка поверхностных водоемов и водотоков, вскрытие выработками на выходах угольных пластов аллювиальных или других водоносных отложений, подработка скважин или старых затопленных горных выработок.
Условия залегания пород определяют площадь питания, форму депрессионной воронки вокруг горных выработок и статические запасы подземных вод, дренируемые в ее пределах. Влияние условий залегания довольно хорошо прослеживается в Чистяковской мульде и Главной синклинали. В Чистяковской мульде приток постепенно возрастает с запада на восток к замковой части мульды, характеризующейся наименьшими углами падения. Аналогичное явление наблюдается по другую сторону Главной антиклинали по шахтам, разрабаты-
ГИДРОГЕОЛ И ИНЖ.-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. УГОЛЬН. M - H И И 31
вающим пласты свит C25 и C26. Наибольшая средняя величина притока (147,4 м3!час) наблюдается по шахтам треста «Боковантрацит», расположенным в средней части Главной синклинали, характеризующейся наименьшими углами падения. На запад и на восток, по мере увеличения углов падения и уменьшения площадей выходов пород карбона, средние притоки уменьшаются (шахты треста «Краснолучуголь»—104,1 м3/час, шахты треста «Свердловуголь»—126,7 м3/час).
Высокая обводненность шахт на участках пологого залегания пластов объясняется большими площадями выходов водосодержащих пород карбона, в пределах которых происходит питание водоносных горизонтов. Кроме того, трещины обрушения на больших площадях подходят к поверхностной зоне повышенной трещиноватости, что обусловливает дренирование больших массивов горных пород.
Водопроницаемость пород вмещающей толщи. Под вмещающей в данном случае понимается толща пород, дренируемая горными выработками по разрабатываемому пласту. Большая часть притока в шахты поступает из водоносных горизонтов, залегающих в кровле, в пределах зоны дренажа, распространяющегося на высоту, равную 10—80-кратной мощности пласта. Меньшая его часть поступает из горизонтов, залегающих непосредственно в почве пласта или на расстоянии нескольких метров от него.
Водоносность пород донецкого карбона определяется в первую очередь трещиноватостью, степень которой зависит от минерального состава, зернистости, глубины залегания, степени метаморфизма и степени напряженности массива как в настоящее время, так и той, которую испытывали породы в прежние эпохи.
Наибольшая раскрытая трещиноватость свойственна тем структурам, где в процессе тектонических движений происходило растяжение пород, а меньшая — участкам сжатия.
Наибольшие коэффициенты водообильности характерны для шахт на участках приосевых частей положительных форм пликативной тектоники. Например, в Центральном районе максимальная водообильность наблюдается в приосевой части Главной антиклинали. В стороны от нее, к Кальмиус-Торецкой и Бахмутской котловинам, коэффициенты водообильности уменьшаются. Повышенные коэффициенты водообильности отмечаются также вдоль субмеридиональных пликативных нарушений— Ясиновско-Ждановской, Калининской и Чайкинской флексур.
Иногда заметные увеличения притока наблюдаются при ведении горных работ на участках местных, небольших по размерам, флексурных перегибов. Так, в шахте «Горская» № 1—2 поступление воды на флексурных перегибах наблюдалось в количестве 10—30 м31час. Минимальные коэффициенты водообильности характерны для осевых частей синклинальных складок, например Чистяковской мульды.
Естественно, что наибольшая водопроницаемость пород и большие притоки в шахты наблюдаются на верхних горизонтах, особенно в зоне выветривания.
Наибольшая мощность трещиноватой зоны, как и наибольшая степень трещиноватости пород карбона, наблюдается в долинах рек. Горные выработки на верхних горизонтах под водотоками и водоемами отличаются большей обводненностью. Шахты, располагающиеся в открытой части Донбасса вблизи крупных водотоков — рек Кальмиуса, Грузской, Крынки и др. отличаются высокими средними коэффициентами водообильности.
Влияние литологического состава на величину притоков в шахты прослеживается недостаточно четко. Тем не менее шахты, разрабатывающие пласты, залегающие в глинистых толщах, обычно менее
332
ГИДРОГЕОЛОГИЯ
и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛОВ
обводнены. Степень обводненности шахт зависит не столько от процентного содержания в дренируемой толще водоносных песчаников и известняков, сколько от степени их водоносности. Известно, например, что водоносный известняк Li, залегающий почти непосредственно в кровле разрабатываемого многими шахтами угольного пласта является интенсивным источником обводнения выработок по этому пласту. Водопроницаемость слабо метаморфизованных песчаников определяется не только их трещиноватостью, но в некоторых районах (Красноармейском) и пористостью.
Естественно, что водопроницаемость вмещающих пород нельзя рассматривать изолированно от остальных факторов. В частности, она существенно зависит от глубины разработки, сравнительно легко характеризующейся количественно.
Мощность и количество разрабатываемых пластов определяют величину дренируемой толщи вмещающих пород и число водоносных горизонтов, участвующих в обводнении шахты.
С увеличением мощности разрабатываемых пластов растет высота зоны обрушения над очистными выработками. В шахтах, разрабатывающих несколько угольных пластов, в зону дренажа вовлекается практически вся толща, залегающая между крайними пластами, а также зона обрушения над верхним из них. В таких случаях, особенно если пласты сближены, приток в выработки верхнего из них оказывается наибольшим, выработки же по нижележащим сближенным пластам часто практически сухие. Таким образом, с увеличением количества разрабатываемых одновременно пластов растет и приток в шахты,, хотя и не пропорционально их числу.
Глубина разработки до последнего времени считалась главным фактором, определяющим величину притока, и для расчета прогнозных притоков использовалась формула Шези, выражающая параболическую зависимость изменения притока от глубины (понижения).
Использование параболической зависимости увеличения притока с глубиной было предложено в 1945 г. А. И. Федоровым на основании анализа данных о притоках в шахты на различных горизонтах в процессе их откачки. Однако формула Шези учитывает уменьшение приращения притока воды в выработку с увеличением понижения вследствие возрастания сопротивления движению воды при увеличении скорости (условия турбулентного движения). Однако размеры трещин в породах карбона очень малы, за исключением трещин в зоне выветривания и в зонах тектонических нарушений или закарстованных известняках, вследствие чего даже при больших понижениях движение должно быть ламинарным.
Характер уменьшения степени трещиноватостн пород с глубиной можно проследить на рис. 99. Здесь даны скважины, в которых наблюдалось поглощение промывочной жидкости. Рисунок отражает только случаи встречи скважинами крупной трещиноватостн, так как мелкие трещины и тем более пористость пород при бурении обычно кольматируются глинистым раствором. В районах распространения низкометаморфизованных пород трещиноватость затухает на меньших глубинах (400—450 м), чем в районах более высокой метаморфизации (до 550—800 м). Скачкообразность в изменении процента скважин, в которых наблюдалось поглощение, по-видимому, обусловлено влиянием тектонических зон, встречавшихся скважинами в разных частях каждого из районов. Наблюдающиеся изменения притока с глубиной шахт вызваны не турбулентным режимом, а изменением степени естественной трещиноватостн пород. Поскольку на больших глубинах трещиноватость (и водопроницаемость) должна быть равна нулю, то на
ГИДРОГЕОЛ И ИНЖ.-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. УГОЛЬН. M - H И И 3 3 3
глубоких горизонтах приращение притока AQ = 0, а максимальный тгриток Qmax=lConst. Поскольку параболическая зависимость не удовлетворяет этому условию (по формуле параболы при 5 ->со и Q-^ со), она не соответствует ,и закону изменения притока с глубиной. Вполне вероятно, что закон этот может выражаться формулой гиперболы или каким-либо видом логарифмической зависимости, удовлетворяющей указанному условию. Однако в определенных, сравнительно ограниченных интервалах глубин кривые логарифмические или гиперболы, •а также параболы сходны между собой, вследствие чего в этих интервалах с достаточной точностью можно пользоваться любой из них.
Количество скважин,%
Рис. 99. Изменение количества скважин, поглощавших промывочную жидкость в породах различной степени метаморфизации (по глубинам разведки)
/ — по Петровско-Каранчевской синклинали (группы метаморфизма Г, Д ) , 2 — по Горняцкой синклинали (группы м е т а м о р ф и з м а Т, ОС, К, Ж ) ; 3 — по з а п а д н о й части Быстряиской синклинали (группы метаморфизма Т, ОС, К, Ж ) , 4 — по северном\ крылу Сулиио-Садкииской синклинали (группа метаморфизма А), 5 — по Шахтииско-
Несветаевской синклинали (.группа м е т а м о р ф и з м а A^
Приведенные на рис. 100 кривые для трех районов, характеризующихся весьма различными гидрогеологическими условиями, свидетель•ствуют о различном изменении притоков с глубиной. Однако нельзя забывать, что на конфигурацию кривых влияют и другие естественные и искусственные факторы, от которых невозможно абстрагироваться. Анализируя эти кривые, можно сделать важный вывод, что там, где породы имеют наибольшую степень метаморфизации, водопроницаемость с глубиной уменьшается быстро (Чистяково-Снежнянский район). В районах распространения пород средней степени метаморфизации (Донецко-Макеевский) затухание трещиноватости происходит на несколько больших глубинах и, наконец, в районе распространения наименее метаморфизованных пород (Красноармейский) в пределах изученных глубин заметного уменьшения водопроницаемости не наблюдается. Объясняется это, по-видимому, тем, что здесь водопроницаемость пород в большей мере обусловлена пористостью.
По данным Г. П. Панасенко (табл. 50), коэффициенты водообильности щахг восточной части Донбасса до глубины 500 м не имеют тенденции к уменьшению, при больших глубинах шахт они резко снижаются.
334
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛОВ
Приведенные в табл. 50 данные лишь косвенно характеризуют
обводненность выработок. Независимо от глубины, при одинаковом
развитии горных работ на всех горизонтах большая часть притока
поступает в выработки верхних горизонтов.
В Западном Донбассе даже на небольших глубинах притока
в шахты почти не наблюдается (табл. 51). Это объясняется отсутст-
вием мощных и выдержанных
Q и3/час
водоносных горизонтов в продуктивной толще нижнего карбона.
200
Выработки нижних горизон-
тов наиболее глубоких шахт бас-
сейна (600 м и более) являются
сухими. Они нередко нуждаются
5001
в орошении вследствие большого
количества пыли.
Площадь горных выработок
200 300 400 500 H M
в равной, а, возможно, даже в большей степени, чем глубина,
влияет на величину притока. Ха-
рактерно, что в Чистяково-Снеж-
нянском районе притоки возра-
Q и3/час
стают в прямой зависимости от площади (рис. 100), в Красноар-
мейском районе прослеживается
заметное снижение приращения
притока с увеличением площади.
Это объясняется, по-видимому,
влиянием других факторов и в
первую очередь тем, что в Чистя-
F нмг ково-Снежнянском районе большинством шахт угольные пласты
••——г
разрабатываются на сравнительно небольших глубинах, а очист-
Р и с 100 З а в и с и м о с т ь п р и т о к а в о д ы в ш а х ты от их глубины (а) и площади вырабо-
ные выработки имеют вытянутую вдоль простирания форму, тогда
ток (б).
как в Красноармейском горные
Р а й о н ы / — К р а с н о а р м е й с к и й (30 ш а х т ) , 2 — Д о нецко-Макеевский (147 шахт), 3 — Чистякове-
С ч е ж н я н с к и й (60 ш а х т )
работы развиваются более равномерно по простиранию и на
глубину. Таким образом, зависи-
мость притока от площади горных выработок определяется влиянием
многих факторов, но в общем она чаще выражается также кривой
параболического типа.
Т а б л и ц а 50 Коэффициенты водообильности шахт восточной части Донбасса
Глубина разработки, м
до 100
до 200
до 300
до 400
ДО 500
до 600
до 700
чо «но
до 900
2,4* 6
2,22 18
3,21 28
2,62 23
3,13 11
1,66 3
1,99 2
* В числителе — коэффициент водообильности, в знаменателе — кочнчество шахт
0,48 1
ГИДРОГЕОЛ И ИНЖ.-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. УГОЛЬН. M - H И И 335
Т а б л и ц а 51
Притоки по шахте «Терновская» в зависимости от глубины разработки
Глубина раз-
Длина
работки
горных
горизонта, м выработок, м
Максимальный
Водовмещающие породы примто3к/чваосды,
104,2 175,0 205,0 247,0 265,0 295,0
5,8 601,7
12,8 23,6 86,4 973,5
Угольный пласт с8н Угольный пласт Ce Угольный пласт C5 Угольный пласт C4
Песчаники
Угольный пласт C1
74,0 2,5 1,0
0,5-1,0 Сухие Сухой
В первой стадии эксплуатации, с началом ведения очистных выработок, сопровождающемся посадкой кровли и вовлечением в зону дренирования залегающих над угольными пластами водоносных горизонтов, притоки быстро возрастают. Скорость продвижения забоев очистных выработок, способ управления кровлей и свойства залегающих над пластами пород обусловливают режим дренирования статических запасов всех водоносных горизонтов, находящихся в зоне обрушения.
Материалы многолетних режимных наблюдений по некоторым шахтам Донбасса показывают, что с началом эксплуатации притоки в шахтах увеличиваются в 2 раза, а иногда в 5—-6 раз и даже более по сравнению с притоками в подготовительные выработки. Затем происходит постепенное снижение притока почти до первоначальной величины, связанное с окончанием дренирования всех статических запасов в зоне влияния выработок либо с прекращением этого дренирования. В дальнейшем в зону дренирования вовлекаются новые объемы водоносных пород как на первом, так и на последующих горизонтах разработки, что дает временные, иногда накладывающиеся друг на друга пики.
Например, по шахте № 1 «Ново-Гродовка» (рис. 101) при проведении очистных работ по пласту U и вскрытии подготовительными выработками по пласту k& известняка Li наблюдалось увеличение притока с 120—145 м3/час (1949 г.) до 329 м3/час (апрель 1950 г.), а затем снижение его, нарушавшееся разработкой последующих горизонтов. Резкие увеличения притока в шахту объясняются прорывами воды в июне 1952 г. во 2-й северной лаве по пласту /, и в октябре 1952 г. при вскрытии южным квершлагом закарстованного известняка L1.
После дренирования статических запасов в пунктах прорывов и на основном горизонте разработки приток к 1956 г. практически стабилизировался, хотя горные работы продолжали интенсивно развиваться и по фронту, и на глубину.
Время частичной сработки статических запасов каждого из горизонтов зависит от величины этих запасов в дренируемом объеме водоносных горизонтов, а также от трещиноватости водовмещающих пород и пород, отделяющих их от разрабатываемого пласта (как естественной, так и созданной в результате обрушения). Оно может составить несколько лет, как это наблюдалось по шахте «Ново-Гродовка» Ns 1, иногда же всего несколько дней.
Так, в шахте № 10-бис треста «Куйбышевуголь» после первой посадки лавы по пласту Z81 за небольшим по амплитуде ступенчатым
336
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯМ Е С Т О Р О Ж Д Е Н И ИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛ
нарушением-надвигом «А» произошел внезапный прорыв воды с притоком более 500 м3/час из залегающего выше известняка M1, который не был дренирован в занадвиговой части Через 5 дней приток в месте прорыва уменьшился до 200 м3/час, а через 3 недели стал незначи-
тельным.
350 Hu3Zmc зоо •
' Общий притон воды в шахту
глубима выработок по пласту I,
250
200
( по пласту is.
150
IOO
50
по пласту ^ 0
- " Z j Z i r z S Z l " ^ , , , I ( Площадь вырз_6отрк_тытласту Jrg
_
m B r ~ T l 9 4 9 r I 19Э0Г ~ 9 5 1 г I 19ёг"г~Г(9^3г"ТТэ5Аг~)~?955"г~ГЭ^бГ~Г 195Уг 1 <95gr | 1959г 1 1960Г [ №r
) Ш2г ) 1963г
Рис 101 Изменение притока, площади и глубин выработок по шахте «Ново-Гродовка» № 1
Очень интересны наблюдения, проведенные на шахтах «Водяная» № 2 и № 40 «Кураховка» (Красноармейский район) с целью изучения дренирующего влияния очистных выработок на водоносные горизонты
Геологический разрез
Q N/Pt
111 IIVI V I Vl jvn ]УШ Df IX IЛ Iffl 11 Ii | ш | i v | VJVi |VD|vji|H |Х IXI
1958
1959
Рис 102 Изменение уровней воды в наблюдательных скважинах на поле шахты «Водяная» № 2
карбона и полтавских песков. На шахте «Водяная» № 2 наблюдения велись по нескольким скважинам на водоносные горизонты карбона и полтавских песков, пробуренным на площади, подлежащей подработке лавами. Выработки должны были быть пройдены на глубинах около 180 м от дневной поверхности и 140—150 м от поверхности карбона.
По мере приближения лавы поочередно в каждой из скважин, пробуренных на водоносные горизонты K51, Sks2 и Ki, залегающие на 10 и 20 ж выше разрабатываемого пласта къ3, наблюдалось сначала постепенное, а затем более быстрое снижение уровня. После прохождения выработок под скв. 1304 (рис. 102) и посадки лавы произошло
ГИДРОГЕОЛ И ИНЖ-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ УГОЛЬН. М-НИИ
337
резкое падение уровня (возможно, до почвы водоносного горизонта), который затем снова стал быстро повышаться и в марте следующего года почти достиг первоначального положения. Скважина 1303, пробуренная на тот же горизонт и доведенная до пласта fcB, осталась в небольшом целике, но очистные выработки прошли в непосредственной близости от нее. Уровень по этой скважине при проходке лавы быстро снизился, после чего происходили значительные колебания его, вызванные, по-видимому, дренированием различных систем трещин, однако полного осушения горизонта не наблюдалось. По скважинам, пробуренным на водоносные горизонты Ki1 SK72, Ks SKi3 и Ki3 SK75, залегающие на 30—35 м выше пласта, влияние подработки почти не сказалось (рис. 102, скв. 1287). Не изменились также уровни под влиянием подработки и в водоносном горизонте полтавских отложений (скв. 1295).
Таким образом, даже в ближайших к разрабатываемому пласту водоносных горизонтах происходит лишь частичное и временное дренирование статических запасов. После перераспределения горного давления в зоне обрушения трещины зажимаются, кальматируются и депрессионная воронка снова заполняется. Вполне очевидно, что объем воды в таком временно осушенном массиве пород может сильно отличаться, так как зависит от 'мощности и характера водосодержащих пород, что и определяет разные величины притоков в выработки при очистных работах, особенно в начальной стадии эксплуатации. В равной степени и время, в течение которого происходит частичное временное осушение горизонта («дренирование статических запасов») и увеличение притока, а затем заполнение ранее сдренированного объема, сопровождающееся уменьшением притока в шахту, зависит от мощности и характера дренируемых водосодержащих пород.
Из числа факторов группы Б с рассмотренными ранее тесно связаны режим эксплуатации и способ управления кровлей. Естественно, что скорость продвижения лав, процесс нарезки и эксплуатации новых горизонтов либо, наоборот, временное прекращение работ на тех или иных участках определяют более или менее равномерное или интенсивное дренирование водоносных горизонтов. Наряду со свойствами пород, залегающих в зоне влияния горных работ (способность к плавному опусканию или глыбообразному обрушению), высота зоны искусственной трещиноватости, а значит, и мощность дренируемой толщи определяются и способом управления кровлей. Эти факторы при прогнозе величины притока в шахты учесть очень трудно, но совершенно очевидно, что при ведении работ с полной или частичной закладкой высота зоны обрушения (и притоки в выработки) должна быть меньше, чем при полном обрушении.
Степень обнаженности участка и состав покрывающих продуктивную толщу отложений в большой мере определяет величины притоков в шахты. На участках, обнаженных или покрытых небольшим слоем четвертичных отложений, наблюдается прямая инфильтрация и даже инфлюация дождевых и талых вод, вызывающая увеличение притоков, особенно на верхних горизонтах. В районах, покрытых относительно мощной толщей малопроницаемых глинистых четвертичных отложений, питание затруднено, быстрого проникновения атмосферных вод не наблюдается и притоки в шахты меньше изменяются по сезонам. На площадях, закрытых мощной толщей меловых отложений, не трещиноватых в нижней части, шахты обводнены меньше и сезонных изменений притока почти не наблюдается. Примером может служить шахта «Таловская» № 2 (треста «Краснодонуголь»). Участок шахты покрыт меловыми, третичными и четвертичными отложениями, питание подземных вод затруднено. Однако у южной границы участка
338
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛОВ
отложения карбона выходят на поверхность, и здесь происходит основ ное пополнение запасов водоносных горизонтов вмещающей толщи В связи с этим южное коыло шахты, примыкающей к открытой части, обводнено значительно больше, чем северное
На площади, где выходы продуктивной толщи покрыты водоносными отложениями, в частности водоносными песками полтавской свиты (Красноармейский район), происходит постоянное питание водоносных горизонтов карбона и наблюдаются наибольшие притоки в шахты, однако сезонных колебаний притоков почти не происходит
Влияние климатических факторов находится в тесной связи со степенью обнаженности района в закрытых районах оно проявляется слабо, а в открытых — величины притоков сильно изменяются по сезонам года В открытых районах притоки увеличиваются в связи с весенним снеготаянием и дождями Ливневые осадки быстро стекают в гидрографическую сеть и обычно не вызывают большого увеличения притоков, за исключением гех случаев, когда происходит непосредственное проникновение воды в шахты по старым выработкам и трещиноватым зонам в бортах долин В периоды затяжных осенних дождей притоки обычно заметно возрастают
Наиболее сильно ощущается влияние снеготаяния В малых шахтах, а также на верхних горизонтах крупных шахт притоки увеличиваются в 2—3 раза, а иногда и больше, причем почти одновременно с началом снеготаяния На средних горизонтах (300—400 м) притоки увеличиваются на 20—50% по сравнению с нормальными (зимними или летними), а максимум наблюдается через 1—2 месяца после снеготаяния На глубоких горизонтах влияние паводков почтя не ощущается
Для большинства средних и крупных шахт открытого Донбасса увеличение притоков в весеннее время составляет 30—40%
Очень трудно говорить о какой-либо общей закономерности в проявлении зависимости между количеством выпадающих осадков или скоростью снеготаяния и величиной притока в шахты, так как питание водоносных горизонтов карбона в каждом конкретном случае зависит от климата, характера рельефа, степени обнаженности, состава покровных отложений, глубины зоны выветривания, степени трещиноватостн пород карбона и т д Тем не менее климатические факторы могут быть ориентировочно учтены при прогнозе величины водопритока и его режима путем введения эмпирических поправок
Факторы группы В (хотя влияние их на величину притока не поддается предварительному прогнозу) нередко играют ведущую роль Горными выработками шахт Донбасса вскрыто огромное количество крупных и мелких нарушений, причем предсказать заранее степень водоносности нарушенной зоны очень трудно Многие, в том числе и крупные разрывные нарушения, оказываются неводоносными И \ водоносность иногда проявляется только на отдельных участках Крупные надвиги (Итальянский, Чайкинский, Григорьевский, Французский, Алмазный) не давали значительных притоков при их пересечении Разрывные нарушения типа сбросов чаще дают при их вскрытии большие притоки, причем иногда прорывы воды с очень большим притоком связаны с пересечением небольших по амплитуде нарушении Так, катастрофические прорывы с притоком 1000—3000 м3/час наблюдались в 1949 и 1952 гг в шахте «Первомайская» из местных, неботынои амплитуды сбросов В уклоне пласта т 3 шахты «Краснополье Глубокая» в 1964 г произошет прорыв воды с дебитом 480 м3/час из трещин вблизи III Брянского надвига В большинстве же случаев как сами
ГИДРОГЕОЛ. И ИИЖ.-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. УГОЛЬН. М-НИИ
339
нарушения, так и прилегающие к ним зоны дают притоки до 20— 40 м3/час.
Повышенные притоки при пересечении зон нарушений носят более или менее кратковременный характер: через несколько дней, а иногда даже часов они уменьшаются. Наибольшие притоки из зон нарушений наблюдаются на верхних горизонтах, причем притоки из нарушений, вскрытых на малых глубинах, быстро уменьшаются, тогда как на нижних горизонтах они продолжаются значительно дольше. На больших глубинах (порядка 800—1000 м) тектонические нарушения практически безводны.
Очень трудно заранее учесть и влияние, которое может оказать на величину притока непосредственная подработка поверхностных водоемов и водотоков. Известны случаи, когда большая часть притока в шахту поступает в местах подработки долин. Так, очень большой приток (800—1000 м31час) поступал в периоды паводков в шахту им. XIX съезда КПСС треста «Лутугинуголь» (б. Сутаган), выработками которой на глубине порядка 100 м подработана р. Белая.
В открытом Донбассе крылья шахт, граничащие с поверхностными водотоками и водоемами, обводнены значительно больше. Например, притоки в западное крыло шахты «Южная 2» в Шахтинском районе, расположенное под р. Аюта, в три раза больше, чем в восточное. Разница в притоках по крыльям этой шахты наблюдается с 1959 г. Она увеличивается по мере приближения горных работ западного крыла к долине реки.
В створе, расположенном в 200 м ниже по течению р. Аюты от выхода разрабатываемого пласта под аллювий, расход оказался на 45 м3!час меньше, чем в створе, находящемся в 1,5 км выше по течению.
Степень влияния поверхностных вод на обводнение горных выработок определяется многими факторами — глубиной, на которой подрабатывается водоток или водоем, литологическим составом, условиями залегания, фильтрационными свойствами вмещающих пород, глубиной зоны выветривания, литологическим составом и мощностью аллювия, способом управления кровлей. В ряде случаев даже непосредственная подработка водотоков на небольшой глубине (10—20 м) не вызывает инфлюации поверхностных вод. Иногда же влияние рек ощущается даже в выработках, удаленных от реки на расстояние в несколько километров. Например, в шахте «Кременная Восточная» треста «Лисичанскуголь» до 1956 г. не ощущалось влияние подработки аллювия Сев. Донца, хотя горные работы по пласту k& велись на глубине 15 ж от подошвы аллювия при мощности пласта 1,49 м. Однако после продвижения горных работ за ось мульды, на юго-восточном крыле которой залегающий в кровле пласта k& известняк Lx выходит под аллювий Сев. Донца, приток в шахту увеличился в 4—5 раз, хотя по восстанию до выхода пласта оставалось 800—900 м, а по вертикали около 300 м. В последующие годы приток в шахту достигал 300— 500 м3!час. Наименьшие отметки уровней в аллювии располагаются вдоль выхода известняка Lx, что свидетельствует о дренировании аллювия горными выработками через известняк Lx (рис. 103).
Довольно часто в Донбассе бывают случаи прорывов в горные выработки воды и песков из покрывающих выходы угольных пластов аллювиальных и неогеновых отложений (шахта «Октябрьская» в Донецко-Макеевском районе и др).
При разработке угольных пластов вблизи затопленных выработок наблюдаются иногда повышенные притоки. В некоторых случаях имели место прорывы воды. Во избежание прорывов на ряде действующих
340
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯМ Е С Т О Р О Ж Д Е Н И ИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛ
шахт ведутся работы по спуску воды из затопленных выработок старых шахт.
Естественно, что величину притока из соседних затопленных выработок при их подработке практически нельзя учесть, так же как и повышенные притоки, связанные с прорывами в горные выработки воды из насыщенных водой аллювиальных и неогеновых песков, покрывающих выходы угольных пластов.
Иногда значительные притоки связаны с вскрытием пустот в закарстованных известняках, хотя вообще карстовые явления в известняках угленосной толщи довольно редки. Так, на поле шахты № 3 треста
Е Е З ? 0 3 I * > «Sal ^ |»9 fc
Рис. 103. Положение уровней в аллювиальном водоносном горизонте в зоне влияния горных работ шахты «Кременная Восточная»
I — выход под а л л ю в и й известняков; 2 — линии тектонических н а р у ш е н и й , 3 — контур горных р а б о т ш а х т ы « К р е м е и и а я Восточная» по пласту lis, 4 — с к в а ж и н а , ее номер (числитель) и отметка уровня воды в аллювиальном горизонте (знаменатель),
5 — гидроизогипсы аллювиального водоносного горизонта
«Гуковуголь» встречены карстовые пустоты размером до 1 5 x 5 x 2 м в известняке L7, залегающем в кровле разрабатываемого пласта IG- ОНИ обычно заполнены песчано-глинистым материалом и водой. Вскрытие этих пустот вызывало периодическое увеличение притока в шахту на 40—60 MsJnac. В шахту «Нежданная» треста «Шахтантрацит» из закарстованного известняка Кз1 наблюдался приток в количестве 30— 40 м31час, прекратившийся через 1,5—2 месяца. Прорывы воды в выработки по пласту кз шахты «Иван» треста «Первомайскуголь» с притоком 1100 мг1час в 1944 г., а в последующие годы — 120—450 мг/час связаны также, по-видимому, с дренированием залегающего выше закарстованного известняка Ki-
Большие притоки, приводившие иногда к подтоплению шахт, неоднократно наблюдались при вскрытии горными выработками старых разведочных скважин. Примером может служить шахта № 1 «Городищенская» треста «Коммунарскуголь», где в 1952 г. выработками по пласту Z8 была подработана скв. 29, пересекшая известняк М\. Первоначальный приток из нее составлял 130 м3/час, через 3 дня он уменьшился до 47 M3I час, а через неделю скважина была затампонирована и поступление воды прекратилось.
Все охарактеризованные факторы в значительной степени связаны между собой, поэтому влияние каждого из них в отдельности просле-
ГИДРОГЕОЛ. И ИНЖ-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. УГОЛЬН. М - Н И И 341Г-
дить очень трудно, тем более, что в Донбассе не имеется даже двух шахт, условия которых были бы тождественны по всем показателям, кроме одного.
Поскольку многие из шахт не достигли той стадии развития работ, для которой прогнозировался общешахтный приток (расчет обычно делается только для стадии полного развития работ по всем пластам на глубину и по фронту), в настоящее время не представляется возможным сделать анализ сходимости прогнозных и фактических притоков по большому числу шахт. Однако можно считать, что в большинстве случаев порядок величин прогнозных и фактических притоков сходен между собой, хотя методика прогнозирования не является совершенной. Но иногда обнаруживаются значительные погрешности в прогнозировании общешахтных притоков. Так, например, для шахты «Южная» № 1 (Несветаевский район) был установлен прогнозный приток 30 м3/чаа, фактически же он уже сейчас составляет 250 м3/час, хотя шахта далеко не достигла проектных границ. Прогнозирование общешахтных притоков на стадии разведки не может учитывать характера развития горных работ по пластам, по падению и простиранию шахтного поля, а также в зависимости от применяемых способов отработки и интенсивности эксплуатации.
Для повышения точности прогнозов требуется знание многих проектных решений. В связи с этим следует ставить вопрос о проведении дополнительных исследований и составлении прогнозов, уточняющих те, которые были сделаны в стадии детальной разведки. Такие уточнения целесообразно производить периодически для каждой шахты, причем прогноз должен даваться не только для стадии максимального развития горных работ, но и для промежуточных стадий.
В настоящее время большое значение приобретает прогнозирование притока на глубоких горизонтах (до 1500 м). Вопрос этот весьма сложен, так как данных о водоносности пород на этих глубинах очень мало.
Числовые характеристики изменения водопроницаемости пород с глубиной неизвестны. В слабо метаморфизованных породах водопроницаемость в значительной степени определяется пористостью. Так, пористость песчаников в Старобельско-Миллеровской моноклинали достигает 20—25 и даже 32%. Для этой части Донбасса характерно наличие пластовых вод, приуроченных к пористым песчаникам и трещиноватым известнякам, мощность и количество которых в разрезе увеличиваются. Данные опробования глубоких горизонтов в скважинам на нефть и газ в этом районе свидетельствуют о водоносности, хотя и небольшой, на глубинах свыше 2 км (табл. 52). Очевидно, и в других районах низкой метаморфизации породы должны быть водоносными на таких глубинах, а тем более на глубине 1000—1500 м. Необходимо также учитывать высокую напорность подземных вод на этих глубинах.
В некоторые глубокие шахты значительные притоки поступают на нижних горизонтах, где начинаются очистные работы. Так, по шахте им. XXII съезда КПСС приток на горизонте 800 м составлял на 1/1 1963 г. 53,8 м3/час. По ряду скважин наблюдаются самоизлив воды и выбросы газа с больших глубин.
Нижние же горизонты большинства наиболее глубоких действующих шахт часто практически сухие, например подготовительные выработки самой глубокой (1024 м) в настоящее время шахты «Бутовка Глубокая», имеющие общую протяженность более 15 км. Вскрывавшиеся стволами на больших глубинах зоны тектонических нарушений также практически оказывались безводными.
342
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯМ Е С Т О Р О Ж Д Е Н И ИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛ
Птощадь
Водоносность пород карбона на больших глубинах
Т а б л и ц а 52
Номер
Интервал
Снижение
скважины опробования, м уровня, M
Дебит,
M3IcymKU
Водовмещающие породы
Красно-Попов-
Ip
ская
To же
2р
5р
•
9р
4р Гречишкинская
1510—1527
1459—1468 1751—1764 1841—1848, 1833—1838 1667—1676 2122—2117
Опорная 1 2083—2072
До 1500
До 590 До 267
611
590 1600
1455
2026—1998 До 240
1980—1988 700—900
3,6 8,06 26,4 8,5 45,6 5,0 15,0
75—85
До 2,5
C2-'
С,1
CJ
с?
С.,з Известняки креп-
кие C15 Песчаники кварцевые, мелкозер-
нистые C11 Песчаники мелкосредне- и разнозернистые с прослоем гравелита
С,» Известняки трещиноватые, креп-
кие
При разработке углей на глубоких горизонтах климатические условия, характер гидрографической сети и покровных отложений, степень обнаженности и скорость продвижения забоев не будут влиять на обводненность выработок. Небольшое значение будут иметь также способ управления кровлей, скорость продвижения забоев, количество и мощность разрабатываемых пластов. Однако более заметной становится роль случайных факторов, например влияния подработки скважин и вскрытия зон тектонических нарушений сбросового характера.
Гидрогеологические условия определяют успешность разработки углей методом подземной газификации. Опытные данные показали, что для Донбасса при подземной газификации оптимальным является поступление 1—1,3 м3 воды на тонну угля. Меньшее или большее количество воды понижает теплотворную способность получаемого газа вследствие уменьшения в нем содержания СО и H2
В Донбассе имеются две станции подземной газификации: в Лисичанске и Каменске.
Лисичанская станция «Подземгаз» работает с 1934 г В первый период газификация углей производилась исключительно шахтным способом: по угольным пластам проходились гезенки, соединенные друг с другом розжиговым штреком и сообщающиеся с поверхностью через специальные шурфы. Осушение шахтных газогенераторов происходило по этим выработкам, откуда вода (5—7 м?/час) по трубам спускалась в центральный водосборник. Позднее подготовка газогенераторов осуществлялась комбинированным способом — с помощью горных выработок и буровых скважин, пройденных с поверхности. Дренажными являлись многочисленные горные выработки и скважины. Таким образом, при шахтном и комбинированном способах обводненность месторождения имела небольшое значение, так как подготовительными выработками осуществлялось предварительное осушение.
С переходом к строительству безшахтных газогенераторов потребовались специальные мероприятия по борьбе с подземными водами.
ГИДРОГЕОЛ И ИНЖ.-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. УГОЛЬН. M - H И И 3 4 3
В 1955 г. началось предварительное осушение газогенераторов путем откачки воды из вертикальных скважин. Это осушение оказалось неэффективным вследствие малых размеров депрессионных воронок, не позволивших снять напоры на осушаемых участках.
В последнее время предложена схема осушения в процессе газификации с помощью отдельных выгазованных объемов по дренажным узлам из 1—3 скважин. Избыточная подземная вода скапливается в нижней части газогенератора, а оттуда откачивается на поверхность.
Каменская станция подземной газификации находится в опытной эксплуатации с 1961 г. Газификация ведется безшахтным способом. По данным гидрогеологических исследований притоки в газогенераторы составляли до 17 м3/час.
Гидрогеологические условия при подземной газификации углей определяют не только качество газа, но и технологию и экономичность процесса. Газификация ведется на глубинах до 350 м. С увеличением глубины эксплуатации гидрогеологические условия должны улучшиться вследствие уменьшения притока, но потребуется более точное регулирование водоотбора из одиночных скважин.
В последние годы в Донбассе получает распространение гидравлический метод разработки и транспортировки угля. Метод этот применяется сейчас на Яновском гидроруднике, шахтах «Одесская Комсомольская», № 2, № 7 «Белянка», № 12 «Дзержинская», «Привольнянская Северная» № 2, № 4 «Хацапетовская» и др.
Подземные воды, являющиеся помехой при разработке угля обычным способом, используются для гидравлической отбойки угля и транспортировки его по аккумулирующим штрекам в пульповодосборник, из которого пульпа подается углесосами на поверхность в шламоотстойник. Технически осветленная вода снова подается в шахту для повторного цикла.
При гидравлическом методе разработки большие притоки не являются препятствием для эксплуатации, так как наличие на шахгах крупных пульповодосборников и очень мощных углесосных установок обеспечивает прием и откачку любых по величине постоянных притоков или связанных с внезапными прорывами воды в выработки. Наоборот, малая обводненность гидрошахт заставляет использовать для гидродобычи воду соседних предприятий, что в некоторой мере усложняет организацию работ.
По данным ДонУГИ, на тонну добываемого угля требуется около 7 м3 воды. На существующих гидрошахтах и гидроучастках на тонну угля расходуется 10—25 м3 воды, но оборотная система позволяет доводить потери воды за счет выноса углем и испарения до 15—20% по отношению к добыче.
Таким образом, только на весьма мало обводненных шахтах, имеющих коэффициенты водообильности менее 0,3—0,5, может потребоваться привлечение дополнительных количеств воды со стороны. Однако при этом следует учесть, что в условиях гидродобычи, когда работы ведутся с полным обрушением, зона трещиноватостн распространяется на максимально возможную высоту, что обусловливает наибольшую обводненность выработок и более высокий коэффициент водообильности, чем при обычном способе эксплуатации.
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЗРАБОТКИ
Приведенное выше описание инженерно-геологических условий проходки шахтных стволов в породах карбона в известной мере характеризует условия подготовки отработки угольных месторождений.
344
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯМ Е С Т О Р О Ж Д Е Н И ИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛО
Однако для оценки инженерно-геологических условий проведения подготовительных выработок и очистных работ необходима более подробная характеристика боковых пород и углей.
Боковыми породами преимущественно служат глинистые, алевритовые и углистые сланцы (табл. 53).
Т а б л и ц а 5S Литологическим состав боковых пород угольных пластов Донбасса
H елосредственна я
Основная
Горные породы
кровля. %
почва,
кровля %
почва.
°°
Западные и центральные
Сланцы глинистые, углистые, аргиллиты
73
Сланцы алевритовые, алевролиты . . . .
14
Песчаники, известняки
13
районы
62 28
10
Восточные
Сланцы глинистые, \ п и с т ы е , аргичлиты Сланцы алевритовые, алевролиты Песчаники Известняки
районы
27-64 20-64
0-12 0—19
0—33
30—96 4—22 0-4
3-31 27-45 32-52
0—12
3-26 23 - 4 6 22-83
0-4
По данным исследований ДонУГИ, геологоразведочных и проектных организаций, боковые породы и угли Донецкого бассейна (группы метаморфизма А—Ж) обладают следующими показателями прочности (табл. 54).
Т а б л и ц а 54
Показатели прочности боковых пород и углей
Наименование пород
Отношение к вмещающему пчасту
Средняя проч юсть на сжатие, hi /см
перпенди- парал че ть
кулярно
но
наслоению н<]с тоенню
Глинистые сланцы, аргиллиты
Алевритовые алевролиты
Песчаники
с танцы
„Кучерявчик" Известняки
Каменные угли Антрациты
Непосредственная кровля . Основная кровля Непосредственная почва . Непосредственная почва . Основная кровля Непосредственная кров!Я . Основная кровчя . . . Основная почва Непосредственная почва . Непосредственная кровля . Основная кровля . . . .
561 660 329
512 1066 1520
1670 770 266 1132 1368
69 160
390 471 240 480 556 1068 924 890 172 1610
—
61 105
Пониженной прочностью обладают породы непосредственной кровли и еще меньшей — непосредственной почвы угольных пластов. Объясняется это наличием в ближайших к угольным пластам слоях ослабляющих их остатков стигмарий. Низкую прочность на сжатие имеют угли, особенно каменные.
ГИДРОГЕОЛ. И ИНЖ-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. УГОЛЬН. М-НИИ
345Г-
Высокую прочность на сжатие имеют породы основной кровли.
Прочность углей изменяется непропорционально степени метаморфизма
(как у вмещающих пород), а несколько иначе. Так, отчетливо наблю-
даются уменьшение механической прочности коксовых и отощенных
спекающихся углей и резкое увеличение ее у полуантрацитов и антра-
цитов. Например, для углей марок Д, Г и Ж механическая прочность составляет 300—650 Г/см2, для К, ОС — 75—200 Г/см2, а для полуантрацитов и антрацитов — 500—925 Г/см2. Однако угли одинаковых марок
могут иметь различные показатели механической прочности. В част-
ности, угольные пласты повышенной зольности за счет рассеянных
в пласте минеральных частиц обладают более высокой прочностью.
Хрупкость углей также связана со степенью метаморфизма. Мак-
симальной хрупкостью обладают угли марок ОС, К, Ж ; в сторону углей
марок Т, ПА, А хрупкость медленно снижается и также быстро нара-
стает в сторону углей марок Г и Д. Упругость антрацитов достигает 100 кГ/см2 и более; у длиннопла-
менных и газовых углей она колеблется от 75 до 85 кГ/см2. Минималь-
ной упругостью обладают угли средней стадии метаморфизма (тощие угли — 45—60 кГ/см2).
Наиболее важными элементами, характеризующими инженерно-
геологические условия проведения подготовительных и очистных работ
на угольных месторождениях Донбасса, являются: 1) устойчивость бо-
ковых пород — кровли и почвы; 2) прорывы обводненных песков на
верхних горизонтах; 3) деформации крепи; 4) выбросы угля, газа и
породы.
У с т о й ч и в о с т ь к р о в л и . В практике эксплуатационных работ
наибольшие затруднения обычно вызывает кровля угольных пластов.
Основная кровля, представленная сравнительно прочной, однород-
ной, нетрещиноватой или слабо трещиноватой, невыветрелой горной по-
родой, обычно устойчива. Породы же непосредственной кровли, хотя
и обладают достаточной прочностью, все же благодаря наличию тон-
чайших пропластков угля и слюды часто отслаиваются и обрушаются.
Легкообрушающиеся в очистных и подготовительных забоях небольшие
по мощности (до 2 м) пласты пород носят название ложной кровли
и почвы. Они могут возникать и как результат недостаточной прочности
и устойчивости горных пород в зонах сильной трещиноватостн, вывет-
релости и др. Очень часто неустойчивыми являются углистые сланцы.
Они трещиноваты, хрупки и легко крошатся, образуя тончайшие пли-
точки. Примером подобной ложной кровли служат неустойчивые сыпу-
чие углистые сланцы в Сулино-Садкинском районе (над угольными
пластами
т'8,
т19,
I
l
n 2
,
klB5,
kHs
и
k
l
H 4
)
,
а
также
углисто-глинистые
и
гли-
нистые сланцы мощностью до 0,2 м в кровле угольного пласта т18
в Краснодонецком, I7, K7 и др. — в Чистяково-Снежнянском районах.
В Донецко-Макеевском районе, где в 1960 г. действовали 132 шахты,
около 23% всех лав имели ложную кровлю.
Зачастую ложной кровлей являются небольшой мощности прослои,
разделяющие угольный пласт при бифуркации, а также появляющиеся
местами тонкие пласты породы между отходящей от угольного пласта
устойчивой кровлей и самим угольным пластом. Ложная кровля — наи-
более широко распространенное явление, осложняющее ведение горных
работ не только в связи с трудностями крепления выработок, но и в
результате засорения породой добываемого угля в очистных забоях.
Она встречается во всех районах Донецкого бассейна. Образование лож-
ной кровли обусловлено главным образом частым нарушением общей
направленности изменений фациальных условий после торфонакопленпя
от мелководья к открытому морю.
346
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛО
Вследствие больших трудностей ведения горных работ и поддержания установленных стандартов зольности добываемого угля иногда приходится прекращать разработку подготовленных участков с крупными запасами угля. Так, наличие ложной кровли пласта г'в3 в шахте № 2 треста «Несветайантрацит» послужило одной из причин перевода в забалансовые почти 5 млн. т — промышленных запасов угля. Иногда наблюдаются локальные обрушения и основной кровли (если она представлена слоистыми слабоустойчивыми породами с прочностью на сжатие до 400 кГ/см2).
На верхних горизонтах в результате выветривания устойчивость пород иногда настолько ухудшается, что это затрудняет поддержание выработок.
Неустойчивость боковых пород в зонах тектонических нарушений также является одной из причин обрушения кровли. Наибольшие площади обрушения кровли наблюдаются при внутрипластовых подвижках с захватом кровли и при пологих надвигах в кровле разрабатываемых пластов (например, обрушения -пород кровли на ряде шахт ДолжаноРовенецкого района).
При крутопадающих плоскостях сместителей разрывных нарушений площадь обрушающейся неустойчивой кровли мала, но образующиеся при этом вывалы пород дают купола высотой до 7—10 м. В отдельных случаях при интенсивном развитии разрывных нарушений даже малой амплитуды, вследствие частого завала лав и выпуска большого количества породы обрушение кровли вызывает даже оседание дневной поверхности. Ведение горных работ в зонах тектонических нарушений представляет большие трудности в связи с наблюдающимися зачастую большими, хотя и кратковременными, водопритоками.
В очистных забоях причиной обрушения кровли и завала лав иногда служат трещины кливажа. Обычно подобные обрушення возникают при направлении трещиноватости, совпадающим или близким с направлением линии очистного забоя, а также при падении трещин в сторону забоя. Эти трещины, например, обусловили неустойчивость глинистого сланца над угольным пластом /6 шахты № 25 треста «Гуковуголь». Он обрушается либо одновременно с отпалкой угля, либо через 2—4 ч стояния кровли без поддержания крепью. На шахте «Анненская» треста «Кадиевуголь» при совпадении основного направления трещиноватости с линией забоя лав обрушался крепкий песчаник, залегающий в кровле разрабатываемого угольного пласта I2. Как только направление основных трещин стало отличаться от направления забоев лав на 10—15°, обрушение песчаника прекратилось. Аналогичные случаи наблюдались также на шахтах «Никанор», «Кременная Восточная» и др.
Неустойчивая обрушающаяся кровля приводит не только к засорению добываемого угля, деформации крепи в очистных забоях и завалам лав, но зачастую вызывает также деформацию крепи и уменьшение сечения подготовительных выработок. При временном сопротивлении сжатию пород кровли порядка 300—450 кГ/см2 влияние очистных работ на устойчивость кровли в подготовительных выработках начинает сказываться уже на расстоянии 15—25 м от лав. Оно проявляется и виде поломок верхняков стоек, затяжек, прогибания кровли выработок и т. д. и бывает тем интенсивнее, чем больше мощность неустойчивой кровли. При наличии в кровле сравнительно мощных (более 3— 5 м) прочных устойчивых пород (песчаников или известняков) это влияние сказывается слабее и лишь на большом удалении от забоя лавы (50—150л и более).
Изредка в антрацитовых районах при наличии в кровле высокопрочных и очень устойчивых труднообрушаемых песчаников или извест-
Г И Д Р О Г Е О Л . И И И Ж . - Г Е О Л . УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, Р А З Р А Б . У Г О Л Ь Н . М - Н И И 3 4 7
чяков, а иногда и алевролитовых сланцев затруднения возникают в связи с чрезмерной устойчивостью пород кровли Труднообрушаемая кровл я не поддается посадке обычными методами, она зависает над выработанным пространством и при вторичной посадке зачастую приводит к авариям
В районах распространения углей марок ОС, К, Ж, Г, Д, Д Б труднообрушаемые кровли отсутствуют В Лисичанском угленосном районе, где разрабатываются угли марки Д, вмещающие глинистые породы склонны к размоканию и пучению и поэтому относятся к группе неустойчивых По-видимому, особенно часто неустойчивость кровли будет проявляться при разработке угольных пластов марки ДБ
У с т о й ч и в о с т ь п о р о д п о ч в ы Породы почвы угольных пластов редко вызывают осложнения, за исключением тех случаев, когда они склонны к пучению — наиболее тяжелому по своим последствиям проявлению неустойчивости пород почвы в подготовительных выработках Породы кровли и боков выработок подвержены пучению значительно меньше
В настоящее время установлено, что пучение пород обусловлено горным давлением и пластическими свойствами пород Более склонны к пучению глинистые породы Чем больше глубина разработки и, следовательно, величина горного давления, тем интенсивнее протекают процессы пучения, причем они начинают проявляться не только в глинах, аргиллитах и глинистых сланцах, но и в алевролитах, алевритовых сланцах и даже в перемятых песчаниках. Интенсивность процессов пучения возрастает с глубиной разработок лишь в подготовительных выработках В очистном пространстве горное давление проявляется слабее Интенсивность пучения зависит от физико-механических свойств, тектонического строения, обводненности и угла падения пород, мощности слоя склонных к пучению пород, способа подготовки, системы и порядка отработки шахтного поля
По данным В И Барановского (1963), в Донецком бассейне до глубины 100—200 м способность пород к пучению не проявляется С глубины 100—200 м эта способность проявляется умеренно у аргиллитов и глинистых сланцев Более интенсивно у этих пород процессы пучения начинают протекать с глубины 300 м, особенно в зонах опор ного давления Способность к пучению начинает проявляться у алевролитов и алевритовых сланцев с глубины 200—300 м и интенсивно развивается на глубинах 400—500 м и более
Эти выводы сделаны на основании материалов по Донецко-Макеевскому и Центральному районам, где распространены слабо- и средне метаморфизованные породы, и без учета влияния степени метаморфизма пород на способность пород к пластическим и разрывным деформациям, хотя существует закономерная связь между степенью метаморфизма пород и их склонностью к пучению
В Подмосковном бассейне, где распространены бурые угли и вмещающими породами зачастую являются глины, процессы пучения интсн сивно развиты уже иа глубинах до 100 м
При разработке в Донецком бассейне углей марки ДБ способность глинистых пород к пучению будет проявляться на глубинах менее 100— 200 м На глубинах более 300—400 м можно ожидать пучения во всех горных породах Глубина начала пучения у одних и тех же пород возрастает, а интенсивность пучения уменьшается по мере увеличения степени метаморфизма горных пород
Явление пучения в Донецком бассейне встречается довольно часто Так, по данным В И Барановского, в Донецкой области из 89 разрабатываемых уготьных пластов пучение почвы наблюдается на 54 пла-
348
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ
ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛОВИЯ
стах. По мере увеличения глубины разработки количество пучащих пластов будет возрастать.
В восточной части бассейна наиболее часто пучение проявляется на шахтах, разрабатывающих угли марок ОС, К и Ж. Развитию этого процесса способствует не только более низкая степень метаморфизма пород, но и сложная тектоника района, в котором распространены эти угли (полоса мелкой складчатости). Пучению подвержены глинистые и алевритовые сланцы и в районах распространения более метаморфизованных углей (марки Т, ПА и А), однако здесь этот процесс развивается на несколько больших глубинах—порядка 600—700 м.
Во многих случаях дефор-
220
мация пород почвы развивается
200
интенсивно вслед за продвиже-
s 180
нием очистных забоев подготови-
- 160
тельных выработок. С боков п.
E 140
кровли нарушение равновесия
i 120
Г юо
напряженного состояния прояв-
: 80
ляется в виде значительного дав-
5 60
ления на крепь. Иногда подго-
= 40
3 го
о
Расстояние м ISO 220 260 300
1 23 4 567
9 10 11 12 13 4 15 16 N0N0 пикетов
1 Е З EEd3
товительные выработки, пройденные по угольному пласту или пустым породам, начинают деформироваться вследствие пучения лишь после начала очистных работ. Так, в 4-ом западном
Рис 104 Пучение почвы по вентиляционно- штреке шахты «Северо-Гундоровму ходку бремсберга на шахте «Бутовская ская» 3-бис треста «Донецк-
Глубокая»
уголь», на участке в 300 м, прой-
1 — о б щ а я высота пучения; 2 — высота первой подрывки через три м е с я ц а , 3 — Вогсота подрыв
ки при перекрепленнн через четыре месяца
денном в массиве угля пласта ku2, в течение 3 лет не наблюда-
лось пучения почвы, но в этом
же штреке, находящемся в зоне влияния очистных работ, интенсивность
пучения почвы достигала 1,5—2 м в год.
Характер и интенсивность пучения на многих шахтах различны. Например, на шахте «Бутовская Глубокая» треста «Макеевуголь» на глубине около 1000 м интенсивность пучения почвы угольного пласта т 3 , представленной неустойчивым алевролитом с прослоями аргиллита, в среднем составляет 30 см в месяц. В зоне опорного давления она почти в два раза выше (рис. 104). На шахте «Трудовская» 5-бис интенсивность пучения почвы угольного пласта на глубине 480 м в среднем составляла 20 см в месяц, а в зоне опорного давления, как и на шахте «Бутовская Глубокая», почти в два раза больше.
Интенсивность пучения пород почвы в наклонных выработках больше, чем в горизонтальных. На той же шахте «Трудовская» 5-бис уклон на горизонте ниже 500 м через 2 месяца после проходки оказался полностью заполненным выжатой породой.
Наблюдения показывают, что при малой мощности пучащей породы процесс пучения может быстро прекратиться, а при большой — будет продолжаться в течение всего времени существования подготовительной выработки. По данным М. В. Сыроватко (1960), на западном крыле шахтьГ № 29 треста «Петровскуголь» процессы пучения протекали довольно интенсивно, на восточном же крыле шахтного поля в связи с уменьшением мощности глинистого сланца до 0,8 м пучение прекратилось полностью.
Дренаж обычно уменьшает интенсивность пучения.
ГИДРОГЕОЛ И ИНЖ.-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. УГОЛЬН. M-HИИ
349
Прорывы обводненных песков на верхних горизонт а х . В Донецком бассейне истинные плывуны практически отсутствуют. Однако, поскольку все встречающиеся в бассейне водоносные пески три вскрытии горными выработками неустойчивы и оплывают, их обычно называют плывунами.
На верхних горизонтах в случае залегания водоносных песков непосредственно на каменноугольных отложениях или вблизи их в горные выработки через трещины обрушения одновременно с водой зачастую поступает значительное количество песка.
В западных районах прорывы таких песков могут произойти ной подработке харьковских, бучакских и полтавских отложений. В .восточных районах Донбасса площади распространения водоносных песков на поверхности карбона незначительны. Они встречаются в виде небольших островков (харьковские пески) в Горняцкой синклинали и на •несколько большей площади в западной части Шахтинско-Несветаев•ской синклинали (сарматские пески, в нижней части насыщенные водой). Прорывы водонасыщенных песков и песчано-глинистой массы могут происходить из аллювиальных отложений речных долин, а также из карстовых пустот в известняках карбона. Иногда плывунными свойствами могут обладать слабо сцементированные песчаники продуктивной толщи, вмещающей угли слабой степени метаморфизации и разрушенные в зоне выветривания до состояния песка. Такой прорыв произошел на шахте «Острая» № 2 треста «Селидовуголь». В результате этого в горные выработки поступило до 25 тыс. M3 песка, а на поверхности •образовалась воронка диаметром 28 л и глубиной 18 м. Случаи прорывов песков наблюдались на многих шахтах как в западной (шахты «Кураховка» № 40 треста «Селидовуголь», «Запорожская», «Водяная» треста «Краоноармейскуголь» и др.), так и в восточной части Донбасса (шахты № 5, 7, 3/35, 41, 43 треста «Несветайантрацит»).
Прорывы водоносных песков в горные выработки чаще являются результатом нарушения правил безопасного ведения горных работ, определяющих минимально допустимые расстояния до подрабатываемых водных объектов. В Донецком бассейне при разработке угольных пластов в местах возможных прорывов у поверхности карбона оставляются барьерные целики. При этом управление кровлей с полного обрушения переводят на закладку до 70% выработанного пространства, бурят опережающие скважины для снижения уровня подземных вод, а иногда и полного осушения водоносных песков.
Много осложнений при проходке горных выработок причиняют и прорывы песчано-глинистой массы с водой из карстовых пустот в известняках угленосной толщи, хотя карст в Донецком бассейне не получил большого распространения. Процессы карстообразования -наблюдались лишь в нескольких пластах известняков (/С'з, L7, O1 и некоторых других) .
При бурении скважин в известняках продуктивной толщи карбона по провалам бурового инструмента фиксировались пустоты размером до 1 м. Чаще карстовые пустоты бывают заполнены водой, но в отдельных случаях, особенно на верхних горизонтах ниже уровня подземных вод, их заполняет плывучая песчано-глинистая масса.
В ы б р о с ы у г л я , г а з а и п о р о д ы представляют собой одно из наиболее сложных инженерно-геологических явлений, затрудняющих разработку угольных месторождений. По современным представлениям, выбросы обусловлены двумя главными факторами — горным давлением и давлением газа. В известной мере они зависят также от физико-механических свойств углей и структуры пластов.
350
ГИДРОГЕОЛОГИЯ
и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯМ Е С Т О Р О Ж Д Е Н И ИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛ
Выбросы угля и газа наблюдаются в углях всех марок, при любом падении пород и в различных горных выработках. Чаще всего они происходят при крутом залегании пластов в среднеметаморфизованных углях на глубинах более 200—'300 м и в особенности в тех горных выработках, где концентрируются напряжения, обусловленные горным давлением. Наблюдениями установлено, что на пологопадающих пластах западных и центральных районов наибольшее количество выбросов (около 70%) произошло в зонах тектонических нарушений. Можно предполагать, что на больших глубинах практически все пласты будут выбросоопасными.
По степени интенсивности встречаются выбросы всех пяти групп по классификации JT. Н. Быкова, от небольших (до 10 т на один случай) до весьма интенсивных (более 1000 т). В антрациювых районах восточной части бассейна выбросы вообще не наблюдались.
Интенсивность и дальность выбросов угля, а также их связь с глубиной разработок бывают самыми различными Так, в Центральном районе интенсивность выбросов колеблется от 2—7 до 1000 т, а дальность от 2—6 до 45 м. В этом же районе интенсивность выбросов увеличивается с глубиной в среднем от 44 т на глубине 400 м до 1000 т на глубине 700 м.
За последние годы, в связи с освоением больших глубин наблюдались случаи выброса угля и газа из угольных прослоев мощностью 0,25—0,35 м, а также выбросы породы
Выбросы породы имели место при проходке стволов некоторых шахт, в том числе шахты «Щегловка Глубокая» Во втором южном квершлаге горизонта 915 м этой шахты за период с 14 февраля по 20 апреля 1962 г. в интервале 40—50 м произошло четыре выброса песчаника интенсивностью от 56 до 2100 т Песчаник залегает в кровле неопасного по выбросам пласта угля Zi По описанию И В Боброва, песчаник массивный, толстоплитчатый, слаботрещиноватый и косослоистый.
На шахтах Донбасса иногда наблюдаются аналогичные по природе, но меньшие по масштабам явления так называемого выдавливания угля и породы. Выдавливание угля наблюдалось на многих шахтах. Выдавливание же породы было зафиксировано в полевой выработке шахты. «Ново-Центральная» на глубине 600 м
Для предупреждения внезапных выбросов угля и газа применяют дегазацию выбросоопаоных пластов путем предварительной выемки защитных пластов или бурения опережающих глубоких скважин.
Д е ф о р м а ц и я к р е п и ш а х т н ы х с т в о л о в . Существенное влияние на деформацию бетонной или железобетонной крепи оказывают агрессивные свойства (сульфатная или выщелачивающая агрессия) подземных и шахтных вод, в результате длительного воздействия которых бетон либо выщелачивается и смывается циркулирующими водами, либо теряет прочность и превращается в рыхлую массу. Разрушающее влияние на бетон крепи подземных вод сказывается очень быстро Это объясняется сравнительно высокой фильтрационной способностью бетона В некоторых случаях за время службы крепи циркулирующими водами из бетона выщелачивалось до 100% CaO.
Как правило, наиболее выщелоченные и деформированные участки крепи находятся против водоносных горизонтов, содержащих агрессивные воды. Особенно сильному разрушению подвергается крепь воздухоподводящих стволов, так как на нее наряду с действием агрессивных вод на верхних горизонтах действуют еще и температурные колебания, приводящие к периодическим промерзаниям бетона и образованию в нем трещин.
Г И Д Р О Г Е О Л . И ИИЖ.-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. У Г О Л Ь Н . М-НИИ
351
Нередко наблюдаются деформации крепи стволов, обусловленные сдвижением горных пород, особенно значительные при крутом залегании пород. По данным М. В. Короткова (1953), 80% обследованных им в Центральном и Кадиевском районах стволов деформированы. Основной вид деформации — искривление стволов. Большинство сильно искривленных стволов пройдено в породах, залегающих под углом 52— 68°. В отдельных случаях искривление достигает 1800—1950 мм (стволы шахт № 1 «Кочегарка», «Комсомолец»), В Центральном районе ствол шахты № 6 им. Ленина в 1947 г. имел искривление до 20 мм. В результате изгиба стволов в крепи возникает большое количество трещин. Зачастую сдвижение горных пород является результатом подработки, а также снижения прочности и устойчивости пород после затопления шахт в годы Великой Отечественной войны.
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ и ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ШАХТНЫХ ВОД
Основным фактором, определяющим условия и закономерности формирования шахтных вод, является искусственно созданная резкая окислительная обстановка, в которую попадают подземные воды. В такую обстановку попадают воды с самых различных глубин и, следовательно, разнообразного состава. Воды глубоких горизонтов, являющиеся растворами более стойких соединений (NaCl, Na2SO4), сравнительно малоактивны и имеют большую минерализацию, вследствие чего растворяющая способность их мала. Поэтому воды глубоких горизонтов оказываются более индифферентными по отношению к омываемой ими среде и метаморфизуются медленно. Наоборот, подземные воды верхних горизонтов, представляющие собой слабые растворы солей с менее крепкими связями, попадая в окислительную обстановку шахты, быстро метаморфизуются. После поступления в шахту, и даже несколько раньше—в трещиноватой зоне над горными выработками — подземные воды попадают в зону интенсивных окислительных процессов, обусловленных вентиляцией, где вследствие хорошего проветривания и повышенной температуры окислительные процессы идут более интенсивно, чем даже в поверхностной зоне свободного водообмена. Таким образом, горные выработки нарушают не только естественный режим циркуляции воды в водоносных горизонтах, но и ход естественных геохимических процессов, ведущих к формированию определенного для соответствующих глубин состава вод.
Сравнение анализов парных проб воды, из которых одна была отобрана из капежа непосредственно в месте поступления — у кровли, а вторая у почвы выработки, показало, что даже за короткое время соприкосновения с рудничным воздухом в воде происходят заметные изменения. В первую очередь вода загрязняется пылью, в связи с чем увеличивается количество взвешенных веществ, и одновременно насыщается кислородом. Основные же изменения в составе воды связаны с поглощением или потерей углекислоты в зависимости от парциального давления последней в рудничной атмосфере и содержания ее в подземной воде. Поглощение водой углекислоты вызывает частичный перевод карбонатов в гидрокарбонаты и приводит к уменьшению рН воды. Потеря водой CO2 вызывает повышение щелочности воды. Обогащение воды кислородом способствует ускорению взаимодействия воды в выработках с сульфидами и органическими веществами.
Вода, протекая по выработкам, претерпевает более серьезные изменения. Сопоставление анализов парных проб, отобранных в месте поступления воды в горизонтальную выработку и на некотором расстоянии от него, показывает, что ее состав и свойства очень сильно изменяются (табл. 55). Увеличивается количество взвешенных веществ за
352
ГИДРОГЕОЛОГИЯ
и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
МЕСТОРОЖДЕНИИ
ГИДРОГЕОЛ И ИНЖ-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. УГОЛЬН. M-H И И
353
Сопоставление анализов проб воды
Т а б л и ц а 55
Место отбора пробы
Глубина точки отбора от устья ство-
ла, M
Расстояния между
пунктами отбора проб, м
LUx. № 7 „Трудовская", трест „Донецкуголь",
6-й западный откаточный штрек пласта ти3, около 2-го западного бремсберга, вода из почвы
To же, из канавки 6-го
западного
штрека,
около центрального
уклона
Шх. № 1 —1-бис „Щегловка", трест „Красногвардейскуголь",
7-й западный откаточный штрек пласта I1 в 50 м от западного квершлага . . . .
То же, у западного квершлага
Ш х . Mk 51, трест „Маке-
евуголь", 3-й запад-
ный
откаточный
штрек
пласта
^
1 4
,
в
130 м от централь-
ного уклона
То же, у центрального уклона
Шх. „Ханженковская
Северная", трест „Со-
ветуголь", 2-й восточ-
ный
откаточный
штрек пласта mg в
155 м от бремсберга,
обходного откаточно-
го штрека, вода из
трещин в почве
( 0 = 0 , 4 5 м31 нас) . . .
To же, в 15 л от обход-
ного
откаточного
штрека
( 0 = 0 , 4 5 м31 час) . . .
LUY. № 11 им. Шверника, трест „Куйбышевуголь", 2-й западный откаточный штрек пласта Zt810, в 370 м от ходка
То же, в 20 л от ходка
154,4 169,4
530,! 531
153.6 153.7
91,4 91,!
543,2 545,6
1720 50 60 140 350
Основные показатели воды
прозрачность
цвет, взвешенграду- ные веще-
сы ства, MZj л
рн
сухой остаток, мг/л
Содержание, мг/л Na Ca M g Fe3+ Cl SO1 HCO; СО,
Мутная б/цв
140
7,5 4640 480 604 222 0,4 569 2295 176
23
Мутная
35
286
3,3 6717 1012 526 268 25,1 692 4041
41
Прозр.
Очень мутная
>8,4 2701 1059 20 10
665
7,6 3079 1095 26
1303 7,4 506 480
1870 323 574
И
Слабо
10
мутная
Слабо
10
мутная
7,6 2711 677 152 114
842 581 598
54
7,8 3253 800 162 127 0,1 1086 664 465
Слабо мутиая
Прозр.
12
7,7 1054 109 164 19
62 334 293
10
7,5 1889 275 168 109
147 975 183
20
б цв
7,6 3629 1180 12 7,6 3602 1263 6 1
1037 773 470 1123 909 464
нО0 4sI gS01 s*Я О о
Химический состав по формуле Курлова
12 48,4 M 4-6
SO4 71 C l 24 H C O 3 1 Ca 46 M g 28 Na 26
48,3
M 6l7Na 44
SO4 81 Cl 19 Ca 26 M g 22 (А16 Fel
Hl)
1,8 м 2-7
1,9 M 3,1"
C l 79 (HCO3 + CO3) 21 Na 96 Ca 2 M g 2
Cl 69 H C O 3 18 S O 4 1 3 Na 96 Ca 3 M g 1
28 16,9 M 2,712 18,5 м .3,2"
HCO3 21 Na 63 M g 20 Ca 16
Cl 59 SO4 27 H C O 3 14 Na 65 M g 20 Ca 15
U
9,8 M 1,0"
SO4 55 H C O 3 93 Cl 12 Ca 56 Na 33 M g И
11 17,4 M 1,9-
SO4 73 Cl 15 H C O 3 11 Na 41 M g 31 Ca 28
8 0 , 8 м.3,6-
C l 55 SO4 30 H C O 3 15 Na 98 M g 1 Ca 1
15 1,4 M 3,6
C l 54 SO4 33 HCO3 15 Na 98 Ca 2
354
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛОВ
счет загрязнения ее пылью, частицами породы и окислами железа, иногда очень значительно изменяется рН, чаще в сторону уменьшения в результате окисления пирита и обогащения воды сульфатами. Реже происходит увеличение рН за счет потери подземной водой СОг, особенно если в боковых породах имеется кальцит.
По мере протекания по выработкам в воде значительно увеличивается содержание Ca2+, Mg2+ и SO42+, а также повышаются ее жесткость (в некоторых случаях во много раз) и минерализация (иногда в 1,5 раза ,на расстоянии в несколько сот метров). Увеличение минерализации происходит в основном за счет сульфатов. В меньшей степени
возрастает содержание Na, Cl, AI2O3, SiO2, Fe2O3.
В связи с уменьшением рН иногда наблюдается полное исчезновение CO32-, содержавшегося в подземной воде и переходящего в выработках в НСОз1-, а также уменьшение количества HCO31-. В таком случае одновременно происходит уменьшение устранимой жесткости. Содержания CO2 и O2 изменяются в зависимости от обстановки. С одной стороны, может происходить обогащение свободной углекислотой за счет ассимиляции ее водой из воздуха, а также в результате окисления органических веществ либо разложения в кислой среде гидрокарбонатов. С другой — углекислота расходуется на перевод в гидрокарбонаты карбонатов, встречающихся в выработках в виде пластов известняков и включений кальцита в других породах. При хорошем проветривании углекислота уходит в атмосферу. Так же и кислород, количество которого в воде увеличивается вследствие растворения кислорода воздуха,, расходуется на окисление органических веществ.
Воды глубоких горизонтов изменяют свой состав медленнее, чем воды верхних горизонтов. Например, очень небольшие изменения претерпевают воды, протекающие по 2-му западному откаточному штреку пласта йшв шахты № 11 им. Шверника. Парные пробы, отобранные на глубинах 543 и 545 м, на расстоянии 350 м друг от друга, показали, что рН вод осталось без изменений, минерализация также практически не увеличилась, а содержание отдельных компонентов изменилось всего лишь на 1—2%. По составу воды относятся к хлоридно-сульфатно-гидрокарбонатно-натриевому типу, характерному для сравнительно большой глубины и зоны замедленной циркуляции. Значительно быстрее происходит метаморфизация вод, относящихся к сульфатно-гидрокарбонатному, а по катионам — к смешанным типам, характерным для малых глубин.
Метаморфизация вод, поступающих в шахту, происходит не по описанным схемам, которые отражают процессы изменения состава вод с переходом к более затрудненному водо- и газообмену с поверхностью. После поступления в шахту естественный процесс метаморфизации подземных вод прерывается, и изменение состава идет иначе, часто по пути восстановления до предыдущих в естественном генетическом ряду типов. Например, воды хлоридно-сульфатно-натриево-кальциевого типа в связи с обогащением их SO42-, Ca и Mg переходят в сульфатно-хлоридно-кальциево-натриевые, характерные для малых глубин. Однако этот процесс, связанный с попаданием воды в резко окислительную обстановку, идет не до конца: первые члены генетического ряда С. А. Шагоянца (воды с преобладанием гидрокарбонатов) не могут образовываться вследствие высокой минерализации шахтных вод. Кроме того, метаморфизация шахтных вод развивается по линии все большего накопления сульфатов, а затем и компонентов, не присущих природным водам Донбасса — Fe2+, Fe3+, Al3+, NH41+, NO21-, причем конечными являются сульфатно-железисто-алюминиевый или сульфатноалюминиево-железистый типы вод. Совершенно очевидно, что процесс
ГИДРОГЕОЛ. И И И Ж . - Г Е О Л . УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, Р А З Р А Б . УГОЛЬН. М-НИИ
355
этот происходит тем быстрее, чем менее метаморфизованы попадающие в шахту воды. Приведем следующие наиболее возможные схемы формирования состава шахтных вод. Первая применима для районов распространения хлоридно-сульфатных вод, вторая — для районов преобладания гидрокарбонатных вод:
I
II
XCHK
ГС HK
CXHK
СГНК
CXKH
СГКН
схкнж
CXKHA
сгкнж
СГКНА
скжн
CKAH
СКЖАН СКАЖН
сжкн
CAKH
СЖКАН САКЖН
СЖАК
САЖК
СЖАК
САЖК
СЖА
САЖ
СЖА
САЖ
П р и м е ч а н и е Г — гидрокарбоиат, С — сульфат, X — хлор, К —кальций (магний), H — натрий, Ж — железо, А — алюминий
Изменение состава воды происходит пропорционально длине пути, омываемой площади и времени протекания воды по выработкам. Кроме того, оно также зависит и от других факторов. Вода, протекающая по выработкам медленно, местами в них застаивающаяся и омывающая большую площадь горных пород, метаморфизуется в большей степени. Наибольшие изменения 'претерпевает вода, поступающая в виде редких капежей, особенно в очистных выработках. В таких случаях вода в течение длительного времени взаимодействует с породами, в частности с углем и колчеданом, особенно, если лавы частично завалены и забутованы. Увеличение минерализации и связанное с этим изменение состава воды, например, в связи с выпадением из раствора малорастворимых солей (СаСОз, CaSC^), может происходить также вследствие испарения воды на большой площади омываемых выработок, особенно при пологом падении пластов. Поэтому естественно, что на верхних горизонтах в старых выработках формируются высокоминерализованные воды.
Большую роль играет и температура: при постоянно повышенной температуре в горных выработках процессы метаморфизации идут быстрее. Систематические исследования, проведенные в шахтах Донецкой и Ворошиловградской областей, свидетельствуют о том, что кислые воды образуются только на верхних горизонтах, куда поступают подземные воды более низкой минерализации, обладающие, как правило, меньшей щелочностью. В большинстве случаев кислые воды формируются в старых, уже заброшенных выработках, где они продолжительное время застаиваются.
356
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛО
Очень большое влияние на процесс метаморфизации вод в шахтах оказывают состав омываемых пород и в первую очередь содержание в них сульфидов.
Как правило, кислые воды образуются в шахтах, разрабатывающих более сернистые угли (3% серы и больше). Однако во многих шахтах, разрабатывающих высокосернистые угли (пласт т э в шахте № 3—5 «Ясиновка» 4,3—11%, в шахте «Ханженковская Северная» 7,8—9,6%, пласт пiH в шахте «Бутовская Глубокая» 1,7—14% и др.), кислые воды не обнаружены. Объясняется это следующими причинами. Во-первых, некоторые из этих шахт недавно эксплуатируются и имеют небольшие очистные выработки, в которых породы и угли мало затронуты выветриванием, во-вторых, в эти шахты поступают 'натриевые воды, с трудом приобретающие кислотные свойства. Наконец, участки высокосернистых углей могут омываться быстро протекающими водами.
Иногда, напротив, кислые воды наблюдаются в шахтах, разрабатывающих малосернистые пласты. Происходит это в тех случаях, когда воды застаиваются или медленно протекают по выработкам, богатым углекислотой вследствие плохой вентиляции. Это наблюдается в основном в старых шахтах. Ориентировочно можно считать, что кислотные свойства легче приобретают такие подземные воды, в которых
г К + г Na + r N H 4 > 1 .
Однако критерий этот недостаточен для исчерпывающей оценки возможной способности подземных вод к приобретению кислотности: воды натриевые, относящиеся к последним членам генетического ряда, обладают известной индефферентностью по отношению к горным породам и тем меньше способны к обратному процессу обогащения слабыми основаниями и SO4, чем больше в них отношение сильных щелочей
к слабым основаниям и чем больше отношение
,—,—
rS04+rHC03+rC03
Поэтому предложенный критерий можно считать справедливым для вод верхних и средних горизонтов.
Некоторые авторы (Докукин и Докукина, 1950) считают, что высокая зольность углей препятствует образованию кислых вод. Материалы гидрохимических исследований шахтных вод показывают, что кислые воды в равной степени могут образовываться и в выработках по многозольным пластам.
Таким образом, основными факторами, определяющими возможность образования в шахтах кислых вод, являются: 1) ведение горных работ в поверхностной зоне, характеризующейся окислительной обстановкой, в пределах которой в шахту поступают богатые кислородом воды; 2) поступление в шахту подземных вод, способных легко приобретать кислотные свойства; 3) большое содержание в углях и боковых породах сульфидов и свободной серы; 4) большой путь протекания и застаивание воды в горных выработках, 5) наличие в выработках повышенного количества углекислоты.
К перечисленным основным факторам можно было бы добавить повышенные температуры в шахтах, ускоряющие реакции, малые углы падения пластов, засоренность выработок, поступление небольших количеств подземных вод на большой площади, обусловливающее медленное течение воды и длительное выщелачивание сульфидов на большой площади. Поэтому необходимо упорядочить сток шахтных вод по выработкам и чистку водосборников. Иногда целесообразно перед откачкой кислых вод на поверхность -нейтрализовать их путем смешения в водосборниках с щелочными водами нижних горизонтов
Г И Д Р О Г Е О Л . И ИНЖ-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. УГОЛЬН. М-НИИ 3 5 7 Г -
Кислые воды являются хорошими растворителями, вследствие чего минерализация их очень быстро повышается по мере протекания по выработкам. Поэтому шахтные воды почти во всех случаях имеют более высокую минерализацию, чем подземные. Как видно из табл. 56, почти повсеместно максимальное содержание всех катионов и анионов в шахтных водах выше, чем в подземных. Особенно сильно отличаются максимальные количества сульфатов (в 5—8 раз больше, чем в подземных водах). Максимальное содержание остальных компонентов в
юоо 2000 3000 4 0 0 0 иг/л
о
20
40
60
80 IOO %-ЭКЙ
!ООО 2000 3000 МГ/Л
20
60 80 юо %-эна.
юо
200
300
400
500
' EEB2 Е З *
I
15 P ^ S F ^
Рис 105 Изменение с глубиной минерализации и содержания основных ионов в шахтных водах
/ - - Р о в е н е ц к о Д о л ж а н е к и й район (трест «Свердловуголь») II— Ч и с т я к о в о - С и е ж н я н с к и й р а й о н ,
1 - 6 - •содержание основных ионов, %-экв (/ — натрия, 2 — кальция,
магния, 4 — хлора,
5 — с у л ь ф а т а , 6— г и д р о к а р б о н а т а ) , 7— м и н е р а л и з а ц и я , мг!л
шахтных водах обычно в 1,5—2 раза больше, чем в подземных. В шахтных водах в 3—4 раза, а иногда и в 5—8 раз более высокая минерализация. Значительно также отличаются максимальные и минимальные величины общей жесткости.
Среди подземных вод Донецкого бассейна -почти не встречаются воды, имеющие рН меньше 7, тогда как в шахтных водах величина рН составляет иногда 2,8—2,5, а в некоторых случаях и меньше. Максимальные значения >рН как в подземных, так и в шахтных водах превышают 8,4. Высокие рН наблюдаются в шахтных водах глубоких горизонтов и особенно в новых выработках с хорошо зарегулированным стоком. Высокая щелочность как подземных, так и шахтных вод присуща также районам преобладания гидрокарбонатов и карбонатов, например Чистяково-Снежнянскому.
С увеличением глубины повышается и минерализация шахтных вод, хотя и не всегда так отчетливо, как в подземных водах (рис. 105). Сопоставление кривых изменения с глубиной состава подземных (см. рис. 73) и шахтных вод показывает, что минерализация шахтных вод на тех же глубинах превышает минерализацию подземных вод. На верхних горизонтах (преимущественно 100—200 м) часто встречаются шахтные воды с очень высокой минерализацией — до 25—30 г/л, причем наибольшей величиной ее всегда обладают кислые воды. Состав
HS
э
S
S Bi
Ii
S3
ш
В.-
S
ж"
в
-г
я
S
S
&
S
I
•s
i Si
=Sf
s
В.
s
к
S
g
I=SSS- I
I =S' ( ^ • I==-
^7
• 1
—- i s — i ••
•
1¾
шт
•35
S
—"
S
Is 15¾ -
т т
IS Ш IS щ IS
йЭ т I s
Si
S
а
IiS? : ' !V-
—-
т а|ш
:
M
и
ш
• , «3
ш
ш
из If-
ш
ш [Г- Щ |, . т т
,(=S
I=? Щ J' Ш Ш й 1Ш ШШ
:
-
ш ш
— т
s S
я щш
IS
S I = SS
I =
I =
[ = > 3¾ •
' •
Si
; т
M Si
Ш
щ PS
е-: H
т
S —
• ; Sl ш
•SS5 !
—•
—
т S S? —
S3 Е5
=
S 1 • ;I
•'• I : э ; I i i S
S W
1«
S
I ш г^ [
ш • ж 1» ш
«
—H S
ш1 S.
ж
Ii
-ЗЕ. — К
. [Ш- э I ш. т
'
: V'
--
S шШ
- г = S5
fej Es I i i S S
: Ш к Ж S ш
-•-
!• ^ I - ;
iS?
- •j S =-3
—
—
•! IS S [
: J SS :
- i-
i
i l l ----- iI=
Mi I
Ш i
Щ I S3 —
=•
j SSs j ш
;
iШ I i
! 2S, Sg I =
^=3 !
: = | 5¾
£3 - 1 'fS?
5¾
Ш 1 3 [5=' s j S l
_ !i
-I
'-- J - = i
Ш- ' S
Si
S
ШI S s i i
: — 1— — Iз
. I
ш Ь§ 1¾ т I
Ш 0
j -
1
M
3
т
i
J
я
"S
Ш
: £
Ш
I
Г И Д Р О Г Е О Л . И ИНЖ-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. УГОЛЬН. М - Н И И 3 5 9 Г -
кислых шахтных вод нередко отличается от состава подземных вод. Эти воды всегда являются сульфатными, но во многих случаях преобладающими катионами являются Fe2+, Fe3+ и Al3+, основные же катионы содержатся в малых количествах. Гидрокарбонаты и карбонаты в кислых водах полностью отсутствуют. Иногда в значительных количествах имеется свободная серная кислота. Такие воды образуются в старых заброшенных выработках. В подземных же водах, имеющих всегда слабощелочную или нейтральную реакцию, Fe3+ и Al3+ отсутствуют, а Fe2+ иногда содержится в очень небольших количествах.
Как видно из рис. 73 (при построении графиков анализы кислых вод не учтены), в шахтных водах наблюдаются те же закономерности, что и в подземных. Особенно заметно, что шахтные воды содержат значительно больше сульфатов, кальция и магния. В шахтах, где имеются кислые воды, наряду с увеличением сульфатов наблюдается заметное уменьшение гидрокарбонатов. В общем же, как и в подземных водах, в шахтных наблюдается уменьшение с глубиной SO4, Ca, Mg и увеличение Na, Cl и HCO3.
Следует иметь в виду, что указанные в табл. 57 максимальные глубины, на которых встречены кислые воды, не всегда соответствуют глубинам их образования; в ряде случаев воды мигрировали на горизонты отбора проб из расположенных выше выработок. Однако даже эти данные показывают, что на нижних горизонтах кислые воды не образуются. Наоборот, в ряде шахт на глубоких горизонтах шахтные воды являются щелочными и содержат СОз2-. Таким образом, наблюдается весьма важная для практики закономерность: от верхних горизонтов к нижним происходит общее уменьшение кислотности шахтных вод, объясняющееся увеличением с глубиной щелочности подземных вод, поступающих в выработки в виде притока, .и меньшей застойностью шахтных вод в новых горных выработках.
Можно считать, что практически зона возможного образования кислых вод во всех районах должна охватывать глубины, в пределах которых в составе подземных вод сильные кислоты преобладают над щелочами. Нижняя граница ее примерно совпадает с верхней границей натриевых вод, а в большинстве случаев также с верхней границей метановой зоны. В некоторых районах эта зона имеет мощность около 150 м (например, южная часть Чистяково-Снежнянского и восточная часть Донецко-Макеевского районов). Это характерно для территории, где очень неглубоко залегают чистые натриевые воды, а на значительных площадях также неглубоко прослеживается зона щелочных гидрокарбонатно-хлоридно-натриевых вод. На этой же глубине здесь залегает и метановая зона. Максимальные мощности зоны возможного образования кислых вод (350—400 м, изредка несколько больше) наблюдаются на участках погружения зоны натриевых вод, как, например, в западной части Донецко-Макеевского района. Обычно на этих же участках наблюдается и погружение метановой зоны. Причины погружения этих зон часто очень трудно определить, как трудно установить в каждом отдельном случае причины большей или меньшей глубины интенсивного водообмена. В некоторых случаях резкие колебания глубины зоны натриевых вод, а также метановой зоны и зоны возможного образования кислых вод увязываются с тектоникой: на участках моноклинального залегания, особенно при крутом падении пластов, обычно наблюдается погружение всех зон, на участках же антиклинальных перегибов и в осевых частях депрессий заметно повышение их.
Нет сомнения, что глубины зоны возможного образования кислых вод зависят не только от естественных геологических факторов и в первую очередь сернистости вмещающих пород и углей, но и от факторов
Г И Д Р О Г Е О Л . И И И Ж . - Г Е О Л . УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, Р А З Р А Б . У Г О Л Ь Н . М-НИИ
361
<IM Il Г о.
Z
<ст>
ст>
4-
ь 2
со X
OO IM
Il
Xа.
CS +Га1> в-
СП с « t
U <-
с
1 с! M '
X Э
CS со"
СО 00 CN О СО
Cf га а, a о а, о DQ
<м
Ol
СО
IM
Il
Il
-T-
E
о,
искусственных, в частности глубины и степени промываемости пород под влиянием шахтных разработок
Состав шахтных вод на глубоких
горизонтах изменяется во времени до-
(N га
Z
со ЙIмО- -)
ю
% 2
й-
со г са
u a
CSl з
CS < M
вольно мало На верхних же горизонтах
^s S
+Ъ>S а .
он иногда очень сильно изменяется по сезонам. Часто в весенние периоды одно
е - шX <м t^
временно с увеличением притока в шах-
- U ты после снеготаяния наблюдается рез-
га
U S
СО Cj C^ Ю - о < а,
о оN SS
кое увеличение минерализации и кислотности вод, объясняемое поступлением в шахты низкоминерализованных талых вод, богатых кислородом Лишь в небольшом (около 15%) количестве шахт (на
§ t I отдельных участках и горизонтах) Дон-
СО "St" басса имеются кислые воды Шахтные " I воды, откачиваемые на поверхность, зна-
X чительно реже бывают кислыми, так как g в водосборниках происходит их нейтра
лизация Однако откачиваемые на по
верхность шахтные воды почти всегда
сульфатные, очень жесткие и имеют до-
вольно высокую минерализацию (в сред
нем 3—4 г/л)
Почти все без исключения шахтные
воды агрессивны Результаты детальных
гидрохимических обследований боль-
шинства шахт Донецкой и Ворошилов-
градской областей показывают, что воды
верхних горизонтов почти во всех слу-
чаях агрессивны по содержанию SO4
CS со"
Воды глубоких горизонтов, разрабаты-
вающих угольные пласты в хлоридно-
натриевой, хлоридно-гидрокарбонатно-
см"
натриевой и хлоридно-сульфатно-натрие-
вой зонах, в большинстве случаев агрес-
сCтN>
сивны по временной жесткости Иногда они очень мягкие ввиду почти полного
отсутствия Ca и Mg. Следует отметить,
что подземные воды на малых глубинах
реже, чем шахтные воды на тех же гори-
зонтах обладают сульфатной агрессив-
ностью Однако подземные воды глубо-
ких горизонтов чаще агрессивны по вре-
менной жесткости, чем шахтные, так как
последние в горных выработках обога-
щаются Ca и Mg В небольшом числе
случаев, почти исключительно на верх-
них горизонтах шахтные воды агрессив-
I о
ны к бетону по содержанию CO2. Чрезвычайно редко встречаются воды, обла-
Cf о
дающие агрессивностью по содержанию
Mg Так., из 1200 проб шахтных вод,
а, ьс
отобранных из 161 шахты в Донецко-
Макеевском районе, только 8 оказались
362
ГИДРОГЕОЛОГИЯ
и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛО
агрессивными по содержанию Mg. В некоторых других районах вообще не встречено вод агрессивных по содержанию Mg. Часто шахтные воды агрессивны одновременно по нескольким показателям, например по общей жесткости, содержанию SO4 и CO2, по содержанию CO2 и временной жесткости, а также по содержанию SO4 и Mg.
Значительная часть шахтных вод, несмотря ,на повышенную минерализацию, используется для технических нужд, в том числе для питания паровых котлов, хотя это нередко приводит к быстрому их засорению, так как в большинстве своем шахтные воды вспениваются и способны отлагать в котлах большое количество твердого осадка. Во многих случаях состав шахтных вод допускает их использование для орошения.
Сброс огромного количества высокоминерализованных шахтных вод повлечет еще большее загрязнение поверхностных, а во многих случаях и подземных вод. Одновременно откачка воды из шахт может вызвать в некоторых районах истощение подземных вод, которыми Донбасс и без того довольно беден. Поэтому в ближайшее время неизбежно должен быть поставлен вопрос о широком использовании шахтных вод для промышленного водоснабжения и ирригации, а также очистки их для предотвращения загрязнения водотоков, водоемов и подземных вод.
Состав откачиваемых на поверхность шахтных вод, как и состав вод на различных участках и горизонтах всех шахт, в процессе многолетней их эксплуатации претерпевает значительные изменения. В результате увеличения пути и времени протекания воды в старых выработках на верхних горизонтах формируются все более минерализованные и жесткие воды.
Длительное нарушение естественных условий, связанное с созданием в шахтах искусственной окислительной обстановки, приводит к глубокому выветриванию боковых пород. В старых горных выработках происходит разрыхление пород кровли и почвы и образуются завалы, затрудняющие сток воды к водосборникам. В результате расширения площади разработки, увеличения путей и времени протекания воды в старых выработках, особенно на верхних горизонтах, формируются все более минерализованные и жесткие воды. Увеличение минерализации происходит в них в первую очередь за счет обогащения Ca, Mg и SO4, в меньшей мере — Na и Cl, а иногда также Fe и Al. При этом на горизонтах, где раньше формировались слабощелочные или нейтральные воды, в результате «старения» выработок образуются воды кислые, с очень высокой минерализацией. Одно,временно на нижних горизонтах по мере увеличения глубины выработок происходит также повышение минерализации, но уже почти исключительно за счет Na и Cl и в меньшей степени SO4 (в районах глубокого залегания сульфатно-хлоридных вод).
Основываясь на гидрохимической зональности подземных вод и закономерностях формирования шахтных вод, можно с уверенностью сказать, что воды шахт, закладываемых для разработки глубоких горизонтов, будут иметь хлоридно-натриевый состав, причем минерализация их в хорошо промываемых структурах будет порядка 10 г/л. На участках с более замедленной циркуляцией (купольные структуры) и в зонах разгрузки глубинных вод (полоса региональных северных разломов) подземные и шахтные воды глубоких горизонтов будут ближе по минерализации к слабым рассолам.
Таким образом, состав и свойства шахтных вод, откачиваемых на поверхность, в будущем могут изменяться по-разному, в зависимости от характера гидрохимической зональности в каждом районе и особенностей каждой шахты. Общим же явлением должно быть дальнейшее
ГИДРОГЕОЛ И ИНЖ.-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. УГОЛЬН. M-HИИ
363
увеличение минерализации шахтных вод как на всех горизонтах шахт, так и смешанных, откачиваемых на поверхность и сбрасываемых в речную сеть.
РАЙОНИРОВАНИЕ ПО ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИМ
И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИМ УСЛОВИЯМ ВСКРЫТИЯ
И РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИИ
Наиболее существенными факторами, имеющими определяющее значение при вскрытии и разработке угольных месторождений, служат водоносность и мощность пород, покрывающих продуктивную толщу, а также степень метаморфизма вмещающих угольные пласты пород. Они и положены в основу районирования.
Характер и степень обводненности пород надкарбоновой толщи и их мощность, определяющие способ проходки стволов, приобретают особое значение в закрытых районах, где значительные толщи мезо-кайнозойскнх пород различной степени устойчивости содержат один или несколько водоносных горизонтов, иногда напорных.
Обводненность пород карбона средняя, однако условия проведения в них выработок различны и в известной мере зависят от степени метаморфизадии каменноугольной толщи Донбасса.
Зоны распространения углей разного марочного состава, отличающиеся различной степенью метаморфизадии, выделены лишь на верхних и средних горизонтах разработки продуктивной толщи. По этой причине в предлагаемом районировании производится оценка условий проведения выработок в каменноугольных породах до глубин порядка 600—700 м. Ограниченное количество данных о поведении пород на больших глубинах не позволяет использовать их для районирования. Условия проведения подготовительных и очистных выработок опреде-. ляются и рядом факторов геологического и горнотехнического характера, которые также не могут быть учтены при районировании такого масштаба.
Для проведения районирования использован комплект карт: гидрогеологического районирования, распространения водоносных песков (рис. 106), мощностей пород кайнозоя (рис. 107), покрывающих карбон отложении (рис. 108) и групп метаморфизма на поверхности карбона (применительно к маркам углей). Районирование выполнено в масштабе 1:2500 000 в пределах площади возможного строительства угольных шахт (рис. 109), т. е. площади, на которой мощность непродуктивной толщи (верхнего карбона, перми и мезо-кайнозоя), залегающей над рабочими угольными пластами, не превышает 1000 м. В качестве перспективного в самое ближайшее время выделен участок на севере бассейна, в районе Старобельска-Миллерово, где палеозойские отложения залегают сравнительно неглубоко и содержат хотя и немногочисленные, но мощные угольные пласты, подлежащие детальной разведке.
Районирование территории Донбасса по условиям вскрытия и разработки угольных месторождений целесообразно производить, рассматривая отдельно: 1) условия проведения выработок в надкарбоновой толще, где главную роль играют обводненность, устойчивость и мощность покрывающих пород; 2) условия проведения выработок в каменноугольных породах, где основное значение имеет прочность пород, зависящая от степени метаморфизма.
На основании многолетнего опыта шахтного строительства и данных разведочных работ территорию Большого Донбасса можно разделить на 3 группы районов, в которых сложность проходки стволов опре-
Л L3 n ш
ioifiiii
! И I IMN i "
п
M Ш
11
i§ с З
I i3 -I -i i= l3 J5 1ш8 *' Е 1
W I 1 Ц IliiltSiliijIllillIilMfIiIiIi
lZ?
H i S l E f
l .e s. Hl El ^i
i^ fI
ls if ff
ll ll
f S
f
I^
ll
l.
il
^чIm*0
^i
=
TJI
8а
sl
lS s f is SI
lilgl
Ssll
Рис 107 Карта мощности кай-
нозойских отлоясений (Соста-
вили Э. M Леута, В M Дуду-
кина)
1 — границы существующих шахт ных полей н разведанных участков для закладки угольных шахт, 2 — границы площадей возможного строительства угольных ш а х т , 3— S — суммарные мощности отложе нн й, м (3 — д о 25, 4 — о т 25 д о 50, 5 — от 50 д о 100, S - от 100 д о 150, 7 — о*1 КО д о 200, S - свыше 200)
1 IlIIlIifIIIItllllHIlflflf
1 : i t ? I i f i I ; 15 J P I
ш
-
.
;
I
-• I' w
I
K
i
i
l
l
l
i
II sf SI Jl I I a l i
IlIIt
368
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛОВ
деляется различной мощностью покрывающих карбон отложений, а также характером ,и степенью их водоносности: I — со сложными условиями вскрытия; II — с относительно сложными условиями вскрытия; III — с простыми условиями вскрытия.
I. В первую группу районов выделены площади со сложными условиями вскрытия, обусловленными распространением на оконтуренных территориях напорных водоносных горизонтов в бучакских, бучакскоканевских, юрских и триасовых отложениях. Здесь вскрытие угольных месторождений можно производить только вертикальными стволами с применением специальных способов.
Район Ia в основном располагается на междуречье Самары и Opeли, частично в Красноармейском и Южно-Донбасском углепромышленных районах. Условия проходки стволов здесь наиболее сложны в связи с большими мощностями (свыше 200 м) надкарбоновых отложений, содержащих напорные водоносные горизонты в породах триасовой и юрской систем, а также в мергельно-меловой толще верхнего мела и в отложениях бучакской свиты палеогена. Условия проходки шахтных стволов в триасовых, юрских и верхнемеловых отложениях на этой территории не изучены. На основании общей оценки литологического состава пород и данных опробования скважин можно заключить, что при проходке триасовых толщ могут возникнуть осложнения в связи с неустойчивостью песков и конгломератов, содержащих напорные воды. В юрских отложениях наряду с песками и конгломератами неустойчивыми могут оказаться глины, легко размокающие в воде. Основные затруднения при проходке стволов в освоенных районах Западного Донбасса связаны с вскрытием обводненных бучакских песков, неустойчивых в стенках выработок. Мощность их в среднем составляет 20—25 м, напоры заключенного в них водоносного горизонта достигают 100 м. Безнапорные водоносные горизонты приурочены к харьковской и полтавской свитам, средняя мощность которых составляет 20—30 м, а также к аллювиальным пескам. Песчаные отложения этих свит обладают плывунными свойствами.
Район 16 занимает крайнюю восточную часть бассейна, в основном междуречье Сев. Донца и Дона. Мощности покровных отложений здесь также превышают 200 м (мергельно-меловая толща, а также породы палеогена), напоры водоносных горизонтов в бучакско-каневских и палеоценовых отложениях достигают 160 м. Местами распространены безнапорные водоносные горизонты в харьковских и аллювиальных песках. Кайнозойские породы большей частью неустойчивы.
Район Ie выделяется в южной части Западного Донбасса (Новомосковский, Павлоградский, Петропавловский, Межевский районы) и в виде двух участков на восточной его окраине (Задонский и Цимлянский районы). В надкарбоновых отложениях (мощность порядка 100м) содержатся напорные водоносные горизонты в бучакско-каневских и палеоценовых (на востоке) песках, залегающих непосредственно на каменноугольных породах. Напоры этих горизонтов составляют 80— 100 м, а иногда 120—160 м. Почти по всему району распространены водоносные пески и песчаники харьковской свиты или сарматского яруса, а в долинах — водоносные аллювиальные отложения. Проходка стволов в песчаных отложениях осуществляется спецспособами.
II. Во второй группе районов с относительно сложными условиями вскрытия также рациональна закладка вертикальных стволов шахт, и проходка их должна производиться с применением спецспособов. Однако на этих площадях неустойчивые в стенках выработок песчаные породы содержат безнапорные водоносные горизонты.
ГИДРОГЕОЛ И ИНЖ-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ УГОЛЬН. М-НИЯ
369
Район IIa занимает отдельные участки на северной окраине бассейна, а также на левобережье р. Волчьей и вдоль южной границы открытого Донбасса. Угленосная толща покрыта здесь меловыми, палеогеновыми и неогеновыми отложениями общей мощностью около 200—300 м. На площади района распространены напорные водоносные горизонты в мергельно-меловых (напоры до 20—30 м), палеоценовых (напоры до 120 м) и бучакско-каневских отложениях (напоры до 20 м), а также безнапорные горизонты в песках харьковской и полтавской свит и местами в аллювиальных отложениях. Затруднения при проходке стволов могут возникнуть как при пересечении водоносных песков палеогена, неогена и четвертичного аллювия, так и трещиноватой зоны мергельно-меловых отложений в связи с относительно низкой крепостью последних и напорным характером заключенного в них водоносного горизонта
Район 116 охватывает Красноармейский и западные части ДонецкоМакеевского и Центрального углепромышленных районов, а также узкую полосу вдоль восточной границы открытого Донбасса. Здесь развиты палеоген-неогеновые отложения мощностью до 100 м, содержащие безнапорные водоносные горизонты в харьковских и полтавских мелкозернистых песках и слабых песчаниках. В узких речных долинах, непосредственно на карбоне, залегают водоносные аллювиальные отложения. Песчаные породы полтавской и харьковской свит оплывают в стенках выработок.
III. Районы третьей группы с простыми условиями вскрытия приурочены к открытому Донбассу, где породы угленосной толщи либо выходят непосредственно на дневную поверхность, либо покрыты маломощным чехлом понтических и четвертичных пород. В общем гидрогеологические и инженерно-геологические условия проходки стволов здесь благоприятны и специальные методы почти не применяются.
Район IIIa расположен на южных окраинах открытого Донбасса. Неогеновые отложения мощностью до 100 -M содержат безнапорный водоносный горизонт (понтический ярус). На участках максимальных мощностей покровных отложений (преимущественно на водоразделах) закладываются вертикальные стволы. На склонах, где мощность четвертичного покрова мала, проходятся наклонные стволы. Проходка стволов осуществляется обычными способами. Лишь на очень ограниченных участках этой площади может возникнуть необходимость в применении спецспособов вследствие наличия в четвертичных глинистых отложениях песчаных водоносных прослоев, а также маломощных водоносных несков неогена.
Район III6 расположен в центральной части Донбасса. Каменноугольные породы здесь обнажены или перекрыты маломощными четвертичными глинистыми неводоносными отложениями, которые практически не играют роли в выборе способов проходки стволов. Наряду с вертикальными здесь проходятся наклонные стволы шахт.
По условиям проведения выработок в каменноугольной толще выделяются три зоны в соответствии со степенью метаморфизма пород.
Первая зона характеризуется распространением слабо метаморфизованных пород, содержащих угли марок ДБ, Д и Г. Осложнения при проходке шахтных стволов и разработке углей здесь могут быть обусловлены низкими физико-механическими свойствами каменноугольных пород. Для каменноугольных песчаников величины сопротивления сжимающим усилиям колеблются от 240 до 970 кГ/см2. Породы самой низкой прочности приурочены к площадям распространения углей марки ДБ. Пониженной прочностью отличаются каменноугольные породы также в верхних горизонтах, располагающихся в зоне выветривания, мощ-
370
ГИДРОГЕОЛОГИЯ
и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯМ Е С Т О Р О Ж Д Е Н И ИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛО
ность которых составляет 80 м и более (западная и центральная части бассейна).
Обводненность вмещающих пород в этой зоне наиболее высокая. Водоносны здесь песчаники, известняки и угли. Средние значения пористости пород, распространенных на площадях развития углей марок Д и Г, составляют 7—13,6%. Водоупорами служат аргиллиты.
Проходка стволов сопряжена с вывалами (преимущественно на глубинах до 200 м). В некоторых случаях при проходке неглубоких вентиляционных стволов применяется замораживание в связи с оплыванием низкометаморфизованных пород при создающихся в процессе проходки значительных гидравлических градиентах.
Здесь часто наблюдается пучение ,почвы, которое, по-видимому, особенно интенсивно будет проявляться на участках развития углей марки ДБ, начиная с глубин порядка 100—200 м; у пород, содержащих угли марок Д и Г, на глубинах свыше 300—500 м.
Вторая зона развития каменноугольных пород, содержащих угли марок Ж' К' ОСТ. Прочностные свойства этих пород несколько выше (пределы прочности песчаников на сжатие изменяются от 480 до 1560 KFjcM2). Глубина зоны выветривания каменноугольных пород в среднем составляет здесь 30—40 м, местами до 75 м.
Каменноугольная толща обводнена меньше. Водоносные породы представлены здесь преимущественно трещиноватыми песчаниками и известняками. Водоупорами служат глинистые сланцы.
Пучение почвы выработок в этой зоне характерно для больших глубин: в глинистых сланцах эти глубины достигают 300 м, а в других породах превышают 800 м. Стволы шахт по каменноугольным породам проходятся обычным способом; иногда проходка осложняется вывалами.
Третья зона распространения сильно метаморфизованных пород, отличающихся наиболее высокой прочностью (сопротивление песчаников сжимающим усилиям 820—1970 кГ/см2) и устойчивостью в стенках выработок.
Среди каменноугольных пород обводнены трещиноватые песчаники и известняки, однако и сланцы здесь обладают большей трещиноватостью и теряют свойства водоупоров.
Пучение в глинистых породах наблюдается на глубинах свыше 400—600 м, в остальных породах — на глубинах более 1000 м, в настоящее время не освоенных. В кровле угольных пластов иногда залегают труднообрушаемые прослои.
Проходка стволов ведется обычным способом. Вывалы пород в стволах наблюдаются очень редко. Породы обладают достаточно высокой прочностью даже в зоне выветривания.
Глава XVI
ЗАТОПЛЕНИЕ И ОТКАЧКА ШАХТ ДОНБАССА
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗАТОПЛЕНИИ И ОСУШЕНИИ ШАХТ БАССЕЙНА
В период Великой Отечественной войны все шахты Донецкого бассейна были выведены из строя и частично или полностью затоплены Затопление шахт в связи с приближением линии фронта началось в октябре и начале ноября 1941 г.
ЗАТОПЛЕНИЕ И ОТКАЧКА ШАХТ ДОНБАССА 359
После освобождения Донбасса одной из главных народнохозяйственных задач явилась быстрейшая откачка и восстановление шахг основного угольного бассейна страны.
В результате детального изучения гидрогеологических условий и наблюдений за процессом затопления и осушения всех шахт были собраны обширные материалы, позволившие установить ряд закономерностей и сделать важные обобщения, которые были использованы не только в работе при восстановлении шахт, но и в настоящее время не утратили своего значения.
Систематические наблюдения за затоплением и в первую очередь за откачкой шахт были начаты во второй половине 1944 г. К этому времени из 380 основных шахт частично или полностью затопленными оказались 368.
Полностью затоплены были преимущественно одиночные шахты, имевшие небольшие объемы выработок.
Общий объем затопленных выработок к началу обследований составлял 660 256 тыс. Mz. Объемы затопленных выработок по отдельным шахтам изменялись в очень широких пределах. Наименьший объем затопленных выработок (8 тыс. м3) имела шахта № 19—20 треста «Горловскуголь», в которой к началу откачки оказался затопленным только нижний горизонт, верхние же горизонты не подвергались затоплению, так как вода через сбойку на отметке 105 м переливалась в шахту «Комсомолец».
Наибольший объем затопленных выработок (12 280 тыс. ж3) имела шахта им. Ленина треста «Макеевуголь». Объем затопленных в некоторых комплексах сбитых шахт, например в комплексе шахт № 1—3«Кочегарка», им. Ленина и «Комсомолец» треста «Горловскуголь» превышал 20 млн. M3, а по самому крупному комплексу шахт № 8, им. К. Маркса, «Красный Профинтерн», № 1—2 и 4—4-бис «Красный Октябрь» и «Юнком» составлял более 45 млн. ж3.
Для быстрейшего развития добычи угля в первый период после освобождения Донбасса была начата откачка таких шахт, восстановление которых не было связано с большими трудностями. К ним относились перспективные новые шахты с небольшими объемами затопленных выработок, а также шахты, затопленные неполностью. В последних можно было установить насосы для предотвращения дальнейшего затопления и организовать добычу на верхних горизонтах.
Во вторую очередь было начато восстановление шахт, полностью затопленных, с большими объемами затопленных выработок, а также тех, где выработки, особенно стволы, были завалены или имели большую протяженность.
Ход откачки шахт по годам иллюстрируется табл. 58 и графиками (рис 110). До 1/1 1947 г. была откачана 151 шахта, или 41% от общега их числа. С 1947 г. количество ежегодно осушаемых шахт резко уменьшилось, как и число шахт, вводившихся в откачку.
Таким образом, работы по осушению шахт Донбасса можно разделить на два периода. В первый период нельзя было возобновить добычу угля на большинстве шахт, не осушив их предварительно хотя бы до основного рабочего горизонта, и поэтому до 1947 г. откачка производилась очень интенсивно; во второй период на большинстве откачиваемых шахт велась добыча, проблема же осушения выработок отошла на второе место.
В первый период, когда откачка производилась через стволы шахт, объем восстановительных работ был небольшим. При переходе к осушению выработок ниже основных горизонтов пришлось зачастую вести откачку из нескольких уклонов, восстанавливать не только основные вы-
Основные показатели
Ход откачки шахт Донбасса по годам
Т а б л и ц а 58
Годы
к
началу 1943-
откачки 1944
1945
1946
1947
1948
1949
1950
1951
1952
1983
1954
Количество затопленных шахт (не откачиваемых) . .
368* 318
141
93
67
63
58
57
56
56
56
56
56
Количество шахт в откачке к концу года
—
111
117
100
87
83
70
60
48
39
37
37
Количество осушенных за год .
_
шахт
с начала откачки . . .
66
42
43
17
9
14
11
12
9
2
66
108
151
168
177
191
202
214
223
225 225**
Объем осушенных вы- за год, тыс. м3 . . . .
114 320 200480 118 179 26 064 14 801 13 771 10 640 6 430 7 896 2670 2339
работок
с начала откачки, тыс. м3
_
114 320 314 800 432 979 459043 473 844 487 615 498 255 504 685 512 581 515 251 517 590
% к общему объему
затопленных вырабо-
ток
17,3 47,6 65,6 69,5 71,7 73,8 75,4 76,4 77,6 78,0 78,39
Остаток объема затопленных выработок к концу года, тыс. M3
660256 545 936 345456 227 277 201 213 186 412 172 641 162 001 155571 147 675 145 005 142 666
Откачано воды
за год, тыс. M3 . . . .
118 352 187049 140 862 89571 84 518 71 250 63 269 47 593 34 043 22 561 19 829
с начала откачки, тыс. м3
—
118 352 305401 446 263 535 832 620 353 691 602 754 871 802 464 836 507 859068 878 897
Откачано воды из ста- за год, тыс. м3 . . . .
тических запасов
с начала откачки, тыс. м3
—
49115 81656 50 158 12148 6 251 6 654 4 971 3 213 4 119 1 055 909 49115 130 771 180 929 193077 199 228 205 982 210953 214 166 218 285 219 340 220249
Средняя суммарная величина притока в откачи-
ваемые шахты м3/час
—
—
11776 8761 8202 8233 6965 6166 4624 3669 2303 2160
* 50 шахт осушались водоотливом соседних, сбитых с ними, шахт. ** Число шахт, осушенных полностью или частично собственным водоотливом.
ЗАТОПЛЕНИЕ И ОТКАЧКА ШАХТ ДОНБАССА
373
работки, в которых размещались водоотливные средства, но и ходки, штреки и т. д., что не могло не сказаться на интенсивности откачки. По мере снижения уровня воды в шахтах увеличивалась высота подачи воды и возникла необходимость ее ступенчатой перекачки через про-
О
бъем в
тыс
омд3ы
.
Рис 110 Изменение состояния откачки шахт Донбасса
а — изменение количества осушаемых, откачиваемых и затопленных шахт (1 — з а топленные шахты, 2— осушенные шахты, 3 — шахты в откачке),
б — изменение объема осушенных и затопленных выработок (1—осушенных вырабо ток с начала откачки, 2 — осушенных выработок за год, 3 — остаток объема затоп-
ленных выработок), в — изменение объема откачанной воды (/ — с начала откачки, 2 — за год, 3 — из
статических запасов с начала откачки, 4 — из статических запасов за год), г — изменение средней величины суммарного притока в откачиваемые шахты
межуточные водосборники. Такое же усложнение схемы водоотлива* происходило и при откачке уклонных работ. Поэтому интенсивность, откачки постепенно снижалась.
Следует сказать, что вообще в течение всего времени осушения интенсивность откачки была низкой вследствие малой производительности насосных установок и недостаточного их использования. Послед-
374
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛОВ
нее в свою очередь связано с задержками из-за завалов и перекрепления выработок.
Методы откачки шахт были различными в зависимости от способов вскрытия разрабатываемых пластов. Откачка наклонных шахт и уклонных работ велась преимущественно горизонтальными насосами типа АЯП, «Коммунист» и «Комсомолец». Частично были использованы и наклонные насосы АЯП-Н и Кадиевского завода. Иногда горизонтальные насосы использовались и для откачки вертикальных выработок, где они подвешивались в клетях. Обычно же при откачке из вертикальных выработок применялись вертикальные насосы как отечественного производства («АЯ'П-В», ГМП, ATH и др.), так и ряда иностранных фирм.
Производительность насосов была очень различной: наряду с применением в некоторых случаях (при откачке из вертикальных выработок малого сечения) шламовых насосов с номинальной производительностью 15—25 MzInac использовались насосы с производительностью 300, 460 м3/час и более. Суммарная производительность насосных установок по шахтам также была очень разной. На небольших шахтах откачка иногда осуществлялась одним насосом малой производительности. Общая мощность водоотливных установок у зеркала воды при откачке Горловско-ЕнакиеЬской группы (5 шахт) достигала 9,5 тыс. м3/час. Как правило, средняя фактическая производительность составляла 60— 70% номинальной, но зарегистрировано много случаев, когда она составляла всего лишь 25—30%, а иногда и меньше. Только в редких •случаях фактическая производительность бывала равной или несколько превышала номинальную. Это наблюдалось в тех случаях, когда глубина подачи воды была значительно меньше проектной.
На небольшом числе шахт (Горловско-Енакиевская группа, шахта «Северная» треста «Дзержинскуголь») при откачке из вертикальных стволов использовались эрлифты. В отдельных случаях применялись спаренные насосы: насос, работавший у зеркала воды, нагнетал воду со второго насоса, установленного выше (примерно на половине высоты подачи), что облегчало работу обоих насосов и повышало их производительность. Значительные потери производительности насосов происходили вследствие применения труб малого диаметра, а также старых ставов, в которых сечение труб было сужено в результате зарастания окислами железа.
Насосные установки в большинстве случаев работали в среднем 8—10 час в сутки. При осушении Горловско-Енакиевской группы шахт, где откачка была организована лучше, среднечасовое количество откачиваемой воды составляло максимум 57% от суммарной номинальной производительности насосов.
В первый период откачки насосы использовались значительно лучше, а по мере снижения уровня воды в шахтах и с переходом к частичной эксплуатации использование водоотливных средств неуклонно ухудшалось. Вместе с тем уменьшалось и количество откачиваемой из шахт воды и объем осушенных выработок. К 1/1 1955 г., т. е. к тому времени, когда откачка бассейна считалась практически законченной и гидрогеологические наблюдения прекратились, было полностью осушено 196 шахт, или 53,3%, 71 шахта (19,3%) считалась осушенной, так как была откачана до основного горизонта и введена в эксплуатацию. Таким образом, общее !количество полностью и частично осушенных шахт к 1/1 1955 г. составляло 267. И з них 225 шахт были осушены собственным водоотливом и 42 — водоотливом сбитых с ними соседних шахт. При этом 17 шахт были осушены полностью и 25 частично.
В частично осушенных шахтах остались затопленными сравнительно небольшие объемы горных выработок в основном в 'изолирован-
ЗАТОПЛЕНИЕ И ОТКАЧКА ШАХТ ДОНБАССА
375
ных уклонах. Общий объем затопленных выработок в частично осушенных шахтах составлял 33 533 тыс. М3, т. е. в среднем по 472 тыс. M3 на одну шахту.
К 1/1 1955 г. в откачке находилось 45 шахт, из них 8 откачивались водоотливом соседних сбитых шахт. Остатки объемов затопленных выработок в откачиваемых шахтах составляли 48 549 тыс. м3, т. е. в среднем 1080 тыс. м3 на одну шахту. По отдельным шахтам он изменялся от 3—5 до 5501 тыс. м3. Объем воды в затопленных выработках откачиваемых шахт на 1/1 1955 г. составлял 21 600 тыс. м3, 56 шахт оставались до 1/1 1955 г. затопленными: откачка их не начиналась, объем затопленных выработок в них составлял 60 584 тыс. м3, а воды — 29 862 тыс. ж8.
Наибольшее количество осушенных шахт отмечалось в Антрацитовом районе (68). В Центральном, Краснодонском и Гуково-Богураевском районах откачка практически была прекращена, хотя в последних двух районах треть шахт оставалась затопленной. Среди шахт,остававшихся затопленными, были такие, которые осушались по мере приближения к ним горных работ соседних шахт. В табл. 59 приведены данные об объемах затопленных и осушенных выработок по разным районам.
Т а б л и ц а 59
Объемы затопленных и осушенных выработок
Район
Объем затопленных выработок к началу
откачкн,
Т Ы С . JK3
Объем выработок к 1/1 1955 г.
осушенных
затопленных
тыс M3
%
Т Ы С . M3
%
Красноармейский Донецко-Макеевский Центральный Кадиевско-Лутугннский Краснодонский Антрацитовый
Шахтинско-Несветаевский Гуково-Богураевский
16125 203 846 101 963 138 240
17 212 134395 41 097
7 378
14 971 143 334 101 426 102 112
9 908
104 349 37 386 4134
92,8 70,3 99,6 79,9 57,5 77,6 91,0 56,0
1 154 60 542
537 36128
7 304 30 046
3711 3 244
7,2 29,7
0,5
26,1 42,5 22,4
9,0 44,0
Всего по Донбассу . . . 660 256 517 590 78,4 142 666 21,6
В Донбассе за первые годы откачки из статических запасов откачивалось относительно большее количество воды. Например, объем воды, откачанной из статических запасов, по отношению к общему количеству откачанной воды в 1945 г. составил 43,6%, в 1946 г. — 36%, в 1947 г. — 13,6%, а в 1948 г.—-7,4%, после чего он оставался примерно таким же до последних лет откачки. В 1954г. количество откачанной из статических запасов воды по 37 осушаемым шахтам составило всего 4,6% по отношению к общему количеству откачанной воды, т. е. отношение количества откачанной за счет притока воды к объему воды, откачанной из статических запасов, оказалось равным 22:1. За весь период откачки это отношение в среднем составило 3:1. Объясняется это тем, что по большинству шахт производилась откачка для поддержания уровня воды ниже эксплуатируемых горизонтов, т. е. откачивался только приток, но выработки не осушались. Кроме того, по мере снижения уровней воды в шахтах увеличилась и величина притока в них
376
ГИДРОГЕОЛОГИЯ
и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛОВ
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ОТКАЧКИ ШАХТ
И РЕЗУЛЬТАТЫ ОБОБЩЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ
После освобождения Донбасса на гидрогеологическую службу бассейна было возложено обслуживание откачки шахт, заключавшееся в составлении гидрогеологических заключений об условиях затопления и осушения всех шахт, с подсчетом количества воды, подлежащей откачке. Эти заключения служили основой для проектирования способов осушения и составления планов восстановления шахт. Кроме того, гидрогеологическая служба должна была осуществлять методическое руководство осушительными работами и контроль за правильным учетом количества откачиваемой воды.
Для составления заключений потребовались материалы о гидрогеологических условиях всех без исключения шахт, в первую очередь сведения о притоках в шахты до затопления. Данные о величинах притоков оказались по многим шахтам недостаточно правильными и большей частью преувеличенными. Тем не менее проделанная огромная работа по сбору и систематизации всех материалов в виде гидрогеологических заключений по каждой шахте позволила составить полную и в общем правильную картину обводненности шахт Донецкого бассейна
С 1944 г. гидрогеологами производились поквартальные обследования всех откачиваемых шахт с составлением актов обследования, включавших подробные сведения о ходе и гидрогеологических условиях откачки и восстановительных работ. Одновременно с этим специально организованной службой на шахтах проводились систематические наблюдения за количеством откачиваемой воды и снижением ее уровня в выработках. Кроме того, производились определения притоков
В разных районах Донбасса на ряде шахт, выбранных в качестве опорных, были организованы наблюдения за ходом откачки и влиянием ее на водоносные горизонты. Собранные материалы о гидрогеологических условиях шахт в процессе их затопления и осушения позволили по-новому осветить ряд вопросов шахтной гидрогеологии.
Текущее обобщение материалов производилось в виде графика откачки по каждой шахте, где изображались ход снижения уровня, изменение объема осушенных выработок, объема откачанной воды, величины расчетных и фактических притоков и характеристика работы водоотлива. По отдельным вопросам выполнялись работы, из которых в первую очередь следует назвать работу Н. В. Роговской (1947), а также ряд докладов, сделанных на гидрогеологической конференции по откачке шахт в 1945 г. (Ф. А. Белов, С. Ф. Дымченко, И. П. Езерская, А. И. Покровский, И. П. Соляков, И. Д. Усиков и др.).
Впоследствии все накопленные в процессе наблюдений за откачкой шахт материалы были обобщены в работе И. П. Солякова (1957).
До 1944 г. не существовало методики подсчета количества воды, скопившейся в затопленных шахтах, не было также систематизированных данных об обводненности всех шахт, не были изучены закономерности изменения притока воды в шахты от геологических и горнотехнических условий эксплуатации.
В связи с необходимостью проектирования способов и сроков откачки шахт бассейна группой специалистов, из которых в первую очередь следует назвать В. С. Попова и Д. И. Щеголева, .в 1944 г. была разработана методика определения количества скопившейся в затопленных шахтах воды и величины притоков, которые будут поступать в шахты на разных горизонтах в процессе откачки. В основу этой методики была положена гипотеза о том, что величина притока в шахту
ЗАТОПЛЕНИЕ И ОТКАЧКА ШАХТ ДОНБАССА
377
(при затоплении или осушении) изменяется по прямолинейной зависимости от нуля на отметке статического уровня до величины нормального притока на нижнем горизонте работ.
В результате анализа данных о скорости и времени затопления ряда шахт оказалось, что повышение уровня воды в шахтах !Происходит значительно быстрее, чем это должно было бы наблюдаться при условии заполнения водой определенных объемов горных выработок притоком, рассчитанным по прямолинейной зависимости. Поскольку это не могло быть объяснено большими по сравнению с расчетными величинами притоков, то пришлось предположить, что действительный объем затопленных пустот в шахте (горных выработок) меньше, чем объем выработанного пространства, вычисленный как произведение площади выработок на их высоту, равную в очистных работах мощности угольного пласта. В связи с этим было введено понятие о коэффициенте заполнения, характеризующем степень сохранности выработок. Угольными комбинатами были представлены материалы по объемам выработанных пространств по каждой шахте по пластам и горизонтам (таблицы и графики объемов) со схемами вскрытия и сбоек между отдельными шахтами (рис. 111). Пользуясь гипотезой о прямолинейном изменении притока с глубиной, данными о нормальных притоках в шахты, сведениями об объемах затопленных выработок и коэффициентами заполнения, донецкие гидрогеологи определяли количество воды в шахтах.
Обработка материалов показала, что восстановление уровня в шахтах, как и в скважинах, происходит по некоторой криволинейной зависимости. Уже в 1944 г. было установлено, что приток в шахту изменяется с глубиной по криволинейной зависимости, а принятая ранее в виде гипотезы прямолинейная зависимость не соответствует действительности. В связи с этим, а также исходя из'предположения о наличии турбулентного движения воды в трещиноватых породах вблизи горных выработок, А. И. Федоров в 1945 г. предложил производить расчеты притока по параболической зависимости, выражающейся видоизмененной формулой Шези. В соответствии с этим в дальнейшем были .произведены пересчеты количества скопившейся в шахтах воды. Эта же зависимость использовалась и при контроле количества откачанной воды.
Различия в геологических, гидрогеологических и горнотехнических условиях шахт сказались при затоплении на скорости повышения уровня, а также на количестве скопившейся в них воды.
Орогидрографические особенности определили положение максимальных уровней воды в затопленных шахтах, причем в некоторых шахтах уровни поддерживались на одной отметке в результате слива воды в гидрографическую сеть. Геологические, гидрогеологические и горнотехнические условия определяли и способы осушения, а также общие условия и интенсивность откачки. Поэтому закономерности затопления и откачки в шахтах одного района существенно отличались от таковых в шахтах других районов. Для более четкого выявления этих закономерностей было произведено районирование промышленной территории бассейна на основе общих геологических, гидрогеологических, геоморфологических, инженерно-геологических и горнотехнических особенностей различных частей бассейна. Вся промышленная территория бассейна была разделена на следующие восемь районов, характеризующихся большей или меньшей общностью всех условий: 1) Красноармейский; 2) Донецко-Макеевский; 3) Центральный; 4) Kaдиевско-Лутугинский; 5) Краснодонский; 6) Антрацитовый; 7) Шахтинско-Несветаевский; 8) Гуково-Богураевский.
ЗАТОПЛЕНИЕ И ОТКАЧКА ШАХТ ДОНБАССА
379
Общие данные о горнотехнических условиях эксплуатации сведены в табл. 60 *.
Степень обводненности ^шахт Донбасса в общем невелика, что объясняется сравнительно небольшой водоносностью отложений карбона и покрывающих их более поздних образований, а также засушливым климатом и бедностью бассейна поверхностными водами.
Из табл 61 видно, что притоки 204 шахт (66,3%) до затопления не превышали 100 м3/час Средний приток на одну шахту составлял 75— 80 м3/час.
Максимальный приток (485 м3/час) был зарегистрирован по шахте «Центрально-Заводская» треста «Куйбышевуголь», минимальные притоки (10 м3\нас) наблюдались по шахтам № 9 и 19 треста «Краснодонуголь» и № 6 «Максимовка» треста «Кадиевуголь».
Данные о скорости и времени затопления шахт и отдельных горизонтов были использованы для определения количества воды, скопившейся в шахтах Повышение уровней в последний период затопления — на верхних горизонтах — происходило очень медленно, со скоростью в несколько сантиметров или даже долей сантиметра в сутки. Средняя скорость повышения уровня, равная отношению глубины шахты ко времени ее полного затопления, всегда больше скорости затопления верхних юризонтов, так как по мере повышения уровня происходило уменьшение и гидравлического градиента, и притока Данные по шахтам, где имелись замеры в разных стадиях затопления, подтверждают это (рис. 112). Средняя скорость затопления по шахтам бассейна колебалась от нескольких сантиметров до 1,8 м/сутки. Скорость затопления шахты или отдельного горизонта, как и время затопления, находятся в прямой зависимости от величины притока и в обратной — от объема заполняемых пустот. Поэтому скорость повышения уровня в каждой шахте значительно изменялась в зависимости от объемов выработки на каждом горизонте Лишь немногие шахты, имеющие относительно большие притоки и малые объемы горных выработок, были затоплены полностью, т. е. до отметки статического уровня. В шахтах с малыми притоками и большими объемами выработок уровень за несколько лет затопления не успел достигнуть статического положения. Примером может служить шахта № 11 треста «Куйбышевуголь», имевшая объем выработок 3,3 млн. м3 и приток на нижнем горизонте 40 м3/час. За 7 лет и 3 месяца (с начала затопления 16/Х 1941 г. до 14/1 1949 г.) уровень в ней повысился с отметки —694,7 до —311 м, т е. всего на 383,8 м и примерно на 500 м не достиг статического.
Режим затопления комплексов сбитых шахт был сложным, так как нижние горизонты работ затапливались как изолированные бассейны, а по достижении уровня в одной из шахт сбойки повышение уровня по этой шахте прекращалось вследствие перелива воды из нее в шахту с более низким уровнем. В некоторых случаях производилась перекачка воды из одной шахты (№ 14 треста «Свердловуголь») в другую (№ 17) с целью поддержания уровня в первой и ее эксплуатации. На режим затопления соседних шахт оказывал влияние не только свободный перелив воды через сбойки, но и фильтрация через целики, разделяющие шахты с разными уровнями (шахты № 9 и 10-бис треста «Снежцянантрацит»).
Равные или близкие к статическим уровни были достигнуты по 49 шахтам (11 в Донецко-Макеевском районе, 18 в Кадиевско-Луту-
* Во всех таблицах и далее в тексте приводятся данные о горнотехнических и гидрогеологических условиях шахт, затапливавшихся в период войны, поэтому они не могут в полной мере характеризовать условия, существующие в настоящее время
380
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ
ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛОВИ
Т а б л и ц а 60 Горнотехнические и гидрогеологические условия шахт по районам
Красноар скнй Донецкокеевскнй Краснодо скин Шахтнна Несветае ский Гуково-Б раевскнй Итого по бассу
=S
ев
Ф S
S
Основные показатели
=2S
ч
E
О =S
Л 4
W* Sи
а, H
CO 5 Ф 5
E
S =
5
=2S
i
со
>>
О
о .
U О
о
Ч
S
А
Hа ,
< E
Общее количество
затопленных шахт 1 1
85
30
78 30 99
20
15 368
Из них:
наклонных . . .
1
10
2
10
11
46
—
2
82
вертикальных
7
60
22
60 13 41
19
8 230
Количество шахт,
по которым не бы-
ло данных о горно-
технических усло-
виях
3
15
6
8
6
12
1
5
56
Количество шахт,
разрабатывавших:
1 пласт . . . .
1
28
2 пласта . . . . 4
20
1
17 17 63
7
1
11
5 23
8
8 142
2
74
3 пласта . . . . 3
10
1
7
2
—
4
—
27
4 пласта . . . . —
5
—
11
—
1
—
—
17
от 5 до 9 пла-
стов
—
7
6
20
—
—
—
—
33
от 10 до 19 пла-
стов
.—
—
14
4
—
—
—
—
18
20 пластов . . . —
—
1
—
—
—
—
—
1
Количество шахт,
разрабатывавших
пласты с углами
падения:
от 0 до 30° . . .
8
64
—
34
4 74
19
5 208
от 30 до 45° . . — от 45 до 60° . . — свыше 60° . . . —
—
5
27
13
12
—
5
10
8
7
—
—
1
9
1
—
1
—
—
57
5
35
—
12
Количество шахт с
содержанием пес-
чаников в кровле:
до 30 96 . . . .
1
от 30 до 50 % .
7
свыше 50 % . . —
нет данных . . . —
47
7
20
14
2
3
1
—
33
7
25
—
29
8 37
17
7
9 23
2
1
—
2
—
7 127
2 134
1
47
—
4
Глубина шахт, м:
минимальная . . 100
75 210 154 64 62 122 160
54
максимальная
463
923 750 676 394 520 744
433 923
средняя . . . . 283 400 434 282 260 304 292
299 326
Общий объем выра-
ботанного пространства, тыс. M3.
минимальный . . 85,5 10
30
26 18 45 840 197
10
максимальный . 6115 12604 19 205 16 718 3 427 7 977 38 271* 2 400 38 271"
средний . . . . 2682 3 586 7 228 3 007 995 1 932 4 060 869 2 9 9 2
Приток на нижнем
горизонте работ, M3 !час
минимальный . . 12 максимальный . 400 средний . . . . 124
12
15
10 10 12
485 435 450 150 242
76,7 105,3 85,3 53,4 70,7
15
17
520s* 140
95
45
10 520"
78,6
Коэффициент нерав-
номерности прито-
ка
33,3 40,5 29,0 45,0 15,0 20,0 34,6
8,2 48,5
* По бассейну сбитых шахт: ,Пролетарская диктатура", .20 лет РККА", ,Красненькая", .Н-Азовская", им. Петровского и им. Фрунзе.
** Суммарный приток по шахтам им. О Г П У и им. Горького.
Район
ЗАТОПЛЕНИЕ И ОТКАЧКА ШАХТ ДОНБАССА
381
Характеристика обводненности шахт
Т а б л и ц а 61
Общее количество
шахт
до 20
Количество шахт с притоками, м3/час 20—50 50-100 100-200 200-300 300—400
>400
Красноармейский Донецко-Макеенский . . . Центральный Кадиевско-Лутугинский . . Краснодонский Антрацитовый Шахтинско-Несветаевский Гуково-Богураевский . . .
Итого по Донбассу . . .
7
1
1
1
2
1
1
73
7
24
29
9
3
—
1
21
1
5
6
6
2
—
1
69
5
26
21
14
2
1
—
18
4
6
6
2
—
—
—
89
10
36
25
17
1
—
—
17
2
4
5
5
—
—
1
15
2
7
3
2
1
—
309
32 109
96
57
10
2
3
гинском и Антрацитовом, по одной в Шахтинско-Несветаевском и Гуково-Богураевсиом). На остальных шахтах уровни не успели достигнуть статического положения вследствие начавшейся плановой откачки или нарушения процесса аатопления откачкой в период оккупации, либо из-за перелива воды через горные выработки и трещиноватые породы в глубокие балки (перелив воды из Краснолучской группы шахт через штольню в балку Хрустальскую и из бассейна затопленных сбитых между собой шахт «Центрально-Боковской», № 1—1-бис, 2—2-бис, 3— 4, 8—9, 13, 14 и 15 через шурф Куликовского в балку Крепенькую, фильтрация 'воды из шахт «Старо-Ковдратьевка» и «Ново-Кондратьевка» в р. Садки и др.). По шахтам, в которые не было доступа вследствие завалов стволов, а также по шахтам, откачанным в первые месяцы после освобождения, отметки статических уровней остались неизвестными.
Наиболее низкая отметка статического уровня ( + 55 м) зафиксирована по шахте «Томошевка», расположенной вблизи р. Сев. Донца. Самые высокие отметки уровней установлены по шахтам № 39 треста «Зуевантрацит» ( + 288 м) и № 21 треста «Советскуголь» ( + 280 м), расположенным на возвышенных участках и в удалении от долин балок и рек. В общем, можно сказать, что наиболее высокие отметки статических уровней приурочены к возвышенным участкам Главного водораздела, откуда они понижаются во все стороны и достигают наименьшей величины вблизи долины р. Сев. Донца и по окраинам бассейна. Вследствие !разности отметок поверхностей на некоторых участках, особенно на участках крупных комплексов сбитых шахт, до 80—120 м уровни в соседних шахтах комплексов иногда отличались друг от друга на 20—30 м. В среднем уровни оказывались на 20—30 м выше тальвегов наиболее глубоких балок.
По некоторым шахтам отмечены значительные сезонные колебания статических уровней после затопления. Так, по шахте «Грузская Вертикальная» уровень в течение 6 месяцев оставался почти неизменным, в период с 1/1V по 1/V 1944 г. он повысился на 6 м, а до 6/VI 1944 г.— еще на 1 м, после чего снова произошло понижение уровня до первоначальной отметки (см. рис. 112). По многим шахтам было зарегистрировано значительное увеличение скорости повышения уровня в весеннее время.
Ii, м
+300 + 250 + 200 + 150 + 100
ШХ №29
+ 50
t 0
- 50
-100 -150
-200 -250 - 300
-350
НФ -НФНФМФ1Ф
1941с
1942г
1943 г
-МФНФМ-НФИ - Н Ф Н Н Ф Ж Ф
1944 г
1945 г
Н.М
+ (50 + 100 + 50 ± О
Начало откачни шх им Калинина H - B M f Начало откачки шх №1-2 .Красный ОктябрьГ 1-ЦИ9ААГ
Начало откачки шх .Красный Профинтерн" 12-ПН944Г Начало откачки шх „северная" 9 - V H 9 W
-50 -100
шх ^красный Профинтерн'
-150 -200 -250 -300 -350
/
/
f /
//У
У
т*^
—
Откачка шх им Ленина I период оккупации
-400 У /
-450
/
-500
194lrj
1942 г
1943 г
1944 г
1945Г
Начало откачки ШХ №Нбис 19-VI-19M»
Шх №1-1 бис „Криворожье"
ЕЕЗ' Е З ?
1941п
1942 г
-МФМНФМФМ ННННФ
1943 Г
1944г
Рис. 112. Повышение уровня воды в шахтах при затоплении
1 — кривые повышения уровней воды, построенные по расчетным данным; 2 — кривые повышения уровней воды, построенные по данным замеров в шахтах
ЗАТОПЛЕНИЕ И ОТКАЧКА ШАХТ ДОНБАССА
383
Резкие повышения уровней, связанные с инфильтрацией талых вод, наблюдались в апреле 1944 г. по шахтам № 1, 19, 21, 22 треста «Снежнянантрацит» и шахте им. Киселева треста «Чистяковантрацит». На многих шахтах в весеннее время отмечалось увеличение притока. TaKv суммарный приток по бассейну шахт Центрально-Боковского комплекса,, затопленного до отметки + 1 1 8 м, на которой происходил слив воды в балку Малокрепенькую, в зимнее время составлял 280 мг/час, в апреле же 1944 г. он увеличился до 700 м3/час, а в июне снова уменьшился до 600 м3/час.
Общее время затопления шахт бассейна, в которых установился статический уровень, изменяется от 170 суток (штольня № 160 треста «Краснолучуголь») до 1888 суток (штольня № 3 треста «Кировуголь»).
Для подсчета количества скопившейся в шахте воды принимался средний приток по графику изменения притока с глубиной до отметки, соответствующей половине объема затопленного пространства или половине глубины затопленного интервала выработок. Произведение полученного притока на время затопления составляет количество скопившейся в шахте воды. Этим путем определялось количество воды как в целом по шахте, так и на различных горизонтах (если известны сроки затопления отдельных горизонтов). Однако в большинстве случаев эти данные отсутствуют и количество воды в выработках каждого горизонта исчисляется в зависимости от объема выработанного пространства.
По многим шахтам количество воды приходилось определять в зависимости от объема затопленных выработок по аналогии с другими шахтами, сходными по геологическим, гидрогеологическим и горнотехническим условиям.
Зависимость между объемом воды в шахте и объемом затопленных вьиработок выражалась коэффициентом заполнения, характеризующим степень сохранности выработок и равным отношению поступившей в шахту воды (притока за период затопления) к номинальному объему выработанного пространства (К\ = -Wу~).
Время затопления шахты полностью или до определенного горизонта в большинстве случаев могло быть определено достаточно точно. Величина притока Qcp для горизонта затопления с большей или меньшей точностью определялась по графику притока. Площади выработок достаточно то^но подсчитывались по маркшейдерским планам. Высота очистных выработок принималась равной мощности угольного пласта. Последнее нельзя считать вполне правильным. Вследствие перераспределения горного давления происходят оседание кровли, пучение почвы, растрескивание и разрыхление вмещающих пород, причем пустоты в породах образуются за счет высоты выработок и набухания глинистых пород. Объем пустот (искусственных трещин), образовавшийся во вмещающих породах, в сумме с остаточным объемом деформированных горных выработок может быть только меньше первоначального объема выработок (объема вынутого угля). Часть объема выработок была заполнена шахтным оборудованием, крепежным лесом и пр.
Таким образом, вода, поступающая в шахту, размещалась в горных выработках и пустотах зоны обрушения, суммарный объем которых не превышал первоначального объема выработок. Часть воды размещалась и в естественных трещинах отдельностей или тектонических трещинах и порах вмещающих пород, но объем этих пустот не мог быть значительным по сравнению с объемом выработанного пространства. Кроме того, и до затопления большинство этих пустот было заполнено водой. Поскольку расчетный объем выработанного проетран-
384
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯМ Е С Т О Р О Ж Д Е Н И ИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕОЛ.УСЛ
ства превышал фактический объем всех искусственных пустот, то значение К1 должно быть всегда меньше 1,0. На верхних горизонтах часть трещин обрушения располагалась выше зоны затопления и была свободной от воды, что также вызывала уменьшение К\.
Коэффициенты заполнения, определенные в целом для шахты или для разных горизонтов шахты, позволяли подсчитать объемы содержащейся в шахтах воды. После определения коэффициентов заполнения строились графики объемов воды по каждой шахте. Эти графики служили приложением к заключению об условиях затопления и откачки шахт.
Коэффициенты заполнения использовались и для подсчета количества воды, откачанной из статических запасов, определявшихся как произведение объема осушенных за определенный период выработок на коэффициент заполнения (W = Ki V).
Величина Ki по шахтам бассейна колеблется от 0,2 до 1,0. Наименьший коэффициент заполнения 0,2 был получен по шахте № 1—3 «Кочегарка» треста «Горловскуголь». По шахтам, где до затопления были пройдены только подготовительные выработки, Ki принимался равным 1. Средневзвешенные коэффициенты заполнения по разным районам изменяются от 0,33 (Центральный) до 0,66 (Гуково-Богураевский). По некоторым шахтам коэффициенты заполнения были не вычислены, а приняты по аналогии с другими шахтами, причем величины этих коэффициентов впоследствии, после получения в результате откачки более достоверных данных, уточнялись.
Величины коэффициентов заполнения зависят от геологических и горнотехнических условий каждой шахты. Основными факторами являются: а) литологический состав вмещающих пород; б) степень их метаморфизации; в) условия залегания (углы падения пластов); г) количество разрабатываемых пластов; д) объем выработанного пространства; е) глубина разработки.
Величины их должны зависеть также от мощности разрабатываемых пластов, влияющей на высоту зоны обрушения, а также от времени и системы разработки и способа управления кровлей. Перечисленные выше шесть основных факторов были выделены как самостоятельные, но влияние каждого из них в отдельности проследить было трудно, так как все они связаны между собой и часто нельзя определить, который из них играет главную роль.
Жесткие породы — песчаники и известняки — в зоне обрушения над горными выработками разбиваются более или менее крупными трещинами и оседают в виде глыб. Количество измельченного материала при этом невелико, трещины легко заполняются водой. Наиболее слабые породы — глинистые сланцы — в зоне обрушения сильно измельчаются, образуется много мелкообломочиого материала, способного набухать и закупоривать трещины. В отличие от жестких пород, где преобладают деформации с разрывом сплошности и трещины пронизывают зону обрушения на всю мощность, в породах слабых, склонных к упругим деформациям, происходит прогибание пород. Поэтому зона трещиноватости в сланцах должна быть меньше, чем в песчаниках. Если толща пород, вмещающая ,разрабатываемый пласт, состоит преимущественно из жестких пород (песчаников и известняков), то объем открытых трещин, которые могут быть заполнены водой, а следовательно, и коэффициенты заполнения должны быть больше, чем в тех случаях, когда вмещающая толща сложена глинистыми сланцами. Если преобладают песчано-глинистые сланцы, занимающие промежуточное положение между наиболее слабыми (упругими) и жесткими породами, то величины коэффициентов заполнения должны иметь среднее значение.
ЗАТОПЛЕНИЕ
И ОТКАЧКА ШАХТ
ДОНБАССА
385
В результате систематизации материалов оказалось, что коэффициенты заполнения закономерно изменяются в зависимости от процентного содержания во вмещающей толще песчаников и глинистых сланцев. При этом для определения процента жестких и слабых пород в расчет принималась вся толща, залегающая между разрабатываемыми пластами, а также 50-метровая толща, залегающая над верхним пластом. Закономерное увеличение коэффициентов заполнения с повышением содержания песчаников наблюдается как в целом по Донбассу (табл. 62), так и по отдельным районам (за исключением Краснодон-
Зависимость Ki от содержания песчаников
Т а б л и ц а 62
Содержание Количество
песчаников, %
шахт
Объем затопленных выработок, ТЫС. M3
Объем воды,
Т Ы С . M3
Коэффициент заполнения,
K1
0—20
49
92 463
42 243
0,45
20—40
112
307 792
133 969
0,43
40—60
68
157 667
90 300
0,56
60—80
9
4182
2 907
0,69
80—100
1
560
442
0,79
ского и Гуково-Богураевского, где исходные данные, видимо, были менее точны). Наоборот, с увеличением содержания в породах кровли глинистых сланцев коэффициенты заполнения уменьшаются (табл. 63).
Т а б л и ц а 63
Зависимость Ki от содержания глинистых сланцев
Содержание глинистых сланцев, %
Количество шахт
Объем затоп-
ленных выра-
боток, тыс. M3
Объем воды, Коэффициент,
тыс. м?
заполнения,
K1
0—20
38
58 584
32 620
0,55
20—40
100
247 708
122 525
0,49
40—60
73
194 141
84 730
0,43
60—80
18
55 082
26 667
0,48
80—100
10
7149
3 319
0,46
На величину коэффициентов заполнения оказывает влияние также и степень метаморфизации пород, в первую очередь сланцев: более метаморфизованяые сланцы обладают большей жесткостью и теряют способность к набуханию. Поэтому насыщение водой трещиноватой зоны в породах высокометаморфизованных должно происходить значительно легче, и объем пустот, которые могут быть заполнены водой, в них больше; чем в породах (сланцах) низкой степени метаморфизации.
Таблица 64 дает представление о зависимости величины средних коэффициентов заполнения от степени метаморфизации пород, выраженной марочным составом углей. Некоторые отклонения от общей закономерности объясняются, по-видимому, сильным влиянием каких-либо других факторов.
Менее четко наблюдается зависимость К\ от углов падения пород (табл. 65). Несколько большие величины коэффициентов заполнения наблюдаются по шахтам, разрабатывающим пласты, залегающие со средними углами падения 30—45°. По-видимому, при разработке таких
386
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ
ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИИГИДРОГЕОЛИИНЖ-ГЕ
Марки угля
Зависимость Ki от степени метаморфизации пород
Т а б л и ц а 64
Количество шахт
Объем затопленных выработок, тыс. M3
Объем воды, Коэффициент,
тыс. M3
заполнения, K1
д
16
35 368
14128
0,4
г
34
64 384
30 155
0,46
ж
45
145 096
59 220
0,41
к
25
80 587
35 593
0,44
ОС
29
78 515
37 224
0,47
T
9
10 205
5 691
0,56
А
79
146 873
86 489
0,58
Зависимость Ki от углов падевия пород
Т а б л и ц а 65
Углы падения
Количество шахт
Объем затопленных выработок, тыс. M3
Объем воды, Коэффициент
тыс. M3
заполнения, Ki
0—30
160
345 417
172 569
0,5
30—45
38
91725
46 804
0,51
45—90
26
120 866
46 598
0,38
пластов создаются наилучшие условия сохранности выработок. Сохранность горных выработок в свою очередь зависит от системы разработки и способа управления кровлей, а также от количества и мощности разрабатываемых пластов, глубин и давности разработки, объема и площадей выработанного пространства. Выяснение зависимости Ki от системы разработки и способа управления кровлей затруднено вследствие недостатка данных. Кроме того, на одних и тех же шахтах в .разные периоды эксплуатации и на различных горизонтах способ управления кровлей менялся. В тех случаях, когда имелись более или менее достоверные сведения, зависимость Ki от способа управления кровлей выражается очень четко. Так, по 7 шахтам Центрального района, где разработка велась с частичной закладкой, средний коэффициент заполнения был равен 0,48, средний Ki по 9 шахтам, в которых разработка производилась с полным обрушением, составлял 0,33.
Закономерность изменения коэффициентов заполнения от количества разрабатываемых пластов хорошо прослеживается в целом по Денбассу (табл. 66) и по некоторым районам. Подготовительные выра-
Зависимость Ki от количества разрабатываемых пластов
Т а б л и ц а 66
Количество разрабатывае-
мых пластов •
Количество шахт
Объем затопленных выработок, ТЫС M3
Объем воды, Коэффициент
Т Ы С M3
заполнения, KI
1
in
141 703
82 877
0,58
2
53
102 067
52 542
0,51
3—5
43
154115
70 013
0,45
>5
33
166 759
65 057
0,38
ЗАТОПЛЕНИЕ
И ОТКАЧКА ШАХТ
ДОНБАССА
387
ботки — стволы, квершлаги, штольни и уклоны — почти не теряют своего объема с течением времени. Поэтому Ki по шахтам-новостройкам принимался в гидрогеологических заключениях равным 1. Увеличение объема выработанного пространства в крупных шахтах происходит за счет очистных выработок, а удельный вес подготовительных выработок тем меньше, чем крупнее шахты. С увеличением площади разработки увеличивается и зона обрушения, в ней идут процессы выветривания, ведущие к разрыхлению пород. Шахты с наибольшими объемами выработок являются также и самыми старыми, где обрушение достигло полного развития. Ki таких шахт меньше, чем Ki шахт новых, имеющих малые объемы выработок (табл. 67). Аналогичная зависимость (табл. 68) про-
Зависимость Ki от объема горных выработок
Т а б л и ц а 67
Объем вырабо- Количество
ток, тыс. M3
шахт
Объем затопленных выработок, ТЫС. M3
Объем воды, Коэффициент
т ы с . M3
заполнения, K1
<200
12
200-500
16
500—1000
46
1000—2000
47
2000—5000
67
5000—10000
26
>10000
21
624
437
0,7
4 944
2927
0,6
29 076
16 960
0,58
52 606
30 446
0,56
157 647
84622
0,54
147 918
63 565
0,43
171 421
71 425
0,42
слеживается и между Ki и глубиной разработки: величина коэффициента заполнения уменьшается с увеличением глубины шахт. Это естественно, так как глубины разработки также отражают как объем выработок, так и возраст их.
Зависимость Ki от глубины разработки
Т а б л и ц а 68
Глубина шахт, м
Количество шахт
Объем затопленных выработок, ТЫС M3
Объем воды, Коэффициент
тыс. M3
заполнения, Я ,
<100
9
100—200
32
200—300
77
300—400
53
400—500
45
500—600
12
>600
12
1 267
762
0,6
31441
19 786 '
0,63
109 621
63 264
0,58
97 375
49 482
0,51
162 746
72 362
0,44
76 629
31970
0,42
85 565
32 863
0,38
Подсчеты коэффициентов для разных горизонтов некоторых шахт„ по которым имелись достаточные сведения о процессе повышения уровня в период затопления, показали, что в большинстве случаев Ki уменьшается к верхним горизонтам. Объясняется это тем, что сохранность выработок на верхних горизонтах значительно хуже, чем на нижних, более «молодых» горизонтах (табл. 69). По самым глубоким шахтам на ,нижних горизонтах Ki оказался меньше, чем на средних, откуда он затем снова уменьшался к верхним горизонтам. Объясняется это, по-видимому, тем, что горные породы, находящиеся на значительной глубине под высоким давлением, в большей степени способны к боковому рас-
388
ГИДРОГЕОЛОГИЯ
и ИНЖЕНЕРНАЯ
ГЕОЛОГИЯ
МЕСТОРОЖДЕНИИ
Изменение Ki с глубиной
Т а б л и ц а 69
Интервал глубины, м
Трест, шахта
K1
от
до
„Краснолучуголь", бассейны — 13
+ 106
0,95
шахт № 1, 2 КСМ, 151, + 106 + 126
0,92
16-бис
+ 126 + 141
0,68
Бассейны шахт № 5, 5—7, 7—8 + 3 3 , 8 +38,1
0,64
+38,1 +45,1
0,54
+45,1 +56,2
0,46
+56,2
f66,3
0,3
„Свердловуголь", шахта № 1—2 —160 —15
0,87
(ниже сбойки)
—15
—3
0,4
—3
+61
0,16
1 им. Войкова (ниже сбойки)
—18
—3
0,47
—3
+63
0,17
ширению после разгрузки от горного давления, в результате чего трещиноватость в зоне обрушения почти полностью поглощается.
Коэффициенты заполнения, как правило, определялись при составлении заключений для каждой шахты путем обычного расчета и лишь в редких случаях принимались по аналогии с соседними шахтами. Использование этих коэффициентов помогло с достаточной точностью не только определить количество воды в затопленных выработках по каждой шахте и в целом по Донбассу, ,но облегчило и контроль за количеством откачанной из шахт воды.
Гидрогеологами было определено общее количество воды во всех 368 затопленных шахтах бассейна, которое составило 320 139 тыс. м3. Средневзвешенное значение коэффициента заполнения для всего Донбасса, равное отношению суммарного объема воды к объему затопленных выработок по 368 шахтам, составило 0,47.
Наблюдения за откачкой шахт, в частности тех, на которых велись стационарные режимные наблюдения, позволили собрать интересные данные об изменении динамического притока в зависимости от скорости снижения уровня. Было отмечено, что после быстрого снижения уровня воды в шахтах происходит резкое увеличение динамического притока вследствие создающегося большого градиента.
Количество воды, поступающее как динамический приток, включает в себя и часть статических запасов, так как в это время происходит интенсивное дренирование дальних выработок и насыщенных водой горных пород, находящихся в зоне депрессии, уровень в которых отстает от быстрого сниженного уровня воды в откачиваемой выработке.
Наблюдались случаи, когда после быстрого снижения уровня воды в стволе скорость снижения постепенно уменьшалась при одинаковом количестве откачиваемой воды. Это было связано с резким увеличением «динамического» притока. При этом приток в несколько раз превышал расчетный (для данного интервала), определяемый по графику, и даже приток, наблюдавшийся на нижнем горизонте работ до затопления.
В процессе откачки отпределялись именно эти величины «динамических» притоков, за исключением тех случаев, когда откачка в елась
ЗАТОПЛЕНИЕ И ОТКАЧКА ШАХТ ДОНБАССА
389
длительное время без понижения уровня (на одном горизонте). Поэтому непроизвольно завышались величины притоков в шахты, а значит и количество воды, откачиваемой за счет притока, и преуменьшалось количество воды, откачиваемой из статических запасов (собственно из осушаемых выработок), что вело к путанице в документации, а данные о количестве откачиваемой воды и величины притоков вызывали сомнения. Поэтому при обработке данных откачек была сделана попытка выявить зависимость между величиной динамического ,притока и скоростью снижения уровня воды в шахте.
Произведенные на ряде шахт замеры притоков при откачке без понижения уровня (после периода откачки со снижением уровня) показывают процесс стабилизации притока. Максимальный приток наблюдается сразу после снижения уровня. В дальнейшем происходит его постепенное уменьшение. Процесс стабилизации притока по отдельным шахтам длится от нескольких месяцев до нескольких лет в зависимости от интенсивности предыдущей откачки и величины понижения уровня в шахте по отношению к статическому уровню. Правда, точно определить действительное время стабилизации притока очень трудно, так как на этот процесс накладываются сезонные изменения притока, а в ряде случаев также изменения, связанные с ведением горных работ (на шахтах, где одновременно с откачкой производилась и добыча).
На графиках для шахт, в которых снижение уровня в течение всей откачки происходило довольно равномерно либо имелись замеры более или менее стабилизировавшихся притоков на разных горизонтах, точки, соответствующие динамическим притокам, располагались по кривой, близкой к теоретической, причем динамические притоки оказывались большими, чем теоретические величины установившихся притоков на
соответствующих горизонтах. Поэтому величина отношения 9.дии ,
Vycr
характеризующая превышение динамического притока, определенного на данном интервале откачки, над расчетным установившимся нормальным притоком в большинстве случаев была больше единицы. Отношение это сопоставлялось со средней скоростью снижения уровня по шахте за определенное время. Для анализа были выбраны шахты, где определения динамических притоков были достоверными и производились не менее 2 раз в течение откачки. Были построены графики, на которых по оси абсцисс откладывались средние скорости снижения уровня за равный интервал времени (2 или 3 месяца), предшествовавший замеру динамического притока. Величина снижения уровня воды принималась по данным откачки. По оси ординат откладывались значения отклонения динамического притока г|, равные отношению абсолютных значений динамических притоков к теоретическим (расчетным) установившимся притокам.
Фдии Qycr
•Ц = VyоcT
•
Точки на графиках располагались так, что проведенные через них
линии (по каждой шахте в отдельности) представляли собой прямые,
проходящие очень близко к началу координат (рис. 115). При скорости
снижения уровня воды, равной нулю, т. е. при откачке только притока,
динамический приток должен быть равен установившемуся (Qsra = = Qуст). Следовательно, и относительное отклонение динамического при-
тока от теоретического (расчетного) установившегося притока равняется
нулю:
QiHH QycT Q QyCT
390
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ
ГЕОЛОГИЯ
МЕСТОРОЖДЕНИИ
Исходя из этого, все прямые, построенные для каждой шахты, должны проходить через начало координат. Это возможно лишь в том случае, если динамические и установившиеся притоки определены правильно.
Уравнение пучка прямых, проходящих через начало прямоугольной системы координат y = kx. В нашем случае у = тц X=V (скорость снижения уровня). Следовательно, зависимость между относительным отклонением динамического притока и скоростью снижения уровня воды в шахте выражается прямой t\ = kV (при условии прохождения ее через
начало координат). Для различных шахт на графиках эта зависимость представлена прямыми, большинство которых проходит через начало координат или вблизи него (см. рис. 113).
Угловые коэффициенты прямых k имеют разные значения и зависят, очевидно, от горно-эксплуатационных условий шахты (объема горных выработок, их протяженности, разветвленное™, сохранности и др.).
Выражая TI через QSHH И QYCT, получаем зависимость между тремя величинами: динамическим притоком, установившимся притоком и скоростью снижения уровня при откачке перед замером притока.
— k V или
«густ
V.M/сут
0.1 0,2 0,3 О,А 05 0,6 07
Qmn=Qycr ( k V + \ ) , т. е. величина ди-
Рис 113. Отклонения динамических притоков от расчетных в зависимости от скорости снижения уровня воды
намического притока прямо пропорциональна скорости снижения уровня воды.
Выведенная зависимость имеет
не только теоретическое, но и практи-
ческое значение. В ряде случаев и сейчас имеется необходимость осу-
шения оставшихся затопленными шахт или шахт, поставленных на мок-
рую консервацию. Они могут осушаться как непосредственно, так и
путем спуска из них воды в горные выработки соседних шахт. Поль-
зуясь полученной формулой и зная производительность установленного
на шахте водоотлива (или количество воды, которое должно быть
откачано сверх собственного притока шахты, дренирующей затопленные
выработки), можно подсчитать значение максимально допустимой ско-
рости снижения уровня во время откачки на любых интервалах глу-
бины. Это позволит правильно планировать осушение шахт и опреде-
лять оптимальные сроки снижения уровня в них, а значит и правильно
определять сроки откачки, или, исходя из намеченных планом сроков, —
мощность насосной установки.
Д л я определения количества водь;, содержавшейся в осушаемых
выработках, было введено понятие о коэффициенте осушения, равном
отношению количества воды, содержавшейся в осушенных выработках,
к их объему:
Кг
Wl
V '
ЗАТОПЛЕНИЕ И ОТКАЧКА ШАХТ ДОНБАССА
391
Общее количество откачанной из шахты воды включает воду, содержащуюся в горных выработках, и воду, поступившую за время откачки в виде притока
TT1=CD • Q,
где о — общий объем откачанной за определенное время воды;
Q — приток воды, поступившей в шахту за то же время.
Аналогично
Wl=Pt-qT,
где P — производительность насосной установки; t—-время работы насосов; q — приток в шахту, м3/час: Г—-период откачки.
Значения Р, t и T легко определяются для каждой шахты и при хорошей документации являются величинами вполне достоверными. Приток — величина переменная. Определявшиеся в процессе откачки динамические притоки могут сильно отличаться от расчетных: в большинстве своем они больше теоретических, так как включают не только собственно приток, но и некоторое количество статических запасов. Поэтому использование для расчета величины динамического притока несколько преуменьшает количество воды, находящейся в осушенных выработках.
Если бы количество откачанной сверх притока воды равнялось количеству воды, поступившей в выработки в процессе затопления, то коэффициент осушения был бы равен коэффициенту заполнения. Это положение лежит в основе контроля откачки. В действительности же оказалось, что коэффициенты осушения по одним и тем же шахтам или горизонтам заметно отличаются друг от друга.
Изменение притока с глубиной происходит по какой-то зависимости, отличной от параболической, и поэтому величина установившегося фактического притока в шахту на разных горизонтах может отличаться от расчетной. Кроме того, определенный в процессе откачки динамический приток превышает установившийся, поэтому количество откачанной сверх притока воды и коэффициент осушения получаются заниженными.
Несоответствие между Ki и Кч вызывается также тем, что некоторое количество воды задерживается в мелких карманах, углублениях выработок, за завалами, а также в порах и трещинах пород, откуда вода удаляется лишь через длительный промежуток времени. Кроме того, обычно приходится сравнивать коэффициенты осушения, полученные для какого-либо горизонта, со средним коэффициентом заполнения по шахте. Поэтому по шахтам, частично осушенным, или по отдельным горизонтам шахт коэффициенты осушения должны отличаться от средних коэффициентов заполнения тех же шахт.
Наконец, Кч и Ki не могут быть равны уже и потому, что для подсчета Ki принималась неизменная для нижнего горизонта величина притока, тогда как в действительности приток в шахту изменяется во времени, и в процессе откачки средняя его величина (или величина притока на отдельных интервалах откачки) отличается от расчетной.
Если средний коэффициент заполнения по Донбассу (по 362 шахтам) равен 0,47, то средневзвешенная величина Ki по 307 шахтам, осушенным полностью или частично, составляет 0,42 (табл. 70).
Как видно из табл. 70, во всех районах, кроме Центрального, коэффициенты осушения меньше коэффициентов заполнения.
392
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ
ГЕОЛОГИЯ
МЕСТОРОЖДЕНИИ
Сопоставление величия коэффициентов осушении и коэффициентов заполнения по районам
Т а б л и ц а 70
Район
Средний K1
Количество шахт, приня-
тых для подсчета среднего K1
Средний K1
Количество шахт, приня-
тых для подсчета среднего K1
Красноармейский Донецко-Макеевский Центральный Кадиевско-Лутугинский Краснодонский Антрацитовый Шахтинско-Несветаевский Гуково-Богураевский
0,46
11
0,44
11
0,4
85
0,35
73
0,36
29
0,37
27
0,5
78
0,46
59
0,62
30
0,49
21
0,62
94
0,57
91
0,48
20
0,35
19
0,66
15
0,54
6
По Донбассу . . . . . . 0,47
362
0,42
307
Величины коэффициентов осушения должны зависеть от тех же факторов, что и значения коэффициентов заполнения: литологического состава и степени метаморфизации вмещающих пород, тектонических условий шахты, количества разрабатываемых пластов, объема выработанного пространства и глубины разработки.
В табл. 71—77 отражены зависимости коэффициента осушения от этих факторов. При составлении таблиц были использованы данные по осушенным полностью и частично шахтам, за исключением тех. где величины Ki были определены явно неправильно в связи с плохим учетом количества откачанной воды. Не использованы также данные по шахтам, отнесение которых к определенной категории вызывало затруднения (разрабатывающие угли разных марок, шахты, где в пределах поля сильно изменяются углы падения и др.).
' Зависимость Zf2 от содержания песчаников
Т а б л и ц а 71
Суммарный
Содержание песчаников, %
Количество шахт и их комплексов
Суммарный
объем воды,
объем осушен, откачан, из выраб., тыс. M3 статич. запасов,
к,
Т Ы С . M3
0—20
48
20—40
95
40—60
54
60—80
6
80—100
2
83 713
33 176
0,4
294 016
121 802
0,41
127 328
58 059
0,46
1504
870
0,58
1970
970
0,49
Как видно из табл. 71—77, коэффициенты осушения подчиняются в общем тем же закономерностям, что и коэффициенты заполнения, но зависимость их от различных факторов выражена не так четко. Объясняется это, по-видимому, меньшей точностью определения Ki главным образом благодаря неточным определениям общего количества откачанной воды и занижением количества воды, откачанной из статических запасов.
ЗАТОПЛЕНИЕ
И ОТКАЧКА ШАХТ
ДОНБАССА
381
Содержание глинистых сланцев, %
Т а б л и ц а 72
Зависимость Ki от содержания глинистых сланцев
Количество
Суммарный объем осушен-
Суммарный объем воды,
шахт и их комплексов
ных твыыср. албо3ток,
откачан, из статических запасов, тыс. M3
K2
0—20
39
59128
29 793
0,5
20-40
90
246 954
105 483
0,43
40—60
58
162 630
64 492
0,4
60—80
12
36 571
13 301
0,36
80—100
6
3 248
1 809
0,56
T а б л и ц а 73 Зависимость Л 2 от степени метаморфиза ции пород
Суммарный
Суммарный
объем воды,
Количество объем осушен- откачан, из
Марки угля
шахт и нх комплексов
ных выработок, статических
тыс. м?
запасов,
к,
тыс. Mg
д
11
22 568
7 909
0,35
г
31
64 448
24 397
0,38
ж
41
135 308
50 786
0,38
к
21
77 868
31 484
0,40
ОС
19
62 080
26 117
0,42
T
4
5 416
2 641
0,49
А
76
140 577
71 094
0,51
Зависимость от у глов падении юрод
T а б л и ц а 74
Суммарный
Суммарный
Количество Углы падения шахт и их
объем осушенных выработок,
объем воды, откачанной
к,
комплексов
тыс. M3
из статическ. запас., тыс. M3
0—30°
143
301 247
130 560
0,43
30—45°
39
90 178
40 279
0,45
45—90°
22
116 690
43 788
0,38
Зависимость Ki от количества разрабатываемых пластов
Т а б л и ц а 75
Количество разрабатывае-
мых пластов
Количество шахт и их комплексов
Суммарный
Суммарный
объем осушен- объем откачан-
ных выработок, ной воды из
тыс. M3
статич. запас.,
ТЫС. M3
1 2 3—5 >5
84
113 137
57 033
0,50
40
73 240
33 910
0,46
51
161 008
63 558
0,39
30
161 146
60 374
0,37
394
ГИДРОГЕОЛОГИЯ
и ИНЖЕНЕРНАЯ
ГЕОЛОГИЯ М Е С Т О Р О Ж Д Е Н И И
Зависимость Kz от объема горных выработок
Т а б л и ц а 76
Суммарный
Суммарный
м? Объем вырабо- Количество
ток, тыс.
шахт и их
комплексов
объем осушен-
M ных вырабо3ток, ТЫС.
объем воды, откачанной из
M статич. зап3ас., ТЫС.
я2
<200
5
200—500
11
500—1000
31
1000—2000
38
2000—5000
64
5000—10000
28
>10000
24
267
178
0,67
2 619
1 403
0,54
18 552
10 836
0,58
36 676
18 592
0,51
129 839
63 087
0,49
141 316
60 797
0,43
178 854
59 877
0,34
Т а б л и ц а 77 Зависимость Ki от глубины разработки
Суммарный
Суммарный
объем воды,
M Глубина шахт,
Количество шахт и их комплексов
объем осушен-
M ных выработ3ок, тыс.
откачанной из статических
M запасов,3
тыс.
Ks
<100
2
100—200
24
200—300
67
300—400
45
400—500
41
500—600
13
>600
12
947
485
0,51
23 175
13 538
0,58
90 657
44 429
0,49
89 895
40 927
0,46
148 762
59 731
0,4
73 735
30 435
0,41
81 360
25 332
0,31
Почти по всем шахтам значения Ki оказались меньше 1 и только по двум — № 2-бис треста «Коммунарскуголь» и № 17 и 17-бис треста «Краснолучуголь» Ki было больше 1, что, по-видимому, говорит о неправильно принятых для расчета объемах осушенных выработок и количествах откачанной воды.
Некоторые из угольных пластов ко времени затопления шахт были выработаны почти полностью на простирании в десятки километров. Горные выработки смежных шахт обычно разделяются барьерными целиками. Часто же между соседними шахтами имелись сбойки, через которые, как правило, осуществлялась гидравлическая связь и при затоплении происходил перелив воды из одной шахты в другую, а в процессе откачки снижение уровня в одной из сбитых шахт вызывало осушение соседней. Однако в некоторых случаях существовавшие до затопления сбойки оказались закупоренными вследствие завалов, оседания кровли, набухания глинистых пород кровли и почвы. Гидравлическая связь между такими сбитыми шахтами нарушалась, и выработки каждой из них оказывались изолированными, что обусловливало различное положение уровней воды в этих шахтах как в процессе затопления, так и в период откачки. Так, шахта №12—13 «Григорьевка» треста «Красногвардейскуголь» была сбита по пласту т з со старыми работами шахты «Ольгерд» на отметке — 25 м. К 1/1 1947 г. шахта № 12—13 была осушена ниже сбойки, а уровень в шахте «Ольгерд» оставался на отметке + 1 8 3 м, и задавленная сбойка выдерживала давление столба воды в 208 м. Шахты № 19 и 29 треста «Рутченковуголь» были сбиты
ЗАТОПЛЕНИЕ И ОТКАЧКА ШАХТ ДОНБАССА
395
штреком на отметке —160 м. Сбойка оказалась нарушенной, и в процессе откачки (на 1 /IV 1944 г.) уровень в шахте № 19 был на 198 м выше, чем в шахте № 29. Горные работы шахт № 4—4-бис. им. Калинина и «Центрально-Заводская» треста «Куйбышевуголь» по 'пласту hr были сбиты на отметке —106 м. При откачке установлено, что через сбойку воды не проходит. После полного осушения шахты «ЦентральноЗаводская» уровень в шахте № 4—4-бис, не подлежавшей восстановлению, был примерно на 200 м выше сбойки, которая испытывала давление около 20 ат. Иногда между сбитыми шахтами наблюдалась затрудненная гидравлическая связь, и при откачке одной из них уровень во второй снижался с большим отставанием. Например, при откачке из шахты № 8—9 треста «Красногвардейскуголь» уровень в шахте «НовоБутовка», сбитой с первой сплошной сбойкой по пласту ri\, в интервале огметок от + 1 4 5 до + 6 6 м отставал на 10—20 м. При откачке сбитых шахт № 9 «Капитальная» и № 6 «Красная Звезда» треста «Пролетарскуголь» разница в уровнях достигала 50 м.
Целики между шахтами были различного характера: имелись целики между смежными шахтами по углю как по простиранию, так и по падению пласта, иногда целиками служили зоны тектонических нарушений, а также породы, разделяющие соседние разрабатываемые пласты. Однако в большинстве случаев они являлись непроницаемыми барьерами между смежными шахтами и выдерживали значительные давления, создававшиеся в результате различного положения уровней в разделяемых ими выработках.
Например, целик по простиранию пласта U между шахтами № 1 — 1-бис «Щегловка» и № 2 им. Ф. Кона размером 40 м испытывал давление около 13 ат, давление 15,2 ат выдерживал целик шириной 16 м по пласту k& между шахтами «Октябрьская» и Грузокая Вертикальная». Между шахтами № 1—1-бис «Щегловка» и № 6—12 им. Ф. Кона целик по пласту 1\ шириной 30 м выдерживал давление около 10 ат, целик между шахтами № 10-бис и старыми работами шахты № 2 «Абрамовка» испытывал давление около 20 ат.
В большинстве случаев прорывов целиков или фильтрации через них не наблюдалось. Целики по нарушенной зоне с амплитудой смещения до 5 м, как правило, не выдерживали больших давлений, и по трещиноватой зоне происходила фильтрация (целики между очистными работами шахт «Грузская Наклонная» и «Октябрьская», № 8 «Ветка» и № 2 им Ф. Кона).
Через целики между пластами обычно наблюдалась фильтрация воды (через целик мощностью около 19 м между выработками по пластам k& и t\ шахты № 6-12 им. Ф. Кона). При откачке из этой шахты был отмечен повышенный приток в выработки по пласту k& за счет поступления воды из горных работ по пласту Ц, осушения которых не производилось. При восстановлении выработок по пласту 1\ установлено, что они были дренированы до горизонта работ по пласту k8. В период затопления и осушения шахт наблюдались случаи, когда целики не выдерживали давления, создававшегося в результате разности уровней в соседних шахтах,- В таких случаях происходили прорывы целиков и устанавливалась прямая связь между шахтами. Прорыв целика бьп отмечен между шахтами № 4 им. Володарского и № 1—5 им. Центросоюза по пласту A8. Ширина целика по простиранию пласта составляла 100 м, по падению — 50 м, причем целик располагался в зоне опасного ведения работ под балкой Должик. В шахте № 1—5 приток поддерживался на отметке +124, шахта № 4 уже эксплуатировалась. При подходе к технической границе между шахтами наблюдалось значительное увеличение притока как в лаве № 6, так и в забое
396
ГИДРОГЕОЛОГИЯ
и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ М Е С Т О Р О Ж Д Е Н И И
штрека. 23/V 1945 г. одновременно с посадкой лавы № 7 произошел прорыв воды в 7-й откаточный штрек шахты № 4 с притоком 180 M3/час.
Иногда влияние снижения уровней в одной из шахт сказывалось на соседних шахтах, несмотря на большую ширину разделяющих их целиков. Так, несмотря на наличие между шахтами им. Красина и № 38 целика по углю размером 160 м, между ними существовала гидравлическая связь, проявлявшаяся даже при небольшой разнице в уровнях. По мере осушения шахты им. Красина снижались и уровни в шахте № 38, и она была полностью осушена. Откачка той же шахты им. Красина вызвала осушение 6 колодцев, расположенных на расстоянии до 1,5 км от шахты.
В условиях длительного затопления горных выработок породы насыщались водой, что приводило к их набуханию, уменьшению прочности и увеличению горного давления. Все эти явления в затопленных шахтах происходили весьма активно, вызывая поддувание почвы и завалы выработок. Во время откачки шахт, а также в период восстановления осушенных выработок специальных наблюдений за их состоянием не велось. Гидрогеологической службой учитывались лишь те случаи, когда наличие завалов сказывалось на работах по откачке или восстановлению. Поэтому собрано небольшое количество сведений об инженерногеологических явлениях, наблюдавшихся в период затопления, откачки и восстановления шахт. Не все шахты в одинаковой степени 'подверглись разрушительному воздействию воды. На некоторых шахтах вода заметного действия на породы кровли и почвы почти не оказывала, но на многих были крупные завалы кровли, происходило сильное поддувание почвы.
Состояние горных выработок после длительного пребывания их в состоянии затопления зависит от ряда геологических и горнотехнических факторов. К числу основных относится степень метаморфизации пород, вмещающих уголь. Выяснилось, что на площади распространения антрацитов завалы в горных выработках наблюдались гораздо реже и имели меньшие размеры. На площади распространения пород меньшей метаморфизации, соответствующей углям марок от Д до Т, количество шахт, в которых проявлялись завалы, а также протяженность этих завалов и высота обрушения были большими.
Не менее важным фактором является литологический состав вмещающих пород. В выработках, где в кровле и почве залегают более прочные породы (песчаники, известняки или крепкие песчано-глинистые сланцы), завалов наблюдалось значительно меньше, чем в тех горных выработках, где почвой и кровлей пласта служат сланцы глинистые. Согласно материалам М а к Н И И из 100 обследованных выработок, в которых отмечались завалы, 91 была пройдена в слабых неустойчивых породах (сланцы), а 9 — в крепких породах (песчаниках и известняках).
Тектонические условия участков шахт имеют также важное значение при определении причин, способствующих возникновению завалов. Так, в условиях одинаковой метаморфизации пород в Чистяковской мульде наибольшее число завалов было отмечено на 8 шахтах треста «Снежнянантрацит», в то время как по трестам «Чистяковантрацит» и «Зуевантрацит» завалы зарегистрированы на 6 шахтах. Как известно, территория треста «Снежнянантрацит» располагается в замковой части мульды, где выполаживаются углы падения пород и сгущается сеть тектонических нарушений. К тому же шахты, расположенные на территории треста «Снежнянантрацит», в основном неглубокие, угольные пласты разрабатывались на верхних горизонтах, вблизи зоны повышенной трещиноватости. Совокупность всех перечисленных факторов в шахтах треста «Снежнянантрацит» способствовала нарушению стойкости
ЗАТОПЛЕНИЕ И ОТКАЧКА ШАХТ ДОНБАССА
397
и крепости пород и здесь создавались более благоприятные условия для образования завалов. Интересно, что из 100 обследованных выработок, в которых произошли завалы, 80 были пройдены на пологом падении и 20 — на крутом (Борисов и Россочинский, 1945).
Степень деформации, кроме того, определяется материалом и конструкцией крепи, а также формой и размерами каждой выработки.
По характеру и степени нарушений деформации были следующими: 1. Деформация элементов крепи, не сопровождающаяся обрушением боковых пород. Такие нарушения обычно наблюдались при крепких породах в кровле и вспучивающейся почве. 2. Частичные завалы, характеризующиеся небольшой протяженностью и частичным (до 75%) заполнением сечения выработки в свету обрушившейся породой. 3. Сплошные завалы — полное заполнение части выработок в свету обрушившейся породой. Такие завалы в большинстве случаев имели значительную протяженность и большую высоту свода обрушения. 4. Вспучивание почвы выработок. Из 96 обследованных работниками МакНИИ выработок вспучивание почвы отмечалось в 37.
Иногда наблюдались оплошные («глухие») завалы с полным заполнением обрушенного пространства. Образование таких завалов характерно для глинистых сланцев большой мощности, способных к набуханию. Обследованные МакНИИ завалы имели в большинстве случаев высоту от 1 до 5 ж выше верхняков. Максимальная наблюдавшаяся высота обрушения (17 м) была отмечена на шахте «Красная Звезда» треста «Пролетарскуголь».
После осушения шахт сплошные завалы чаще отмечались в выработках, пройденных в слабых, малоустойчивых породах, закрепленных деревянной крепью, особенно неполным дверным окладом. Сплошные завалы наблюдались преимущественно в штреках.
Частичные завалы происходили в основном в выработках с более крепкими, устойчивыми породами типа песчанистых сланцев, некоторых песчаников, закрепленных до консервации деревянной крепью в виде неполных дверных окладов. В тех выработках, где была дующая почва, после осушения наблюдалось ее поддутие на большую высоту.
В процессе затопления и откачки шахт химический состав шахтных вод претерпевал значительные изменения. После прекращения водоотлива шахты превращались в более или менее застойные бассейны. Естественно, что с течением времени состав поступившей в шахту воды изменялся. Воды из затопленных шахт имели, как правило, более высокую минерализацию, чем воды, отбиравшиеся из водосборников тех же шахт как до затопления, так и после их осушения (иногда в 4—5 раз и более). Увеличение их минерализации происходило в основном за счет повышения содержания сульфатов, магния и кальция. Одновременно происходило уменьшение щелочности вод, а в ряде случаев они приобретали кислую реакцию, хотя до затопления общешахтные воды не имели кислотных свойств. В процессе откачки, по мере снижения уровня воды, минерализация шахтных вод закономерно уменьшалась, и после полного осушения шахт вода приобретала примерно такой же состав, какой был до затопления (рис. 114).
В некоторых случаях в процессе откачки наблюдались резкие изменения в химическом составе откачиваемой воды, обусловленные климатическими факторами, например повышенными притоками воды на верхних горизонтах после снеготаяния.
В процессе обслуживания откачки шахт и обработки материалов возникали и решались почти исключительно практические вопросы, но на основании собранных фактов тогда же и особенно в последующие
398
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
МЕСТОРОЖДЕНИИ
годы были сделаны многие теоретические выводы, касающиеся не только шахтной, но и общей гидрогеологии бассейна. Именно в этот период сформировались почти все основные представления в области инженерной геологии, региональной гидрогеологии бассейна и шахтной гидро-
мг/л
H м
геологии, являющейся теоретической базой современной школы донецких гидрогеологов.
Сделанные на основании наблюдений при откачке шахт выводы и построения перечислить трудно. Естественно, что многие из них были сделаны лишь в самых общих чертах и в последующие годы получили дальнейшее развитие (были дополнены, уточнены, расширены). Все они в той или иной степени нашли свое отражение в каждой из глав VI тома.
ГИДРОГЕОЛ И ИНЖ--ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЙ, РАЗРАБ. пол. иск.
399
Глава XVII
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ
И РАЗРАБОТКИ ПРОЧИХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
В недрах Донецкого бассейна имеются многочисленные полезные ископаемые, обеспечивающие развитие металлургической (флюсовые известняки и доломиты, кварциты) и химической (каменная соль, уголь, мел для содового производства) промышленности, а также промышленности строительных материалов (известняки, песчаники, изверженные породы, бетонные и стекольные пески, гипс, кирпично-черепичное и цементное сырье и др.). Весьма значительны запасы огнеупорных глин и каолинов. В северо-западной части бассейна открыты газовые месторождения и обнаружены перспективные нефтегазоносные структуры.
В настоящее время в Донецком бассейне карьерами и шахтами разрабатываются сотни месторождений нерудных полезных ископаемых. Гидрогеологические условия разработки весьма благоприятны, так как большинство месторождений разрабатывается выше уровня подземных вод.
КАМЕННАЯ СОЛЬ
В Донецком бассейне каменная соль разрабатывается на двух месторождениях: Артемовском и Славянском.
Славянская (артемовская) свита, содержащая основные пласты соли, представлена в верхней части гипсовой толщей (пласты гипса, чередующиеся с аргиллитами) и собственно соленосной толщей, сложенной пластами каменной соли и ангидрита. Мощность отдельных пластов соли достигает 50 м. В пределах месторождений славянская свита перекрывается песчано-глинистыми отложениями дроновской свиты (P2dr), мощность которой колеблется от 5 до 230 м.
Артемовское месторождение разрабатывается шахтным способом, а также посредством выщелачивания соли через буровые скважины. Подземным способом отрабатываются три наиболее мощных пласта: Надбрянцевский (шахты им. Свердлова и им. Володарского), Брянцевский (шахты № 1 и 2 им. К. Либкнехта) и Подбрянцевский (шахта № 3 им. К. Либкнехта). Затоплены и заброшены по разным причинам пять шахт. Глубины шахт изменяются от 151 до 280 м.
Необходимым условием безопасности солерудника при существующей системе разработки является полное отсутствие притоков воды в стволы, подготовительные и очистные выработки. Наличие легкорастворимых и карстующихся пород даже при незначительных притоках может привести к гибели шахты. Наибольшую опасность для солерудника представляет вскрытие подготовительными или очистными работами зоны выщелачивания разрабатываемого пласта. Притоки в стволы устраняются сравнительно легко путем применения гидроизоляции.
Отложения дроновской свиты не содержат значительных водоносных горизонтов. Притоки воды в стволы действующих шахт из песков и песчаников этой свиты обычно не превышают 5 м3/час и лишь в отдельных случаях достигают 13 м3/час (главный ствол шахты № 2 им. К. Либкнехта).
Гидрогеологические условия проходки стволов по породам славянской свиты определяются в основном их глубиной от дневной поверхности. В зоне интенсивного водообмена (в среднем до глубины 110— 115 ж) в славянской свите происходит выщелачивание пластов каменной
400
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ М Е С Т О Р О Ж Д Е Н И И
соли, а ангидрит благодаря гидратации переходит в гипс. В этой зоне гипсовая толща и карбонатные породы свиты содержат трещинно-карстовые воды. Наиболее обводнены участки, приуроченные к гидрографической сети и зонам современного выщелачивания пластов каменной соли. Притоки воды в стволы шахт из гипсов колеблются от незначительных до 25 м3/час. В вентиляционный ствол шахты им. К. Либкнехта в первые годы эксплуатации наблюдался приток 0,02—0,05 м3/час (1881—1885 гг.); к 1915—1918 гг. он составил 1,3 м3/час, в 1955— 16,2 м31час, а к 1962 г. оц возрос до 25 м3/час. Постоянное увеличение притока объясняется выщелачиванием гипсов при непрерывной откачке. Вследствие этого на прилегающих к стволу участках наблюдаются случаи деформации поверхности и образование провальных воронок. После длительного ливня в августе 1955 г. приток воды увеличился с 14,6 до 23 м3/час.
В стволы, заложенные в зоне выщелачивания пластов соли, наблюдались притоки рассолов. Так, на глубине 110—119,1 м из Надбрянцевского пласта, находящегося в зоне выщелачивания, первоначальный приток в ствол шахты им. К. Либкнехта составлял 30 м3/час. При откачке величина его увеличилась до 50 м3!час, а затем до 250 м3/час. В Надбрянцевском пласте после откачки была обнаружена пещера шириной 16,8 м и протяженностью более 85 м. Зоны выщелачивания пластов соли вскрывались стволами старых шахт.
Ниже зоны выщелачивания соленосная толща славянской свиты является практически безводной. Притоки вод в этой зоне могут быть связаны либо с наличием в соли полостей с маточными рассолами, либо с мощными и выдержанными по площади известняками S2 и S3, которые залегают в почве Подбрянцевского и Брянцевского пластов. Притоки маточных рассолов серьезной опасности не представляют, так как концентрация их близка к предельной, и они не вызывают выщелачивания вскрытых выработками пластов. Обычно в горные выработки соляных шахт после перекрытия в стволе лежащих выше соли водоносных пород притоков не наблюдается. Исключение составляет галерея № 38 шахты № 1 им. К. Либкнехта, которая находится вблизи зоны выщелачивания. Здесь в течение 30 лет из известняка S3 поступает рассол с расходом 0,21 м3/час.
Имеющиеся данные (табл. 78) свидетельствуют о том, что до глубины около 50 м ниже подошвы первого от поверхности пласта соли известняки водоносны; ниже известняки воды не содержат, так как трещины в них «залечены» каменной солью.
Система разработки шахт — галерейная, с поголкоуступным очистным забоем. Сечение галерей 15X15, 17X33 и 17X25 м. Управление кровлей — с оставлением межгалерейных целиков шириной 8,5; 14,5 и 17 м. Для удобства управления кровлей и частично из-за опасений поступления притоков воды в подошве и кровле галерей обычно оставляются целики мощностью до 2 м. С целью придания выработкам большей устойчивости через 100—120 м оставляются также разгрузочные целики удвоенной ширины.
Инженерно-геологические условия разработки каменной соли являются благоприятными. Основную опасность для выработок представляет вода. Горные выработки соляных шахт обычно хорошо сохраняются. В них, как правило, отслаивания соли в кровле и поддувания почвы не происходит. Только по отдельным галереям шахты № 1 им. К. Либкнехта, которые подошли на очень близкое расстояние к зоне выщелачивания разрабатываемого Брянцевского пласта, неоднократно (1954, 1959, 1960 гг.) происходило отслаивание и обрушение кровлн. Для этой части шахтного поля характерно также наличие мно-
Гидрогеологическая характеристика известняков S2 и S3,
Номера выработок и скважин
Индекс водо-
ИО' ного
горизонта
Местоположение выработок
СКВ. 1863
S2
Скв. 1402 Скв. 1693
S2 Мясокомбинат г. Артемовска . . .
S3 Правый склон р. Мокрой Плотвы за пределами горных работ шх. № 1
Скв. 1694
S3 Левый берег р. Мокрой Плотвы, пос. Б р я н ц е в к а , за к о н т у р о м гор-
ных работ шахт
Галерея № 38 S3 Горные работы шх. № 1 им. К. Либк-
нехта
Скв. 1685
S3 Правый берег р. Мокрой Плотвы, в 375 м к ЮЮЗ от вентил. ство-
ла шх. № 2 им. К. Либкнехта . .
Скв. 1683
S3 Пойма р. Мокрой Плотвы, в 300 м к ЮЮЗ от гл. ствола шх. № 1,
в целике под рекой
Ствол шх. № 3 S3 Главный ствол шх. № 3 и м . К. Либк-
нехта
Ствол шх. № 1 S3 Гл. ствол шх. M 1 им. К. Либкнехта
Вентил. ствол
S3 Вентиляционный ствол шх. № 3
шх. № 3
им. К. Либкнехта
Скв. 1403
S2 Артемовское месторождение соли .
* В ч и с л и т е л е — д е б и т , л/сек, в з н а м е н а т е л е — п о н и ж е н и е , м
Т а б л и ц а 78 вскрытых выработками ниже зоны выщелачивания пластов каменной соли
Глубина залегания извест-
няка, M
Мощность известняка,
M
Данные о водообнльностн, Q 1 Ajcex S, M
толща, затронутая выщелачиванием (гипсы н карбонатные породы)
известняк ниже зоны выщелачи-
вания
Глубина вскрытия первого от поверхности пласта соли
Глубина залегания известняка ниже первого от поверхности пласта соли
190—195,8 5,8
18
Безводный
122,6
67
2,7
201,2-217,4 12,1
0,1
8,6
128
73
126,5—142,4 10,0
0,06
0,01
90,2
36
43,8
69,1
111,7—132,5 12,2
0,25
29,4
0,03
76
36
116,8
—
—
0,06
75
42
137,4—151 13,6
Безводная
Безводный
84,5
53
125,7—140,3 12,2
.
п
61,5
64
155,5—166,6 11.05 156,5-166,5 10.06
Сухой
90,5
65
97,5
59
2,8
144,4
—
»
83,9
60
1,2
235,2—241,2 6 15,3
•
148,3
87
402
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ
ГЕОЛОГИЯ
МЕСТОРОЖДЕНИИ
гочисленных трещин в подошве галерей и поддувание почвы. Подработка соляными шахтами долин рек и поверхностных водоемов на обводнение горных выработок влияния не оказывает. Однако при отработке Брянцевского пласта шахтами № 21 и 2 им. К. Либкнехта под р. Мокрой Плотвой оставляется целик шириной от 60 до 150 м.
К востоку от солерудника им. К. Либкнехта, в пределах Артемовского месторождения каменной соли, работает рассолопромысел Новый Карфаген, где добыча соли производится путем выщелачивания шести Карфагенских пластов соли. В расположенные по восстанию скважины нагнетается пресная вода, которая, растворяя соль, стекает по падению
+ 120 шахта №3 км к Либкнехта
80 P2Ch 40 ±0 40 80
120
160
-Ж
Зона прогибания пород над выщелачиваемым пластом соли
шахта бывшар
Сытенко
Рис 115 Геологический разрез по линии шахты № 3 им К Либкнехта — шахта б Сытенко (по Jl H Нестеренко)
J — песчано-глинистые отложения дроновской свиты, 2 —гипсы закарстованные, тре щнноватые, 3 — соль каменная; 4 — зона выщелачивания Брянцевского пласта соли.
5 — известняки, ¢ - а р г и л л и т ы
пластов под долину Мокрой Плотвы, где откачивается из ряда рассолозаборных скважин. Расстояние между скважинами, в которые в настоящее время подается вода достигает 1200 м. Д л я выщелачивания пластов соли используются подземные воды гипсовой толщи славянской свиты, вскрытые в долине Мокрой Плотвы. Суммарная производительность скважин 500 м3/час. Рассол содержит 310—312 г/л NaCl.
Выщелачивание серии пологопадающих пластов вызывает сдвижение надсолевой толщи и деформацию поверхности (рис. 115), которые протекают в основном спокойно; лишь иногда имеет место неравномерное оседание, осложняемое в отдельных местах внезапными обрушениями и провалами. Управление отработкой запасов осуществляется при помощи правильного площадного размещения скважин, принимающих воду и извлекающих рассол, а также регулирования режима подачи воды и забора рассолов.
Славянское месторождение каменной соли в настоящее время эксплуатируется двумя солепромыслами — Славянским и Райгородским. Славянский солепромысел длительное время эксплуатировал естественные рассолы, которые формируются при выщелачивании галогенных осадков в периклинальной и сводовой частях Христищенской брахиантиклинали. Максимальная глубина выщелачивания и закарстованности соленосных пород славянской свиты достигает 190—210 м.
ГИДРОГЕОЛ
И ИНЖ-ГЕОЛ
УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ ПОЛ ИСК
40»
Наиболее крепкие рассолы находятся на контакте с выщелачиваемыми пластами каменной соли. Мощность этой зоны непостоянна. С увеличением рассолозабора мощность ее уменьшается и наоборот. При эксплуатации природных рассолов (1957—1958 гг.) мощность этой зоны, считая от изохлоры 100 г/л, составляла 5—20 м.
Концентрация солей в природных рассолах изменяется в значительных пределах; максимальное содержание NaCl равно 313,8 г/л. В добываемых природных рассолах содержание NaCl изменяется от 278 до311 г/л. Естественные рассолы Славянского месторождения разгружаются в северо-западной части города через песчано-глинистые отложения дроновской свиты и аллювий рек Казенного Торща, Калантаевки и др. В пределах рассолопромысла естественным выщелачиванием затронуты все соляные пласты свиты, включая и ее нижнюю часть — карфагенские пласты. Непрерывное увеличение добычи естественных рассолов привело к ускорению движения подземных вод и к интенсивному подземному выщелачиванию пластов каменной соли. Это в свою очередь резко усилило деформации надсолевых пород и проседание дневной поверхности. Так, при рассолозаборе до 1,2 млн. м3 в год среднее оседание отдельных участков поверхности составляло 385 мм в год, а при добыче рассола порядка 0,275 млн. M3—-только 102 мм. Деформация поверхности вдоль зоны выщелачивания пластов соли проявлялась в виде трещин оседания и отрыва, а также карстовых воронок. В некоторых случаях ширина трещин достигала 0,8 м, а диаметр воронок— 45 м и глубина — 8 м. В результате деформации поверхности к 1959 г. в г. Славянске было разрушено и сильно повреждено много домов. С 1961 г. добыча естественных рассолов была прекращена и начата разработка соли по методу гидровруба вне опасной для города зоне. Сейчас в районе г. Славянска за пределами карстующегося массива работают три скважины гидровруба, средняя глубина которых составляет около 250 м.
Методом гидровруба начата также разработка Райгородского участка. Здесь в эксплуатации находятся три скважины, а три другие готовятся к размыву. Глубина скважин 350—450 м. Годовая производительность одной скважины гидровруба составляет 500—600 тыс. м3 рассола. Диаметр камер гидровруба достигает 100 м и более.
ГИПСЫ И ДОЛОМИТЫ ПЕРМСКОГО ВОЗРАСТА
В Бахмутской котловине к отложениям нижней перми (в основном к славянской свите) приурочены месторождения гипсов и доломитов. Разработка гипсов в настоящее время ведется на Нырковском, Деконском, Артемовском, Иванградском и Никитовском (Зайцевском) месторождениях.
Вскрытие месторождений осуществляется наклонными стволами, штольнями и карьерами. Система подземной разработки — камерностолбовая. Помимо предохранительных целиков поддержание выработок достигается оставлением в почве и кровле предохранительных слоев мощностью 1,5—2 м. Глубина разработки гипсовых месторождений обычно не превышает 70 м. Мощность разрабатываемых пластов изменяется от 3,3 до 10 м. Углы падения колеблются от 2 до 10—15°. Гипсовая толща в зоне выщелачивания содержит обильный горизонт трещинно-карстовых вод. Как правило, пласты гипса в пониженных частях рельефа обладают повышенной трещиноватостью и закарстованностью,. а следовательно, и водообильностью. После Великой Отечественной войны на Покровском месторождении гипса юго-восточным забоем штольни была вскрыта карстовая полость шириной 8 м и высотой 12 м,
404
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
МЕСТОРОЖДЕНИИ
а местами 20 м. Эта карстовая полость принимала в себя систему небольших боковых карстовых пустот, часто заполненных песчано-глинистым материалом. По дну ее наблюдался небольшой водоток, сильно увеличивавшийся в весеннее и осеннее время. Карстовый ход, вскрытый Покровским гипсовым рудником, выражен на поверхности цепью карстовых провалов и воронок.
При вскрытии месторождений притоки воды из гипсовой толщи в стволы не превышают 60 M3Inac (шахта им. Шевченко). Первоначальные величины притоков воды в очистные работы из толщи гипса достигают 110 м3/час и затем уменьшаются в 5 раз и более за счет сработки статических запасов. Так, выработками гипсовой шахты у станицы Деконской был пересечен карстовый канал, из которого наблюдался прорыв воды с расходом 108 M3/час. Через трое суток он уменьшился до 23 м3/час, и этот приток держался в течение двух лет. В действующих ныне гипсовых шахтах установившиеся притоки воды не превышают 10 м3/час. По данным гидрогеологических исследований, для отдельных участков с сильно развитой трещиноватостью и закарстованностью гипсов, имеющих коэффициент фильтрации около 5 м/сутки, расчетный приток воды в карьер диаметром 400 м при понижении уровня на 6 м может достигать 500 м3/час. Весной и осенью, а также в период длительных дождей наблюдается резкое увеличение притоков воды в горные выработки. Во избежание повышенных притоков воды поверхностные водоемы и реки при разработке гипсов обычно не подрабатываются.
Вмещающие гипс и ангидрит глинистые и карбонатные породы достаточно устойчивы и горизонтальные выработки проходятся без крепления, лишь местами интенсивная трещиноватость и карст осложняют эксплуатационные работы. Трещиноватость приводит к образованию глыбовой отдельности и обрушению кровли. С глубиной закарстованность уменьшается вплоть до полного исчезновения, а устойчивость пород заметно возрастает, поэтому инженерно-геологические условия разработки с глубиной становятся более благоприятными.
Разработка доломитов ведется на Никитовском и Ямском месторождениях. На Никитовском месторождении до 1926 г. она велась открытым способом по пластам г2 (а) и г3 (в) никитовской свиты. Некоторые пласты r2 (a), S3 (/) и s33 (m) —отрабатывались подземным способом. В настоящее время действует вертикальная шахта «Большая Гольма» по пласту г2 (а), мощность которого изменяется от 0,6 до 10,2 м. В кровле и почве пласта доломита залегают выдержанные пласты гипса мощностью 3—5 м. В наклонные шахты, пройденные по падению пластов доломитов S32 и S33 на 340 и 200 м, постоянных притоков не наблюдалось. Появление воды в них отмечалось эпизодически при снеготаянии и выпадении дождей. По пласту г2 на глубинах до 132 м величины притоков воды не превышали 50 м3/час (шахта «Большая Гольма»). Поступление воды наблюдается как из полезного ископаемого, так и из кровли и почвы (гипсы). Величина притоков воды в шахты изменяется по сезонам года.
На Ямском месторождении доломитов разрабатывается пласт Q8 (а) картамышской свиты, представленной на месторождении аргиллитами с маломощными прослоями песчаников и доломитов. Мощность пласта изменяется от 1,26 до 2,39 м. Система отработки наклонных шахт — длинными столбами по простиранию от границ шахтного поля к стволу, с полным обрушением кровли. Аргиллиты, залегающие в кровле пласта, сильно трещиноваты, легко размокают в воде и в увлажненном состоянии обладают низкой механической прочностью и устойчивостью. Вследствие этого в горных выработках шахт наблюдаются случаи вывалов пород кровли, достигающие 8 л в высоту и 40 м в дли-
Г И Д Р О Г Е О Л . И ИНЖ-ГЕОЛ.
УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, Р А З Р А Б . ПОЛ.
ИСК.
405
ну. При ведении горных работ на глубинах 70—80 м обрушение кровли на отдельных участках достигает дневной поверхности, где образуются зияющие трещины шириной 7—10 см и провальные воронки диаметром 12—15 м и глубиной до 10 м. При этом создаются условия для непосредственного проникновения в горные выработки атмосферных и аллювиальных вод. Из кровли горных выработок, проходящих под аллювием Бахмутки и Сев. Донца, наблюдаются притоки воды до 5 м3\час (шахта № 2). В других шахтах величина притока обычно не превышает 14 м3/час, причем вода поступает из полезного ископаемого и почвы. Большие трудности разработки доломитов возникают в связи с пучением аргиллитов.
При заложении на месторождениях доломитов новых вертикальных стволов значительные притоки (порядка 250—300 м3/час) могут поступать из известняков S2 и S3 славянской свиты. Водоносные горизонты никитовской и картамышской свит маловодообильны.
ИЗВЕСТНЯКИ И ДОЛОМИТЫ НИЖНЕГО КАРБОНА
Разработка известняков и доломитов для черной металлургии и промышленности огнеупоров производится в трех районах: в бассейне Сухой Волновахи (Еленовские !карьеры), в бассейне Мокрой Волновахи (Ново-Троицкие и Стыльские карьеры) и в бассейне Кальмиуса (Kapaкубские карьеры). В настоящее время ведутся подготовительные работы на участках «Пойменный» и «Балка Гадючья». Добыча ведется в карьерах, подошва которых лежит как ниже, так и выше уровня подземных вод
Геологическое строение всех разрабатываемых месторождений однотипно: под покровом рыхлых терригенных отложений кайнозоя залегает продуктивная толща нижнекаменноугольных известняков и доломитов. Залегающие ниже верхнедевонские отложения и докембрийские кристаллические породы не вскрываются. Разработка карьерами значительно упрощает организацию водоотлива при эксплуатации обводненной части известняков и доломитов. Толща покровных рыхлых отложений (суглинки, супеси, глины и пески) идет в отвалы. Мощность вскрыши на отдельных участках составляет 10—12 м. Покровные породы в основном безводны, и только в отдельных случаях горными выработками вскрываются незначительные водоносные прослои (верховодка), которые легко дренируются горными выработками. Более значительные скопления подземных вод встречаются в песчаных слоях палеогена, когда они заполняют карстовые воронки в известняках. Притоки воды в горные выработки из покровных песков палеогена, развитых вне карстовых воронок, небольшие, и вода из забоев удаляется эпизодическими откачками. Обводнение горных выработок происходит за счет подземных вод трещинно-карстового водоносного горизонта.
В районе Еленовско-Ново-Троицких карьеров уровни трещинно-карстового водоносного горизонта вскрыты горными выработками на отметках от +150 до +130 м, ниже этих отметок разработка производится с водоотливом. Группа Каракубских карьеров вскрыла подземные воды на отметках от + 6 7 до + 6 5 м. Циркуляция подземных вод по трещинам и карстовым пустотам в связи с заполненностью последних песчаноглинистым материалом происходит относительно медленно, и при горных работах поступление подземных вод в горные выработки осуществляется равномерно. Вскрываемые выработками крупные карстовые полости не вызывают резких нарастаний притоков, вызывающих затопление.
406
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ
ГЕОЛОГИЯ
МЕСТОРОЖДЕНИИ
Степень обводненности выработок определяется в основном: 1. Нарастанием притоков в связи с расширением выработок на одном и том же горизонте работ. Так, по руднику «Доломитному» на горизонте +100 м отмечена следующая закономерность в изменении притоков: при площади выработок 0,75—1 км2 притоки воды составляли 125—130 м3/час. С увеличением площади выработок до 1,45 км2 они достигли 280— 290 м3/час.
2. Нарастанием притоков при углублении горных выработок. При углублении горных выработок «Доломитного», «Центрального», и «Восточного» рудников с горизонта эксплуатации +100 м на горизонт от + 7 0 до + 8 0 м притоки увеличились с 750—800 до 1100— 1200 м3/час.
3. Резким увеличением притоков воды в весенний паводковый период. Например, по «Центральному» руднику среднемесячный приток в январе 1962 г. составлял 400 м3/час, а в марте при весеннем паводке на том же горизонте был равен 440 м\3час, по «Восточному» руднику притоки в январе составляли 375 м/3час, а в марте — 420 м3\час на одном и том же горизонте работ. При этом устанавливается следующая закономерность: чем больше объем выработок карьера, тем меньше относительное увеличение весенних притоков и, наоборот, в небольших горных выработках увеличение весенних притоков может составлять
40—50%. 4. Степенью взаимосвязи с водами рек Сухой Волновахи и Каль-
миуса. На некоторых участках, где русловые воды недостаточно изолированы слоем аллювиальных отложений, они частично поглощаются известняковой толщей.
По Кленовеко-Ново-Троицкой группе карьеров в связи с большим углублением горных выработок ниже зеркала подземных вод притоки значительно выше, чем по Каракубским карьерам (табл. 79).
Обводненность карьеров
Т а б л и ц а 79
Месторождение и рудник
Средние притоки воды, M3
Понижение уровня
карьером, м
Коэффициент водообильностн
Ново-Троицкое, „Мехруд-
ник"
300
27
1,08
Ново-Троицкое, „Доломит-
ный"
Сдренирован водо-
—
—
отливом „Мехруд-
ника"
Еленовское, „Доломитный"
330
42
0,52
Еленовское, „Восточный"
450
39
1,08
Еленовское, ,Централь-
ный"
.......
410
42
0,79
Какакубское, „Северный"
80
15
0,16
Каракубское, „Южный"
80
23
0,17
В наиболее благоприятных условиях находится рудник «Доломитный», который расположен в радиусе влияния «Мехрудника», работающего на более низкой отметке, поэтому забои рудника «Доломитного» являются сухими.
ГИДРОГЕОЛ. И ИНЖ-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ. ПОЛ. ИСК.
407
При современном уровне оснащенности техническими средствами притоки в горные выработки затруднений при эксплуатации не вызывают.
Некоторые трудности, возникающие при разработке известняков и доломитов, объясняются неустойчивостью заполняющих карстовые пустоты песчано-глинистых пород, в увлажненном состоянии превращающихся в пластическую массу, которая при вскрытии оплывает и растекается. Углы естественного откоса этой массы в увлажненном состоянии не превышают 5—10°. Борьба с оползнями такого типа сводится к отбору оплывающей массы экскаваторами и к вывозке ее в отвал.
Почти на всех карьерах, разрабатывающих известняки и доломиты карбонатной толщи, наблюдаются также оползни, связанные с наклонным в сторону забоя карьера залеганием горных пород. Оползни возникают в тех случаях, когда пласты полезного ископаемого содержат пропластки выветрелых глинистых сланцев, обладающих в увлажненном состоянии слабым сцеплением. Смещение пород происходит даже при очень пологом залегании (8—12°). Особенно крупных размеров такие оползни достигают в карьерах «Доломитном» и «Северном». •Фронт одного из оползней в «Доломитном» карьере протянулся на 300 ж, а величина вертикального смещения оползневого тела достигла 9 м.
В ряде случаев дополнительная нагрузка, создаваемая отвалами, вызывает оползание делювиальных отложений на склонах многочисленных балок и оврагов. Крутизна склонов обычно составляет 30—45°. Образование оползней начинается с возникновения трещин в породах делювия у основания склона, после чего наблюдается выдавливание пород основания склона, а затем и оползание всей массы делювия по коренному склону балки. Вслед за делювием начинают оползать, а затем и обрушаться породы отвала. Благоприятные условия для развития оползней создаются в тех случаях, когда падение коренных пород слагающих склон балки, совпадает с направлением склона. Обычно оползание склона начинается через 3—5 дней после появления трещин в основании склона, скорость перемещения оползневого тела колеблется от нескольких сантиметров до 2—3 м в сутки. Иногда наблюдается обрушение пород склона. В отдельных случаях в оползень вовлекаются и коренные породы склонов балок. Подобное явление наблюдалось в отвале № 5 карьера «Южного». Весной 1961 г. с южной стороны отвала в направлении железной дороги, проходящей на крутом склоне (45—50°) долины Кальмиуса, оползающие породы склона и отвала сорвали выступ в коренных породах склона (известняки и сланцы карбона), являвшийся естественным контрфорсом. После этого оползневое тело начало перемещаться со скоростью до 5—6 м/сутки, угрожая разрушением железнодорожному полотну. Протяженность фронта оползня достигала 150 м.
СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ОГНЕУПОРНОЕ СЫРЬЕ
В Донбассе известно свыше 50 месторождений стройматериалов и огнеупорного сырья. Гидрогеологические и инженерно-геологические условия их разработки определяются в основном характером полезного ископаемого и вмещающих его пород, наличием или отсутствием водоносных пород в разрезе вскрываемых выработками пород, глубиной разработки и положением уровня подземных вод, удаленностью от гидрографической сети, а также количеством атмосферных осадков. В общем гидрогеологические условия разработки этих полезных ископаемых весьма благоприятны, и прекращение разработок вследствие тяжелых гидрогеологических условий — явление редкое. Иногда оно бывает свя-
408
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
МЕСТОРОЖДЕНИИ
зано с искусственным подъемом уровня подземных вод при создании водохранилищ.
П е с ч а н и к и как естественный каменный строительный материал разрабатываются несколькими десятками карьеров. Все месторождения приурочены к отложениям карбона. Гидрогеологические условия разработки очень благоприятны, величины притоков не превышают 50— 70 м3/час. Значительная часть песчаников разрабатывается выше уровня подземных вод. Вмещающие породы устойчивы в откосах карьеров.
И з в е с т н я к и как стройматериал мелкими карьерами разрабатываются на территории Ростовской, Ворошиловградской и Донецкой областей. Почти во всех случаях разработка ведется выше уровня подземных вод в устойчивых породах.
В Ростовской области на месторождении Шахтинском I наклонной штольней разрабатывается известняк /C8. Приток подземных вод в водосборник штольни не превышает 10—12 м3/час. У ст. Жирново карьерами разрабатывается известняк Oi. Приток подземных вод в карьер составляет 75 м3/час. В остальных карьерах известняки разрабатываются выше уровня подземных вод.
П е с к и (строительные, бетонные, для изготовления стекла и силикатного кирпича) разрабатываются семьюдесятью карьерами. Пески приурочены в основном к отложениям неогена, палеогена, четвертичным породам и в меньшей мере к отложениям юры и триаса. Почти половина карьеров ведет отработку выше уровня подземных вод. Обычно приток воды в карьеры составляет несколько десятков м3/час, и только в отдельных случаях, когда карьеры расположены в речных долинах, притоки воды в них достигают 100 м3/час. В этом случае вода из карьера не откачивается, а используется для разработки полезного ископаемого способом гидродобычи.
К р и с т а л л и ч е с к и е п о р о д ы (граниты, сиениты, гнейсы, диабазы, а также гранитная дресва) разрабатываются в основном выше уровня подземных вод. Величина притоков воды в карьеры, разрабатывающие полезное ископаемое ниже уровня вод, не превышает 15— 20 м3!час (Каранские гранитные карьеры)
Ц е м е н т н о е с ы р ь е (верхнемеловые мергели, мел и известняки верхнего карбона) разрабатываются карьерами обычно выше уровня грунтовых вод.
Инженерно-геологические условия разработки меловых пород несколько осложнены тем, что породы вскрыши имеют мощность до 20—26 м и вскрышные работы ведутся несколькими уступами. Карьеры имеют иногда большие размеры. Углы откосов бортов карьеров составляют 65° для трещиноватых разностей и 80—85° для плотных монолитных мергелей и мела. Затруднения возникают при разработке мергеля и мела в связи с отвальным хозяйством. Оползание отвалов часто угрожает железным дорогам и другим объектам. Так, в Голосниковском карьере (вблизи г. Славянска) на склонах отвалов периодически возникают оползни. Развитие их начинается с выдавливания породами отвала делювиальных образований склона, после чего происходит оползание пород делювия и отвала. Скорость перемещения оползней до 10— 15 м/сутки, фронт отдельных оползней протягивается на 200—300 м. Горизонтальное перемещение оползающих пород достигает 100—200 м.
Г л и н ы о г н е у п о р н ы е . Основные карьеры Часовярокие и Дружковские. Глины приурочены к полтавским отложениям. Обводненность карьеров при глубине до 40 м практически ничтожна (до 2—6 м3/час — Днепровский карьер).
Основные затруднения при разработке глин связаны с оплыванием обводненных песков, приводящим к неустойчивости бортов карьеров,
ГИДРОГЕОЛ
И ИИЖ.-ГЕОЛ. УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ ПОЛ. ИСК.
409
в частности на крупнейшем Часовярском месторождении огнеупорных глин. Карьеры здесь имеют длину от нескольких десятков метров до 14 км, ширину — до 1 км, глубину—от 20 до 47 м. Характерным ,примером может служить Днепровский карьер. В его восточном борту наблюдаются оползни. Высота борта составляет примерно 28 м. Деформация борта карьера носит характер обрушения, которое произошло в результате несоответствия между показателями прочности пород и углами откоса. На участках, где покровным суглинкам был придан угол откоса 50—60°, оползневыми явлениями борт был охвачен на всю высоту. При угле откоса 36° борта карьера не деформировались, а оползанию подвергались лишь обводненные пески, имевшие угол откоса 30—32°. Угол откоса борта после оползания на всех профилях равен 22—23°.
Г л и н ы т у г о п л а в к и е . Разрабатываемые месторождения юрских и неогеновых глин находятся в весьма благоприятных условиях, приток воды в карьеры не превышает нескольких м3/час.
П е с к и ф о р м о в о ч н ы е приурочены к отложениям палеогена. Наиболее крупные месторождения — Часовярское и Бантышевокое. Карьер Бантышевского месторождения практически сухой, а в карьеры Часовярского месторождения притоки от 3 м3!час (Октябрьский карьер) до 12 м3/час (Днепровский карьер) поступают в основном из меловых отложений.
К ' и р п и ч н о - ч е р е п и ч н о е с ы р ь е — четвертичные и неогеновые глины, юрские аргиллиты и каменноугольные глинистые сланцы. Основным источником обводнения карьеров при разработке четвертичных глин являются .грунтовые воды, за счет которых поступает приток до 6—8 м3/час. Величина притока в карьеры, разрабатывающие глинистые сланцы и аргиллиты, достигает 10—15 м3/час за счет верховодки, а также дренирования вмещающих полезное ископаемое пород — песчаников и песчаных сланцев.
В обводнении карьеров всех перечисленных полезных ископаемых весьма существенную роль играют атмосферные осадки. Мел, кварциты и каолины разрабатываются выше уровня подземных вод, а эпизодические притоки в карьеры связаны только с выпадением осадков на площади разработки и стоком в них дождевых и талых вод. Инженерногеологические условия разработки этих полезных ископаемых в общем благоприятны.
ГАЗОВЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ
На западной и северной окраинах Донбасса за последние годы открыт ряд газовых месторождений: Шебелинское, Спиваковское, Kpacнопоповское и Североголубовское. Наиболее крупным из них является Шебелинское месторождение газа. Основные продуктивные горизонты приурочены к отложениям песчажнкарбонатной толщи триаса, среднего ангидритового горизонта соленосной свиты нижней перми, нижнего ангидритового горизонта, свиты медистых песчаников нижней перми и араукаритовой свиты верхнего карбона. Три последних горизонта представляют единую массивную залежь с общим газо-водяным контактом на абсолютной отметке —2229 м. Свободные дебиты газа из пермских отложений достигают 6456 тыс. м3/сутки, а из карбона — 1350 тыс. м31сутки. Вместе с газом 'из ряда скважин добывается конденсат, ,содержание которого в 1 м3 газа составляет в среднем 14 см3.
Газовые залежи на Спиваковском месторождении приурочены к отложениям нижней перми. Коллекторами являются ангидриты, доломиты, известняки нижнеангидритового горизонта и известняково-доломи-
410
ГИДРОГЕОЛОГИЯ и ИНЖЕНЕРНАЯ
ГЕОЛОГИЯ
МЕСТОРОЖДЕНИИ
товой свиты, а также песчаники картамышской свиты. Скопления газа залегают на небольших глубинах в области пластовых давлений 38— 65 ат. Свободные дебиты газа составляют 100 тыс. м3/сутки.
На Краснопоповском месторождении промышленные залежи установлены в отложениях триаса и среднего карбона. Абсолютно свободные дебиты газа из триаса составляют 710 тыс. м3/сутки. Скважиной 1 при опробовании интервала 1132—1142 м из отложений среднего карбона получен фонтан газа со свободным дебитом 1116 тыс. м3\сутки при пластовом давлении 120 ат.
Рис 116 Схема расположения месторождении 1аза северо западной част» Донбасса
/ — месторождения газа, 2 — глубокие скважины, 3 — опорные скважины
Структуры а — Рябухинская, б — Старопокровская, в — Шебелинская г — Алек
сеевская
д — Волвенковская
е — Балаклеевская, ж — Брнгадировскнй шток
з — Шевченковская и — Североголубовская к — Червонодонецкая, т — Спиваковская
м — Краснопоповская, н — Боровская, о — Гречншкинская п — Славяиосербская
р — Гороиищеиская, с — Кружиловская I Ia—склоны Украинского н Воронежского кристаллических массивов, I I I I a - з о н ы
ступенчатых сбросов Днепровско Донецкой впаднны, I I I — Центральный грабен
Днепровско Донецкой впадины
На Североголубовской площади при опробовании скв. 2 в интервале 1781—1793 м из отложений среднего карбона был получен фонтан газа с нефтью дебитом несколько сот тысяч кубометров в суши. Приток газа, содержащего незначительное количество конденсата, с дебитом 706 тыс. м31сутки получен в скв. 5 из тех же отложений.
Многочисленные нефтегазопроявления имеются на Городищенской, Шевченковской, Гречишкинокой, Славяносербской, Старобельской, Большечерниговской, Кружиловской, Боровской и других площадях (рис 116).
Все известные газовые месторождения на северо-западной и северной окраинах бассейна приурочены к отложениям 'карбона и нижней перми. Они залегают в зоне весьма затрудненного водообмена, гидрогеологически изолированной от дневной поверхности мощным региональным водоупором (хемогенная толща нижней перми). Вследствие этого в этой зоне не наблюдается химического и биохимического разрушения углеводородных залежей, что подтверждается коэффициентом окисления углеводородов, который во всех случаях ниже 0,01. В этой
ГИДРОГЕОЛ
И И И Ж . - Г Е О Л . УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ ПОЛ. ИСК.
411
зоне не происходит и механического разрушения, так как скорости движения вод незначительные (меньше 1 м/год).
Залежи газа, приуроченные к отложениям триаса, залегающим в зоне затрудненного водообмена, встречены только на Шебелинской площади. Однако их запасы намного меньше, чем в залежах, приуроченных к отложениям палеозоя. Объясняется это, по-видимому, их химическим, биохимическим и механическим разрушением.
В зоне интенсивного водообмена вследствие большой скорости движения вод, а также свободного проникновения атмосферного кислорода условия для сохранения углеводородных залежей отсутствуют, несмотря на благоприятную геологическую обстановку.
Воды нижнекаменноугольных отложений опробованы в небольшом числе скважин главным образом в северной зоне ступенчатых сбросов Днепровско-Донецкой впадины и на южном склоне Воронежского кристаллического массива. Приурочены они преимущественно к мелкозернистым рыхлым и трещиноватым песчаникам мощностью от 1 до 20 м, коллекторские свойства которых сильно изменяются даже в пределах одного месторождения. Пьезометрические уровни в опробованных скважинах достигали отметки + 7 8 ж при удельном весе воды 1,02. Дебиты скважин в основном незначительны, в редких случаях они достигают 85 мъ1сутки. По химическому составу воды нижнего карбона относятся к хлоридно-натриевым. Минерализация их обычно превышает 100 г/л, достигая иногда 203 г/л. Исключением являются воды Городищенской площади, минерализация которых ниже 100 г/л. Объясняется это тем, что данная площадь находится на южном склоне Воронежского кристаллического массива, вблизи области питания. В водах содержится много кальция (до 38%-экв) и незначительное количество сульфатов (табл. 30). Из микрокомпонентов в водах нижнего карбона присутствуют бром и йод.
Воды отложений среднего и верхнего карбона изучены в значительном количестве скважин на разведочных и эксплуатационных площадях в северной зоне ступенчатых сбросов и в Центральном грабене. Высоконапорные водоносные горизонты приурочены как к терригенным (в основном мелко- и среднезернистым песчаникам), так и к карбонатным породам (известняки башкирского яруса). Прослои песчаников, достигающие иногда мощности 10 м, чаще всего взаимосвязаны. Однако местами они изолированы друг от друга непроницаемыми аргиллитами. В карбонатных породах водоносные горизонты имеют трещинно-пластовый характер. Приурочены они к пористым или трещиноватым известнякам. Дебиты скважин достигают 84 м3/сутки (Балаклеевская площадь, скв. 3). Пластовые воды среднего и верхнего карбона имеют хлоридно-натриевый состав. Минерализация их зависит от глубины залегания водоносных горизонтов. В большей части это рассолы с минерализацией более 100 г/л, иногда до 284 г/л (Волвенково, скв. 1). Исключение составляют Городищенская и Червонодонецкая площади, где минерализация их сравнительно небольшая (14—72 г/л). Менее минерализованные воды характеризуются небольшим количеством микракомпонентов и высоким содержанием сульфатов.
Водоносными в пермских отложениях являются главным образом разнозернистые песчаники нижней перми. Верхняя пермь, состоящая в основном из глинистых пород, не водоносна и служит региональным водоупором, как и соленосная свита нижней перми. Местными водоупорами служат небольшой мощности (1—5 м) глинистые прослои, которые разделяют отдельные водоносные горизонты. Воды нижнепермских отложений характеризуются высокими уровнями, иногда достигающими дневной поверхности. Притоки воды в скважины из нижнепермских
ГИДРОГЕОЛ
И ИНЖ-ГЕОЛ.
УСЛОВИЯ ВСКРЫТИЯ, РАЗРАБ ПОЛ. ИСК-
413
отложений, как правило, не превышают 10 м3/сутки и только в нескольких случаях достигают 100 M3Iсутки (скв. 3 Балаклеевской площади, интервал опробования 2058—2110 м). По химическому составу пластовые воды нижнепермских отложений относятся к хлоридно-натриевым. Их минерализация всегда превышает 100 г/л, достигая зачастую 290 г/л (скв. 9, Спиваковская площадь и др.). Эти воды иногда имеют в своем составе значительное количество йода и брома. Для них характерно повышенное количество сульфатного иона, что объясняется литологическим составом водовмещающих пород (присутствие гипсов и ангидритов).
В триасовых отложениях водоносными являются главным образом разнозернистые пески и трещиноватые песчаники, которые развиты по всему разрезу, особенно в нижней и средней частях. Водоносны также базальные конгломераты. Водоносные горизонты характеризуются значительными напорами и дебитами. Так, скв. 27 Шебелинской площади фонтанировала газом и водой, дебит воды составлял около 300 м31сутки. По химическому составу воды триаса хлоридно-натриевые с минерализацией чаще всего от 50 до 80 г/л. Микрокомпоненты в них содержатся в значительно меньших количествах или вовсе отсутствуют.
Юрский водоносный комплекс имеет широкое развитие на исследуемой территории. Из него наиболее водообильными являются песчаники верхнего байоса, нижнего келловея и нижнего кимериджа. Мощность водоносных горизонтов изменяется от нескольких до 20 м. Неоднородность литологического состава песчаных горизонтов значительно сказывается на дебите окважин, иногда расположенных недалеко друг от друга. Дебиты скважин колеблются от нескольких до нескольких сотен м3/сутки. Все известные сейчас скважины вскрыли в юрской песчаной толще напорные водоносные горизонты, статические уровни которых достигают иногда дневной поверхности. Пластовые воды нижней и средней юры по химическому составу относятся к хлоридно-натриевым. Минерализация вод нижнеюрских отложений значительно меньше, чем всех нижележащих пород, и достигает всего 40 г/л. В верхнеюрских водоносных горизонтах пластовые воды относятся к разнообразным типам: от хлоридно-натриевых до хлоридно-сульфатных кальциево-натриевых. Их минерализация низкая и в редких случаях достигает 9 г/л. Характерным для этих вод является отсутствие микрокомпонентов.
Все вышележащие водоносные горизонты в меловых, палеогеновых, неогеновых и четвертичных отложениях содержат воды преимущественно низкой минерализации. Таким образом, от поверхности к глубоким горизонтам, на которых располагаются газовые залежи, прослеживается увеличение минерализации подземных вод и содержащихся в них микрокомпонентов. Повышение минерализации происходит за счет увеличения количества Cl, Na и Ca при одновременном уменьшении SO4. Минерализация вод одних и тех же отложений увеличивается от Воронежского кристаллического массива в направлении к югу и югозападу.
Газовый состав подземных вод также изменяется по мере увеличения глубин залегания водоносных горизонтов. В верхних горизонтах состав газов приближается к атмосферному. В более глубоких горизонтах появляется азот биогенного происхождения, а также и гелий. Вблизи газовых залежей присутствуют углеводороды, и их количество достигает иногда 90% и более.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Донецкий бассейн — это наиболее изученная в гидрогеологическом отношении часть Советского Союза, что объясняется большой концентрацией здесь многих отраслей промышленности, в особенности горнодобывающей. К 1965 г. на территории Большого Донбасса было пробурено свыше 20 тыс. гидрогеологических скважин, из них более 10 тыс эксплуатируются для водоснабжения.
Сравнительно невелика и крайне неравномерна инженерно-геологическая изученность Донбасса. Значительные по объему инженерногеологические исследования произведены только в районе Волго-Дона и вдоль трассы канала Сев. Донец — Донбасс. На остальной территории проводились лишь изыскания на небольших строительных объектах, участках водохранилищ, горных разработок, трассах дорог и т. д Поэтому одной из первоочередных задач является проведение кондиционных гидрогеологических и инженерно-геологических съемок и составление соответствующих карт.
Распространение и формирование подземных вод на территории Большого Донбасса обусловлено климатом, геологическим строением и процессом развития различных его частей, включая и интенсивную хозяйственную деятельность человека. Питание подземных вод здесь сезонное, преимущественно весеннее. Северо-западная часть территории относится к зоне умеренного, а юго-восточная — к зоне недостаточного увлажнения, что обусловливает здесь скудность питания подземных вод. Можно считать, что пополнение запасов подземных вод Большого Донбасса происходит в основном за счет инфильтрации, реже инфлюации снеговых, дождевых и поверхностных вод, а в меньшей мере за счет конденсации водяных паров. Наиболее интенсивное питание подземных вод за счет инфильтрации отмечается на площадях террасового и приречного видов режима в зоне умеренного увлажнения. Явления инфлюации хорошо выражены в местах выходов на дневную поверхность карбонатных пород нижнего карбона, пермских гипсов и доломитов, а также карбонатных пород верхнего мела и сильно выветрелых песчаников каменноугольного возраста. Роль конденсации в пополнении запасов подземных вод более заметна в восточных районах.
Следует приложить еще немало усилий, чтобы познать сущность процессов формирования подземных вод и в первую очередь природу и механизм их современного пополнения и расходования. Намечается ряд конкретных задач, к решению которых необходимо приступить в ближайшее время. К ним относятся выявление: 1) механизма перемещения влаги в зоне аэрации в условиях неустойчивого и недостаточного увлажнения; 2) количественной роли процессов инфильтрации, конденсации и молекулярного сбрасывания в питании подземных вод; 3) влияние минералогического и гранулометрического состава пород на эти процессы; 4) закономерностей формирования химического состава вод
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
415
первого от поверхности водоносного горизонта при условии накопления в нем вод одним из указанных путей.
Для решения поставленных задач необходима организация широких теоретических, лабораторных и полевых исследований. Используя имеющуюся техническую базу, можно организовать моделирование многих процессов, а также проведение экспериментов в естественных условиях, подобных 'балансовым исследованиям, начатым Ворошиловградской гидрогеологической станцией на Кременском участке.
Центральная часть территории Большого Донбасса (Донецкий кряж) представляет собой сильно дренированную гидрогеологическую область, а северная и юго-западная части (южные отроги Средне-Русской возвышенности и Приазовская возвышенность) относятся к дренированным областям, в то время как западная, восточная и южная части территории (Полтавская равнина, Донская и Приазовская низменности) являются слабо дренированными. Соответственно и водный сток в Донецком кряже является наибольшим (2—4 л/сек-км2), причем его подземная составляющая достигает 1,5 л/сек-км2. В слабо дренированных областях общий сток не превышает 0,5—I л/сек-км2, а подземный — 0,2—0,5 л/сек - км2. В дренированных областях общий и подземный стоки составляют соответственно 1—2,5 и 0,5—1 л/сек-км2. Исключение составляет долина Сев. Донца, где модули подземного стока достигают 5 л/сек-км2, что связано с интенсивной эксплуатацией подземных вод. В делом ino территории Большого Донбасса, занимающей площадь около 150 тыс. км2, общий сток составляет примерно 230 м3/сек, а подземный— 110 м?/сек, в том числе сток к водозаборам — 20—25 мг/сек, в /горные выработки — 15 мг/сек.
Хорошо заметна связь водного стока с климатической зональностью, наиболее отчетливо проявляющейся в степени увлажненности территории. Так, модули общего и подземного стоков уменьшаются с северо-запада на юго-восток соответственно от 2—2,5 до 0,5—1 л/сек-км2 и от 1—1,5 до 0,2—0,5 л/сек-км2.
Такая же связь с климатическими факторами и степенью расчлененности территории наблюдается и в отношении химического состава подземных вод зоны интенсивного водообмена. С северо-запада на юговосток и от сильно дренированных площадей к слабо дренированным происходит закономерная смена гидрокарбонатно-кальциевых, гидрокарбонатно-сульфатно-кальциево-натриевых вод с минерализацией до 1—3 г/л сульфатно-натриевыми, сульфатно-хлоридно-натриевыми, хлоридно-сульфатно-натриевыми и хлоридно-натриевыми с минерализацией от 3—5 до 5—10 г/л. В областях разгрузки глубинных вод и распространения соленосных отложений ,перми встречаются азональные хлориднонатриевые минерализованные воды и рассолы.
Общие области питания глубоких напорных горизонтов подземных вод располагаются на южном склоне Воронежского кристаллического массива, на северном склоне Украинского кристаллического массива и Донецком кряже. Региональными областями разгрузки являются долины рек Сев. Донца, Дона, Самары, Орели, Днепра и Азовское море.
Движущийся с севера, со стороны Воронежского кристаллического массива поток подземных вод проходит транзитом через Северный и Северо-западный районы. Далее в западной части территории Большого Донбасса он разгружается в долинах рек Самары, Орели и Днепра, а в центральной части встречает на своем пути барраж в виде Донецкого складчатого сооружения и частично разгружается по тектоническим нарушениям, а частично направляется на восток к Прикаспийской впадине.
416
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Вертикальная гидрохимическая зональность подземных вод в различных районах весьма различна. В частности, на участках, характеризующихся более благоприятными условиями циркуляции (восточная часть Чистяковекой мульды), наблюдается почти полный генетический ряд С. А. Шагоянца от гидрокарбонатно-кальциево-натриевых вод на верхних горизонтах до хлоридно-гидрокарбонатно-натриевых на нижних. По мере ухудшения условий водообмена (в Кальмиус-Торецкой !котловине, например, с востока на запад) наблюдается последовательное изменение вертикальной зональности за счет сокращения основного (гидрокарбонатного) и развития второго (сульфатно-хлоридного) ряда.
Мощность зоны пресных вод (с минерализацией до 1—3 г/л) в открытом Донбассе и на южном склоне Воронежского кристаллического массива составляет 300—800 м, на юго-востоке (Приазовье, Сальские степи) и юго-западе территории (долина Самары) —всего 50—100 м, а на остальной территории Большого Донбасса 100—300 м.
Наиболее изучена зона пресных вод. Глубокие горизонты исследованы далеко недостаточно. Имеются основания полагать, что с глубокими артезианскими горизонтами девонских, каменноугольных, пермских, триасовых и юрских отложений в периферийных частях бассейна связаны значительные запасы промышленных и минеральных вод. Для Донбасса, кроме того, знание глубинной гидрогеологии необходимо в связи с переходом в ближайшие годы к отработке углей на глубоких горизонтах. Пока еще слабо изучены условия залегания, режим, химический состав и динамика подземных вод глубоких горизонтов. Не вполне ясно изменение степени водопроницаемости пород с глубиной, что для Донбасса имеет важное практическое значение. Таким образом, изучение подземных вод глубоких горизонтов является одной из актуальнейших задач в области региональной гидрогеологии Донбасса.
Изучение режима подземных вод на территории Большого Донбасса показывает, что изменения уровней, расходов, химического состава и температуры подземных вод в зоне интенсивного водообмена обусловлена воздействием климата, геологического строения, геоморфологических условий, а также искусственных факторов (горные разработки, эксплуатация подземных вод и др.). Изменения их по площади приводят к определенным региональным закономерностям в условиях формирования и особенностях режима подземных вод. Так, наибольшие амплитуды колебания уровней подземных вод (5—10 м) характерны для приречного и склонового видов режима в сильно дренированных и дренированных областях, относящихся к зоне умеренного увлажнения, а наименьшие (до 0,2—0,4 м) — для междуречного вида режима слабо дренированных областей в зоне недостаточного увлажнения. В районах горных разработок колебания уровней подземных вод достигают иногда нескольких десятков метров. Наименьшими изменениями химического состава подземных вод характеризуются площади с террасовым видом режима. Менее четко можно проследить закономерности режима подземных вод, связанные с ритмичностью климата.
Анализ режима подземных вод на участках наиболее крупных водозаборов Донбасса показывает, что истощения запасов подземных вод в их пределах не наблюдается. Достигнутые понижения уровней, как правило, не превышают величин напора над кровлей водоносных горизонтов. Водозаборы работают в условиях практически установившегося движения. Все это позволяет считать, что на действующих водозаборах имеется резерв для дальнейшего увеличения водоотбора. На ближайшие несколько десятков лет их производительность может превысить существующую на 10—20%.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
417
На участках шахтных полей дренируются только водоносные горизонты, находящиеся в непосредственной близости к разрабатываемому пласту, в зоне, не превышающей 30—50-кратной мощности пласта. Шахтные воронки депрессии формируются непосредственно над рабочими забоями лав и перемещаются вместе с ними. По мере продвижения лав уровни воды 1B водоносных горизонтах в связи с задавливанием и кольматацией трещин в горных породах полностью или частично восстанавливаются. Следовательно, участки шахтных полей не должны рассматриваться как сдренированные и бесперспективные для организации хотя бы временного водоснабжения самих шахт.
Прогнозные эксплуатационные запасы пресных подземных вод составляют на территории Большого Донбасса более 3900 млн. м3/год. Они используются в целом по Большому Донбассу на 17,1%. Дополнительно может быть извлечено подземной воды 3252 млн. мг/год, в том числе по гидрогеологическим районам (в млн. м3/год): Северному—1415, Северо-западному — 562, Западному — 350, Бахмутско-Торецкому—179, Центральному—110, Южному—194, Восточному — 438, Юго-западному — 4.
Утвержденные запасы подземных вод на 1/1 1966 г. составили менее 18% от общей величины прогнозных эксплуатационных запасов.
Централизованное водоснабжение Донбасса, осуществляемое за счет подземных вод, может быть увеличено примерно в 5—6 раз.
В дальнейшем одна из основных задач должна состоять в строгом учете всех категорий запасов подземных вод: естественных (динамических и статических) и эксплуатационных как по отдельным участкам водозаборов с утверждением их в ГКЗ, так и по бассейну в целом. В первую очередь нужно произвести оценку запасов подземных вод на площадях, наиболее перспективных для отбора значительного количества воды и сравнительно недалеко расположенных от потребителей (мергельно-меловой водоносный горизонт на левобережье р. Сев. Донца, в пределах Амвросиевского мелового поля, в Волчанской и КонкскоЯлынской синклиналях, а также водоносные горизонты юрских и триасовых отложений на северо-западных окраинах Донбасса).
Большое значение имеет выяснение оптимальных условий эксплуатации водозаборов, а также возможностей и условий искусственного обогащения подземных вод. С этой целью необходимо детально изучить режим подземных вод зоны интенсивного водообмена, где формируется основная часть запасов пресных вод (на различных участках в естественных условиях, в условиях работы водозабора и в районах горных разработок), а также установить взаимосвязь подземного и поверхностного стоков и возможность перевода поверхностного стока в подземный (создание «фабрик подземных вод»).
Сбросу промышленных и канализационных стоков уделяется большое внимание. Различные варианты захоронения сточных вод в подземные недра (сброс в отработанные шахты, закачка в освобождаемые объемы в Шебелинском газовом месторождении и закачка в водоносные горизонты пермских отложений) нуждаются в обстоятельной проверке и оценке их последствий.
Среди промышленных стоков большая доля приходится на шахтные воды, из которых лишь немногим более 10% используется для орошения, технических и хозяйственно-питьевых нужд, остальное сбрасывается в гидрографическую сеть.
Основным фактором, определяющим условия и закономерности формирования шахтных вод, является искусственно созданная в горных выработках резкая окислительная обстановка. Минерализация шахтных вод изменяется от 0,3 до 30 г/л, превышая в несколько раз
418
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
минерализацию подземных вод на тех же глубинах, причем шахтные воды с высокой минерализацией (25—30 г/л) часто встречаются на верхних горизонтах (100—200 м). Кислые воды встречаются во многих шахтах, причем основными компонентами в кислых водах являются Fe3+, Fe2+, Al3+ и SO42+.
Мощность зоны возможного образования кислых вод составляет 150—400 м. Нижняя ее граница примерно совпадает с верхней границей метановой зоны. Почти все шахтные воды агрессивны в верхней зоне по SO4 и реже по СОг-, а на более глубоких горизонтах — по временной жесткости.
Двадцатилетний опыт орошения земель шахтными водами на подсобном хозяйстве «Сутаган» и некоторых других, где на орошаемых площадях поднялись урожаи и не произошло накопления солей или увеличения щелочности почвы, дает право говорить о возможности применения шахтных вод для орошения.
Перспективы развития орошаемого земледелия, особенно в восточных и южных районах территории, неразрывно связаны с развитием мелиоративной гидрогеологии, которая для Донбасса является одним из новых направлений.
В Донбассе недостаточно полно изучен химический состав подземных вод с точки зрения содержания в них микрокомпонентов, гидрохимических методов поисков полезных ископаемых и использования подземных вод в качестве минеральных. Гидрохимические методы могут оказаться эффективными для поисков здесь месторождений редких элементов, полиметаллов, меди.
Уже сейчас установлено, что Донбасс богат минеральными водами. Наиболее широко распространены столовые воды низкой и средней минерализации и разнообразного химического состава. На базе минеральных вод может быть открыт ряд санаториев и курортов во многих пунктах Донбасса.
Отличительной чертой Донбасса является широкое развитие на его территории горных разработок. По гидрогеологическим и инженерно-геологическим условиям проходки шахтных стволов наиболее сложная обстановка наблюдается на западных, северных и восточных периферийных участках, где на продуктивной толще развиты породы мезокайнозоя значительной мощности (порядка 200 м и более), которые содержат один или несколько водоносных горизонтов, часто напорных. Как правило, стволы шахт здесь проходят специальными способами, в большинстве случаев способом замораживания. Осложнения при проходке выражаются в прорывах напорных вод, сопровождающими большими притоками, и неустойчивости обводненных песков, оплывающих в стенках выработок. Сравнительно простые условия прохода! стволов шахт наблюдаются в открытом Донбассе, где слабо обводненные и устойчивые породы каменноугольной системы в большинстве случаев могут быть пройдены обычным способом. Некоторые затруднения при проходке вызывают большие водопритоки из тектонически нарушенных зон, а также вывалы пород в зонах тектонических нарушении и зоне выветривания ( в интервале глубин до 100 м). Эти особенности в условиях вскрытия каменноугольных месторождений нашли отражение в районировании, в результате проведения которого выделены три группы районов в зависимости от количества й характера водоносных горизонтов надугольной толщи и мощности последней: со сложными условиями (Западный и Восточный Донбасс, отдельные участки на севере и юге территории), с простыми (открытая часть Донбасса) и с относительно сложными условиями (смежные с открытым Донбассо\1 участки, окаймляющие его с запада, севера, востока и юга).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
419
Каменноугольные месторождения Донбасса разрабатываются на глубинах до 600—800 м, лишь в последние годы на отдельных шахтах разработка углей ведется на глубинах свыше 1000 м. Общая площадь горных отводов составляет примерно 6000 км2. Притоки в шахты изменяются от 1—2 до 550 мг\час. При вскрытии зон тектонических нарушений иногда имеют место крупные прорывы подземных вод с притоками до 3000 мг!час. Суммарный водоотлив из всех шахт в последние годы составляет 430—450 млн. м3/год. Наибольшая обводненность шахт наблюдается в Красноармейском, Боково-Хрустальском, Должано-Ровенецком, Селезневском и Чернухинском углепромышленных районах, где средние коэффициенты водообильности составляют более 3 при среднем по бассейну 2,6.
Обводненность горных выработок зависит от естественных факторов и горнотехнических условий разработки.
Для прогнозирования водопритоков в шахты Донбасса применяется метод аналогии, подлежащий дальнейшему усовершенствованию, особенно с целью оценки гидрогеологических условий разработки угольных пластов на глубоких горизонтах.
Для надежного прогнозирования водопритоков в горные выработки следует продолжить детальное изучение зависимости степени обводненности горных выработок от различных геологических, гидрогеологических и климатических факторов, а также горно-технических условий разработки. Использование шахтных вод в народном хозяйстве и борьба с их вредным влиянием (защита шахтного оборудования от коррозии) требуют тщательного изучения, с одной стороны, химического состава и закономерностей формирования шахтных вод, в том числе кислотных и агрессивных по различным показателям, а с другой — способов их очистки и тех воздействий, которые они могут оказать на почвы при орошении, и др.
В настоящее время довольно детально изучены химический состав и закономерности формирования шахтных вод в украинской части промышленного Донбасса (Донецкая и Ворошиловградская области) и очень слабо — в Ростовской области. В ближайшие годы потребуется изучение условий формирования подземных и шахтных вод во вновь осваиваемых районах в Западном и Северном Донбассе.
В настоящем томе впервые произведена систематизация и обобщение инженерно-геологических материалов, характеризующих природную обстановку строительства на всей территории Большого Донбасса. Удалось выявить некоторые региональные закономерности в изменении инженерно-геологических условий различных видов наземного строительства на территории. В частности, установлены особенности в изменении просадочных свойств одного из наиболее распространенных комплексов четвертичных отложений — эолово-делювиального.
Просадочные свойства лёссовых пород этого комплекса наиболее интенсивно проявляются на окраинных частях территории (особенно на юго-востоке, где эти породы просадочны под собственным весом и мощности просадочной толщи достигают 13—15 м) и в значительно меньшей мере они присущи лёссовым образованиям центральной части (открытый Донбасс). Наиболее сложная инженерно-геологическая обстановка строительства наземных сооружений наблюдается на площади открытого Донбасса. Это обусловлено влиянием подработки земной поверхности и наземных сооружений, связанной с эксплуатацией месторождений каменного угля и других полезных ископаемых, а также газоносностью каменноугольных отложений. В более благоприятных условиях развития промышленного и гражданского строительства находятся районы с пологим залеганием пластов, покрытые плащом кайно-
420
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
зойских отложений. Сдвижение поверхности здесь происходит плавно, здания и сооружения переносят подработку без существенных деформаций Сложны условия строительства в открытом Донбассе и особенно в районах с крутым залеганием пластов продуктивной толщи (Центральный район), где разработка сопровождается образованием на земной поверхности уступов и трещин, приводящих к разрушительным деформациям сооружений. Для более целесообразного размещения объектов наземного строительства на подрабатываемых территориях необходимо дальнейшее совершенствование существующих методов расчета деформаций земной поверхности с учетом влияния на процесс сдвижения геологических факторов, которые почти не учитываются в применяемых ныне методах.
Инженерно-геологические условия проведения выработок в каменноугольной толще определяются закономерным возрастанием степени метаморфизации пород карбона с запада на восток и от периферии к центральной части бассейна. По мере возрастания степени метаморфизации пород происходит увеличение прочности вмещающих пород и устойчивости стенок выработок.
Задачей дальнейших исследований должно стать изучение свойств каменноугольных пород и особенностей поведения их в выработках, проводимых на больших глубинах, с целью разработки достаточно надежных методов прогноза условий разработки на этих глубинах.
Подводя итоги анализа гидрогеологических и инженерно-геологических условий территории Большого Донбасса, можно сгруппировать дальнейшие исследования вокруг следующих основных направлений: 1) проведение кондиционных гидрогеологических и инженерно-геологических съемок и составление соответствующих карт для всей территории Большого Донбасса; 2) решение вопросов водоснабжения Донбасса за счет более полного использования подземных вод; 3) гидрогеологическое и инженерно-геологическое обслуживание горнодобывающей промышленности, в частности прогнозирование гидрогеологических и инженерно-геологических условий разработки углей на различных горизонтах, 4) создание региональной и специальной локальной наблюдательной сети и изучение режима подземных вод в естественных условиях и в условиях проявления искусственных факторов, в том числе в районах действующих водозаборов, горных разработок, на массивах орошения, в зонах подпора водохранилищ и т. д.; 5) охрана подземных вод от загрязнения промышленно-бытовыми стоками и истощения их запасов, включая вопросы искусственного обогащения подземных вод; 6) выявление закономерностей формирования подземных и шахтных вод Донбасса, 7) изучение вопросов гидрогеологии глубоких водоносных горизонтов; 8) изучение инженерно-геологических условий строительства поверхностных сооружений в районах подработки поверхности угольными шахтами и на участках развития различных геологических процессов и явлений.
Для успешного развития перечисленных направлений необходимо усилить .гидрогеологическую службу производственных организаций в Донбассе, а также расширить и углубить теоретические исследования в области гидрогеологии и инженерной геологии.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение № 1 Каталог скважин
Приложение № 2 Каталог опорных шахт
Приложение M 3 Каталог минеральных вод 1 В каталог включены скважнны, для которых имеются наиболее полные н до-
стоверные данные по гидрогеологическому опробованию того нлн иного водоносного горизонта
2 Номера скважнн в каталоге соответствуют номерам скважнн на картах 3 В графе 6 каталога приводится максимальный дебнт, полученный в данной скважине 4 Минерализация воды (сухой остаток) выражена в г/л, жесткость — в мг-экв
5 В каталоге приняты следующие сокращения, обозначения н размерности
т/з — тонкозернистый, м/з — мелкозернистый, ср/з — среднезерннстый, к/з — крупнозернистый,
р/з — разнозерннстый, незначнт — незначительный, самоизл — самонзлнв, н св — нет сведений
Ш «
Pi
il!
Ii
:
I
m
S
: i
T
FI-
t s rn^ S
ill S ;
SiJ
=ST
=Sf
s?
5¾
&S5 =Sic
S?
g§ SS 552.
га
•
=ST
э \ш
I- IjS
Si
S3
3
S3
=K
s?
Я?*
SS I S3
5¾
ш\ш
#
IPT
I
a
S
г
с=:
A
-s
M
S
S3
Ш ^5
J!
i
's.
s
G
m
Hi
CCJ C==. —:
m 'E- й
1
i
-I S
=
S
Й
•s s
SsS
s
1
Si
S-=Ii
J I'
fS
S i s I=
Is-^li
+: "
S3
Ш ЁГ S
ш
^
Ф
= - s -S
S = _
1 I
ш it ш - ж
ill ItI
& I а in
W
5Ssgs
сЗ
Ss-
¢5-
Sss
Sa^
ES
3 r -;
s-1s
S5=;
EfJsg
гз 5=:
^jHr
3f 5=:
—
SrJis
Si" [ S t
SlJgf
2 s J§§
5=3
—
' ••
Jr==;
~~ |
i
Ss J s !
_
E3 «
S35=:
=
— ss =
=S?
^ к
—J й
S
It
i I-
I
I Illl
JgZir
1 I
^
8 1 . ¾ 1 - = 5 - 1 ЩМ-
— ё S"
•"-' ;.
t^
ft
S, S
§f
S
til =-.
<4.
s SL'S -
Iti
^s'<2 i Д s S^ ^
f 51
jiIi
i 5:J-I -Jr
I-Il &,= ^
^lfll
^lli ^
jiISI
S
S
c ^ 1" 63
^s S
-S I^i Ш ^M
tilIII Ss
tsI S
III l-g=
i Шg « 3 I
t^rf ^
BS
41
^ ^s: tlS g
4 27
Номер скважины на карте (по первоисточнику)
Местонахождение скважины
Глубина скважины,
M
Литологнческий состав и п о югнчсскнй возраст пород
174
Ростовская обл, Красносу- 355,0
Прослои песчаников, ср/з и
лннский р-н, в 8 « ( западнее
м/з между известняками
I Ново-Шахтинска, правый бе-
J4 и Ki
рег р Бол Несветай
196
Ростовская обл, Николаев 342,0
Песчаник серый, ср/з и р/з,
ский р-н, в 2 км северо-вос-
трещиноватый, с включением
точнее хут Кондакова, левый берег р, Кагальника
окатанной гаIл2ь2SкнJi
182
Ворошиловградская обл ,
г. Ровеньки, б. Каменка
65,0
Глинистые сланцы, трещино-
ватые
190
Ростовская обл , Раздорскин 100,0
P н, хут Керчик Савров
Песчаник C24
Песчаник трещиноватый
128
Ростовская обл, Тацннский 575,0
Переслаивание известняков,
р-н, хут Ковылкино
песчаников и сланцев от K61 до K J
627
Ворошиловградская обл ,
41,0
Песчаник серо-зелеиый, слан-
Кременской р-н, в 4 км юж лее с Старая Краснянка, ле-
цеватый, м/з
KsSk7*
вый берег р Сев Донца
Известняк серый и темно-
серый, кристаллический, тре-
щиноватый
к,
Мощность, м 1„убши ~
до подошвы, л
Дебит, AjceK
Понижение УР°ВНЯ
Продолжение прилож 1 0fe
Химический состав води (формула Курлова),
общая жесткость, мг-эка
20,0 98,4
15,2 234,4
13,6 +5,2
M' yIn <21
1,0 Самоизл.
SO4 59 HCO3 22 Cl 19 Na 56 M g 23 Ca 21 15,0
H CB
36,9 41,4
7,6 49,0 6,5 90,0
140,0 575,0
7,8 27,8
1,0 37,0 0,4 41,0
7,5
Mn с
8,6
HCO3 86 Na 39 Ca 34 Mg 27
5,5
0,05
53,1
14,2
Cl 39 SO4 37 HCO3 24 Na 42 Ca 35 Mg 23
20,1
0,09 28,9
' 119,3
Cl 98 Na 91 33,0
7,5
2,5
''»0,2
HCO3 70 SO4 20 Cl 10 Ca 77 Mg 21
3,3
—
H св.
К, CB1
43 I
434
—
Л Ш
щ4 S
Г
Il F
I
SS
si
Ш =¾ ' Й
8¾
SJ ^s
—
Si
S?
SJi
cZS
I ^ =S
Hi? sss
Ё
ги =S
§
sr. S S SP-
-I1
3 1=
S
B
кз
1.' e
•«
I у З
s S3 i s
if'
t
iS l
l
=
Ж'S
:
P '
:
"Ш ^
Ii >g -о-
S
I
m
lis
ll" *Лн
'S
-ш щ
11д
¥
= J3 =
. :Э
'
£ к
Ш
1
.
1--S
4зе
Pi
EMS
*-S
f I
Pl 1
сз
Sl
S5 с™
M-
•Ёш =
=Sf= S
э =5
А
-==:
S
I
8
=S
Ж Iifri
— Si ss ^=? i
Il^
P £
S
SS й
3¾ 3¾ ж ?
ш
=3=
с з JS S5
S
Z S гнэ
Э ГЗ
13 Г
138
• t -4 О
г 1.5
4 44
5¾
SS
fc;
ms
S Ш. SS-
',g
S?' СЗ S
S3 сз:
=½
S f С5
4 1>
1-Я
lis 1*1
3¾: O'
Si
сз S3
—
552
O
:
:2-
EZ3 3е
S= 3 гт~:
S - 3¾-
< S2
S •Ж
СЗ
S?
ггз SSi
5¾
•Ж
S
Э
S?
s;
•r. s ? s гз
S3
ЕЗ Sg
•ж
т fee?
-—'
а?
Ш ¢2
S
5 •
сЗ" S 3 ЕЙ
=T
I S
S3-
г? S3
S-
S S =^f
m s 5
^5.
У
S
M
S
S3
Ж
55J
S
ia
К
З "
= - S
^ S-
^sJ
-s
'-M Ш
I S
£ ~
-й!
£
1S s
в S
S
M-i
—-
^Sc=
1 ^
fri]
^
f
:
4 4 1"
Номер скважины на карте (по первоисточнику)
Местонахождение скважины
Глубина
м скважины
Лимлогичеекий состав и геологический возраст пород
31
Ростовская обл , Тарасовский 130,3
р н, хут Елань, долина
р Дернула
928
Харьковская о б л , Балакле 102,0
евский р и, с Андреевна
Мергель Cr2Iii
Мел
Сг2гп
700
Харьковская обл , Чугуевский 100,0
Мел
р-н, пгт Эсхар
Cr2ni
244
Харьковская о б л , с Старый 140,0
Салтов
784
Харьковская обл , Двуречен- 80,0
ский р-н, с Таволжанка
Мел светло-серый, плотный
Cr2ITi
Мел трещиноватый
Cr2ITi
825
Харьковская обл, г Ky- 80,0
Мергель светло-серый, плот-
пянск, пойма р Оскол а
ный, глинистый, мел белый, трещиноватый
Cr2Iii
957
Харьковская обл, Балакле-
евский р-н, с Бригадировка,
левый берег р Волосской Ba-
лаклейки
65,0
Мергель мелоподобный, трещиноватый
Cr2Iii
398
Ворошиловградская обл ,
с Малиновка
60,0
Мергель светло-серый, песча-
но-глинистый Cr8Iii
Мощность, M
Глубина до подошвы, M
Д е б и т , л!сек
Понижение уровня воды,
M
Продолжение прилож. 1 &
Химический состав воды (формула Курлова),
общая жесткость, мг-вке
43,0 65,0
68,0 102,0
56,0 100,0
62,0 140,0
52,0 80,0
22,0 37,0
27,5 65,0
12,8 60,0
0,5 3,6
3,6 1,0
3,3 "0J-
1,1 16,0
2,1 6,0 1.5 4,0 10,0 0,7
1,3 н. св.
7,7 5,8
iOfi mMOJn , -
0,8 "
jМv i O.
1
„ S
~
IMnlJ -
HCO3 54 SO4 34 Cl 12 Na 50 Ca 37 Mg 13 5,2
HCO3 47 SO4 30 Cl 23 Na 44 Ca 38 Mg 19
6,9
SO4 45 HCO3 33 Cl 22 Ca 47 Mg 27 Na 26
9,5
HCO3 70 SO4 25 Ca 52 Na 35 M g 13
5,7
Cl 44 SO4 34 HCO3 23 Na 41 Ca 40 Mg 19 16,8
м0>9M „
HCO3 78 С П б Ca 60 Na 35
2,9
SO4 38 HCO3 37 Cl 25 Ca 43 Na 34 Mg 29 9,9
HCO3 79 SO412 Ca 62 M g 19 Na 19
2,8
44 5*
Номер скважины на карте (по первоисточнику)
Местонахождение скважины
Глубина скважины,
M
Литологическин состав и геологический возраст пород
1 с
Ростовская обл, Таганрог- 636,2
Мергелн, книзу известняки
ский р н, в 2,5 км к югу от
н песчаники
с Лакадемоновки, на водо-
Cr2
разделе между Миусским ли-
маном и Таганрогским зали-
вом
559
Ворошиловградская обл ,
70,0
Троицкий р-н, с Демино-Алек-
сандровка
Мергель Cr2
13
Ворошиловградская обл ,
Троицкий р-н, с Покровское
60,0
Мергель
Cr2
91
Волгоградская обл, Черны- 71,0
шевский р н, в 10 км восточ-
нее ст Чернышевской
148
Ворошиловградская обл ,
80,0
Старобельскин р-н, с Садкн
Песок м/з Cr2
Мергель Cr2
70
Ростовская обл , Каменский 73,0
р-н, хут Маслов, левый берег
р Глубокой
Мергель мелоподобный (Cr2d—PgOag
71
Ростовская обл , Каменский 40,9
Мергель плотный, мел тре-
р н, хут Красновка, левобе-
щиноватый
режная пойма р Глубокой
(Cr2d—PgOag
Мощность, M
Глубина до подошвы. M
Дебит, л/сек
Понижение уровня воды,
M
Продолжение прилож. 1
Химический состав воды (формула Курлова),
общая жесткость, мг~экв
273,6 625,6
0,4
Cl 100
37,3
46,9"
Na 79 Ca 11 M g 10
164,8
57,0 70,0
49,8 60,0
21,3 62,3
71,7 80,0
48,6 70,0
5,4 18,0 22,9 40,9
1,9 2,8
J 10,6 -
HCO3 38 SO4 32 Cl 29 Ca 63 M g 27 Na 10
8,4
2,5 5,1
jMvlOo,6
HCO3 53 SO4 28 С П 9 Ca 62 M g 27 Na 11
20,2
1,4 1,5
M" 1 0 ,^9
SO4 36 HCO3 30 Cl 31 Na 66 Ca 21 M g 13
5,6
15,0 4,6
M 1,2„ "
SO4 48 Cl 28 HCO3 28 Ca 48 Na 34 M g 18
13,3
0,7 3,7
1M" 2 , 7
Cl 66 SO4 23 HCO3 11 Na 51 Ca 30 M g 19
21,4
1,3
HCO3 55 SO4 27 Cl 18
1,0
М0,3
Ca 66 M g 31
5,0
I
Номер скважины на карте (по первоисточнику)
Местонахождение скважины
Глубина
M скважины,
Литологический состав и геологический возраст пород
9
Днепропетровская обл, Но- 67,5
вомосковский р-н, с Знаменов
ка
Песок светло-серый, т/з
Pg26
16
Днепропетровская обл, Пав- 60,3
лоградскнй р-н, в 2,5 км на
юго-восток от с Булаховки
Песок желто-серый, м/з
P g2b
1147
Днепропетровская обл , Петропавловский р-н, с Лозовое, правый склон оврага Скотовой
90,8
Песок темно-бурый до чер-
ного, т/з, глинистый
P Rsb
595-г 25 94 142
Ворошнловградская обл, Верхне-Тепловский р-н, с В Богдановка, верховье балкн Яснновый Яр
Ростовская обл, Киевский р-н, хут Киевский
Волгоградская обл, Чернышковский р-н, в U км на юговосток от станицы Чернышковской
Ростовская обл, Морозовскнй р-н, в 7 км на юго-восток от хут Чумакова
130,0
Песок желтый, м/з, кварце вый
Pgjft
101,0
Песок р/з с прослойками песчаника
Pg2^+ft
56,0
Песок м/з с прослоями пес
чаника
РК26
100,0
Песок кварцевый
P&kn+b
170
Донецкая обл, Амвросиев- 64,0
ский р-н, с Васильевка
Песок
PRjft
Мощность, M
Глубина до подошвы, M
Дебит, л/сек
Понижение уровня воды,
M
Продолжение прилож 1
Химический состав воды (формула Курлова)
общая жесткость, мг-экв
15,6 67,6
21,8 60,3
3,4 89,2
0,8 42,0
72,0 101,0
24,0 56,0
47,6 100,0
31,0 31,0
2,5 0,6
8,4 12,0
0,1 34,4
0,07 н. св.
2,7 14,0
1,6 5,0
0,4 12,0
0,03 11,9
M 7, ,1,
М' ,1,1, M 2o,9n M ,19„
0,4 ' "0,5 М3,8
М ,1,с5
Cl 92 Na 90
10,0
SO4 42 Cl 33 HCO3 25 Na 43 Ca 29 Mg 28 11,9
Cl 57 SO4 35 (HCO3 8) Ca 41 Na 30 Mg 29 27,3
SO4 77 HCO3 18 Ca 56 Mg 30 Na 14
14,8
HCO3 59 SO4 35 Ca 65 Na 30 4,8
HCO3 79 Cl 13 Ca 40 Na 32 Mg 28
6,1
SO4 55 Cl 36 Na 69 Ca 22
25,0
SO4 37 Cl 36 HCO3 26 Ca 47 N a 34 Mg 17 14,6
S?
s
S
ж
133.
SS
.' 1
S3
=Jf
S-
5¾
Sl
с з <3
S? ss;
sX. S
SlS
S-
s § =S=; ^3
S
S ж
1 г, г^
сЗ
=P
J57
1 IJO
~i -
PI
I
* ft
f A
•II-
-
a ^
S И ЁГ(Г
S3 =ST 'Л1.
==
Ш
сз Кз
Sj=If
— f?5
= =VSr-
S .1
т
JZ3
г? = Кз
Jsr
vS £ й - Й-
Sffi
=
S и
S.
УЗ
II
s
т.
В
-¾—
=
ш
1®|
Sii
её
яз
О
^
s = КЗ
т ss =^
СЗ
g .S3
ЩйI J=Kp
S5
s
=
S
. =з - Sа
- Ш
S
SlS
= ^Я
IS-
311
В
сз
s?
S3
СЗ ж
SS
PS 3
сз
ш ^JZ
7 ¾ LFS 3
§ Ж
э
сз 3
—
£=3 SS
сз
/
S
ж=:
;—•
s <3
сЗ"
"г
S-
S-
I
т
sr;
J If
Д
-Sf
—
5s I L S -
Pl
т
Wr ш з
=S J2 Jr §
*g .
•1 S 3
•л е г ч
I
"53
S
I
J
I,
=-5
33
я ( cS
1 * .7"
Il
*
s в.
if
S =
S Ii
S3
5¾
55
S
a
S3
-.2
e
аз
=S
;
S?
Э?
SS
F*
EZ3
=3¾
g
Й
T^sr
a-
- A
Wf s
S
B J|
Ш ^
-¾
sa
I
в
- I
t S eA ESS
I
s1I
= 53
gg
= =
J
Ч
g
a
s-
B i
\ =- :
Ie
s ' - S JJ
SS s -
U
•• 1
sf
7
£3'
-¾
=
—
S ft
S A
It^
= sy
m m
¥ э sIi
t^ll
S Щ
L
• t,
^
шт в ш
_
3
'
•• :
.
4 OO
470
SS
ЕЁ
I
I
сЗ
1
Щ
I
SS
I
I
I
I
sS r I
f T
«s
f I
S5
s?
S3
<3
S3
S3
Ж
S5!
Sd
ж
S?
S?
=Sf
5¾!
s? s ?
E 3 =S?
ss
s?
C3
сз
с
S
S
S
S- ts
f
i
M
5
Ef,
1
T
i m
4 S
i s
I m
S
I
p |L _
1=1
i,f :I
& it
¥
Jr
Il
i
r^t i - S
m
J M
gi
J
SSf
2
P
CQ
a 4. S
^S ts
-S s
ЛИТЕРАТУРА
А в е р к и е в Н Д Питьевая вода в области расположения рудников, заводов и фабрик Донецкого бассейна и методы ее улучшения Екатеринослав, изд во «Труд», 1910
А в е р к и е в H Д Анализы почвенных вод Мариупольского уезда «Гори ж у р н » , т I, 1911а
А в е р к и е в Н Д Питьевая вода Донецкого бассейна и методы ее улучшения Спб, 19116
А в е р ш и н С Г Горные работы под сооружениями и водоемами Углетехиздат, 1954
А л ф е р ь е в Г П Геологическое строение и гидрогеология Вешенского и Верхнедонского районов Азово-Черноморского края Зап Bcepoc минер об-ва, 2 сер, ч LXIII, № 1, 1934
Б а б и н е ц А E Подземные воды юго-запада Русской платформы (распространение и условия формирования) Изд-во АН УССР, 1961
Б а н к о в с к и й В А Трещиноватость пород карбона Центрального района До нецкого бассейна Tp Геол исслед бюро Главуглеразведки, вып 5 Углетехиздат, 1949
Б а р а н о в с к и й В И Влияние природных факторов на выбор способов раз работки угольных пластов на глубоких горизонтах Госгортехиздат, 1963
Б е з г и н А M Трещины обрушения и их способность проводить воду в шахты «Горный журнал», 1935, № 8
Б е л о в Ф А Итоги гидрогеологического обслуживания откачиваемых шахт Донбасса Tp Геол -исслед бюро Главуглеразведки, вып 1 Углетехиздат, 1947
В е р н а д с к и й И H Общий отчет по гидрогеологическому обследованию Харьковской губернии Докл Харьк губ зем упр очередному собр по страх делу, вып 2, прил 1, 1915
Б е с е д а H И К вопросу о методах расчета величин притока воды в стволы шахт Производственно-информационный бюллетень треста «Артемуглегеологня», № 1, 1958
Б е с с о н о в А Е , П а л е в к о H П Загрязнение подземного водоисточника отходами производства высших спиртов «Гигиена и санитария», 1962, № 6
Б о б р о в И В Выбросы породы при проведении выработок в Донецком бассейне Сб науч статей МакНИИ, № 30, 1962
Б о н д а р ч у к В Г Геоморфолопя УРСР Вид «Радшкола», 1949 Б о н д а р ч у к В Г Геолопя Украши Вид АН УРСР, 1959 Б о р и с о в M Б , Р о с с о ч и н с к и й H А Состояние восстанавливаемых горных выработок шахт Донбасса «Уголь», 1945, № 11 Б у р е н ] и Г С Про використання шдземних вод Донецького басейну для водопостачаиня Bicri наук-доел шет водного господ Украши Том 3, вип 1, 1929 Б у р к с е р Э С Соляш озера та лимани Украши (пдрохшшний нарис) Вид АН УРСР, 1928 Б у р к с е р E С и С к л я р у к Д И Характеристика режима Славянских озер и водоносных горизонтов, их питающих Реферативный сборник работ Укр ин-та курортологии, вып 1, 1957 Б у ч и н с к и й И E Климатологический очерк Северо-Донецкой железной дороги Артемовск, 1946 Б ы к о в В Д Сток воды и наносов на территории Донбасса Сб «Вопр эрозии и стока» Изд-во МГУ, 1962 В а с и л ь е в П В , М а л и н и н С И Влияние основных геологических факторов иа поведение пород в горных выработках Госгортехиздат, 1960 В е д е н е е в а H И , Н и з о в ц е в а T В Случаи загрязнения источника водоснабжения сточными водами «Гигиена и санитария», 1962, № 6 В и н о г р а д о в H К К вопросу о водоснабжении Донбасса «На угольном фронте», 1931, № 30-31 В и р и ы к Д Ф Комплексное народнохозяйственное использование водных ресурсов Донбасса Изд-во АН УССР, 1940
474
ЛИТЕРАТУРА
В о з н е с е н с к и й В Гидрогеологические исследования Александровского уезда Екатеринославской губернии с приложением гидрогеологического очерка H Соколова и таблиц хим анализов В Топорова Геол к о м , Спб, 1898
В о л я н и к В Е , К о п т е л о в а С H , Д у в е E А Схематическая карта распространения лессовых грунтов на Северном Кавказе АСиА, 1960
Вопросы добычи угля гидравлическим способом Сб № 22, ДОНУГИ, 1961 В ы с о ц к и й Г H Гидрогеологические и геобиологические наблюдения в Великом Анадоле «Почвоведение», 1899 Г а л а к а О И Материалы к познанию режима меловых вод Донбасса Мат-лы Ин-та мин сырья, 1932 Г а н Г С , П а щ е н к о H П , Г а л к и н а H А, Т а щ и л к и н а 3 Г Санитарное состояние рек Ворошиловградской области Tp Донецкого мед ин-та, т. 22, 1962 Г а п е е в А А Геологический очерк западной окраины Донецкого бассейна Мат-лы по общ и прикл геол., вып 123, 1927. Г а р м о н о в И В Грунтовые воды степных и лесостепных районов Европейской части территории СССР и их гидрохимическая зональность Tp Лабор гидрогеол проблем им Ф П. Саваренского, т XVII Изд-во АН СССР, 1958 Г а с с а н П А К вопросу водопроницаемости песчаников и глинистых сланцев Центрального Донбасса. «Разведка недр», 1939, № 7 Г а т у е в С. А , Р е в у к о в а H А Объяснительная записка к гидрогеологической карте Европейской части СССР (коренные породы) Ц Н И Г Р И , 1935 Г е м б и ц к и й С. С К вопросу о гидрогеологическом обследовании каменноугольных рудников в Донбассе «Инж работник», 1925а, № 1—2 Г е м б и ц к и й С С Методы изучения притока шахтных вод в каменноугольных рудниках Донбасса «Инж работник», 19256, № 1 Г е м б и ц к и й С С О притоке подземных вод по шахтам группы «Шмидт» Екатеринославского рудоуправления «Инж работник», 1925в, № 2 Г е н и е в Н. H Генеральные схемы водоснабжения Донбасса «Гидротехническое стр-во», 1931, № 11-12 Геологический очерк бассейна р Сев Донца Сб под ред Д. Соболева Укр отд Всесоюзн треста «Гидроэнергопроект», 1936 Геологическое строение и газонефтеносность Днепровско-Донецкой впадины и северо-западных окраин Донецкого бассейна Под общей ред В Г Бондарчука Изд-во АН УССР, 1954 Геолого-химическая карта Донецкого бассейна Вып I, 1936, вып II, 1937, вып III, 1939, вып IV, 1939, ГОНТИ Вып V, Гостоптехиздат, 1941 Вып VII, Углетехиздат, 1950
Геолого-углехимическая карта Донецкого бассейна Углетехиздат, вып VII, 1952; вып VIII, 1954
Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР, т I — Донбасс Госгеолтехиздат, 1963
Геология района сооружений Волго-Дона Госэнергоиздат, 1960 Г е р ш у н С П Опыт работы эрлифтов «Уголь», 1946, № 6 Гидрогеологический очерк Донецкого бассейна Под ред В С Попова, H A Poдыгина, Д И Щеголева Гл геол разв у п р , 1930
Г о л у б я т н и к о в В Д Гидрогеологические исследования в северной части Мариупольского уезда Екатеринославской губ Изв Геол к о м , т XX, № 3-4, 1901
Г о л у б я т н и к о в В Д Гидрогеологические исследования в Черкасском округе Донской области в 1920—1921 г К. отчету о работе Донземотдела, 1921
Г о л у б я т н и к о в В Д Гидрогеологические исследования правобережья Дона от станицы Усть-Хоперской до станицы Кременской Tp Геолупр, вып 16, 1931
Г о н ч а р о в П Д Гидрогеологический очерк Ростовской области Мат-лы по геол и полезным ископ Сб X, Азчергеолуправление Ростов-на-Дону, 1939
Г о р о д н и ч е в В M Современные методы борьбы с пучением пород Госгортехиздат, 1960
Г р и г о р о в и ч В А Определение величины инфильтрационного питания подземных вод на больших площадях «Разведка и охрана недр», 1962, № 5
Г р и г о р о в и ч - Б е р е з о в с к и й H А Водоносные горизонты Ростовского района Tp Северо Кавказской ассоциации науч исслед, 1925
Г р и г о р о в и ч - Б е р е з о в с к и й H А Артезианские воды Азово Черноморского края Tp 1 и Азово Черноморской краевой геол конф, т IV, 1935
Г р и г о р о в и ч Б е р е з о в с к и й H А Гидрогеологическое районирование Ростовской области, Краснодарского и Орджоникидзевского краев Tp Ростов гос ун-та, 1939
Г р и н е в В Я Гидрогеологическии очерк левобережья р Сев Донец между реками Айдар и Глубокая «Перспективы водоснабжения Донбасса» Изд-во Bcec геол -разв объед , 1934
Г у р о в А В Краткое сообщение о бурении в г Таганроге на подмеловую воду Tp об-ва исп прир Харьк ун-та за 1892 г , т XXVII, 1893
ЛИТЕРАТУРА
475
Г у р о в А В Гидрогеологические исследования Павлоградского и Бахмутского уездов Екатеринославской губернии ввиду обводнения и орошения края Екатеринославское губернское земство, 1894
Детальная геологическая карта Донецкого каменноугольного бассейна в м-бе 1 42 ООО, составленная на основании исследований, произведенных под руководством Л И Лутугина, 1910—1919
Д о к у к и н А В , Д о к у к и н а Л С Возникновение кислотных рудничных вод и борьба с ними Углетехиздат, 1950
ДонУГИ Исследование механических свойств горных пород Донецкого бассейна Углетехиздат, 1951
Д у р о в С А Шахтиые воды Донбасса как частная генетическая линия сульфатного типа природных вод Сб докл научно-техи конф по гидрогеологии и инж геологии Донбасса Донецк, 1954
Д у р о в С А , К у ч е р е н к о H И Влияние шахтных вод на состав воды малых рек Донецкого бассейна Tp Новочеркасского политехи ин-та, т 98, 1960
З а й ц е в И К , Т о л с т и х и н H И Основы структурно-геологического районирования Изд-во ВСЕГЕИ, 1962
З а к у ц к и й И П , К р у г л о е О В Подземная газификация каменных углей в Донбассе Углетехиздат, 1957
З а я ц Г H 1 П а в е л к о Л Т , С о л о м и н Г А, Ф е с е н к о H Г Воды угольных шахт Ростовской области, их химический состав и ионный сток в гидрографическую сеть р Дон Тез докл XV гидрохим совещ, Новочеркасск, 1961
З е м я т ч е н с к и й П А Старобельский уезд Харьковской губернии в биологическом, гидрогеологическом и почвенном отношениях Отчет Старобельской земской управы, Спб, 1900
З е н и н А А , К о н о в а л о в Г С О загрязнении речной воды сточными шахтными водами Тез докл XV гидрохим совещ, Новочеркасск, 1961
И в а н о в Г А Происхождение трещин отдельности и кливажа в углях и сопровождающих породах XVIl Междунар геол конгресс Тез д о к л , ОНТИ, 1937
И в а н о в Г А . С а р б е е в а Л И Кливаж (отдельности) в углях и вмещающих породах и пути его практического использования Tp Ц Н И Г Р И , вып 110, ч I, ГОНТИ, 1939
И г н а т о в H И , Г е и е р В Г , Ч е р н а в к и н A H Откачка шахт при восстановлении Донбасса Углетехиздат, 1950
К а в е е в Т С К вопросу о происхождении лессов на междуречье Дон — Маныч и Ергенях Докл АН СССР, т XCV1 № 2, 1954
К а з а к о в с к и й Д А Сдвижение земной поверхности под влиянием горных разработок Углетехиздат, 1953
К а л ы г и н П В Химнзм подземных и шахтных вод центрального района Донбасса Tp I Укр гидрогеол совещ, Киев, 1961
К а м е н с к и й Г H Гидрогеологические принципы исследования водопритока в горные выработки «Советская геология», 1948, № 35
К а м е н с к и й Г Н , К л и м е н т о в П П , О в ч и н н и к о в A M Гидрогеология месторождений полезных ископаемых Госгеолиздат, 1953
К а м е н с к и й Г Н , Т о л с т и х и н H И , Т о л с т и х и н а M И Гидрогеология СССР Госгеолтехиздат, 1959
К а р а к а ш H И Гидрогеологические изыскания при постройке 2-й Екатерининской железной дороги «Горный журнал», т 11, 1907
К а р г и н А К Гидрогеологический очерк Павлоградского уезда Мат лы к оценке земель Екатериносл г у б , вып 4, 1910
К а ш п у р Я H Геотермические условия в Донецко Макеевском районе Дон басса Tp Донецк индустр ин та, вып 6 Гостехиздат, 1954
К а ш п у р Я Н , З а х а р ь и н А Ф Геотермические условия юго западной части Донбасса Углетехиздат, 1958
К е м м е р Б H О составе вод из шахт Донецкого каменноугольного бассейна «Горный журнал», 1923, № 3-4
К о б е л е в М В Карстовые явления на южной окраине Донбасса и их возраст Изв АН СССР, серия геогр , № 1, 1963
К о р о т к о е M В Выемка угля под сооружениями в Донбассе Углетехиздат, 1953
К р а в ц о в А И К вопросу о шахтных водах в Донецком бассейне «Уголь»,
1939, № 9
К р а в ц о в А И Влияние гидрогеологических условий на метанообильность в
Центральном н Боково-Хрустальском районах Донбасса Канд дисс ИГН АН СССР,
1941
К р а в ц о в А И О спуске воды из затопленных шахт Донбасса в нижележащие
горизонты «Уголь», 1944, № 9
К р а в ц о в А И Зональность химизма подземных вод и газоносность угленос
ной толщи Донбасса «Советская геология», 1948, № 28
476
ЛИТЕРАТУРА
К р а в ц о в А И Влияние геологических условий на газоносность угольных месторождений Углетехиздат, 1950
К р а в ц о в А И , Э л н н с о н M M К вопросу о влиянии подземных вод на газоносность угольных месторождений в Донецком бассейне Tp Ин-та геол наук АН СССР, вып 42, геол серия, 1940
К р а в ч е н к о В И . С е р д у л а Я Г О подработке пластов пологого падения Промышленно экономический бюллетень, № 2, 1958
К р а с н о в В О химическом составе грунтовых вод Артемовского округа «Про филактическая медицина», 1929, № 12
К р а с н я н с к н й M Б Материалы по гидрогеологии Ростовского на-Дону округа Донской области, 1912
К р н ш т а ф о в н ч H Загальний попередшй висновок у cnpaBi постачання водн до содового з а в о д у при ст Пере1здна Донецьких зал1зниць BICTI н а у к - д о е л 1ист водн госп Украши, том 3, вип I, 1929
К P bi м В С О составе вод, которыми питаются паровые котлы в Донбассе «Хозяйство Донбасса», 1924, № 1
К у д е л и н Б И Принципы региональной оценки естественных ресурсов подземных вод Изд-во МГУ, 1960
К у д е л и н Б И , К о р о б е й н и к о в а 3 А , Л е б е д е в а H А Естественные ресурсы подземных вод Центрально Черноземного района н методика их картирова ния Изд во МГУ, 1963
Л а п и н M Очерк по гидрогеологическому рекогносцировочному обследованию Харьковской губернии Докл Харьк губ зем упр очередн сб по страховому делу, вып 2, прил I, 1915
Л а п к и н H Ю О выходе соленых вод в долине р Жеребец «Пробл сов геологии», т VIII, № 3, 1937
Л а р и о н о в А К О характере распределения карбонатов в лёссовых породах Д А Н СССР, т 102, № 4, 1955
Л а р и о н о в А К Лессовые породы юга Европейской части РСФСР и их инже нерно геологическая характеристика Tp совещ по инженерно геологическим свойствам горных пород и методам их изучения И з д во АН СССР, т II, 1957
Л а р и о н о в А К , П р и к л о н с к и й В А , А н а н ь е в В П Лессовые породы и их строительные свойства Госгеолтехиздат, 1959
Л е в а к о в с к и й И Ф О Славянских соленых озерах Tp об ва исп прир прн Харьков ун те, 1870
Л е в а к о в с к н й И Ф Наружные и подземные воды в Екатеринославской н Таврической г у б , 1881
Л и д и н Г Д Газы и минеральные воды Донецкого бассейна в пределах Рос товской области н прилегающих к ней районов Азово Черноморск геол упр Мат лы по геол и полезн ископ, сб VI, 1938
Л и д и н Г Д Зональное распределение природных газов в Донбассе Изв АН СССР, ОТН, № 6, 1944
Л н д н н Г Д Газообильность каменноугольных шахт СССР Изд-во АН СССР, 1949
Л и с и ц ы н К И К геологии и гидрогеологии войсковых лесничеств и некоторых других пространств области Войска Донского Tp I Сев -Кавк мелиорационного съезда в Новочеркасске, 1914
Л и с и ц ы н К И О законах распределения пресных и соленых вод в сухих суглинистых степях в связи с рельефом Северо Кавказское переселенческое упр Ново черкасск, 1927
Л о н д о н H M Водоснабжение Донбасса Сб статей Угольн ин та, 1932 Л у т у г и н Л И , С т е п а н о в П И Донецкий бассейн В кн «Ископаемые угли» (Естеств произв силы России), т IV, вып 20 Геолком, 1919 Л у ч и ц ь к и й В , B y p e H i H Г Т о к а р е в Н , Ф р е й в о л ь д Ю Вщчит про робота 1924, 25 рр по водопостачанню Сталшського району BICH Укр в щ геол ком вип 7, 1 9 2 6
Л ы с е н к о M П О зависимости между показателями свойств лессовых пород и степенью их просадочности Вестн ЛГУ, № 24, 1961
M а к о в К И Подземные воды Сев Украинской (Днепровско Донецкой) мульды, ч 1, Харьк Укргидеп, 1935
М а к о в К И Новые данные о химизме глубоких подземных вод ДнепровскоДонецкой впадины в связи с ее нефтеносностью Tp ин та геол АН УССР, 1939
М а к о в К И Об увеличении запасов меловых вод на северо западных окраинах Донбасса «Водоснабж и сан т е х н » , 1939а, № 10
М а к о в К И О запасах подземных вод Северо-Украинской мульды Tp геол упр У С С Р Харьков сб № 1, 19396
М а к о в R И Напорные воды Северо Украинской мульды Изд во УГУ, 1940а М а к о в К И О гидрогеологическом районировании Днепровско Донецкой впадины «Советская геология», 19406, № 5-6
ЛИТЕРАТУРА
477
М а к с и м о в А П Выдавливание горных пород и устойчивость подземных выработок Госгортехиздат, 1963
М а л е в а н н ы й Г Г К вопросу изучения режима подземных вод каменно чгольных районов Донбасса Tp Харьковского горн ин та, т 5, 1958а
М а л е в а н н ы й Г Г Притоки подземных вод при проходке стволов шахт И з д во Х а р ь к VH та, 19586
М а л е в а н н ы й Г Г К вопросу о развитии региональной трещиноватости в горных породах Донбасса «Горный журнал», 1961, N° 11
М а л е ж и к В В Гигиеническая характеристика подземных и поверхностных источников питьевого водоснабжения Донбасса и их санитарная охрана Тексты до кладов совещ по современным методам очистки воды Донецк, 1960
М а л и ш е в с к и й H Изыскание источников для водопровода г Сталино «Ca нитарная техника» 1926, № 3 4
М а л ь ц е в А Очерк развития источников водоснабжения 1884—1907 гг Водоснабжение Екатерининской железной дороги (с альбомом сх планов источников) Екатеринослав, 1908
М а т в е е в А К Положение водного вопроса в юго западной части Донец кого бассейна «Геол вестник», 1926, Я» 1 3
Материалы к гидрогеологии Донецкого бассейна (Сб под ред И и H А Родыгнна) М а т лы по общ и прикл геол вып 135, 1929
Материалы по геологии и гидрогеологии районов солескопления В Н И И Г , 1959
И Никшича вып XXXV
Материалы по гидрогеологии земли Войска Донского Изв Отд землеустр и земтеделия Новочеркасск 1918
М е д я н ц е в А Н , И о ф и с M А, М а з у р о в а А И Графики распределения сдвижений и деформаций земной поверхности над горными выработками в Донбассе Сб трудов В Н И М И вып XLVII 1962
М о с и е н к о П H Откачка шахт при отсутствии помойниц на промежуточных горизонтах «Уголь», 1945, № 10
Н а з а р е н к о Д П Материли до пдрогеолопчно! характеристики крейдяних В1дкладт Часовярсько Краматорсько! мульди в звъязку з водопостачанням м Крама торська Уч зап харьк унив № 16, зап Ин т г е о л о г , т VII, 1939
Н а з а р е н к о И Ф П р о к о п ь е в Д С Раскрепление завалов «Уголь», 1946, № 4 5
Н а з а р о в В Гидрогеологическии очерк р Волчьей BICTI наук дослщч шст водн господарства Украдни, т IV, ч 2, 1929—1930
Н а ц 1 е в с ь к и й Д П Пщземш води Донецького басейну за даними впоряд кування й експлуатацп свердловин на Донкцьюй зал1знищ BICTI наук доел шст водного госп УкраТни, т 3 вип I 1929
Н а ц и е в с к и й Д П К вопросу о подземных водах в районе Донецкого бас сейна BICTI н а у к - д о ы и д н шст водн господарства Украши, т IV, ч 2, 1929—1930
Н и к и т и н С H Указатель литературы по буровым на воду скважинам в Рос сии Второе изд под ред А Краснопольского Изд во Геолкома 1924
Н е с т е р е н к о Л П Изучение гидрогеологических условий на шахтах Артем соли, ИлецКсоли и Солотвино (раздел по Артемсоли) В С Н И И , 1955
Н е с т е р е н к о Л П Гидрогеологические условия соленосной свиты нижней перми Донецкого бассейна Произв -информ бюлл треста «Артемуглегеология», № 2 Артемовск, 1958
Н и к о л а е н к о A T Восстановление главного ствола шахты № 1 «Ново Гро довка» при помощи искусственного замораживания «Уголь» 1949, № 4
H O C O B P П Схема использования р Сев Донец «Гидротехн строительство»,
1940, № 5 6
О м е л ь я н о в и ч В M Геологическая служба на шахтах Донбасса Углетех издат, 1953
О н и щ е н к о Ю А Расчет горного давления в вертикальных стволах шахт «Уголь Украины», 1958, № 9
О п п о к о в Е В Краткий обзор литературы по гидрогеологии Украины BICH наук -доел шст водн госп Украши, т I, 1927
О п п о к о в Е В , М а к о в К I 1зоппсы та !зошези бучацького й сеноманського водоносних г о р и з о н п в П1ВН14Н0 Украшсько1 тектошчно! мульди BICTI IHCT водн госпо дарства, т VI, вип 9, 1937
О с и п о в П Д К вопросу борьбы с шахтными водами «Горный журнал», 1938, № 9, 11
О с и п о в П Д О радиусе депрессии при откачке шахт «Уголь», 1945, № 7 8 Откачка шахт Горловско-Енакиевской группы Под ред A T Картозия Углетехиздат, 1946
Отчеты б Геолкома и Ин та подземных вод по гидрогеологическим исследованиям, проводившимся в Донбассе с 1924 по 1932 г (работы Д И Щеголева, H С То карева, В С Попова, H И Северова, Г. П Синягина, Краснопевцева и д р )
478
ЛИТЕРАТУРА
Перспективы водоснабжения Донбасса Сб статей под ред Д И Щеголева Горгеоиефтеиздат, 1934
П о г р е б и ц к и й Е О О факторах метаморфизма углей Донецкого бассейна «Химия твердого топл », т XVIII, вып 5, 1937
П о г р е б о в H Ф К вопросу об улуч ценном водоснабжении Таганрога Изв Геолкома, т XXX, № 1 Протоколы (приложение), 1911
П л о т н и к о в ы А Северо Украинская мульда (гидрогеологический очерк глубоких подземных вод) ОНТИ, 1934
П о л т а в с к а я И А, Н о в о д е р ж к о в а Ю Г Загрязненность воды некоторых подземных источников г Ростова на Дону Тез докл XV гидрохим совещ Новочеркасск, 1961
П о п о в В С Шахтиая вода Вознесенского рудника Бахмутского уезда Екатеринославской губернии Сев-Кавказ мелиорац бюлл, № 3-4, 1917
П о п о в В С Предварительные результаты бурения скважины в г Ворошиловграде «Разведка недр», 1933, № 9
П о п о в В С Анализ режима затопления шахт Донбасса — основа проектирования их откачки «Уголь», 1944а, № 7-8
П о п о в В С Рациональный способ определения притока воды при откачке затопленных шахт Донбасса «Уголь», 19446, № 9
П о п о в В С Большой Донбасс «Уголь Украины», 1957, № 8 Поуездные очерки о гидрогеологических исследованиях в Екатеринославской гу бернии H Соколова, Д Голубятникова, В Вознесенского, П Пятницкого, А Гурова н др Изд-во Геолкома и Екатериносл губ земства, 1893—1902 Проектирование, строительство и охрана зданий и сооружений на подрабатываемых территориях Сб ВНИМИ, Центрогипрошахт Госгортехиздат, 1963 П р о х о р о в С П, К а ш к о в с к и й Г Н, Л о с е в Ф И, Романовс к а я Л И под ред Прохорова С П Обводненность и условия эксплуатации месторождении угольных районов (с обзорной картой прогноза обводненности и условий эксплуатации углей СССР) Госгортехиздат, 1962 Р о с л и й I M Геоморфолопя р1чкових долин Птденного схилу Донбасу Д А Н Укр Р С Р , № 12, 1959 Р у д е н к о Ф А Гидрогеология Украинского кристаллического массива Госгеолтехиздат, 1958 С а м а р с к и й И Д Спуск воды из старых затопленных выработок «Уголь» 1940, № 3
Сдвижение горных пород и земной поверхности в главнейших угольных бассейнах СССР Сб В Н И М И Углетехнздат, 1958
С е в е р о в H И О шахтных водах западной и центральной частей Донбасса Мат-лы к гидрогеологии Донецкого бассейна Изд-во Геолкома, 1929
С е д е н к о M В Гидрогеология некоторых угольных месторождений СССР Углетехиздат, 1951
С е д е н к о M В Гидрогеологические условия разработки каменноугольных месторождений в пойме р Самары в Зап Донбассе «Уголь Украины», 1957, № 12
С е д е н к о M В Инженерно-геологические условия разработки угольных месторождении в Западном Донбассе на участках, затапливаемых паводковыми водами рек Самара н Волчья Изв высших учебн завед , «Геология и разведка», 1959, № 3
С е м и х а т о в А H Подземные воды СССР Часть I (подземные воды Европейской части СССР) ОНТИ, 1936
С и л и н - Б е к ч у р и н А И и др Роль подземных вод и других природных факторов в процессе подземной газификации углей Tp Лабор гидрогеол проблем им Ф П Саваренского Изд-во АН СССР, 1960
С и н ц о в И Ф О буровых и копаных колодцах казенных винных складов Зап Минер об ва, вып 2, ч 43, ч 46, 1903—1908
С и н я г и н Г П Перспективы снабжения подземной водой Донецкого бассейна Вестн Главн геол у п р , т VI, № 12, 1931
С и н я г и н Г П Геология и гидрогеология северной окраины Донецкого бассейна 1930 И Г Н АН УССР Сб «Перспективы водоснабжения Донбасса», Новосибирск, 1934
С к в о р ц о в Г Г , Р о м а н о в с к а я Л И Инженерно геологические прогнозы условий разработки месторождений твердых полезных ископаемых Госгеолтехиздат, 1961.
С к л я р у к Д И Славянские озера и их природные лечебные ресурсы Реферативный сборник работ Украинского ин-та курортологии, вып 1, 1957
С к о ч и н с к и й А А Современные представления о внезапных выбросах угля и газа в шахтах и меры борьбы с ними «Уголь», 1954, № 7
С л а в я н о в Н H и Я к о в л е в H H К вопросу о водоснабжении Краматорского завода Изв Геолкома, т XVI, № 2, 1927
С о б о л е в а И М , П е л ь т и х и н С В Использование сбросовых вод угольных шахт Донбасса для орошения в сельском хозяйстве Сб «Охрана водоемов и методы очистки воды», Изд-во АН УССР, 1962
ЛИТЕРАТУРА
479
С о б о л е в а И M 1 П е л ь т и х и н С В Шахтные воды Ворошиловградской области и перспективы их использования в народном хозяйстве Tp Коммунарского горнометаллургического ин та, 1963
С о б о л е в а И М , П е л ь т и х и н С В, К с е и д а И M Использование сбросовых вод угольных шахт для хозяйственно бытовых и технических целей Сб «Охрана водоемов и методы очистки воды» Изд-во АН УССР, 1962
С о к о л о в Д В, С о к о л о в В Д Артезианские воды Александровского уезда Отчет по исследованию водного хозяйства Александровского уезда Екатеринославской губернии Изд Александровского уездного земства M , 1914
С о к о л о в H А Об артезианских колодцах Южной России Изв Геолкома» т XI, 1892
С о л я к о в И П Минеральные воды Донбасса Произв информ бюлл тр «Артемуглегеология», № I1 1958а
С о л я к о в И П Химический состав подземных вод Донбасса Произв информ бюлл тр «Артемуглегеология», № 1, 19586
С о л я к о в I П ПдрохШ1чна зональшсть та хшшний склад шдземних i шахтних вод Чистяково Сшжнянського району Изд во АН УРСР
С о л я к о в И П Гидрохимическая зональность в каменноугольных отложениях юго-западной части Донбасса Tp I Украинского гидрогеологического совещ, т I Вопросы гидрогеологии Изд-во АН УССР, 1961а
С о л я к о в И П О подземных водах Донбасса и возможности их использования для лечебных целей «Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры», № 4, Медгиз, 19616
С о л я к о в I П , В о в к I Ф До питания про класиф1кацио запаст шдземних вод BtcH Кнтського ушверситету, 1966
Справочник по водным ресурсам СССР Под ред А Г Давыдовой, т VI Дон ской район Региздат ЦУЕГМС, 1936
С т е п а н о в П И Большой Донбасс Георазведиздат, 1932 С у р м и л о Г В Опыт откачки двух крупных шахт «Уголь», 1945а, № 7-8 С у р м и л о Г В Опыт скоростного восстановления горных выработок «Уголь», 19456, № 10
С у р м и л о Г В Откачка шахт Боковской мульды «Уголь», 1946а, № 4-5 С у р м и л о Г В Откачка шахты № 16—16 бис им «Известий» «Уголь», 19466, № 6
С у р м и л о Г В Характерные особенности завалов на восстанавливаемых шах тах Донбасса «Уголь», 1946в, № 12
Схематический проект водоснабжения Донецкого бассейна (генсхема) Воде каналстрой, сб 3, 7, 9, 11, 1930
С ы р о в а т к о М В О пучении глинистых пород в угольных шахтах Углетехиздат, 1953
С ы р о в а т к о M В Инженерно гидрогеологическая классификация угольных месторождений Tp Лабор геол угля АН СССР, вып V Изд во АН СССР, 1956
С ы р о в а т к о М В Гидрогеология и инженерная геология при освоении угольных месторождений Госгортехиздат, 1960
Т а р а н А С Гидрогеологический н инженерно геологический очерк бассейна р С Донец с гидрогеологической картой и разрезами НИИГеологии при ХГУ, Харьков — Киев, 1936а
T а р а н А С Геолопчиа будова i шдземнн води долини р Пшн Донець у район! м Лисичанська Наук дослщч шет геологи ХДУ, т I, вип 2, 19366
T а р а н А С Очерк гидрогеологии Харьковской и Полтавской областей Зап Ин та геол ХГУ, т VI, 1938
Т к а ч е н к о К Д О формировании химического состава подземных вод верхне меловой толщи бассейна р Сев Донца иа участке Кремениая—Светличное Докл АН УССР, т 2, 1958
Т о к а р е в H С Ритмические колебания климата и их влияние на режим подземных и поверхностных вод Tp лабор гидрогеол проблем им Ф П Саваренского, т IX И з д во АН СССР, 1950
Т о к а р е в H С Разделение территории СССР по характеру режима, климата, подземных и поверхностных вод Tp Новочеркасского политехнического института им Cepro Орджоникидзе T 128 Работы кафедры инж геол и гидрогеологии 1962
Т о л с т и х и н О П, Л е б е д е в а Л О, К у р ч а в е и к о H И, Болонд у н И А Гигиеническая оценка эффективности работы земледельческих полей орошения г Донецка Тез докл конф по земледельческим полям, 1962
Т о л с т о й M П К вопросу о режиме подземных вод Донбасса «Разведка недр», 1940, № 4
Т р о я н с к и й С В , Н о в и к о в А Гидрогеологические исследования на р Волчьей (Донбасс) Tp Гидротехноинститута, вып 9, 1933
Т у р ч и н о в и ч В T К вопросу о техническом водоснабжении Макеевского и Енакиевского комбинатов BtcTi наук доел IHCT водн госп Украши, т 3, вип 2, 1929
480
ЛИТЕРАТУРА
Т у т к о в с ь к и й П та О п п о ш в С Показчик головн1шо1 л1тератури про шдземш води на Украш1 B I C T I наук доел шет водн госп Укра1ни, т 3, вип 2, 1929
Ф а а с А В О гидрогеологических условиях городов Павлограда, Новомосков ска и ст Гришино Изв Геолкома, т XXXV, № 3, протоколы, 1916
Ф а л о в с к и й А А Подземные воды бассейна Сев Донца и их значение в водоснабжении промышленных районов Tp конф по развитию произв сил Харьк эконом р на, АН УССР, вып 1, 1960а
Ф а л о в с ь к и й О О Про забруднення промстоками водозабору <Л1сна дача» та заходи його запоб1гнення Доп АН УРСР, вип 9, 19606.
Ф а л о в с к и й А А , Л ю б и ч И П Влияние промстоков на подземные воды Среднего Прндонцовья и рекомендации по их охране Докл на конф по изучению и обобщению опыта работы по очистке сточных вод предприятий Луганского, Донец кого и Харьковского экономических районов Северодонецк, 1960
Ф и л и п п о в а А К Водный режим почв в Сальских степях Tp ГГИ, вып 57, 1957
Ф р е м д М В До питания водопастачаиня радгосгав Староб1лыцинни нагар ними водами B I C H Укр наук дослщч пдрометеорол шет 1935
Ц е й д л е р П Проблема водоснабжения Донбасса «Плановое хозяйство», 1929 Ч е б о т а р е в И И Гидрогеологическая характеристика участка водозаборных сооружений на р Сев Донец (г Каменск) Каменский район «Геол на фронте индустрии», 1936, № 6
Ч е р е п а н о в а T А О шахтных водах восточной части Донбасса Мат лы к гидрогеологии Донецкого бассейна И з д во Геолкома, 1929
Ч е р н ы ш е в И А Влияние плывунов на подрабатываемые сооружения в уело виях Донбасса Сб статей Д о н Н И И , № 2, 1961а
Ч е р н ы ш е в И А Условия ведения горных работ под плывунами в Донбассе Tp ВНИМИ, вып XLIII, 19616
Ч и р в и н с к и й П H Очерк вод Черкасского округа Сев Кав мелиорац бюлл , No 9 10, 1919
Ш а х 1 в До питания про постачаннн води Донбасош «Шляхи шдустр1ал», № 17, 1929
Ш е в я к о в Л Д Проблемы разработки месторождений Донбасса на больших глубинах Сб «Разработка угольных месторождений на больших глубинах» Углетех издат, 1956
Щ е г о л е в В H О причинах порчи воды в скважинах г Краматорска н о мероприятиях по улучшению качества последней Tp Укр отд «Водгео», 1939
Щ е г о л е в Д И Бахмутский (II) гидрогеологический район Гидрогеол очерк Донецкого бассейна Tp ГГГУ Ин т подземн вод 1930
Щ е г о л е в Д И Водная проблема Донецкого бассейна и конкретные пути ее разрешения (ЦНИГРИ) Водные богатства недр Земли на службу соц стр ву Bcec гидрогеолог съезд, сб III 1931
Щ е г о л е в Д И От Старого Оскола до г Лисичанска Южная экскурсии ОНТИ, 1937
Щ е г о л е в Д И Результаты гидрогеологических исследований в северной окраине Донбасса (от Изюма до Глубокой) Сб «Перспективы водоснабжения Дон басса», 1939
Щ е г о л е в Д И Вопросы гидрогеологии рудника Госгеолиздат, 1940 Щ е г о л е в Д И Рудничные воды Углетехиздат, 1948 Щ е г о л е в Д И, Гринев В Я, Синягин Г П и М е л ь н и к о в M Д Перспективы водоснабжения Донбасса И з д во Bcec геол разв о б ъ е д , 1934 Щ е г о л е в Д И , С и н я г и н Г П К вопросу о связи сточных вод завода «Донсода» с водами р Сев Донец и подземными водами ОНТИ, 1934
Щ е г о л е в К В О загрязнении подземных вод в скважине цементного завода в Краматорске «Гигиена и санитария» 1936, № 12
Щ е г о л е в К В , К о з ю р а А С Х а й л о в и ч Ю А Сточные воды каменно угольных шахт Донбасса Мат лы Bcec совещ по вопросам санитарной охраны во доемов от загрязнения сточными водами предприятий угольной промышленности Ворошиловград, 1959
Э д е л ь ш т е й н Я С Гидрогеологическое исследование подземных и роднико вых вод Славяносербского уезда Екатеринославской губ, с приложением заметки о полезных ископаемых, с картой и разрезами Харьков, 1895—1896