Оршанский гидрогеологический бассейн

Оршанский ГГБ занимает центральную и северо-восточную части Беларуси. Территория принадлежит трем орографическим областям: Белорусскому Поозерью, Центрально-Белорусским возвышенностям и грядам, и равнинам и низинам Предполесья.

Характерной особенностью Поозерья, занимающего северную часть бассейна, является широкое развитие пологоволнистых равнин и озерно-ледниковых низин. Абсолютные высоты поверхности варьируют от 140 до 180–200 м. К долинам рек снижаются до 125 м.

Своеобразие рельефа центральной, наиболее высокой части территории, определяется развитием, преимущественно в западной половине, крупнохолмистых ледниковых возвышенностей (Минская, Лукомльская, Оршанская), приподнятых над уровнем моря на 300–320 м, в среднем составляя 200 м.

Равнины Предполесья, охватывающие южную часть Оршанского ГГБ, характеризуются слабохолмистой поверхностью с абсолютными высотами 155–200 м.

Гидрографическая сеть представлена р. Западная Двина, в северной части района, и р. Днепр, которая дренирует южную часть территории бассейна.

По климатическим условиям артезианский бассейн находится в зоне сильного увлажнения. Среднее количество осадков в год выпадает 500–650 мм. Среднегодовая температура воздуха уменьшается с юго-запада на северо-восток от +6,6°С до +5,0°С.

Территория Оршанского ГГБ расположена в области сочленения ряда крупных геологических структур Русской плиты. Она включает одноименную впадину, занимающую центральную ее часть, которая граничит с Белорусской и Воронежской антеклизами, Латвийской и Жлобинской седловинами.

Оршанская впадина в своих границах (площадь 300 х 200 км) имеет изометрическую, вытянутую на юго-запад форму. В пределах впадины на поверхности фундамента выделяются Витебская и Могилевская мульды, Центрально-Оршанский горст, ограниченный Оршанским и Смоленским разломами и отделяющий мульды, а также Червенский структурный залив. Абсолютные отметки поверхности фундамента постепенно погружаются от окраин (-800 м) к центральной части (-1600 м).

В современной структуре Оршанской впадины выделяются два структурных этажа: кристаллический фундамент архейско-среднепротерозойского возраста (гнейсы, граниты, диориты и др.) и осадочный чехол, сложенный верхнепротерозойскими, девонскими, юрскими, меловыми, неоген-палеогеновыми и четвертичными образованиями мощностью до 1800 м.

Гидрогеологическая стратификация геологического разреза. В породах кристаллического фундамента Оршанского ГГБ воды формируются в зоне выветривания, образуя горизонт трещинных вод. Основные водоносные комплексы ГБ, получившие широкое распространение, образованы хорошо проницаемыми песчаниками и карбонатными породами верхнего протерозоя, среднего и верхнего девона, а также четвертичными отложениями. Подчиненное значение имеют водоносные комплексы, связанные с юрскими, меловыми и палеоген-неогеновыми отложениями, известные в южных и юго-восточных районах данной территории.

Водоупорные толщи, сложенные слабопроницаемыми глинистыми и алевролитовыми породами, не имеют повсеместного распространения. Значительная изолирующая роль их проявляется в наиболее погруженных центральных частях бассейна, где они характеризуются большей мощностью и выдержанностью литологического состава. На западе в его периферийных частях, слабопроницаемые алеврито-глинистые породы часто выклиниваются или литологически замещаются песчаными образованиями, что способствует развитию гидравлической связи между водоносными комплексами и глубокому проникновению инфильтрационных вод в области питания.

В пределах осадочного чехла Оршанского ГГБ выделяются: рифейский и вендский водоносные горизонты верхнего протерозоя, городокский горизонт витебско-наровского водоносного комплекса эйфельского яруса средней юры, старооскольско-швейтойский водоносный комплекс, франский карбонатный комплекс, подземные воды меловых отложений, водоносные горизонты и комплексы четвертичных отложений и три разделяющие водоупорные толщи - котлинская, наровская (верхний протерозой) и юрская. Среди выделенных водоупорных толщ, стратиграфически выдержана и регионально распространена, хотя и не повсеместно, – наровская. Две другие, с непостоянными контурами распространения, имеют местное значение.

Гидродинамическая зональность. Гидродинамическая зональность подземных вод Оршанского ГГБ находится в тесной связи с историей геологического развития этой структуры, когда на отдельных тектонических этапах развития происходила перестройка структурного плана, приводящая в итоге, к изменению гидрогеологических условий.

Для большой (300 м) части гидрогеологического разреза бассейна характерен инфильтрационный режим. В разрезе Оршанского ГГБ установлены три гидродинамические зоны: активного водообмена, затрудненного водообмена и застойного водного режима.

Зона активного водообмена охватывает все водоносные комплексы, залегающие выше наровского регионального водоупора. На юго-западе, в пределах склонов Белорусской антеклизы, в нее входят эйфельская, верхняя часть вендского и рифейского (в пределах Бобруйского погребенного выступа) водоносных комплексов.

Инфильтрационное питание подземных вод в бассейне среднего течения р. Западная Двина (гг. Витебск, Полоцк) составляет 3,2 л/(с·км²). Средний многолетний слой подземного стока изменяется от 72–84 мм в северных до 105 мм, в южных районах Оршанского ГГБ.

Мощность зоны активного водообмена контролируется глубиной эрозионного вреза современных и древних речных долин. Она составляет 400 м в пределах юго-западной окраины бассейна, где отсутствуют региональные водоупоры и 150–300 м на остальной территории.

Практически повсеместное распространение получила зона затрудненного водообмена, охватывающая среднюю часть гидрогеологического разреза от подошвы наровских глин до глубины примерно 800–1000 м. Являясь переходной зоной, она еще сохраняет в верхней части признаки затухающего инфильтрационного режима, а нижняя ее часть приобретает черты, характерные для зоны весьма замедленного водообмена.

Среднегодовые модули глубокого инфильтрационного питания на севере территории в бассейне р. Западная Двина (гг. Витебск, Полоцк) определяются величиной 0,1 л/(с·км²), в бассейне р. Днепр (г. Орша) увеличиваются до 0,9 л/(с·км²).

Подземный сток регионально направлен от областей устойчивого инфильтрационного питания на северо-восток, к центральным частям Московской синеклизы и в сторону Жлобинской седловины. Значимая вертикальная разгрузка его происходит на участках глубоких эрозионных врезов долины р. Западная Двина и ее притоков (гг. Полоцк, Новополоцк, Чашники), где наблюдаются гидрогеохимические аномалии.

Зона застойного водного режима выделяется во внутренней наиболее погруженной (1000–1300 м) области Оршанского ГГБ, где она охватывает отложения рифейского водоносного горизонта.

Гидрогеохимическая и гидрогеотермальная зональность. В разрезе Оршанского ГГБ выделяются три гидрогеохимические зоны: пресных вод (минерализация до 1 г/дм³), солоноватых и соленых вод - 1–35 г/дм³, слабых рассолов – 35–150 г/дм³.

Зона пресных вод развита повсеместно и охватывает верхнюю часть разреза, находящегося в зоне активного водообмена. Наибольшая мощность зоны пресных вод (до 350–400 м) установлена в областях питания на склонах Белорусской и Воронежской антеклиз. На остальной территории она составляет 250–300 м. На площадях развития гипсоносных пород мощность зоны пресных вод колеблется от 100 до 200 м.

Преимущественным распространением пользуются пресные (0,1-0,4 г/дм³) гидрокарбонатные магниево-кальциевые воды. Также отмечаются гидрогеохимические аномалии, представляющие очаги разгрузки напорных минерализованных вод глубоких горизонтов, что приводит к формированию хлоридно-гидрокарбо-натных, сульфатно-хлоридных кальциево-натриевых и хлоридных натриевых вод с минерализацией 0,8-3,1 г/дм³.

Зона солоноватых и соленых вод распространена в западной части расматриваемой территории, в виде полосы (шириной 60–120 км), протягивающейся меридианально Оршанскому ГГБ. Верхняя граница зоны опускается до глубины 600 м, захватывая среднедевонские и верхнепротерозойские отложения, а на юго-западе бассейна и трещиноватые породы фундамента.

К этой зоне приурочены разнообразные по составу и минерализации воды сульфатного и хлоридного типов.

Среди сульфатных вод малой минерализации (1,7-3,7 г/дм³) наиболее распространенными являются сульфатные магниево-кальциевые и натриево-магниево-кальциевые воды, получившие развитие в центральной части бассейна ниже глубины 100-350 м.

Небольшую часть разреза (до 50 м) зоны занимают хлоридно-сульфатные кальциево-натриевые, магниево-кальциево-натриевые и натриевые воды, залегающие под сульфатными, а в местах их отсутствия – непосредственно под пресными водами.

Значительно шире, в пределах зоны соленых вод, распространены сульфатно-хлоридные магниево-кальциево-натриевые, кальциево-натриевые и натриевые воды с минерализацией от 3,1 до 15,1 г/дм³.

Достаточно широкое распространение получили хлоридные натриевые, реже кальциево-натриевые воды, мощность которых колеблется от 100 до 250 м. Минерализация их, в зависимости от структурного положения водовмещающих отложений, колеблется в широких пределах от 1,8 до 34 г/дм³.

Зона слабых рассолов охватывает самую нижнюю часть разреза – вендский и рифейский водоносные горизонты, а также породы кристаллического фундамента. Отсутствует она в юго-западной части рассматриваемой территории в пределах приподнятых склонов Белорусской антеклизы – Приоршанской моноклинали и Бобруйского погребенного выступа.

Мощность рассолоносных пород в периферийных частях бассейна составляет 200 м, с погружением фундамента достигает максимальных значений (1000–1200 км) в наиболее погруженных частях Оршанской впадины - Витебской и Могилевской мульдах. Минерализация рассолов изменяется от 36,6 (г. Лепель) до 151,8 г/дм³ (г. Орша). Состав рассолов, как правило, хлоридный натриевый и лишь в единичных случаях среди них встречаются хлоридные магниевые. В рассолах присутствуют бром (88–295 мг/дм³), йод (0,6-1,8 мг/дм³), стронций (26–64 мг/дм³) и др. компоненты.

Гидротермические закономерности Оршанского ГГБ определяется структурными особенностями фундамента и осадочного чехла, литологией пород и гидрогеологическими условиями.

В пределах Оршанского ГГБ выделяются две гидротермические зоны: зона холодных вод с температурой менее 20°С и зона теплых вод с температурой 20–35°С.

Зона холодных вод распространена в верхней части разреза до глубины 750–1200 м. На северо-западе бассейна она охватывает всю осадочную толщу до фундамента, в центральной и северо-восточной частях - нижняя ее граница прослеживается в вендском водоносном горизонте.

Развитие мощной зоны холодных вод на западе бассейна связано с постоянным подтоком холодных вод из внешней области питания.

Зона теплых вод распространена в центральном и северо-восточном районах данной территории, главным образом в глубоко погруженных отложениях рифейского водоносного горизонта и породах кристаллического фундамента.