1.3 Гидрогеологическая характеристика района работ

Тульская область располагается в пределах южного крыла Московского артезианского

бассейна. Характерными особенностями территории является этажное залегание водоносных горизонтов, чередование их со слабопроницаемыми водоупорными толщами( рисунок 3), постепенное погружение горизонтов в северо – восточном направлении к центру МАБ, приобретение подземными водами в этом же направлении напора и увеличение минерализации.

На территории Тульской области выделены 22 водоносных горизонта и комплекса и 9 горизонтов слабопроницаемых пород (иногда спорадически обводненных) отложений. Из 22 водоносных горизонтов 12 приурочены к четвертичным и мезозойским отложениям, 7 к каменноугольным и 3 объединенные в водоносный комплекс, к девонским ( таблица 2, рисунок 3 )

Практическое значение для целей водоснабжения имеют лишь 6 водоносных горизонтов и комплексов, разделенных слабопроницаемыми толщами глин. Ниже приводится их краткая характеристика.

Каширский водоносный горизонт (С2ks)

Каширский водоносный горизонт распространен лишь на севере области в пределах водораздельных пространств. Отсутствует он в долинах рек Оки, Беспуты, Выпрейки, и др. и их притоков.

Приурочен водоносный горизонт к известнякам с прослоями доломитов, мергелей, глин и алевритов. Мощность водовмещающих пород достигает 40 – 45 м. Перекрывающим водоупором являются верхнеюрские глины, а в местах их отсутствия – моренные суглинки. Подстилающим водоупором являются верейские глины.

В составе каширского горизонта выделяются два подгоризонта: лопаснинский и нарский, разделяемые хатунскими глинами. На территории Тульской области используются подземные воды нарского горизонта. Мощность водовмещающих известняков изменяется от долей метра на границе размыва до 22 – 26 м, преобладает 10 – 24м. На остальной территории он безнапорный.

Водообильность горизонта неравномерная. Удельные дебиты скважин изменяются от 0,02 до 12,5 л/c, при преобладающих значениях 0,2 – 2 л/с. Коэффициент фильтрации по результатам откачек от 0,2 до 33,0 м/сут.

Повышенное значения водопроводимости в пределах 300 – 500 м /сут характерны для долин левобережных притоков Беспуты, на водоразделах и склонах водопроводимость не превышает 60 - 80 м /сут.

Качество подземных вод в целом питьевое. Состав – гидрокарбонатный кальциевый и кальциево – магниевый. Минерализация – 0,3 – 0,9 г/л, общая жесткость 3,4 – 9,3мг-экв/л. Местами отмечается повышенное содержание железа.

Каширский водоносный горизонт в пределах площади своего распространения является целевым для водоснабжения. Наиболее крупным потребителем его ресурсов является районный центр пгт. Заокский. Кроме того, этот горизонт эксплуатируется одиночными скважинами сельхозводоснабжения.

Верейская спорадически обводненная толща (С₂vr).

Отложения верейского возраста в северной части области распространены практически повсеместно. Южная граница проходит вдоль верховий рек Нюховки, Волоти, Тулицы, Беспуты и левобереж-ных притоков р. Осетр.

Верейские отложения, общая мощность которых достигает 35 м при преобладающей 10-25 м, представлены преимущественно пестроцветными глинами с невыдержанными прослоями и линзами песков, песчаников, алевритов. Мощность отдельных обводненных прослоев до 8-9 м, преобладает 2-4 м. Одновременно верейская обводненная толща в целом выполняет роль водоупора, разделяющего каширский и протвинский водоносные горизонты.

Повсеместно верейская толща лежит на протвинских известняках. В кровле залегают известняки нарского горизонта.

Глубина залегания кровли изменяется от долей метра на склонах речных долин до 70-85 м на междуречье.

Водообильность верейских отложений невелика. Величины удельных дебитов скважин не превышают 0,7 л/с.

Таблица 2 – Гидрогеологическая колонка территории Тульской области

Рисунок 3 - Гидрогеологическая карта дочетвертичных водоносных горизонтов Тульской области

Протвинский водоносный горизонт (C₁pr)

Распространен в северной части области практически повсеместно за исключением долины реки Оки и р. Беспуты.

Водовмещающими породами являются известняки местами закарстованные, местами окремненные. Среди известняков имеется до 3-х прослоев глин мощностью 0,5-1,0 м. Протвинские известняки имеют мощность, в среднем не превышающую 8-10 м, однако на отдельных участках она может изменяться от 2 до 20 м.

Подстилающим горизонтом являются стешевские глины, перекрывающим - верейские глины.

Практически на всей территории своего распространения, кроме дренирующих долин рек, протвинский водоносный горизонт носит напорный характер. Величина напора достигает 46 м. Преобладает 20-30 м.

Водообильность горизонта невысокая и неравномерная. Величины удельных дебитов скважин 0,01-0,3 л/с. Она несколько увеличивается по направлению к долинам рек (до 5 л/с), но в целом остается невысокой.

Коэффициент фильтрации изменяется от 0,03 до 124 м/сут (преобладает 0,5-5 м/сут). Величина водопроводимости, как правило, порядка 50-100 м²/сут.

По химическому составу воды гидрокарбонатные кальциево-магниевые, реже кальциевые с минерализацией 0,2-0,4 г/л и общей жесткостью до 7 мг-экв/л. Качество воды питьевое.

По причине низкой и неравномерной водообильности подземные воды протвинского водоносного горизонта не имеют широкого практического значения и эксплуатируются одиночными скважинами с небольшими дебитами для водоснабжения в основном сельскохозяйственных объектов.

Стешевский водоупор (С₁ st)

Имеет очень широкое распространение в северной части области. Граница его распространения проходит вдоль склонов рек Свободь, Черепетка, Черепеть, Дубна и затем по правому борту долины р. Упа, к верховьям ее притоков Нюховки, Волоти, Тулицы и левому борту р. Осетр. Отсутствует горизонт лишь в долинах рек.

Представлен водоупор плотными жирными глинами стешевского возраста с тонкими пропластками известняков. Мощность водоупора изменяется от долей метра на участках размыва до 15-24 м на водоразделах, преобладает 3-15 м.

Глубина залегания кровли водоупора зависит от гипсометрии дневной поверхности и изменяется от 0 до 120 м на участках максимального погружения на севере области.

В подошве стешевских глин залегают тарусские известняки, в кровле - протвинские известняки.

Коэффициент фильтрации глин по литературным данным равен 10(-4) м/сут.

Окско-тарусский водоносный горизонт (С₁ok-tr)

Распространен практически повсеместно в северной поло-вине области до широты г.г. Суворов-Тула-Новомосковск. Водоносный горизонт приурочен к тарусско-алексинским известнякам полной мощностью 40-70 м. Водоносный горизонт содержит преимущественно безнапорные воды. Преобладающая мощность его от 0-5 м на участках выклинивания до 25-40 м на водоразделах. Лишь на крайнем северо-востоке Тульской области при максимальном погружении водовмещающих известняков подземные воды приобретают напор. Его величина достигает 40-50 м.

Водоупорами для окско-тарусского водоносного горизонта являются стешевские (сверху) и верхнетульские (снизу) глины.

Окско-тарусский водоносный горизонт является одним из наиболее водообильных в пределах площади своего распространения. Однако водообильность его крайне неравномерная. Максимальные значения коэффициента водопроводимости отмечаются в пределах речных долин-

Осетра, Беспуты и Оки (в пределах Ясногорского района), где он достигает величин 500-1000 м²/сут, а в долине р. Осетр - 2700 м²\сут. На основной площади своего распространения окско-тарусский водоносный горизонт имеет водопроводимость порядка 100 м²/сут.

По химическому составу воды горизонта пресные с минерализацией 0,3-0,4 г/л гидрокарбонатные кальциевые. Преобладающая величина общей жесткости 4-5 мг-экв/л. Загрязняющих веществ в окско-тарусском водоносном горизонте в региональном плане не наблюдается.

Питание горизонта осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков, поглощения поверхностного стока и, частично, за счет перетекания из вышележащего горизонта.

Окско-тарусский водоносный горизонт интенсивно эксплуатируется для централизованного водоснабжения гг. Ясногорск, Тула, Венев, а также сельских населенных пунктов с помощью одиночных скважин.

Верхнетульская спорадически обводненная толща (С₁tl₂)

Распространена в северной половине области. Южная ее граница проходит по широте примерно Одоев- Щекино- Богородицк- Кимовск. Отложения отсутствуют в долине р. Упы, Оки (в южной части области) и на ряде других участков, где отложения позднетульс-кого времени уничтожены более поздними размывами.

Литологически толща представлена преимущественно глинами, в составе которых присутствуют разобщенные линзообразные прослои песка и известняка мощностью до 7-8 и 2-3 м соответственно. Водообильность водоносных слоев незначительная. Удельные дебиты скважин при опробовании составили 0,1-0,7 л/с (до 2,1 л/с). Водопроводимость порядка 10 м²/сут. Воды хорошего качества с минерализацией 0,2-0,5 г/л и общей жесткостью 3-7 мг-экв/л.

Глины верхнетульского горизонта являются водоупором, разделяющим окско-тарусский и бобриковско-нижнетульский (яснополянский) водоносные горизонты. Коэффициент фильтрации глин 10(-4) м/сут, их мощность изменяется от 0 до 10 м в зонах размыва и до 20 м (иногда до 40 м) на участках водоразделов, не затронутых эрозией. Средняя мощность верхнетульских отложений составляет 10-20 м.

Бобриковский и нижнетульский водоносные горизонты (С₁tl₁+C₁bb)

Бобриковский и нижнетульский водоносные горизонты, приуроченные к песчаным отложениям вышеназванных горизонтов, рассматриваются совместно как яснополянский водоносный комплекс (С₁jp), т.к. между ними часто отсутствует хоть сколь-нибудь значительный водоупор.

Водоносный комплекс развит в северной и центральной частях Тульской области. Южная граница его распространения проходит в субширотном направлении южнее гг. Белев-Арсеньево-Плавск-Волово.

Комплекс в пределах южной территории своего распространения отсутствует в долинах эрозионной сети, а также на отдельных участках водораздельных пространств.

Водовмещающими отложениями являются мелкозернистые пески и алевриты с подчиненными прослоями глин и углей. Строение водоносного комплекса сложное. Мощность песчаных прослоев невыдержана и изменяется от 10 до 40 м, обычно составляя 15-25 м. В палеодолинах мощность песков достигает 75-85 м.

Водоупором, залегающим в кровле водоносного комплекса, являются верхнетульские глины. Подстилающим водоупором являются невыдержанные по мощности и простиранию нижнебобриковские глины. В местах их отсутствия водоносные пески залегают непосредственно на известняках упинского водоносного горизонта.

Яснополянский водоносный комплекс на большей части территории своего распространения напорный. Величина напора возрастает в северо-восточном направлении, достигая 80 и более метров. В краевых частях, на юге, водоносный горизонт безнапорный.

Водообильность рассматриваемого комплекса неравномерная, чаще невысокая. Удельные дебиты скважин не превышают 5,6 л/с. Наиболее обычными являются дебиты от 0,1 до 0,5 л/с. Водообильность горизонта находится в прямой зависимости от количества глинистых и мелкозернистых частиц в водовмещающих отложениях.

Коэффициент фильтрации, соответственно, сильно изменчив и составляет 0,1-30,5 м/сут. Средние преобладающие значения 0,5-2,5 м/сут. Коэффициенты фильтрации алевритов характеризуются еще более низкими значениями.

Водопроводимость водоносного комплекса практически на всей территории его распространения не превышает 50-80 м²/сут. Лишь на участках древних погребенных долин к северо-востоку и юго-западу от Новомосковска водопроводимость увеличивается до 300-500 м²/сут.

По химическому составу воды горизонта преимущественно пресные с минерализацией 0,2-0,7 г/л, гидрокарбонатные кальциевые, общей жесткостью 6-7 мг-экв/л. Характерным является повышенное содержание общего железа, а в районах угледобычи и других компонентов (например, аммиака и сульфатов).

В восточной части Тульской области водоносный комплекс характеризуется нарушенным режимом фильтрации подземных вод, что обусловлено интенсивным водопонижением в пределах отрабатываемых месторождений бурого угля и водоотбором с целью водоснабжения.

Бобриковский водоупор (C₁bb)

Представляет собой невыдержанные по мощности и простиранию глины с прослоями углей, часто запесоченные, залегающие в основании бобриковских отложений. Преобладающая мощность глин порядка 5-7 м. На отдельных участках их мощность увеличивается до 10-15 м. Значительные территории характеризуются отсутствием бобриковских глин, т.е. имеют место «гидрогеологические окна», в пределах которых нижнетульский, бобриковский и нижележащий упинский водоносные горизонты образуют единый водоносный комплекс.

Коэффициент фильтрации глин изменяется от 0,0005 до 0,005 м/сут.

Упинский водоносный горизонт (С₁up)

На территории Тульской области имеет весьма широкое распространение. Отсутствует он лишь в южной части области, где его граница проходит вдоль верховий рек Иста, Снежедь, Зуша, Красивая Меча, затем южнее п. Волово и Куркино.

Водоносный горизонт приурочен к толще упинских известняков, неравномерно трещиноватых, часто закарстованных, с линзовидными маломощными (0,1-0,5 м) прослоям глин в нижней части разреза. Мощность известняков местами достигает 35 м, преобладает в среднем 20 м.

Вдоль южных границ своего распространения известняки упинского горизонта имеют мощность не более 5 м.

Перекрывают упинские известняки глины бобриковского возраста. Однако имеются территории, где глины отсутствуют и в кровле известняков залегают более молодые водопроницаемые отложения. Такие площади располагаются в верхнем течении р. Упы, западнее и восточнее н.п. Щекино, севернее г. Новомосковска, по левому берегу р. Прони и в пределах многочисленных палеодолин поступинского времени.

На отдельных участках долин рек Упы, Сежи, Бежки, Шата, Соловы, нижнего течения Плавы и некоторых ручьев упинские известняки залегают непосредственно под четвертичными аллювиальными суглинками или песками. Глубина залегания кровли известняков в этом случае не превышает 5-10 м.

Упинский водоносный горизонт имеет напорно-безнапорный характер. На большей части территории области горизонт почти повсеместно напорный, за исключением его краевой южной части, где располагается область питания горизонта. Преобладающая величина напора 20-40 м. По мере погружения водоносного горизонта в северо-восточном направлении напор увеличивается до 80 и более метров, а долине р. Оки его величина достигает 100-110 м.

Водообильность упинского водоносного горизонта в целом относительно высокая, но крайне неравномерная. Общей закономерностью изменения водообильности является ее увеличение от водоразделов к речным долинам. На севере области водообильность резко снижается в связи с резким погружением водоносного горизонта и ухудшением коллекторских свойств водовмещающих пород. Водопроводимость в этих районах не превышает 50 м²/сут.

В центральной части Тульской области, где упинский водоносный горизонт является основным для водоснабжения, удельные дебиты скважин изменяются в широком диапазоне: от 0,01 до 12 л/с, по скважинам водозаборов - величина удельного дебита достигает 15-20 л/с. Коэффициент фильтрации изменяется от 0,01 до 40 м/сут, чаще составляя 1-10 м/сут, увеличиваясь в зонах с повышенной трещиноватостью до 80-127 м/сут.

Водопроводимость подчиняется тем же законам: минимальные ее значения на водоразделах и в зоне затрудненного водообмена при погружении горизонта, максимальные, достигающие 1700-1800 м²/сут, приурочены к отдельным участкам долин Упы, Сежи, Бежки, Тулицы, Волоти, Упки, Крушмы, Оки (в районе г. Алексин). В среднем же коэффициент водопроводимости составляет 50-300 м²/сут.

По химическому составу воды являются гидрокарбонатными кальциевыми с минерализацией 0,3-0,7 г/л и общей жесткостью 3-7 мг-экв/л. Характерным для упинского водоносного горизонта является повышенное, относительно ПДК, содержание общего железа, часто достигающее нескольких миллиграммов в литре.

На участках крупных водозаборов в связи с интенсивной эксплуатацией подземных вод упинского водоносного горизонта имеет место ухудшение их качества за счет подтока слабоминерализованных вод нижележащего водоносного горизонта.

Режим фильтрации упинского водоносного горизонта в центральной части Тульской области нарушен эксплуатацией водозаборов и шахтным осушением.

Малевский водоупор (С₁ml)

Играет весьма важную роль в формировании гидрогеологических условий Тульской области. Он разделяет пресные воды питьевого качества упинского водоносного горизонта и слабоминерализованные нижележащего заволжского водоносного комплекса.

Малевский водоупор на территории области является региональным и отсутствует лишь на крайнем юге и в долинах крупных рек, где он уничтожен более поздними размывами.

Представлен водоупор плотными жирными пластичными глинами с тонкими прослоями плотных глинистых известняков. Общая мощность водоупора на отдельных участках может достигать 13 м, но в среднем она составляет 6-8 м. По простиранию горизонт выдержан.

Озерско-хованский водоносный горизонт (D₃ os-hv)

В пределах южной части Тульской области озёрско-хованский водоносный горизонт является основным источником как централизованного, так и децентрализованного водоснабжения.

Севернее широты Суворов-Тула-Новомосковск он эксплуатируется для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения при неудовлетворительном качестве вод из-за дефицита кондиционных вод, часто в смеси с последними. В центральной и северной частях области воды горизонта используются для бальнеологических целей.

Водовмещающие толщи, представлены известняками, доломитами, мергелями, глинистыми доломитами. Преимущественно карбонатная толща распространена на всей территории Тульской области. Общая мощность отложений до подошвы озерско-хованского горизонта 15-20 м закономерно увеличиваясь с юга на север. Средняя мощность озерско-хованского горизонта составляет 18 м. В пределах южной половины области примерно до широты Одоев-Богородицк горизонт носит безнапорный характер. К северу от этой линии подземные воды приобретают напор, который увеличивается до 150 м по мере погружения северном направлении.

Водообильность горизонта в целом довольно высокая, но неравномерная. Минимальные значения (50-100 м²/сут) отмечены в пределах водораздельных пространств. Более низкая водопроводимость (менее 50 м²/сут) характерна для зоны затрудненного водообмена.

Химический состав подземных вод горизонта отличается разнообразием, что обусловлено различными условиями залегания и составом водовмещающих пород.

Гидрокарбонатным кальциевым составом с минерализацией 0,2-0,4 г/л и общей жесткостью 4-7 мг-экв/л характеризуются подземные воды крайнего юга Тульской области.

Севернее, в пределах участка ориентировочно ограниченного замкнутой линий г. Белев-п.Одоев-п.Теплое-п.Арсеньево-г. Белев, отмечается повышенное содержание (до 11-45 мг/л) стабильного стронция в подземных водах, обусловленное наличием в составе водовмещающих пород целестина. Минерализация и общая жесткость увеличиваются здесь до 0,5-0,7 г/л и 6-9 мг-экв/л соответственно.

С появлением в разрезе отложений комплекса гипсов (севернее широты Белев-Одоев-Щекино-Узловая-Кимовск) происходит закономерная смена химического типа воды сначала на сульфатно-гидрокарбонатный, а затем и на гидрокарбонатно-сульфатный. Минерализация увеличивается соответственно до 1,5-3,0 и более г/л. Общая жесткость - от 10 до 30 и более мг-экв/л.

Озерский водоупор(D₃os)

Играет весьма важную роль в формировании гидрогеологических условий Тульской области. Он разделяет слабоминерализованные воды озёрского водоносного горизонта и нижележащего плавского водоносного горизонта.

Представлен глинами, мергелями, гипсами. Средняя мощность 30 м.

Плавский водоносный горизонт(D₃pl)

Плавский водоносный горизонт используется для обеспечения хозяйственно-питьевых и бытовых потребностей населения, производственно-технических нужд предприятий южной трети Тульской области.

Водовмещающие толщи, представлены известняками, доломитами. Преимущественно карбонатная толща распространена на всей территории Тульской области. Общая мощность отложений до подошвы горизонта 20-30 м закономерно увеличиваясь с юга на север.

Химический состав подземных вод горизонта отличается разнообразием, что обусловлено различными условиями залегания и составом водовмещающих пород.

Гидрокарбонатным кальциевым составом с минерализацией 0,2-0,4 г/л и общей жесткостью 4-7 мг-экв/л характеризуются подземные воды крайнего юга Тульской области.

Севернее воды плавского водоносного горизонта становятся минерализованые.

Оптуховский водоупор (D₃op)

Разделяет воды плавского водоносного горизонта и нижележащего елецко-лебедянского водоносного горизонта. Представлены глинами и мергелями. Средняя мощность 20 м.

Елецко-лебедянский водоносный горизонт (D₃lb+D₃el)

Елецко-лебедянский водоносный горизонт используется для обеспечения хозяйственно-питьевых и бытовых потребностей населения, производственно-технических нужд предприятий крайнего юга Тульской области.

Водовмещающие толщи представлены известняками, доломитами, распространенными на всей территории Тульской области. Общая мощность отложений до подошвы горизонта 70-80 м, закономерно увеличиваясь с юга на север. Средняя мощность елецко-лебедянского горизонта составляет 75 м. В пределах южной трети области горизонт носит безнапорный характер. К северу от этой линии подземные воды приобретают напор, который увеличивается до 250-300 м по мере погружения северном направлении.

Химический состав подземных вод горизонта отличается разнообразием, что обусловлено различными условиями залегания и составом водовмещающих пород.

Гидрокарбонатным кальциевым составом с минерализацией 0,2-0,4 г/л и общей жесткостью 4-7 мг-экв/л характеризуются подземные воды крайнего юга Тульской области.

Лист