Основные гидрогеологические закономерности

На территории Беларуси на основе структурно-тектонического различия строения платформы выделяются водоносные системы - бассейны: Оршанский, Прибалтийский, Брестский и Припятский (рис 5). Основные водоносные комплексы заключены в толще осадочного чехла. Согласно проведенной типизации зональности подземных вод выделяются три зоны, отличающиеся друг от друга степенью закрытости водоносных горизонтов:

• верхняя зона активного водообмена - пресные и солоноватые гидрокарбонатные воды;

средняя зона замедленного водообмена - соленые воды и рассолы хлоридно-натриевые и хлоридно-кальциевые;

• нижняя зона весьма замедленного водообмена с участками застойного режима - термальные рассолы, хлоридно-кальциевые.

В объеме поставленных задач нами рассматривается верхняя зона активного водообмена, к которой приурочены различные по мощности и водообильности водоносные горизонты и комплексы.

Грунтовые воды и водоносные горизонты современных и четвертичных отложений, которые представляют верхнюю часть зоны активного водообмена, имеют гидрокарбонатный тип и повсеместное территориальное распространение. Водовмещающими породами служат песчаные, песчано-гравийные, валунно-гравийные отложения ледниковых, водно-ледниковых, озерно-аллювиальных отложений, а также торфяно-илистые отложения болотных образований. Мощность указанных водовмещающих пород варьируется в широких пределах, достигая на отдельных участках 60 - 70 м и более. Глубины залегания уровней грунтовых вод в районах их повсеместного площадного распространения (поймы и надпойменные террасы рек, аллювиальные равнины) колеблются от 0 до 3 м, составляя в среднем для первых 0,5 - 1,0 м. На водораздельных пространствах и склонах долин мощность зоны аэрации

Рис.5. Артезианские бассейны Беларуси (составлена Г. А. Колпашниковым): 1. Кристаллические массивы: А - Белорусский; Б - Украинский; В - Воронежский; Г - Ратновский выступ; 2. Впадины: I - Брестская; II - Припятская; III - Днепровско-Донецкая; IV -Оршанская; 3. Седловины: а - Полесская; б - Латвийская; в - Жлобинская; 4. Склоны Белорусского массива; 5. Выступ кристаллических пород на Латвийской седловине; б. Основные разрывные нарушения (в северо-восточных, центральных и юго-западных районах); 7. Предполагаемая зона разрывных нарушений; артезианские бассейны: 8 - Оршанский; 9 - Прибалтийский; 10 - Брестский; 11 - Припятский; 12 - границы бассейнов

значительно возрастает (до 5 - 10 м и более). На части территории республики, за исключением южных и юго-восточных районов, в пределах развития моренных возвышенностей и гряд широкое распространение имеют воды спорадического залегания без выдержанных границ по глубине, мощности и площади залегания. Внутриморенные водоносные отложения имеют преимущественно безнапорный или слабонапорный характер. Первым от поверхности водоупором, отличающимся значительной невыдержанностью границ как в разрезе, так и до площади распространения, являются суглинистые моренные отложения: в северных районах - поозерского, в средних - сожского, в южных - днепровского оледенений. Количество водоносных горизонтов, заключенных в разрезе четвертичной толщи, определяется числом стратиграфических подразделений водовмещающих и водоупорных (в основном моренных) пластов и составляет в среднем: 3 - 4 - для поозерского оледенения, 2 - 3 - для зоны сожского, 1 - 2 - для зоны днепровского оледенений. Наличие многочисленных гидрогеологических окон в водоупорных отложениях в сочетании с их относительно высокой водопроницаемостью и незначительной мощностью обусловливает тесную гидравлическую взаимосвязь водоносных горизонтов всей четвертичной толщи и близость их гидродинамического, уровенного и химического режима.

Дочетвертичные водоносные горизонты, заключенные в песчаных отложениях, палеоген-неогена, песчаных и карбонатных отложениях мела, юры, триаса и девона, составляющие нижнюю часть зоны активного водообмена, характеризуются значительно большим постоянством литологического состава, выдер жанностью границ распространения. Разделяющие указанные водоносные горизонты водоупорные отложения имеют повсеместно моноклинальное, а зачастую и горизонтальное залегание.

Направление и интенсивность подземного стока активного водообмена определяется положением современной гидрографической сети. Интенсивность дренирующего влияния последней зависит от морфометрических параметров долин и русла реки, ее гидрогеологического режима, расстояния от водоразделов, литолого-стратиграфического строения водовмещающих и разделяющих горизонтов. Основными зонами разгрузки стока являются реки первого порядка (Западная Двина, Днепр, Припять, Западный Буг, Неман), древние погребенные долины которых обеспечивают тесную гидравлическую взаимосвязь поверхностных и подземных вод на глубину до 300 - 350 м. Границы водоразделов относительно основных базисов стока - рек первого порядка - определяют региональное направление стока, на которое накладывается корректирующее влияние рек-притоков. При этом к водораздельным пространствам приурочены основные области питания напорных вод. По условиям питания грунтовых вод территория республики относится к провинции сезонного весеннего и осеннего питания. Периодам питания соответствуют весенний и осенний подъем уровней подземных вод с соответствующим летне-зимним спадом, величины и сроки наступания которых определяются соотношением гидролого-климатических элементов метеоусловий, формирующих общий тепловой и водный баланс территорий.

Грунтовые воды, распространенные на территории страны, являются преимущественно пресными, гидро-карбонатно-кальциевого типа с минерализацией до 0,6 - 0,8 г/л, за исключением участков, где имеет место разгрузка глубоких подземных вод. Такие участки приурочены к долинам рек Западная Двина (район Полоцка), Улла (район г. п. Чашники), Птичь (район н. п. Поблин и Березовка), Припять (район н. п. Наровля и др.).

Здесь воды представлены сульфатно-гидрокарбонатным и хлорид-но-гидрокарбонатным типом с минерализацией от 1 до 10 - 20 г/л и более. В целом отмечается приуроченность грунтовых вод к области избыточного увлажнения, что определяет характерный для Республики Беларусь гидрокарбонатно-кальциевый тип вод с минерализацией от 0,1 до 1 г/л, и сезонные и годовые колебания уровенного и химического состава пресных водоносных горизонтов.

В пределах Республики Беларусь выделяются четыре геолого-гидрохимические зоны, характеризующиеся определенными закономерностями распространения грунтовых вод с выраженными показателями агрессивности по отношению к бетонным конструкциям.

Первая зона охватывает северную часть Беларуси (бассейн реки Западная Двина), где на общем фоне преимущественно неагрессивных вод фрагментарно выделяются небольшие участки (на севере Белорусского Поозерья, в районе Бешенковичейи Шумилино), воды которых содержат повышенное содержание С0₂ и относятся к водам с углекислотным типом агрессивности. Характерна принадлежность к этому виду агрессивности грунтовых вод, заключенных в отложениях различных генетических типов - современных аллювиальных отложений пойм, древнеаллювиальных, внутриморенных и болотных отложений.

Вторая зона охватывает всю центральную и юго-восточную часть Беларуси и характеризуется распространением преимущественно неагрессивных грунтовых вод, за исключением вод, приуроченных к древнеаллювиальным отложениям крупных рек. На отдельных участках (территориально сопряженных с древнеаллювиальными) агрессивными являются флювиогляциальные и болотные водоносные горизонты. Основным видом агрессивности в этой зоне в указанных отложениях (участки надпойменных террас рек Неман, Березина, Сож и Днепр) является карбонатный тип агрессивности.

Третья зона - юго-запад Республики Беларусь (бассейн р. Западный Буг), для которой характерно широкое распространение грунтовых вод, обладающих одновременно обще- и углекислотным типами агрессивности. Стратиграфически эти воды приурочены ко всем характерным горизонтам - болотным, озерно-ал-лювиальным, древнеаллювиальным, флювиогляциальным, нередко - моренным.

Четвертая зона охватывает практически всю центральную часть Белорусского Полесья и характеризу ется повсеместным распространением грунтовых вод, обладающих различным типом агрессивности и их разнообразным сочетанием.

Наибольшее распространение получили воды, обладающие углекислотным типом агрессивности. Район развития таких вод - бассейн р. Ясельда и междуречье рек Улла -Бобрик. В южной части этого района по правобережью р. Пина угле-кислотный тип агрессивности сменяется на карбонатный. В среднем течении р. Припять в междуречье ее левых притоков Птичь - Лань и правых - Уборть - Горынь широко распространены воды, обладающие одновременно тремя типами агрессивности - общекислотным, карбонатным и углекислотным. На юго-востоке этой зоны в междуречье рек Уборть - Припять - Словечна указанный тип агрессивности сменяется на карбонатно-углекислотный. В районе Пинска одной из скважин вскрыт очаг грунтовых вод, обладающих сульфатным типом агрессивности.

Таким образом, четвертая зона - это наибольшая по площади зона распространения грунтовых вод, отдельные районы которой характеризуются различными типами агрессивности по отношению к бетону.

Анализируя далее закономерности распространения грунтовых вод с различными типами агрессивности, отметим, что показателями агрессивности являются компоненты, входящие в общий химический состав подземных вод, гидрохимический режим которых на территории Беларуси предопределен в первую очередь ее приуроченностью: в тек тоническом отношении - к Восточно-Европейской платформе, в климатическом - к зоне избыточного увлажнения.

Процесс углекислотного выщелачивания является весьма сложным природным процессом, зависящим от минералогического, гранулометрического, химического состава пород зоны аэрации и водовмещающих пород, метеорологических факторов, гидродинамических условий и, как всякий химический процесс, от давления, температуры, соотношения и концентрации компонентов химического состава природных растворов и, в частности, концентрации водородных ионов. Поэтому все три показателя агрессивных свойств грунтовых вод связаны и взаимообусловлены протекающими в природных растворах процессами растворения и выщелачивания.

Примерно 1/3 территории Беларуси занята заболоченными землями и торфяниками. Большое значение в ряду доминирующих геохимических процессов имеют и биохимические процессы, за счет которых формируется большая часть углекислоты грунтовых вод, избыток которой существенно увеличивает их агрессивные свойства по отношению к бетонным конструкциям.

Исследованиями влияния мелиорации (в частности, осушения) на изменение химического режима грунтовых вод установлен некоторый рост общей минерализации грунтовых вод за счет как усиления притока напорных подземных вод, так и поступления в грунтовые воды продуктов окисления органического вещества торфа, что приводит к росту концентрации в грунтовых водах ионов НСОз и Са (в меньшей степени - ионов Mg, Na, CI) и росту величины рН. В дальнейшем при сельскохозяйственном использовании следует ожидать усиления роста минерализации грунтовых вод вследствие применения удобрений.

Приведенные данные подтверждают факт влияния мелиоративных работ на метаморфизацию степени и вида агрессивности грунтовых вод на территории Полесья.

Современные условия распределения подземных вод в бассейнах, гидродинамическая зональность, агрессивность грунтовых вод, темпы водообмена являются результатом исторической перестройки водонапорных систем и служат важнейшими поисковыми критериями на питьевые, лечебные, промышленные воды, на скопление углеводородов, а также воздействие агрессивных вод на железобетонные основания.. Сложная трехзональная Припятская система вмещает в отложениях девона терминальные промышленные рассолы (йод, бром, редкие металлы - литий, рудий, цезий), месторождения нефти.

Двухзональные протерозойско-девонские Оршанская и Прибалтийская системы характеризуются положительными показателями лечебных и промышленных вод. Двухзональная протерозойско-кембрийская Подлясско-Брестская система содержит большие запасы пресных и минеральных вод, широко используемых в хозяйствах республики.

В настоящее время в стране эксплуатируется более 60 месторождений минеральных вод.

Химический состав минеральных вод разнообразен: хлоридные натриевые воды - 39 месторождений, сульфатно-хлоридные натриевые -12, хлоридно-сульфатные натриевые - 5, сульфатно-хлоридные каль-циево-натриевые - 4, сульфатно-хлоридные магниево-кальциевые и гидрокарбонатно-хлоридные натриевые - по 2, сульфатно-хлоридные кальциево-магниевые - 1.

Минеральные воды используются в лечебных целях в лечебно-санитарных и профилактических уч- реждениях - это санатории, санатории-профилактории, дома и базы отдыха, детские санаторные лагеря, водно-спортивные комбинаты, поликлиники, бальнеолечебницы. Кроме этого, организован бутылочный разлив (около 60 заводов и цехов разлива) лечебно-столовых минеральных вод.