Гідрогеологічне районування України

Україна багата на підземні води. Значне поширення мають прісні води, що використовуються для водопостачання, майже всі типи мінеральних вод, серед яких є унікальні, яких немає в жодній країні світу (наприклад, “Нафтуся”), розсоли, термальні води.

Основними природними факторами формування складу та розподілу підземних вод є: фізико-географічні, геологічні, тектонічні, гідрогеологічні та біологічні. Найважливішим серед них є кліматичний фактор, який зумовлює не тільки поповнення водоносних горизонтів атмосферними опадами, а й інтенсивність перетворення гірських порід (вивітрювання). Вплив гідрологічного фактора на підземні води залежить від особливостей гідрографічної мережі, яка відіграє значну роль у дренуванні водоносних горизонтів. Рельєф має визначальне значення у формуванні поверхневого стоку і значно впливає на водообмін водоносних горизонтів. Вплив біологічного фактора виявляється в зміні складу вод і порід під впливом життєдіяльності бактерій та продуктів перетворення органічних речовин.

Геологічна будова, умови залягання, генезис, динаміка водоносних горизонтів, їх взаємодія і зв’язок з водами земної поверхні, мінеральний склад і органічні речовини порід впливають на формування хімічного складу підземних вод.

При вивченні природних умов території України об’єктом типізації є природні комплекси та системи, які виявляють свою індивідуальність через набір ознак на кожному рівні типізації. У гідрогеології для цих цілей використовують терміни “водонапірна система”, “геогідродинамічна система”, “водообмінна система або геосистема”.

Останніми роками виділяють два види районування: за принципом складових частин районів (структурні або однорідні райони); за принципом єдності й спрямованості процесів, які беруться до уваги під час районування (функціональне районування). На кожному ступені районування вони можуть бути закомплексовані з виділенням провідного і допоміжного принципу.

В основу структурного гідрогеологічного районування покладено принцип однорідності умов формування водообміну (однорідне районування) в природних умовах. Виділено три таксономічні одиниці районування: 1 – мегарегіон; 2 – область; 3 – район.

Згідно з геологічною будовою і за основними ознаками водообміну в межах України виділено 5 мегарегіонів: I – Український щит; II – Руська плита; III – Донецька складчаста структура; IV – Карпатська складчаста структура; V – Кримська складчаста структура.

У межах цих мегарегіонів виділено області, а в межах областей – райони. Так, мегарегіон Руська плита складається з чотирьох областей – артезіанських басейнів: Волинсько-Подільського, Дніпровського, Донецького та Причорноморського.

Поширення підземних вод на території України зумовлене геологічною будовою гідрогеологічних регіонів (див. карту “Структурне гідрогеологічне районування”), які відрізняються віком, складом і умовами залягання їх відкладів, а також сукупністю основних природних факторів, які зумовлюють закономірності формування і розподілу підземних вод.

У межах Українського щита (УЩ) підземні води розвинені в тріщинуватій зоні кристалічних порід і продуктів їх руйнування, а також в осадових породах крейди, палеогену, неогену та антропогену, водозбагаченість яких дуже різноманітна. Найбільша тріщинуватість і обводненість кристалічних порід простежується до глибин 70–150 м, нижче тріщинуватість суттєво зменшується, концентруючись в окремих зонах тектонічних порушень. Водоносний горизонт тріщинуватої зони кристалічних порід майже на всій території УЩ широко використовують для водопостачання, незважаючи на те, що окремі стратиграфічні комплекси порід не відзначаються високою водозбагаченістю. У формуванні хімічного складу підземних вод УЩ вирішальну роль відіграли його геотектонічні особливості як позитивної структури, а також колоїдно-хімічні процеси обмінної адсорбції катіонів. На території УЩ існує закономірність розподілу вод у тріщинуватій зоні кристалічних порід за величиною загальної мінералізації і за співвідношенням окремих хімічних компонентів. Гідрокарбонатні кальцієві або гідрокарбонатно-кальцієво-магнієві води з мінералізацією до 0,5 г/куб.дм знаходяться переважно в північно-західній частині УЩ. Сильно мінералізовані води переважно хлоридно-сульфатні і хлоридні натрієві трапляються в занурених частинах УЩ. Експлуатаційні ресурси підземних вод у межах УЩ загалом невеликі і розподілені нерівномірно. Водоносні горизонти осадових відкладів мають практичне значення на обмежених ділянках.

Дніпровський артезіанський басейн є найбільшим в Україні. Він охоплює систему водоносних горизонтів у палеозойських, мезозойських і кайнозойських відкладах, загальна потужність яких досягає кількох кілометрів. Характерною особливістю Дніпровського артезіанського басейну є високе гіпсометричне положення його північно-східного крила порівняно з південно-західним і глибоке занурення водоносних горизонтів у центральній частині. Відклади кайнозою і частково мезозою (палеогенові, сеноман-нижньокрейдові та юрські), за винятком центральної зануреної частини басейну, вміщують потужну зону прісних вод високої якості. Найпотужніша (300–800 м) зона прісних вод знаходиться в крайніх частинах басейну вздовж УЩ і Воронезького кристалічного масиву. У міру з заглибленням водовмісних порід у центральній частині артезіанського басейну умови водообміну поступово утруднюються, тому на значній глибині повсюдно в породах палеозою і частково мезозою поширені мінеральні води та розсоли. Зона інтенсивного водообміну обмежується в основному глибиною врізу місцевої гідрографічної мережі, і умови формування підземних вод у ній пов’язані головним чином з фізико-географічними факторами, але головну роль відіграє вилуговування порід. Зона значного водообміну відокремлюється від першої регіональним водотривом київських глин. Формування хімічного складу підземних вод відбувається в умовах добре промитих відкладів на схилах басейну і солонуватих та солоних – у його центральній частині. Зони утрудненого і дуже утрудненого водообміну розвинені в центральній частині басейну і розділені між собою товщею пермських глин і соляних пластів. Таким чином, залежно від умов формування хімічного складу підземних вод у Дніпровському артезіанському басейні встановлюється вертикальна гідрохімічна зональність, відповідно до якої в розрізі осадової товщі виділяються три зони: 1) зона гідрокарбонатних кальцієвих вод; 2) зона гідрокарбонатно-хлоридно-натрієвих і хлоридно-гідрокарбонатно-натрієвих вод; 3) зона хлоридних натрієвих і натрієво-кальцієвих солонуватих, солоних та розсольних вод. Гідрохімічна зональність порушується в районах солянокупольних структур і в межах бортових частин басейну.

Волинсько-Подільський артезіанський басейн знаходиться в західній частині України, де осадовий комплекс відкладів протерозою, нижнього палеозою та мезозою залягає на складчастому кристалічному фундаменті. У місцях неглибокого залягання фундаменту, переважно в південно-східній частині басейну, до глибини 300–350 м поширена зона прісних вод у протерозойських, палеозойських (за винятком кам’яновугільних), верхньо­крейдових, неогенових та антропогенових відкладах. Окремі частини басейну відрізняються між собою особливостями водовмісних порід, умовами живлення, взаємозв’язком і розвантаженням підземних вод усієї товщі осадових відкладів. Між підземними водами цих водоносних горизонтів існує гідравлічний зв’язок. У центральній і західній частинах Волинсько-Подільського артезіанського басейну, де кристалічний фундамент залягає на глибині до 5 км, зона прісних вод значно менша і спостерігається тільки у верхній тріщинуватій товщі сенон-турону до глибини 100 м, а також у неогенових та антропогенових відкладах. Майже всі водоносні горизонти Волинсько-Подільського артезіанського басейну використовуються для водопостачання. На території Волинсько-Подільського артезіанського басейну у крейдових, юрських та кам’яновугільних відкладах на глибинах 400–800 м трапляються азотно-вуглекислі, сірководневі, хлоридні натрієві з мінералізацією 50–100 г/куб.дм слаботермальні води з температурою 20–30°С. На більших глибинах (1000– 3000 м) у девонських відкладах знаходяться води з температурою 35–70°С сульфатного кальцієвого, натрієвого, хлоридного натрієвого складу з мінералізацією від 1,1–4,3 до 31–184 г/куб.дм. У цих водах підвищений вміст брому, йоду і бору.

Причорноморський артезіанський басейн займає південний схил УЩ і Причорноморську западину. Гідрогеологічні умови Причорноморського артезіанського басейну є складними, що пояснюється різноманітністю літологічного складу осадових порід. Невитриманість відкладів у розрізі і часте чергування водовмісних і водонепроникних порід зумовило утворення великої кількості ізольованих водоносних горизонтів. Основні водоносні горизонти розвинені в осадових породах крейдової, палеогенової, неогенової і антропогенової систем. Для підземних вод басейну характерна мінливість їх мінералізації – значне поширення солонуватих і солоних вод. Зона прісних вод на території басейну не має суцільного поширення. Загалом територія Причорноморського артезіанського басейну недостатньо забезпечена підземними водами, і питання водопостачання вирішується тут з великими труднощами. Проте на всій території Причорноморського артезіанського басейну у комплексі крейдових відкладів на глибинах від 200 м на півночі до 2840 м на півдні басейну розвідано термальні води з температурою 27–93,6°С і мінералізацією 1,6–1,8 г/куб.дм, які містять біологічно активні компоненти (радон, бром, йод, залізо, стронцій, літій), тому широко використовуються в бальнеотерапії.

Із сумарної величини прогнозних експлуатаційних ресурсів підземних вод Причорноморського артезіанського басейну близько 60% припадає на води з мінералізацією понад 1 г/куб.дм (переважно 1–3 г/куб.дм).

Донецький артезіанський басейн знаходиться на сході України. Він має порівняно прості гідрогеологічні умови, характерні для геоструктур платформного типу. Всі осадові відклади містять водоносні горизонти і комплекси, які умовно розподіляють на два поверхи. Верхній – водоносні горизонти від четвертинного до нижньокрейдового віку гідравлічно пов’язані між собою і розміщені в зоні активного водообміну. Найбільш водозбагачений у його межах водоносний горизонт верхньокрейдових відкладів. Нижній поверх – водоносні горизонти відкладів карбону, тріасу, юри і нижньої крейди характеризуються утрудненим водообміном.

Донецька складчаста структура знаходиться на південному сході території України. Найбільш водоносні тут горизонти і комплекси кам’яновугільних, пермських, юрських, крейдових, четвертинних відкладів. У верхній частині геологічного розрізу, до глибини майже 500 м, поширені переважно прісні і слабосолонуваті води різного складу – від гідрокарбонатного кальцієвого до хлоридного натрієвого. Глибше залягають солоні води, а на великих глибинах (понад 1000–1500 м) у північно-західній частині – високомінералізовані хлоридні натрієві розсоли з мінералізацією до 300 г/куб.дм, із підвищеним вмістом йоду і брому, з температурою 50–77°С. Цей район є перспективним для використання термальних вод. Особливо перспективні щодо формування термальних вод є південно-східне і південно-західне крила Кальміус-Торецької улоговини, де на глибині близько 500 м залягають хлоридно-сульфатно-гідрокарбонатні води з температурою 29–30°С і мінералізацією 2–4 г/куб.дм. У східній частині Донбасу на глибинах до 3000 м циркулюють води хлоридного натрієвого складу з мінералізацією 222 г/куб.дм і температурою 77°С.

Мегарегіон Карпатської складчастої структури геологічно і гідрогеологічно є складним. Водовмісні породи тут – майже виключно теригенні флішові відклади, дуже дислоковані, зім’яті в численні складки, часто розірвані, перекинуті і ускладнені насувами, тому в регіоні немає витриманих водоносних горизонтів. Особливістю Передкарпатського артезіанського басейну є те, що майже всі накопичені в ньому підземні води високомінералізовані або розсоли, лише водоносний горизонт антропогенових відкладів є основним джерелом водопостачання населених пунктів. Гірсько-складчаста область Карпат є районом розвитку прісних підземних вод у тріщинах флішових утворень палеогену і крейди. У Закарпатському прогині, заповненому потужною товщею (до 2000 м) неогенових і антропогенових відкладів, розвинуті водоносні горизонти вод різної мінералізації (від 1,0 до 25,0 г/куб.дм).

Підземні води Кримської складчастої структури, враховуючи своєрідний рельєф гірської місцевості, особливості геологічної будови та клімату, що визначають основні закономірності розподілу та формування підземних вод, залягають переважно у верхній частині геологічного розрізу і поширені в антропогенових і верхньоюрських відкладах. Породи таврійської формації, крейди і палеогену, наявні у геологічній будові району, слабо обводнені. Про водозбагаченість тріщинуватих та закарстованих вапняків верхньої юри свідчать численні джерела, в основному прісних вод, які широко використовуються для водопостачання населення.

Розподіл експлуатаційних ресурсів підземних вод на території України нерівномірний, що зумовлено особливостями геологічної будови різних її частин, які являють собою відокремлені гідрогеологічні регіони, що суттєво відрізняються ступенем водоносності відкладів.

Найбільші ресурси підземних вод у Дніпровському артезіанському басейні, в межах якого міститься більше половини експлуатаційних водних ресурсів усієї України при середньому модулі 1,67 л/с на 1 кв.км. Друге місце займає Волинсько-Подільський артезіанський басейн (близько 20% усіх ресурсів при середньому модулі 1 л/с на 1 кв.км). Недостатньо забезпечені експлуатаційними ресурсами підземних вод райони, які розташовані в південно-східній частині Українського щита, в Карпатах, на Донбасі і в південно-західній частині Причорноморського артезіанського басейну, а також на Керченському півострові, де модулі не перевищують 0,1 л/с на 1 кв.км і використовувати експлуатаційні ресурси можна лише з окремих свердловин, які мають дебіти найчастіше до 1 л/с, рідше – до 10 л/с.

Система вивчення підземного стоку ґрунтується на динамічних особливостях об’єктів, виділених за принципом єдності потоків підземних вод від областей формування стоку до його основного розвантаження, яке контролюється єдиним замкнутим балансом підземних вод. Цей підхід широко застосовують для різномасштабного гідрогеологічного районування території України. У межах гідрогеологічних структур виділяють водообмінні басейни першого порядку, які характеризуються єдиним або близьким трендовим напрямком регіонального водообміну. Існування основних регіональних “потоків” підземних вод пов’язане з наявністю потужних регіональних дрен – морів і великих магістральних річок, а також протяжних областей максимальних гідростатичних напорів, які в основному відповідають вододілам, розташованим на місцевих височинах. Вони впливають на формування напорів підземних вод, напрямки і швидкість їхнього руху.

Отже, ієрархія районування умов формування підземного стоку та природних ресурсів підземних вод – зон інтенсивного і значного водообміну (глибини в різних регіонах до сотень тисяч метрів) багато в чому схожа з гідрологічними принципами районування поверхневого стоку. Зокрема, виділяють басейни стоку морів (регіони) і основних річок, що впадають у моря (провінції). Наступний рівень районування враховує особливості гідрогеологічних умов і близькі трендові напрямки латерального водообміну, завдяки чому об’єднують басейни підземного стоку невеликих річок у рамках єдиних одиниць районування (округів).

Таким чином, згідно з функціональним районуванням на території України, виділяються два регіони: А – Балтійський; Б – Чорноморсько-Азовський.

У межах регіонів виділено провінції, а в межах провінцій – округи, які відповідають водообмінним басейнам різних рангів. При докладнішому великомасштабному районуванні виділяються дрібніші одиниці.

Україна володіє багатими ресурсами мінеральних вод, різноманітних за хімічним складом та бальнеологічним впливом на організм.

Мінеральні води, особливості бальнеологічної дії яких на організм визначаються вмістом специфічних біологічно активних компонентів, виділено як “мінеральні води із специфічними компонентами”. Згідно з класифікацією мінеральних вод України (2001р.), виділено 9 видів мінеральних вод із специфічними компонентами: 1) вуглекислі води; 2) сульфідні води; 3) води, збагачені на органічну речовину; 4) борні води; 5) кременисті води; 6) бромні, йодні води; 7) залізисті води; 8) радонові води; 9) поліметальні води.

На території України мінеральні води розташовані на різних глибинах у різних за віком відкладах. На УЩ вони виявлені на глибинах не більше 120 м від поверхні, а в артезіанських басейнах їх прояви подекуди зафіксовані на глибинах більше 3000 м.

Мінеральні води, особливості бальнеологічної дії яких на організм визначаються складом і співвідношенням між основними компонентами води (до них належать натрій, кальцій, магній, сульфат, гідрокарбонат та хлоріони) та їх кількісним вмістом (мінералізацією), належать до мінеральних вод без специфічних компонентів. Згідно з класифікацією мінеральних вод України (2001 р.), виділено 25 типів мінеральних вод без специфічних компонентів, що належать до 11 різних класів (за аніонами), 7 підкласів (за катіонами) та 5 груп за мінералізацією (від маломінералізованих типу “Миргородська” до міцнорозсольних типу “Моршинська”). При цьому виділення типів мінеральних вод ґрунтується на їхньому безпосередньому застосуванні в медичній практиці.

Геологічна будова, літологічний склад порід, гідрогеологічні та палеогеологічні умови визначають головні риси складу мінеральних вод без специфічних компонентів у різних регіонах. Згідно з цими основними умовами, на карті “Мінеральні води без специфічних компонентів” виділено 19 областей поширення мінеральних вод за особливостями складу основних компонентів у межах основних гідрогеологічних регіонів, аналогічних виділеним на карті “Мінеральні води із специфічними компонентами”.

В Україні термальні води поширені в Закарпатському, Передкарпатському, Причорноморському і Дніпровському артезіанських басейнах. У зв’язку з великою глибиною залягання водоносних горизонтів із термальною водою, значною їх мінералізацією та екологічними проблемами, пов’язаними зі скиданням їх після використання, геологорозвідувальні роботи щодо термальних підземних вод, а також їх експлуатація у великих обсягах стримуються, незважаючи на те, що за певних умов підземні термальні (теплоенергетичні) води можуть бути альтернативою традиційним джерелам одержання тепла.

На карті “Термальні води” на підставі проведених спеціалізованих досліджень виділено два перспективні артезіанські басейни термальних вод – Причорноморський і Закарпатський; при цьому зазначено можливі глибини свердловин, очікувані дебіти і температури та розвідані родовища з уже затвердженими запасами термальних вод.

55??