ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

GEOLOGICAL CONDITIONS OF FORMATION OF UNDERGROUND WATERS OF THE BELGOROD REGION

Sergey Krupin

student, Starooskolsky branch of the Sergo Ordzhonikidze Russian State Geological Exploration University,

Russia, Stary Oskol

Natalia Volobueva

scientific supervisor, teacher of hydrogeological disciplines, Starooskolsky branch of the Sergo Ordzhonikidze Russian State Geological Exploration University,

Russia, Stary Oskol

АННОТАЦИЯ

С каждым годом нагрузка на подземные воды кратно увеличивается в связи с активной разработкой месторождений железных руд, увеличения численности населения городов. Все эти факторы, безусловно, имеют свое отражение на состояние подземных вод. Необходимо актуализировать и систематизировать имеющуюся информацию по водоносным горизонтам с целью дальнейшего проведения качественного и количественного состава. Методы исследования заключались в изучении ранее представленных материалов -- геологических, литолого-фациальных карт и разрезов по данным разведочных и поисковых скважин, а также другой различной литературы. Показаны подземные воды, а также минеральные на различных картах и разрезах. По результатам исследований выявлено, что на территории Белгородской области представлено 8 водоносных комплексов, тесно связанные с одноименными стратиграфическими системами.

Ключевые слова: радон, осадочный чехол, архей, угли, глины, глауконит.

На рассматриваемой территории существовали геосинклинальные условия. В результате изменяющегося осадконакопления мощность коры выветривания непостоянна и варьируется от 30 метров в районе Старого Оскола и 100 метров в районе Яковлевского и Гостищевского месторождения (рис. 1). По результатам сейсморазведочных исследований в кристаллическом фундаменте выявлены квазидистантные тектонические трещины. Уже в раннем протерозое в этой местности возникло море, где в результате трансгрессии происходили отложения химических осадков, превратившиеся при метаморфизации в последствии в железистый кварцит. В среднем протерозое сформировался и объединился Воронежский кристаллический массив, представляющий собой систему горных хребтов с Украинским массивом [1].

Рисунок  SEQ Рисунок \* ARABIC 1. Геологический разрез кристаллического фундамента на северо-востоке СГОКа

Рисунок 2. Условные обозначения к рисунку 1

Соответственно, архей-протерозойский водоносный комплекс связан с корой выветривания дислоцированных и метаморфизованных пород докембрия. Воды характеризуются напором, по химическому составу гидрокарбонатно-кальциевые, хлоридные кальциевые и хлоридные натриевые. Минерализация колеблется от 800 мг/л до 1500 мг/л. Используются в качестве минеральных и лечебных источников в водолечебницах. Дебит доходит до 12 л/с. В Шебекино-Белгородском районе разведано 3 месторождения лечебно-минеральных вод радонового типа, вскрытые скважинами (рис. 4), на базе которых созданы водолечебницы. Минеральная вода рекомендуется для бальнеологического лечения при заболеваниях сердечно-сосудистой системы, органов дыхания, нервной системы, определенных кожных и других заболеваний. В настоящее время используются воды только на Волоконовском участке, где существует бальнеологическое отделение при Чернянской районной больнице. Содержания радона характеризуется в количестве 35-60 нКи/дм3, что соответствует среднему типу радоновых вод. В районе села Муром имеется скважина, вскрывшая кристаллический фундамент с термальной водой (39℃), характеризуется вода напором, а также по степени минерализации является соленой, по составу хлоридная.

В кембрийский, ордовикский, силурийский периоды палеозоя происходило активное разрушение накопившихся ранее осадков по причине периодической регрессии моря. Разноранговые перерывы и сопоставляющиеся с ними несогласия вызваны различными глобальными или внутренними геодинамическими процессами [2].

Рисунок 3. Геологический разрез Старого Оскола

В раннедевонское время Воронежский массив был приподнят. При формировании пород структурного этажа более активным было влияние Рязано-Саратовского прогиба и Московской синеклизы [1]. Выделяется Живетский ярус, распространяющийся в северо-востоке Старого Оскола, мощность которого составляет до 90 метров. Остальная часть исследуемой территории представляла собой область сноса, поставляющая материалы на северо-восток. Ярус представлен исключительно глинами, песками, песчаниками и алевролитами. Залегают они согласно, что соответствует одному крупному ритму осадконакопления – море с меняющимся гидродинамическим режимом двигалось с востока, снос терригенного материала происходил с Воронежского и Балтийского щитов, Белорусской антеклизы. В целом, нужно отметить, что условия осадконакопления, а также процессы их разрушения и переноса в последевонское время привели к отличию в плане и разрезе – их крайняя невыдержанность (рис. №3). Из среднего и верхнего отдела девона залегает несогласно Мамонская толща и представлена преимущественно кварцевыми песками разно-грубозернистыми, иногда сцементированными в песчаник, с прослоями глин [4]. Эта толща перекрыта палеозойско-мезозойскими осадками. Также в районе села Ястребовка Старооскольского городского округа выделяется Франский ярус. В этих отложениях выделяется верхне-среднедевонский водоносный горизонт. Горизонт имеет напор, по типу воды гидрокарбонатные и хлоридные, отмечается повышенное содержание железа. Дебит равен до 6 л/с, сухой остаток составляет 600 мг/л. Подземные воды этого комплекса используются некоторыми предприятиями Старого Оскола, имеется 6 водозаборов в центральной части города.

Каменноугольные отложения распространены на юго-западном склоне Воронежской антеклизы, залегают на размытой поверхности архей-протерозойских образованиях. Активизация Доно-Донецкой и Днепрово-Донецкой впадин приходится на озерско-хованское время и ранний-средний карбон. Общий уклон карбона осложнился мульдообразным прогибанием в районе с. Чернянка – с. Кантемировка. В прогиб с востока трансгрессировало турнейское море с неустойчивым солевым и гидродинамическим режимами. Отложения системы отличаются крайне богатым накоплением полезных ископаемых и палеонтологических остатков. Турнейский ярус представлен доломитами, известняками, глинами.  На границе турнейского и визейского ярусов территория испытывала небольшое поднятие, происходило повсеместное осушение. Позже произошло опускание территории, не только давшее новый этап осадконакопления, но и определившее начало формирования южного крыла Воронежской антеклизы. Визейский ярус лежит трансгрессивно на докембрии или же на осадках турнейского яруса. Ярус представлен углями, слюдами, сидеритами, остракодами, кораллами, гастроподами, брахиоподами и растительными остатками. Из среднего отдела карбона распространяются отложения башкирского и московского ярусов в виде известняков, глин, имеются прослои песчаника и песка.

В пермский период и триасовый период мезозоя также, как и в ранний палеозой происходил перерыв в осадконакоплении. Выделенные глобальные перерывы вполне соответствуют уровню консолидации Пангей и уровню крупных тектонических циклов, которые проходят суперконтиненты на этом пути [2].

Отложения мезозоя распространены почти повсеместно. Трансгрессивно залегают на палеозойских отложениях или покрывают докембрийский фундамент. Присутствует только юрская и меловая система.

Из юрской системы на территории области выделяются яруса среднего и верхнего отдела. К среднему отделу относятся байоский, батский ярусы. Байоский ярус, представленный серой глиной с линзами темно-серых известняков, алеврита, песка и мергелей. Отложения батского яруса и нижней части келловея формировались, когда территорию занимало мелкое море с переменным гидродинамическим режимом и представлены песками с прослоями песчаника и глины, не всегда поддающиеся расчленению. Из минералов и остатков встречаются каолины и автохтонные растительные остатки. К верхнему отделу относятся келловейский ярус, сложенный темно-серыми глинами с прослоями песчаников и песков, залегающие трансгрессивно; оксфордский (кроме Валуек и Алексеевки). Отложения кемириджского яруса распространены лишь по линии Прохоровка-северо-запад Нового Оскола-Шебекино и представлены, как и нижний волжский ярус серыми глинами с прослоями известняков и алевритов, песками с прослоями песчаников. Имеются ракушечный известняк, глауконит и галька фосфорита. Воды, залегающие в этой системе, образуют водоносный комплекс юрского периода и имеют напор и в зависимости от глубины залегания величина напора меняется. Воды гидрокарбонатно-натриевые и используются для оздоровительных целей населения вместе с девонскими горизонтами, относятся к условно минеральным из-за благоприятного бальнеологического сочетания макроинов, а также тяжелых металлов и активных соединений азота. Сухой остаток 600 мг/л. В районе Яковлевского месторождения характеризуются гидрокарбонатно-магниевым типом, повышенное значение сульфатов связано с разложением пирита. Отбор минеральных вод производится при помощи 70 водозаборных скважин, большая часть расположена в Белгородском городском округе – месторождения Дубовское, Политотдельское, Гриневское-1,-2, Мичуринское, Белгородское Экспедиционное, Чичеринское, Белгородское Спортивный, Валуйский ЛВЗ, Каплинское. Организации, которые проводят добычу природных столовых вод: ООО «Белые горы» - «Майская Хрустальная», ООО «Элгаз-Плюс» - «Хрусталь Белогорья», ОАО «Белгородгеология» - «Жемчужина Белогорья», ПК «Пищевик» - «Ясный колодец» (рис. №4) [3].

Рисунок 4. Скважины с минеральной водой и границы распространения депрессионных воронок

Меловой водоносный комплекс в целом обладает различной степенью защищенности. В местах наличия мощных глинистых слоёв, водоупоров комплекс можно отнести к защищенным. В неокомский надъярус нижнего отдела мелового периода юго-западную часть области (районы Прохоровка-Белгород-Шебекино) занимало мелкое море нормальной солености с переменным гидродинамическим режимом. Отложения сложены глинами и глинистыми песками. В аптский век районы Белгорода, Прохоровки и Старого Оскола занимали отложения внутриконтинентальной равнины, генезис не установлен. Отложения представлены алевритом и мелкозернистым песком. Территория городов Валуйки и Алексеевка представляли собой область сноса, поставляющую материал в области осадконакопления. В альбский век Белгородскую область и прилегающие районы заполняло мелкое море с активным и переменным гидродинамическими режимами. В результате чего формировались отложения в виде крупно и среднезернистого песка и алеврита, среднезернистого песка с включением глауконита.

В сеноманский ярус верхнего мела наступавшее с севера и северо-востока море распространилось на весь район. Оно было с переменным режимом, но в районе города Алексеевка более активным. Отложения такие, как и у альба, потому граница между ними иногда довольно условная. Распространены минералы глауконит и фосфорит. К вышеописанным отложениям приурочен альб-сеноманский водоносный горизонт, который имеет выход на поверхность, например, непосредственно на территории базы отдыха «Шоколад» в Старом Осколе. Водоносный горизонт взаимосвязан с апт-неокомским и коньяк-туронским горизонтами. Вскрыт высокодебитными скважинами. Воды гидрокарбонатно-кальциевые, сухой остаток до 800 мг/л. В зоне техногенного воздействия встречаются сульфатные воды, также отмечается повышенное содержание железа, нефтепродуктов и отдельных тяжелых металлов. Туронский и коньякские века характеризуются еще большим расширением трансгрессии и углублением спокойного моря. Залегают писчий мел, в основании песчанистый и мелоподобный мергель. Воды этих отложений составляют водоносный горизонт. Осушен дренажными системами СГОКа и ЛГОКа в центральной части депрессии, а также дренируется в долину р. Оскол и её притоков. Режим горизонта связан с колебаниями уровня реки и, соответственно, связан с режимом реки. Горизонт не эксплуатируется из-за невысокого дебита скважин при значительной глубине залегания. Химический состав воды схож с составом вод нижележащего горизонта. Воды пресные с минерализацией 700 мг/л, по химическому составу гидрокарбонатно-кальциевые и магниевые.  Сантонский ярус характеризуется приносом кремнезистого и алевролитового материалов, море же спокойным, активным и переменным гидродинамическими режимами. Кампанский и маастрихтский ярусы отличаются постепенным отступлением моря в сторону Белгорода-Шебекино, на этих территориях вследствие сходства литологического состава разделение на ярусы не всегда возможно. Отложения представлены белым писчим мелом и мелоподобным мергелем. Описанные три яруса являются взаимосвязанными и формируют водоносный горизонт. Воды гидрокарботно-кальциевые, реже гидрокарбонатно-натриевые или гидрокарбонатно-магниевые. Минерализация до 850 мг/л. Эксплуатируется большим количеством скважин со средним дебитом 2.5 л/с. Является основным источником водоснабжения городов, сел и промышленности.

Кайнозойская группа представлена палеогеновой, неогеновой и четвертичной системами. Отложения систем имеют повсеместное распространение и лишь локальное на севере-востоке Старого Оскола.

Залегает палеогеновая система на размытой поверхности меловых отложений. Палеоцен сложен песчаниками, опоками, глинами, мощность до 9 метров, имеются палеонтологические остатки в виде моллюсков, диатомовых водорослей. Эоцен сложен терригенными породами с фораминиферами, радиоляриями имеются глаукониты, переотложенные фосфориты, пелециподы, остатки рыб и растительные остатки, также стяжения пирита, охра.

В неогеновой системе выделяются нерасчлененные плиоценовые отложения и миоценовые осадки, а также элювиальные образования. Эти подразделения сложены глинами, суглинками, песками. Водоносный комплекс этой системы развит по долине реки Северский Донец, в районе Шебекино. Воды в большинстве случаев безнапорные. Эксплуатируется местным населением в виде колодцев, имеет вероятность загрязнения поверхностными водами, потому не пригоден для организации водозаборов. Воды гидрокарбонатно-кальциевые с минерализацией до 500 мг/л.

Четвертичная система сплошным чехлом покрывает поверхность коренных пород. Представлена ледниковыми, аллювиальными, делювиальными, перигляциальными и техногенными отложениями. Нижнечетвертичные аллювиальные отложения развиты в северо-восточной части области. Залегают в древних долинах, представлены песками с прослоями серы и черных глин. Элювиально-делювиальные образования встречаются на участках понижения дочетвертичного рельефа. Отложения в виде бурых, косослоистых суглинок. Верхнечетвертичные аллювиальные отложениями первой и второй надпойменных террас представлены песчаными суглинками, глинами, с прослоями гравия и гальки. Современные аллювиальные отложения слагают пойменные террасы, русла рек и ручьев, также днища балок и оврагов. В нижней части разреза представлены песками, супесями, галечниками, а в верхней глинами и суглинками. Соответственно, современный аллювиальный водоносный горизонт, является первым от поверхности. Эксплуатируется населением колодцами для бытовых нужд, что целесообразно при соблюдении санитарных мер согласно СанПиН 2.1.3684-21. По химическому составу воды гидрокарбонатные сульфатно-хлоридные-натрий-калиевые-магниево-кальциевые, превышений по ПДК требований качества воды для водоснабжения не выявлено.

Рисунок 5. Инженерно-геологическая колонка буровой скважины

В местах отвалов ЛГОКа, СГОКа и других предприятий отмечаются воды спорадического распространения техногенного характера, образовавшиеся вследствие утечки воды, используемом в технологических процессах обогатительных фабрик. Данный тип воды выявлен при производстве геологических изысканий в 2014 году. В геоморфологическом отношении приурочены к склону балки р. Чуфичка. Естественный рельеф нарушен и характеризуется в настоящее время сравнительно ровной поверхностью, образованной в результате выполненных планировочных работ. В районе ЛГОКа воды встречены в полутвердых насыпных грунтах (ИГЭ №2, рис.№5) на глубине от 0.5 метра до 3.8 метров. Учитывая выявленные при производстве изысканий в районе эстакады пульпопроводов признаки обводнения мягкопластичных насыпных грунтов (ИГЭ №3) и мягкопластичного суглинка (ИГЭ №5), с изменением водного баланса в сторону накопления в процессе строительства и эксплуатации проектируемых сооружений, где в технологическом процессе используется вода в значительных объемах, за счет интенсивной инфильтрации техногенных вод в грунты, а также нарушения естественного режима стока и инфильтрации поверхностных вод не исключается возможность образования новых обводненных участков, приуроченных к насыпным грунтам ИГЭ №№ 2 и 3 [5]. По химическому составу воды гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридно-кальциево-магниевые.

В целом, подземные воды Белгородской области характеризуются различной степенью защищенности, в основном, для целей водоснабжения используются подземные воды меловых отложений (в связи с водообильностью и незначительной глубиной залегания) [6]. Бат-келловейский и архей-протерозойский водоносные горизонты для розлива минеральных вод и для организации лечения. Однако, в районах крупных водозаборов и водопонизительных систем ГОКов наблюдается формирование депрессионных воронок, значительных по площади распространения (рис. №4). В итоге возрастающая техногенная нагрузка может привести к значительному изменению в худшую сторону геоэкологической ситуации региона. Требуется предупреждать, а также вовремя принимать меры по охране окружающей среды и её рациональному использованию.

Список литературы:

1. Гидрогеология СССР. Воронежская, Курская, Белгородская, Орловская, Липецкая, Тамбовская области. Т. IV. М.: Недра. 1972. 87 с.
2. В.И. Смирнов. Классификация и геодинамическая интерпретация перерывов в осадконакоплении Воронежской антеклизы. // Вестник Воронежского госуниверситета. Серия литология и полезные ископаемые. – 2000. – №2. С. 181-191.
3. А.Н. Петин, М.А. Петина, Е.И. Погорельцева. Природные минеральные воды Белгородской области: современное использование и перспективы дальнейшего освоения. // Серия Естественные науки. Научные ведомости БелГУ. – 2017. – №11(260). С. 114-116.
4. Родионова Г.Д., Умнова В.Т., Кононова Л.И., Овнатанова Н.С., Ржонсницкая М.А., Фёдорова Т.И. Девон Воронежской антеклизы и Московской синеклизы. Под ред. Махлиной М.Х. М.: Наука, 1993. – 265 с.
5. ООО «БелгородТИСИЗ». Отчет об инженерно-геологических и инженерно-геотехнических изысканиях. Объект: «ОАО «Лебединский ГОК». Обогатительная фабрика. Цех хвостового хозяйства. Сгуститель ЦМ-30М с насосной станцией и подающими лотками». 2014. – С. 32.
6. СОФ МГРИ. Отчет «Оценка запасов подземных вод для хозяйственно-бытового водоснабжения ЗАО «Кондитерская фабрика «Славянка» и её базы отдыха в Старооскольском районе Белгородской области». 2012. – С. 57.