2020-07-01
334
5. ГЕОМОРФОЛОГИЯ
Геоморфологическое положение полигона практики определено нами в соответствии со схемой геоморфологического районирования Урала, составленной А.П.Сиговым и В.С. Шубом (1981),а затем дополненной и уточнённой Л.А. Шубом (1983).Площадь полигона находится на восточной окраине Русской равнины (морфоструктура Iпорядка) в пределах денудационной равнины Предуралья (морфоструктура IIпорядка). Морфоструктурой III порядка является Средне-Камская низменная равнина.
Современный рельеф территории г. Перми и её окрестностей, который формировался в течение длительного времени, взаимосвязан с историей геологического развития Пермского Предуралья и всего Урала. В формировании рельефа принимали участие структурно-тектонический и литологический факторы, денудационные, эрозионно-аккумулятивные, аккумулятивные, карстовые и неотектонические процессы.
Средне-Камская низменная равнина представляет собой сложную геоморфологическую структуру, приуроченную к Пермскому своду и Висимской впадине. Отметки рельефа в морфоструктуре – 85-250 м, углы наклона поверхности – до 20, энергия рельефа – 36-80 м, коэффициент густоты речной сети – 0,7-1,0 км/км2, коэффициент расчленённости рельефа в депрессиях – 0,06-0,08, в поднятиях – 0,16-1,0 [29].
В границах полигона практики имеют развитие следующие формы рельефа: эрозионно-денудационные, эрозионно-аккумулятивные, карстовые, суффозионные, водно-ледниковые, эоловые (?), эрозионные, оползневые, абразионные и техногенные.
Эрозионно-денудационные формы представлены, по В.А. Апродову [2], Б.С. Лунегову и О.Б. Наумовой [18], высоким коренным берегов, высокой равниной и эрозионно-денудационными уступами. Первые две формы рельефа – это плоские или слегка всхолмлённые повышенные участки рельефа площади съёмки, осложнённые речными долинами, оврагами, логами, карстовыми образованиями. Абсолютные отметки высокого коренного берега колеблются от 200 до 250 м, превышения над меженным уровнем воды в р. Каме составляют 115-165 м. Сохранился он преимущественно в юго-восточной части полигона. Возраст данной поверхности определяется как миоцен-ранний плиоцен. Н.В. Введенская и др. [6] выделяют на указанных высотах восьмую и девятую надпойменные террасы долины реки Камы.
Высокая равнина располагается на абсолютных отметках 170-190 м с относительными превышениями над меженью в 85-105 м. Развита по обоим берегам р. Камы. Возраст её формирования датируется поздним плиоценом. По Н.В. Введенской и др. [6], высокой равнине соответствует седьмая и шестая надпойменные террасы.
Наиболее полное распространение в районе практики имеет эрозионно-аккумулятивная поверхность врезания современных рек. В пределах полигона находятся широкие хорошо разработанные долины рек Кама и Чусовая. В долине р. Камы закартированы пойма и четыре надпойменные эрозионно-аккумулятивные террасы: низкие – первая и вторая, и высокие – третья и четвёртая. Террасы имеют сложное внутреннее строение, обусловленное влиянием нескольких факторов: региональными и локальными тектоническими движениями, изменениями климатических условий (эпохами оледенения и межледниковья), карстовыми процессами. Б.С. Лунев и О.Б. Наумова [18] выделили пять уровней положения цоколей террас относительно межени р. Каме, которые отражают региональные движения земной коры в течение четвертичного периода. По их данным региональный подъём речной коры в Среднем Прикамье составил 78 м, средняя скорость подъёма – 0,1 мм в год. Амплитуда же локальных тектонических движений не превышала 10 м. Ритмичная смена климатических обстановок привела к ярусному строению аллювия террас: межледниковый аллювий (гумидная аллювиальная свита) в большинстве случаев перекрыт ледниковыми образованиями (перигляциальная аллювиальная свита).
Четвёртая надпойменная терраса хорошо выражена в современном рельефе широкой выровненной поверхность с абсолютными отметками – 145-160 м на левобережье и правобережье р. Камы. Относительные высоты поверхности террасы над меженью составляют 60-75 м, а подошвы аллювиальных отложений – 43-57м. На террасе расположено большинство микрорайонов г. Перми: Балмошная, Висим, Мотовилиха, Городские Горки, Нагорный и др., в районе Комсомольского проспекта – улицы Пушкина, Краснова, Революции, Швецова и т.д. Аллювиальные отложения отнесены к бельскому и гаревскому горизонтам среднего неоплейстоцена.
Третья надпойменная терраса сохранилась от размыва небольшими участками на обоих берегах р. Камы. На левом берегу на террасе расположены микрорайоны Лёвшино, Чапаева, Балатово и др. на правом берегу – комплекс ПНИПУ, микрорайон Гайва. Абсолютные отметки поверхности 120-135 м, относительные высоты 35-50 м, цоколь находится выше межени на 15-26 м. Аллювий террасы образует горновский и еловский горизонты (также среднего неоплейстоцена).
Вторая надпойменная терраса развита фрагментарно, в основном на правобережье р. Камы. На террасе находится большая часть жилых кварталов Закамска. Поверхность террасы имеет абсолютные отметки 110-115 м; относительные её высоты 25-30 м, цоколь выше меженного уровня на 5-8 м. Аллювий террасы – это талицкий и сайгатский горизонты верхнего неоплейстоцена.
Первая терраса в плане образует ряд узких выклинивающихся сегментов, прерывисто повторяющих все изгибы современного русла реки по обоим её берегам. На террасе располагаются микрорайоны Верхняя Курья, Нижняя Курья, Парковый, Абсолютные высоты поверхности террасы – 100-110 м, относительные – 15-25 м, цоколь её залегает ниже межени на 3-9 м. На обеих низких террасах встречаются элементы пойменного ландшафта: болота, старицы, меандры. Аккумулятивная часть террасы сложена аллювием табулдинского и кудашевского горизонтов.
Высокая и низкая поймы развиты практически на всём протяжении реки ниже Камской ГЭС. Они морфологически хорошо выражены и имеют довольно ровные поверхности. Подошва аллювиальных отложений пойм ниже меженного уровня воды на 5-12 м. Абсолютные отметки поверхности высокой поймы 92-96 м, относительные высоты – 7-11 м. Поверхность часто осложнены микроформами: прирусловыми валами, озёрками. Низкая пойма представляет собой песчаные отмели, косы, пляжи. Абсолютные отметки её поверхности – 87-90м, относительные 4-5 м. Время формирования пойм – голоцен.
В долине р. Чусовой в приустьевой её части также выделяются пойма и четыре надпойменные террасы. Относительные высоты их поверхностей составляют: для поймы до 6-8 м, для первой надпойменной террасы – 10-15 м, второй – 20-26 м, третьей – 35-45 м, четвёртой – 55-65 м. Поймы и низкие террасы как р. Камы, так и р. Чусовой выше Камской ГЭС затоплены в настоящее время водами Камского водохранилища.
Долины притоков рек Камы и Чусовой разработаны в значительно меньшей степени. На отлогих берегах этих рек долины притоков характеризуются большой шириной, пологими склонами, и плавными переходами долин в водоразделы (таковы бассейны малых рек – Гайвы, Ласьвы, Нижней и Верхней Мулянок). На крутых же берегах долины притоков обычно узкие с крутыми склонами и сравнительно ровными уплощёнными днищами (речки Егошиха, Ива, Васильевка и др.). Долины притоков на отдельных участках террасированы: чаще здесь выделяются лишь низкая и высокая поймы, в некоторых случаях выражены одна-две надпойменные террасы.
Карстовые формы рельефа представлены в основном небольшими воронками провального типа, образовавшимися в результате обрушения сводов подземных карстовых полостей в гипсово-ангидритовых или карбонатных пачках. Диаметр воронок обычно не превышает 40-60 м, глубина их до 7-10 м. В вертикальны сечениях воронки – чашеобразные или блюдцеобразные, в плане – округлые, овальные, иногда сдвоенные. Некоторые воронки заполнены водой, образуя небольшие карстовые озёра, или же поросли лесом. На площади съёмки карстовые формы рельефа распространены на водоразделе рек Камы и Чусовой (районе д. Залесной) и на правом берегу р. Камы (в районе с. Хохловки).
В пределах полигона развиты также процессы суффозии, вызывающие суффозионно-просадочные деформации земной поверхности в виде провалов, воронок, ложбин. Появлению деформаций способствуют как природные, так в ещё большей мере техногенные факторы. Очень много суффозионных воронок зафиксировано на территории г. Перми на площадях развития глинисто-алевритовых отложений; обнаружены воронки также на участках развития лёссовидных покровных суглинков в бассейне р. Гайвы.
Аккумулятивная водно-ледниковая поверхность (зандровая равнина) среднечетвертичного возраста развита локальными участками на обоих берегах р. Камы. В её образовании основную роль играла, видимо, аккумулятивная деятельность талых вод ледника. Так, типичной зандровой равниной является долина р. Гайвы в своём нижнем течении. Для этого участка характерен бугристый и мелкогрядовый рельеф с широкими пологими междуречьями, местами изрезанными неглубокими молодыми оврагами и долинами речек. Поверхности междуречий покрыты флювиогляциальными песками и перигляциальными суглинками, претерпевшими эоловую переработку.
Весьма широкое развитие на полигоне, главным образом на правобережье р. Камы, имеют своеобразные формы рельефа в виде бугров высотой 3-5 м, сложенных мелкозернистыми кварцевыми песками жёлто-бурого цвета. Они осложняют поверхности пойм и низких террас реки, встречаются на участках распространения водно-ледниковых отложений. Часто бугры сливаются в гряды и валы, прослеживающиеся на значительные расстояния (до 2-3 км). Существуют две точки зрения на их происхождение: одни геологи считают эти формы рельефа эоловыми образованиями, по мнению других [11,16], бугры являются прирусловыми валами р. Камы.
Очень многочисленны на площади съёмки собственно эрозионные формы рельефа, наблюдающиеся практически повсеместно в виде промоин, рытвин, оврагов, логов.
Оползневые формы рельефа развиты на крутых склонах долин рек и оврагов в виде бугристых образований и разнообразных по форме и размерам оползневых блоков. Но полигоне практики оползни зафиксированы в нескольких местах: на обоих берегах реки Камы выше мыса «Стрелка», на реках Егошихе, Верхней Мулянке и др.
Создание Камского водохранилища вызвало интенсивную переработку берегов р. Камы. Произошла активизация процессов оврагообразования, заболачивания, усилились карстовые и оползневые явления. Ведущим факторов образования берегов водохранилища стал процесс абразии – волнового их размыва. В результате над пойменной подрезки надводная часть берегов постепенно отступает, вырабатывается новый их профиль, в подводной же части образуется абразионно-аккумулятивные отмели.
На площади полигона довольно широко представлены техногенные формы рельефа. К ним относятся отвалы и карьеры, разнообразные выемки и насыпи (вдоль железных и автомобильных дорог, при строительстве зданий и сооружений), плотина Камской ГЭС, запруды. Отвалы пустых пород, образовавшиеся при разработке медистых песчаников, сосредоточены на междуречье рек Ивы и Таланжанки, в микрорайоне Костарево. Отвалы представляют собой прямолинейные, серповидные или подковообразные гряды высотой 1,5-2,5 м, редко 4 м, шириной 50 м. Карьеры применяются при добыче нерудных полезных ископаемых: гипса, глины, торфа, песчано-гравийной смеси, строительного песка. Самым крупным в окрестностях Перми является Чумкасский гипсовый карьер; менее крупные карьеры – Городищенский, Резвянский, Костаревский, Закамский.
6. ГИДРОГЕОЛОГИЯ
Равнинная часть Пермского края входит в состав восточной окраины Волго-Камского многопластового артезианского бассейна. Полигон практики — г. Пермь и его окрестности— расположен в пределах Камской гидрогеологической области (рис.6.1). Со слагающими полигон различными по возрасту и литологическому составу породами связаны подземные воды нескольких типов. В рыхлых отложениях развиты обычно поровые грунтовые воды, характеризующиеся небольшой глубиной залегания, отсутствием напора, легкой загрязняемостью. В коренных песчано-глинистых породах верхней, затронутой выветриванием, части разреза распространены субнапорные трещинно-грунтовые воды. В более глубоких частях разреза развиты напорные воды: порово-пластовые, трещинно-пластовые и карстовые. [по Шимановскому, 1973].
По условиям взаимосвязи с земной поверхностью водоносные подразделения разделяются на два гидрогеодинамических этажа: верхний и нижний, границей между ними является региональный иренский водоупор. К верхнему этажу относятся гидрогеологические подразделения, в той или иной степени связанные с поверхностью; они содержат пресные и солоноватые воды. Нижний этаж объединяет гидрогеологические подразделения, которые практически утратили связь с поверхностью и характеризуются застойным режимом; в них распространены соленые воды и рассолы.
Гидрогеологическая характеристика полигона практики приводится по материалам отчетов о гидрогеологических съемках соответствующих листов и сводного отчета [36, 42, 46]. Описание гидрогеологических подразделений производится в стратиграфической последовательности сверху вниз.
6.1 ВЕРХНИЙ ГИДРОГЕОДИНАМИЧЕСКИЙ ЭТАЖ
В верхний гидрогеодинамический этаж входят: водоносный локально-слабоводоносный четвертичный аллювиальный горизонт, водопроницаемые локально-водоносные четвертичные флювиогляциальный, эоловый и элювиально-делювиальный горизонты, слабоводоносный локально-водоносный шешминский терригенный комплекс, водоносная и водопроницаемая локально-водоносная соликамские терригенно-карбонатные свиты, водоносная иренская карбонатно-сульфатная серия.
Водоносный локально-слабоводоносный четвертичный аллювиальный горизонт. Основными водосодержащими породами являются слои и линзы галечников гравия, песков и супесей. Литологическая невыдержанность аллювиальных отложений, сложное строение речных долин, большие амплитуды колебаний высотных отметок поверхностей террас и их цоколей обусловливают существование нескольких самостоятельных водоносных пластов.
Аллювиальный горизонт относится к грунтовому типу и характеризуется в основном отсутствием напора подземных вод. Напор вод наблюдается лишь на участках, где водоносные слои перекрыты глинами и суглинками. Глубина залегания кровли аллювиального горизонта в большинстве случаев находится в пределах 1,5—15 м. Питание подземных вод происходит за счет атмосферных осадков, подтока из коренных отложений и, частично, путем инфильтрации из водохранилищ. Коэффициент фильтрации изменяется от сотых долей до нескольких десятков метров в сутки, но наиболее часто составляет 1—10 м/сут. Дебиты колодцев обычно 2000— 4000 м3/сут., одиночные водозаборные скважины имеют производительность от 10—15 до 100 м3/сут.
Грунтовые воды аллювиальных отложений отличаются значительными колебаниями минерализации и разнообразными гидрохимическими фациями. Преобладают гидрокарбонатно-кальциевые пресные воды с невысокой минерализацией 0,1—0,7 г/дм3, реже, обычно в аллювиальных отложениях II и IV террас, встречаются гидрокарбонатно-кальциево-магниевые пресные воды с минерализацией 87—550 мг/дм3. Встречаются воды и с более сложным химическим составом. В них отмечаются повышенные содержания сульфатов, хлоридов, нитратов калия и натрия с одновременным увеличением минерализации до 2 г/л. Появление таких вод объясняется бытовым загрязнением или влиянием подстилающих аллювий пород (гипсов и ангидритов иренской свиты).
Воды аллювиальных отложений широко используются для водоснабжения населенных пунктов, расположенных в долинах рек.
Водопроницаемый локально-водоносный четвертичный флювиогляциальный горизонт связан с флювиогляциальными отложениями. Глубина залегания подземных вод достигает 10 м, наиболее же часто —0,5—4,0 м. Коэффициент фильтрации варьирует от 0,2 до 9,0 м/сут. Питание вод происходит за счет атмосферных осадков. Разгрузка идет через редкие родники в речных долинах и путем фильтрации в подстилающие породы. Дебиты скважин,.вскрывших горизонт, составляют 0,17—0,51 л/с (14,7—44,1 м3/сут.).
По химическому составу воды относятся к пресным гидрокарбонатным кальциевым и натриево-кальцневым с минерализацией 0,1—0,2 г/дм3.
Водопроницаемый локально-водоносный четвертичный эоловый горизонт приурочен к эоловым мелкозернистым кварцевым пескам, коэффициент фильтрации песков 9,1—10.5* м/сут. Грунтовые воды залегают на глубинах от 0,5 до 4—5 м. Питание горизонта за счет атмосферных осадков и подтока из аллювиальных отложений. Подземные воды гидрокарбонатные кальциевые и магниево-кальциевые, пресные.
Водопроницаемый локально-водоносный четвертичный элювиально-делювиальный горизонт. Грунтовые воды находятся в супесях и скоплениях щебнисто-глыбового материала. Глубина их залегания зависит от рельефа местности и колеблется от 0,2 до 15—16 м. По химическому составу и минерализации подземные воды не отличаются от грунтовых вод аллювиальных отложений.
Слабоводоносный локально-водоносный шешминский терригенный комплекс связан с отложениями шешминской свиты. Водовмещающими породами являются песчаники и трещиноватые алевролиты, водоупорами служат аргиллиты и глинистые алевролиты. Пестрый литологическии состав шешминских отложений, невыдержанность водоносных пород по мощности и по площади определили сложное строение данного гидрогеологического комплекса.
По гидравлическим условиям и химическому составу подземных вод в шешминском водоносном комплексе выделяются две вертикальные зоны: 1) активного водообмена; 2) затрудненного водообмена.
Для первой зоны, расположенной выше эрозионного вреза, характерны трещинно-грунтовые гидрокарбонатные кальциево-магниевые пресные воды с минерализацией от 0,131 до 1,0 г/дм3 (чаще 0,3—0,5 г/дм3). Относительно высокая минерализация, фиксируемая в источниках г. Перми, его пригородов и крупных населенных пунктов, обусловлена бытовым загрязнением. В водах зоны активного водообмена отмечаются невысокие содержания фтора (0,18—0,24 мг/л), меди (до 0,01%), титана (до 0,03%), следы серебра.
Подземные воды этой зоны являются основным источником водоснабжения населенных пунктов.
Вторая зона залегает ниже базиса эрозии, она характеризуется трещинно-пластовыми высокоминерализованными жесткими водами с общей минерализацией 1—3 г/дм3. По химическому составу подземные воды очень разнообразны. Преобладают воды сульфатсодержащие (сульфатные, гидро-карбонатно-сульфатные, хлоридно-сульфатные) кальциевые, натриево-кальциевые и кальциево-натриевые.
Питание подземных вод шешминского водоносного комплекса преимущественно атмосферное. В пределах распространения соликамского горизонта по гидрогеологическому режиму вод выделяются две водоносные терригенно-карбонатные свиты: водопроницаемая локально-водоносная и водоносная. Водовмещающими в свитах являются известняки, доломиты, мергели, песчаники, алевролиты, водоупорными — аргиллиты и нетрещиноватые разности карбонатных пород. Фильтрационная способность пород невысокая: коэффициенты фильтрации чаще всего равны 1 — 10м/сут.
Водопроницаемая локально-водоносная соликамская терригенно-карбонатная свита приурочена к площадям выхода нижнесоликамских отложений на поверхность в сводовых частях Краснокамского вала и Межевской валообразной зоны. Здесь подошва свиты занимает высокое гипсометрическое положение по отношению к уровню рек Камы и Чусовой. Возникли условия, при которых соликамская водопроницаемая свита на одних участках оказывается полностью дренированной подстилающими закарстованными породами, а на других она является водоносной. Воды преимущественно трещинно-грунтовые со свободной поверхностью. По химическому составу — гидрокарбонатные магниево-кальциевые с минерализацией до 0,5 г/дм3. Практического значения для целей водоснабжения свита не имеет.
Водоносная Соликамская терригенно-карбонатная свита развита на остальной территории полигона практики, т. е. там, где Соликамский горизонт перекрыт породами шешминского горизонта, а также на площадях выхода верхнесоликамских отложений. В верхней части водоносной свиты, находящейся выше эрозионного вреза, распространены трещинно-грунтовые воды, обычно безнапорные, но иногда с местным напором. Воды пресные с минерализацией до 0,5 г/дм3, относятся к гидрокарбонатному магниево-кальциевому и кальциевому типам.
Ниже местных эрозионных врезов распространены напорные трещинно-пластовые воды. На небольших глубинах преобладают пресные гидрокарбонатные магниево-кальциевые и гидрокарбонатные кальциево-натриевые воды с минерализацией до 0,5 г/дм3. С глубиной минерализация вод увеличивается до 4,5 г/дм3, появляются сульфатные (хлоридно-сульфат-ные, сульфатно-хлоридные) натриево-кальциевые, кальциево-натриевые и натриевые воды.
Основным источником питания подземных вод служат атмосферные осадки. Разгрузка вод происходит в долинах рек в виде родников или скрытым переливом в иренский горизонт. Свита является водообильной: дебиты родников доходят до 240 л/с (преобладают дебиты 1 — 15 л/с), дебиты скважин изменяются от 0,1 до 100 л/с (чаще 4,2—9,6 л/с). Воды свиты имеют большое практическое значение для питьевого водоснабжения; солоноватые воды могут использоваться как минеральные лечебно-столовые.
Водоносная иренская карбонатно-сульфатная серия развита только в местах выхода иренских пород на земную поверхность или при неглубоком их залегании от поверхности; с погружением пород под более молодые отложения они становятся водоупором.
Водоносная серия содержит безнапорные трещинно-карстовые воды, циркулирующие по карстовым полостям в толще карстующихся пород. Различная степень трещиноватости и закарстованности пород определяет сильную изменчивость их фильтрационных свойств. Наибольшая водообильность пород серии наблюдается в зонах интенсивной трещиноватости, где активно идут процессы карстования. Дебиты родников варьируют от 0,1 до 200 л/с (преобладают 0,1—3,0 л/с), дебиты скважин — от 0,1 до 18,3 л/с.
По химическому составу подземные воды серии преимущественно сульфатные кальциевые с высокой минерализацией (до 2,3 г/дм3). На участках, где воды связаны с карбонатными породами, они имеют сульфатно-гидрокарбонатный состав с минерализацией менее 1,0 г/дм3. На более глубоких горизонтах скважинами вскрываются сульфатно-хлоридные и хлоридные натриевые воды с минерализацией до 4,1 г/дм3.
Трещинно-карстовые воды питаются дождевыми и талыми водами, в некоторых местах они подпитываются водами соликамского горизонта и речными водами. На полигоне встречаются все виды разгрузки подземных вод серии: родниковая, субаквальная (на дне рек и озер) и подземная (в другие водоносные отложения).
6.2 НИЖНИЙ ГИДРОГЕОДИНАМИЧЕСКИЙ ЭТАЖ
В состав нижнего этажа входят четыре слабоводоносных гидрогеологических подразделения: нижнепермско-среднекаменноугольная, средне-нижнекаменноугольная и турнейско-верхнедевонская карбонатные серии и вендско-рифейский терригенный комплекс. Они разделены водоупорными локальноводоносными (слабоводоносными) карбонатно-терригенными комплексами: каширско-верейским, визейским и верхне-среднедевонским. В верхней части гидрогеодинамического этажа (до глубины 1,5—2,0 км) развиты напорные подземные воды, находящиеся под гидростатическим давлением; ниже располагается зона напорных восходящих вод. В самых низах этажа в депрессиях кровли фундамента предполагается наличие избыточно-напорных восходящих вод. Водоупорный иренский карбонатно-сульфатный комплекс представлен чередующимися гипсово-ангидритовыми и карбонатными пачками. Комплекс является региональным водоупором, отделяющим палеозойские доиренские водоносные подразделения от верхнепермских и более молодых.
Водоносная локально-слабоводоносная нижнепермско-среднекаменноугольная серия объединяет нижний отдел перми (отложения древнее иренской свиты), верхний отдел карбона и московский ярус (кроме каширского и верейского горизонтов) среднего карбона. Снизу серия подстилается слабопроницаемыми карбонатно-терригенными породами каширско-верейского комплекса. Фильтрационные свойства и водообильность карбонатных пород вследствие разной степени трещиноватости и закарстованности изменяются в широких пределах.
Химический состав подземных вод не отличается большим разнообразием и является характерным для зоны затрудненного и застойного водообмена. Почти на всей площади съемки развиты высокоминерализованные и крепкие рассолы хлоридного натриево-кальциевого состава с минерализацией до 500—600 г/дм3; содержания сероводорода в них до 540 мг/дм3, брома — 200- 500 мг/дм3 и йода —6—11 мг/дм3.
На участках, где водоупорная толща иренской свиты выходит на поверхность и нарушена карстом, в филипповском горизонте и верхней части артинского яруса наблюдаются солоноватые сульфатно-кальциевые воды.
Водоупорный локально-водоносный каширско-верейский карбонатно-терригенный комплекс представлен известняками и аргиллитами с прослоями доломитов и алевролитов. Водоупорными являются аргиллиты и глинистые алевролиты, водоносными - карбонатные породы и алевролиты. Проницаемые породы обводнены слабо и неравномерно, притоки воды в скважины не превышают 10 м3/сут. Подземные воды — хлоридные натриевые с минерализацией 110—280 мг/дм3; в них отмечены повышенные содержания йода (более 10 мг/дм3), брома (более 600 мг/дм3) и аммония (100—150 мг/дм3).
Водоносная локально-слабоводоносная средне-нижнекаменноугольная карбонатная серия включает полностью башкирский и серпуховский ярусы, а также почти весь окский надгоризонт визейского яруса. Водоносная серия сложена известняками и доломитами, коллекторские свойства которых определяются степенью их трещиноватости, кавернозности и закарстованности. Подстилающими породами являются терригенные образования визейского яруса.
Водообильность отложений в серии весьма неравномерная как по площади, так и в вертикальном разрезе. Дебиты скважин — от долей до 1500 м3/сут. По химическому составу воды являются высококонцентрированными рассолами хлоридного натриево-кальциевого состава с минерализацией 231 282 г/дм3, с повышенными содержаниями йода (10,1 — 28,2 мг/дм3) и брома (62:3—1572 мг/дм3).
Водоупорный локально-водоносный визейский терригенный комплекс приурочен к терригенным породам, слагающим низы окского и весь кожимский надгоризонты. Комплекс представлен песчаниками, алевролитами, аргиллитами, с пропластками глинистых каменных углей, иногда с прослоями доломитов и известняков.
Водоносные породы (песчаники, алевролиты, редко карбонатные отложения) характеризуются низкими значениями коэффициента фильтрации — от 0,001 до 0,4 м/сут. Обычные дебиты скважин около 50 м3/сут.
По химическому составу воды комплекса весьма однородны— это хлоридные натриево-кальциевые рассолы с минерализацией до 260 г/дм3. Содержания примесей составляют: йода — 10—19 мг/дм3, брома — 650—715 мг/дм3, бора — 4,7 мг/дм3 и стронция — до 460 мг/дм3.
Слабоводоносная турнейско-верхнедевонская карбонатная серия объединяет турнейский, фаменский ярусы и большую часть франского (верхний и средний подъярусы). Серия сложена в основном известняками, в различной степени доломитизированными; встречаются также доломиты, известняковые сланцы и аргиллиты. Водообильность пород низкая и неравномерная, коэффициенты фильтрации не превышают 0,6 м/сут. Дебиты скважин в большинстве случаев составляют единицы кубометров в сутки.
Карбонатная серия насыщена преимущественно, хлоридными натриево-кальциевыми рассолами с минерализацией 230—295 г/дм3, реже отмечаются рассолы хлоридного магниево-кальциево-натриевого состава с минерализацией 205— 215 г/дм3. Содержания примесей в рассолах: йода 10— 20 мг/дм3, брома 500—1300 мг/дм3.
Слабоводоносный локально-водоносный верхне-среднедевонский карбонатно-терригенный комплекс охватывает нижнефранский подъярус, живетский, эйфельский и эмсский ярусы. В слагающих комплекс породах преобладают терригенные, коллекторами из которых являются песчаники и алевролиты. Водоносные породы комплекса обладают плохими фильтрационными свойствами: коэффициент фильтрации менее 0,1 м/сут. Для скважин наиболее характерны дебиты в первые десятки кубометров в сутки.
Воды представлены высокоминерализованными, сильно-метаморфизованными хлоридными натриевыми рассолами с минерализацией 240—316 г/дм3, обогащенные бромом (770 -1012 мг/дм3), йодом (10—17 мг/дм3), аммонием (до 200 мг/дм3) и стронцием (400—570 мг/дм3).
Слабоводоносный вендско-рифейский терригенный комплекс представляет собой мощную толщу мелкообломочных терригенных пород: алевролитов, песчаников, аргиллитов, в основании которой находится пачка песчанистых доломитов. Водопроницаемые породы — песчаники, алевролиты и, по-видимому, трещиноватые доломиты, разделены пачками аргиллитов и глинистых алевролитов. Притоки воды в скважины от 1 до 200 м3/сут.
По химическому составу подземные воды относятся к весьма крепким рассолам хлоридного кальциево-натриевого и натриево-кальциевого составов с минерализацией 200— 280 г/дм3. Воды насыщены бромом (1172—1306 мг/дм3) и бором (104—183 мг/дм3) при относительно низком содержании йода (4,1—7,1 мг/дм3).
Водоупорная локально-слабоводоносная зона нижнепротерозойско-архейских кристаллических пород. При опробовании пород кристаллического фундамента в скв. 12 (на Северокамском нефтяном месторождении) притока воды не получено. Однако подземные воды в фундаменте зафиксированы за пределами Пермского края.
В. Г. Попов (1985) в породах фундамента выделяет скопления подземных вод двух классов. Воды первого класса содержатся в корах выветривания, имеющих обычно небольшие мощности. Так, в Глазовской скважине наблюдался приток из коры выветривания кристаллических пород рассолов хлоридно-натриево-кальциевого состава с минерализацией 234,6 г/дм3 при дебите 3,6 м3/сут.
Воды второго класса связаны с зонами тектонических нарушений в фундаменте. В скважине, пробуренной на Татарском своде, были отмечены притоки в 66—125 м3/сут. исключительно высокометаморфизованных хлоридных кальциевых рассолов с минерализацией 290—299 г/дм3 при концентрациях примесей: брома —1871 —1932 мг/дм3 йода — 8—9 мг/дм3 и бора — 3—8 мг/дм3.
7. ИСТОРИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ
Геологическому развитию описываемой территории, как одному из участков Волго- Уральской антиклизы, присущи черты, характерные для пассивных окраин Русской плиты. Геологические процессы протекали на ней первоначально в условиях протогеосинклинального режима, затем – в условиях авлакогенного и в заключительную фазу – плитного режима. Протогеосинклинальный режим существовал в дорифейском этапе развития земли, авлакогенный – в рифейском этапе, плитный – в вендском, палеозойском и мезозойско-кайнозойском этапах.
Дорифейский этап развития охватывает архей и ранний протерозой. Земная кора в течении этапа была очень не стабильной: глубинными разломами она раскалывалась на крупные тектонические глыбы, которые постоянно испытывали дифференцированные перемещения, сопровождаемые мощными проявлениями магматизма. В образовавшихся глубоких впадинах происходило накопление вулканогенно-осадочных толщ. На протяжении такого длительного времени проявилось несколько протоорогенезов, в результате которых породы были интенсивно перемяты, раздроблены и подверглись глубокому метаморфизму. Этап завершился формированием сложно построенного комплекса перекристаллизованных образований – гранитно-гнейсового фундамента платформы.
Рифейскому этапу предшествовал продолжительный перерыв в осадконакоплении, о чем свидетельствует отсутствие в разрезах дорифейских осадочный образований и наличие коры выветривания пород фундамента.
Рифейский этап также отличался довольно активными тектоническими движениями – происходило дальнейшее дробление крупных глыб фундамента с образованием грабенов и горстов. Судя по наличию в разрезе рифейских образований прослоев эффузивных пород, перемещениям блоков сопутствовали незначительные по масштабам проявления вулканической деятельности. Продукты разрушения выступающих блоков фундамента сносились в пониженные участки и отлагались там в континентальных условиях. Один из подобных выступов находился в районе Северокамского поднятия. В калтасинское время на описываемой площади происходило отложение терригенно-карбонатных осадков и лагунно-морских обстановках. В конце этапа вся территория испытала подъем, сопровождающийся регрессией морского бассейна.
Вендский этап характеризовался относительно спокойными и медленными колебательными движениями земной коры. Авлакогенный режим развития платформы сменился собственно платформенным (плитным) режимом. На месте контрастных рифейских структур начали формироваться пологие наложенные структуры: антиклизы, синеклизы, поднятия, впадины. В позднем венде произошло опускание восточной части Восточно-Европейской платформы, которое вызвало наступление моря со стороны Уральской системы рифтов. Отложение мощной толщи песчано-глинисто-алевритовых осадков бородулинской и кудымкарскойподсерий происходило в прибрежно-морских условиях при нормальной солености вод (Кутуков и др., 1968 г.). Этап закончился байкальским орогенезом, вызвавшим на платформе подъем обширной территории и длительный континентальный перерыв в осадконакоплении. До среднего девона преобладающая часть восточной окраины Русской плиты занимала приподнятое положение, где господствовали континентальные условия, протекали активные процессы денудации ранее сформировавшихся пород.
Средне-позднепалеозойский этап охватывает интервал геологического времени от среднего девона до раннего триаса включительно. С койвинского времени в связи с усилившимся пригибанием Уральской геосинклинали началось погружение восточного крыла Волго-Уральской антиклизы. Трансгрессия морского бассейна со стороны геосинклинали захватила и рассматриваемую площадь съемки. Первоначально отлагался песчано-глинистый материал в континентальной и прибрежно-морской обстановках; в позднеэйфельское время в условиях уже неритовых глубин происходило накопление глинисто-карбонатных отложений. Состав обильной фауны в породах свидетельствует о том, что море было теплым с нормальной соленостью вод.
В начале живетскоговека произошел резкий подъем региона, некоторое время в нем существовал континентальный режим. Затем началась новая трансгрессия моря и в прибрежно-морской, лагунной, иногда наземной обстановках продолжилось отложение песчано-глинистых осадков страооскольскогонадгоризонта, пашийской и тиманской (нижняя пачка) свит.
В позднетиманское (позднекыновское) и саргаевское время морская трансгрессия усиливается. Устанавливается мелководный режим с нормальной соленостью, но с неспокойной обстановкой водной среды: накапливаются глинисто-известковистые илы, иногда с примесью алевритового и песчаного материала. В доманиковое время начала формироваться Камско-Кинельская система прогибов, которая контролировала характер осадконакопления в позднедевонскую и раннекаменноугольную эпохи. В самих прогибах существовал глубоководный морской бассейн с застойными водами, затрудненным водообменом и восстановительной средой. В таких условиях накапливались карбонатные илы, обогащенные органическим веществом, в дальнейшем преобразованные в битуминозные известняки и битуминозно-известняковые сланцы. За пределами прогибов море было мелким, теплым, нормально соленым, богато населенным разнообразными организмами, в том числе и рифообразующими. Интенсивное образование рифовых массивов происходило на благоприятных глубинах на бортах прогибов. На остальной территории отлагались нормальные органогенно-карбонатные осадки. Подавляющая часть полигона съемки находилась вне системы прогибов, и лишь вдоль восточной его границы проходила полоса рифообразования.
В начале турнейского века продолжалось унаследованное развитие территории, однако морской бассейн постепенно мелел, вызвав смену карбонатного осадконакопления на терригенно-карбонатное. Начался процесс компенсации осадками впадин Камско-Кинельской системы. Воздымание земной коры привело в конце турнейского века к осушению почти всей территории региона (за исключением Камско-Кинельских прогибов). За осушением последовал предвизейский перерыв в осадконакоплении, во время которого верхняя часть накопившихся турнейских отложений была размыта.
В косвинское время визейского века восстанавливаются морские обстановки. В прибрежной полосе моря в озерно-болотной, дельтовой и лагунной обстановках происходило накопление угленосных терригенных и карбонатно-терригенных отложений. В конце тульского времени усиливается морская трансгрессия, возникают нормальные морские условия: открытый морской бассейн с довольно чистой тепловой водой, но с несколько повышенной соленостью. В бассейне в течение поздневизейского времени и серпуховского века отлагались известковые и доломитовые илы, иногда сульфаты. К началу алексинского времени перестала существовать Камско-Кинельская система прогибов, ее впадины были полностью заполнены карбонатно-терригенными и терригенными осадками.
В конце серпуховского века западная половина полигона испытала подъем земной коры и регрессию моря, в результате чего здесь в разрезе башкирского яруса отсутствуют отложения краснополянского и частично северокельтменского горизонтов. В восточной же половине непрерывно продолжалось карбонатное осадконакопление в условиях мелководья.
Наступление среднекаменноугольной эпохи ознаменовалось новой морской трансгрессией. В условиях мелкого теплого моря с нормальной соленостью и обилием фауны и флоры в башкирский век накапливались известковые осадки с незначительной примесью глинистого и доломитового материала. В начале московского века в результате небольшого подъема дна морского бассейна установилась прибрежно-морская обстановка, в которой шло отложение преимущественно глинисто-известковых осадков. Последовавшее затем медленное погружение территории привело к устойчивому мелководному режиму карбонатного осадконакопления: в нем сначала преобладали известковые илы, а в позднекаменноугольную систему – доломитовые. Нередко вместе с карбонатными осадками отлагались сульфатные соединения.
История геологического развития восточного борта платформы в пермском периоде тесно связана с подъемом в это время Урала и образованием вдоль его западного склона предгорного прогиба. Зоны с различными фациальными обстановками приобретают простирание, параллельное уральским структурам. На описываемой территории условия накопления отложений после карбона существенно не изменились. В ассельском, сакмарском и артинском веках продолжалось образование доломитовых и известковых осадков, иногда с примесью сульфатов. Восточнее полигона практики в артинский век (в саргинское и саранинское время) формировались органогенные постройки. Между ними и над ними осаждались карбонатно-глинистые илы.
В кунгурский век продолжавшийся подъем Урала привел к регрессии моря с восточной части окраины Русской платформы. Морской бассейн обмелел, преобладающими стали лагунные обстановки. В условиях жаркого климата образовалась довольно мощная толща сульфатно-карбонатных отложений иренской свиты.
Восходящими движениями в конце раннепермской эпохи на востоке Волго-Уральской антиклизы были окончательно сформированы крупные платформенные структуры: Пермско-Башкирский свод, Камский свод, Верхнекамская впадина. Тектоническое развитие а позднепермскую эпоху характеризовалось в основном унаследовательностьюструктурных форм. Однако общий структурный план территории претерпел существенные изменения, выразившиеся в появлении общего регионального падения пород в сторону Предуральского прогиба.
В начале позднепермской эпохи море начинает уходить с территории Пермской области, разделяясь на ряд обмелевших солоновато-водных пресноводных замкнутых лагун и обширных озерных бассейнов. В них шло накопление карбонатно-терригенных осадков, нередко с примесью сульфатных образований. Наличие в некоторых карбонатных слоях морской фауны указывает на кратковременную связь пресноводных водоемов с открытым морем.
Со второй половины уфимского века почти на всей территории области установился континентальный режим осадконакопления. В шешминское время, в казанский и татарский века в условиях сухого аридного климата формировались красноцветные песчано-глинистые осадки, иногда в той или иной мере загипсованные.Обломочный материал сносился как с Уральского хребта, так и с возвышенностей внутриконтинентальной равнины; отложение осадков происходило в дельтовых обстановках, временами сменявшихся озерными.
В поздней перми – начале триаса произошло замыкание Уральской геосинклинали и консолидация ее вместе с Восточно-Европейской платформой в единое эпигерцинское платформенное сооружение. Орографически восточный край платформы по завершении консолидации представлял собой возвышенную равнину, примыкавшую к предгорьям Западного Предуралья. В течение длительного времени в Прикамье, как и на всем Урале, происходит размыв ранее образовавшихся отложений, в результате которого возникают разнообразные формы рельефа. Основными факторами геологического развития территории становится эпейрогенические движения земной коры и изменение климата. В.С.Шуб в мезокайнозое выделил шесть основных тектоно-климатических периодов развития региона: юрский, меловой, эоценовый, позднеолигоценовый, миоценовый и плиоцен-четвертичный.
Эрозионно-денудационные процессы, протекавшие на описываемой площади в мезозое, палеогене и неогене, не привели к сколько-нибудь заметному осадконакоплению: в колонке мезозойско-кайнозойских отложений фиксируется стратиграфический перерыв с перми до эоплейстоцена. Лишь очень маломощные аллювиальные отложения наурзимской свиты олигоцена были закартированына водоразделах рек Палазна и ПолазненскийВож, Палазна и Васькина.
В начале олигоцена началось заложение речной сети в очертаниях, близких к современным. На плоскиз водораздельных пространствах формировалась позднеолигоценовая денудационная поверхность. Миоценовая эпоха развития характеризовалась относительной тектонической стабильностью и засушливым климатом с сезонами ливневых дождей. В течение эпохи широкое развитие получили склоновые процессы, вызвавшие образование миоценовогопедиплена. Общие контуры речной сети в миоцене не изменились. Многие исследователи указывают на существование в это время крупных речных артерий – прарек Камы, Чусовой, Сылвы.
В плиоцен-четвертичномтектоно-климатичеком периоде развития территории усилившиеся неотектонические движения и изменяющиеся климатические обстановки вызвали новую активизацию процессов рельефообразования. В данный период на рассматриваемой территории происходит формирование современных речных долин с комплексом террасовых уровней. Осадочная формация плиоцен-четвертичных эрозионных циклов представлена аллювиальными отложениями надпойменных террас.
В эоплейстоцене аллювиальные осадки образовывались в пределах уже существовавших речных долин при мягком и теплом климате.
В раннемнеоплейстоцене в восточной части Восточно-Европейской платформы выделяются две фазы врезания палеорек. На полигоне практики хорошо выражена только вторая фаза – позднебакинская. Здесь в условиях прохладного и влажного климата отлагались аллювиальные осадки венедской свиты.
Позднее, в среднем и позднем неоплейстоцене, происходят последующие врезания древних речных систем. Периодическая же смена климатических условий (чередование эпох оледенения и межледниковых эпох) привела к однотипному двухъярусному строению аллювиальных свит, развитых на надпойменных террасах. Нижние части аллювиальных свит формировались в межледниковья, верхние – в эпохи оледенения. В среднем неоплейстоцене образовались высокие террасы, в позднем – низкие. Предполагается, что формирование аллювия низких террас в долине р. Кама происходило в основном путем перемыва ранее образовавшихся аллювиальных отложений, о чем свидетельствуют мощные линзы существенно кварцевых песков. В эти же геохронологические поры максимальной интенсивности достигают склоновые процессы6 на склонах палеовозвышенностей накапливаются довольно мощные толщи делювиальных отложений.
В среднем неоплейстоцене в эпохи ларевского (днепровского) и еловского (московского) оледенений на площади съемки, не покрывавшейся ледниками, образовывались флювиогляциальные отложения. В позднемнеоплейстоцене на возвышенных участках междуречий происходило отложение осадков смешанного происхождения.
В голоценовую эпоху идет образование осадков высокой и низкой пойм, формируются рыхлые отложения различного генезиса: аллювиальные, делювиальные, коллювиальные, пролювиальные, болотные и др. Естественные осадки в настоящее время дополняются еще и техногенными.
Земная кора продолжает испытывать дифференцированные тектонические движения. На карте современных движений площадь практики относится к территории неравномерного опускания. Наибольшая скорость погружения характерна для Камского водохранилища (4-6 мм/год), для других частей полигона скорость опускания несколько меньше (4-5 мм/год).
8. ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ
На площади учебного полигона распространено несколько видов полезных ископаемых, из которых наиболее важное народнохозяйственное значение имеют месторождения строительных материалов - гипса, песчано-гравийной смеси и кирпичной глины.
Горючие ископаемые
Нефть и горючие газы
Промышленная нефть в Пермской области была открыта в 1929 г. На Верхне-Чусовском месторождении. Нефти большинства месторождений отличаются повышенной сернистостью и парафинистостью, по плотности являются в основном тяжелыми. В нефтяных месторождениях содержится растворенный газ, некоторые залежи имеют газовые шапки. Все скопления нефти и газа приурочены к различным литолого-фациальным комплексам, каждый из которых обладает специфическими чертами нефтегазонакопления, типами залежей и литолого-фациальными особенностями; они изолированы друг от друга непроницаемыми покрышками. В настоящее время на территориях Пермской области в палеозойских отложениях геологи-нефтяники выделяют пять нефтегазоносных комплексов: эйфельско-тиманский, верхнедевонский-турнейский, нижневизейский, среднекаменноугольный и верхнекаменноугольно-нижнепермский.
Эйфельско-тиманский нефтегазоносный комплекс представлен терригенными породами: алевролитами и песчаниками. Общая нефтенасыщенная мощность- 5,2-5,6 м, эффективная -1,2-2,5 м. Покрышка комплекса сложена глинистыми известняками верхней пачки тиманского горизонта.
Верхнедевонский-турнейский нефтегазоносный комплекс представлен карбонатными породами. Как правило, франские, а иногда и фаменские структуры являются рифами, турнейские же – структурами облекания рифовых массивов. Коллекторами служат проницаемые разности рифогенных и слоистых известняков и доломитов. Покрышкой являются глинистые породы визейского яруса.
Нижневизейский нефтегазоносный комплекс – наиболее продуктивный, объединяющий отложения от подошвы визейского яруса до кровли терригенной пачки тульского горизонта. Коллекторами являются терригенные породы, покрышкой служат глинистые и доломитизированные известняки верхней пачки тульского горизонтов. Большинство месторождений приурочено к структурам облекания бортовых и внутренних рифогенных массивов Камско-Кинельской системы прогибов.
Среднекаменноугольный нефтегазоносный комплекс выделяется в объёме башкирского и московского ярусов. Коллекторами являются пористые и мелкокавернозные органогенно-детритовые известняки и доломиты общей мощностью 5,0 – 53,7 м, эффективная мощность залежей изменяется от 2,2 до 28,0 м. Покрышка – глинистые плотные разности известняков и доломитов вышележащих горизонтов.
Верхнекаменноугольно – нижнепермский нефтегазоносный комплекс приурочен к верхнекаменноугольным, ассельским, сакмарским и артинским отложениям. Коллекторами могут быть проницаемые разности слоистых и рифогенных известняков и доломитов. Региональной покрышкой служат карбонатные и сульфатно – карбонатные толщи кунгурского яруса.
Северокамское месторождение расположено в 18 км западнее г. Перми в среднем течении рек Ласьвы и Гайвы, приурочено к Северокамской антиклинальной структуре. Месторождение было открыто в 1938 году. Промышленная нефтеносность установлена на восточном и Кизимском куполах в среднекаменноугольном и нижневизейском нефтегазоносных комплексах, в западном куполе - в среднекаменноугольном и эйфельско-тиманском. Коллекторами в среднекаменноугольном комплексе являются карбонатные породы (известняки, частично доломиты) московского (верейский горизонт) и башкирского ярусов, коллекторы в нижневизейском эйфельско-тиманском комплексах - песчаники и алевролиты соответственно тульского и тиманского горизонтов. Начальные дебиты скважин достигали 120 т/сутки, текущие не превышают 3-5 т/сутки. Газовый фактор в начальный период разработки составлял 40-50 м3, сейчас более 200 м3/т. Попутный газ жирный, азота в нем 32-52%, метана 22-29%.
Лобановское месторождение находится восточнее г. Перми на водоразделе рек Камы и Сылвы. Оно приурочено к Лобановской брахиантиклинали, открыто в 1950 г. Промышленная нефтеносность развита в среднекаменноугольном (башкирский ярус) и нижневизейском (тульский горизонт) нефтегазоносных комплексах. Коллекторами в башкирском ярусе являются пористые разности известняков, в тульском горизонте – песчаники и алевролиты с прослоями аргиллитов. В начальный период разработки месторождения скважины фонтанировали с дебитом до 40 т/сут., текущие дебиты - до 10 т/сут. Газовый фактор составляет 42м3/т. Газ имеет азотно-углеводородный состав: азота 30-36%, метана до 34%.
Основные характеристики коллекторов приведены в таблице. Нефти обоих месторождений являются легкими, малосернистыми. Залежи нефти на месторождениях преимущественно пластовые сводовые, иногда массивные; режимы залежей – упруговодонапорные, растворенного газа или смешанные. По месторождениям наряду с запасами нефти были подсчитаны запасы попутного газа. Добыча нефти осуществляется механизированным способом.
