1.2 Гидрогеология

Подземные воды участвуют во всех процессах развития земной коры, поэтому закономерности их формирования, распространения и использования рассматриваются учеными в неразрывной связи с основными геологическими структурами, их тектоникой, структурными этажами и зонами, формациями пород и физико-географическими условиями.

Рассматриваемая территория представляет собой межгорный артезианский бассейн древней Саяно-Алтайской гидрогеологической складчатой области. Площадь его составляет более 50 тыс. км². Кузнецкий межгорный артезианский бассейн, с окаймляющими его с запада восточным склоном Салаирской гидрогеологической складчатой области, с востока, с юго-запада и севера – склонами Кузнецко-Алатаусской гидрогеологической складчатой области и с севера – Колывань-Томской гидрогеологической складчатой областью, рассматривается как единая водонапорная система с областями подземного и поверхностного стока в долины рек Томи и Ини. В бассейне имеют развитие все генетические типы подземных вод. Наиболее широко распространены инфильтрационные воды в глубоких частях структуры. В морских отложениях первого водоносного комплекса развиты седиментационные воды.

Горные сооружения, окружающие Кузнецкий угольный бассейн, сложены в основном метаморфизированными магматическими породами и осадочными морскими породами докембрия, нижнего и среднего палеозоя, и подземные воды в них связаны с зонами разлома, трещиноватости и карстовыми проявлениями в карбонатных породах. По характеру обводненности и составу водовмещающих пород в пределах этого нижнего структурного этажа (фундамента) выделяется два водоносных подкомплекса: первый водоносный подкомплекс объединяет метаморфические и изверженные породы от протерозоя до силура, второй водоносный подкомплекс включает морские эффузивно-осадочные, преимущественно карбонатные отложения нижнего карбона и девона. Породы этого подкомплекса практически повсеместно подстилают угленосные отложения бассейна. В пределах Кузнецкого артезианского бассейна выявлено шесть водоносных комплексов. Каждый комплекс формировался в однотипных генетически связанных фациально-геохимических и физико-географических условиях, поэтому характеризуются специфическими геохимическими, катагенетическими, коллекторскими свойствами и определяет своеобразные условия залегания, движения и формирования химического состава подземных вод. Обобщенные средние данные по химическому и минералогическому составу подземных вод приведены в таблице 1.

Таблица 1

Основные типы подземных вод бассейна реки Томи

Генетические типы и геохимическая обстановка	Типы подземных вод (водоносные комплексы)	Генети-ческий тип режима	Химический состав подземных вод
			минера-лизация, мг/л	состав	ведущие процессы формиров-я состава подземных вод
Инфильтрационные в зоне интенсивного водообмена, до глубины 12-300 м, холодные. Обстановка окислительная. Газы О2, N2, C2 атмосферного происхождения.	V. Порово-пластовые воды рыхлых кайнозойских отложений IV. Трещинно-пластовые и порово-пластовые воды мезозойских отложений III. Трещинные воды молодых магматических пород II. Трещинно-пластовые, трещинные воды палеозойских угленосных отложений	Водо-раздель-ный, при-бреж-ный, смеша-нный, искус-ствен-ный	Преиму-щест-венно пресные 0,1-1,0 г/л	HCO3-Ca, HCО3-Ca-Na, HCO3-Cl-Na, HCO3-Na, HCO3-Ca-Mg	Выщелачивание пород, реже процессы континентального засоления в Присалаирской зоне. Выщелачивание пород, гидролиз алюмосиликатных минералов и растворение карбонатных пород.Окисление органич веществ, углей,пород.
	Подкомплексы:IIб. континентальных от-ложений Кольчугин-ской серии; IIа. Лагунно-континентальных отложений Балахонской серии I.Tрещинно-пласто-вые, трещинные, кар-стовые воды морских, метаморфических и изверженных пород протерозоя, нижнего и среднего палеозоя			HCO3-Ca, HCO3-Ca-Mg, HCO3-SO4-Ca
	Подкомплексы:Iа. Трещинно-пластовые; трещинные, кар-стовые воды метамор-фических и извержен-ных пород нижнего палеозоя и протеро-зоя; Iб. трещинно-пластовые,трещинные,карстовые воды морских отложений
Инфильтрацион-ные в зоне заме-дленного водо-обмена до глуби-ны 1000-1500м, холодные, теп-лые. Газы NH4, N2, редко H3S биогенного про-исхождения. Об-становка восста-новительная.	I-IV	Водона-порно-газо-вый, реже искус-ствен-ный	Минера-лизован-ные, 2-6 г/л	HCO3-Na, HCO3-Cl-Na	Выщелачивание пород, гидролиз aлюмосиликатных минералов,кaтионный обмен,сорбция элементов, десульфатизация вод, осаждение карбонатов
Инфильтрацион-ные,седиментационные,смешанные,реже возрожденные в зоне весьма за-медленного во-дообмена,теплые,горячие,на глубине 1500 м. Газы NH4,CO2, биогенного и термометаморфического про-исхождения. Об-становка пере-ходная к мета-морфической.	I-III	Газово-водона-порный, газовый	Соле-ные более 10 г/л	Cl-Na	Гидролиз алюмосили-катных минералов, катионный обмен, сорбция элементов. Формирование хлоритово-гидро-слюдистого и кварцево-альбито-фирового цемента.

По характеру питания и разгрузки в отложениях Кузбасса выделяются четыре основных генетических типа режима подземных вод: водораздельный, прибрежный, карстовый и искусственный. В большинстве случаев общий тип воды остается без изменения в зимнее время. В период летней межени несколько увеличивается общая минерализация воды, возрастает содержание микрокомпонентов. Наиболее зависимыми от климатических факторов являются общая минерализация, величина pH,содержание микроэлементов и органических веществ. Увеличение минерализации обусловлено повышением содержания ионов натрия и хлора.

В вертикальном разрезе развиты три гидрогеодинамические зоны: интенсивного водообмена, замедленного и весьма замедленного водообмена. Зона интенсивного водообмена представляет зону интенсивной гипергенной переработки угленосных отложений, обуславливающей интенсивную миграцию химических элементов; зона замедленного водообмена является зоной противоборства окислительной и восстановительной обстановок; зона весьма замедленного водообмена – зона проявлений основных гидрогеохимических закономерностей развития процессов катагенеза и метаморфизма горных пород.

По условиям питания и разгрузки подземных вод, формирования стока в пределах Кузнецкого межгорного артезианского бассейна выделяется пять зон (по Г.М. Рогову, 1966 г.)

1. Зона открытой степи с недостаточным увлажнением, с затрудненными условиями питания и разгрузки подземных вод охватывает северо-западную Присалаирскую часть Кузбасса и северо-восточную окраину Салаирской складчатой области и характеризуется слаборасчлененным рельефом и наличием мощной толщи рыхлых глинистых отложений, затрудняющий инфильтрацию атмосферных осадков и поверхностный сток. Создаются благоприятные условия для испарения основной массы выпадающих осадков. В пределах зоны на значительной территории проявляются процессы континентального засоления. В общем балансе из 300-350 мм выпадающих атмосферных осадков 100-150 мм уходят поверхностными или подземными стоками. Инфильтрационное питание составляет 15-30 мм в год.

2. Зона всхолмленной степи, с умеренно увлажненным климатом, с удовлетворительными условиями питания и разгрузки подземных вод охватывает центральную и северную часть бассейна. Рельеф достаточно расчленен, рыхлые четвертичные отложения имеют изменчивую мощность, на отдельных участках практически отсутствуют. Средний модуль поверхностного стока для этой области составляет 10-15, редко 20 л/с км², подземного 1-3 л/с км². Из 400-500 мм атмосферных осадков, выпадающих в год, 240-310 мм уходят поверхностными и подземными стоками. Около 30-40 мм в год составляет инфильтрационное питание подземных вод.

3. Северо-восточная часть артезианского бассейна и Колыванско-Томская складчатая зона входят в зону всхолмленной равнины, островной тайгой, с увлажненным климатом. На этой территории условия питания и разгрузки подземных вод удовлетворительны. Средний модуль поверхностного стока составляет 10-20 л/с км², подземного 1-5 л/с км². Из 400-500 мм атмосферных осадков в год 300-320 мм уходят поверхностными и подземными стоками. Около 40-60 мм атмосферных осадков инфильтруется, пополняя запасы подземных вод.

4. Зона расчлененного низкогорного рельефа, с тайгой, с избыточным увлажнением, с хорошими условиями питания и разгрузки подземных вод, охватывает восточную и южную часть Кузбасса, а также южную часть Салаирской складчатой области. В этой зоне количество атмосферных осадков превышает 550-650 мм в год, средние модули поверхностного стока составляют 10-20 л/с км², подземного 3-10 л/с км². На поверхностный сток уходит 310-400 мм, величина инфильтрации питания составляет 70-100 мм в год.

5. Юго-восточная окраина бассейна и западный слон Кузнецкого Алатау представляют зону высокогорного резко расчлененного рельефа с тайгой, характеризуется избыточным увлажнением и хорошими условиями питания подземных вод. Количество атмосферных осадков превышает 700-900 мм, иногда 1000 мм в год. Рыхлые отложения имеют незначительную мощность, местами совершенно отсутствуют. Мощность снегового покрова достигает 2 м и более, почвы зимой под слоем снега не промерзают, происходит подтаивание снега. Средние модули поверхностного стока достигают 20-40 л/с км², весной увеличиваются до 200 л/с км2, подземного стока достигают 5-10 л/с км². из общего количества выпадающих атмосферных осадков 60-70% обеспечивают поверхностный сток, но 25% составляет инфильтрационное питание подземных вод.

Таким образом, наиболее благоприятные условия питания подземных вод наблюдается в восточной и юго-восточной частях бассейна. Этому способствуют незначительная мощность рыхлых отложений, залесенность местности и высокое количество атмосферных осадков. Здесь наблюдается обилие источников и подземных водотоков. Подземный сток составляет более 20% от поверхностного. Наиболее благоприятным периодом восполнения запасов подземных вод является осень. Уровни подземных вод в осеннее время значительно повышаются. Весенний период менее благоприятен для восполнения запасов подземных вод. Весной при быстром таянии снега и мерзлом состоянии почв основная масса снежной воды уходит поверхностным стоком. Особенно неблагоприятен этот период для питания подземных вод в степной части бассейна. Подземные воды бассейна, особенно зоны интенсивного водообмена, дренируются поверхностными водотоками, крупными заболоченными логами [11].