Гидрогеологические условия. 
Проблемы определения величины деформации полускальных нижнепермских грунтов

Равнинная часть Пермского края входит в состав восточной окраины Волго-Камского многопластового артезианского бассейна. Район исследования — г. Пермь расположен в пределах Камской гидрогеологической области. Со слагающими район 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 условиям взаимосвязи с земной поверхностью водоносные подразделения разделяются на два гидрогеодинамических этажа: верхний и нижний.

Нижний этаж объединяет гидрогеологические подразделения, которые практически утратили связь с поверхностью и характеризуются застойным режимом; в них распространены соленые воды и рассолы. Описание гидрогеологических подразделений производится в стратиграфической последовательности сверху вниз. Верхний гидрогеодинамический этаж — воды аллювиальных отложений широко используются для водоснабжения населенных пунктов, расположенных в долинах рек. 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. 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-сульфатные, сульфатно-хлоридные) натриево-кальциевые, кальциево-натриевые и натриевые воды. Трещинно-карстовые воды питаются дождевыми и талыми водами, в некоторых местах они подпитываются водами соликамского горизонта и речными водами. В районе исследования встречаются все виды разгрузки подземных вод серии: родниковая, субаквальная (на дне рек и озер) и подземная (в другие водоносные отложения). Нижний гидрогеодинамический этаж. Исходя из особенностей геологического строения и гидрогеологических условий в зоне активного водообмена в пределах территории г. Перми выделяются следующие гидрогеологические подразделения: — водоносный локально-слабоводоносный аллювиальный горизонт, объединяющий аллювиальные отложения поймы, I аккумулятивной, II и III эрозионно-аккумулятивных террас р. Камы; - проницаемый локально-слабоводоносный горизонт аллювиально-делювиальных и покровных отложений IV надпойменной террасы и высокой равнины; - шешминский терригенный слабоводоносный локально-водоносный комплекс; - соликамская терригенно-карбонатная водоносная свита, которая подразделяется на 2 подсвиты: нижнюю — водопроницаемую локально-водоносную терригенно-карбонатную, верхнюю — водоносную терригенно-карбонатную. Довольно часто в четвертичных отложениях формируются техногенные водоносные горизонты и верховодка, происхождение которой чаще всего также имеет техногенный характер.

Водоносный локально-слабоводоносный четвертичный аллювиальный горизонт вскрывается скважинами на глубине от менее 2 м до 10−15 м и более. В большинстве случаев подземные воды вскрываются в интервале 0−5 м.

Мощность водоносного горизонта обычно на пойме и низких терраса составляет 10−20 м, на III террасе 5−10 м.

Горизонт характеризуется присутствием пластов и линз гравия и галечника в основании разреза и разнозернистых песков с прослоями и линзами супесей и суглинков в его верхней части. Коэффициент фильтрации для мелких песков изменяется от 0,1 до 9,8 м/сут., средних — от 3 до 18,5 м/сут. (Костарев и др., 1985 г.). Для песчано-гравийно-галечных отложений значения коэффициента фильтрации в основном составляет 20−50 м/сут, редко менее. В целом отмечаются более низкие значения коэффициента фильтрации для левобережной части исследуемой территории. На пойме и низких террасах прослеживается четкая гидравлическая связь аллювиального горизонта с р. Камой.

Ширина зоны влияния режима водохранилища на колебаниях уровня подземных вод зависит от литологического состава прибрежной полосы и степени наполнения водохранилища. Это влияние сказывается на расстоянии от 110 до 350 м., захватывая в основном пойму и I надпойменную террасу, иногда II террасу (Курья, Закамск). По водообильности аллювиальный горизонт неоднороден. Производительность скважин варьирует от менее 0,5 л/с (долина р. Ласьвы) до 2−3 л/с и более (В. Курья, Закамск) при понижениях уровня в основном в пределах 1−5 м. Дебиты родников колеблются от сотых долей до нескольких литров в секунду (пластовые выходы). Основным источником питания горизонта являются атмосферные осадки, дополнительными — трещинно-грунтовые воды шешминского терригенного комплекса, речные воды р. Камы, а также утечки из коммуникаций и промстоки. Движение грунтовых вод происходит от тылового шва II и III террас к р. Каме.

Проницаемый локально-слабоводоносный горизонт аллювиально-делювиальных и покровных отложений IV надпойменной террасы и высокой равнины распространен в основном на левобережной восточной части г. Перми, где сосредоточена основная городская и промышленная застройка, а также на правом берегу р. Камы (рис.11), в районе микрорайона Гайва. Разрез горизонта представлен толщей покровных суглинков и глин, обогащенных в нижней части гравийным материалом. На отдельных участках (Висим, Городские Горки) в суглинках встречаются линзы песка мощностью до 1 м. На коренном цоколе, на глубине 5−15 м в виде линз залегают песчано-гравийные отложения мощностью 3−10 м. Поверхность рассматриваемого горизонта расчленена глубокими дренами. Вследствие незначительной мощности горизонта и различной степени дренированности его, в естественных условиях рассматриваемый горизонт является локально-водоносным. Подземные воды приурочены к линзам песка и песчано-гравийных отложений, залегающих среди покровных суглинков, которые на отдельных участках сдренированы и являются безводными. На обводненных территориях подземные воды встречаются на глубине 5−10 м, реже на 3−4 м. Воды, разгружаясь в делювий, часто вызывают сплавы грунтовых масс в верхней части склонов (правобережье р. Егошихи). Локальная обводненность горизонта наблюдается на Городских Горках, в Костарево, на Висиме и Вышке I. В ряде районов в процессе застройки естественная локальная обводненность горизонта нарушается. Это происходит вследствие нарушения дренированности (засыпки дрен) и создания дополнительных источников питания (утечки из трубопроводов и т. п.). В толще слабопроницаемых покровных суглинков формируются техногенные водоносные горизонты, которые, сливаясь с природными водами, обводняют всю толщу четвертичных отложений. В результате на застроенных площадях на глубине от менее 2 до 4 м. подземные воды фиксируется повсеместно. Слабоводоносный локально-водоносный шешминский терригенный комплекс занимает восточную часть левобережья исследуемой территории. Комплекс представлен мощной толщей красноцветных и переслаивающихся в вертикальном разрезе, замещающихся и выклинивающихся по простиранию песчаников, алевролитов, аргиллитов с прослоями и линзами известняков, мергелей. Характерной особенностью разреза является его загипсованность. Водоносные породы (песчаники, конгломераты, алевролиты, известняки) залегают в виде прослоев и линз различной мощности, при этом основными водовмещающими породами являются песчаники. Водоупорными отложениями служат аргиллиты, глинистые алевролиты.

По вертикальному разрезу водоносные слои распределяются неравномерно. Наибольшая их частота отмечается до глубины 60−80 м. Ниже, в связи с затуханием экзогенной трещиноватости, частота водопритоков резко уменьшается. Фильтрационные свойства пород зависят от эффективной трещиноватости. В целом, по данным Е. А. Иконникова (1990 г.), комплекс характеризуется преобладанием коэффициентов фильтрации 10−2 — 10−1 м/сут, которые составляют 72,2% от общего числа определений по материалам пробных откачек из одиночных скважин. В верхней части комплекса повсеместно, выше эрозионного вреза, развиты трещинно-грунтовые воды, трещинно-пластовые безнапорные воды залегают ниже трещинно-грунтовых вод, там, где последние не имеют сплошной водоупорной подошвы. Они распространены выше эрозионного вреза и находятся в условиях активного водообмена. Ниже уровня местных базисов дренирования циркулируют трещинно-пластовые напорные воды. По гидрогеологическим «окнам» эрозионного и тектонического происхождения, а также в местах фациального замещения пород они гидравлически связаны с грунтовыми водами. На этих участках возможна связь и с напорными водами нижележащих отложений. Глубина залегания трещинно-грунтовых вод изменяется от 5−10 м в долинах рек до 20 м и более на водоразделах. Наибольшая глубина залегания подземных вод (более 20 м) отмечается на междуречье рек Мулянки и Данилихи (микрорайоны Ераничи, Крохалевка, Бахаревка), а также в районе плотины КамГЭС. Меньшие глубины до уровня трещинно-грунтовых вод (5−10 м) зафиксированы в бассейнах рек Ивы и Бол. Мотовилихи, а также в верховьях рек Егошихи и Данилихи. На междуречьях рек Бол. Мотовилиха-Язовая, Язовая-Амбарка (микрорайоны Запруд, Вышка-I, Вышка-II, Чапаева, Камский) подземные воды залегают в интервале 10−20 м. В пределах междуречий глубина до зеркала трещинно-грунтовых вод закономерно возрастает от подошвы склонов к водоразделам. На участках, где имеются «подвешенные» горизонты, связанные с фациальной невыдержанностью шешминских отложений, наблюдается отклонение от этой закономерности. Водообильность комплекса характеризуется дебитами скважин, которые колеблются от 0,1−0,3 до 5−10 л/с и более. Наибольшая водообильность пород отмечается в бассейне нижнего течения р. Васильевки. В целом комплекс является слабообильным, в связи с преобладанием в разрезе пород с низкими фильтрационными свойствами. Основным источником питания подземных вод служат атмосферные осадки, на что указывает зависимость дебита родников от выпадения дождей и весеннего снеготаяния или отсутствия атмосферного питания в зимнее время. Движение трещинно-грунтовых вод происходит от водоразделов к местным дренам (р. Мулянке, Данилихе, Егошихе и др. и к р. Каме).

Соликамская терригенно-карбонатная водоносная свита широко распространена, характеризуется сложными гидрогеологическими условиями и является важной гидростратиграфической единицей Волго-Камского артезианского бассейна. Свита подразделяется на две подсвиты: нижнюю — водопроницаемую локально-водоносную терригенно-карбонатную и верхнюю — водоносную терригенно-карбонатную. Водовмещающими в подсвитах являются известняки, доломиты, мергели, песчаники, алевролиты, водоупорными — аргиллиты и нетрещиноватые разности карбонатных пород. Фильтрационная способность пород невысокая: коэффициенты фильтрации чаще всего равны 1−10 м/сут. Свита является водообильной: дебиты родников достигают 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).

На правобережье Камы под толщей шешминских отложений, на глубинах 130−150 м, в соликамских отложениях циркулируют минерализованные напорные воды. Активность водообмена здесь резко снижается с возрастанием глубины и в направлении падения пластов, что отражается на химизме вод. Питание подземных вод соликамского комплекса осуществляется за счет атмосферных осадков и возможного перетока из вышележащего шешминского комплекса на участках его развития с поверхности. Движение подземных вод происходит от водоразделов к речным долинам, где они разгружаются в виде родников и подрусловым путем (табл.2). Слабоводоносный локально-водоносный шешминский терригенный комплекс и водоносный локально-слабоводоносный четвертичный аллювиальный горизонт являются основными в рассматриваемом районе, имеющими практическое значение для хозяйственно-питьевого водоснабжения .

Проницаемый локально-слабоводоносный горизонт аллювиально-делювиальных и покровных отложений IV надпойменной террасы и высокой равнины ввиду малой мощности, очень низкой водообильности и локальной (спорадической) обводненности практического значения не имеет. 4].