3. Гидрогеологические особенности

Западно-Сибирская плита в гидрогеологическом отношении представляет собой крупный, сложно построенный артезиан­ский бассейн. Наиболее характерные его особенности — нали­чие большого количества водоносных горизонтов и комплексов пород, их ярусное расположение с водоупорными горизонтами в вертикальном разрезе и чрезвычайно пологое залегание слоев со слабым падением к центральным районам бассейна. В свя­зи с этим в верхней части разреза развиты подземные воды, за­ключенные в различных по возрасту и генезису породах. В от­носительно узкой полосе, прилегающей к Уралу, и в юго-вос­точных районах бассейна на условия возведения наземных ин­женерных сооружений могут оказать влияние воды юрских, ме­ловых, палеоценовых, эоценовых и более молодых отложений. На остальной территории важное инженерно-геологическое зна­чение имеют лишь подземные воды олигоцен-четвертичных отло­жений. В вертикальном разрезе Западно-Сибирского артезианско­го бассейна выделяются пять гидрогеологических комплексов, слагающих два гидрогеологических этажа. Верхний этаж объеди­няет водоносные и водоупорные отложения верхнемелового (на­чиная с туронских)—четвертичного возраста, формирующих два различных по своим особенностям гидрогеологических комп­лекса. Нижний этаж объединяет водоносные и водоупорные от­ложения верхнемелового—палеозойского возраста. В его составе выделяются три гидрогеологических комплекса. Для подземных вод верхней части разреза описываемого ре­гиона, циркулирующих в основном в зоне интенсивного во- дообмена, характерно, как показано выше, четкое закономерное зональное, широтное изменение многих параметров, определяю­щих инженерно-геологическую обстановку. Такой характер из­менчивости обусловлен тем, что эти параметры тесно связаны с характером теплообеспеченности и увлажненности территории. В пределах плиты им выделены две зоны подземных вод олигоцен-четвертичных отложений: подземные воды гумидной зоны, включающей область преиму­щественного распространения твердой фазы подземных вод и об­ласть распространения жидкой фазы подземных вод, и подземные воды аридной зоны. В пределах этих зон и областей выделены пояса подземных вод, которые существенно отличаются соче­танием различных форм воды, характером и интенсивностью процессов выщелачивания и континентального засоления, глу­бинами залегания, минерализацией, которые в пределах своих границ хорошо согласуются с гидролого-климатическими зона­ми (или их сочетаниями).

Сравнение характера широтного изменения гидрогеологи­ческих особенностей и вышеописанных закономерностей измен­чивости современного состояния пород свидетельствует, что оба эти фактора тесно связаны между собой, так как они во многом обусловлены теми же причинами.

На севере Западно-Сибирской плиты, в зоне практически сплошного распространения многолетнемерзлых пород развиты главным образом надмерзлотные воды, приуроченные к сезонноталому слою. Обычно они заключены в песках, супесях и торфе и существуют в теплое время года в течение 2—4 меся­цев. Мощность этого водоносного горизонта определяется глу­биной сезонного протаивания грунтов и даже в песках у южной границы зоны не превышает 0,7—1,0 м. Их зеркало распола­гается на глубине 0,1—0,5 м (рис. 37), поскольку глубина про­таивания песков здесь под растительным покровом обычно не превышает 0,8—1,2 м и лишь изредка составляет 1,5 м. Над-мерзлотные воды характеризуются незначительным дебитом, низ­кой минерализацией (как правило, не более 0,1—0,2 г/л), гидрокарбонатно-кальциево-магниевым или гидрокарбонатно-натриевым составом, наличием органических примесей; они проявля­ют общекислотную агрессивность к бетону (рН = 4—6), а часто и выщелачивающую агрессивность. С наличием этих вод связаны ничтожная несущая способность грунтов сезонно­го оттаивания и их тиксотропное разжижение при воздейст­вии динамических нагрузок (при бурении, движении вездеходов и др.).

Для зоны несплошного развития многолетнемерзлых по­род характерно многократное чередование сезонносуществующих надмерзлотных вод, приуроченных к участкам развития мерзлых толщ и грунтовых вод, заключенных в сквозных и несквозных таликах, сложенных четвертичными отложениями различного генезиса. В северных районах этой зоны преобла­дает первый тип подземных вод; в южных частях он играет подчиненную роль. По своим особенностям и инженерно-гео­логическому значению эти воды близки к аналогичному типу подземных вод более северных районов плиты, но здесь они существуют более длительный срок (4—6 месяцев). Кроме того, мощность водоносного горизонта (до 1 — 1,5 м) больше, что обусловлено большей глубиной сезонного протаивания много­летнемерзлых пород. Грунтовые воды талых отложений в север­ной части встречаются главным образом в песчаных аллюви­альных отложениях поймы и залесенных участков надпоймен­ных террас; в центральных и южных частях они, кроме то­го, широко развиты в супесчано-песчаных прибрежно-морских и флювиогляциальных среднечетвертичных образованиях, слагаю­щих обширные междуречные равнины. Этот тип подземных вод характеризуется неглубоким залеганием в пределах поймы и плоских, нерасчлененных участков надпойменных террас и меж­дуречий (от 0,5—1 до 2—3 м); на приречных дренированных участках у них небольшая ширина, а глубина зеркала воды опускается до 5—10 м. Мощность водоносных горизонтов из­меняется от 5—10 до 20—3,0 м. Эти воды обладают незначительной минерализацией (до 0,3—0,5 г/л), в основном гидрокарбонатно-кальциево-магниевым составом и кислой реакцией.

Южнее расположена обширная область, в пределах кото­рой породы верхней части разреза характеризуются очень вы­сокой влажностью. Здесь при определенных нарушениях при­родных условий могут формироваться многолетнемерзлые толщи. В гидрогеологическом отношении она также весьма специфич­на. O.K. Ланге в 1963 г. выделил ее в самостоятельную зону — "зону высоких вод севера", которая охватывает таежные и лист­венные леса. Грунтовые воды в ней заключены в талых и не­мерзлых различных по возрасту и генезису отложениях. В реч­ных долинах они приурочены к голоценовым и верхнечетвер­тичным аллювиальным отложениям, слагающим пойму и три надпойменные террасы. В ледниковой зоне на обширных меж­дуречьях они развиты главным образом во флювиогляциальных отложениях, а во внеледниковой зоне — в среднечетвертичных аллювиальных, озерно-аллювиальных отложениях и др. Харак­терной особенностью грунтовых вод этой зоны, несмотря на то что они заключены в разнообразных породах, слагающих раз­личные геоморфологические уровни, является их близкое зале­гание к дневной поверхности (обычно 0,5—2 м на плоских рав­нинах). И лишь по берегам глубоковрезанных рек они отме­чаются на большей глубине. Эти воды довольно однообразны по химическому составу: преобладают гидрокарбонатно-кальциево-магниевые воды, минерализация которых за­кономерно повышается от 0,2—0,5 на севере до 0,5—1,0 г/л на юге. В этом же направлении происходит изменение реакции среды воды от слабокислой до нейтральной. Практически все грунтовые воды этой зоны не обладают ни сульфатной, ни маг­незиальной агрессивностью к бетону. Однако многие их разно­сти, особенно в таежной зоне, проявляют слабую общекислот­ную агрессивность.

Гидрогеологические условия южной части Западно-Сибир­ской плиты, охватывающей лесостепную и степную зоны, где развиты умеренно увлажненные в самой верхней части разреза породы, отличаются гораздо большим разнообразием. Прежде всего первый от поверхности водоносный горизонт здесь при­урочен не только к четвертичным отложениям (как на севере), но и к более древним образованиям, причем на огромных пло­щадях. Так, грунтовые воды в северных и восточных районах этой зоны заключены в четвертичных отложениях различного генезиса (аллювиальных, озерно-аллювиальных, эоловых, озер­ных и др.), а в западных и юго-западных — преимущественно в континентальных олигоценовых, неогеновых и нижне-среднечетвертичных образованиях на междуречных и в верхнечетвертичных-голоценовых отложениях в речных долинах. Цитологический состав водовмещающих пород характеризуется невыдержанностью и большим разнооб­разием как в вертикальном разрезе, так и по площади рас­пространения. В отложениях ряда формаций и геолого-генети­ческих комплексов, содержащих грунтовые воды, особенно в степных районах, находится большое количество воднорастворимых солей. Глубина залегания грунтовых вод на рассматривае­мой территории в целом значительно выше, чем в северных частях плиты, и изменяется от 2—3 до 20—30 м, причем в большинстве районов она, как уже отмечалось, пре­вышает 5—10 м. С севера на юг происходит закономерное уве­личение величины этого показателя. В пределах Обь-Иртыш­ского междуречья (Барабинская и Кулундинская низменности) глубина залегания грунтовых вод меньше по сравнению с Ишим-Иртышской плоской равниной и Зауральским плато.

Степень минерализации и химический состав фунтовых вод рассматриваемой территории довольно разнообразны. В север­ной ее части и в расчлененных восточных районах грунтовые воды характеризуются невысокой минерализацией (0,5—3 г/л); по химическому составу они чаще всего гидрокарбонатно-кальциевые. В засушливых и полузасушливых нерасчлененных рай­онах, занимающих большую часть этой территории, широко раз­виты грунтовые воды гидрокарбонатно-натриевого (кальциево­го и кальциево-магниевого), хлоридно-натриевого, хлоридно-сульфатно-натриево-кальциевого, сульфатно-хлоридно-натриевого и других химических составов с минерализацией от Здо 50 г/л, а в отдельных районах и более. Наиболее высокоминерализо­ванные грунтовые воды хлоридно-натриевого и сульфатно-хлоридно-натриевого состава формируются на плоских, бессточных равнинах (особенно в небольших понижениях рельефа) при не­большой глубине залегания вод за счет континентального засо­ления. Столь высокая, а на многих участках пестрая минерализация грунтовых вод обусловливает их значительную агрессивность различного характера по отноше­нию к многим видам строительных материалов, что вообще не характерно для более северных районов плиты.

Приведенный краткий обзор позволяет сделать вывод о том, что горизонтальная, широтно-зональная изменчивость гидрогео­логических условий верхней части разреза Западно-Сибирской плиты является наиболее ярко выраженной особенностью про­странственной изменчивости гидрогеологической обстановки ре­гиона. В его пределах естественно обособляются четыре ши­ротные зоны, резко различающиеся по характеру подземных вод. Это выражается в различном взаимоотношении их типов и подтипов, закономерном увеличении глубины залегания, сте­пени минерализации и различии химического состава вод при движении с севера на юг, что обусловлено изменением климата, рельефа, литологического состава водовмещающих пород и их состояния, почвенного покрова и условий выветривания. В свя­зи с этим влияние этих вод как одного из факторов, опреде­ляющих инженерно-геологические условия местности, в широт­ном плане будет далеко не одинаково, и оно должно учитываться при общей оценке инженерно-геологических условий Западно-Сибирской плиты.