Введение. Подземные воды, обладающие, в сравнении с поверхностными водами, более высоким качеством и стабильностью состава, в условиях интенсивной техногенной нагрузки являются приоритетным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения. Горно-химический профиль промышленной специализации города Соликамска Пермского края, где расположено уникальное Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей, являющееся единственной сырьевой базой калийной промышленности России, обуславливает высокий уровень техногенной нагрузки на все компоненты природной среды. В связи с чем их современное состояние определяется как естественными структурно-зональными условиями, так и техногенными факторами.
Город Соликамск относится к числу старейших городов Урала, он образован в 1781 г. благодаря богатым соляным промыслам на берегу р. Усолки вологодского купца Калинникова, организовавшего выварку соли [1; 2]. В промышленности города доминируют предприятия химической, целлюлозно-бумажной, цветной металлургии, имеются предприятия лесозаготовительной и деревообрабатывающей, пищевой, полиграфической отраслей и промышленности строительных материалов [5]. В границах г. Соликамска функционируют два крупнейших калийных рудоуправления Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей (ВКМКС) - СКРУ-1 и СКРУ-2, непосредственно у его восточной границы (административно на территории Соликамского района Пермского края) - СКРУ-3. Рудоуправления с 2011 г. являются структурными подразделениями ОАО «Уралкалий». Калийные предприятия включают в свой состав как рудники, ведущие подземную добычу сильвинито-карналлитовых руд и каменной соли, так и обогатительные фабрики по их переработке.
Процесс обогащения калийного сырья связан с образованием значительных масс отходов, представляющих собой, главным образом, галитовые отходы, глинисто-солевые шламы и избыточные рассолы, специфическая особенность которых - значительное содержание в их составе легководорастворимых минералов. Частично отходы закладываются в выработанное шахтное пространство, большая их часть размещается в солеотвалах и шламохранилищах [3]. Существенное воздействие на недра при переработке калийных руд связано именно с химическим воздействием отходов производства, которые благодаря высокой растворимости обуславливают развитие процессов засоления грунтов, поверхностных и подземных вод. Основное воздействие на компоненты гидросферы оказывают рассолы, фильтрующиеся из отвально-шламовых объектов. Большая их часть погружается до соляно-мергельной толщи и выводится из зоны активного водообмена.
Общая характеристика района исследований. Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей в структурном плане приурочено к центральной части Соликамской впадины Предуральского краевого прогиба. Геологический разрез ВКМКС представлен отложениями вендского комплекса, девонской, каменноугольной, пермской систем и четвертичными отложениями. Собственно месторождение представлено солями нижнепермской галогенной формации (P1sl1) Соликамской впадины. По схеме гидрогеологического районирования территории России исследуемый район относится к северной части Предуральского артезианского бассейна Восточно-Европейской системы артезианских бассейнов, к Северо-Предуральскому бассейну блоково-пластовых вод - индекс III-7А.
По условиям взаимосвязи водоносных подразделений с поверхностью в вертикальном разрезе осадочного чехла выделяются два гидрогеодинамических этажа, разделенные региональным иренским водоупором (отложения кунгурского яруса пермской системы). В верхний гидрогеодинамический этаж входят все надиренские подразделения. В нижний - все более древние гидрогеологические подразделения, которые практически утратили связь с поверхностью и характеризуются застойным гидродинамическим режимом.
В верхнем гидрогеодинамическом этаже на территории исследований выделяются следующие основные гидрогеологические подразделения: водоносные горизонты четвертичных отложений (pgQ, aQ, fQel), слабоводоносный локально-водоносный шешминский терригенный комплекс (P1šš), водоносная верхнесоликамская терригенно-карбонатная подсвита (P1sl2), слабоводоносная нижнесоликамская соляно-мергельная подсвита (P1sl1) [6; 7].
Водоносная верхнесоликамская терригенно-карбонатная подсвита (P1sl2) является основным коллектором пресных подземных вод исследуемой территории. Она распространена повсеместно. Водовмещающие породы представлены известняками, мергелями, песчаниками, тонкослоистыми алевролитами. Характерны частые фациальные изменения литологического состава по простиранию и по разрезу. Мощность верхнесоликамской подсвиты увеличивается в восточном направлении от нескольких десятков метров в долине р. Камы до 70-100 м в восточной и юго-восточной части исследуемой территории. Верхнесоликамская терригенно-карбонатная подсвита представляет собой хорошо проницаемую толщу. К верхней части разреза до глубины 5-6 - 30-40 м приурочены трещинно-грунтовые воды, чаще они безнапорны. Ниже местных эрозионных врезов, на глубинах до 10-20 - 80-100 м, распространены трещинно-пластовые воды, обладающие напором, величина которого возрастает с погружением пород к центральной части Камской депрессии [6].
Неодинаковая обводненность подсвиты обусловлена неравномерной трещиноватостью пород. Преобладающие дебиты родников 1,0-15,0 л/с, дебиты скважин 0,4-47,0 л/с. Наибольшее количество водопритоков в скважинах отмечается до глубины 100 м. Ниже в связи с затуханием экзогенной трещиноватости частота водопритоков падает. Обводненность верхнесоликамской терригенно-карбонатной подсвиты заметно повышается в долинах рек и на придолинных участках, в присводовых частях антиклинальных поднятий. В пределах синклинальных структур она снижается. Разгрузка подземных вод происходит, как правило, в виде крупных концентрированных родников и пластовых выходов. Наиболее крупные родники, пластовые выходы, высокодебитные скважины приурочены к положительным структурам, долинам рек и трещиноватым известнякам верхней части разреза.
Подземные воды верхней части подсвиты, залегающие выше эрозионного вреза, имеют в основном гидрокарбонатно-кальциевый состав с минерализацией 0,2-0,3 г/дм3, величина общей жесткости 3,9-4,8 мг-экв/дм3. Ниже эрозионного вреза до глубины 50-100 м распространены пресные гидрокарбонатные магниево-кальцевые и гидрокарбонатные кальциево-натриевые воды с минерализацией до 0,5 г/дм3. Взаимодействие верхнесоликамской водоносной подсвиты с нижележащей нижнесоликамской затруднено, поскольку во многих случаях они разделены более или менее выдержанными прослоями глин. Гидравлическая связь все же имеет место на локальных участках (в очагах разгрузки) и в естественных условиях проявляется в изменении химического состава подземных вод (повышение содержания сульфатов и хлоридов). Такие локальные участки, вероятно, связаны с тектоническими зонами. Здесь минерализация подземных вод составляет 2,4-4,0 г/дм3, состав воды хлоридно-сульфатный [6; 7].
Подземные воды верхнесоликамской терригенно-карбонатной подсвиты обладают хорошей защищенностью от загрязнения. По существующей градации [3] подземные воды подсвиты относятся ко второй и преимущественно к третьей категориям - условно защищенные и защищенные.
Благодаря низкой минерализации и значительным ресурсам, воды верхнесоликамской водоносной подсвиты имеют большое практическое значение. За счет вод этого комплекса обеспечиваются бытовые и технические нужды населения и предприятий городов Соликамск и Березники, прилегающих к ним населенных пунктов.
Результаты исследований. На территории г. Соликамска и прилегающих к городу территорий Соликамского района можно выделить порядка 10 крупных водозаборов и множество водозаборных скважин, которые расположены в населенных пунктах (рисунок 1, таблица 1).
Таблица 1 - Перечень исследуемых водозаборов
|
Водозаборы |
Месторождения |
|
«Калиец» |
Соликамское месторождение пресных подземных вод |
|
СКРУ-1 |
|
|
2-БИС СКРУ-1 |
Чернореченское месторождение пресных подземных вод |
|
«Лесное» |
|
|
СКРУ-2 |
Поповское месторождение пресных подземных вод |
|
Садового товарищества «Магний» |
|
|
Бывшей птицефабрики «Соликамская» |
|
|
Скважины в населенных пунктах |
|
|
№ 1 СКРУ-3 |
Селянское месторождение пресных подземных вод |
|
№ 2 СКРУ-3 |
|
|
«Усолка» |
Усольское месторождение пресных подземных вод |
Водозаборы Соликамских рудоуправлений имеют утвержденные зоны санитарной охраны. Скважины оборудованы счетчиками для замера водоотбора, пьезометрами для замера уровня воды (исключение составляет водозабор № 1 СКРУ-3). Основными наблюдаемыми показателями являются величина водоотбора (суммарный дебит водозабора), дебит отдельных водозаборных скважин, уровень подземных вод, физические свойства и химический состав подземных вод.
Мониторинг подземных вод осуществляется регулярно и в полном объёме по микробиологическим, органолептическим и обобщенным показателям. Согласно результатам оценки наблюдений за качеством подземных вод, которые проводятся собственниками водозаборов и Северным филиалом ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Пермском крае», качество извлекаемой воды по анализируемому перечню показателей (HCO3-, SO42-, Cl-, NO3-, NO2-, Ca2+, Mg2+, Na+ и K+, NH4+, Feобщ., общая минерализация, рН, перманганатная окисляемость, нефтепродукты, общая жесткость, ПАВ, фенольный индекс, мутность, радиоактивность и микроэлементы) полностью отвечает питьевым нормам (СанПиН 2.1.4.1074-01), оно стабильно и не претерпевает существенных изменений, как в многолетнем, так и внутригодовом режиме. Тенденция ухудшения качества воды не наблюдалась. Исключение составляет водозабор № 1 СКРУ-3, который возник стихийно в период 1988-1989 гг. без проведения геологоразведочных работ, запасы подземных вод не подсчитывались, здесь при соответствии качества вод по основным показателям отмечены единичные превышения величины общей жесткости вод. С вводом в опытно-промышленную эксплуатацию водозабора № 2 СКРУ-3 водозабор № 1 СКРУ-3 эксплуатируется в минимальном объеме только одной скважиной.
Рисунок 1 - Расположение месторождений и водозаборов подземных вод в пределах исследуемой территории (Гидрогеологическая основа - Иконников, 2004).
Согласно проведенному анализу эксплуатация отдельных водозаборов подземных вод осуществляется без утвержденных зон санитарной охраны, водозаборные сооружения (водонапорные башни, водоводы, водозаборные скважины) находятся в неудовлетворительном состоянии, контроль качества питьевой воды либо вообще не организован, либо ведется не регулярно. Эпизодические наблюдения за качеством подземных вод выявляют повышенные, но не превышающие ПДК, минерализацию, концентрацию хлоридов и показатель общей жесткости. При этом загрязнение отмечается только по азотистым соединениям (NO3-, NO2-). Вероятно, это связано с нарушением условий водоотбора и загрязнением прилегающих территорий с поверхности (водозабор бывшей Соликамской птицефабрики и скважины в населенных пунктах Родники, Геологоразведка, Усовский, Чашкино, садовое товарищество «Магний»).
Выводы. Несмотря на интенсивную техногенную нагрузку с поверхности земли - со стороны многочисленных производственных предприятий, химический состав и минерализация подземных вод верхнесоликамской водоносной подсвиты за последние 25-30 лет не претерпели существенных изменений. Это обеспечивается хорошей естественной защищенностью водоносного подразделения, организацией зон санитарной охраны водозаборов, соблюдением величины разрешенного водоотбора.
Рецензенты:
- Кудряшов Алексей Иванович, доктор геол.-мин. наук, директор научно-производственной фирмы «Геопрогноз».
- Флаас Александр Сергеевич, доктор геол.-мин. наук, профессор кафедры геологии нефти и газа Пермского государственного национального исследовательского политехнического университета, почетный работник высшего образования РФ.