ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ
На территории России подземные воды характеризуются большим разнообразием условий распространения, формирования ресурсов и химического состава. Широко представлены пресные, минеральные и термальные подземные воды. Закономерности формирования подземных вод в разл. регионах России находятся в зависимости прежде всего от их структурно-гидрогеологических условий, т. е. особенностей распространения в этих регионах разл. типов гидрогеологических структур. Выделяется ряд артезианских и гидрогеологических складчатых областей, особый класс по условиям залегания и формирования составляют подземные воды криолитозоны.
Основные артезианские области
К главным артезианским областям относятся Восточно-Европейская, Западно-Сибирская и Восточно-Сибирская.
В пределах Восточно-Европейской артезианской области выделяют Московский, Северо-Двинский, Волго-Камский, Сурско-Хопёрский, Прикаспийский и Печорский артезианские бассейны. Осн. факторы формирования подземных вод этой артезианской области: значительные изменения ландшафтно-климатической обстановки от сев. тундры до засушливых полупустынь Прикаспия; равнинный рельеф; неглубокий врез речных долин (до 150 м); присутствие в разрезе чехла четырёх структурных этажей, сложенных верхнепротерозойскими, вендско-нижнедевонскими, среднедевонско-верхнетриасовыми и нижнеюрско-кайнозойскими отложениями; широкое развитие карбонатных пород палеозойского возраста и четвертичных ледниковых отложений; развитие мощных соленосных толщ в девоне, карбоне и перми; наличие многолетней мерзлоты на севере области. Обводнённость пород прослеживается до глубины неск. тысяч метров. Пресные подземные воды приурочены в осн. к терригенным и карбонатным породам верхнего гидрогеологического этажа. Наибольшие значения модуля подземного стока (до 6–8 л/c·км2) характерны для районов развития карста, для терригенных отложений перми – значительно меньше (1,0–1,5 л/с·км2), для флювиогляциальных отложений – ок. 2 л/с·км2. В гидрохимическом разрезе артезианской области выделяют (сверху вниз) 3 зоны: пресных вод (минерализация до 1 г/л), солёных вод (1– 35 г/л) и рассолов (св. 35 г/л). Мощность зоны пресных вод в ср. составляет 200–300 м, а на отдельных участках Прикаспийского артезианского бассейна эта зона вообще отсутствует. Значительная эксплуатация подземных вод в Московском артезианском бассейне привела к образованию обширных депрессионных воронок (глубина – десятки метров, площадь – сотни км2).
Западно-Сибирская артезианская область (называемая также артезианским бассейном) является крупнейшей в мире (пл. 3 млн.км2). Гидрогеологические условия определяются: неглубоким врезом речных долин (до 70 м); сравнительно небольшим количеством атмосферных осадков (250–400 мм в год); широким развитием болот и озёр; преимущественно песчано-глинистым разрезом осадочного чехла мощностью 7 км при отсутствии соленосных и карбонатных пород; широким распространением региональных водоупоров (глинистые толщи верхней юры, мела и кайнозоя); распространением многолетней мерзлоты на севере области; важной ролью неотектонических нарушений. Пресные подземные воды распространены в осн. на её окраинах, причём на юге и юго-востоке мощность зоны пресных вод достигает 1,8 км, что объясняется длительным сохранением континентальных условий осадконакопления. Значения модулей подземного стока колеблются в пределах 0,1–4,0 л/с·км2. Мощность расположенной ниже зоны солёных вод возрастает от окраины к центру артезианской области от первых сотен метров до 4 км. Солоноватые и солёные воды (минерализация 1–35 г/л) занимают преобладающую часть территории, особенно на западе и севере области.
В пределах Восточно-Сибирской артезианской области выделяются Ангаро-Ленский, Тунгусский, Якутский, Оленёкский, Котуйский и Хатангский артезианские бассейны. Основные факторы формирования подземных вод: резко континентальный климат с наибольшим количеством атмосферных осадков (до 350 мм в год); широкое развитие многолетнемёрзлых пород мощностью до 1000 м; глубокие эрозионные врезы долин (до 500 м); значительные мощности карбонатных и соленосных пород; проявления карста в Ангаро-Ленском бассейне и соляно-купольной тектоники на юге Якутского бассейна; широкое проявление разрывной тектоники и связанных с разломами выходов на поверхность солёных вод и рассолов; активный неотектонический режим – поднятия до 500 м на окраинах артезианской области и опускания до 1000 м на востоке Якутского артезианского бассейна. Модули родникового стока на участках выхода фундамента на поверхность не превышают 0,2–0,3 л/с·км2, дебиты скважин – до 1 л/с. Мощность зоны пресных вод составляет ок. 400 м на юге артезианской области, а в континентальных пермских и меловых отложениях Вилюйской синеклизы достигает 4 км. Модули подземного стока колеблются от 0,5 до 4,0 л/с·км2. Мощность зоны солёных вод варьирует от неск. сотен метров до 4 км (в Хатангском и Якутском артезианских бассейнах). Мощность зоны рассолов превышает 3 км, а их общие запасы достигают 1,5·1014 т.
Гидрогеологические складчатые области и массивы
В горных районах страны выделяются гидрогеологические складчатые области и массивы, обводнённость которых определяется в первую очередь геолого-структурными факторами и климатическими условиями. К таким областям относят складчатые сооружения Балтийского и Алданского щитов, Урала, Тиманского кряжа, архипелага Новая Земля, Анабарской антеклизы, Енисейского кряжа, Саян, Алтая, Сихотэ-Алиня, Забайкалья, Верхояно-Колымского и Корякского нагорий, полуостровов Таймыр и Камчатка, Курильских о-вов и о. Сахалин. В их пределах осадочные, метаморфические и изверженные породы содержат трещинно-жильные, пластово-трещинные или пластовые напорные, напорно-безнапорные и безнапорные подземные воды, приуроченные гл. обр. к зонам эндогенной и экзогенной трещиноватости и рыхлым покровным отложениям. Глубина залегания прерывистой в разрезе водоносной зоны эндогенной трещиноватости в глубоко метаморфизованных породах древних массивов может превышать 6–7 км.
Криолитозона
В криолитозоне, занимающей более 65% территории России (а в Восточно-Сибирской артезианской области св. 90%), наряду с геолого-структурным фактором распространение и формирование подземных вод определяются толщей многолетнемёрзлых пород. Подземные воды приурочены в осн. к надмерзлотным отложениям разл. возраста. Сплошная толща многолетнемёрзлых пород является региональным водоупором и ограничивает распространение пресных надмерзлотных и межмерзлотных подземных вод участками сквозных и несквозных таликов под крупными реками и озёрами. Талики часто характеризуются ограниченными эксплуатационными ресурсами и низким качеством воды в зимний период, в конце которого общая минерализация воды может возрасти с 0,05–0,1 до 2–3 г/л, а суммарный дебит скважин уменьшится в 5–10 раз. В летний период запасы и качество воды таликов восстанавливаются. Подмерзлотные воды в артезианских бассейнах Восточно-Сибирской области обычно являются рассолами (до 300 г/л) с отрицательной (до –8 °C) температурой, с азотно-метановым и сероводородным составом газов.
Ресурсы и использование подземных вод
Пресные и солоноватые подземные воды. Прогнозные эксплуатационные ресурсы пресных и солоноватых подземных вод России с минерализацией до 3 г/л оцениваются в 870 млн.м3/сут (к нач. 2000), разведанные эксплуатационные запасы подземных вод составляют ок. 89,4 млн.м3/сут (в ср. 10% от прогнозных ресурсов). Из ок. 3000 разведанных месторождений питьевой воды эксплуатируются 1400, а водоотбор составляет ок. 35% от оптимального уровня [отбор подземных вод в 2000, включая шахтный и карьерный водоотлив, составил 33,1 млн.м3/сут, однако было использовано только около 27,2 млн.м3/сут (82%), остальное – сброшено без использования]. Наибольшее количество подземных вод отбирается в Московской, Кемеровской и Свердловской областях, Краснодарском и Красноярском краях, Башкирии, Воронежской и Челябинской областях.
В рамках работ по ведению Государственного водного кадастра ежегодно обобщается информация об эксплуатационных запасах подземных вод, их использовании и качестве (это составная часть Гос. мониторинга состояния недр). По Водному законодательству пресные подземные воды должны расходоваться, как правило, только на хозяйственно-питьевое водоснабжение, на др. нужды (промышленность, орошение с.-х. земель) – только при обеспеченности ресурсами современных и перспективных потребностей хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также по специальному разрешению природоохранных органов. В структуре использования подземных вод России 76% приходится на хозяйственно-питьевое, 22% – на производственно-техническое водоснабжение, 2% – на орошение земель и обводнение пастбищ. Расход подземных вод на 1 чел. составляет 188 л/сут, в т. ч. 145 л/сут на хозяйственно-питьевое водоснабжение. Отмечается увеличение доли подземных вод (до 46%) в общем балансе источников хозяйственно-питьевого водоснабжения. Однако водоснабжение многих крупных городов, включая Москву и С.-Петербург, базируется на не защищённых от загрязнения поверхностных водах, часть таких городов не имеет разведанных подземных источников. Только 30% городов и населённых пунктов России полностью обеспечиваются подземной питьевой водой. Начиная с последних десятилетий 20 в. наблюдается загрязнение подземных вод, осн. источниками которого являются накопители отходов и сточные воды промышленных предприятий, нефтепромыслов, складов горюче-смазочных материалов, а также сельскохозяйственные и бытовые стоки. К нач. 2002 зарегистрированы 4002 участка загрязнения. Наибольшую экологическую опасность представляет ухудшение качества подземных вод на водозаборах питьевого водоснабжения (749 загрязнённых водозаборов, включая одиночные эксплуатационные скважины).
Минеральные подземные воды. Утверждённые эксплуатационные запасы минеральных подземных вод составляют 250 тыс.м3/сут. Углекислые минеральные воды разнообразного химического состава формируются в областях активного проявления термометаморфических процессов в пределах Приморья, Забайкалья, Северного Кавказа и др. регионов (месторождения Ласточка, Дарасунское, Кисловодский Нарзан, Железноводск). Они нередко содержат бор, мышьяк, фтор и др. микроэлементы. Радоновые минеральные воды разнообразного состава связаны с гранитоидами и активизированными в четвертичное время тектоническими нарушениями (месторождения Белокуриха, Молоковка, Липовка). В областях совр. вулканизма (Камчатка и Курильские о-ва) развиты углекисло-азотные и азотные, кремнистые холодные и термальные воды, кислые и ультракислые (с рН-3) термальные и холодные железистые, алюминиевые, аммонийные воды с общей минерализацией до 3–5 г/л. Сероводородные воды обычно распространены в зоне затруднённого водообмена в артезианских бассейнах, содержащих сульфатные породы и нефтяные углеводороды (Предуралье, Западная Якутия и др.). Санитарно-оздоровительными учреждениями и заводами по розливу воды эксплуатируются св. 300 месторождений минеральных вод. На их базе действуют курорты, санатории, бальнеолечебницы, заводы розлива минеральных вод. Наиболее старые и известные курорты: Марциальные Воды (Карелия), Ессентуки, Пятигорск, Железноводск, Кисловодск (Северный Кавказ), Мацеста (Черноморское побережье Кавказа), Дарасун, Кульдур (Забайкалье), Белокуриха (Алтай), Паратунка, Паужетка (Камчатка) и др.
Промышленные воды. Значительные запасы промышленных вод (гидроминеральное сырьё) являются важнейшим источником для получения йода, брома, бора, лития, рубидия, цезия, стронция. К ним, помимо природных рассолов, относятся также попутные воды нефтяных месторождений. Промышленные воды распространены в Краснодарском и Красноярском краях, в Западной Сибири, Иркутской и Архангельской областях, на Северном Кавказе, а также на территории Волго-Уральской и Тимано-Печорской нефтегазоносных провинций. Потенциал промышленных вод пока используется в ограниченных масштабах. На Троицком месторождении (Краснодарский край) из них добывается йод, на Краснокамском (Пермская обл.) – бром. Прогнозные эксплуатационные ресурсы гидроминерального сырья (подземные воды и озёрная рапа) Европейской части России в сумме составляют 2620 тыс.м3/сут. Наиболее перспективны для практического освоения Восточно-Предкавказский и Волго-Камский бассейны, где развиты поликомпонентные рассолы.
Термальные воды. Прогнозные эксплуатационные ресурсы термальных (теплоэнергетических) вод в России (85 млн.м3 в год) эквивалентны 130– 140 млн.т условного топлива. Выявлено 67 месторождений термальных вод и пароводяных смесей. Запасы парогидротерм Курило-Камчатского региона могут обеспечить работу геотермальных ТЭС с суммарной мощностью 100 МВт. Термальные подземные воды используются также и в лечебных целях.