Геологическое строения территории

История геологического развития описываемого района непосредственно связана с историей развития Русской плиты и Московской синеклизы. Для древней Русской плиты характерны в геологическом строении два резко отличающиеся друг от друга комплекса: нижний, слагающий кристаллический фундамент плиты, и верхний,- соответствующий осадочному плитому чехлу.

Фундамент плиты сложен метаморфическими образованиями нижнего и верхнего архея и нижнего протерозоя, прорванными гранитоидными интрузиями. Ход геологических событий в архее и раннем протерозое остается неразгаданным вследствие отсутствия необходимого фактического материала. Можно предполагать, что консолидация земной коры произошла на рубеже Карельской складчатости (верхний предел 1650 млн. лет) (рис. 1).

Отложения нижнего архея в основном представлены магматитами обоянского комплекса, а также продуктами глубокого метаморфизма: биотитовыми, гранат-биотитовыми, силлиманитовыми и другими гнейсами. Верхний архей представлен эффузивными и эффузивно-осадочными образованиями, превращенными в гнейсовидные сланцы. При этом в позднем архее происходила интенсивная гранитизация, что привело к формированию мощной коры. В этот период также поверхность кристаллических архейских пород сильно видоизменена процессами денудации и эрозии. Нижний протерозой представлен эффузивными породами и метаморфизованными эффузивными породами основного состава с пластовыми телами магнетитсодержащих пород. Мощность их достигает порядка нескольких сотен метров.

Рис. 1. Этапы развития изученной территории.

Отложения верхнего протерозоя, в составе которых выделен рифей и венд, относятся уже к платформенному чехлу. В истории формирования платформенного чехла выделяются две стадии (рис. 1), отличающие его от типичного платформенного чехла всему рифейскому времени и началу раннего венда и характеризуется образованием глубоких и узких грабеннообразных впадин – авлакогенов (Короновский, 1984). В конце протерозоя в пределах консолидированной земной коры обособились подвижные участки, совпадающие с зонами поздней протерозойской складчатости, характеризующиеся медленным, но устойчивым погружением. В пределах этих прогибов заложились грабеннообразные структуры, в частности Московский авлакоген, Среднерусский авлакоген. Наметившимся прогибом воспользовалась первая морская трансгрессия. Палеоморя не отличались большой глубиной, так как интенсивное прогибание компенсировалось быстрым накоплением мощных толщ осадков рифея – нижнего венда. Вначале преимущественно песчаных, потом глинисто-алевритовых. Для конца протерозоя характерно проявление вулканизма.

Вторая стадия началась во второй половине венда и сопровождалась существенной тектонической перестройкой, выразившейся в отмирании авлакогенов и формировании обширной пологой впадины – Московской синеклизы. Отложения второй стадии, которую в целом можно назвать плитной, образуют верхний структурный этаж платформенного чехла. Московская синеклиза в процессе своего развития постепенно наполнилась палеозойскими и мезозойскими осадками. В геологическом разрезе этих толщ резко обособляются комплексы отложений, отделенные друг от друга длительными перерывами осадконакопления. Мощность их постепенно уменьшается в направлении от центральной части синеклизы к ограничивающим ее Воронежскому и Балтийскому сводам.

Кембрийская система же представлена красно-коричневыми, коричневыми, зеленовато-серыми, аргиллитоподобными глинами и вскрывается в скважинах на Бойнях в Москве, Редкино, Поваровке. Это отложения сравнительно мелкого моря с изменявшейся глубиной бассейна. Мощность их около 60 – 70 м.

Отложения каменноугольной системы представлены тремя отделами (нижним, средним и верхним). Породы среднего и верхнего отделов характеризуются широким распространением карбонатных отложений при подчиненном количестве песчано-глинистых пород, встречаются остатки фораминифер, брахиопод, кораллов, мшанок, двустворок, гастропод, морских лилий и ежей. Нижний отдел в основном представлен светло-серыми доломитами, белыми сахаровидными известняками с редкими прослоями глин и мергелей. Средний отдел представлен отложениями глин, алевролитов, песков, песчаников с редкими прослоями известняков. Верхний отдел представлен светло-серыми известняками, красноцветными глинами, глинистыми доломитами, мергелями. Мощность нижнего карбона до 200 м, среднего 100 -125 м, верхнего 100 – 120 м.

Пермская система представлена отложениями обоих отделов. Отложения нижнего отдела залегают на верхнекаменноугольных образованиях и представлены доломитами и доломитизированными известняками с богатой фауной фораминифер, кораллов и брахиопод, с линзами кремней, прослоями гипсов и ангидритов. Породы загипсованы. Общая мощность от 0 до 180 м. В отложениях верхнего отдела выделяются нижний и верхний подъярусы. Нижний выражен глинами, алевролитами, мергелями, известняками, доломитами, реже песками, песчаниками красноцветными с остатками флоры, астрокотетрапод, на северо-востоке с прослоями конгломератов. Верхний отдел представлен алевролитами, глинами, песчаниками, песками, мергелями с прослоями доломитов, реже известняков, гипсов. Породы загипсованы. Оба горизонта выражены мощностью до 300 м.

Отложения юрской системы распространены повсеместно. Юрская система представлена на изученной территории средним и верхним отделами. Средний отдел представлен континентальными песчано-глинистыми породами с прослоями бурых железняков и бурых углей аллювиального, озерного и болотного происхождения, огнеупорными глинами элювиально-делювиального генезиса. Среднекелловейскими прибрежно-морскими серыми глинами с железистыми оолитами, песками и песчаниками. Мощность до 60 метров. Верхний отдел представлен повсеместными отложениями черных и серых морских слюдистых глин с содержанием мелких конкреций пирита и песчаниками. Мощность до 60 метров. Верхний отдел представлен повсеместным отложением черных и серых морских слюдистых глин с содержанием мелких конкреций пирита и фосфориты с фауной аммонитов и белемнитов, глауконитовыми песками с желваками фосфоритов, алевритами, песками, нередко встречаются марказитовые и сидеритовые конкреции и фосфоритовые стяжения со светлой корочкой. Мощность этих отложений равна в среднем 26 м.

Отложения меловой системы представлены нижним и верхним отделами. Нижний отдел сложен песками с фауной аммонитов и иногда с тонкими прослоями темно-серых слюдистых глин, переотложенными фосфоритовыми конкрециями, темно-серыми глинами. Мощность описываемых отложений изменяется от 6 м до 41 м. Верхний отдел представлен песками с охристыми и бурыми пятнами ожелезнения и с примесью глауконита и слюды, встречаются трепел, песчаные опоковидные глины и желтовато-серые опоковидные песчаники. Общая мощность от нескольких до 50 метров.

На юге и северо-востоке изучаемой территории выявлено довольно узкое пятно неогеновых отложений, как миоценовых, так и плиоценовых. Миоценовые и верхнеплиоценовые породы представлены главным образом аллювиальными, реже болотно-озерными, либо старичными отложениями. Отложения неогеновой системы сложены континентальными песками, являющимися продуктом перемыва верхнеюрских и нижнемеловых песков. Они похожи на эти пески своей слюдистостью и содержанием глауконита. В некоторых местах это белые кварцевые пески с галечниками дымчатого кварца и кремня. Залегают они в древних удлиненных понижениях рельефа на верхнеюрских и нижнемеловых отложениях.

Четвертичный период характеризуется неоднократной сменой теплого и холодного климата, связанной с материковыми оледенениями. Каждое оледенение состояло из нескольких фаз наступания и отступания ледников, фиксируемых горизонтами межледниковых отложений. Наиболее древнее раннеплейстоценовое оледенение окское (около 500 тыс. лет назад) было кратковременным. Достигло районов Белоруссии, Москвы, Калуги, Перми. Льды этого ледника двигались по сильно расчлененному рельефу. Это определило не сплошное распределение моренных осадков, а в виде отдельных языков, приуроченных к долинам рек. После его отступления климат стал теплым, стали произрастать теплолюбивые деревья: дуб, бук, граб, орех и т.д. В многочисленных озерах и болотах отлагался торф. Этот период называется Лихвинским межледниковьем. Талые ледниковые воды образовали водно-ледниковые (флювиогляциальные) отложения.

Большая часть территории области расположена в северо-западной части Московского артезианского бассейна, представляющего собой сложную систему водоносных горизонтов и комплексов.

В центральной и западной части области пресные воды приурочены к каменноугольным и девонским образованиям, залегающим под четвертичными отложениями. Эти водоносные горизонты характеризуются значительными ресурсами и имеют наибольшее народнохозяйственное значение. В восточной части области зона пресных вод приурочена к отложениям четвертичного, мелового и юрского возраста.

Воды четвертичных отложений распространены повсеместно. Они приурочены к разнообразным по генезису и литологическому составу породам и находятся в сложной взаимосвязи как между собой и водами дочетвертичных отложений, так и с водами рек и озер. Формирование вод связано с поверхностными водами. Они источник их питания – атмосферные осадки.

Среди подземных вод четвертичных отложений выделяются:

1. Слабоводоносный современный болотный горизонт (hIV) приурочен к современным торфяникам. Мощность обводненных образований 3-4 м. Уровень воды располагается на глубине 0-1 м.

Воды безнапорные, пресные (минерализация 0,3-0,6 г/л), по составу гидрокарбонатно-кальциевые с повышенным содержанием железа, аммиака, органических кислот.

2. Водоносный верхнечетвертичный комплекс – современный аллювиально-озерный комплекс (a1lIII-IV) прослеживается по долинам рек и озер и приурочен к отложениям пойм и надпойменных террас. Водоносными породами являются пески с прослоями супесей, суглинков и глин. Общая мощность обводненных отложений изменяется от 0,9 до 5 м по долинам мелких рек и озер и до 12-15 м в долине реки Волги.

Воды грунтовые, с глубиной залегания уровня 2-3 м. Водообильность невелика (0,05-6,5 л/с). Воды пресные гидрокарбонатные, кальциевые, чаще жесткие, легко подверженные загрязнению из-за отсутствия водоупорного перекрытия. Широко используются для водоснабжения.

3. Водоносный осташковский водно-ледниковый горизонт (f1lg IIIos) развит в бассейне рек Верхней Волги, Западной Двины и их притоков. Водовмещающие породы – пески с гравиеми галькой с прослоями суглинков. Мощность горизонта до 10-12 м. Встречаются они на глубине 0,2-9,0 м. Дебиты колодцев не превышают 0,01-0,1 л/с. Воды пресные, умеренно жесткие (0,1-0,5 г/л). Нередко загрязнены органикой.

4. Слабоводоносный осташковский ледниковый комплекс (gIIIos) развит в верховьях Волги и бассейна Западной Двины. Водовмещающими породами служат линзы и прослои песков, супесей и гравия в толще валунных суглинков. Воды вскрываются на глубине от 0,2 до 30 м, в основном безнапорные.

5. Водоносный московско-осташковский водно-ледниковый горизонт (f1lgII-IIIms-os) распространен повсеместно. Водовмещающими породами служат разнозернистые пески, мощность которых изменяется от 3-4 до 10-12 м. На севере и западе горизонт имеет напорный характер. Величина напора составляет 5-7 м. Воды горизонта пресные, с минерализацией 0,2-0,8г/л, по составу гидрокарбонатные, магниево-кальциевые на участках, где отсутствует водоупорное перекрытие, наблюдается локальное загрязнение подземных вод.

6. Слабоводоносный московский ледниковый комплекс (gIIms) распространен повсеместно. Воды приурочены к линзам и прослоям песков и супесей в валунных суглинках. Воды внутриморенных образований встречаются на глубине от 1-5 м до 15-25 м, нередко являются напорными. Величина напора достигает 7-10 м. Дебиты изменятся от 0,1 до 1,0 л/с.

Качество вод непостоянно, встречаются слабоминерализованные воды с повышенной жесткостью.

7. Водоносный московский водно-ледниковый горизонт (f1lgIIms) распространен повсеместно. Водовмещающими породами являются пески разнозернистые, часто гравийные, мощностью 5-12 м, до 25 м. Глубина залегания кровли горизонта изменяется от 20 до 40 м. Воды напорные, величина напора 10-20 м, реже 35-40 м. Уровень грунтовых вод изменяется от 2-3 м до 15-20 м.

Воды пресные с минерализацией 0,3-0,5 г/л по составу гидрокарбонатные, кальциево-магниевые.

8. Водоносный оскско-московский водно-ледниковый горизонт (f1lgI-IIok-ms) распространен в восточной части области в древних ложбинах и их склонах. Сложен разнозернистыми песками с прослоями суглинков. Мощность горизонта 2-5 м, иногда до 25-35 м. Глубина залегания кровли изменяется от 2-3 м до 30-40 и более м. Воды напорные, величина напора составляет 10-20 м, глубина залегания уровня 1-30 м. Воды пресные с минерализацией 0,5 г/л, гидрокарбонатные, магниевые, кальциевые.

9. Слабоводоносный окский ледниковый, водно-ледниковый комплекс (g1 f1lgIok) выполняет древние экзарационные ложбины за пределами осташковского оледенения. Воды содержатся в песках и суглинках грубопесчаных. Мощность горизонта 2-5 м, иногда до 20-30 м. Глубина залегания кровли изменяется с абсолютной отметкой от 150-170 м до 60-75 м. Воды напорные величиной напора 20 м и более, уровень грунтовых вод 10-20 м. Воды пресные с минерализацией до 0,5 г/л, мягкие, по составу гидрокарбонатные, магниево-кальциевые.

Воды меловых и юрских отложений. Развиты на восточной и юго-восточной части территории. Выделяются слабоводоносные волжско-барремский терригенный комплекс и водоупорный келловей-киммериджский горизонт. Водосодержащими породами являются пески, часто тонко- и мелкозернистые, глинистые с прослоями алевролитов, что определяет их слабую водоотдачу. Мощность комплекса изменяется от долей м до 35-54 м. Коэффициент фильтрации пород 0,1-5,0 м/сутки. Глубина залегания кровли горизонта изменяется от 5 м в долинах рек до 80 м на водоразделах. Удельные дебиты скважин не более 0,5 л/с.

Воды горизонта преимущественно гидрокарбонатные кальциево-магниевые с минерализацией от 0,2-0,7 г/л и общей жесткостью до 9,5 мг-экв/л. Питание осуществляется на водораздельных участках за счет фильтрации атмосферных осадков (через толщу четвертичных отложений), а в долинах рек – за счет подтока вод из пермских и каменноугольных горизонтов.

Воды отложений ветлужской серии нижнего отдела триасовой системы и татарского яруса верхнего отдела пермской системы. Отложения ветлужской серии (индский-оленекский ярусы) и татарского яруса распространены на востоке и северо-востоке области, где они залегают непосредственно под четвертичными и юрскими отложениями и представлены пестроцветными песчано-глинистыми породами.

Воды, заключенные в отложения ветлужской серии, приурочены к прослоям и линзам песков, алевролитов и песчаников, содержатся в толще глин.

Мощность прослоев и линз достигает 2-5 м при общей мощности отложений 400-100 м. Глубина залегания кровли толщи изменяется от 40 до 113 м. Удельные дебиты скважин изменяются от 0,01 до 0,07 л/с. Химический состав вод разнообразен и зависит от состава водорастворимых солей содержащихся в породах этих отложений.

Питание вод осуществляется на междуречных пространствах разгрузки в долинах рек.

Для водоснабжения воды ветлужской серии практически не используются.

Подземные воды, заключенные в татарских отложениях, также приурочены к прослоям и линзам песков, песчаников и алевролитов.

Мощность водоносных прослоев изменяется от 0,5 до 11 м, при общей мощности толщи до 72 м. Водообильность отложений незначительна, удельные дебиты скважин обычно не превышают 0,01-0,33 л/с.

По химическому составу воды изменяются от гидрокарбонатных кальциево-магниевых с минерализацией 4,0-3,4 г/л и жесткостью 1,5-7,0 мг-экв/л до сульфатно-гидрокарбонатных магниево-кальциевых с минерализацией 2-3,4 г/л и общей жескостью 20-28 мг-экв/л.

Сульфатные воды используются на курорте. Для снабжения воды татарских отложений не используются.

Воды каменноугольных отложений. Каменноугольные отложения распространены практически на всей территории, отсутствуя на западе. Общее погружение и наклон пластов происходит в северо-восточном направлении, в этом направлении и увеличивается число самостоятельных горизонтов в каменноугольных отложениях. Так в Нелидовском, Осташковском и Бологовском районах развиты лишь нижнекаменноугольные водоносные горизонты. Среди которых выделяются нижнетурнейские, бобриковско-тульский, веневско-тарусский и протвинский. Далее к востоку появляются среднекаменноугольная водоносная каширско-мячковская терригенно-карбонатная свита и верхняя водоносная касимовская терригенно-карбонатная свита.

Все указанные водоносные горизонты на значительной части территории надежно изолированы один от другого и различаются по условиям питания, характеру и режиму подземных вод.

Водоносность каменноугольных горизонтов, сложенных (за исключением бобриковско-тульского) карбонатными породами, определяется характером их трещиноватости. Наибольшей водоносностью обладает первый от поверхности водоносный горизонт. Общая минерализация подземных вод каменноугольных горизонтов возрастает с глубиной. Широко используется для водоснабжения области.

Воды девонских отложений. Девонские отложения имеют повсеместное распространение. На западе они залегают наиболее близко от поверхности земли и перекрываются только четвертичными отложениями. Среди водоносных горизонтов девона более изученным является верхнефаменский, приуроченный к трещиноватым доломитам и известнякам, содержащим местами прослои и включения гипса.

Верхнефаменский водоносный горизонт на западе используют для целей водоснабжения (гг. Торопец, Осташков и др.). Мощность его 80-90 м. Глубина залегания изменяется от 30-40 до 70-140 м. Воды напорные. По химическому составу воды пресные гидрокарбонатные кальциево-магниевые.