ФОРМИРОВАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД КРЫМА

История геологического развития и палеогидрогеология Крыма. Регрессии и трансгрессии моря

Условия пополнения и расхода подземных вод в Горном и Равнинном Крыму различны. В соответствии с этим описание формирования подземных вод этих областей приводится раздельное, причем при анализе условий формирования вод использованы данные о их режиме и балансе, а также о истории геологического развития и палеогидрогеологических особенностях территории.

ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ИСТОРИИ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ

Истории геологического развития Крыма посвящен ряд трудов (Муратов, 1949, а, б, 1960; Козин, 1959; Пащенко, 1960; Лычагин, 1958). В 1960 г. коллективом авторов под руководством В. Г. Бондарчука составлен и опубликован атлас палеогеографических карт Украинской и Молдавской ССР, охватывающих и территорию Крыма. Палеогидро- геологические особенности этой территории приведены в работах С. В. Альбова и коллектива авторов (Гордиевич и др., 1963).

В истории геологического развития Крыма можно выделить четыре периода:

1)        от палеозоя до конца среднего триаса;

2)        от конца среднего триаса до нижнего мела;

3)        от нижнего мела до конца понта;

4)        от конца понта до современной эпохи.

Фактические данные для реконструкции геологической, а тем более гидрогеологической обстановки для этих периодов не равноценны. Весьма слабо изучен наиболее древний период, так как породы палеозоя в Крыму вскрыты только единичными скважинами. Однако характер пород, их сильная дислоцированность свидетельствуют о том, что в палеозое к югу от Украинского кристаллического массива лежала обширная геосинклинальная область, за счет последовательной консолидации которой происходило наращивание Русской платформы. В конце палеозоя в результате горообразовательных процессов на месте современного равнинного Крыма возникла суша, вероятно гористая. На границе с докембрийской платформой, возможно, образовался предгорный прогиб, в котором отлагались верхнепермские и нижнетриасовые молассы.

В начале второго периода от Кавказа через южную часть современного Крымского полуострова (южнее герцинского кряжа) протягивался геосинклинальный прогиб, замыкающийся на западе, вероятно, к северу от палеозойского массива Добруджи. В пределах его в течение верхнего триаса и нижней юры шло накопление очень мощной толщи флиша таврической серии ( 16, а). В конце лейаса или вначале средней юры в геосинклинали Южного Крыма образовались внутренние поднятия и развивалась складчатость. Между сформировавшимся мезотаврическим кряжем и платформой Северного Крыма в начале средней юры образовался предгорный прогиб ( 16, б), в котором отлагались мощные толщи конгломератов, песчаников и аргиллитов.

Континентальные условия в Крымской геосинклинальной области длились недолго. Мезотаврический кряж и другие поднятия были быстро снивелированы и скрылись под водами среднеюрской трансгрессии. Бассейн этого времени, видимо, состоял из отдельных прогибов, в которых отлагались глинистые осадки и флиш. К концу среднеюрского времени антиклинальные поднятия, разделяющие отдельные впадины, погрузились под уровень моря. Среднеюрская трансгрессия достигла максимума в конце бата (); свод Качинского поднятия, по-видимому, даже в это время не был затоплен. О значительной динамичности обстановки среднеюрского времени свидетельствуют многочисленные проявления преимущественно подводного вулканизма, с которыми связано образование мощных эффузивных толщ, а также мелких интрузий.

В начале верхней юры (келловей) в Крыму происходила регрессия моря, вызванная поднятиями; отложение морских осадков продолжалось только в наиболее прогнутых частях синклинальных прогибов; на поднятиях происходил, по-видимому, интенсивный размыв отложившихся перед этим среднеюрских осадков. Поднятие, несомненно, сопровождалось формированием прогибов и на протяжении остальной части верхнеюрского времени (оксфорд-титон) осадки отлагались в бассейне, расчлененном на отдельные впадины-ложбины (например, современные Восточно-Крымский и Западно-Крымский синклинории). Антиклинальные поднятия оставались преимущественно приподнятыми и интенсивно- разрушались, давая материал для образования обломочных отложений— конгломератов, песчаников, в краевых частях смежных синклиналей. Внутренние части синклиналей заполнялись в основном карбонатными породами — от чистых известняков до переслаивающихся известняков с мергелистыми известняками, мергелями и алевролитами.

К концу кимериджа — началу титона в Крымской геосинклинальной области на юге находилась суша с наиболее приподнятыми участками на юго-востоке (Туакское поднятие) и западе (Балаклавское поднятие). Узкий остаточный бассейн располагался севернее и состоял из восточной и западной впадин ( 16, г), в титоне заполнившихся мощной толщей карбонатных пород. В начале нижнего мела (валанжин) осадконакопление продолжалось в тех же геосинклинальных прогибах.

Таким образом, на протяжении этого периода (см.  16, а, г,) в южной части Крыма сохранялся геосинклинальный режим и происходило отложение разнообразных морских осадков. Отложения отдельных участков, выступавших на некоторое время из-под уровня морских вод, не успевали полностью освобождаться от них и снова перекрывались морскими водами следующей трансгрессии. Исключением являлись участки устойчивых поднятий. Сложены они были преимущественно глинистыми водоупорными породами таврической серии и частично средней юры; в них водоносные горизонты не формировались.

В этот же период (от верхнего триаса до нижнего мела) современная равнинная часть Крыма оставалась сушей; здесь формировалась мощная кора выветривания. Сложенная палеозоем горная страна дёну- дировалась и постепенно выравнивалась. В метаморфизованных палеозойских отложениях, в глинистых осадках нижнего и среднего триаса (?) вряд ли имелись мощные коллекторы для образования значительных водоносных горизонтов. Но за период континентального развития эти отложения были хорошо промыты и освобождены от морских солевых вод. Этим можно объяснить, что в палеозойских отложениях на Новоселовском поднятии на глубине 2,5 км (на 1100 м ниже поверхности палеозоя) в настоящее время обнаружены воды с относительно невысокой степенью метаморфизации и по минерализации приближающиеся к рассолам (до 39 г/л, см.  6).

В готериве начался третий период истории геологического развития Крыма. Некоторые авторы, например М. В. Муратов (1960), относят его начало к среднему альбу. В это время произошло полное обращение геотектонического режима. Остаточные геосинклинальные прогибы в южной части Крыма замкнулись и превратились в синклинории, которые вместе с уже существовавшими поднятиями образовали единое складчатое поднятие — Крымский мегантиклинорий. Эта инверсия Крымской геосинклинальной области привела к перемещению области осад- конакопления к северу, в пределы эпигерцинской платформы, где возник обширный Причерноморский бассейн. С этого времени на юге Крыма сохраняется складчатое поднятие (Горный Крым), которое лишь временами и неповсеместно заливалось морем.

В начале прогибание Причерноморского эпиконтинентального бассейна было незначительным; на обширных пространствах современного Равнинного Крыма в готериве () облагались мелководные и частично континентальные образования мазанской свиты (галечники, пески, песчаники, гравелиты). В нижнем барреме имела место кратко-- временная трансгрессия, в связи с чем полуконтинентальные отложения мазанской свиты кверху переходят в тонкий слой мелководных и чисто морских бурых известняков.

В конце нижнего баррема произошла сильная регрессия моря, которая сохранилась, вероятно, только в наиболее прогнутых частях бассейна (в частности, в Белогорском прогибе), вызванная сводовым поднятием Крымских складчатых сооружений и сопровождавшаяся интенсивным эрозионным их расчленением. В это же время образовалась Салгирская долина (так называемый Салгирский грабен), местоположение которой, возможно, определилось разломами, возникшими в связи со сводовым поднятием. В известняковых массивах Главного хребта происходило закарстование; начало развития карстовых процессов, по крайней мере, на верхних яйлах, можно относить к более позднему готе- ривскому веку, поскольку уже в готериве Главный хребет был значительно приподнят над уровнем моря.

В конце баррема и в апте Крымский мегантиклинорий снова испытал значительное опускание и, вероятно, весь был погружен под уровень довольно глубокого моря, оставившего однообразные осадки-глины с сидеритом. Погружение уже сформированного складчатого поднятия было как бы возвратом к прежним геосинклинальным условиям. Однако это было кратковременным и вся дальнейшая история этого периода характеризуется в основном постепенным поднятием Крымского меган- тиклинория.

Последующая трансгрессия в верхнем альбе была началом сено- манской мировой трансгрессии. С этого времени начинается усиленное прогибание Причерноморского бассейна, о чем свидетельствует толща глин и мергелей альба в Равнинном Крыму мощностью в несколько сот метров.

В сеномане-туроне трансгрессия продолжала развиваться. Крымские горные сооружения, испытавшие очередное поднятие в начале альба, вновь были покрыты морем и, вероятно, только наиболее высокие их части выступали в виде островов. Со второй половины верхнемеловой эпохи началась постепенная регрессия. Береговая линия смещалась к северу и Крымское складчатое поднятие постепенно выходило из-под уровня моря.

Равнинный Крым в течение всего верхнего мела продолжал опускаться. Здесь накапливались мощные толщи мергелей и известняков. Однако в отличие от верхнего альба, когда наблюдалось общее прогибание бассейна, теперь здесь определились участки, испытывавшие непрерывное прогибание (Альминская впадина, Белогорский, Северо- Сивашский прогибы) и участки более замедленного опускания, временами сменявшегося поднятием ( 16, ё). В пределах первых мощность верхнего мела составляет 500—600 м (Альминская впадина), достигая 1000 м и более (Северо-Сивашский прогиб). На участках замедленного опускания (Новоселовское и Симферопольское поднятия) разрез верхнего мела неполный, местами отложения отдельных ярусов верхнего мела отсутствуют. Таким образом, в верхнемеловое время были заложены основные структуры Равнинного Крыма.

В палеогене в общем сохранились те же условия осадконакопления — палеоценовые, эоценовые и майкопские отложения в Равнинном Крыму имеют наибольшую мощность в тех же районах, что и верхний мел, а также довольно большую мощность на Керченском полуострове. В полосе предгорий Крыма море смещалось то к югу, то к северу. В нижнем миоцене (верхний майкоп) происходят значительные поднятия. Это привело к расширению на севере площади Крымского меган- тиклинория; вся область предгорных гряд вышла из-под уровня моря. Поднялась значительная часть Керченского полуострова в пределах его современной юго-западной равнины и сформировались складки в майкопских отложениях. Крымское складчатое поднятие тем самым удлинилось в восточном направлении. В Равнинном Крыму выступило из- под уровня моря Новоселовское поднятие; начали формироваться складки к северу от него, на борту Северо-Сивашского прогиба.

Новая трансгрессия началась в среднем миоцене и достигла максимума в нижнем сармате. Это была трансгрессия мелкого моря, но оно покрыло весь Равнинный Крым, часть северного крыла Крымского складчатого поднятия и Керченский полуостров. Только в краевом прогибе, возникшем севернее молодого складчатого поднятия юго-западной равнины Керченского полуострова, мощность миоцена достигает 1000 ж. С середины миоцена на многих структурах Керченского полуострова происходила интенсивная деятельность грязевых вулканов, проявлявшаяся и в настоящее время. В конце сармата Равнинный Крым частично осушился, из-под уровня моря вышли антиклинали Керченского полуострова, образуя острова часто с грязевыми вулканами.

Мэотическая трансгрессия, хотя и меньшая по размерам, чем сарматская, захватила весь Равнинный Крым ( 16, ж). На Керченском полуострове морем были залиты все синклинальные прогибы и частично крылья антиклинальных структур. В конце мэотиса вновь имело место поднятие — море отступило, снова из-под уровня моря вышло Новоселовское поднятие и прилегающие к нему с севера складки Северо-Сивашского прогиба, сократилась площадь, залитая морем на Керченском полуострове. В начале плиоцена, в понтическое время, происходила еще одна слабая трансгрессия, однако, море уже не распространялось южнее склонов Внешней предгорной гряды. Новоселовское поднятие только частично было покрыто морем, оставались островами антиклинали Керченского полуострова. В конце понтического века произошло поднятие значительной части Равнинного Крыма. Это время можно считать началом четвертого, последнего периода в истории геологического развития Крыма.

В палеогидрогеологическом развитии Крыма наряду с морскими большое значение имели континентальные периоды. Для Горного Крыма континентальное развитие современного типа (см.  16, д) наступило в начале третьего периода (нижний мел). С готерива Горный Крым представлял собой складчатое поднятие, покрывавшееся морем лишь временами и не' по всей площади. Сарматская трансгрессия была последней, при которой море еще покрыло часть северного склона Крымского поднятия. В период между трансгрессиями оставляемые морем осадки сносились, а морские воды вытеснялись из пород , пресными,, инфильтрационными. Известняковые массивы закарстовывались. В пос- лесарматское время в связи со сводовым поднятием Крымских складчатых сооружений особенно усиливалась эрозионная деятельность, сопровождавшаяся интенсивными процессами развития карста в известняковых массивах. Все это способствовало не только вытеснению остаточных, морских вод, но и глубокому промыванию пород Крымского складчатого поднятия.

Совершенно иные условия имели место в Равнинном Крыму. В начале готерива и до конца понтического века вся эта территория была покрыта морем, в котором вместе с осадками накапливались сингене- тичные им воды. Выход в различные геологические эпохи отдельных участков, например, в пределах современных Новоселовского и Симферопольского поднятий, из-под уровня моря не вносил существенных изменений в общую обстановку. На этих островах протекали процессы вытеснения из пород морских вод и замещения их инфильтрационными. Но такие выходы были относительно кратковременными, и породы, уже освободившиеся от содержавшихся в них морских вод, при последующей трансгрессии вновь ими заполнялись.

В третьем периоде (верхний мел-понт) формировались гидрогеологические структуры Равнинного Крыма — Альминский, Северо-Сиваш- ский и Белогорский бассейны, между которыми оставались в качестве разделяющих их участков Симферопольское и Новоселовское поднятия (см.  16, е). Большое гидрогеологическое значение имело отложение в Майкопе и нижнем сармате глинистых осадков, образовавших регионально выдержанные водоупоры. Майкопская водоупорная толща мощностью в сотни метров четко разделила отложения, выпол- * няющие артезианские бассейны, на подмайкопскую и надмайкопскую толщи с присущими каждой из них гидрогеологическими особенностями. Нижне- и частично среднесарматские глины, несмотря на сравнительно небольшую их мощность (10*—30 м), сыграли значительную роль в формировании над ними постоянного водоносного горизонта в неогеновых отложениях.

На протяжении описываемого периода отложения указанных гидрогеологических структур вместе с заключенными в них сингенетич- ными и эпигенетичными морскими водами находились под уровнем моря. Однако уже в это время на северных окраинах Крымского складчатого поднятия по мере последовательного выхода на поверхность отложений мелового, палеогенового и неогенового возраста (см.  16, ж) происходило освобождение отложений от морских вод, их промывание и накопление в них пресных инфильтрационных вод. Морские воды были частично дренированы, частично оттеснены по падению пластов в северном направлении.

К началу четвертого периода геологической истории Крыма относится поднятие значительной части Равнинного Крыма. Очертания Крыма приблизились к современным, хотя он и оставался островом, так как наиболее прогнутые части Северо-Сивашского и Индольского прогибов оставались под водой. На этих участках в среднем и верхнем плиоцене ( 16, з) отлагались песчано-глинистые лагунно-морские образования. В синклиналях Керченского полуострова в среднем плиоцене происходило накопление оолитовых' железных руд с прослоями глин и песков. На суше на понтических известняках, а в местах их отсутствия на породах более древнего возраста формировались эолово- пролювиальные отложения — бурые глины, суглинки, супеси. Ближе к Крымским горам в этой континентальной толще развиты горизонты галечников, свидетельствующие о том, что в это время происходило эрозионное расчленение складчатого сводового поднятия.

По мнению ряда исследователей (Архангельский, 1929; Муратов, 1955), вероятно, одновременно с началом поднятий в конце понтиче- ского века, а может быть и несколько ранее, в конце миоцена, начался процесс опускания южного крыла антиклинальной структуры Горного Крыма. В течение плиоцена и четвертичного периода южная часть Крымского мегантиклинория погрузилась под уровень Черного моря. Некоторые авторы связывают опускание южной части ядра Крымского складчатого поднятия с еще более ранними эпохами. Так, Г. А. Лыча- гин относит начало этого процесса к верхнему мелу. Уже в четвертичном периоде постепенное поднятие Крыма вызвало отступание плиоценовых лагунно-морских бассейнов в более прогнутые части Причерноморского бассейна; усыхающие лагуны в виде так называемых Сива-- шей существуют еще и в настоящее время. Однако поднятие было неравномерным, а временами на некоторых участках сменялось незначительными опусканиями. Наиболее низкий уровень Черное море имело в новоэвксинское время. Тогда береговая линия проходила на территории, занятой в настоящее время морем. Поднятие уровня моря до его современного положения произошло в древнечетвертичное время, когда Крымский полуостров уже приобрел современные очертания. При этом были залиты низовья речных долин и в некоторых из них образовались заливы, подобные Севастопольской и Балаклавской бухтам. Впоследствии многие заливы отделились от моря косами и пересыпями и превратились в соленые озера, которых так много на западном побережье Крыма и на Керченском полуострове.

Значительное сводовое поднятие южной части Крыма в начале четвертичного периода (чаудинский век) обусловило энергичное эрозионное ее расчленение. Продолжавшиеся затем в средне- и верхнечетвертичное время неравномерные (скачкообразные) поднятия Крымских гор при воздействии климатических факторов привели здесь к глубокому врезанию речных долин с образованием речных террас. Эрозионное расчленение крутого и узкого южного склона Крымского кряжа сопровождалось заполнением оврагов и балок продуктами разрушения сланцев и песчаников таврической серии. В результате этого многие эрозионные ложбины южного берега превратились в оползневые детрузивные потоки глинистого материала с валунами и глыбами таврических песчаников и юрских известняков. Поднятия четвертичного времени были наибольшими на юге. В то же время впадины Равнинного Крыма испытывали даже некоторое погружение, поэтому глубины эрозионных врезов в этой части Крыма резко уменьшаются; соответственно здесь снижаются высоты речных террас.

В четвертом периоде геологической истории гидрогеологические условия Горного Крыма мало изменились по сравнению с третьим периодом. Можно полагать, что современные гидрогеологические условия и, в частности, имеющаяся здесь очень глубокая зона интенсивного водообмена, захватывающая огромную толщу пород (до 1 км по вертикали) вплоть до цоколя Крымских горных сооружений, были сформированы в основном значительно раньше (до плиоцена).

В то же время на территории Равнинного Крыма поднятия в конце понтического века обусловили наступление континентального режима, который продолжается до настоящего времени (см.  16, з). Равнинный Крым стал сушей и только Присивашье и синклинали Керченского полуострова еще оставались ниже уровня моря. Однако условия для дренирования пород от заполняющих их морских вод и замещения последних инфильтрационными водами, формирующимися за счет атмосферных осадков, не были благоприятными. Невысокое положение Равнинного Крыма над уровнем моря и редкая неглубоко врезанная эрозионная сеть являлись условиями, затрудняющими сброс остаточных морских вод или оттеснение их в глубокие части впадин, а также процесс вымывания из водопроницаемых пород морского солевого комплекса, особенно из отложений, залегающих под майкопской водоупорной толщей.

Все это нашло отражение в современных гидрогеологических условиях Равнинного Крыма. Так, на большей части его площади неогеновые отложения содержат пресные воды с минерализацией менее 1 г/л. Наряду с этим нередко наблюдается повышенная (1—3 г/л) минерализация подземных вод, залегающих неглубоко от поверхности, (см.  11, 12) в понт-мэотических и сарматских отложениях. Кроме того, среди пресных вод и даже в карбонатных коллекторах встречаются воды с преобладанием среди анионов хлоридов (гидрокарбонатно- и суль- фатно-хлоридные и хлоридные) с высоким содержанием магния и натрия. Более глубокие водоносные горизонты, нередко связанные с хорошо проницаемыми коллекторами и имеющие высоко расположенные области питания, уже на небольших расстояниях от последних характеризуются водами повышенной минерализации, приближающей их к рассолам. Например, для вод мазанской свиты (нижний мел) это наблюдается на расстоянии примерно 50 км от области питания (см.  8). Однако для водоносных горизонтов в отложениях нижнего мела, в частности, мазанской свиты, подобное быстрое повышение минерализации местами, возможно, связано еще и с подтоком по разломам минерализованных вод из палеозойского складчатого основания, если эти водоносные горизонты непосредственно на нем залегают.

 Особенно неблагоприятными были условия вытеснения морских вод и промывание пород в северо-восточной части Керченского полуострова, отдельные площади которой только в четвертичное время вышли из-под уровня моря (юго-западная часть полуострова, сложенная преимущественно водоупорными майкопскими глинистыми отложениями, стала сушей к концу нижнего миоцена). Из развитых здесь малых артезианских бассейнов, приуроченных к мелким синклиналям, сток нередко затруднен и в настоящее время. Это в значительной мере объясняет отмеченное выше широкое распространение здесь солоноватых и соленых вод в отложениях неогена. Несомненно, большое значение, особенно для нижнемиоценового водоносного горизонта," играет поступление разнообразных флюидов из палеогеновых и более древних отложений, залегающих на большой глубине и подвергающихся воздействию высоких температур. Об этом свидетельствуют наблюдаемые в размытых антиклиналях газирующие углекислотой минеральные источники и действующие грязевые вулканы.

Приведенные данные позволяют судить о самых общих чертах палеогидрогеологии отдельных частей Крымского полуострова, вернее о направленности гидрогеологических процессов в разные геологические эпохи. Поэтому требуется дальнейшее их развитие и уточнение. Но даже такое схематическое представление о палеогидрогеологических особенностях того или иного района Крыма позволяет объяснить некоторые черты их современной гидрогеологии, а также в какой-то мере прогнозировать гидрогеологические особенности отдельных стратиграфических толщ на еще не изученных участках.