геолого–гидрогеологические условия кетмень

ГЕОЛОГО–ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
КЕТМЕНЬ-ТЮБИНСКОЙ ВПАДИНЫ
Толстихин Г.М 1., Токарев И. В. 2
1-Институт водных проблем и гидроэнергетики НАН Кыргызской Республики
2- Санкт-Петербургское отделение института геоэкологии РАН, Санкт-Петербург
Общие сведения
Кетмень-Тюбинская впадина представляет собой замкнутую межгорную котловину. Её
ограничивают водораздельные хребты: Таласский и Сусамырский – с севера, Атойпакский и
Ферганский – с юго-запада, Кекииримский – с юга; р. Нарын и частично вершинная часть
отрога Сусамырского хр. – с востока. Дно котловины - это равнина с общим уклоном на
запад и наименьшими абсолютными высотами от 1000 м в восточной до 800 м в западной
частях. Равнина местами нарушается выходами палеозойских пород – Тахталыхская гряда,
сланцевые горы Уртак-Тоо и Кочкор-Тюбе с высотными отметками от 1500 до 2500 м,
Ойталский гранитный массив (2500-2600 м) и Толукское плато. Между последними
палеозойскими останцами и южным склоном Сусамырского хр. находится неглубокая
тектоническая депрессия шириной до 6 км и длиной более 20 км, (Атлас…, 1987, Додонова,
1966, Турбин, 1970).
Южные склоны Таласского и Сусамырского хребтов широкие, пологие, расчлененные
на отдельные крупные отроги. Северный склон Кекиирим-Тоо имеет выраженные следы
древнего оледенения в виде троговых долин. Северо-восточные склоны Атанайского и
Ферганского хребтов, в противоположность юго-западным, более крутые, короткие и сильно
расчлененные. Склоны опоясаны широким прерывистым кольцом предгорий – адыров с
абсолютными высотами до 1500 м. Адыры наиболее развиты в правобережной (северной)
части котловины и представляют собой расчленённую холмистую местность.
В пределах Кетмень-Тюбинской впадины выделяются четыре внутренние котловины:
Толукская – наиболее приподнятая (абсолютные высоты 1400-1800 м) и отделённая от
собственно Кетмень-Тюбинской горами Ойтал; Торкенская (900-1200 м), отделённая горами
Шамышпалата; непосредственно Кетмень-Тюбинская (760-1000 м), совпадающая с долиной р.
Нарын и Саргатинская, расположенная на левобережной части р. Нарын между горами
Тахталык и Ортактау. Последняя в северной части имеет абсолютные отметки от 1100 до 1600
м.
Рельеф района в целом сложный, расчленённый и поэтому является определяющим
фактором для неоднородных условий формирования подземных вод.
Климат района резко континентальный и засушливый. Преобладают западные
вторжения воздуха, характерные для весеннего, осеннего и зимнего периодов. Летом выражен
местный горно-долинный ветер, который днём имеет западное направление, а ночью –
восточное. Средняя температура самого холодного месяца (январь) на высоте 800 м равна -13
0
С с абсолютным минимумом -30 0С, что обусловлено длительным застаиванием холодного
воздуха. Основная часть водных ресурсов формируется на наветренных склонах хребтов. Так,
если северо-западные склоны Атопайского и Ферганского хребтов имеют на высоте 2000 м
среднегодовое количество осадков до 800 мм, то на склонах, обращённых к Токтогульской
котловине, на той же высоте – всего 350-400 мм. В пределах же самой котловины выпадает в
среднем 300 мм осадков в год. Здесь характерен зимне-весенний максимум: с ноября по май
выпадает около 80 % осадков. На долю летнего периода приходится 8-10 % с минимальным
количеством в августе месяце (3-5 мм). Общая продолжительность снежного покрова 80-100
110
дней (начало декабря - конец марта). Мощность снежного покрова в центральной (равнинной)
части впадины 10-20 см, в западной – 20-30 см и на правобережной, более увлажнённой – до 1
м. Для весеннего периода характерно быстрое нарастание температур воздуха:
среднемесячная температура марта +0,8 0С, апреля +12 0С, а мая +17 0С. Абсолютный
максимум в июле составляет +40 0С.
Геолого-гидрогеологические характеристика Кетмень-Тюбинской впадины
Рассматриваемый район расположен в области сопряжения трёх главнейших
структурно-фациальных зон Тянь-Шаня: Северной, Чаткало-Нарынской и Южной (Додонова,
1966, Турбин, 1970).
В геологическом строении района принимают участие следующие породы.
Протерозойская группа пород сложена образованиями верхнего протерозоя, которые
по составу, степени метаморфизма и условиям залегания подразделяются на две свиты:
каракульджинскую (Pt2 kz) и узунахматскую (Pt2 uz) и Синийскую группу пород.
Каракульджинская свита представлена чередованием крупнокристаллических кварцевобиотитовых, гранатовых, сканолитовых и карбонатных сланцев, амфиболовых и биотитовых
парагнейсов, мелко-среднезернистых песчаников с кварцево-слюдистым цементом.
Узунахматская свита - филлитами, алевритовыми сланцами и рассланцованными
туфогенными породами – туфоалевролитами, туфопесчаниками и мелкообломочными
туфобрекчиями.
Синийская группа пород представлена также двумя свитами: карагоинской (Sn? krg) и
кызылбельской (Sn? kz). Первая по литологическому составу пород и условиям их залегания
подразделяется на нижнюю (Sn? кrg1) и верхнюю (Sn? кrg2). Нижняя сложена гнейсами,
роговиками, пигматитами, кристаллическими сланцами, мелко- и среднезернистыми
песчаниками с прослоями кремнистых сланцев, слюдистых кварцитов, известняков,
гравелитов и конгломератов. Верхняя подсвита распространена на южном склоне гор
Ортоактау и представлена известняками, известковыми, кремнистыми, амфиболовыми
сланцами, алевролитами, песчаниками, туфами и туфопесчаниками. Кызылбельская свита
обнажается сланцами в долине ручья Устосай.
Палеозойская группа пород развита на северном склоне хр. Узунахмат Курганской
(Є1 krg) и Бешташской (Є 2 o1bs) свитами, представленными туфами, туфопесчаниками,
туфоалевролитами и мраморизованными, доломитизированными известняками.
Отложения каменноугольной системы (Какиримская свита – C2+3 kk) развиты в виде
узкой полосы на северных склонах хребтов Такталык и Кокирим-Тау и включают
переслаивание песчаников, алевролитов и сланцев мощностью до 5000 м. Кроме того, данная
система характеризуется аналогичными породами бекегальской свиты (C3 kbr) на северовосточном склоне хр.Узунахмат.
Кайнозойская группа отложений, включающая осадки неогенового и четвертичного
возраста, занимает около 90 % площади района исследований.
Неогеновые образования представлены плиоценовыми накоплениями, которые
разделяются на две толщи – преимущественно терригенную и соленосно-гипсоносную.
Терригенная толща (N2 A) имеет ограниченное распространение в Толукской,
Сарагатинской впадинах и в бассейнах рек Ойтал и Шиленхана. Она представлена
гравелитами, песчаниками, палево-жёлтыми алевролитами и красными, красно-бурыми
глинами с прослоями до 0,5 м мелко- и тонкозернистого песка. Пласты по простиранию не
выдержаны, наблюдаются фациальные изменения. В указанных выше бассейнах верхняя
часть отложений размыта и фиксируется лишь в долинах рек Кайнар и Бельалды. Здесь на
грубозернистых песчаниках согласно залегают алевролиты и суглинки верхней толщи
плиоцена (N2 Б). Установленная мощность толщи А 200 м, а полная мощность - около 400 м.
111
Соленосно-гипсоносная толща (N2 Б) имеет широкое развитие по правому борту
долины р. Нарын и в пределах Сарагатинской мульды. Следует отметить, что залежь
каменных солей, расположенная на южных склонах гор Шамышкалата, находится в зоне
затопления Токтогульским водохранилищем. В связи с этим в 1964 г. были проведены
специальные работы по изучению изменения минерализации воды в водохранилище за счёт
растворения солей. На основании выполненных исследований дано заключение, что
ухудшения качества воды в водохранилище, используемой для орошения, не произойдёт,
(Ковалев, 1972). В целом на это указывают и результаты выполненных работ по проекту
МНТЦ KR-1430.
Отложения толщи Б ложатся с размывом или на метаморфизованные толщи верхнего
протерозоя или на гранитоиды палеозоя, имея в основании известковые конгломераты и
песчанистые известняки. В долине р. Чычкан данные отложения представлены табачными с
оттенками, бурыми и серыми озёрными ленточными глинами и суглинками с прослоями
алевролитов и песчаников. Встречаются также редкие пласты белых мергелей, аркозовых
песчаников и гравелитов с известково-глинистым цементом. Мощность варьирует от
выклинивания до 1500 м. В Сарагатинской впадине эти отложения представлены
преимущественно серыми и мергелями с прослоями гравелитов и средне-мелкозернистых
песчаников. Отмечаются рассеянные включения гипсов и каменной соли. Видимая мощность
на левобережье р. Нарын не превышает 500 м, а максимальная достигает 2000 м.
Нерасчленённые плиоцен-древнечетвертичные отложения (N2 – Q1) широко развиты в
Сарагатинской мульде на правобережье р. Нарын, в долинах рек Чычкан, Узун-Ахмат. Вблизи
русел указанных рек отложения состоят из мелкозернистых конгломератов, валунногалечников, гравелитов с линзами песчаников. Цемент песчано-глинистый, нередко
известково-глинистый. На удалении от русел конгломераты замещаются пролювиальными
валунно-галечниками, брекчиями или конгломерато-брекчиями с линзами и прослоями
песчаников и суглинков. В Саргатинской мульде отложения N2 – Q1 включают плохо
окатанные валунно-галечники, конгломераты и брекчии. Максимальная мощность – не более
1000 м.
Тектоника и краткая история геологического развития
Кетмень-Тюбинская впадина является крайним западным звеном в южной цепи впадин
срединного Тянь-Шаня. Она имеет западно-северо-западное простирание и приурочена к
важнейшей структурной линии Тянь-Шаня (линия Николаева), к которой причленяется с юговостока Ферганский краевой разлом.
Днищем Кетмень-Тюбинской впадины служит пенеплен, выработанный здесь на
рифейских метаморфических толщах и каледонских гранитоидах. Южная граница впадины
практически совпадает с линией Николаева, по которой она граничит с Кокаиримской
мегантиклиналью. Северная её граница проходит по южному подножью гор Акташ, Кызтуды,
являющихся южными отрогами хр. Сусамыртау, а восточная - по подошве названного хребта.
Высоты днища впадины от 900 до 1500 м, а её фундамент опускается в двух местах ниже
нулевого уровня. По отложениям миоцен-плиоцена впадина резко ассиметрична. Южный её
борт (южнее линии Николаева) имеет фестончатый контур и обусловлен пологим (10-200)
налеганием базальных слоёв упомянутых отложений на пенеплен, падающий в северных
румбах. Северный контур контролируется тремя субпараллельными Таласо-Ферганскому
разломами северо-западного простирания. Это Толукский, Чычканский и Токтогульский
разломы с амплитудами взбрасывания северо-восточных крыльев до первых сотен метров. По
Толукскому и Чычканскому разломам каледонские гранитоиды взброшены на миоценплиоценовые отложения, мощность которых достигает здесь тысячи метров. Сложность
дислокации обусловлена не только наклоном домезазойского основания, но и соляной
тектоникой. Отмеченные разрывы в большей своей части перекрыты серыми конгломератами
112
шарпылдакской свиты, которая, залегая трансгрессивно, перекрывает и неогеновые
отложения впадины, и гранитоиды её северного обрамления.
В самой впадине в начале раннечетвертичного времени образовался ряд поднятий и
впадин, обрамлённых разрывами. Наиболее крупное поднятие северо-западного простирания
– Ойтальское – отделяло Толукскую впадину от собственно Кетмень-Тюбинской. В последней
образовалось небольшое Шамшаколское поднятие в правобережье р. Нарын между устьями
рек Торкент и Кашкасу, поделившее впадину на две синклинальные структуры. В это же
время вдоль западного отрезка линии Николаева возникли два небольших поднятия,
причленившихся к ранее существовавшим – горам Ортоктау и Чавактау.
В середине четвертичного времени усилившиеся тектонические движения и, в
частности, общий региональный подъём приводят к смятию в складки шарпылдакской свиты
с падением от 5 0 внутри впадины до 80 0 и более в приразломных зонах.
Тектонические движения продолжаются вплоть до настоящего времени, что приводит
к дислокации позднеплейстоценовых и даже голоценовых террас. В частности, формируется
поперечная Чычканская зона нарушений, оказывающаяся в образовании наиболее прогнутой
части впадины в направлении нижнего течения р. Чычкан. В этом месте фиксируется взброс
северо-восточного крыла с амплитудой 70 м, который прослеживался и далее вдоль долины р.
Нарын, пока она не была затоплена водами Токтогульского вдхр.
Гидрогеологические условия
В соответствии с гидрогеологическим районированием территории Кыргызстана,
Григоренко, 1966,
район исследований расположен в пределах Токтогульского
гидрогеологического бассейна, западных частей Оргайского, Торкентского малых бассейнов и
окружающую их сложную систему гидрогеологических массивов внутреннего Тянь-Шаня.
Для развития балансовой гидрогеологической модели, а также для параметризации
модели Токтогульского бассейна выполнен анализ закономерностей размещения
гидрогеологических структур Нарынского бассейна и частного водосбора Токтогульского
водохранилища. Анализ выполнен на основе Гидрогеологической карты Кыргызской
Республики масштаба 1:500000 (Гидрологическая…, 2001). На рис. 1 представлена схема
размещения замкнутых гидрогеологических структур (межгорных бассейнов), сложенных
рыхлыми отложениями в пределах водосборных бассейнов р. Нарын и Токтогульского
водохранилища. Эти бассейны содержат основные ресурсы подземных вод и являются
регуляторами стока р. Нарын в годовом разрезе времени. Последние приурочены к горной
части района, представленной палеозойскими и протерозойскими образованиями: сильно
метаморфизованными, сложно дислоцированными сланцами, гнейсами, песчаниками,
известняками, гранитами, гранодиоритами, туфогенными образованиями. Подземные воды
трещинные, условия формирования и распространения их крайне неравномерные. Подземные
воды гидрогеологических массивов принимают участие в формировании грунтовых и
напорных вод гидрогеологических бассейнов. Данные гидрогеологические подразделения
приурочены к межгорным впадинам, сложенные отложениями неогенового и четвертичного
возраста. Водовмещающие породы представлены конгломератами, песчаниками,
гравелитами, валунно-галечниками, гравийно-галечниками. Тип водопроницаемости пород
поровый, порово-трещинный. Водообильность пород неравномерная. Питание подземных вод
осуществляется за счёт подтока грунтовых вод со стороны гидрогеологических массивов,
фильтрационных потерь поверхностных водотоков и инфильтрации атмосферных осадков.
Разгрузка подземных вод происходит родниками в реки – дрены, а также в Токтогульское
водохранилище.
113
оз. Иссык-Куль
Суусамырский
Джумгальский
Болгартский
СонгКёльский
Токтогульский
Верхнеенарынский
ТогузТороуский
АлабугаНарынский
Ат-Башинский
– замкнутые гидрогеологические
структуры (межгорные бассейны),
сложенные рыхлыми отложениями;
Арпинский
– массивы относительно
слабопроницаемых кристаллических
пород (водоразделы).
Рис. 1 Схема гидрогеологических структур в бассейнах р. Нарын и
Токтогульского водохранилища
Анализ особенностей геоморфологического строения территории на участках
размещения замкнутых гидрогеологических структур показывает, что рыхлые отложения
четвертичного и неогенового возраста, формирующие выположенные (пенепленизированные,
близкие к горизонтальным) участки рельефа, представляют собой основную емкость для
подземных вод. Данные по гидрохимическому, и изотопному составу воды (Лютаева, 1964,
Орловская, 1963, Чепков и др., 1988) указывают на то, что основная часть ресурсов
подземных вод формируется за счет инфильтрации атмосферных осадков и поверхностного
стока именно на этих выположенных участках рельефа.
В соответствии со схемой гидрогеологических структур в бассейне р. Нарын,
выделенных по результатам гидрогеологического картирования (Гидрогеологическая…, 2001),
были рассчитаны средние отметки высоты поверхности земли в этих бассейнах (Табл. 1).
Табл. 1. Средняя высота поверхности Земли в гидрогеологических структурах в пределах
распространения рыхлых отложений неоген-четвертичного возраста
Гидрогеологическая
структура
(межгорные бассейны)
Токтогульский
Средняя
высота,
м.н.у.м.
1670
Гидрогеологическая
структура
(межгорные бассейны)
Сонг-Кельский
Средняя
высота,
м.н.у.м.
3200
Тогуз-Тараузский
1950
Верхненарынский
3700
Алабуга-Нарынский
2400
Болгартский
4500
Ат-Башинский
2700
Из приведенной таблицы 1, видно, что в пределах водосбора р. Нарын основные
площади формирования ресурсов подземных вод располагаются в достаточно узком
диапозоне высот 1000-3700 м над уровнем моря, то есть находятся на довольно низких
абсолютных отметках. В сумме все названные бассейны составляют около 90 % площади
114
замкнутых гидрогеологических структур. Суммарная площадь гидрогеологических структур и
окружающих массивов кристаллических пород (за исключением Болгарского бассейна и
прилегающего горного обрамления) составляет около 70 % водосборной площади в бассейне
р. Нарын и Токтогульского водохранилища.
Три относительно малых по площади бассейнов – Сонг-Кельский, Верхненарынский и
Болгартский располагаются выше остальных. Доля Болгартской гидрогеологической
структуры в водном балансе территории, с учетом ее площади и снижения суммы годовых
осадков на высотах свыше 4000 м пренебрежительно мала. Таким образом, основная
водосборная площадь в пределах частного водосбора Токтогульского водохранилища
расположена на высотах около 1500-3500 м (Рис. 2).
6000
П л ощ ад ь (к м 2)
5000
4000
3000
2000
1000
4800
4400
4000
3600
3200
2800
2400
2000
1600
1200
800
0
Высота (м)
Рис. 2 Гистограмма распределения площадей в пределах водосбора р. Нарын
Подземные воды водосборов, расположенных на относительно невысоких отметках,
должны иметь тяжелый изотопный состав воды, поступающей в Токтогульское
водохранилище. Это предположение хорошо подтверждается полученными в ходе
исследований изотопными данными (Токарев и др. 2010, настоящий сборник).
Ниже по данным поисково-разведочных работ на подземные воды (Раманкулов, 1972,
Чепков и др., 1988) приводится краткая характеристика водоносных отложений,
Водоносный горизонт верхнечетвертичных-современных аллювиальных отложений (а
Q III - IV).
Данный водоносный горизонт развит в долинах наиболее крупных рек.
Водовмещающие породы – галечники, валунно-галечники с песчано-гравийным заполнителем
и с содержанием суглинистого материала. Основные источники питания грунтовых вод
является поверхностный сток рр. Нарын, Узун-Ахмат, Торкент, Чычкан. Дополнительное их
питание происходит из гипсометрически выше расположенных обводнённых пород.
Направление грунтового потока соответствует простиранию речных долин. Вскрытая
мощность водоносного горизонта до 10-15 м. Водообильность отложений высокая (15-20 л/с).
Удельный дебит скважин 5-9 л/с. Подземные воды хорошего качества с минерализацией 0,20,3 г/дм3, по химическому составу гидрокарбонатные, кальциево-магниевые.
Водоносный
горизонт
верхнечетвертичных-современных
аллювиальнопролювиальных отложений (ар Q III - IV).
115
Водоносный горизонт приурочен к русловым и пойменным отложениям наиболее
крупных ручьёв: Ничке, Кодуль, Кенулуксай, Опозунсай и др. Водовмещающие породы
представлены слабоокатанными, плохосортированными, рахлообломочными отложениями с
песчано-суглинистым заполнителем. Питание подземных вод, главным образом,
инфильтрационное за счёт вод поверхностного стока. Режим подземных вод – безнапорный.
Глубина до воды не превышает 5-10 до 15 м. Водообильность водовмещающих пород 3-8 л/с.
Удельный дебит скважин изменяется от 05 до 1,2 л/с. По химическому составу воды
гидрокарбонатные кальциево-магниевые с минерализацией до 0,1-0,5 г/дм3. Данный
водоносный горизонт может быть использован для водоснабжения мелких населённых
пунктов.
Водоносный горизонт верхнечетвертичных пролювиальных отложений (рr QIII).
Развит в долине р. Нарын. Водовмещающие породы – глыбово-щебнистые накопления
с песчано-глинистым заполнителем. Верхняя часть разреза характеризуется хорошей
промытостью, в нижней части в заполнителе преобладает глинистый материал, вследствие
чего водообильность пород с глубиной уменьшается (от 10 до 1,5 л/с). Подземные воды с
минерализацией до 0,1-0,3 г/дм3, по химическому составу сульфатные. В нижнем интервале
разреза концентрация хлора достигает 25 мг/ дм3 при жёсткости до 5-8 ммоль/ дм3.
Водоносный горизонт среднечетвертичных пролювиальных отложений (рr QII).
Развит в Саргaтинской впадине, в предгорьях Такталыкского хребта. Водовмещающие
породы – глыбово-щебнистые осадки, гравийно-галечники, валунно-галечники с песчаносуглинистым заполнителем. Водопроницаемость пород низкая. Питание подземных вод
осуществляется за счёт подтока подземных вод из палеозойских пород, инфильтрации
атмосферных осадков с подчинённым значением инфильтрации вод поверхностных
водотоков. Водообильность пород неоднородно изменяется от очень слабой до слабой и
зависит от содержания суглинистого заполнителя. Разгрузка подземных вод происходит в
виде родников, в основном, путём перелива в плиоценовые и плиоцен-древне-четвертичные
отложения.
Подземные воды хорошего качества, минерализация 0,3-0,7 г/дм3, по химическому
составу гидрокарбонатные натриево-кальциевые.
Водоносный комплекс плиоцен-древнечетвертичных отложений (N2 - Q1).
Имеет широкое распространение в пределах Кетмень-Тюбинской впадины.
Водовмещающими породами являются разногалечные конгломераты, конгломератобрекчии,
гравелиты с линзами и прослоями песков, песчаников, запесоченных глин и суглинков.
Верхняя часть разреза имеет более грубообломочный состав и представлен
слабосцементированными валунно-галечными отложениями, что создаёт благоприятные
условия для аккумуляции подземных вод. Тип циркуляции – поровый, порово-трещинный.
Питание подземных вод обусловлено притоком подземных с сопредельных обводнённых
толщ, а также инфильтрацией атмосферных осадков. Наличие среди грубообломочных пород
прослоев и линз глин и суглинков формирует напорный режим фильтрации. Относительно
водоупорные слои достаточно выдержаны, поэтому наряду с напорными водами
распространены и безнапорные, преимущественно в верхней части разреза. Разгрузка
подземных вод происходит путём перетекания в смежные водоносные горизонты, а также
русловым выклиниванием и в виде родников. Последние, в основном, приурочены к зонам
тектонических нарушений субширотного простирания, что обусловлено напором подземных
вод относительно водоупорными породами плиоцена, приподнятыми по отношению к
плиоцен-древнечетвертичным отложениям. Водообильность их весьма неравномерная, как
правило, от очень слабой до слабой (от 0,1 до 2,5 л/с). Минерализация – 0,5-1 г/дм3, воды
гидрокарбонатные, сульфатные, питьевого качества.
Подземные воды спорадического распространения толщ А и Б плиоцена (N2A; N2Б)
116
Эти воды, соответственно, распространены в бассейнах рр. Торкент, Ойтал,
Шиленхана и на правобережье долины р. Нарын, в Саргатинской впадине. Водовмещающие
породы толщи А представлены алевролитами, песчаниками, гравелитами, залегающими в
виде линз и прослоев среди глин. Толща Б состоит из аналогичных пород, в её составе
отмечаются многочисленные прослои и линзы соли, гипса, которые определяют химический
состав подземных вод. Так, минерализация достигает 1-8 г/дм3, воды хлоридные, натриевые,
сульфатные натриево-кальциевые. Подземные воды толщи А по степени минерализации
отличаются весьма высокими её значениями – до 18-22 г/дм3, что обусловлено обогащением
разреза, как и толщи Б, солями и гипсом. Отложения отличаются низкой проницаемостью и,
как следствие, водообильностью. Подземные воды напорные, поровые, порово-трещинные.
Подземные воды зон экзогенной трещиноватости.
Подземные воды трещинного, реже трещинно-карстового типа циркуляций
распространены в каменноугольных (С2 + 3), кемброво-ордовикских (СТ - О), синийских (Sn ?),
верхнепротерозойских (PR2 ?) отложениях и интрузивных образованиях
(rγ O3 – S?).
Водовмещающие породы, соответственно, представлены:
Песчаниками, сланцами, алевралитами, реже известняками;
Известняками, туфами, туфопесчаниками, туфоалевролитами;
Сланцами, аргиллитами, алевролитами, гнейсами, песчаниками с прослоями кварцитов,
гравелитов, конгломератов;
Сланцами, гнейсами, песчаниками, филлитами, известняками, туфами;
Гранитами.
Источник питания подземных вод – атмосферные осадки и боковой приток с
прилегающих обводнённых пород. Разгрузка происходит частично родниками, русловым
выклиниванием и перетеканием в гипсометрически нижележащие отложения.
Водообильность определяется степенью неоднородности трещиноватости и изменяется от
очень слабой до высокой. Подземные воды питьевого качества, как правило,
гидрокарбонатные, кальциево-мангниевые, минерализация не превышает 0,2-0,5 г/дм3.
Водопроницаемые, но практически безводные породы.
Данные отложения являются средне-верхнечетвертичными аллювиальными
(а QII-IV), развиты в долинах рр. Чычкан, Узун-Ахмат, Нарын. Представлены они валунногалечниками. Максимальная мощность составляет 50-60 м. Безводность пород обусловлена
отсутствием устойчивого питания, нижнего водоупора и хорошей их водопроводимостью,
обеспечивающий быстрый дренаж. Данные отложения приурочены также к
нижнечетвертичным пролювиальным осадкам (рr Q I-IV) (щебнисто-древесные, щебнистоглыбовые), распространённым на конусах выноса временных водотоков. Мощность их до 1030 м.
Подземные воды по изотопному составу диагностируются как воды снегового питания,
однако время фильтрации воды от области питания до водохранилища, рассчитанное по
тритию, варьируют в широких пределах – от нескольких месяцев до 10-15 лет.
Таким образом, исходя из вышеизложенного, можно сделать следующие выводы:
1. Гидрогеологические условия Кетмень-Тюбинской впадины достаточно сложные, что
определяется неоднородностью условий распространения, формирования, фильтрации и
разгрузки подземных вод.
2.
Структурно-геологическая
обстановка,
история
геологического
развития,
геоморфологические и гидрогеологические условий Кетмень-Тюбинской впадины позволяют
считать, что подземные воды района исследований формируются, в основном, на высотах, не
превышающих 3700 м. Питание подземных вод осуществляется за счет таяния снежников
горного обрамления, атмосферных осадков, инфильтрации поверхностного стока и
117
подземного притока со стороны смежных литологических разностей. Разгрузка подземных
вод практически повсеместно происходит в Токтогульское водохранилище.
3. Поступающие в водохранилище подземные воды характеризуются широким спектром
химического состава. Основная часть подземных вод имеет в качестве главных компонентов в
катионном составе – кальций, а в анионном – сульфаты и гидрокарбонаты. Суммарная
минерализация воды изменяется от 0,17 до 1,12 г/дм3. Атмосферные осадки, участвующие в
формировании подземных вод, характеризуются преобладанием гидрокарбонатно-натриевого
и кальциевого состава. Подземные воды, растворяющие соленосные отложения,
характеризуются преимущественно хлоридно-натриевым составом. В пределах горного
обрамления, где распространены комплексы трещиноватых кристаллических пород,
происходит накопление магния и калия. По мере фильтрации в сторону водохранилища и
перетоке воды из кристаллических пород в рыхлые отложения минерализация возрастает
преимущественно за счет накопления кальция и сульфатов, характеризующих процессы
развитого континентального засоления.
Гидрогеологические работы (Раманкулов и др., 1972, Чепков и др.,1988) позволили
выполнить оценку и подсчет запасов подземных вод, которые разведаны по категориям С1+С2
в количестве 40670 м3/сут, в том числе для неогенового комплекса обводненных пород –
28000 м3/сут; для водоносного горизонта четвертичных отложений – 12670 м3/сут.
Так как Токтогульская впадина, представляющая собой практически замкнутую
геологическую структуру, является базисом дренирования подземных вод в её пределах
подземные воды практически полностью выклиниваются в водохранилище естественным
путём. Однако малая величина эксплуатационных и прогнозных запасов подземных вод по
сравнению с речным стоком (по данным выполненных гидрогеологических исследований) не
оказывает в настоящее время существенного влияния на пополнение и изменение
гидрохимических показателей воды в водохранилище. Между тем, результаты исследований
по настоящему проекту KR-1430 и привлеченные архивные данные указывают, что основным
фактором, обуславливающим негативное изменение солевого состава воды в начальный
период наполнения водохранилища, являлась разгрузка в водохранилище соленых подземных
вод.
Литература
Атлас Киргизской ССР. Том 1. Природные условия и ресурсы. – М.: ГУГК при СМ СССР,
1987.
Гидрогеологическая карта Кыргызской Республики / З.С. Биденко, С.А. Тарасов и др.: Под
ред. Г.М. Толстихина. – КГГФ, 2001. – 85 с.
Григоренко П.Г. Основы геологии четвертичных (антропогенных) отложений и связанные с
ними подземные воды артезианских бассейнов киргизского Тянь-Шаня. – ФрунзеТашкент: Киргизстан, 1966. – 49 с.
Додонова Т.А. Геологическая карта СССР масштаба 1:200000, серия Северо-Тянь-Шаньская.
Лист К-43-XX.– Бишкек: КГГФ, 1966.
Ковалев В.М. Влияние месторождения каменных солей Шамышкалата на засоление воды в
Токтогульском водохранилище // В кн. Гидрогеология и инженерная геология аридной
зоны СССР.– Вып. 6. Закономерности формирования подземных вод и их ресурсы.– М.:
Недра, 1972.– С. 118-125.
Лютаева Н.Г. Гидрогеологические условия территории листа К-43-XIX.– Бишкек: КГГФ,
1964.
Орловская С.И. Гидрогеологические условия территории листа К-43-XX.– Бишкек: КГГФ,
1963.
118
8. Раманкулов Б.А., Матыченков В.Е. Отчет по поисковым работам в Токтогульском районе,
проведенным в 1969-1971 гг. для изыскания источников водоснабжения населенных
пунктов, переносимых из зоны затопления водохранилища.– Бишкек: КГГФ, 1972.
Турбин Л.И. Геологическая карта СССР масштаба 1:200000, серия Северо-Тянь-Шаньская.
Лист К-43-XX.– Бишкек: КГГФ, 1970.
Чепков В.И., Решетников С.В. Результаты детальных поисков подземных вод для
водоснабжения населенных пунктов в Токтогульском районе Таласской области
Киргизской ССР. Отчет Калининской ГГП по работам, выполненным в 1984-1988 гг. в
Кетмень-Тюбинской впадине.– Бишкек: КГГФ, 1988.–140 с.
119
GEOLOGICAL AND HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS
OF THE KETMEN-TYUBE DEPRESSION
G.Tolstikhin1, I. Tokarev2
1-Institute of Water Problems and Hydropower.
2- Saint Petersburg Branch of the Geoecology Institute under the Russian
Academy of Sciences, Saint Petersburg
General Information
The Ketmen-Tyube depression is a closed intermountain trough. Its boundaries stretch along
watershed lines of the following mountain ranges: Talas and Susamyr – in the north; Atoipak and
Fergana – in the southwest; Kekirim – in the south. In the east, these boundaries are formed by the
Naryn river and an apical part of the Susamyr ridge. The bottom of the depression is a plain
generally inclined to the west; absolute heights vary from 1000m in the east to 800m in the west. In
some part, this plain feature is broken by abruptions of palaeozoic rocks – the Takhtalyk mountain
ridge, the Urtak-Too and Kochkor-Tyube plates with heights of 1500-2500m, the Oital granite
massif (2500-2600m) and the Toluk plateau. There is a shallow tectonic depression 6 km wide and
20 km long between these palaeozoic rocks and the southern slop of (Atlas…, 1987, Dodonova,
1966, Turbin, 1970).
Southern slopes of Talas and Susamyr ranges are wide, flat and divided into separate large
ridges. The northern slope of Kekirim-Too has pronounced marks of ancient glaciation presented in
the form of glacial-carved valleys. In contrast, northeast slopes of Atanai and Fergana ranges are
steep, short and highly divided. These slopes are surrounded a wide and interrupted ring of foothills
characterized by absolute heights of about 1500m. The most developed foothills are located in the
right-bank (northern) part of the depression and are a partitioned upland.
There are four inland troughs within the Ketmen-Tyube depression: Toluk – the most
elevated (absolute heights: 1400-1800m) and detached from the depression by the Oital mountains;
Torken (absolute heights: 900-1200m) detached by the Shamyshpalata mountains; the KetmenTyube depression itself (absolute heights: 760-1000m) conterminous with a valley of the Naryn
river; and Sargaty located on the left-bank part of the Naryn river, between Takhtalyk and Ortaktau
mountains. The northern part of the last trough (absolute heights: 1100-1600m) belongs to the target
area.
As a whole, the area’s relief is compound, partitioned; in many respects, it is a determining
factor for inhomogeneous conditions of underground water formation.
The climate of the target area is sharply continental and dry. Western air outbreaks dominate.
They are typical for spring, autumn and winter periods. Summer months are characterized by the
local mountain and valley wind, which blows westward during daytime and eastward during
nighttime. The mean temperature of the coldest month (in January, at the height of 800m) is -130С.
An absolute minimum was -300С; such phenomenon was caused by prolonged stagnation of cold air.
The main amount of moisture is concentrated on windward mountain slopes. Thus, for example, the
annual mean precipitation amount on the northwestern slopes of Atopai and Fergana ranges (at the
height of 2000 m) is about 800 mm. At the same time, slopes facing the Toktogul depression have
the annual average precipitation of 350 – 400 mm. The annual average precipitation within this
depression is 300 mm; here, the largest amounts of precipitation (about 80%) are observed during the
period of November to May. The summer period is characterized by minimal precipitation sums (810%) in August (3-5 mm). The total duration of snow cover is 80-100 days (from the beginning of
108
December till the end of March). Within the depression, depths of snow cover are as follows: central
plain part - 10-20 cm, western part – 20-30 cm and right-bank moistened part – up to 1 m. The spring
period is characterized by a fast temperature rise. Monthly mean temperatures are as follows: March
+0,80С, April +120С and May +170С. An absolute maximum is +400С.
Geological and hydrogeological characteristics of the Ketmen-Tyube depression
The research area is located within a conjunction of three main structural and facial zones of
Tien-Shan: Northern, Chatkal-Naryn and Southern zones (Dodonova, 1966, Turbin, 1970).
The geological structure of the area is formed by the following types of rocks.
A Proterozoic group of rocks consists of upper Proterozoic formations, which can be
subdivided into the following two sets of rocks: Karakuldja (Pt2 kz) and Uzunakmat (Pt2 uz) and the
Sinian group of rocks.
The Karakuldja set of rocks rocks includes alteration of quartz-biotite, garnet, scaploite and
carbonate slates, amphiboles and biotite paragneiss, fine and medium sandstones with quartzmicaceous cement. The Uzun-Akhmat set of rocks consists of phyllites, aleuritic slates and schistose
tufogenic rocks - tufoaleurolite, tufosandstone and microfragmental tufobreccia.
The Sinian group of rocks includes the following two sets: Karagoi (Sn? krg) and Kyzylbel (Sn?
kz). The first set is subdivided (by lithological composition of component rocks and bedding
conditions) into upper (Sn? кrg1) and lower (S? кrg2) sub-sets. Some abruptions of the lower sub-set
are observed on the southern slope of the Susamyr mountain range; they form Ortoaktayu and
Chavatayu mountains. This sub-set consists of gneiss, hornstone, pegmatites, schist, fine and
medium sandstones with siliceous schist interlayers, micaceous quartzite, limestone, gravelite and
conglomerate. The upper sub-set is prevalent on the southern slope of the Ortoaktayu mountains. It
consists of calcareous shale, siliceous schist, amphibole slate, siltstone, sandstone, tuff and
tufosandstone. The Kyzylbel set outcrops by some slates observed in a valley of the Ustosai river.
The palaeozoic group of rocks is located on the northern slope of the Uzunakhmat mountain
range and includes the Kurgan ( Є1 krg) and Beshtash (Є 2 o1bs) sets. They consist of tuff,
tufosandstone, tufoaleurolite and marbled, dolomitized limestone.
Coal deposits (the Kakirim set of rocks – C2+3 kk) is developed in the form of a narrow line
along northern slopes of the Taktalyk and Kakirim-Tau mountain ranges characterized by alternation
of sandstone, aleurolite and slates. Thickness is about 5000m. These coal measures are also
characterized by similar rocks consolidated by the Bekegal set (C3 kbr) on the northeastern slope of
the Uzunakhmat mountain range.
The Neozoic group of deposits, including sediments of the neogene and quaternary age,
occupies about 90% of the target area.
Neogene formations include Pliocene accumulations, which are divided into two rock masses:
predominant terrigenous and salt- and gypsum-bearing masses.
The terrigenous mass (N2 A) is observed within the Toluk and Saragata throats as well as
within basins of the Oital and Shilenkhan rivers. It is characterised by gravelite, sandstone, paleyellow aleurolite, and red and foxy clay with interlayers of fine (up to 0,5 m) and very fine-grained
sand. In terms of spreding, layers are not mature; there are some facies changes. In the above
mentioned river basins, the upper part of sediments is degraded and concentrated only in valleys of
the Kainar and Belaldy rivers. Here, aleurolite and loam of the upper pliocene sections (N2 Б) are
bedded on coarse-grained sandstone; the proved thickness of section A is 200m, the total thickness is
about 400m.
The salt- and gypsum-bearing mass (N2 Б) is well developed along the right side of the
Naryn river valley and within the Sargata trough. It should be noted that the rock salt deposit, located
on the southern slopes of the Shamyshkalat mountains, is covered by waters of the Toktogul
109
reservoir. The impact of this deposit on water mineralization was studied in 1984; the conducted
research demonstrated that the salt deposit would not affect the quality of irrigation waters (Kovalev,
1985). Results of the field works contacted under the ISTC KR-1430 Project confirm this
assumption.
Sediments of mass Б, based on lime conglomerate and sandy limestone, cover (with wash)
metamorphized masses of the upper Proterozoic or palaeozoic granitoid. In the Chychkan river
valley, these sediments consist of snuff-coloured, fulvous and grey lacustrine and bandy clay, and
loam with interlayers of aleurolite and sandstone. In addition, there are widely spaced layer of white
malm, arkosic sandstone and gravelite with argillo-calcareous cement. Thickness varies from
thinning to 1500m. In the Sargata trough, the sediments include grey marls with interlayers of
gravelite and medium and fine-grained sandstone. There are some disseminated impurities of
gypsum and rock salt. The visual thickness along the left bank of the Naryn river does not exceed
500m, maximum thickness reaches 2000m.
Non-segmented Pliocene and ancient quaternary sediments (N2 – Q1) are well developed in
the Saragata trough located on the right bank of the Naryn river in valleys of the Chychkan and
Uzunakhmat rivers. Sediments, located near mouths of these rivers, consist of fine-grained
conglomerate, boulder-rock and pebbles, gravelite with sandstone lens. Cement is argillo-arenaceous
and sometimes argillo-calcareous. Further from river mouths, conglomerate is replaced by proluvial
boulder-rock and pebbles, breccia or conglomerate breccia with lens and interlayers of sandstone,
sandstone and loam. Sediments N2 – Q1 of the Sargata trough contain poorly rounded boulder-rock
and pebbles, conglomerate and breccia. Maximum thickness does not exceed 1000m.
Tectonics and brief history of the geological development
The Ketmen-Tyube depression is an extreme western component of the next southern chain
of depressions located within the middle Tien Shan. It stretches in the west-north-west direction and
belongs to the most important structural line of Tien Shan (Nikolaev’s line), where the depression is
bounded by the Fergana marginal break.
The bottom of the Ketmen-Tyube depression is a peneplain formed on Riphean metamorphic
masses and Caledonian granitoid. The southern boundary of the depression coincides with
Nikolaev’s line and is contiguous with the Kakarim meganticline. Its northern boundary passes along
the southern foot of the Aktash and Kyztudy mounthains, which are the southern ridges of the
Susamyrtayu mountain range. The eastern boundary passes along a bottom of Susamyrtayu. Height
of the depression’s bottom varies from 900 to 1500m, and in two places, the depression’s bed drops
below zero level. In terms of Miocene and Pliocene deposits, the depression is sharply asymmetrical.
Its southern side (located southward of Nikolaev’s line) has a scalloped contour and is caused by flat
(10-20°) superposition of basal layers within the above mentioned deposits on peneplain falling in
northern rhumbs. The northern contour is controlled by three sub-parallel Talas-Fergana fractures of
the north-west direction. These fractures are Toluk, Chychkan and Toktogul; they are characterized
by amplitudes of upthrusting of north-eastern sides to first hundred meters. Along the Toluk and
Chychkan fractures, Caledonian granitoids are upthrusted on the Miocene and Pliocene deposits.
Thickness of these granitoids is equal to many hundred meters; in the north-east, it exceeds kilometer
values. Such complex dislocation is caused not only by an incline position of the presecondary
bottom but also by salt tectonics. In most cases, the registered fractures are covered by grey
conglomerates of the Sharpyldak set, which overlapping transgressively, covers Neogene deposits of
the depression and granitoids of its northern frame.
At the beginning of the Early Quaternary period, several heaves and troughs, framed by
fractures, appeared within the depression. The largest heave of the north-west direction, Oital, served
as the boundary between the Toluk trough and the Ketmen-Tyube depression. There is a small heave,
Shamshakol, located on the right bank of the Naryn river between mouths of the Torkent and
110
Kashkacu rivers; this heave divided the Ketmen-Tyube depression into two synclinal structures. At
the beginning of the Quaternary period, two small heaves appeared along the western section of
Nikolaev’s line; they joined the existing mountains of Ortoktayu and Chavaktayu.
In the middle of the Quaternary period, the Sharpyldak set of rocks became crumpled and
creased as a consequence of increased tectonic movements, in particular the overall regional heaving.
Stratum dip values varied from 5° within the depression to 80° and higher within fault zones. During
the second part of the Early Quaternary period, the depression widened; this process resulted in new
transgressive overlapping of conglomerates.
Tectonic movements keep going on. As a result, terraces of the Late Pleistocene and even
Holocene have been dislocating. For example, the transverse Chychkan zone of fractures has been
formed and currently located within the Ketmen-Tyube depression downward the Chychkan river.
Indeed, this place is characterized by overthrust of the north-eastern side with amplitude of 70m.
This phenomenon was evident along the Naryn river valley until the valley was flooded by waters of
the Toktogul reservoir.
Hydrological conditions
According to hydrogeological zoning of the Kyrgyzstan’s territory (Grigorenko, 1966), the
research area is situated within boundaries of the Toktogul hydrogeological basin, western parts of
the Orgai and Torkent sub-basins, and hydrogeological massifs of the inner Tien Shan.
In order to develop a balanced hydro-geological model and to parameterize the model of the
Toktogul basin, an analysis of the distribution patterns of hydro-geological structures of the Naryn
basin and private drainage of the Toktogul reservoir has been made. The analysis was made on the
basis of the Hydro-geological map of the Kyrgyz Republic (1:500000 scale) (Bidenko, 2001). Fig. 1
shows the layout of closed hydro-geological structures (inter-mountain basins), composed by
unconsolidated sediments within the watershed district of the Naryn river and the Toktogul reservoir.
These basins contain key groundwater resources and are regulators of runoff of the Naryn river in the
annual time section. The latter are confined to the mountainous part of the district, represented by
Paleozoic and Proterozoic formations: strongly metamorphosed, complex-stationed schists, gneisses,
sandstones, limestones, granites, granodiorites, tufogenic formations. Groundwaters are fractured;
the conditions of their formation and distribution are extremely uneven. Groundwaters of hydrogeological arrays are involved in the formation of ground and pressurized waters of hydro-geological
basins. These hydro-geological units are confined to intermontane basins, formed by sediments of
the Neogene and Quaternary ages. Reservoir rocks are mostly conglomerates, sandstones, gravelites,
boulder-pebble and gravel-pebble. The type of water permeability capacity is pore, or pore-fractured.
Waterbearing of rocks is uneven. Groundwater is replenished by inflow of groundwater from hydrogeological massifs, filtration losses of surface watercourses and infiltration of precipitation.
Discharge of groundwater occurs through the springs flowing into rivers-drains, as well as into the
Toktogul Reservoir.
An analysis of the geomorphic features of the territory at the zone of closed hydro-geological
structures shows that unconsolidated sediments of Quaternary and Neogene ages, forming the
flattened (peneplenizied, close to horizontal) relief parts, constitute the main reservoir for
groundwater. Data on hydro-chemical (Lyutaeva, 1964, Оrlovskaya, 1963, Turbin, 1970) and
isotopic composition of water indicate that the bulk of groundwater resources are formed by
infiltration of rainfall and surface runoff exactly on these flattened parts of the relief.
In accordance with the scheme of hydro-geological structures in the basin of the Naryn river,
found upon the results of hydro-geological mapping (Bidenko, 2001, Lyutaeva, 1964, Оrlovskaya,
1963), we calculated the average marks of the land surface height in these basins (Table 1).
111
The Lake Issyk-Kul
Suusamyr
Dzhumgal
Bolgart
Song-Kyolskyi
Upper
Naryn
Toktogul
Toguz-Torus
Alabuga-Naryn
At-Bashin
– closed hydrogeological structures
(intermontane basins), composed of
loose rock;
Arpin
– arrays of relatively weakly penetrable
crystalline rock (watersheds).
Fig. 1 Hydrogeological structures in the Naryn and Toktogul Reservoir catchments areas.
Table. 1. Average height of land surface in hydrogeological structures within boundaries of
distribution of friable quaternary and neogene deposits.
Hydrogeological
structure
(intermontane basins)
Average
elevation,
above the
sea level
Hydrogeological
structure
(intermontane basins)
Average
elevation,
above the
sea level
Toktogul
1670
Son-Kol
3200
Toguz-Tarau
1950
Verkhnii Naryn
3700
Alabuga-Naryn
2400
Bogart
4500
At-Bashi
2700
Table 1 shows that within the Naryn river catchment, main underground water formation
areas are located at the heights of 1000-3700m above the sea level. It means that these areas are
situated at quite low absolute marks. All basins mentioned above make up to 90% of the area of
locked hydrogeological structures. The overall area of hydrogeological structures and surrounding
massifs of crustal rocks (with the exception of the Bogart basin and adjacent mountain settings) is
about 70% of the catchment area of the Naryn and Toktogul basins.
Three relatively small basins (Son-Kol, Verkhnii Naryn and Bogart) are situated slightly
higher, in comparison with other basins. The share of the Bogart hydrogeological structure in water
balance is apparently small. Thus, the main catchment area (within the specific catchment of the
Toktogul reservoir) is located at the height of 1500-3500 m (Fig.2).
112
6000
5000
area, km2
4000
3000
2000
1000
0
800
1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400 4800
Height, m
Fig. 2 Bar graph of areas’ distribution within the Naryn river catchment.
Uncovered patterns of distribution of main catchments, feeding underground waters and
located at relatively moderate heights, should lead to quite heavy isotopic composition of waters
flowing into Toktogul. This assumption correlates well with the obtained actual isotope data.
(Tokarev et al., 2010).
A brief description of water-bearing sediments is given below (Romankulov et al., 1972,
Cherepkov et al., 1988):
Water-bearing horizon of upper quaternary modern alluvial deposits (а Q III - IV).
This horizon is developed in valleys of the largest rivers. Water-bearing strata - pebbles,
boulder-rock and pebbles with sand-gravel filler and loamy material. The main feeding source for
underground waters is surface flow of the Naryn, Uzun-Akhmat, Torkent and Chychkan rivers.
Watered rocks, located hypsometrically higher, also provide additional feeding. Direction of
subterranean water flows corresponds to river valleys stretch. Exposed thickness of aquiferous
stratum is 10-15m. Water abundance of sediments is high (10-20 l/s). Specific yield is 5-9 l/sec.
Underground waters are of good quality with mineralization of 0,2-0,3 gram/dm3; in terms of
chemical composition, underground waters are hydrocarbonate, calcium and magnesium.
Water-bearing horizon of upper quaternary modern alluvial and proluvial deposits (аp Q III IV).
This horizon is situated near watercourse and water-meadow sediments of the
largest
streams: Nichke, Kodul, Kenuluksai, Opozunsai and others. Water-bearing strata – feebly rounded,
poorly sorted, friable sediments with argillo- loamy filler. Feeding of underground waters is mainly
infiltrating and is provided by waters of surface flow. Regime of underground waters is nonpressure.
Depth (to water) does not exceed 5-10 or 15m. Water abundance of water-containing rocks is 3-8
l/sec. Specific yield varies from 05 to 1,2 l/sec. In terms of chemical composition, waters are
hydrocarbonate, calcium and magnesium with mineralization of 0,1-0,5 gram/dm3. This waterbearing horizon can be used to supply water to small settlements.
Water-bearing horizon of upper quaternary proluvial deposits (p Q III).
This horizon is located in the Naryn river valley. Water-bearing strata – block and detritus
accumulations with argillo-arenaceous filler. The upper part of a layer is well washed; the lower part
113
consists of argillaceous materials, hence, water abundance of rocks decreases with depth. (10 - 1,5
l/s). Underground waters with mineralization of less than 0,1-0,3 gram/dm3 are sulfate. The lower
interspace of a layer is characterized by chorine concentration of 25 mg/dm3 with water hardness of
5-8 mmole/dm3.
Water-bearing horizon of medium-quaternary proluvial deposits (p Q II).
This horizon is developed in the Sargata trough, near foothills of the Taktaly mountain range.
Water-bearing strata – blocky and detritus sediments, gravel pebbles, boulder pebbles with sandloamy filler. Permeability of rocks is low. Feeding of underground waters is provided by waters
flowing from palaeozoic rocks, infiltration of atmospheric precipitation with subordinated values of
water infiltration from surface waterways. Water abundance of rocks varies from very poor to poor
and depends on content of loamy filler. Underground water discharge takes place when springs
overflow to Pliocene and Pliocene ancient quaternary sediments
Underground waters are of good quality, mineralization is 0,3-0,7 gram/dm3, in terms of chemical
composition, waters are of soda-lime nature.
This set is prevalent within the Ketmen-Tyube depression. Water-bearing rocks are different
pebble conglomerate, conglomerate breccia, gravelite with lens and interlayers of sand, sandstone,
oversanded clay and loam. The upper part of a layer is more coarser and consists of weakly cemented
boulder and pebbles deposits; this
creates favourable conditions for underground waters
accumulation. Circulation type – poral and porous fracture. Underground water feeding is provided
by underground
inflows from contiguous water-flooded masses and atmospheric precipitation
infiltration. Interlayers and lens of clay and loam form pressure regime of filtration. Relatively
waterproof layers are sustained enough; and therefore, the upper part of a layer is characterized by
both pressure and unconfined waters. Ground water discharge takes place when waters overflow to
adjacent water-bearing horizons or through channel thinning or in the form of springs. Springs are
related to zones of tectonic disturbances of sub-latitudinal strike; this phenomenon is caused by
waterproof Pliocene rocks
located above Pliocene and ancient quaternary deposits. Water
abundance is quite uneven and as a rule, varies from very poor to poor. Mineralization is 0,5-1
gram/dm3; waters are hydrocarbonate, sulphate and of drinking quality.
Underground waters of sporadic distribution of masses A and Б Pliocene (N2A; N2Б).
These waters are prevalent within basins of Torkent, Oital, Shilenkhan rivers and along the
right bank of the Naryn river valley, respectively. Water-bearing rocks of mass A include aleurolite,
sandstone, gravelite lying in clay as lens and interlayers. Mass Б consists of similar rocks plus
numerous interlayers and lens of salt and gypsum, which define chemical composition of
underground waters. Thus, for example, mineralization reaches 1-8 gram/dm3; waters are chloride,
sulphate sodium-calcium. Underground waters of mass A are characterized by quite high
mineralization values that vary from 18 to 22 gram/ dm3; like in case of mass Б, this phenomenon is
caused by salt and gypsum enrichment. Deposits penetrability is low. Underground waters are
pressure, porus and porus and fracture.
Underground waters of exogenous fissuring zones.
Underground waters of interstitial, sometimes of fissure and cavern, circulation type are
prevalent in coal measures (C2+3), Cambrian and Ordovician (Ст-O), Sinian (Sn ), upper Proterozoic
(PR2 ) deposits and intrusive rocks (rγ O3 – S).
Water-bearing rocks include:
Sandstone, slate, aleurolite and sometimes, limestone;
Limestone, tuff, tufosandstone, tufoaleurolite;
Slate, mudstone, aleurolite, gneiss, sandstone with quartzit interlayers, gravelite,
conglomerate;
Slate, gneiss, sandstone, phyllite, limestone, tuff;
Granite.
114
Feeding sources for underground waters are atmospheric precipitation and side inflows from
contiguous water-flooded rocks. Discharge takes place through springs, channel thinning and
overflow to deposits located hypsometrically lower. Water abundance is determined by the
heterogeneity degree of fissuring and varies from very poor to strong. Underground waters are of
drinking quality, and as a rule, are hydrocarbonate, calcium-magnesium; mineralization does not
exceed 0,2-0,5 gram/dm3.
Permeable but practically arid rocks.
These deposits are medium-upper quaternary alluvial (a QII-IV) and can be found in valleys of
the Chichkan, Uzun-Akhmat and Naryn rivers. They consist of boulder-pebbles. Maximum thickness
is 50-60m. Dryness of rocks is caused by the lack of stable feeding and lower confining layer as well
as by good transmissibility providing fast drainage. Also, these deposits belong to low quaternary
proluvial sediments (pQI-IV) (rubbly and woody, rubbly and blocky) prevalent on talus trains of
temporal waterways. Thickness varies from 10 to 30m.
The isotope analysis shows that underground sources are fed by melting snow; however,
according to the tritium analysis, the channel lag from a formation zone of these sources to the
reservoir varies from several months to 10-15 years.
Thus, based on the foregoing, the following can be concluded:
1.
Hydro-geological conditions of Ketmen-Tyube are rather complex, which is determined by
heterogeneity of the conditions of distribution, formation and discharge of groundwater.
2.
Structural and geological conditions, the history of geological development, geomorphological and hydro-geological conditions of the Ketmen -Tyube basin suggest that the
groundwaters of that area are mostly formed at altitudes not exceeding 3700 m. The
groundwater replenishment is done by melting snowfields of mountain frame, precipitation,
infiltration of the surface runoff and subsurface flow from adjacent lithologic differences.
Discharge of groundwater occurs almost everywhere in the Toktogul reservoir.
3.
Underground waters, entering the reservoir, are characterized by a wide range of chemical
composition. Most groundwaters have calcium as a major component in the cation
composition, and sulphates and hydrogen carbonates as anions. The total mineralization of
water varies from 0.17 to 1.12 g / dm3. Rainfall, participating in the formation of
underground waters, is characterized by predominant sodium bicarbonate and calcium
composition. Groundwaters, dissolving saline deposits, are characterized primarily by
chloride-sodium composition. Within the mountain frame, where the systems of fractured
crystalline rocks are widespread, accumulation of magnesium and potassium is taking place.
As filtration toward the reservoir occurs and the water flows from the crystalline rocks into
unconsolidated sediments, mineralization increases mainly due to the accumulation of
calcium and sulfates, describing the processes of developed continental salinization.
Hydro-geological works in (Ramankulov et al., 1972) and 1984-1988 (Chepkon et al., 1988)
allowed to assess and calculate groundwater resources, which were explored by C1+C2 categories in
the number of 40670 m3/day, including for the Neogene complex of watered rocks - 28000 m3/day;
for the waterbearing horizon of quaternary deposits - 12670 m3/day (Turbin, 1970).
Since the Toktogul depression, representing almost closed geological structure, is the basis of
drainage of groundwaters, within it the underground waters are almost completely wedged out into
the reservoir naturally. However, currently the small value of operational and forecasted resources of
groundwaters, compared to the river flow (according to the hydro-geological investigations carried
out), does not have a significant impact on the replenishment and change of hydro-chemical
characteristics of water in the reservoir. Meanwhile, the results of the research on KR-1430 project
and the archival data involved indicate that the main factor that contributes to negative change in salt
composition of water in the initial period of the reservoir filling was the discharge of salty
groundwater into the reservoir.
115
References
Atlas of the Kirghiz SSR. Volume 1. Natural conditions and resources. - M.: GUGK in USSR, 1987.
Hydro-geological map of the Kyrgyz Republic/Z.S. Bidenko, S.A. Tarasov et al: Ed. G.M.
Tolstikhin. - KGGF, 2001. - 85 pp.
Grigorenko, P.G. Fundamentals of Geology of the Quaternary (anthropogenic) sediments and
associated groundwater artesian basins of Kyrgyz Tien Shan. - Tashkent, Frunze: Kyrgyzstan,
1966. - 49 pp.
Dodonova T.A. Geological map of the USSR, scale 1:200000, Series North Tien Shan. K-43-XX .Bishkek: KGGF, 1966.
Kovalev V.M. “Forecast of restructuring the shores of Toktogul reservoir” //Hydrogeology and
Engineering Geology of the Kyrgyz SSR, Frunze: Ilim, 1985. pp 40-45.
Lyutaeva N.G. Hydro-geological conditions of the territory K-43-XIX .- Bishkek: KGGF, 1964.
Orlovskaya S.I., Hydro-geological conditions of the territory K-43-XX .- Bishkek: KGGF, 1963.
Ramankulov B.A., Matychenkov V.E. Report on search in the Toktogul region, conducted in 19691971 in order to find water sources for settlements, moved from the reservoir flooding zone .Bishkek: KGGF, 1972.
Turbin L.I. Geological map of the USSR, scale 1:200000, Series North Tien Shan. K-43-XX .Bishkek: KGGF 1970.
Chepkov V.I., Reshetnikov S.V. Results of detailed search of underground water for watersupply of
settlements in the Toktogul district of Talas oblast, Kyrgyz SSR. Report of Kalinin SGE on
works, performed in 1984-1988 in Ketmen-Tyube basin .- Bishkek: KGGF, 1988.-140 pp.
116