Флорида аквифер жүйесі: Палеоген карбонат тау жыныстарының сипаттамасы

Кіріспе

Америкалық карбонатты тау жыныстарының тізбегі
Флоридалық суқойма жүйесі – Жоғарғы және Төменгі Флорида суқоймаларынан тұратын, Палеогендік карбонатты тау жыныстарының тізбегі. Ол АҚШ-тың оңтүстік-шығысында шамамен 100 000 шаршы миль (258 999 км²) аумақты алып жатыр. Ол Флорида штатының бүкіл аумағын және Алабама, Джорджия, Миссисипи және Оңтүстік Каролина штаттарының бөліктерін қамтиды. Флоридалық суқойма жүйесі – әлемдегі ең өнімді суқоймалардың бірі және шамамен 10 миллион адамды ауыз сумен қамтамасыз етеді. АҚШ Геологиялық қызметінің мәліметтері бойынша, 2000 жылы Флоридалық суқойма жүйесінен күніне 3 640 миллион галлон (мгал/күн) су алынған, бұл елдегі барлық негізгі суқоймалардың арасында 5-орында тұр. Флоридалық суқойма жүйесі Флориданың орталық және солтүстік бөлігіндегі, сондай-ақ Джорджияның шығыс және оңтүстік бөлігіндегі, Брансуик, Саванна және Вальдоста қалаларының көпшілігі үшін ауыз судың негізгі көзі болып табылады. 1944 жылы Джорджия геологиялық қызметінің М.А. Уоррені осы жүйенің Оңтүстік Джорджиядағы кеңеюін сипаттап, карбонатты бірліктерге «негізгі артезиандық суқоймасы» терминін қолданды. 1953 және 1966 жылдары Стрингфилд бұл тау жыныстарына «негізгі артезиандық суқоймасы» терминін қолданды. 1955 жылы Гаральд Г. Паркер Оңтүстік-Шығыс Флоридадағы үшінлік карбонатты формациялардың гидрологиялық және литологиялық ұқсастықтарын атап өтті, олардың бір гидрологиялық бірлік екенін тұжырымдады және бұл бірлікті «Флоридалық суқоймасы» деп атады. Қосымша ақпарат жинау нәтижесінде жоғары және төмен гидравликалық өткізгіштігі бар аймақтар анықталды. Нәтижесінде «Флоридалық суқоймасы» атауы «Флоридалық суқойма жүйесі» болып өзгерді, оған Жоғарғы және Төменгі Флорида суқоймалары кіреді. Флоридалық суқойма жүйесінен су алу 1887 жылы Саванна қаласы (Джорджия штаты) Саванна өзенінен жерүсті суларын жер асты суларымен толықтыруға кіріскен кезде басталды. Сол кезде жүйедегі артезиандық деңгей жер бетінен 12 метр биіктікте болды және сорғылар қажет болмады. 1898 жылға қарай Оңтүстік Джорджияда 200-ден 300-ға дейін ұңғыма аяқталды деп есептелді, ал 1943 жылға қарай Грузияның жағалау округтерінде 3500-ге жуық ұңғыма аяқталды. 1910-1912 жылдары Флоридалық суқойма жүйесінің дамуы Фернандина және Джексонвиллде, Флориданың шығыс жағалауының оңтүстігінде, сондай-ақ Тампадан Форт-Майерсқа дейін батыс жағалауында жүрді. Уақыт өте келе, ұңғымалардың саны да, тереңдігі де артты, себебі сұраныс өсті. 1930 жылдардың соңында қағаз және целлюлоза фабрикалары үшін өнеркәсіптік су тарту судың үлкен бөлігін құрады. 1950 жылдары Орландо қаласының (Флорида штаты) барлық муниципалды, тұрмыстық және өнеркәсіптік сумен жабдықтауы (салқындатудан басқа) және шамамен жартысы ауыл шаруашылығы Флоридалық суқойма жүйесінен жер асты суларына ауыстырылды. Флоридалық суқойма жүйесінен жер асты суларын алу 1950 жылы 630 мгал/күннен 1990 жылы 3430 мгал/күнге дейін тұрақты түрде өсті. 1990 жылдары қабылданған рұқсаттар мен ережелер жылдық өндіріс көлемінің өсуін шектеді. Алайда, 2000 жылы өндіріс 1999 және 2001 жылдар аралығында АҚШ-тың оңтүстік-шығысындағы ауыр құрғақшылық жағдайларына байланысты 4020 мгал/күнге дейін өсті. Бұл өсімнің көп бөлігі ауыл шаруашылығы өнімдеріне сұраныстың артуына байланысты болды.

American sequence of carbonate rock
The Floridan aquifer system, composed of the Upper and Lower Floridan aquifers, is a sequence of Paleogene carbonate rock which spans an area of about 100,000 square miles (258,999 km2) in the southeastern United States. It underlies the entire state of Florida and parts of Alabama, Georgia, Mississippi, and South Carolina. The Floridan aquifer system is one of the world's most productive aquifers and supplies drinking water for nearly 10 million people. According to the United States Geological Survey, total withdrawals from the Floridan aquifer system in 2000 were ranked 5th highest of all principal aquifers in the nation at 3,640 million gallons per day (Mgal/d) Of the total, 49% (1,949 Mgal/d; ) was used for irrigation, 33% (1,329 Mgal/d; ) was used for public water supply, 14% (576 Mgal/d, ) was used for industrial purposes, and 4% were domestic self supplied withdrawals. The Floridan aquifer system is the primary source of drinking water for most cities in central and northern Florida as well as eastern and southern Georgia, including Brunswick, Savannah, and Valdosta. In 1944, M. A. Warren of the Georgia Geological Survey described an extension of this system in south Georgia and applied the term "principal artesian aquifer" to the carbonate units involved. In 1953 and 1966 Stringfield also applied the term "principal artesian aquifer" to these rocks. In 1955, Garald G. Parker noted the hydrologic and lithologic similarities of the Tertiary carbonate formations in southeast Florida, concluded that they represented a single hydrologic unit, and named that unit the "Floridan aquifer". With additional information collection, more zones of high and low hydraulic conductivity have been identified. As a result, the name Floridan Aquifer has evolved into "Floridan aquifer system", which contains the Upper and Lower Floridan aquifers. Withdrawals from the Floridan aquifer system began in 1887 when the City of Savannah, Georgia, began to supplement surface water withdrawals from the Savannah River with groundwater. At that time artesian heads in the system were 40 feet (12 m) above land surface and no pumps were needed; by 1898, it was estimated that between 200 and 300 wells had been finished in South Georgia, and by 1943, about 3,500 wells had been completed in the six coastal counties of Georgia. By around 1910–1912, development of the Floridan aquifer system had already occurred in Fernandina and Jacksonville and south along the east coast of Florida, as well as from Tampa south to Fort Myers on the west coast. Over time, the number of wells increased, as did the finished depths, as demand increased. Industrial supply for pulp and paper mills became a large proportion of the water withdrawn starting in the late 1930s. In the 1950s, all municipal, domestic, and industrial supply (except cooling), and about half of agricultural supply in Orlando, Florida had been converted to groundwater from the Floridan aquifer system. Groundwater withdrawals from the Floridan aquifer system increased steadily from 630 Mgal/d in 1950 to 3,430 Mgal/d in 1990. Permitting and regulations enacted during the 1990s curtailed the year on year increases in withdrawal; however, withdrawals in 2000 increased to 4,020 Mgal/d due to extreme drought conditions between 1999 and 2001 that prevailed over much of the Southeastern United States. Much of the increase was due to increased agricultural demand.

Орналасқан жері

Флорида аквифер жүйесі АҚШ-тың оңтүстік-шығысындағы шамамен 235,000 шаршы километрді алып жатыр және Флорида штатының барлық аумағын, сондай-ақ Оңтүстік Алабама, Оңтүстік-Шығыс Джорджия және Оңтүстік Каролинаның бір бөлігін қамтиды. Аквафер ішіндегі кейбір жарықтар/арналар сүңгуірлердің ішінде жүзуіне мүмкіндік беретіндей кең.

Гидрология және геология

Флорида сулы-жер асты қабаттары жүйесін құрайтын карбонатты тау жыныстары кейінгі палеоценнен ерте олигоценге дейінгі кезеңге жатады және миоцендік жастағы (жоғарғы шектеуші қабат) аз өткізгіштігі бар саздармен және плиоцен мен голоцендік жастағы (үстіңгі сулы-жер асты қабаттары жүйесі) беткі құмдармен жабылады. Флориданың батыс-орталық бөлігінде, солтүстік Флоридада және жүйенің биік жағында әктас шығыңқыға шығып жатыр және сулы-жер асты қабаттары жүйесі шектелмеген. Жоғарғы шектеуші қабаттың аз өткізгіштігі бар саздары қалың болған және жеткілікті болған жағдайда, жүйе шектелген және жер асты сулары қысым астында сақталады. Жоғарғы шектеуші қабат әсіресе Жағалау Джорджиясы мен Оңтүстік Флоридада қалың; осы аймақтардағы жоғарғы шектеуші қабат арқылы төмен қарай судың сіңуі ең аз болады және Флорида сулы-жер асты қабаттары жүйесі қалың түрде шектелген. Палеоцендік жастағы аз өткізгіш әктас тау жыныстары (мысалы, Cedar Keys формациясы) Флорида сулы-жер асты қабаттары жүйесінің негізін құрайды. Флорида сулы-жер асты қабаттары жүйесінің қалыңдығы тау жыныстары тартылып, азайып бара жатқан биік жақтағы аймақтарда 30 метрден кемден Оңтүстік-Батыс Флоридада 1128 метрден асады. Флорида сулы-жер асты қабаттары жер бетіне жақын немесе оның үстінде орналасқан жерлерде (жоғарыдағы суреттегі қоңыр түсті аймақтар), саздар жұқа немесе жоқ және әктастың ерігі күшейеді, көптеген бұлақтар мен шұңғырлар байқалады. Осындай карст аймақтарындағы сулы-жер асты қабаттарының су өткізгіштігі тау жынысы ішінде үлкен және жақсы байланысқан арналардың қалыптасуына байланысты әлдеқайда жоғары (оң жақтағы суретті қараңыз). Су бұлақтары жер асты суларының жер бетіне ағып шығуына жеткілікті қысым болған жерде пайда болады. Флоридада 700-ден астам бұлақ картаға түсірілген. Вакулла округіндегі Вакулла бұлағы – сулы-жер асты қабаттарының көптеген ірі ағындарының бірі, су ағыны тәулігіне бір рет. 1973 жылғы 11 сәуірде бұлақтың рекордтық ең жоғары ағыны секундына өлшенді, бұл тәулігіне тең. Флорида сулы-жер асты қабаттары жүйесі екі негізгі сулы-жер асты қабаттарынан тұрады: Жоғарғы Флорида сулы-жер асты қабаты және Төменгі Флорида сулы-жер асты қабаты. Бұл сулы-жер асты қабаттары панхендлдегі аз өткізгіштігі бар саздармен (Букатунна сазы), батыс-орталық Флоридадағы аз өткізгіштігі бар доломиттер мен гипс-сульфатты ангидриттен, Флориданың шығыс жағалауындағы және басқа жерлердегі өткізгіш әктастармен бөлінеді. Егер осы аралық шөгінділер мен тау жыныстары өткізгіш болса, Жоғарғы және Төменгі Флорида сулы-жер асты қабаттары біртұтас бөлік ретінде әрекет етеді. Керісінше, аралық шөгінділер аз өткізгіш болған жағдайда, Жоғарғы және Төменгі Флорида сулы-жер асты қабаттары арасындағы гидравликалық байланыс азаяды.

The carbonate rocks that form the Floridan aquifer system are of late Paleocene to early Oligocene age and are overlain by low permeability clays of Miocene age (upper confining unit) and surficial sands of Pliocene and Holocene age (surficial aquifer system). In west central Florida, north Florida, and along the updip margin of the system, the limestone crops out and the aquifer system is unconfined. Where low permeability clays of the upper confining unit are present and substantial, the system is confined and groundwater is contained under pressure. The upper confining unit is particularly thick in Coastal Georgia and South Florida; downward leakage of water through the upper confining unit in these areas is minimal and the Floridan aquifer system is thickly confined. Low permeability limestone rocks of Paleocene age (e. g. Cedar Keys Formation) form the base of the Floridan aquifer system. The Floridan aquifer system ranges in thickness from less than 100 feet (30 m) in updip areas where the rocks pinch out to more than 3,700 feet (1128 m) in southwestern Florida. Where the Floridan aquifer system is at or near land surface (areas shaded brown in image above), clays are thin or absent and dissolution of the limestone is intensified and many springs and sinkholes are apparent. Transmissivity of the aquifer in karstified areas such as these is much higher owing to the development of large, well connected conduits within the rock (see image at right). Springs form where the water pressure is great enough for the groundwater to flow out on the land surface. More than 700 springs have been mapped in Florida. Wakulla Springs in Wakulla County is one of a number of major outflows of the aquifer with a flow rate of of water per day. A record peak flow from the spring on April 11, 1973, was measured at per secondequal to per day. The Floridan aquifer system is composed of two main aquifers: the Upper Floridan aquifer and the Lower Floridan aquifer. These aquifers are separated by sediments that range from low permeability clays in the panhandle (Bucatunna Clay) and low permeability dolomites and gypsiferous anhydrite in west central Florida to permeable limestones along the east coast of Florida and elsewhere. Where these intervening sediments and rock are permeable, the Upper and Lower Floridan aquifers behave as a single unit. Conversely, where the intervening sediments are less permeable, there is less hydraulic connection between the Upper and Lower Floridan aquifers.

Жазғыштар

Флорида аквифер жүйесінде тізімделген 824 бұлақ бар, олардың 751-і Флоридада, 17-сі Алабамада және 56-сы Джорджияда орналасқан. Бұлақтар барлық қолда бар шығын өлшемдерінің медианалық мәніне сәйкес жіктеледі.