авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

Гидрогеохимия зоны активного водообмена юго-запада причерноморского артезианского бассейна (геоэкологические аспекты)

-- [ Страница 2 ] --

Первое защищаемое положение. Предлагается комплекс методов оценки и распространения зоны активного водообмена в условиях неопределенности гидрогеологической параметризации. В зависимости от степени гидрогеологической изученности обоснована следующая последовательность методов: (а) гидрогеологическая стратификация, (б) гидрогеохимический, (в) гидрогеотермический, (г) тритиевые исследования и (д) гелиевые исследования. Предложенные методы, при определенных допущениях, могут использоваться для аналогичных артезианских бассейнов платформенных областей.

Краткий обзор истории изученности вертикальной гидродинамической зональности подземных вод показывает, что из многообразия предложенных классификаций гидродинамической зональности подземных вод наиболее практичной и обоснованной является классификация Игнатовича Н.К. [Игнатович Н.К., 1948] (или Игнатовича – Личкова – Макаренко).

В зоне активного водообмена количество растворенных солей и газов, а также величина температуры вод не являются постоянными во времени и функционально зависят от природных и антропогенных процессов. В связи с этим целесообразнее использовать понятие «зона активного водо-газо-термообмена». В настоящее время не существует единой методики выделения гидродинамических зон подземных вод и, в частности, зоны активного водообмена. Автор обосновал и предлагает комплексную методику выделения и оконтуривания зоны активного водообмена по нижеследующим показателям.

I. Гидрогеохимический метод

Теоретическое обоснование. В виде обобщенного показателя гидрогеохимического состояния подземных вод выбрана величина минерализации. Предлагается использовать классификацию В.И. Вернадского [Вернадский В.И., 1933 - 1936], с изменениями Приклонского В.А. [Приклонский В.А., 1933, 1949]. Классификация В.И. Вернадского широко используется в гидрогеологии и соответствует современным гидрогеохимическим представлениям о связи минерализации с различными химическими типами подземных вод. Предлагается использовать величину минерализации меньше или равной 1.0 г/л для нижних и горизонтальных границ зоны активного водообмена. Данные о химическом составе подземных вод (тип воды, поэлементный состав и др.) также используются в пределах этого метода.

Практическое применение. Для изученной территории существует достаточно данных по величине минерализации разновозрастных подземных вод. В общем виде величина минерализации увеличивается с глубиной залегания водоносных горизонтов и в зависимости от возраста подземных вод. Статистически изменение минерализации воды по вертикали аппроксимируется экспоненциальной функцией, а по результатам непосредственных измерений имеет скачкообразный и не всегда закономерный характер.

Грунтовые воды формируют первый от поверхности водоносный горизонт зоны активного водообмена. Минерализация грунтовых вод не является прямым показателем принадлежности грунтового горизонта к данной зоне, т.к. она (минерализация) в этом случае не является следствием гидродинамической зональности.

Для водоносных горизонтов возраста N2p + N1m + N1S3, N1S2, N1S1 и K2 + S были построены цифровые карты распространения величины минерализации. Обобщающие данные представлены в таб.1.

Анализ картографической информации и данных таблицы 1 позволяет отметить:

а) статистически величины минерализации водоносных горизонтов близки между собой; среднее значение (без грунтовых вод) составляет 1048,77 мг/л или приблизительно 1.0 г/л; б) точность среднего значения величины минерализации можно охарактеризовать как средней

Таблица 1. Статистические параметры величины минерализации подземных вод Молдовы (мг/л)

Параметр Водоносный горизонт
N2p + N1m + N1S3 N1S2 N1S1 K2 + S
Среднее 882.4 1078.2 1098.0 1136.5
Стандартное отклонение 377.6 658.8 636.6 451.5
Коэффициент вариации Вариации 0.42 0.61 0.58 0.4
Минимум 400.0 300.0 300.0 352.3
Максимум 2334.0 7200.0 6888.0 3529.1

надежности (т.к. приблизительно значения среднеквадратичного отклонения составляет 0.5 части от среднего значения); в) статистический разброс данных вокруг среднего значения существенный (коэффициент вариации имеет интервал от 0.4 до 0.61); г) такие статистические параметры характеризуют величину минерализации подземных вод водоносных горизонтов, для которых соленость воды формируется под влиянием одного главного процесса. В нашем случае это принадлежность к единой зоне активного водообмена.

Анализ данных по гидрогеохимическим типам показывает, что только воды гидрокарбонатного типа характеризуются величиной минерализации до 1.0 г/л.

2.Гидрогеотермический метод

Теоретическое обоснование. Анализ данных по растворимости твердых веществ в воде при различных температурах показывает следующее [Лурье Ю.Ю., 1947 и др.]: а) величина растворимости большинства минералов и горных пород в воде возрастает с увеличением температуры; б) растворимость широко распространенных минералов и пород (халькантин - CuSO4; мелантерит - FeSO4; бишофит - MgCl2; галит - NaCl; мирабилит - Na2SO4; гипс - CaSO4·2H2O; известняк - CaCO3; доломит - MgCO3 и др.) в воде, до температуры среды около 20оС, происходит в малых количествах, а при температурах более 20оС количество растворенного вещества резко увеличивается.

Анализ величин растворимости основных природных газов (N, H2, O2, CH4, CO2 и C2H6) в воде в интервале температур от 0оС до 100оС [Справочник гидрогеолога, 1962 и др.] позволяет выявить: а) величина растворимости газов уменьшается с ростом температуры воды; б) зависимость растворимости газов в воде в зависимости от ее температуры не всегда имеет вид линейной функции, а может аппроксимироваться функциями экспоненциального вида; в) наибольший спад растворимости природных газов в воде имеет место в интервале температур от 0.0 до 20оС.

В гидрогеотермии [Фролов Н.М., 1991] температура со значением 20оС является «реперной температурной точкой» и в классификации подземных вод по температуре разделяет подклассы: холодная и теплая вода. Анализ распределения температуры подземных вод по глубине геологического разреза выявляет ее зависимость от климатической зональности и длительности температурного режима. Эта глубина в среднем для территории б. СССР составляет около 250 м и преимущественно оконтуривается величиной также в 20оС.

Таким образом, можно предполагать, что пограничной температурой для основных физико-химических процессов в рамках систем равновесия и теплообмена подземных вод за счет инфильтрации является значение 20оС. Эту величину температуры воды предлагается использовать для оконтуривания нижней границы зоны активного водообмена.

Практическое применение. Обобщенное представление о распределении температур воды различных водоносных горозонтов было получено для всей исследуемой территории.

Учитывая хорошее качество исходного фактического материала, а также разносторонность геологического строения, южная часть Молдовы выбрана для детального геотермического анализа с последующей совместной интерпретацией с другими методами. Для этого участка анализированы геотермические срезы на глубинах 250, 500, 750 и 1000 м и построена карта тепловых потоков для среза 250 м. Совместный анализ карт изотерм показывает достоверность выделенных аномалий, начиная с 25 м и кончая глубиной в 1000 м, и, по-видимому, они сохраняются вплоть до фундамента. Геотермические аномалии характеризуются повышенными значениями геотермических градиентов и пониженными значениями геотермических ступеней, а для фоновых участков - наоборот. Качественная интерпретация значений тепловых потоков с гелиеносностью этой же территории приносит дополнительную и ценную информацию об их природе и геологическом строении. В структуре температурного и гелиевого полей выделяется полоса низких значений температуры ЮВ – СЗ направления. Характерно общее увеличение значений температуры и содержания гелия от этой полосы в восточном и южном направлениях. Обнаружена связь между тепловым потоком, гелиеносностью, с одной стороны, и геофизическими полями, с другой. Выявлено, что между ними есть прямая связь: во-первых, полоса низких значений по теплу и гелию четко выделяется в гравиметрическом и магнитном полях; во-вторых, в основном аномалиям тепла и гелия соответствуют максимумы магнитных и гравиметрических полей. Представляет интерес поведение теплового потока по вертикали. Анализ данных показывает, что в большинстве случаев тепловой поток с глубиной заметно уменьшается, в то время как собственно температура увеличивается. Литературные данные свидетельствуют, что увеличение температуры с глубиной приводит к понижению теплопроводности пород и найдена эмпирическая зависимость такой связи. Этот эффект заметно влияет на величину теплового потока и дает основание предполагать, что наиболее достоверные значения тепловых потоков могут быть получены в первых нескольких сотнях метров от поверхности, т.е. в пределах зоны активного водообмена. Температура воды больше 200С обнаружена в Припрутье (ниже г. Унгены) и в южной части междуречья Прут – Днестр. На остальной территории среднее значение температуры подземных вод мел-неогенового комплекса меньше 200С.

3.Гелий в подземных водах

Теоретическое обоснование. Распределение содержания гелия в подземных водах контролируется следующими факторами: расположением тектонических разломов, глубинным положением кристаллического фундамента и процессами нисходящего - восходящего движения подземных вод. Последний фактор имеет непосредственное отношение к формированию зоны активного водообмена. По сути дела, отклонение содержания гелия от фонового содержания в сторону уменьшения однозначно свидетельствует о смешении вод водоносного горизонта с водами вышележащих горизонтов или с метеорными водами, которые, как правило, содержат низкие концентрации гелия или гелий в них отсутствует вообще. Данное явление лучше всего выражается через коэффициент контрастности поля гелия [Морару К.Е., 1987], который определяется выражением:

,

где СНе - содержание гелия, мл/л; Ф – фон поля гелия, определенный математико-статистическим методом; Н – глубина точки опробования, м. Размерность - м-1.

Бесконтрастное поле гелия может выразить пространственное положение зоны активного водообмена. Контрастное поле гелия совпадает в плане с местоположением аномалий этого элемента, флюидопроводных тектонических разломов и восходящими подтоками глубинных вод.

Практическое применение. Анализ гелиевого поля по водоносным горизонтам показал преемственность в размещении гелиевых аномалий по разрезу и в плане, что позволяет применять суммарную карту поля гелия для изучения гелиеносности водоносных горизонтов разного возраста. Это дает возможность использовать суммарную карту гелиевого поля подземных вод для изучения геологических структур вместе с геотермическими картами и другими материалами, так как она более информативна по сравнению с погоризонтными картами. Выделены 22 аномалии, которые приурочены к зонам пересечения тектонических нарушений субширотного и субмеридионального направлений.

Для территории юго-запада Причерноморского артезианского бассейна (на примере Молдовы) среднее содержание гелия в подземных водах - 224.10-5 мл/л и средняя глубина опробования подземных вод – 200 м. С учетом этих условий поле гелия делится на 2 класса: (а) Кк - от 0 до 5 - бесконтрастное поле гелия и (б) Кк - > 5 - контрастное поле гелия. Бесконтрастная гелиеносность соответствует областям фоновых значений водорастворенного гелия; контрастное поле гелия - аномальным значениям гелия. Анализ расположения и контрастности гелиевых аномалий позволяет дать оценку влияния восходящих подтоков подземных вод на нижнию часть зона активного водообмена.

4. Тритий в природных водах

Теоретическое обоснование. Существуют различные модели миграции трития в подземных водах [Зеленин И.В., 1984]. Нами принимается упрощенное условие: присутствие трития в подземных водах указывает на их связь с поверхностью земли и атмосферой и, наоборот, – его отсутствие является индикатором отсутствия такой связи. Предлагается выделить нижнюю границу зоны активного водообмена по нулевым (отсутствие трития) или близким к нулевым (первые единицы) содержаниям трития.

Практическое применение. Проведен анализ содержании трития в подземных водах от четвертичного до протерозойского возраста. Обобщение данных показывает, что содержание трития изменяется от 0.0 до 91.0 Т.Е. Распределение трития в подземных водах в региональном плане зависит от возраста водоносного горизонта и гидрогеологических условий (глубина залегания горизонта, приуроченность к областям питания и др.). Для наших исследований тритий интерпретируется как индикатор инфильтрации поверхностных и атмосферных вод в водоносные горизонты, без привлечения сложных моделей его миграции. Выявлена четкая зависимость содержания трития от возраста подземных вод: чем старше по возрасту воды, тем меньше содержание трития. В общем случае концентрация трития функционально убывает от грунтовых вод к подземным водам протерозойского возраста. Предложена зависимость концентрации трития в подземных водах от времени пребывания в гидрогеологической системе. Зависимость имеет вид квадратичной функции типа:

y = 2357.9 · x-1.0211,

где y – возраст воды (годы) и х – содержание трития (Т.Е.) в подземных водах. Коэффициент корреляции между (x) и (y) r = 0.99 при индексе корреляции r2 = 0.99. По предложеному уравнению в первом приближении можно определить возраст воды по модели полного смешения.

5. Гидрогеологическая стратиграфия

Теоретическое обоснование. Распространение и положение в геологическом разрезе зоны активного водообмена структурно связано и приурочено к определенным водоносным горизонтам (или комплексам) или к их частям. Потому гидрогеологическая стратиграфия может быть использована для предварительного выделения, оконтуривания и характеристики в пространстве зоны активного водообмена.

Практическое применение. Для юго-западной части Причерноморского артезианского бассейна, в пределах междуречья Прут – Днестр (территория Республики Молдова), необходимо отметить главное. Гидрогеологические условия соответствуют особенностям платформенного геологического строения. В зависимости от условий залегания и гидродинамических свойств подземные воды подразделяются на два самостоятельных типа: грунтовые и межпластовые. Грунтовые воды, как правило, безнапорные, приурочены преимущественно к различным пористым породам четвертичного возраста. Межпластовые воды приурочены к моноклинально залегающим стратиграфическим горизонтам различного возраста. В пределах Молдовы обнаружены 16 водоносных горизонтов и комплексов В зону активного водообмена включены подземные воды средне-, верхнеплиоценовых, четвертичных, понтических, мэотических, верхнесарматских, среднесарматских, нижнесарматских, тортонских, верхнемеловых и силурийских отложений. Более точное пространственное положение зоны активного водообмена определяется другими методами.

Последовательность и приоритетность применения предложенных методов зависит от степени изученности территории, геолого-гидрогеологических условий, масштаба и цели работ. В нашем случае установлена следующая последовательность: (1) гидрогеологическая стратификация, (2) гидрогеохимический метод, (3) гидрогеотермический метод (4) тритий в подземных водах и (5) гелиевые исследования.

Грунтовые воды юго-запада Причерноморского артезианского бассейна, заключенные в первые от поверхности водоносные горизонты и имеющие в основном ненапорный гидродинамический режим, являются по определению составной частью зоны активного водообмена и к ним предложенные методы не относятся.

Второе защищаемое положение. Закономерности формирования и существования вертикальных границ зоны активного водообмена выявлены и обоснованы лабораторными и численными экспериментами, а также полевыми данными. В зоне аэрации (верхняя граница) миграция химических элементов является преимущественно квазиконечной или соответствует свойствам временных прерывистых конечных функций. Условия границы нижней части зоны активного водообмена определяются гидродинамическим влиянием разрывной тектоники. Здесь существуют геофильтрационные потоки, которые имеют восходящий пульсационный характер, сложный химический состав, вариабельность температуры воды и содержания гелия.

Следует различать вертикальные и горизонтальные (с определенной условностью) размеры зоны активного водообмена.

Геометрия зоны активного водообмена. Для выделения вертикальной составляющей (нижней границы и мощности) зоны активного водообмена применены величина минерализации, температура подземных вод, содержание трития в водоносных горизонтах и гидрогеологические структурные условия. Использовано поочередное применение каждого метода. В качестве графического изображения глубины залегания и мощности зоны активного водообмена используются 10 региональных геолого-гидрогеологических разрезов, линии которых приблизительно параллельны между собой. Обобщающий разрез выбран с расположением в крест простирания параллельных линий и направлением СВ - ЮЗ через всю территорию. Выделенные значения вертикальной составляющей зоны (мощность и нижняя граница) статистически сопоставимы по всем методам

Горизонтальные или плановые размеры зоны активного водообмена выделены по величине минерализации воды, коэффициенту контрастности поля гелия, концентрации трития, температуре подземных вод и гидрогеологическим условиям. Картографическое и корреляционное сравнение выделенных площадей разными методами показывает положительное сходство. Для всех карт коэффициент корреляции (r) изменяется от 0.78 до 0.93 и соответственно индекс корреляции (r2) колеблется от 0.61 до 0.86.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.