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 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |

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

-- [ Страница 4 ] --

Полученные данные по оконтуриванию зоны активного водобмена позволяют впервые провести районирование юго-запада Причерноморского артезианского бассейна, включая территорию Молдовы. Такое районирование по условиям взаимосвязи водоносных горизонтов до настоящего времени не проводилось. Для районирования выбрана толща продуктивных водоносных горизонтов от понта до верхнего мела (зона активного водообмена), с выделением площадей восходящей и нисходящей фильтрации подземных вод.

Основными критериями для выделения таксономических единиц являются: а) наличие восходящего (вертикального) перетока вод из одного водоносного горизонта в другой, проявляющегося в образовании гидрогеохимических и гелиевых аномалий, которые, как правило, приурочены к флюидопроводным тектоническим разломам и долинам крупных рек; б) наличие нисходящей фильтрации, характеризующейся фоновым химическим составом подземных вод и концентраций гелия, их приуроченность к водораздельным пространствам территории; в) переход (унаследование) участков восходящей фильтрации подземных вод из одного водоносного горизонта в другой по вертикали; г) при выделении таксонометрических единиц (районов, подрайонов) в качестве главного признака используется суммарная контрастность поля гелия. Гидрогеологические таксономические единицы характеризуются одинаковыми величинами коэффициентов контрастности поля гелия, приуроченностью к однотипным геолого-гидрогеологическим и структурным орографическим элементам территории. В работе приведена комплексная геолого-гидрогеологическая характеристика данной картографической модели.

Таким образом, установлено: 1) нижняя часть зоны активного водообмена характеризуется наличием мощных восходящих потоков подземных вод, местоположение которых отчетливо выделяется по содержанию гелия и коэффициенту контрастности поля гелия, а также минерализацией воды больше 1.0 г/л и типам воды от SO4 до Cl; 2) следует предположить, что вокруг (строго говоря – на контакте) восходящих потоков существует область смешения вод, которая частично принадлежит к зоне активного водообмена; 3) граничные условия нижней части зоны активного водообмена существенно влияют на формирование химического состава подземных вод.

Третье защищаемое положение. В пределах зоны активного водообмена грунтовые и межпластовые воды существуют как самостоятельные геоэкологические системы. При этом химический состав грунтовых вод преимущественно определяется влиянием верхней границы зоны и техногенными факторами. Геохимия межпластовых вод формируется в основном под влиянием природных факторов и нижней границы зоны активного водообмена; селективно и только в определенных гидрогеологических условиях проявляется влияние верхней границы.

Геохимия грунтовых вод

Грунтовые воды залегают в верхней части зоны активного водообмена и характеризуются специфичными условиями формирования гидрогеохимических свойств. В связи с этим последовательно анализированы геохимия зоны аэрации, условия формирования грунтовых вод, гидрогеохимия макро- и микрокомпонентов, термодинамическая характеристика ионных равновесий и комплексообразования в грунтовых водах, а также влияние техногенеза.

Краткие сведения о геохимии зоны аэрации. Список изучаемых элементов включает элементы: K, Na, Mg, Ca, HCO3, SO4, Cl, NO3, Sr, F, Cu и Zn. Также определялись величины общей минерализации и рН. Среда изучения – водные вытяжки, а для тяжелых металлов - водные, солянокислые и ацетатно-аммонийные вытяжки [данные о тяжелых металлах - Мырлян Н.Ф., 1991].

Поглощающий комплекс почв составляют преимущественно катионы. В элювиальных почвах количество кальция в поглощенном комплексе изменяется от 10.0 до 120.0 мг-экв/100 г, магния – от 1.5 до 10.0 мг-экв/100 г, калия – от 0.5 до 2.0 мг-экв/100 г, натрия – от 0.05 до 1.5 мг-экв/100 г. Емкость поглощенного комплекса аккумулятивных почв не превышает емкости аллювиальных, но соотношение катионов изменяется. Так, отношение Na/K в поглощенном комплексе аккумулятивных почв всегда больше единицы и может достигать 6.0. Значительно увеличивается Mg/Ca соотношение.

Емкость поглощающего комплекса пород зоны аэрации (ниже почвенного слоя) определяется литологическим составом и колеблется от 100.0 мг-экв/100 г в глинах до 10.0 мг-экв/100 г в песках. В четвертичных лессовидных суглинках его величина обычно не превышает 30.0 мг-экв/100 г. Сумма поглощенных оснований всегда меньше суммы щелочноземельных элементов. Соотношение (K+Na)/(Ca+Mg) увеличивается в тяжелых разностях и уменьшается в легких и карбонатсодержащих породах. В плиоцен-четвертичных образованиях, почти повсеместно, развит содовый тип засоления.

Содержание меди в породах зоны аэрации колеблется от 1.10-4 до 14.10-3%. Оно прежде всего зависит от литологического состава пород. Наибольшие средние концентрации обнаружены в глинах – 4.10-3%; в песках и известняках они меньше – соответственно – 7.10-4 и 4.10-4%. Четвертичные лессовидные суглинки содержат в среднем 1.8.10-3 % меди.

Содержание цинка в породах зоны аэрации варьирует от 0.8.10-3 до 2.3.10-2 %, при среднем значении 5.8.10-3 %. Содержание больше 2.10-2 % редко и приурочено к отдельным горизонтам глин. Песчанистые образования содержат в среднем 4.1.10-3 % цинка, глины – 7.5.10-3 %, тяжелые глины, богатые монтмориллонитом – 1.4.10-2 %.

Содержание фтора в породах зоны аэрации Молдовы колеблется от 64.0 до 1007.0 мг/кг. По средним значениям содержание фтора располагается в следующем ряду: пески и супеси – 219.0 мг/кг, суглинки – 427.0 мг/кг, глины – 603.0 мг/кг. В водную вытяжку переходит около 1 % валового содержания фтора. Наибольшая подвижность его характерна для глины (1.71 %), а наименьшая - для легких суглинков (0.67 %). В остальных литологических группах подвижность фтора варьирует в пределах от 0.81 до 0.97 %.

Содержание стронция в почвах и породах колеблется от 63.0 до 3500.0 мг/кг, при среднем значении 530.0 мг/кг. Элювиальные почвы наиболее богаты этим элементом, причем его концентрация преимущественно зависит от содержания карбоната кальция. Почти 95 % стронция переходит в I н. солянокислую вытяжку.

Техногенные процессы (преимущественно химизация и мелиорация сельского хозяйства) приводят к увеличению концентрации исследуемых элементов в зоне аэрации.

Условия формирования грунтовых вод. Грунтовые воды залегают в основном в четвертичных отложениях, различных по генетическому типу [Алпатьев Ю.А, 1972]. На возвышенных участках водоразделов грунтовые воды содержатся в отложениях останцев плиоценовых террас. Водоупором для грунтовых вод служат глины верхнего сармата, мэотиса и понта. Местами водоупор становится относительно водопроводящим за счет фациального замещения глин песками, глинистыми песками или ослабленных зон тектонических разломов.

Концептуальная модель формирования грунтовых вод основана на следующем: а) это первый от поверхности водоносный горизонт (или комплекс); б) основное питание происходит за счет атмосферных осадков; г) гидравлическая взаимосвязь между грунтовыми водами и нижележащими горизонтами преобладает в нисходящем направлении; д) взаимосвязь грунтовых и межпластовых вод играет существенную роль в формировании их химического состава. При этом определяющим является подчиненное залегание грунтовых вод в зависимости от рельефа поверхности земли и относительно очагов гидравлической взаимосвязи водоносных горизонтов. Гидрогеохимическая характеристика макрокомпонентов в грунтовых водах. Макрокомпоненты в грунтовых водах изучены для всей исследуемой территории. Для выделения гидрогеохимических групп грунтовых вод использован кластерный метод группировки многомерных данных по варианту “Q” [Дюран Б., Оделл П., 1977; Жирарковская М.П., 1982; Морару К.Е., 1987]. В данном случае объектами являются пробы грунтовых вод. В качестве признаков объектов использованы значения минерализации в мг/л и содержания Na, Ca, Mg, HCO3, SO4 и Cl, выраженные в мг-экв.%. Поэтому разбиение на гидрогеохимические группы происходит по сути дела по псевдоформуле Курлова. Упрощенная дендрограмма кластерного анализа по 80 водопунктам показана на рис. 2.

Рис. 2. Дендрограмма кластерного анализа химико-аналитических данных для целей гидрогеохимического районирования грунтовых вод бассейна реки Ботна

Математико-статистический анализ гидрогеохимических данных грунтовых вод выполнен с помощью программы SPSS16. Обнаружено, что содержание кальция, гидрокарбонатов и величины щелочно-кислотного показателя распределено нормально, остальные компоненты – логнормально.

Гистограммный анализ [метод - Смирнов С.И., 1963] показал, что не все исследуемые выборки однородны. Распределения концентрации Ca, He, Mg, F, Cl и величины минерализации - полимодальны. Это указывает на то, что для этих элементов в одну совокупность объединены несколько распределений плотности вероятности, которые имеют свои индивидуальные гидрогеохимические параметры.

Информация об уровнях корреляционных связей химических элементов и особен­ностях их миграции в грунтовых водах рассмотрена нами отдельно и более детально. Она получена с помощью "R" кластерного анализа [Дюран Б., Оделл П., 1977]. По сравнению с вариантом "Q" в "R" методе в качестве объектов рассматриваются элементы химического состава грунтовых вод. Дендрограмма "R" – клас­тер­ного анализа в нашем случае устанавливает иерархию по средне­взве­шенным значениям парных коэффициентов корреляции не среди проб водо­пунк­тов, а среди химических элементов и компонентов (рис. 3).

Рис. 3. Дендрограмма R-кластерного анализа соотношения химических компонентов и показателей в грунтовых водах бассейна р. Ботна

На рис. 4 приведены наиболее вероятные (миграционные) кривые зависимости макрокомпонентов от суммарной минерализации грунтовых вод. Видно, что наиболее значительные изменения в составе грунтовых вод происходят при минерализации больше 2.5 г/л: гидрокарбонатный тип меняется на сульфатный, с одной стороны, и, с другой, – сульфатный переходит в хлоридный с определенной сменой ведущего катиона.

 График зависимости содержания макрокомпонентов от минерализации грунтовых-42

Рис. 4. График зависимости содержания макрокомпонентов от минерализации грунтовых вод

Содержание микрокомпонентов в грунтовых водах. В качестве потенциальных загрязнителей грунтовых вод исследуемой территории выбраны Pb, Cu, Zn, Se, B и P. Это связано с интенсивным влиянием сельского хозяйства на качество грунтовых вод исследуемой территории.

Бор в грунтовых водах Молдовы обычно содержится в n мг/л. Повышенные значения (до 20 мг/л) приурочены к водам с высокой минерализацией. Присутствие ионов кальция и магния ограничивает миграционную способность бора, переводя его в труднорастворимые соединения. Главным источником бора в водах являются его минералы (например, гидроборацит - MgCaB6O11 x 6H2O) в водовмещающих породах и их рассеянное содержание в зоне аэрации.

Фосфор присутствует в грунтовых водах в виде ионов – НРО42-, в меньшей степени в виде НРО4- и РО43-. Содержание фосфора в грунтовых водах Молдовы колеблется в широких пределах: от 0.06 мг/л до 0.2 мг/л; максимальные значения – до 1.0 мг/л.

Селен в грунтовых водах обычно содержится до единиц и реже до первых десятков мкг/л. Повышенное содержание селена (до 100.0 мкг/л) приурочено к водам с высоким содержанием сульфатов и величиной минерализации до 4.0 г/л. В нейтральных и щелочных условиях, при высоких значениях окислительно-восстановительного потенциала (> 200.0 мВ), селен мигрирует в ионной форме (SeO32- и SeO42-) и в виде солеобразных соединений со щелочами.

Содержание свинца в грунтовых водах обычно составляет от сотых долей до единиц мкг/л, редко увеличиваясь до 10 мкг/л. Концентрация меди варьирует от 6 мкг/л до 20 мкг/л. Содержание цинка изменяется от единиц до первых сотен мкг/л. На миграцию свинца, меди, цинка существенное влияние оказывает химический состав вод, т.к. образуемые ими соединения с анионами обладают разной растворимостью. Процессы миграции и накопления этих микроэлементов в грунтовых водах в большей мере определяются ионно-обменной сорбцией Pb2+, Cu2+, Zn2+ глинистыми образованиями зоны аэрации и водосодержащих пород. Наибольшей поглощающей способностью по отношению к Cu, Pb, Zn обладают глины монтмориллонитовой группы.

Другие микроэлементы встречаются в грунтовых водах исследуемой территории в следующих концентрациях (мг/л): Ag – 1.9, Al – 0.09, As – 0.009, Ba – 0.062, Co – 0.003, Cr – 0.026, Fe – 0.53, Hg – 0.0002, Mn – 41.1, Mo – 28.51, Ni – 5.4, Sn – 0.85, Sr – 36.5, Ti – 9.54, V – 6.21.

Термодинамическая характеристика ионных равновесий и комплексообразования в грунтовых водах. Для исследования химических неорганических форм элементов в грунтовых водах Молдовы нами был осуществлен расчет равновесных составов 12-компонентной гомогенной системы [Милкова Л.Н., 1989], моделирующей исследуемые воды, с использованием программы "Гиббс" [Шварова Ю.В., 1978, 1981]. Частично эти же расчеты выполнены с помощью программы Aquachem 4.0. [Морару К.Е., 2007]. Рассчитываемая система рассматривалась нами как открытая в отношении CO2 и содержания независимых неорганических макрокомпонентов C, S, Cl, Na, K, Mg, Ca, N и микроэлементов – F, Br. Расчет проводился для t = 25oC и Р = 1 атм. Значения свободной энергии Гиббса для всех растворимых в воде частиц взяты из литературных источников [Крайнов С.Р. и др., 1978; Наумов Г.В. и др., 1971; Термодинамические константы веществ, 1968 - 1978]. Содержание H2CO3 аналитически не определялось, а получено из расчетов, причем парциальное давление углекислого газа PCO2 подбиралось таким образом, чтобы рН модельных растворов совпали с измерениями в природных водах.

Результаты расчета показали, что в грунтовых водах исследуемой территории натрий, калий, кальций, хлор практически не закомплексованы и присутствуют в виде простых ионов Na+, K+, Ca+, Cl-. Для магния в исследованных нами водах комплексообразование играет более существенную роль. Модельный расчет показал, что доля ассоциатов магния с минеральной составляющей (SO4-, HCO3-, CO32-) колеблется от 15 до 40%. Его миграционные формы по своей значимости располагаются в ряд: MgSO4o, MgHCO3o, MgCO3o, MgCl+. Что касается таких микрокомпонентов, как стронций и фтор, то расчеты показали, что: 1) в исследуемых растворах фтор находится в основном в виде иона F-, но частично (на 15 - 25%) и в виде ассоциатов, преимущественной формой которых является частица MgF+; 2) роль комплексообразования существенна для стронция – доля ассоциатов с неорганическими компонентами составляет от 15 до 58%. При этом его миграционные формы образуют ряд: MgSO4 > MgHCO31 > MgCO3o.

Анализ данных показал, что все пробы исследованных грунтовых вод насыщены или перенасыщены относительно карбоната кальция. Что касается других минеральных составляющих водовмещающих пород, таких как сульфаты кальция и магния, карбонаты магния и стронция, то по отношению к ним исследованные воды в основном сильно насыщены, за исключением единичного случая приближения к насыщению сульфатом кальция. Это свидетельствует, с одной стороны, об интенсивном взаимообмене между водовмещающей породой и водой и, с другой, – о значимой роли зоны аэрации в формировании химического состава грунтовых вод.

Геохимия межпластовых подземных вод

Рассмотрены водоносные горизонты, приуроченные к литологическим комплексам мелового и неогенового возрастов. Для них анализированы: геохимия водосодержащих пород, роль разломной тектоники и термодинамическая характеристика ионных равновесий, комплексообразования в межпластовых подземных водах.

Геохимия водосодержащих пород межпластовых подземных вод. Обводненные породы верхнего мела стратиграфически представлены сеноманским и туронским ярусами. Сеноманский ярус начинается белым писчим мелом с включением обломков кремней коричнево-черного цвета. Мел часто переслаивается с очень светлыми песчанистыми известняками. Основная масса этих пород состоит из пелитоморфного кальцита (80%), мелких (0.01 - 0.05 мм) ромбоэдров доломита (14%). В прослоях серого песчанистого известняка обнаружены гнезда белого мела (1.0 – 6.0 мм). Из аутигенных минералов встречаются призмочки цеолитов, оолиты опала, сферолиты халцедона и овальные зерна глауконита.

Далее, вверх по разрезу залегает турон, который представлен серыми мергелями с прослоями известковых глин. Рентгендифракционная и термографическая характеристика глинистых минералов из нерастворимых остатков показывает, что это смесь монтмориллонита, каолинита и гидрослюды типа иллита. В глинистых минералах обнаружена примесь цеолитов (гейландита) [Бобринский В.М., 1985].

Коллекторы нижнесарматского водоносного горизонта имеют разнообразный состав и структуру, но преобладающими являются трещиноватые известняки. Под микроскопом известняки имеют сгустково-органогенное сложение. Они образованы серовато-белым пелитоморфным кальцитом, местами окрашенным в коричневый цвет. Органогенные остатки составляют до 15% объема породы. Состав глинистых минералов в нерастворимом остатке карбонатных пород нижнего сармата характеризуется резким преобладанием монтмориллонита над гидрослюдой [Бобринский В.М., 1985].

Среднесарматские отложения характеризуются пестрым фациальным составом, который обусловлен наличием барьерного рифа. По отношению к нему осадочные образования среднесарматского времени подразделяются преимущественно на глинисто-мергелистые предрифовые и известняковые – зарифовые. Предрифовые отложения представлены толщей мергелей с прослоями глин, песков и известняков. Мергели уплотненные, пелитоморфные, горизонтально слоистые. Под микроскопом мергели обнаруживают равномерно-пелитоморфное сложение и горизонтальную плойчатость - результат послойной окраски породы гидроокислами железа. Глинистые минералы из нерастворимого остатка мергелей представлены, по данным рентгендифрактометрии, преимущественно смесью гидрослюды с монтмориллонитом в примерном соотношении 70 : 30.

Детритовые известняки зарифовых отложений состоят из обломков раковин моллюсков, брахиопод, остатков водорослей. Детрит слегка подвержен оолитизации. Крустификационный цемент из прозрачного кальцита составляет около 20% породы. Из карбонатных примесей встречаются зернышки кварца, хлорита. Органический материал присутствует в небольшом количестве (до 3%), располагаясь в порах породы и выстилая камерки раковин микрофауны [Бобринский В.М., 1985].

Коллекторами верхнесарматско-понтического водоносного горизонта служат линзы песков среди глин и алевролитов. Пески чаще всего глинистые, окрашенные гидроокислами железа в красновато-бурые тона. Встречаются пески голубовато-серые, характеризующиеся глеевой геохимической обстановкой.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 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.