Геохимия подземных вод зоны активного водообмена Томской области в связи с решением вопросов водоснабжения и охраны тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 04.00.06, кандидат геолого-минералогических наук в форме науч. докл. Ермашова, Надежда Александровна
Ермашова, Надежда Александровна
кандидат геолого-минералогических наук в форме науч. докл.
1998
- Специальность ВАК РФ04.00.06
- Количество страниц 44
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Геохимия подземных вод зоны активного водообмена Томской области в связи с решением вопросов водоснабжения и охраны»
Актуальность работы Проблема пресной воды на Земле приобрела в настоящее время особую актуальность. Неравномерное распределение поверхностных водных ресурсов осложняется ухудшением их природного качества и потерей роли источника питьевого водоснабжения. В этих условиях возрастает роль подземных вод как наиболее защищенных от антропогенного воздействия. Разнообразие их состава, его изменение в процессе эксплуатации и в результате деятельности человека часто приводят к несоответствию качества санитарно-гигиеническим требованиям и к необходимости водоподготовки. В связи с этим изучение состава вод, процессов его формирования, масштабов и направленности преобразования, оценка и прогнозирование питьевых качеств являются наиболее актуальными проблемами современной гидрогеохимии, особенно геохимии питьевых подземных вод.
Цель и задачи исследования Цель - исследование пространственных геохимических особенностей и условий формирования вод верхней гидродинамической зоны региона и оценка их пригодности для хозяйственно-питьевого использования. Задачи:
- разработка методологии и методики специальных гидрогеохимических исследований и систематизации полученных материалов;
- разработка методики и построение комплекта карт, отражающих гидрогеохимические условия каждого водоносного горизонта по общей минерализации, компонентам основного состава, параметрам геохимической обстановки и газового состава, показателям качества воды;
- выявление гидрогеохимического фона и оценка направленности и степени его антропогенного преобразования,
- выявление гидрогеохимической спецификации территории и комплекса показателей, характеризующих возможности использования вод,
- выявление условий (факторов) и процессов формирования состава подеемных вод верхней гидродинамической зоны региона. Фактический материал В основу работы положены материалы мелкомасштабных падро-эгических съемок всей территории, выполнявшихся с 50-ых годов, среднемасштабных, прове-•тах в южных районах Томской области (17 листов), крупномасштабных съемок отдельных уча-:ов Об^Томского и Томь-Чулымского междуречий, районов г. Стрежевого - с. Александревско-, а. г. Асино - с. Первомайского, материалы поисково-разведочных работ для водоснабжения на 21 ^рождении подземных вод, расположенным преимущественно в долинах рек и на Обь- .ом междуречье, некоторые материалы режимных наблюдений, результаты исследований щтационных скважин на воду. Значительная часть этих материалов получена автором при «л« в бассейнах рек Васюган, Парабель, Кепь, Обь-Томского и Томь-Чулымского междуречий, при выполнении работ по теме «Вода -П», оценке ресурсов и качества подземных вод Александровского Приобья, разведке некоторых месторождений подземных вод Автором также проведены специальные гидрогеохимические исследования территории Томской области по широкому комплексу макро- и микрокомпонентов, водорастворенных газов, органических веществ, микрофлоры, для чего отобрано и проанализировано оксшо 500 проб подземных вод, 300 проб дождя и снега. Всего в работе использованы анализы около 2500 проб подземных вод.
Макрокомпонешный состав вод исследовался химическими методами, микрокомпонекг-ный - в соответствии с требованиями ГОСТ 2874-82 химическими, флуоромегрическим (Ве, 5е), пламенно-фотометрическим (К, Ыа, Эг, частично Са, В связи с низкой чувствительностью химических методов широко использовался спектральный анализ сухих остатков, полученных выпариванием и соосажцением по методу ТЛИ. Неустойчивые во времени компоненты анализировались на месте опробования, водорастворенные газы - в проблемной гидрохимической лаборатории ТПУ, органические вещества - в этой же лаборатории, а также в НИИ ВСЕГИНГЕО (Мелькановицкая С.Г.) и ИХН ТФ СО РАН (Туров Ю.П.).
Защищаемые положения На защиту выносятся следующие разработки:
1. Методология и методика гидрогеохимических исследований. Теоретической предпосылкой служит понимание подземных вод как элемента единой атмо-био-гео-экосистемы, состав и свойства которых формируются на всех ее уровнях (Ермашова, 1979, 1982, 1984, 1991, 1992, 1998; Шварцева, Ермашова, 1982; Ермашова, Инишева, 1984; Банковский, Ермашова и др., ¡989). Картографическая модель заключительной, литоленной, стадии в сочетании с методами математической статистики отражают особенности формирования вод и возможности их использования,
2. Мощность верхней пздрогеодинамической зоны юго-востока Западной Сибири, ее пространственные гидрогеохимические закономерности и особенности (Ермашова,1979, 1982, 1993,1994,1998; Быкова, Ермашова, 1976; Шварцева, Ермашова и др., 1979; Шварцева, Ермашова, 1982; Удодов, Ермашова, 1982; Ермашова, Инишева, 1984, Ермашова, Покровский и др., 1996). Мощность зоны убывает в направлении с юго-востока на северо-запад на порядок - от 1500-2000м в Тегульдегской впадине до 150м в среднем течении р.Васюган. Установлена нормальная гидрогеохимическая зональность, осложненная широким развитием аномалий антропогенного и глубинного происхождения
3. Масштабы и направленность преобразования естественного состава вод под влиянием ашропогенной нагрузки (Ермашова, 1992, 1995, 1998; Байковский, Ермашова и др., 1987; Ермашова, Байковский и др.,1987; Шварцев, Ермашова и др., 1990; Ермашова, Покровский и др., 1995). В наибольшей мере трансформируется состав вод образований речных долин. Начальная стадия характеризуется отклонением от естественного фона. В дальнейшем загрязнение достигает ПДК и многократно превышает их, при этом в ряде случаев полностью трансформируется геохимический облик вод
4. Природная и антропогенная гидрогеохимическая специализация и оценка пригодности подземных вод для хозяйственно-питьевого использования (Ермашова, 1982, 1985, 1994, Быкова, Ермашова, 1976, Герасимов, Ермашова и др., 1979; Шварцева, Ермашова и др., 1982; Удодов, Ермашова, 1982; Байковский, Ермашова, 1987; Байковский, Ермашова и др., 1988, Ермашова, Назаров и др., 1991; Рогов, Ермашова и др., 1995; Покровский, Ермашова и др., 1997). Исследуемый регион - поликомпоненгная гидрогеохимическая провинция, в которой естественные условия благоприятны для накопления в водах железа, марганца, органических веществ, аммония, углекислого газа, метана, реже - бария, свинца, в южных районах - солей кальция и магния при повсеместной обея-ненносги фтором, йодом, а в северных и восточных районах - и суммой солей. Под воздействием антропогенной нагрузки в составе вод доминируют нитраты, хлориды, органические вещества, металлы различных ютассовтоюичности, а минерализация достигает 2 ПДК.
5. Факторы и процессы формирования состава подземных вод (Ермашова, 1979,1982,1994,1998; Шварцева, Ермашова и др., 1979, 1982; Удодов, Ермашова, 1982; Ермашова, Инишева, 1984; Байковский, Ермашова и др., 1987, Ермашова, Винниченюо, 1990; Бычков, Ермашова, 1990, Ермашова, Покровский и др., 1996). Агрессивные атмосферные осадки в почвенном горизонте принимают основные геохимические черты подземных вод На лигогенном этапе определяющую роль играют лтадого-минералогический состав пород и тектонические условия региона Основные формирующие процессы - минерализация органического вещества и гидролиз алюмосиликатов, растворение карбонатов и ионный обмен. Результирующие факторы - водообмен и ашропогшез.
Научная новизна. Выполненные исследования в области геохимии питьевых вод по масштабности и комплексности относятся к числу пионерных Их научная особенность - в подходе к воде как сложной системе, находящейся под влиянием эндогенных и экзогенных факторов. Исследование всех элементов этой системы позволило установить типы вод и их распространение, плановую и вертикальную гцщюгеохимическую зональность, региональный гидрогеохимический фон. Впервые составлен комплект карт, характеризующий пространственные закономерности распространения основных элементов макро- и микрососгава, показателей геохимической обстановки и водорастворенных газов всех водоносных горизонтов, содержащих пресные воды. Выявленная гидрогеохимическая специализация региона расширяет представление о гидрогеохимических провинциях, позволяет оценить качество подземных вод как источника хозяйственно-питьевого водоснабжения и районировать подземную гидросферу по вццам водоподготовки. Установление ведущей роли селитебной нагрузки в антропогенном преобразовании вод позволяет целенаправленно решать проблему охраны грунтовых вод Приуроченность линейно вытянутых хлоридных натриевых аномалий, имеющих глубинное происхождение, к современной речной сети позволяет картировать тектонически и лигологически ослабленные зоны.
Практическая ценность. Полученные результаты позволяют оптимизировать выбор источников водоснабжения, систем водоподготовки, схем мониторинга подземных вод и мероприятия по их защите, прогнозировать изменения качества воды при эксплуатации. Частные решаемые задачи практики включают: 1. Обоснование выбора водоносных горизонтов для постановки поисково-разведочных работ на воду. 2. Обоснование комплекса и объемов гидрогеохимических исследований дня работ любой стадийности 3. Установление на базе выявленного гидрогеохимического фона масштабов и видов загрязнения подземных вод. 4. Оценка степени соответствия качества вод нормативным требованиям и необходимой водоподготовки при организации децентрализованного и индивидуального водоснабжения. 5. Обнаружение зон разгрузки глубинных соленых вод возможности их трассирования по гвдрогеохимическим показателям. 6 Поиски минеральных вод в верхней гидрогеодинамической зоне. 7. Лицензирование водопользования.
Апробация Защищаемые положения и основные результаты работ докладывались на Всесоюзных совещаниях по подземным водам Сибири и Д альнего Востока (с 1970 по 1997 годы), на двух Всесоюзных гидрогеохимических конференциях (г.Томск), на Всесоюзном гидрогеохимическом совещании (г. С-иетербург), на Международном симпозиуме по геохимии природных вод (г. Росгов-на- Дону, 1982), на третьей годичной конференции (г. Тюмень, 1982), на Всесоюзном совещании по методике гидрогеологического картографирования (г. Горький, 1982), на Всесоюзном совещании по проблемам водоподготовки (г.Томск, 1990). По положениям диссертации опубликовано более 40 работ, включая 1 монографию. Материалы и результаты исследований реализованы в 10 производственных отчетах, в том числе 5 тематических (ВГФ, ТГФ, 1965-1993г.г), в 7 научно-исследовательских отчетах (ТЛИ, ТГАСА, 1984, 1994-1997 гг.) и во Всероссийской программе «Питьевая вода» (Томская область, 1997). Научные результаты исследований внедрены в НТО «Томжнефтегазгеология» и Томскгеалюом, в ТФ СО ВНИИГиМ им Костякова, на кафедре гидрогеологии ТПУ, да кафедре водоснабжения и водоотве-дения ТГАСУ, на кафедре санитарной гигиены ТМУ.
Работа выполнена в Томской геологоразведочной экспедиции. В процессе ее выполнения автор пользовалась советами, консультациями и поддержкой докторов г -м н МПНагорского, ПАУдодова, С.ЛШварцева, НМРассказова, В.К.Кирюхина, АЖКороткова, А.НПавлова. Они привили вкус к научной работе, интерес к геохимии пресных вод ранее бывших исключительно прерогативой поисковой гидрогеохимии. На разных этапах работы автор пользовалась консультациями заведующего отделом ВСЕГИНГЕО к.г.-мн. МС.Галицына, доцентов кафедры гидрогеологии ТПУ к.г-м.н АДНазарова. Н.МШварцевой, заведующей проблемной гидрогеохимической лабораторией ТТТУ к.г.-м.н. Ю.Г.Копыловой, старших научных сотрудников к.г.-м.н. ЕСЛСоробейниковой, Н.АТрифоновой, заведующей лабораторией института торфа доктора сельскохозяйственных наук Л.ИИнишевой, ректора ТГАСУ д.г.-м.н. Рогова Г.М., заведующего кафедрой ВиВ ТГАСУ к.г,-м.н. ДСПокровского, а также своих коллег по работе в ТГРЭ заведующего химико-аналитической лабораторией В.А.Янковского, химиков-аналиппсов ОИ.Поваренкиной, Н.И.Мархальчук, ЛПШлапак, ГГ.Олифиренко, лиголога АСКурочкиной, минералога В.Ф.Либиной. Постоянно поддерживали своим вниманием геологи А.Ф.Шамахов, А Ф.Рубцов, А.В.Кривенцов, ВЛ.Сильвестров, В.Я.Колпаков, ЕЛГорюхин, П.Т.Сазонов, I
ПВ.Осипов, Ф.ПОсивдв. Особый ингфес к работе проявлял и оказывал моральную поддержку главный геолог ПГО «Томскнефгегазгеология» Ю Ю.Эрвье. Всем названным товарищам автор выражает глубокую искреннюю благодарность. Особая признательность за постоянную поддержку - научному руководителю - С.Л.Шварцеву.
1. Методология и методика i ид poieo химических исследований Основной методологический принцип настоящей работы - комплексность (системность) исследований. Отправной теоретической базой послужгсто представление о последовательных этапах формирования подземных вод, развиваемое С.ЛШварцевым (1974, 1978, 1982, 1996). Исходя из принципа системности, были изучены атмосферные осадки, болотные и почвенные воI ды, свободные и связанные воды земных недр на глубину до 500 м, минеральный и вещественный состав пород и их обменный комплекс. Точки исследований разных природных объектов, как и анализируемые компоненты, совпадали, что позволило широко использовать сравнительный метод оценки их состава и динамики на всех этапах формирования.
В методическом плане задача сводилась к поискам и экспериментальному адаптированию к водам региона отдельных аналитических методик и оптимальных методов опробования исследуемых объектов, к разработке и оптимизации способов систематизации обширной гидрогеохимической информации Широко использовались полевые методы анализа неустойчивых компонентов (Fe2', ¥е \ рН, СОгев, Озсв, NHT, NOf, Са2*, HCOf. жесткость), но базовые методы лаборатории ПЛАВ-2 существенно модернизированы, особенно в определении железа (применен высокочувствительный и воспроизводимый метод с сулъфосалициловой кислотой), кислорода (мегод Винклера для вод, содержащих органическое вещество), углекислого газа (двойное титрование). Содержание железа определялось в свободной воде до и после разрушения железоорганических комплексов (в гидрогеохимической лаборатории ТЛИ). Определение металлов в снеготалых водах в виду их малой минерализации производилось из пробы объемом 2 л. При исследовании органических веществ определялась их сумма по перманганатной окисляемости, а в ret составе - фенолы, гумино-вые- и фульвокислоты, летучие соединения , а для района г. Огрежевого - видовой состав нефгепродуктов хроматомасс-спектрометрическим методом. Атмосферные осадки исследовались в виде снегогалых вод с отбором проб снега в конце зимы на всю мощность снежного покрова в чистых и ангтродагеннонагруженных районах. Газовый состав и ионные формы железа, а также рН определялись в самоизливающихся скважинах и эксплуатационных, оборудованных элекгрологружными насосами, что позволило минимизировать искажения природной среды опробуемых объектов. Методы отбора проб воды на другие вицы анализов соответствовали требованиям ГОСТ.
В качестве основного метода систематизации и обобщения использовалось картографирование всех основных компонентов состава, определяющих геохимический облик вод и их практическую пригодность (Ермашова, 1984). Оно производилось для всех водоносных горизонтов и атмосферных осадков. Всего построено около 200 карт м-ба 1:1 ООО ООО, в том числе 7 гидрогеохимических . На них отражены макрокомпоненгный состав вод в соответствии с классификацией О.А Алекина с дополнениями Е.В Посохова (1969), минерализация, компоненты геохимической обстановки (рН) и газового состава (СОгев, Огсв). На Других картах в изолиниях содержаний отражены макро- и микрокомпоненты, показатели физических свойств (жесткость), характеризующие основной состав и пригодность вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Ввиду обширности картографической информации произведено ее комплексирование по принципу вертикального «просвечивания» раздельно для верхней и нижней частей зоны интенсивного водообмена. Методы математической статистики использовались в комплексе с картографическими материалами для выявления естественного фона и средних содержаний компонентов, определяющих питьевые качества вод а также количественной оценки их динамики. Они выполнены для 4 районов, различающихся комплексом геолого-гидрогеологических условий, формирующих состав подземных вод (рис.1). Это Обь-Томское междуречье, находящееся в краевой части артезианского бассейна; Кегь-Чулымское междуречье, приподнятое в геоморфологическом плане, с преимущественно песчаным разрезом континентального генезиса, с высокими скоростями водообмена и мощной зоной пресных вод Чаинское Приобье, где благодаря широкому развитию глин в разрезе верхнего мела- эоцена замедляется водообмен и накапливаются соли; Александровское Приобье -центральная часть артезианского бассейна с резким сокращением мощности зоны пресных вод за счет исключительно глинистого состава отложений верхнего мела - эоцена С целью максимальной дифференциации гщфогеохимического разреза выборки формировались по всем стратиграфическим уровням, а их статистический анализ производился по программам EXCEL
2. Гидрогеохимические условия верхней гвдрогеодинамической зоны Литолого-фациальные и структурно-тектонические особенности территории существенно дифференцируют эту зону, поэтому результаты исследований приводятся по стратиграфическим уровням от зоны аэрации к образованиям мела и палеозоя, гидрогеологическая обособленность которых возрастает с юго-востока на северо-запад.
2.1. Воды зоны аэрации В их составе рассматриваются воды песчано - глинистых образований, залегающих в кровле верхнего, постоянно существующего водоносного горизонта, и торфяных отложений, плащеобраз-но покрывающих водоразделы и большую часть речных долин.
Проведенными исследованиями установлено резкое различие в составе вод верховых и низинных болот. Низинные, развитые преимущественно на низких террасах речных долин, содержат гидрокарбонаггные, чаще кальциевые, реже кальциево-магниевые либо кальциево-натриевые воды с минерализацией до 0,4 г/дм*, слабокислые или нейтральные. Для них характерны значительные содержания углекислого газа (до 84,5 мг/дм3), повышенные содержания аммония (до 6,4 мг/дм3), что согласуется с присутствием аммонифицирующих бактерий, обнаруженных А.Д Назаровым (1977) в водах низинных болот. Высокие содержания железа (до 13 мг/дм3) преимущественно в за-кисной форме (до 97% от общего количества) и марганца (до 4,5 мг/дм3), присутствие в составе во-дорасгворенных газов метана (до преобладания) свидетельствуют о резко восстановительных условиях. Основное отличие от грунтовых вод - большое количество растворенного органического вещества (пермангашгная окисляемосгь - ПО - до 128 мг/дм5). В верховых болотах, преобладающих на водораздельных пространствах, состав вод изменяется по вертикали: от гидрокарбонатно-хлорвдных либо хлорвдно-щдрокарбонатных преимущественно натриевых с минерализацией 1530 мг/дм3 в приповерхностных слоях до гидрокарбонатных кальциевых с минерализацией до 100 мг/дм3 - в придонных. В них интенсивнее минерализуется органическое вещество, что приводит к накоплению в водах до 163 мг/дМ3 СО?, до 15 мг/дм3 аммония, при этом значение ПО достигает 216 мгОг/дм3. Накопление ОВ и СО» резко повышают углекислотную (до 106 мг/дм3) и общекислотную (рН снижается до 4) агрессивность, реализуемую при фильтрации вод через подстилающие породы. В низинных болотах преобладают процессы аммонификации, в верховых, особенно в верхней части, имеет место и нитрификация, о чем свидетельствует присутствие в 33% проб нитратов до 24 мг/дм3. Всем болотным водам присущ значительный комплекс металлов, но в наибольших количествах , помимо железа и марганца, присутствуют барий, стронций, титан, цинк.
В зоне аэрации, сложенной суглинками и глинами с песчано-супесчаными прослоями (водоразделы), воды имеют гидрокарбонатный кальциевый и кальциево-магниевый состав с минерализацией до 0,73 г/дм3 и относятся к первому типу (по О.А.Алекину) (табл.1). Минимальные ее значения характерны для восточных районов, максимальные - для Обь-Томскою и Обь-Шегарского междуречий В северных районах и под болотными массивами благодаря высокому содержанию СХЬ (до 176 мг/дм3) воды имеют слабокислую реакцию и высокую агрессивность, в о••
5ЛИС7£КА
Таблица I
Статистические параметры пространственного распределения компонентов макросостава подземных вод
Компоненты Горизонты Районы
Кеть-Чулымское междуречье Чаинское Приобье Обь-Томское междуречье Александровское Приобье
1 2 3 4 5 6
Минерализация. г/да3 Зона аэрации 0.13(17) 26 19 0.39 0,25 - 0,55 28 0.41 (35) 0,03-0,73 27 0.24 0,04-0,40 17
Оа-М] 0.12(50) 0,05 - 0,3 28 0.37 0,23 - 0,47 67 0,32 (22) 0,13-0,40 115 0.16 (37) 0,1-0,25 57
Рз3 0.13(36) 0.08 - 0,22 23 0.39 0,31-0,56 31 0.28(24) 0,16 - 0,40 25 0,19 (34) 0,11-0,34 13
Р}ШП 0.14(13) 0,09 - 0,16 32 0.40 0,27 - 0,77 55 0.27(32) 0,11 -0,43 54 0.20 (19) 0,11 -0,27 27
0.15(15) 0,11-0,20 48 0,54 (21) 0,34-0,79 93 0.26 (28) 0,14-0,41 128 0.23 (17) 0,18-0,32 59 к2 0.16(23) 0,11-0,22 14 0.68 (23) 0,46-0,92 42 0.55 (47) 0,21-0,85 31 6.1 (64) 2,7-12,5 5 над г/дм3 Зова аэрации 0.14 0,05-0,37 0.46 0,28-0,66 0.43 (28) 0,24-0,71 0.29 0,04-0,49
Он 0.13 (55) 0,02-0,25 0.43 0,27-0,57 0.38 (37) 0,12-0,48 0.19 (39) 0,11 -0.31
Р,5 0.15 (38) 0,05-0,23 0.46 0,36-0,65 0.32 (22) 0,20-0,45 0.23 (33) 0,13-0,40
РзПШ 0.17 (16) 0,10-0,20 OJ55 0,33-0,78 0.32 (33) 0,14-0,46 0,24(18) 0,13-0,32
ЪггФ 0.16(16) 0,13-0,23 0.58 (43) 0,38-0,88 0.31 (29) 0,17-0,50 0.26(14) 0,20-0,37
К2 0.17(23) 0,09-0,16 0.43 (37) 0,20-0,65 0.23 (43) 0,12 -0,38 0.22 (69) 0,07-0,39
СГ мг/ды3 Зона аэрации §>5 3,6-11,4 3,2 -14,9 25.6(80) 5,7-60,3 8¿ 5,7 - 10,6
Он-К, 5.6(36) 2,8-11,4 М 2,5-9,9 5.4(64) 1,4 -14,2 4.9(64) 2,8-8,4
Р,3 5.9(44) 0,4-9,6 !LÍ 2,1-22 7.1 (98) 2,5-25,5 5.0(63) 1,9-12,1
Рзпт 6.2(64) 2,1 -14,5 и 2,1 - 89,7 5.9(93) 1,8 - 34,7 6.0(56) 2,6 - 12,4
7.3 (94) 1,8-52,5 28.3 2,8 -198,6 6.4(75) 2,1-28,4 9.9(52) 3,5-24,1 кг 6.0(30) 4,3-11,0 136.8 (66) 43,6 - 340,4 222(86) 8,3 - 439,7 3386(70) 1454 - 7455
ЯО,2' мг/да3 Зона аэрации 0.04 0-0.41 18 1.8 0-9.5 85 2J 0,8 - 26,3 50 Ы 0-2,5
14 0Л 0 -2,5 39 У 0-7,8 30 1.5 0 - 14,8 38 16 0 - 18,1
Р,3 30 £7 0-3,7 19 0.21 0-7,4 40 4,5 0 - 45,3 8 0,47 0-6,2
Р}Вт 17 0,31 0-2,1 22 0.47 0-4,9 40 0.8 0-9.4 17 0¿1 0-4,1
Рг-мш- 28 0,54 0-4,9 45 4,5 0-65,4 38 0.7 0-7.4 8 0.35 0-5,7 к2 43 45 0-17,7 19.6 0-75,7 20 0¿ 0-2,9 100 14.8(72) 5,0-31,3
Продолжение таблицы 1
1 2 3 4 5 6
Зона 29,8 Ш 121(34) аэрации 10 - 96,2 60,1 - 128,3 34,1 - 190,4 4-83,8
Оа-Ч 27.4 (72) 102.0 95,5(25) 41,2(47)
10,0 - 96,2 60,1 - 138.3 36 - 150,3 22 - 68,1
Са* Рз5 ш 110.3 78.6(24) 55.1(32)
8-44,1 84,2 -150,3 40,1-118,2 33,7 - 90,2 мг/да' Ьпш 31.5 (45) 107.5 72.2(34) 44.1 (29)
18-41,1 59,2-168,3 20-112,2 21-63,2
30,2(20) 96.4 (73) 67(34) 47,4(25)
16-40,1 56,1 - 184,4 18-110,2 26,1 -80,2
Кг 12,5 (58) 11.6(65) 55 (28) 285
6-28,1 4-44.1 36-75 40-1068
Зона 15 24.8 15.5 (87) Ш
0,51 -14,6 2.4-40,1 2,4-41,3 2,4-47.4
Оп-Ы, 7(62) 20.1 15.4 (38) 10.2 (54)
0,5 -14,4 4,9-47,4 0,6-25,5 4,9-21,9 ме2* V 92 7,6 (74) Ш 14.4 (40) 9.9(54)
0-20,7 1,2-24,3 4,9-25,5 5,1-25,5 мг/ди3 йзШП 10,7(27) 22.2 15.9(50) ¡8.6 (34)
3,6 - 14,6 1,2-45 0 -29,2 8.9-31,6
РиДО 9.5(30) 22.1 8.3 (40) 14.3 (35)
4,9-15,8 9,7-60,8 0-62,6 8.5 - 32,8 к2 93 6.9 (59) 6,5(59) 24,2 (45) 80 18.7 (87)
0 -15,8 1,2 -14,6 13,4-47,4 0-43,8
Зона 10,6 ш 18.2 (84) М аэрация 3,2 - 27,8 1,3-69,7 0,7-52,5 0,5-20,2
Он-14, 8,3 (59) 15.1 10(69) 8(54)
3,0-27,8 3,5-55,6 0-41,4 2,3-15,2
Г + Г Р,3 12.6(88) Ш 9.9(85) 5.1 (82)
0.5-34,8 1.8-56,6 0,9-23,2 0.9-13,6 мг/даг' Р}ПШ Щ52) 19.7 Ш М
1,1 -14,3 2,0-76,4 0-63,5 0,7 -17,9
Ргмчг 12.5(68) бо,з (56) Ш 17.7(86) и - 26,4 6,4 -130,4 0,5-51,5 0,9 - 52,9 к2 42.2 (57) 273.8 (17) 126.1 (66) 2240(54)
14,3-84,1 181,9-497,7 15,4-227,6 1019-3688,5
Зона 2£ £0 6.8(8) 6.6(10)
23раЦЯ£ 6,5 - 7,4 6,5-7,4 6,0-8,1 5,2-7,4
Оп-М, 6,8 ТА 7.1 (8) 6.3 (4)
6,5 - 7,9 6,5-7,8 6,4 - 8,3 5,2-7,1 рН 7.2 (8) и 7,2(8) 6,4 (7)
6,5-7,9 6,8-8.0 6,5-8,2 5,5-7,2
Р>пт 7.0(17) 6.9(7) ^4
6,8 - 8,0 6,6-8,3 6,4-8.2 5,5-6,9
Рг-зда 7.1 (5) 1Л 6Ц5) 6^6
6,6-8,5 6,8-7,7 6,4 - 8,2 6,1 - 7,22 кг 7.1 (10) и 12
6,4-8,6 7,9-8,2 6,4-7,8 6,5-8,0
Примечание: Числитель - среднее содержание, в скобках - коэффициент вариации; знаменатель - минимальное и максимальное содержание; справа от дроби - количество определений; слева от дроби - частота встречаемости для 504 и южных они слабощелочные с рН до 7,6 и не агрессивные. В зоне аэрации, сложенной песками и супесями (речные долины и древние ложбины стока), состав вод весьма близок к атмосферным осадкам Они гидрокарбонатно-хлоридные с одинаковой частотой встречаемости кальциевых, натриевых, двух- и трехкомпонентных и минерализацией 0,03 - 0,08 г/дм3. В северных районах повышаются содержания хлора и натрия до преобладания над гидрокарбонаггами и кальцием, но тип вод повсеместно первый с содержанием гадрокарбонатов натрия, рассчитанных по правилу Фрезе-ниуса, до 50% егт общего солевого состава. Обедненность водовмещающих песков органическим веществом и практическое отсутствие почвенного слоя не способствуют накоплению СОг, тем не менее благодаря связи с атмосферными и болотными водами в зоне аэрации высоких террас рН снижается до 4,5 - 5,5, а на низких террасах повышается до нейтральных значений. Открытость к дневной поверхности обеспечивает высокие содержания кислорода (2-3 мг/дм3) и окислительную обстановку, препятствующую накоплению железа и марганца. На заболоченных пространствах правобережий Томи, Чулыма и Оби переслаивание песчано-глинистых образований формирует мозаичную картину распределения обстановок, классов, групп и типов вод Основными компонентами минерализации вод, несмотря на неоднородность условий формирования, служат гидрокарбонаты и кальцит. Участие хлоридов проявляется лишь в водах Ш типа, наиболее характерных для Обь-Томского и Томь-Чулымского междуречий, где в наибольшей мере проявляется влияние антропогенных факторов.
В водах зоны аэрации присутствует значительный комплекс металлов - до 20 компонентов, но повсеместным распространением и максимальными концентрациями, помимо железа и марганца, пользуется лишь стронций (табл.2). Далее в убывающей последовательности располагаются Си, Т1, Ва со встречаемостью 80-90%, затем РЬ, Хп № (на уровне 50% с минимумом в южных районах и максимумом в северных), 71 (33% с отсутствием в восточных районах). На таком же уровне в южных и северных районах встречаются ва, Мо, V, а Со, Сг, 8Ь, Ве, - до 10-15%. Концентрации большинства компонентов изменяются весьма существенно, более устойчиво распределение меди, свинца и цинка (в 2-4 раза). Содержания остальных металлов не достигают 1 мкг/дм3 В цепом максимальные содержания характерны для северных районов (Александровское Приобье), минимальные - для восточных (табл.2).
2.2. Воды чегвертично-верхнеолш оиеновых отложений
Они включают в себя напорно-безнапоркые воды отложений неоген-четвертичного и верхне-олигоценового возраста, составляющие на большей части территории единый водоносный горизонт, перекрытый преимущественно суглинисто-глинисгой зоной аэрации. Основной отличительный признак этих вод-различие в минерализации право-и левобережья р. Оби Преобладающая соленость в восточных районах - на уровне 0,12 т/дм3, в западных и южных увеличивается втрое. В речных долинах, ело
Таблица 2
Статистические параметры распределения некоторых микрокомпонентов
Компоненты Горизонты Кетъ-Чулымское междуречье Чаинское Приобье Обь-Томск* междуречье Александровское Приобье
1 2 3 4 5 6
Ва, нпУдм3 Зона аэрации 46 7,7 0-29,6 19 80 53,8 0-125,6 31 100 84.5 (44) 8,6-144,6 23 100 499.1 (67) 39,8-1197 15
QrN, 57 23.5(99) 0-102,2 28 65 36,2 0-121,8 65 80 92J 0-672 95 85 205(50) 0 - 663 47
Рз3 77 27.3(92) 84 61.8 85 ]32¿ 0-600 24 100 188(39)
0-90,4 23 0-271,2 2» 115-348 13
Р jorn 33 12.4(85) 0-30 32 «2 45,9 0-199,2 53 94 2Ш 0-804 48 100 162.4 (50) 43,2-289 25
Pwjw 54 22.3(87) 0-66 48 81 67¿ 0-574 86 92 ЗШ 0-1095 115 53 84.7(45) 0 - 256 49 к2 30 4,1(26) 0-15,8 14 32 32.6(80) 0-206,4 35 89 416.4(60) 0-860 29
Sr, нет/да1 Зона азрашта 100 116.1 31,8-304 100 290 69,6-644 100 168(30) 8,6448 100 469(99) 26-1197
QrN, 82 54.2 (87) 0-172 88 183.1 0462 96 225(50) 0-1232 100 108 (53) 39,3 - 272
Рз* 70 38.2 (50) 0-67,8 100 203 82-345.6 100 158.5(36) 90,4-300 100 134(75) 47 - 348
Р jnm 75 41.5 (55) 0-62,4 94 234,7 0-460 97 275.7 0-966 100 116.2(53) 56,7-216
Р jar 78 59.3 (67) 0-162 92 32L1 0-800 99 306.9 (83) 0-1089 100 142.2 (66) 64,5-256 кг 64 44 (62) 0 -109,2 75 158.2 (69) 0-701.4 100 455(54) 232-860
Ti, мхг/дм5 Зона азрацкк 82 6.04 0 • 26,8 90 26,0 0 - 59,6 93 72J 0-303 100 94.9 (81) 5,2 - 258.4
QrH 75 Ш 0-% 73 28,8 0-126,1 69 16.9 0-172,8 100 216.7 17,8-884
Рз3 100 13.3 1-46,8 63 15.3 0 - 145.2 85 10.3 (96) 0-29,8 100 5.1 (59) 1,6-10,4
Р Зшп 67 14.3 0-55,8 61 13,3 0 -123,6 86 30.1 (351) 0-82,4 77 4,8(100) 0 - 18,7
P2.3jur 78 11.1 0-48,6 62 Ш 0-57,6 80 16.1 0-80.4 90 10,5 0-67,4 к2 80 26.7 (20) 0-162 85 51.8 (98) 0-330 89 19.3 0-74,6
Zn, мкг/дм3 Зона аэраднн 54 19,6 0-110,4 36 29,4 0-228 31 11,7 0-76,8 71 53.7 0-240
QrN¡ 46 Ш 0 -116,8 11 7,? 0-141,6 12 18,1 0-66,9 69 55.9(81) 0-510
Рз' ~ 67 31.1 (91) 0-73,2 0 0 7 15,4 0-22,8 29 14.7 0-34,8
Р з шв 75 25.4(83) 0-83,2 6 4.0 0-83,6 3 24,3 0 -164,8 80 47.6 0-186,6
Pj-з juf 52 2Ü 0-85 1 1,9 0-162 5 15.8 0-102,6 50 24,6 0-73,2 к2 8U 21.8168) 16,2-47,4 6 5.9 (46) 0-124,2 0 0
Продолжение таблицы 2
1 2 3 4 5 6
Си, мкг/дм3 Зова аэрации 91 2,8 0-6,1 90 5,4 0 - 30,4 100 4,2 (36) 0,4-9 85 4,4 (71) 0-12
ОгЧ 82 3,5 0-32 73 3,5 0 - 12,4 85 4.5 (54) 0 - 18,1 100 3,6 (99) 1,8-6,6
Р33 90 2.6(53) 0 - 4,52 74 3,3 0-9,7 70 2.6 (40) 0-4,1 100 8Д 1,5 - 33,8
Р 3ПП) 67 22 0-15 82 4.6 0-9,2 84 3.5 (76) 0 - 10,9 92 4 (58) 0-8,7
Р г-З^Г 64 1,6 (64) 0-5,4 55 4.3 (60) 0-31,4 90 4.3 (77) 0 - 22,4 94 3,4 0-7,8 к2 80 2.8 (78) 0-7,5 23 1.9(46) 0 -14,2 70 4.4 (48) 0-7,5
РЪ, ыкг/дм3 Зона акации 63 1,3 50 2.4 31 0,8 (50) 57 3.9 (79)
0-4,4 0-9,2 0 -3,84 0-12
ОЕ-М) 54 0 -19 31 у 0-9,4 38 3.8 (62) 0-44,6 84 3.1(6 8) 0-6,8
Рз3 92 4.2 (77) 0 -9,6 0 0 21 у 0-4,1 29 1,3(35) 0-1,8
Р з пт 67 1,7 (75) 0-5,4 !5 0.7 0-5,1 31 Ц> 0-10,9 73 19 0-7,2
Р 2-3 ЯГ 56 1,5 (72) 0-4,8 10 0.6 0 -1.0,8 34 2.1 (60) 0-10,9 70 2,4 0-6,9
К2 64 3.0 0-13,0 18 0.9 (23) 0-7.0 0 0 гг, мкг/дщ3 Зона аэрации 0 0 26 3.6 0 -18,8 31 11,1 0-115,2 43 2.2(28) 0-7,2
ОгМ, 50 2.2 (59) 0-8,3 15 0 - 12,4 15 5.6 0-20,8 77 7.4 (65) 0-22,1
Рз3 46 4.1 (65) 0-11,3 16 2^ 0-17,3 7 4,7 0 -12,4 0 0
Р эпт 8 2.7 0-6,2 12 1.8 0-22 18 6.4 0-36,8 0 0
Рг-э ДО* 15 2.9 5 0.7 11 4.6 19 0.4
0-5,6 0 - 23,6 0-11 0-6,7 к2 7 1.5 0-21,8 8 1,2(16) 0 - 14,2 22 0.8 0-2,4 мкг/дм3 Зона аэрации 27 0.9 0-5,3 6 0,2 0-4,6 50 2.0 (66) 0-7,7 71 6.9(55) 0-14,4
ОгЫ, 36 0-7,3 14 0.9 0-8,2 18 2.1 (50) 0-9,2 69 6^ 0 - 20,8
Рз' 46 1.8 0-5,5 10 1.2 0-9,7 7 У 0-3 29 .1,7(78) 0-3,6
Р зпт 8 12 0-5,6 12 0.8 0-12 21 2.1 (72) 0-8 67 0-7,7
Рг-зМ 7 1.1 7 0.4 18 1.8 58 1,9
0-6,7 0 -16,2 0-11 0-10 к2 30 2.4 0-19,5 4 0^ 0-8,3 33 3.5 (55) 0-7,5
Примечание: Числитель - среднее содержание, в скобках - коэффициент вариации, %; знаменатель - минимальное и максимальное содержание; слева от дроби - частота встречаемости, %; справа от дроби - количество определений. женных песками, минерализация вод относительно водораздела уменьшается в 6 раз на левобережье и на порядок на правобережье (пойма Оби и центральная часть Кегь-Чулымского междуречья), а в направлении с юга на север-от 0,86 гУдм3 в бассейне рИ1егарки до ОД г/дм3 на Обь-Вааоганском междуречье и от 0,26 до 0,02 г/дм3 на правобережье (риг. 1). Состав вод гидрогарбошпный кальциевый I типа в 90% проб левобережья и 70% проб правобережья. Последнее связано с возрастанием роли хлоридов натрия и появлением вод Ш типа Содержание гидрокарбонатов от абсолютного максимума (810 мг/дМ3) в щелочных водах верховий левобережных притоков р.Оби уменьшается до 20-40 мг/дар в водах речных террас северных районов, сложенных песками. Аналогичная сигуация, но с концентрациями в 2-3 раза меньшими, прослеживается в направлении от центральных частей Обь-Енисейского водораздела к долине р.Оби. Сульфаты не характерны для грунтовых вод, встречаются редко и в небольших количествах, но на Томь-Чулымском междуречье и в бассейне р. Васюган в связи с техногенным воздействием на эти 1ерритории - в 2 раза чаше, чем в других районах, причем они формируют до 54% анионного состава. Хлориды содержатся на уровне естественного фона (5-6 мтУдм3), более высокие содержания, преобразующие геохимический облик вод, являются результатом их загрязнения Содержания кальция и магния, в основном, ниже, чем в зоне аэрации. Минимальные их концентрации и высокая динамичность распределения характерны для вод отложений речных долин правобережья (верховья р. Кеггь), а максимальные с более устойчивым распределением - для Обь-Томасого междуречья и южных левобережных водоразделов. В Александровском Приобье доля магния возрастает до 68% кагаониого состава, обеспечивая широкое развитие кальциево-магниевых и магниево-кальциевых вод Натрий и калий в смешанных и натриевых труппах вод, свойственных районам с песчаной зоной аэрации (Обь-Чулымское междуречье, устье р.Чулым, правобережье верховье рКеть), достигают 40-72 экв.%. Очевидно, на их накопление влияют болотные воды, так как вблизи болот их концентрация возрастает в 2-3 раза. В целом состав вод более устойчив на левобережных водоразделах, менее - на правобережье р.Оби и в речных долинах. В основании горизонта, в отложениях верхнего сшигоцена, минерализация и ее составляющие возрастают в небольшой степени лишь в восточных и западных районах, в южных и северных-в связи с увеличением скоростей водообмена - уменьшаются (табл. 1 ).
В микрокомпонетном составе доминирует та же группа, что и в водах зоны аэрации, но встречаются они, в основном, реже (табл.2). Кроме того, в этих водах появляются Sn и Cd, a Sb и Ga встречаются значительно чаще - соответственно до 54 и 70% проб. Пространственное распределение большинства компонентов характеризуется максимальным присутствием и содержаниями в северных районах, за исключением Sr, Си, РЬ с максимальными концентрациями на Обь-Томском междуречье. По отношению к додам зоны аэрации наблюдается как увеличение, так и снижение содержаний, но преобладает тенденция увеличения. В основании горизонта (образования верхнего олигоцена) возрастает лишь содержание бария, за исключением Александровского Приобья, ос
Условные обозначения к рис. !
Классы вод
С1 N S
Состав вод |р,2-0,5
-1,9
7,2
Типы вод га
НСОз - С1, С1 - НСОз, С1 CI, NO4 и смешанные CI, NO3, SO4 и смешанные НСОз
Минерализация вод, г/дм3 Максимальная минерализация вод на участках антропогенного воздействия, г/дм3 Участки с преобладающими значениями рН
III с преобладанием П1Б Ш и П с преобладанием Ш Преобладание II Преобладание I
Группы вод г г г
7 +
Границы
Кальциевая
Кальциево-аммонийная, аммонийно-кальциевая Кальциево-магниевая, магниево-кальциевая Кальциево-натриевая, натриево- кальциевая Смешанная (Са, Mg, Ыа в различных соотношениях)
Отложений речных долин
Участков с различной минерализацией вод, г/дм3
Участков с различными значениями рН вод
Типов вод
Групп вод
Районов по условиям формирования состава: I - Обь-Томское междуречье, П - Чаинское Приобье; П1 - Кеть-Чулымское междуречье, IV - Александровское Приобье тальные компоненты встречаются реже и в меньших количествах, то есть наблюдается тенденция уменьшения, аналогичная макрокомпонентам.
23. Воды отложений среднего олигоцена (новомизайловская свита, Р3 п ш)
Они сохраняют основные закономерности в распределении солености и ее составляющих, характерные для вышележащего горизонта. Изолиния минерализации 0,2 г/дм3 на правобережье р.Оби практически оовгадает с таковой в верхнем горизонте. К долине р.Тым она снижается до 0,03 г/даД в южном направлении возрастает до 0,4 т/да^, уменьшаясь в то же время от восточных границ области, являющихся основными площадями питания, к пивной дрене - р.Оби. Вдоль южных границ левобережья в верховьях р.р.Чаи, Шегарки, Чижапки она достигает 0,83 г/д>/, снижаясь до 0,2 г/дМ3 в Александровском Приобье, что связано с внедрением менее минерализованного правобережного потока, обладающего гидравлическими уклонами, на порядок выше левобережных. Несмотря на отмеченные особенности, распределение минерализации подчиняется широтной зональности и имеет устойчивый характер, на что указывают малые значения коэффициентов вариации (табл.1). Анионный состав вод в южных районах на 97% представлен гидрокарбошгами, на остальной территории они не опускаются ниже 89%, а абсолютные содержания возрастают по отношению к вышележащим водам (табл.1). Наиболее неустойчиво распределение хлоридов. На участках повышенных минерализации в бассейне р.Васюган, в долинах рек Обь, Томь, Шегарка, Чая они составляют до 23 экв.% и ассоциируются с повышенными содержаниями натрия (до 41 экв.%), что свидетельствует об их глубинной природе В ши-более контрастной аномалии южной часта Вааоган-Чузикского междуречья содержание хлор-иона достигает 129 мг/доР. Присутствие сульфатов незначительно (1 -2экв.%) и только в самых минерализованн-ных разностях вод их значения достигают 7 экв.%.
Катионный состав еще более неустойчив и дифференцируется на несколько групп. В южных районах превалируют кальциевые воды со средним содержанием кальция 70 экв.%, в северных и на Кеть-Чулымском междуречье они встречаются лишь в половине проб, а доля кальция снижается до 54 экв.%, что согласуется с уменьшением на большей части территории его абсолютных концентраций. На северо-востоке (Кеть-Тымское междуречье) преобладает натрий (до 63 экв.%), обеспечивая формирование слабощелочных щпрокарбонатных натриевых вод I типа Такие воды появляются и во всех южных районах, но более свойственны Чаинскому Приобью. В бассейне рВаооган преимущественным распространением пользуются воды смешанного катонного состава, гораздо реже - магниевые с содержанием магния до 60 экв.%. Изредаа встречающийся тип ША характерен исключительно для эксплуатационных скважин и является следствием восходящей разгрузки глубинных вод, усиливающейся при эксплуатации горизонта
В микрокомгоненгном составе сохраняются основные закономерности, свойственные вышележащему горизонту, но комплекс встречающихся компонентов беднее. Максимальный набор и ветречаемосгь также характерны для вод Александровского Приобья, но, за исключение« 2п и Си, все остальные компоненты накапливаются преимущественно в водах Обь-Томского междуречья (табл.2). Внутригоризонтный разброс средних концентраций большинства компонентов составляет 4-6 раз, а цинка -12 раз, что указывает на неустойчивость их распределения не только в отдельных районах, но и на всей исследуемой территории, зачастую выходящего за пределы нормального и логнормального.
В целом гидрогеохимические особенности вод новомихайловской свиты выражаются в более высокой дифференциации минерализации (от 0,03 г/дм3 на северо-востоке до почти 1 г/дм3 на юго-западе), в однообразии анионного состава - гидрокарбонатные воды, в резком возрастании роли магния и натрия и преобладании в связи с этим смешанных вод, а также в появлении магниевых и натриевых групп, в повсеместном развитии (за редчайшим исключением) вод I типа вплоть до содовых, в появлении в долинах рек хлорвдных натриевых аномалий глубинного генезиса.
2.4. Воды верхнеэоцен-нижнеолигоценовых отложений (юрковская толща - Ры .¡иг) Распределение минерализации этих вод подчиняется закономерностям, свойственным вышележаще^ горизошу, с близким уровнен накопления, но меньшей пространственной динамикой (табл. 1). Минимальные значения также наблюдаются в северо-восточных районах, но в направлении к р.Оби из-за отсутствия промежуточных зон разгрузки соленость вод возрастает. Максимальную минерализацию (0,79 г/дм3) имеют воды наиболее погруженной части горизонта в пределах Бакчарской впадины. В верховьях р.Чижанки и в приустьевой части р.Вааоган (пойма р.Оби), в долине р. Чаи встречены аномалии с минерализацией более 1 тУдм3 и высокой долей хлоридов натрия, имеющие глубинное происхождение (рис. 2). В целом в разрезе палеогеновых отложений в краевых частях бассейна минерализация вод с глубиной уменьшается, в остальных районах повышается, но наиболее существенно - на юге Чаинского Приобья. Более значимые различия наблюдаются в распределении компонентов основного состава. Доля гидрокарбонагов может снижаться до 39 экв.% за счет повышения до 40 экв.% хлора Их абсолютные содержания в Чаинском Приобье в 4 раза выше, чем на Кеть-Чулымском междуречье (табл.1). В аномальных по минерализации зонах фоновый состав вод трансформируется до хлоридного натриевого.
Как и в водах новомихайловской свиты, высокие концентрации хлоридов тяготеют к ретиым долинам, причем по отношению к перекрывающему горизошу они повышаются вгрое, что подтверждает наличие на этих участках (в условиях гидродинамической защиты от поверхностного загрязнения) восходяща} разгрузки глубинных соленых вод (рис.2). Доказательством этого служит и возрастание концентраций хлора при эксплуатации вод юрковской толщи вдвое (г. Сгрежевой) или до величин, изменяющих состав вод на хлоридный натриевый с одновременным повышением минерализации до 1,3 г/дм3 (П иШ линии Томского водозабора и долина р.Чаи). Сульфаты часто встречаются в водах Томь-Чулымского междуречья (в 49% проб) и являются следствием их загрязнения в области питания уже на атмогенной стадии. В естественных условиях существенные концентрации (до 65,4 мтУда^) характерны лишь для
Содержание, до25 КХ^боК»
Щ]]]аоЧ$ [у у у [¿ото рТу]^это
1 содержание Ь точке\
1Йс<5 V» опробования
--, . гц контор распространения.
-19—Изолинии ороноЬых совержатш 6о0о«осных отложенлт
Содержание, мг/л ^^ до 756 ЬггШШО
Code.pwan.ue 6 точке
В контур распространения Г~~3 иллинии фо-уг^ Содержание Чойоноснш отюжений 1-553 со9вр*анш11±1) оп-робобани*.
Рис. 2. Распространение хлоридов в водах отложений: а)верхнего эоцена-нижнегоолигоцека; б)вехнегомела.
Бакчарской впадины, где их доля достигает 20 экв.%- Разнообразие катонного оостава связагю с увеличением относительно вод новомихайловской свиты содержаний натрия, особенно в водах Александровского и Чаинского Приобья и на Кеть-Чулымжом междуречье^ где он достигает 79 экв.%. В этих районах широко распространены калыдаево-натриевые и натриевые воды. Как правило, накопление натрия не связано с хлором, что указывает на его внугригоризонггное происхождение за счет водоьмещающих пород Однако в долинах рас Томи, Оби и ее левобережных притоков они накапливаются синхронно, демонстрируя ьасштабность и линейную вьпянугостъ разгрузки глубоких минерализованных вод по цитологически и тектонически ослабленным зонам, унаследованным речными долинами (рис.2). Кальциевые воды максимшьным развитием пользуются в краевых частях бассейна, где доля кальция достигает 90%. Здесь же в наибольших (относительных) количествах накапливается и магний, но воды смешанного состава наиболее развиты в бассейне рВаооган, в районе с Александровского и г. Стрежевого и на Кегь-Улу-Юльском междуречье, причем области их развития совпадают с вышележащим горизонтом Аммоний, являясь естественным компонентам вод, в погруженных частях горизонта встречается до 8 экв.%, гго обрамлению бассейна - реже и в меньших количествах Выраженность I типа вод по площади развития и содержанию гидрокарбонагов натрия (до 71% солевого оостава) зшчительно ярче, нежели в горизонте новомихайловской свиты, за исключением Томь-Чулымского междуречья, где треть исследованных вод относится к подтипу ША
Микрокомпоненгный состав вод характеризуется сокращением группы основных компонентов до Эт, Ва, Тт, Си. Практически исчезают в Чаинском Приобье РЬ и 2п, весьма редко присутствуют 2ги№. Повсеместно встречается лишь Бг, содержание которого с глубиной устойчиво возрастает. Для Ва в Александровском Приобье характерно уменьшение этих показателей вдвое относительно вод новомихайловской свиты. Пространственное распределение характеризуется еше более высокими коэффициентами вариаций (табл.2) при разбросе средних значений до 6 (Бг), 12 (йт) и 14 (Ва) раз. Наиболее устойчиво поведение Си, N5 и "П. В целом специфические особенности вод горизонта состоят в резком возрастании роли натрия и маг ния (до преобладания), значительном развитии вод смешанного катионного состава, более широком развитии содовых вод с рН до 8,5 и хлоридных натриевых аномалий, отражающих глубинную их составляющую.
2.5. Воды континентальных и морских отложений верхнего мела (сымская - К^ш, симоновская - К^тп, ганькинская - Кгйал. славгородская - К^г, и натовская - Кчр свиты) Горизонтьг этих вод отсутствуют лишь в пределах Томь-Яйского и южных оконечностей Обь-Томского и Обь-Шегарского междуречий. В западном направлении глинистость осадков увеличивается и в образованиях морского генезиса песчаные фации сосредоточены лишь в средней части разреза (ишгговская свита). В западных и северных районах они замещаются плотными тлинами, образуя глинистую толщу мощностью до 300м, разделяющую зоны пресных и соленых вод, (Гидрогеология СССР, т.ХУ1).
Неоднородность лиголого-струкгурных условий обеспечивает максимальную для исследуемой зоны неустойчивость состава вод. Наиболее ярко это проявляется в резком различии основных его параметров на право- и левобережье р.Оби. На большей части правобережья и вдоль области выклинивания отложений верхнего мела на юш-восгоке (на стыке с Колывань-Томской складчатой зоной) распространены, как и в вышележащих горизонтах, весьма пресные воды с минерализацией 0,08-0.2 г/дм3. В направлении от восточных границ территории к долине р.Оби общая минерализация повсеместно повышается, достигая в приустьевой части р.Чулым 0,54 г/дм5. В западном и северном направлениях соленость вод быстро нарастает до 10,4 г/дм3 на Мыльджинской площади (долина р.Васюган) и 12,5 г/дм3 в районе с. Александровское(табл.1). Бассейны рек Чаи и Бакчара -единственная зона пресных вод в отложениях мела на левобережье, где минерализация в 5 раз выше, чем на правобережье, но в несколько раз ниже, чем на севере. Пространственная закономерность осложнена аномалиями, связанными с внедрением глубинных соленых вод. Наиболее обширная и контрастная аномалия приурочена к долине р.Оби в полосе от п. Мельникове до п.Красный Яр, а также в приустьевой части долины р.Томи (от района д.Борики до устья), где несколькими скважинами выведена на поверхность соленая хлорвдная натриевая вода (рис.2, 3). В долине р.Оби в районе б. д. Казанка на глубине 450м в континентальных образованиях симоновской свиты соленость вод составила 8,2 г/дм3 при содержании иода 1,3 мг/дм3, брома - 4,7 мг/дм3, а в кровле сымской свиты на глубинах 240-265м - 4,7 г/дм3 при хлоридном натриевом составе (Налюбин. Смоленцев, 1974). Подток соленых вод происходит и в древней Моряковской ложбине стока, где на третьей линии Томского водозабора вскрыта хлоридная натриевая вода с минерализацией 0,9 г/дм3, разгружающаяся в эксплуатируемый горизонт. В долине р.Томи разгрузка глубинных вод формирует в водах симоновской свиты хлоридные натриевые аномалии с минерализацией до 2,1 г/дм. В долине р.Чаи и некоторых ее притоков среди пресных встречаются воды с минерализацией 4,8 г/дм5 хлоридного натриевого состава (долина р.Нюрсы, притока р.Чаи). До минерализации 1,1 г/дм3 воды гидрокарбонатные независимо от генезиса водовмещающих пород (71-97 экв.% гидрокарбонатов), за исключением Обь-Томского междуречья и устья р.Чаи, где хлоридно-гидрокарбонашый и хлоридный оостав (до 60 экв.% хлоридов) имеют воды с меньшей минерализацией. Как и в вышележащем горизонте, в пресных водах высокие концентрации хлоридов ассоциируются с высокими содержаниями натрия, подтверждая глубинный характер этих компонентов (табл.1). Сульфаты более тяготеют к соленым водам, где они в небольших количествах присутствуют повсеместно, но максимальные содержания наблюдаются в гидрокарбонатных водах Чаин-ского Приобья (табл. 1).
Условные обоамачвлн»; 1,£кспростр»иеимв водоносны* отлсменим
- СММСИОвСКОй CfcUTtol -ганькинской свиты
- платовском свиты
ЕИ
X Химический состав вод
1. Класс
ГИДОок*.р8о
- н*гмнй гахлоридныи
Яг хдорцлно.
X. изолинии
I .„|-М"Иора»имцш,
Г -П г/д„з i-7.6—]-рН
Ш Границы
I * !••• '"Я ^ \ 1~* — |-»»1«ов вол I ----?
1+1 *
1,
Групп 1 I вод
2 Группа |-натриева« v v - смешным
3. Класс | лервьш II)
L\ третий Ш»)
ГТПП-третий (ИВ)
I - Квльциевдя
CU——
Рис.3 Гидрогеохимичвсная карта отложений йерхнего Мела
Томск .
Составила Ермашова H.A.
Среди катионов резко преобладает натрий (до 97 экв.%), накапливающийся вместе с хлоридами в западных и северных районах. В хлоридных водах Обь-Томского и гидрокарбонатных Кегь-Чулымского междуречий его содержание снижается до 59 экв.% за счет возрастания кальция и магния до их преобладания на юго-востоке, в том числе на Томь-Чулымском междуречье и большей части Обь-Томского. Неоднородность состава в целом по территории сочетается с высокой устойчивостью распределения основных макрокомпоненгов на Кегь-Чулымском междуречье и в Чаинском Приобье(табл.1). В соответствии с ролью отдельных компонентов формируются разные типы вод. Резко преобладает первый тип, но с различным накоплением гидрокарбонатов натрия (рис.3). Воды Томь-Чулымского и юго-восточного обрамления Обь-Томскою междуречий, аналогичные по составу верхним горизонтам, имеют тот же (начальный) уровень содообразования. На юге Чаинского Приобья гидро карбонаты натрия составляют до 97% солевого состава. В хлоридных водах по мере нарастания минерализации их доля снижается до полного исчезновения в бассейне р.Васюган. При солености выше 3, но в основном 5 г/да/ появляется подтип ШБ, в котором содержание хлоридов кальция достигает 24%. Лишь на Обт^Томском междуречье к третьему типу относятся воды с минерализацией 0,7-1,2 г/дм3, причем содержание хлоридов магния и кальция в них выше, чем в водах с высокой соленостью. Этот факт также подтверждает разгрузку третьего гидрогеологического комплекса в зону пресных вод.
Широкое развитие содовых вод обеспечивается масштабностью процессов, формирующих щелочную среду и накопление натрия При этом содержание СОг уменьшается вплоть до полного исчезновения в водах Чаинского Приобья и на юго-востоке области, где при рН 8,2 его концентрация составила всего 2 мг/дм3 Нейтральные и слабокислые воды распространены по обрамлению бассейна, где им соответствует окислительная обстановка, при которой до 75% железа находится в окисной форме. В западных районах господствует восстановительная обстановка, зачастую сероводородная, следствием чего является обедненносгь вод железом, марганцем и другими металлами. В составе водорастворенных газов в зонах разгрузки глубинных вод значительную роль играет метан, диффундирующий из зоны генерации углеводородов, особенно в долине р Нюрсы, где он стано-„ вится азотно-метановым. В пресных водах метана значительно меньше, чем в вышележащих горизонтах, из-за отсутствия во вмещающих породах собственного источника его формирования в отличие, например, от новомихайловской свиты, содержащей пласты лигнитов, бурых углей и рассеянное органическое вещество
Комплекс микрокомноненгов повсеместно сокращается, особенно на Обь-Томском междуречье (до 7 элементов). По отношению к горизонту юрковской толщи повышаются лишь содержания № и Т1, а на Обь-Томском междуречье- еще и Ва и 8г, достигающие максимальных значений во всем исследованном разрезе, но при этом исчезают РЬ и 2л, концентрации которых в других районах возрастают. Остальные компоненты присутствуют в единичных пробах и, в основном, на Кегь-Чулымском междуречье в количестве 1-5 мкг/дм и менее (табл.2).
В целом специфичность геохимического облика вод образований верхнего мела состоит в следующем: 1) быстрое нарастание солености с востока на запад и северо-запад от 0,1 до 12,5 г/дм3. Большая часть правобережья - зона развития весьма пресных вод , большая часть левобережья и все Александровское Приобье - зона развития соленых вод, долина р.Оби и краевая левобережная часть бассейна - переходная зона; 2) гидро карбонатный состав вод, характерный для правобережья и краевых частей бассейна, сменяется хлоридным при минерализации 1,5 г/дм3, а в аномальных зонах - при 0,5 г/дм3; 3) кальциевые и кальциево-машиевые воды распространены только в краевой части бассейна, на остальной территории они натриевые; 4) преимущественным развитием пользуются воды первого типа до чистых содовых, воды Ш типа, особенно подтипа ШБ, связаны с разгрузкой метаморфизованных вод из нижележащих горизонтов; 5) геохимическая обстановка характеризуется окислительными условиями в восточных районах и краевых частях бассейна, восстановительными - на остальной площади; 6) широкое развитие среди пресных гидро карбонатных кальциевых и кальциево-натриевых вод хлоридных натриевых аномалий с минерализацией до 8,2 г/дмЗ и азсгг-но-мегановым составом водорастворенных газов, имеющих глубинное происхождение; 7) сокращение комплекса микрокомпонентов и заметная роль Ва и 8т в водах Обь-Томского междуречья, содержащихся в максимальных для гидрогеохимического профиля количествах.
2.6. Воды прибрежно-морских образований палеозоя
В образованиях палеозоя пресные воды развиты лишь в пределах Колывань-Томекой складчатой зоны и ее неглубокого погружения в северном, западном и восточном направлениях. Их генетическая особенность состоит в приуроченности к верхней трещиноватой и выветрелой части метаморфизованных образований нижнего карбона и среднего-верхнего девона, представленных песчаниками, сланцами, алевролитами, известняками, зачастую прорванными изверженными породами среднего и основного состава, мощностью до 190 м Физико-географическое положение, раскрыгость геологических структур на протяжении длительного геологического времени (мезозойско-кайнозойский этап формирования Западно-Сибирской плиты) обусловили развитие пресных гидрокарбонатных кальциевых и натриевых вод 1 типа с преимущественной минерализацией 0,2-0,5 г/дм3. На северном погружении Томского выступа на глубине 500 м она возрастает до 0,8 г/да/, а в западном направлении , в долине р Оби (р. с. Киреевское ) - до 1,85 г/дм3 на глубине около 300м, что также указывает на тектонический характер подобных аномалий. Большая часть вод - нейтральные или слабощелочные. Окислительная обстановка формируется лишь вблизи крупных водозаборов, что приводит в некоторых случаях к переходу железа в окисное состояние уже в пласте (водозаборы Тутанской и Томской птицефабрик)
25
По составу пресные воды повсеместно падрокарбонагные, чаще - кальциевые I типа, солоноватые - хлоридные либо переходные с преобладанием натрия, подтипа ША, а в долине р. Оби -подтипа ШБ. Лишь в западной части Обь-Томского междуречья даже в пресных водах (0,6 тУдм3) хлориды натрия преобладают над гвдрокарбонатами кальция. По мере погружения пород даже при низкой минерализации вод в них преобладает нагрий. Формирование вод третьего типа, как и в образованиях верхнего мела, связывается с внедрением соленых вод по разломам и трещинам в фундаменте Их приуроченность к долине р.Оби подтверждает наличие здесь Обского разлома (Нагорский, 1981), служащего каналом для вертикальной разгрузки глубинных соленых вод, формирующей гидрохимические аномалии в чехле. Тектоническое происхождение этих вод позволяет ожидать аналогичный состав и в северной части долины р.Томи.
Комплекс микрокомпонентов практически идентичен водам зоны аэрации и грунтового горизонта. Лишь содержания Sr и Ва находятся на уровне вод юрковской толщи либо превышают его, достигая соответственно 400 и 300 мкг/дм3. Марганец встречается в 80% проб со средним содержанием 155 мкг/дм3, a Ti, Си и Zn соответственно в 87, 77 и 54% с концентрациями, различающимися на порядок (54 и 4 мкг/дм3). Довольно часто обнаруживается и свинец -в 41% проб, но содержания чаще всего не превышают 10 мкг/дм'. Остальные компоненты встречаются редко, а их концентрации находятся на уровне 1 и менее мкг/дм3.
Установленные содержания и закономерности пространственного распределения отдельных компонентов макро- и микросостава вод верхней гидродинамической зоны характеризуют их естественное состояние и отвечают фоновому уровню. Отклонения от него являются результатом антропогенного преобразования состава, направленность и глубина которого заслуживают отдельного рассмотрения.
3. Антропогенные преобразования состава подземных вод Антропогенное воздействие на дневную поверхность вызывает деформацию гидрогеохимических полей. В наибольшей мере это относится к водам зоны аэрации и грунтового горизонта, а с глубиной локализуется в депреосионных воронках крупных водозаборов. Атропогенная нагрузка разнообразна и территориально ориентирована (Шварцев, Ермашова и др., 1990; Ермашова, Покровский, 1995). В северных районах определяющими являются нефтегазоразведка, добыча и транспортировка, а также лесоразработки, в южных - сельскохозяйственное производство, нефтепереработка, теплоэнергетика Томска и Северска, воздушные выбросы, пруды-усреднители и полигоны захоронения РАО СХК, полигоны промышленных и бытовых отходов, неорганизованные свалки. В насеченных пунктах главную роль играют шммунально-бьповые отходы при отсутствии благоустройства и очистных сооружений Основные пути поступления загрязняющих веществ в подземные воды - инфильтрация через зону аэрации итранспоргтфовка непосредственно через каптажи
Степень воздействия на подземную гидросферу антропогенных и физико-географических факторов определяются мощностью и лигологическим составом пород зоны аэрации. В наилучших условиях находятся водоразделы, где преобладают суглинки и глины с низкими фильтрационными свойствами и высокими сорбционными способностями Однако в южных районах в результате интенсивной эксплуатации колодцами и забивными скважинами и нарушения защитных г, свойств зоны аэрации заключенные в ней воды подвергаются загрязнению. В них накапливаются хлориды и нитраты вплоть до преобладания в анионном составе, а также сульфаты (табл.3). Состав вод преобразуется в хлоридно- гидрокарбонатный, хлорвдный, нитратно-хлорцдный и нитратный, а минерализация повышается в несколько раз, особенно в песчаной зоне аэрации, достигая 1,3 г/дм3 (Томь-Чулымекое и Томь-Яйское междуречья). Преобладают воды Ш типа с широко развитым подтипом ШБ, свойственным лишь глубоко метаморфизованным водам, с содержанием хлоридов кальция до 43% солевого состава Сопутствующее им накопление нитратов достигает 480 мг/дм3, а хлоридов - 342 мг/дм3. Загрязнение имеет комплексный характер, так как, помимо нитратов и хлоридов, в них накапливаются гадрокарбонагы кальция и магния. Содержание гидрокарбонатов достигает 934 мг/дм3 против максимальных 710 мг/дм3 в естественных условиях, а кальция - до 440 мг/дм3 против 190 мг/дм3. При этом жесткость вод повышается до 24 мг-экв/дм3 и представлена в значительной мере неустранимыми солями - хлоридами кальция. Загрязнение органическими веществами выражается значениями ПО до 65,6 мгОУдм3 (колодец в д. Абрамкино Колпашевского района, табл.3). В загрязненных водах Обь-Томского междуречья кратность накопления основных макрокомпонентов составляет 1,4-1,7 относительно незагрязненных вод а при отсутствии в кровле глинистого экрана - до 7. В микрокомпоненгном составе наблюдается тенденция к возрастанию комплекса показателей и увеличению их концентраций, за исключением Александровского При-обья, где в водах исчезают Ga, Сг, Sb, Sn, V, Мо, As, вдвое реже встречается Be, на треть-Zn, Cu, Ni.
В речных долинах, особенно на низких террасах, благодаря их преимущественно песчаному составу и высоким уровням грунтовых вод создаются идеальные условия для их загрязнения, в том числе атмосферными осадками, аккумулирующими в себе все виды загрязнения атмосферы (Ермашова, Инишева, 1984; Ермашова, 1997). Аномальные гидрогеохимические поля с максимальными изменениями состава вод приурочены к населенным пунктам, а в них - к верхней части грунтового горизонта, каптируемого чаще всего колодцами (рис.1). Наиболее загрязнены фунтовые воды в долинах рек Чулым, Кеть и Васюган, сложенных на всю мощность песками и имеющих максимальную селитебную нагрузку в силу хозяйственной освоенности и обжигосги. Их минерализация достигает 1,9 г/дм3 (д Шиняево, долина р.Кии, левого притока р.Чулым) и формируется, главным образом, нитратами и хлоридами кальция, что обеспечивает высокую жесткость (табл.3). Кроме того, они, как и воды зоны аэрации, загрязнены сульфатами и ОВ, минерализация которого
27
Таблица 3
Примеры загрязненных подземных вод и вид водо-пуикта Местоположение рН Огас-лле-мость, мтСУ до3 Жесткость, мг-экя/ да5 Содержания компонентов, мг/дм Тили количество специфической соли Класс воды Группа воды
ЫаЧк* Са N11,' сг НСО, N0," М
Зонааз] эации кол.?.3А с. Александровское 6,8 12,8 13,0 35,2 190,4 113,8 0,4 341,8 12,8 183,1 102 815,9 1Пб-23 С1-НСОз Са к-2ит дГарь 5,8 12,4 5,6 26,0 50,1 37,7 0,5 54,6 37,9 18,3 256 472 Шв-17 N0, М8-Са к-2491'* д.Турунтае«о 6,7 9,3 24,0 3,7 440,1 24,3 0,1 320,1 14,1 934 36 1340 ШБ-27 НС05-С1 Са к-23" д.Новиковка 6,5 6,2 20,1 1,1 364,7 23,1 0.5 136,5 103,6 390,5 480 1306 Шр-19 ысь-нсо, Са х-323° д.Абрамкино 6,9 65,6 2,8 42,1 8,5 6,0 10,6 0 170,9 0 156,1 1-5 нсо, Са
-457° д.Санниюво 7,4 4,4 13,5 31,2 240,5 18,2 0,7 230,5 9,5 305,1 200 884 Шв-43 С1-НСО, Са к-ПОб" д. Степановна 5,9 6,1 4,7 91,0 66,1 17,0 0,2 19,6 37,0 42,7 220 582,2 Шв-21 N0,-0 Ыа-Са
Г> ГОТОВЫЙ горизонт к-1000° д.Амбарцсво 6,7 28,8 9,8 137,9 170,3 15,8 2,4 81,5 30,0 793,2 0 834,7 1-21 нсо, Са-Ыа 1008° 7,5 8,0 11,0 24,1 160,3 36,5 0,2 4,6 155,1 530,9 0 646,3 Н-8 НСОз-ад Са-Мв к-398° д.Усть-Бакнар 7,0 7,3 19,1 26,4 336,7 27,3 0,5 85,1 67,5 823,7 180 1136,6 П1Б-9 НСО, Са к-6280 д.Мапошкиио 7,2 V 21,0 4,6 360,7 35,2 0,1 262,4 2,0 750,6 60 1122 ШБ-27 НСО.-С1 Са к-170" д.Батурине 6,5 7,4 19,0 1.00,2 320,6 35,9 0 202,0 105,8 396,6 550 1512,9 Шб-34 МОгНССЪ Са к-976° дСеменовна 7,0 16,0 8,5 328,8 108,3 37,7 Ц2 652,9 24,6 109,8 128 1340,3 ШБ-14 С1 Ыа к-1564,к д.Рыбинск 6,6 3,6 9,5 43,7 46,3 26,8 0,2 248,2 3,7 115,9 120 646,7 Шб-47 С1 Са к-П6тт дШиняево 6,6 7,4 15,5 227,7 270,0 42,2 1,2 245,0 99,0 108,0 800 1892,5 П1Б-27 N0,-01 Са-Ыа
Рзз1иг с-444р Томский водозабор, р-н С-127' 7,8 2,7 6,4 322,8 59,1 41,9 1,1 567,3 0 274,6 0 1150 Ша-9 С1 N8 рг с-1 водозабор п.Копылово 6,8 4,6 16,0 294,4 180,0 24,2 2,3 744 72,3 387,3 5,0 1707,2 Ше-29 С1 Са-Ыа сопровождается накоплением СОг до 233 мг/дм3, что усиливает агрессивные свойства вод Преобладание в анионном составе хлоридов (до 82 экв.%) либо нитратов (до 70 экв.%) формирует хло-ридные кальциевые воды, а также уникальный класс, отсутствующий в естественных условиях -нитратный и переходные между ними. Воды повсеместно относятся к типу Ш, а 40 - 60% проб - к подтипу' ШБ с долей СаСЬ до 47% от суммы солей, минерализацией и хлоридами, возрастающими соответственно в 20 - 42 раза по отношению к естественным условиям (колодцы в пос. Н.Васюган и в долине р. Кеть). Комплекс микрокомпоненгов увеличивается за счет появления Со, Оа, V в Александровском Приобье и вЬ, Мо, Сг - на Обь-Томском междуречье, а концентрации остальных компонентов повышаются в 1,5 - 4 раза, но более - Мп, №, 2г,РЬ, причем содержание Мп достигает 4 мг/дм3. В подошвенной части долин и в водах образований верхнего олигоцена антропогенное воздействие проявляется в сглаженном виде, особенно на левобережье р. Оби. Здесь весьма редки воды смешанного анионного состава, подтип ШБ встречается только на правобережье, а концентрации нитратов не достигают ПДК На водораздельных площадях гфеобладает естественный состав вод за исключением Томь-Чулымского междуречья, где он формируется, главным образом, под влиянием воздушных выбросов г.г.Томска и Северска (рис.1). В водах нижележащих горизонтов хлоридные аномалии носят глубинный характер и не связаны с дневной поверхностью, за исключением крупных водозаборов, в первую очередь Томского, где они имеют комплексный характер. В хлоридных натриевых аномалиях северной части водозабора восходящая разгрузка глубинных вод обеспечивает в эксплуатационных скважинах выход за пределы ПДК минерализации и ее основных составляющих (табл.3). В южной части водозабора менее контрастная аномалия, ассоциирующаяся с аммонием и ОВ, в 2-3 раза превышающими фон, обязана, скорее всего, воздействию сельского хозяйства. Воды образований палеозоя также претерпевают изменение состава под влиянием антропогенного прессинга. В наихудших условиях находятся водозаборы, расположенные в долине р.Ушайки, работающие в полуинфильтрационном режиме (Академический, Южно-Родионовский, д/о «Синий Утес», пос.Копылово и др.). Они практически круглогодично несут бактериальное и химическое загрязнение, проявляющееся в присутствии сероводорода (до 0,75 мг/дм3), хлоридов (более 2 ПДК), сульфатов, марганца, свинца, фенолов, аммония в концентрациях выше фона или нормы для питьевых вод (табл.3). В черте г.Томска, кроме указанных компонентов, встречается хром (до 4 мг/да/), связанный с захоронением отходов гальванического производства. В целом антропогенез проявляется в последовательном или совместном изменении микробиологической составляющей, растворенного ОВ, газового состава и комплекса макро-и микрокомпонентов Наиболее яркие его проявления - полная трансформация макросостава и изменение геохимического облика подземных вод от гидрокарбонатных кальциевых до хлоридных и нитратных кальциевых либо кальциевснаммонийных. Это в значительной мере ухудшает природные питьевые качества вод уменьшая возможности их использования как источника водоснабжения.
4. Геохимическая специализация и оценка пригодности подземных вод для хозяйственно - питьевого водоснабжения
Подземные воды региона при их использовании в качестве источников питьевого водоснабжения имеют ограничения, связанные с природной гидрогеохимической специализацией территории. Последняя состоит в комплексе металлов, органических веществ, водорасгворенных газов и солей кальция и магния, формирующих питьевые качества вод (табл.4). Наиболее специфическим компонентом подземных вод региона является железо, содержание которого почти повсеместно превышает норму. Максимальные его концентрации - до 73 ПДК - характерны для вод отложений юрковской свиты в центральной части Томь - Чулымского междуречья (22 мг/дм3), минимальные -до 17 ПДК - для вод образований палеозоя. Пространственное распределение железа весьма неравномерно, но высокие содержания преобладают в северных и восточных районах, а минимальные -в южных и западных при наиболее распространенных концентрациях - около 5 мг/дм3 (17 ПДК) (Удодов, Ермашова, 1982) (рис.4). В водах образований палеогена минимальные его количества связаны с юрковской толщей, а в ней - с участками высоких скоростей водообмена в зонах разгрузки или резкого погружения пород и их грубозернистого состава Это восточная часть Обь - Томского междуречья, левобережная часть долины р. Оби в полосе от с. Кожевникове до с. Молчанове, среднее течение р. Чулым, Чаинское Приобье - бассейны рек Парбиг, Кента, Бакчар. Кондиционные воды развиты исключительно редко и приурочены к хорошо дренируемым участкам, в основном, в устьевых частях рек и к наиболее приподнятым частям южных водоразделов, а в образованиях верхнего мела - на левобережье р. Оби. Преобладает двухвалентная форма, лишь на обрамлении бассейна в условиях окислительной обстановки, особенно вблизи длительно работающих скважин, оно полностью может находиться в трехвалентном виде.
Закономерности распространения марганца сходны с железом, но уровень накопления - на порядок ниже. В наибольших количествах (до 1,5 мг/дм5) он присутствует в водах заболоченных районов Томь - Чулымского междуречья и правобережья р.Оби, но в загрязненных грунтовых водах может достигать 4 мг/дм3. Наименьшие концентрации характерны для вод образований юрковской толщи и верхнего мела (1-5 ПДК), но область развития кондиционных вод несколько шире, чем по железу, за счет южных левобережных районов, южной части долины р.Чулым и восточных районов области (табл.4, рис.4). Трудности очистки вод от железа и марганца связаны не только с их высокими содержаниями, но и с формами миграции, присутствием железо - и марганцево-органических комплексов, способных распадаться не только на станциях водоподготовки, но и в разводных системах, добавляя в очищенную воду новые порции металлов. Традиционная очистка
30
Таблица 4
Пространственное распределение компонентов, определяющих питьевые качества подземных вод
Компоненты Горизонты Кегь-Чулымское междуречье Чаиносое Прнобье Обь-Томское междуречье Александровское Приобье
1 2 3 4 5 6 м,, г/дм3 Зона аэрвщш 0,25 0.06-0,58 22 0.45 0,2-1,07 47 0.41 (35) 0,03-0,73 27 0.30 (55) 0,02-0.82 17
Orv-Hab 0,21 0,06-1,34 44 0.39 0,23-0,69 93 0.34 0,13-0,63 117 0.19(37) 0,05-0,57 57
РзЗ 0.13 (36) 0,08-0.22 23 0.39 0,31-0,56 31 0.28(24) 0,16-0^0 25 0.20(34) 0,11-0.34 13
Р зпт 0.14(13) 0,09-0,16 32 0.40 0,27-0,77 55 0,27 (32) 0.11-0,43 54 0,20(19) 0.11-0.27 27
P2.3jur 0.15(15) 0,11-0.20 48 0.54(21) 0,34-0.79 93 0.26 (28) 0,140,41 128 0.23 07) 0.18 -0.32 59
К2 0.16(23) 0,11-0,22 14 0.68 (23) 0.46-0.92 42 0.55 (*7) 0,21-0,85 31 6.1 (64) 2,7-12.5 5
TFt, ыкг/юг Зона аэрапин - 92 JJ1 0-6 25 70 JJ5 0S 20 100 XI 0.1-4.5 9
VN,ab 10(1 7.85(59) 1.0-20 18 100 3,54 0,1-16 48 85 2.0 0-10 89 86 23. 0 - 40.0 29
Рз' 100 3.04(63) 1,0-5.5 17 100 3,19 0,15-7,0 19 100 L6 0,1-5,0 22 100 15,6(4!) 7,5-26 11
Р з пт 100 6.04 (42) 2-9 27 1006J 0,8-24 45 95 16 0-8.0 44 100 5J7 0,2 -16 25
P2-3JUT 100 4.63(41) 2-8 38 100 4,14 1,6 - 8.5 63 95 1.7 0 - 8,5 107 100 3.6(64) 0,35-8,0 49 к2 87 2,3 (86) 0,2 - 5,2 12 100 0.67 (89) 0,1 -1,5 22 100 3,0 1-8,0 21 0,56 0,3-1 5
Мп, мкг/дм"' Зона аэрации - - -
Qrv-N,ab 85 0.53 (26) 0-0,75 18 93 0,32 0-0,9 34 100 0,39 0,01-8,82 32 100 0.6(40) 0,04-1,3 27
80 0.21(87) 0,15-0.5 17 100 0,52 0,25-0,8 15 100 0.22 0,02-0,46 17 100 0,6(95) 0,02-3 Л И
Р J IUI1 100 0,37(65) 0,1-0,6 27 100 0.29 0,1-2,0 43 100 0,13 0,09-0,21 45 100 1.1(43) 0,5-1,74 25
Pujur 100 0.28 (36) 0,15-0,5 25 100 0,10 0,05-0,4 61 100 0.16 0,05-0,46 87 100 0.6(39) 0,2-1,8 39 к2 18« 0.12 0.1-0,15 12 90 0.06(78) 0-0,15 15 100 0.15 0,02-0,46 15 100 0.23 0,16-0,38 5
Охнсдяе-мостъ, мЮг/дм3 Зона аэрации 3.89 1,28-7,2 22 6.3 1,68-23 31 М 1,0-40,0 27 8.3 (89) 1.84-29,1 12
Qrv~N,ab 11.2 (90) 2 - 40 40 4,47 1,1 -43,0 92 4.2 (52) 0,7-39,2 98 7,6(50) 2,1-76.8 53
Рз' 6,5 (54) 2,8-13,6 23 3.81 1,28-9,76 29 2.3 (43) 1,4-4,6 25 6,4 (48) 2,8-13,6 13
Р 3 пш 10.3 (86) 3,52-32 32 4.2 0,8-14,4 55 2.4 (37) 1,2-4,2 54 8.97(37) 4,64-14,8 27
Pzojur 5.5 (36) 2.72-11,6 48 4.96 (39) 2,48-15,2 93 2.9 (95) 1,1-10,2 101 6,5(43) 3,6 - 9,6 59 к2 3.83 (75) 1,84-10,4 14 2.70 (30) 1,8-5,6 23 2.5 (59) 1,4-6.1 28 30.1 24-37.2 5
Фенолы, иг/дм3 Зона аэрации - - 84 0,0037 0-0,075 15 50 0.0521 0-0,1053 11
Qiv-N, ab 4Í 0.0026 (90) 0-0,018 18 ■ 92 0,0026 0-0,0108 73 50 0.0026 (И),0093 60 83 0.0547 0-0,0737 46
Р,' 16 0.0007 0-0,0018 16 6J 0,007 0-0,063 19 73 0.0021 0-0,0055 19 80 0,0133 0-0,0438 11
Р з пт 28 0.00138 0 - 0,0054 27 60 0.0021 0-0,0081 43 «2 0,0024 0-0,0087 32 67 0.0275 (98) 0-0,0649 19
Pzjjur 39 0.00146 0 - 0,0054 25 48 0.0010 0-0.0072 82 51 0.0015 0-0,0093 98 78 0.0172 0-0,186 38 к2 75 0.0086 0-0.0216 14 25 0.0012 0-0.0072 19 100 0.0033 О.ЭММ-0,0044 15
Продолжение таблицы 4 1 2 3 4 5 6
Зона аэрации - - 75 0.21 0-0,6 14
Qiv-Nj ab 82 0,?(30) 0-0,6 31 91 0,34 0-1,0 45 99 0J 0-0,9 87 75 0,3 0-0,8 45
F, миг/дм3 PjJ ¡00 0.14 (64) 0,1-0.3 15 100 0.38 0,15-0.7 19 100 0.4 0,2-0,6 23 100 0.3 0,2-0,4 11
Р j ПВ1 100 0.14 0,1-0,3 27 90 0.32 0-0,8 43 100 0,4 0,1-1.0 45 85 0,3 (81] 0-0,7 25
Pisjur 100 0.14(65) 0,1 -0,3 45 86 0,2(62) 0-0,6 87 97 0,4 0-1,0 101 93 0.35 (87) 0-1,0 44 к2 100 0J5 0.1-0,2 13 95 0.5(61) 0-1.0 19 100 0,4 0,2-1,0 27 -
Зона ¡орта 88 1.35 0-10 22 94 1.0 0-3 47 70 0,5 0,1-2,3 27 70 Д9 0-3 17
Qiv-N.ab 100 1.2 (95) 0,1-6 44 98 1.39 0-6 93 90 0,5 0-3,0 117 73 1,0 0-7,0 56
NHA мг/даг f,' 84 1.36(99) 0,2-4.5 23 100 1.62 0,М,0 31 100 0,3 0,1-0,7 25 100 .Lé 0,1-6,0 13
Р )ШВ 100 1.74(96) 0,1-6,0 32 100 2,05 0,1-8,0 55 87 0.5 0,1-2,1 54 100 2,9 0,1-12 27
Paîjur 100 1.13(51) 0,1-2,1 48 100 2,6 0,2-4,5 93 95 0,6 0-3,0 128 100 3.2 (50) 0.1-6,0 59
К2 100 1,16(31) 0,5-1,7 14 190 0.82 (74) 0,1-2,0 42 100 0.4 0.1-0,9 31 100 19 7-30 5
Зона аэрации 0 22 26 0.1 0-0,9 47 25 0,18 0-18 27 23 0.42 0-4,5 17
VNiab 0 44 11 ÇL3 0-15 93 20 0,007 0-0.25 117 5 ш 0-0,4 57
IX*, мг, ш в 23 в 0 31 18 0,003 0-0,002 25 0 13
Р Зшп 8 0.04 0-0,5 32 3 0,02 0-1 SS 20 0,002 0-0,04 54 21 0.96 0-5.0 27
Pwjur 0 48 5 0.09 0-6 93 32 0.006 0-0,07 128 100 0.02 0.003-0,53 59
Кг 0 14 7 0.06 0-1,7 42 14 0,0011 ОО.ОЗ 31 0
Зона аэрации 91 1Х.7 0-800 22 50 12,3 0-200 47 35 14.5 0-160 27 50 21.4 0-160 17
Qiv-N] ab 36 Ш 0-36 44 17 0,58 0-4 93 25 6.4 0-180 117 18 1.6 0-65 56
NOS,, мг/дм РИ 15 1,78 1-22 23 0 0 31 5 0.8 0-1,0 25 S м 0-6 13
Р зпт 34 0.43 0.5-2 32 17 0.7 0-15 55 13 О.! 0-3 54 21 JJ 0-18 27
Pjjjur 18 0.12 0,1-1 48 16 0.4 0-11 93 7 0,1 0-5,0 128 25 0,24 0-0,44 59
Кг 13 121 0-24 14 7 0.1 0-2 42 10 0.3 0-3 31 0 0
Зона аэрации 3,6 0,7-7,2 22 7.9 3-17 34 7,0 0,2-12,9 27 5.1 (58) 0,1-13,1 17
Qrv-Niab 1.8(60) 0,3-6,0 42 6.75 4,1-11.2 93 5,4 1,8-11,7 111 3.2(39) 0.4-6,8 56
Жссгкостъ, ■r-KEfeo Pj' 2.0 (43) 0.8-3,4 23 7.1 4.7-8,6 31 5.1 2,9-7,3 25 3.6(31) 2.1-5,5 13
Р зШ11 2,45 (20) 1.2-3,0 32 7.0 4,4-12,1 55 4,9 2-7,7 54 3.74(19) 2,2 - 4,7 27
Pj.jjar 2.26 (19) 1.3-3,0 48 8.3 5,3-12,9 93 4,8 2,3-7,3 128 3,6(|7) 1,15-5,1 59 к2 1.31 (16) 0,9-1,6 14 1,1 (56) 0,3-3,0 42 4.8 3,6-6,9 31 -
Примечание: Слева от дроби - процент встречаемости; числитель - среднее содержание, в скобках коэффициент вариации, знаменатель -минимальное и максимальное содержание; справа от дроби -количество определений.
Рис.4-. Распространение основных компонентов, определяющих питьевые качества подземных вод отложений палеогена и верхнего мела
Изолинии концентраций, иг/да3 в водах отложений: новомихайловекой свиты (Р.пт) Е
ЕЕЗ юрковской толщи (?2з]и.г) верхнего мела (1^)
Стратигра1|ические границы: мел - палеогена (К^ - Р) Н ипатовской свиты ф) аэрированием, даже принудительным, в этих случаях не эффективна (Стрежевское, Кедровское, Белоярское месторождения, пос. Чажемто). Барий зачастую присутствует в концентрациях, превышающих допустимые, особенно в водах образований палеозоя Предпосылкой его появления в подземных водах региона служат горные породы, в которых он среди примесей занимает второе место (после марганца). Свинец в северных и восточных районах обнаруживается часто (до 92% проб ), но концентрации выше ПДК ( до 0,08 мг/дм3, что почти в 3 раза превышает норму -с.Александровское) характерны лишь для загрязненных вод Средние его содержания на большей части территории значительно ниже нормы для питьевых вод
Органические вещества, как правило, превышают норму для вод первого класса качества, а зачастую - и третьего, в наибольшей мере не отвечающего нормативным требованиям. В загрязненных грунтовых водах долин рек Васюган и Кеть их содержание достигает 66 мгОУдм3 (в водах колодцев), а в естественных условиях заболоченного правобережья -до 52,8 мгОг/дм', то есть уровни природного и антропогенного загрязнения одинаковы. В водах палеогена и верхнего мела накопление ОВ существенно ниже, за исключением Александровского Приобья, но кондиционные воды встречаются лишь в пределах южных водоразделов (табл 4, рис.4).Представлены они, в основном, гуминовыми соединениями, осложняющими использование вод особенно при обеззараживании хлором, когда образуются хлорорганические соединения, обладающие канцерогенными свойствами (Ермашова, Байковский, 1987). Фенолы как составная часть ОВ наиболее часто и в больших количествах встречаются в водах Александровского Приобья, особенно в зоне аэрации и в юрков-ской толще, причем их средние концентрации в фунтовых водах достигают 55 ПДК. .На остальной территории их содержания, в том числе и средние, как правило, также превышают нормативные требования. Преобладяающие концентрации - 2-3 ПДК, а кондиционные воды наиболее развиты в образованиях юрковской толщи и мела южных районов. Опыт очистки вод от ОВ на Кедровеком месторождении указывает на перспективность применения методов озонирования. Аммоний, являясь продуктом минерализации ОВ, наиболее широко развит в водах образований палеогенового возраста западных и северо-западных районов, причем его концентрации в вертикальном разрезе возрастают от 1,5 - 2,5 ПДК в верхнем олигоцене до 4,5 ПДК в водах новомихайловской свиты (табл.4). В трутовом горизонте некондиционные по аммонию воды встречаются лишь в центральной часта Томь-Чулымского междуречья и в Александровском Приобье и ассоциируются с невысокими содержаниями ншратов. В водах высокой степени зафязнения наблюдается обратная картина, когда за счет непрерывно поступающего и окисляющегося аммония содержание нитратов достигает 800 мг/дм3. Эксплуатация подземных вод палеогеновых образований осложняется присутствием в составе водорасгворенных газов северных и западных районов значительных количеств углекислого газа - до 207 мг/дм3 в новомихайловской свите (с. Парабель) и до 105 мг/дм3 - в
34 юрковской толще и метана - до 61 об.%. Частая встречаемость сероводорода обеспечивает этим водам запахи, недопустимые в питьевых источниках. В северных районах в образованиях тавдин-ской свиты, залегающей под атлымской, и в кровле верхнего мела (устьевая часть р. Кеги, долины рек Оби, Бакчара) воды зачастую имеют цветность, превышающую норму и значительно ухудшающую их питьевые качества (водозабор г. Стрежевого). Природа ее, очевидно, связана с гуми-новым составом ОВ и присутствием значительных количеств марганца. Существенный недостаток подземных вод как источника водоснабжения - дефицит фтора. Его накопление и распространение противоположны железу В разрезе чеггвертично-палеогеновых образований северо-востока территории и в образованиях мела в Чаинском Приобье он встречается до 0,8 мг/дМ3, но обычные его содержания - 0,1 - 0,3 мг/дм3 при норме 1,2 мг/дм3, то есть повсеместно требуется фторирование В целом более высоким качеством обладают воды юрковской толщи и верхнего мела. Перспективным представляется их смешивание для получения оптимального состава по максимальному количеству показателей. В естественном состоянии эти воды нуждаются в комплексной очистке, отдув-ке газов и фторировании. В направлении с юга на север качество вод ухудшается, требуя более широкого комплекса подготовки, состоящего из удаления ОВ, железа, марганца, газов, цветности, уменьшения жесткости в южных районах и увеличения минерализации до оптимальных величин в северных районах, возможно, за счет смешивания с более минерализованными водами нижележащих горизонтов, и прежде всего с водами покурской свиты, широко используемыми в системах ППД нефтепромыслов. В настоящее время полная очистка вод не производится ни на одном водозаборе области, фторирование - лишь на водозаборе г. Северска, а отдувка газов - лишь на Стре-жевском водозаборе. В процессе эксплуатации качество вод, как правило, ухудшается за счет подтока загрязненных грунтовых вод и высокоминерализованных вод из нижележащих горизонтов, как это произошло на Томском водозаборе, где минерализация в некоторых эксплуатационных скважинах возросла до 1,1 г/дм3 при хлоридном натриевом составе. При этом в них возрастает жесткость, повышаются содержания хлоридов (до 2 ЦДК и более) и железа, появляется бактериальное и органическое загрязнение, увеличивается комплекс металлов и их концентрации до выхода за пределы ПДК.
5. Основные закономерности формирования состава вод
Вопросами формирования состава подземных вод занимались многие исследователи. Применительно к водам зоны гипергенеза наибольший вклад в развитие теории внесли К.КГедройц, Б.Б.Полынов, А.И.Перельман, Е.В.Посохов, АМОвчинников, Р.МГаррелс и ЧЛ.Крайст, ЕВ.Пиннекер, К.Е.Питьева, ИК.Зайцев, Н.И.Толстихин, В.АКирюхин, А.И.Коротков, В.М.Швец, С.Р.Крайнов, С.ЛШварцев. С.ЛШварцев предложил выделить три основных этапа формирования состава вод инфильтрационного генезиса. На атмогенном этапе, в атмосфере, состав вод исследуемой территории связывается с воздушными переносами с юго-запада и юга - из степей и озер Ку-лунды, Барабы и из Кузбасса. Первое направление формирует фон, второе осуществляет антропогенное воздействие на него, осложненное многочисленными и разнообразными местными источниками. Пополнение подземных вод происходит, в основном, за счет снеготалых Последние в естественных условиях весьма слабо минерализованы (10-20 мг/дм3), по составу падрокарбонатно-хлоридные или хлоридно-гидрокарбонагные I типа (Ермашова, 1984, 1998). Наиболее близки к естественным условиям западные районы области, включая западный склон Обь-Томского междуречья. Восточные и северо-восточные районы находятся под воздействием воздушных выбросов Кузбасса, г.г.Томска и Северска, формирующих кислые воды II и Ш типов, в которых естественный состав трансформируется до сульфатного кальциевого и нитратно-аммонийного, а минерализация повышается до 40 и даже 300 (г.Томск) мг/дм3. Они значительно загрязнены органическими веществами (в среднем 2,9 мгО^дм3 на Кеть-Чулымском междуречье) и содержат широкий комплекс металлов (до 18-20 компонентов) с максимальным набором и концентрациями на Томь-Чулымском междуречье. Со снеготалыми водами на дневной поверхности в весенний период оказывается значительное количество солей (Ермашова, Инишева,1984). Большая их часть попадает в почвенный слой, где протекает биогенный этап формирования состава вод. Он обеспечивается, прежде всего, высокой общекислотной агрессивностью атмосферных осадков, содержащих до 42 мг/дм3 углекислого газа и обогащенных кислородом В пределах Томской области выделяется три почвенные подзоны: с преобладанием серых лесных почв на юге; с преимущественным развитием дерново-подзолистых почв - в средней полосе, с господством подзолистых почв - на севере (Непряхин, 1977). В каждой подзоне имеются болотные почвы, но наиболее широко они развиты на левобережье р.Оби По механическому составу подзолистые почвы - от песчаного до легкосуг-линисгого, в дерново-подзолистых на левобережье Оби преобладают суглинки, на правобережье -супеси и пески, серые лесные - это тяжелые и легкие суглинки и глины. В минеральном составе для всех почв характерно преимущественное развигие в тяжелой фракции малоустойчивой эпидот-роговообманково-пироксеновой ассоциации, присутствие гидрослюд и каолинита. Полевые шпаты представлены ортоклазом со следами выщелачивания. Карбонаты в подзолистых и дерново-подзолистых почвах правобережья Оби и севера практически отсутствуют. Серые лесные почвы карбонатизированы с максимумом (до 34,5%) в темносерых разностях. Содержание магния приближается к кальцию лишь в южных районах, в остальных оно близко к натрию - на уровне 0,025,26%.
Исследованиями водных вытяжек и почвенных отжимов выявлено, что уже в лесной подстилке мегеогенные воды трансформируются до состава, близкого к подземным. В основе этого превращения лежит окисление свободным кислородом органического вещества почв с образованием углекислого газа и накоплением гидрокарбонаггов по реакции ССЬ + Н2О —>ЬГ +НСО3". При этом за счет образующихся органических кислот и углекислого газа повышается кислотность воды и ее агрессивность ко всем минералам. В первую очередь растворяются карбонаты с образованием гидрокарбонатов и кальция:
СаСОз + НзО + СОг = Са2+ + 2НСО, .
В почвах, бедных карбонатами (правобережье р. р. Оби, Чулыма, Томь-Чулымское междуречье, северные районы), происходит углекислотное выщелачивание малоустойчивых первичных алюмосиликатов (и силикатов) по реакции гидролиза:
Са [АЬвьО«] + 6Н20 = [А^цОюКОН)* +2Са2т+ 40Н с дальнейшей нейтрализацией щелочи: ОН" + СО2 = НСО, (Шварцев, 1978). В результате этих процессов в почвенном слое образуются гидрокарбонатные воды смешанного катионного состава с содержанием гидрокарбонатов до 189 мг/дм3, а кальция и натрия - соответственно до 70 и 41,4 мг/дм3 (Кегь-Чулымское междуречье, Сайга). Минерализация почвенных вод составляет от 0,13 г/дм3 (подзолы Чаинскго Приобья) до 0,46 г/дм3 (серые лесные почвы Обь-Томского междуречья). Литогенный этап, начавшийся в почвенном слое, продолжается в зоне аэрации, где громадную роль играют болотные воды. Благодаря высоким содержаниям ОВ (до 240 мг/дм3), углекислого газа (до 163 мг/дм3) и углекислотной агрессивности (до 101 мг/дм3) они интенсивно взаимодействуют с подстилающими породами, что приводит к возрастанию минерализации до ОД г/дм3 в водах суглинистых пород правобережья и до 0,86 г/дм3 - на юге левобережья при содержаниях до 200 мг/дм3 кальция и до 800 мг/дм3 - гидрокарбонаггов. В дальнейшей эволюции состава вод главную роль играют состав пород и водообмен.
Как показала статистическая обработка результатов химических и минералогических анализов пород всех исследуемых районов, выполненная автором по материалам собственным и других исследователей, содержание кальция в водовмещающих породах колеблется в интервале 0,36-5,7% и убывает сверху вниз, что согласуется с его поведением в водах В распределении магния наблюдаются два максимума: в верхней части разреза (до 1,32 %) и в морских образованиях верхнего мела (до 2,3%), а минимум - в песках юрковской свиты. Натрием и калием породы обеднены и распределение их неустойчиво (0,36-3,96%). В формирование состава вод ведущую роль играют, очевидно, не основные породообразующие минералы (полевые шпаты представлены устойчивым ортоклазом практически без следов коррозии), а за счет малоустойчивых с преобладанием той же ассоциации, что и в почвах. Среди них резко превалируют эпидот и зеленая роговая обманка, а в вертикальном разрезе их содержания убывают от образований четвертичного возраста к подошве юрковской свиты с возрастанием в отложениях верхнего мела, особенно в ипатовской свите, где в максимальных количествах содержится и глауконит. Из глинистых минералов наибольшим распространением i; ' ; . ' ! - • . . пользуются гтщрослюды, монтмориллонит встречается лишь в породах палеогена Состав обменного комплекса пород совпадает с составом свободных вод до новомихайловской свиты, а на Томь-Чулымеком и Кеть-Чулымском междуречьях - до образований мела Аналогичный состав, но с более высокой соленостью и более заметной ролью хлоридов, особенно в отложениях верхнего мела, обнаруживают и поровые растворы (рис.5).
Гидролиз, формирующий состав вод в бескарбонатных разностях пород является преобладающим (или единственным) процессом, определяющим соленость и геохимический облик свободных вод. Ему способствует их насыщенность углекислым газом - до 216 мг/дм3 в водах отложений новомихайловской свиты, наиболее богатой органическим веществом. Накоплению компонентов на большей части территории препятствует активный водообмен, способный уменьшить соленость грунтовых вод в областях разгрузки на порядок (Ермашова, 1979, 1982; Бычков, Ерма-шова, 1990). Преобладание выноса над накоплением вплоть до образований верхнего мела характерно для Томь-Чулымского междуречья. Заметное накопление гидрокарбонагов кальция, а затем натрия по всему вертикальному профилю происходит лишь в южных районах левобережья р.Оби, в том числе в Чаинском Приобье - от 0,4 г/дм3 в образованиях четвертичного -среднеолигоценового возраста до 0,7 г/да/ - верхнего мела (табл. 1). В остальных районах они накапливаются весьма медленно, что связано с высокими фильтрационными свойствами пород, а в Александровском Приобье - и с наличием мерзлоты. На Обь-Томском междуречье от зоны аэрации к подошве юрковской толщи соленость постепенно уменьшается, а в отложениях верхнего мела возрастает вдвое, но не за счет интенсификации внутригоризонгных процессов, а за счет восходящего привноса хлоридов натрия, содержания которых возрастают соответственно в 35 и 4 раза (табл. 1). Накопление солей в образованиях верхнего мела в остальных районах связано с увеличением интенсивности гидролитических процессов и резким снижением выноса за счет ухудшения фильтрационных свойств пород и их залегания ниже местного базиса эрозии. Смена катионного состава обязана двум процессам гидролизу роговых обманок, преобладающих в составе реакционноспособных минералов, и эквивалентному обмену кальция вод на натрий глауконита, наиболее характерного для пород Чаин-ского Приобья. В результате формируются слабощелочные почти чистые содовые воды - до 97% солевого состава в Чаинском Приобье составляют шдрокарбонаты натрия. В остальных районах интенсивность гидролиза недостаточна для накопления значительных количеств солей и минерализация вод остается на уровне 0,2 г/дм3. При этом реализуется не весь кислотный резерв (СОг составляет до 58 мг/дм3), в результате чего среда остается слабокислой Верхняя граница вод, содержащих значительные количества гидрокарбонатов натрия, на северо-западе совпадает с кровлей нижнего олигоцена, а на северо-востоке - с кровлей верхнего олигоцена рис.5. Вертикальная изменчивость химшеского состава поровых и Пластовых во& по группе ска хя 18"20 и шуцфу * г (Бакчавский вшн,с-г» Пшомсх.Чшше Пиши)
Заключение
Выполненные исследования явились первой региональной работой, посвященной геохимии вод верхней гидродинамической зоны, их антропогенным преобразованиям и хозяйственному значению. Разработанная методология дает ключ к гидрогеохимическим исследованиям питьевых подземных вод любого назначения и масштабности. Составленные погоризонтные гидрогеохимические карты показывают, что гидрогеохимические условия исследуемой территории дифференцируются по уровню накопления солей и компонентов основного состава и по характеру их пространственного распределения. Основные закономерности состоят в следующем: 1) мощность зоны пресных вод с юго-востока на северо-запад уменьшается от 1500-2000 м до 150 м, поднимаясь в стратиграфическом плане от образований юры (Тетульдетская опорная скважина 1-р) до верхнего эоцена в бассейне р.Васюган, 2) исследованная часть разреза до глубин 500-600м характеризуется нарастанием в этом же направлении минерализации вод от менее 0,2 г/дм3 на правобережье р.Оби до 12,5 г/дм3 в основании верхнего мела на северо-западе; 3) пресные воды по минерализации подразделяются на три района: правобережье рек Оби и Томи и Александровское Приобье - однородная зона с минерализацией на уровне 0,2 - 0,3 г/дм3, в которых от грунтового горизонта к основанию зоны происходит медленное накопление солей, Обь-Томское и Парабель-Васюганское междуречья с преобладающей минерализацией до 0,5 г/дм° и ее медленным убыванием от зоны аэрации к основанию палеогена и возрастанием в 2 раза в водах верхнего мела на Обь-Томском междуречье и более чем в 20 раз - в западных районах; 0,5 -1,0 г/дм3 - бассейны рек Чаи и Шегарки, в которых происходит накопление солей от грунтового горизонта к верхнему мелу; 4) вся верхняя гидродинамическая зона представлена гидрокарбонагньгми водами. В водах верхнего мела смена состава и солености происходит в долине р.Оби, в западном и северном направлениях от ее средней части воды становятся хлорвдньгми; 5) среди пресных гидрокарбонатных вод развиты хлоридные натриевые и переходные аномалии, в которых соленость вод достигает 8,2 г/дм3. Они обеспечиваются восходящей разгрузкой глубинных соленых вод по тектонически и литологически ослабленным зонам, приуроченным к линейно вытянутым понижениям рельефа, унаследованным современной гидросегью. Восходящая разгрузка фиксируется в вертикальном разрезе вплоть до вод новомихайловской свиты В грунтовом горизонте и водах зоны аэрации хлоридные и нитратные аномалии имеют антропогенное происхождение; 6) по характеру распределения катионов воды дифференцируются на несколько групп, имеющих пространственную приуроченность: резкое преобладание кальциевых вод в образованиях от четвертичного возраста до новомихайловской свиты и во всем разрезе краевой части бассейна; переходная часть гидрогеохимического профиля, в которой возрастает доля натриевых вод - юрковская толща; натриевые воды, кровля которых поднимается от отложений палеозоя на юге до верхнего эоцена - нижнего олигоцена в западных и северных районах Г и до верхнего олигоцена на северо-востоке, 7) в верхней гидродинамической зоне развиты исключительно воды первого типа, в которых уровень содообразования возрастает с г лубиной до формирования чистых содовых вод , второй тип практически не встречается, а третий развит в верхней и нижней частях зоны, но в верхней обязан антропогенному преобразованию с метаморфизацией состава до подтипа ШБ и появлением в составе солей хлористого кальция , а в нижней связан с подтоком глубинных соленых вод, в связи с чем в них преобладает подтип ША; 8) в краевой части бассейна обстановка окислительная, на остальной территории - восстановительная глеевая с признаками сероводородной, 9) микрокомпонентный состав пространственно неустойчив как по комплексу показателей, так и по их встречаемости и концентрациям Набор компонентов колеблется от 7 (воды верхнего мела Обь-Томского междуречья) до 18-20 в водах зоны аэрации и грунтового горизонта Обь-Томского междуречья и Александровского Приобья, но высокую встречаемость имеют лишь 8г, Ва, Си Тт. Та, РЬ и N1 присутствуют, главным образом, в водах восточных районов, а & не характерен для северных. Остальные компоненты обнаруживаются в единичных пробах. Нормальный вертикальный профиль с нарастанием содержаний вниз по разрезу имеет лишь Ва в водах Обь-Томского междуречья. По концентрациям превалируют 8г (сотни мкг/дм3 - до 1,86 мг/'дм3 по данным пламенной фотометрии), барий - десятки-первые сотни мкг/дм3, титан, цинк (первые десятки мкг/дм3), Си, РЬ, 7л, N4 - первые единицы мкг/дм5. Концентрации остальных компонентов не достигают 1 мкг/дм3. Наиболее обогащены микрокомпонекгами воды Обь-Томского междуречья и Александровского Приобья.
Выполненные исследования показали, что юго-восточная часть Западной Сибири представляет собой пщро геохимическую провинцию, характеризующуюся железо-марганцево-органо-аммонийным комплексом, осложненным присутствием метана, углекислого газа, сероводорода и недостатком фтора, избытком (в южных районах) или недостатком (в северных) солей кальция и магния. Лучшими природными качествами обладают воды образований юрковской толщи и верхнего мела.Антропогенная нагрузка ухудшает их состояние прежде всего большим количеством нитратов и хлоридов. Наиболее масштабные антропогенные преобразования наблюдаются в долинах рек и на Томъ-Чулымском междуречье и проявляются в присутствии вод нитратно-аммонийного и хлоридного кальциевого состава подтипа ШБ с выходом за пределы ПДК минерализации и ее основных составляющих. Воды зоны аэрации и грунтового горизонта, эксплуатируемые колодцами, загрязнены почти повсеместно. Хозяйственное использование таких вод требует сложной подготовки, эффективность которой зависит от присутствующих компонентов, их концентраций и форм нахождения, а также мероприятий по сохранению их природного качества в земных недрах. Основными факторами, формирующими состав вод в естественных условиях, являются лигодого-минералогические особенности пород, тектонические условия и водообмен, а основными процессами - минерализация ОВ, растворение карбонатов и гидролиз алюмосиликатов, а в морских образованиях верхнего мела - и кагионный обмен
Список основных работ по теме д иссертации
1. Быкова В.В., Ермашова НА Гидрогеология Александровского Приобья //Вопр. курортной климатологии и изучения минеральных вод Сибири. - Томск, 1976,- С.89-114.
2. Ермашова Н А. Гидрогеохимические особенности и условия формирования пресных подземных вод Обь-Чулымского междуречья//Вопр. географии Сибири. -Томск, 1979. -С. 95-109.
3. Герасимов ВЛ, Ермашова НА., Афонин В.А, Шварцева НМ Опыт эксплуатации Томского месторождения подземных вод //Тез. докл. девятого совещ. по пода, водам Сибири и Д Востока. - Иркутск-Петропавловск-Камчатский, 1979. - С. 49-50.
4. Шварцева НМ., Ермашова Н А, Шварцев СЛ., Удодов ПА Особенности распределения и формирования железистых вод юго-востока Западно-Сибирского артезианского бассейна в связи с поисками источников водоснабжения //Пробл. регион, гидрогеохимии. Тез. докл Межведомственного совещ.-Ленинград, 1979. - С. 118.
5. Ермашова НА Некоторые геохимические особенности подземных вод палеогенового комплекса юго-восточной части Западно-Сибирского артезианского бассейна //Вопр. изучения поверхностных и пода, вод Сибири. - Иркутск, 1982. -С.90-96.
6. Шварцева НМ, Ермашова НА, Бычков ВЛ Геохимические особенности подземных вод юго-восточной части Западно-Сибирской низменности в связи с проблемой их освоения и охраны //Тез. докл. 3 Междун. симп. по геохимии природных вод - Ростов-на-Дону, 1982 - С 271 -272
7. Удодов П.А, Ермашова НА Железистые воды юго-востока Западно-Сибирского артезианского бассейна //Геология, гидрогеология и инженерная геология Западной Сибири. -Тюмень, 1982.-С. 3-10.
8. Ермашова НА Основные результаты изучения гидрогеологических условий мелиоративного освоения юга Томской области //Географические проблемы освоения природных ресурсов Сибири. - Новосибирск, 1983. - С. 152-158.
9. Ермашова Н.А Особенности гидрогеохимических исследований юго-востока Западной Сибири //Разведка и охрана недр. -1984,- № 10. - С. 47-50.
Ю.Ермашова НА, Инишева ЛИ. Поступление солей с атмосферными осадками //География и природные ресурсы, 1984. - № 3. - С. 82-86.
11. Ермашова НА Геохимическая оценка перспектив использования подземных вод юго-востока Западной Сибири (Томская область) //Тез. докл. XI Всес совещ. по подз. водам востока СССР. - Иркутск-Чита, 1985. - С. 75-77
12.Байковский В В., Ермашова НА, Жениховский МА, Адамович Г Г. Нитраты и нитриты в водоисточниках Томской области //Канцерогенные N-нигросоеяинения и их предшественники -образ и определение в окруж. среде. - Таллинн, 1987. - С. 148-150.
13.Ермашова НА, Байковский ВВ., Желиховской М А, Адамович Г.Г. О механизме образования предшественников нитрозаминов в подземных водах Томской области //Канцерогенные N- нитрозосоединения и их предшественники - образование и определение в окружающей среде. - Таллинн, 1987. - С. 150-151.
14.Байковский ВВ., Пашнева Г.Е., Бояркина АП., Шелудько СИ., Желиховский М.А, Ермашова НА, Ермакова ЕВ. Васильев НН, Рудич МИ Формирование онкологической заболеваемости населения Сибири при воздействии природных и техногенных факторов окружающей Среды //Охрана окружающей среды и здоровья населения в связи с развитием нефтехимии в Сибири. - Омск, 1988. - С. 53-54.
15.Ермашова НА Проблемы мониторинга подземных вод юго-востока Западной Сибири //Тез. докл. ХП Всес. совещ. по подз. водам Востока СССР. - Иркутск-Южно-Сахалинск, 1988. - С. 200-201.
16.Байковский BJB., Бояркина АП., Буйнов ГА, Васильев Н.В., Демин Н.Н., Ермашова НА, Кашкан Г.В. Небера С.А Биогеохимические исследования окружающей среды Томской области //Гигиенические аспекты охраны окружающей Среды в Сибири. - Томск, 1989 - С. 48-49.
17. Ермашова НА, Винниченко НН Термоминеральные воды Томской области, состояние и перспективы их использования //Гидрогеохимические поиски месторождений полезных ископаемых. - Новосибирск, 1990 - С. 195-199.
18. Шварцев С.Л. Ермашова НА, Рассказов НМ. Юшков С.А, Назаров АД Изменение химического состава природных вод в зоне техногенеза юго-восточной части Западной Сибири //Тр. 1 Всес. совещ. Геохимия техногенеза. -Москва, 1990. - С. 137-149.
19. Бычков В.Я., Ермашова НА, Шварцева Н.М. Формирование химического состава подземных вод Томской области //Гидрогеохимические поиски месторождений полезных ископаемых. - Новосибирск, 1990.-С. 189-195.
20. Ермашова Н А Гидрогеохимическое картирование как основа оценки и прогноза экологического состояния подземной гидросферы //Тез. докл. ХШ Всесоюзного совещания по подземным водам Востока СССР. - Иркутск-Томск, 1991 -С. 121.
21. Ермашова НА, Назаров АД, Осипов Ф.П Состояние водоснабжения и перспективы использования пресных подземных вод Томской области //Тез. докл. ХШ Всес. совещ. по подз. водам Востока СССР -Иркутск-Томск, 1991.-С. 188.
22. Ершшова НА Мониторинг подземных вод Обь-Томского междуречья и проблемы их охраны и использования //Проблемы экологии Томской области. Т.П. -Томск, 1992. - С. 90-92.
23. Ермашова НА. Минеральные воды долины реки Томи и перспективы расширения минерально-сырьевой базы //Акгуап. вопр. физиотер. и курортологии Сибири. - Томск, 1994 - С. 20-21
24. Ермашова НА., Покровский ДС, Рогов Г.М Эколого-гидрогеологические проблемы использования подземных вод в зоне сочленения Западно-Сибирского артезианского бассейна и Кольшань-Томской складчатой области //Природокомплекс Томской области. Биологические и водные ресурсы. - Томск, 1995 - Т.П. - С. 109-115.
25. Рогов Г.М., Ермашова НА, Покровский ДС., Дутова Е.М Эколого-гидрогеологические проблемы водоснабжения населения юго-востока Западной Сибири //Тезисы докладов международной конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды - ПООС-95". - Томск, 1995. - С. 92.
26. Ермашова НА. Покровский ДС., Рогов Г.М Подземные воды отложений верхнего мела и их роль в формировании запасов Томского водозабора //Проблемы геологии Сибири. -Томск 1996. - Т.2. -С. 300-301.
27. Покровский ДС., Рогов Г.М., Ермашова НА, Дутова Е.М. Подземные воды Томской области - целевая программа Томск-97 //Материалы 15 совещ. по подземным водам Сибири и Дальнего Востока. - Тюмень, 1997,- С. 39.
28. Ермашова НА. Снеговые воды как показатель состояния воздушного бассейна юго-востока Западной Сибири (Томская область). - 8 с. В печати
Подписано к печати 28.07.98. Формат 60*90 1/16. Бумага ксероконая. Печать RISO. Усл.печ.л. 2,56. Уч.-изд.л. 2,32. Тираж 90 экз. Заказ 158. ИПФ ТПУ. Лицензия ЛТ №1 от 18.07.94. Типография ТПУ. 634034, Томск, пр.Ленина, 30.
Похожие диссертационные работы по специальности «Гидрогеология», 04.00.06 шифр ВАК
Оценка гидрогеохимических условий разработки месторождений нефти и газа Непско-Ботуобинской нефтегазоносной области: Лено-тунгусская нефтегазоносная провинция2007 год, кандидат геолого-минералогических наук Юрчик, Ирина Ивановна
Гидрогеологические исследования природно-технических систем (на примере района Гайского медно-колчеданного месторождения)2014 год, кандидат наук Погосян, Юлия Михайловна
АДАПТАЦИЯ МЕТОДОВ ГЕОРАДИОЛОКАЦИИ И УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОМОГРАФИИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ В УСЛОВИЯХ КАЛИЙНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ (на примере Верхнекамского месторождения солей)2018 год, кандидат наук Жуков Александр Анатольевич
Геохимическая эволюция природных вод нижней части бассейна реки Томи2014 год, кандидат наук Наймушина, Ольга Сергеевна
Гидрогеологические особенности Юрубчено-Тохомской зоны нефтегазонакопления в связи с вопросами утилизации подтоварных и сточных вод2012 год, кандидат геолого-минералогических наук Трифонов, Николай Сергеевич