Содержание к диссертации
Введение 4
Глава 1 Минеральные озера: общая характеристика и
* распространенность в Восточной Сибири 10
1.1. Варианты классификации озер по вещественным признакам 11
1.1.1. Классификация озер по общему содержанию
растворимых солей 11
1.1.2. Классификация озер по химическому составу
озерных вод 12
Возраст озер 12
Факторы, определяющие состав озерных вод 14
Распространенность и изученность минерализованных озер в Южной Сибири 16
1.5. Основные выводы 20
Глава 2. Геолого-гидрогеологическая характеристика
Приольхонья .._. 21
Физико-географическая характеристика региона 21
Основные черты геологии региона 24
Тектонический контроль распространения озер и родников 29
Ш> 2.4. Гидрогеологическая характеристика региона 32
Карстовые процессы 35
Физико-географическая характеристика озер 37
Основные выводы 41
Глава 3. Геохимия подземных и озерных вод Приольхонья 44
Методика исследований 44
Макроэлементный состав подземных вод 45
Макроэлементный состав озерных вод 50
Микроэлементный состав подземных и озерных вод 56
Микроэлемент ы в подземных водах 56
Микроэлементы в озерных водах 61
Формы миграции элементов в природных водах 62
Элементы первой группы 66
Элементы второй группы 67
Элементы третьей группы 72
Элементы 4 группы 73
ф 3.5. Временные вариации состава озерных и родниковых вод 74
3.5.7. Временные вариации макрокомпонентного состава
подземных вод 74
3.5.2. Временные вариации макрокомпонентного состава
озерных вод 75
3.5.3. Временные вариации микрокомпонентного состава
подземных и озерных вод 75
3.6. Основные выводы 77
Глава 4. Генезис и проблемы эволюции озерных вод Приольхонья 78
4.1. Влияние состава подземных вод на гидрогеохимические
особенности озер 78
4.2. Влияние процессов эвапоритизации и криогенеза на
состав озерных вод 79
Особенности процессов эвапоритизации 81
Особенности процессов криогенеза 84
Эволюция озерных вод Приольхонья 88
Влияние геологических факторов на состав озерных вод 95
Эволюция состава подземных вод Приольхонья 100
4.6. Основные выводы 108
Заключение 110
Литература 113
Введение к работе
Актуальность проблемы.
«Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных, геологических процессов. Нет земного вещества - минерала, горной породы, живого тела, которое ее бы не заключало. Все земное вещество - под влиянием свойственных частичных сил, ее парообразного состояния, ее вездесущности в верхней части планеты - ею проникнуто и охвачено» (Вернадский, 1933). Эти слова В.И. Вернадского, написанные в начале прошлого века, в полной мере отражают значимость и актуальность исследований подземных и поверхностных вод планеты. В последние десятилетия изучение природных вод получило новый импульс в связи с общей тенденцией усиления работ экологической направленности. С практической точки зрения исследования природных вод представляют наибольший интерес в трех основных направлениях: 1) ресурсы чистой воды; 2) подземные и поверхностные воды как источник ряда полезных ископаемых; 3) использование природных вод и сопутствующих отложений в бальнеологических и медицинских целях. В научно-исследовательском аспекте одной из основных, является проблема эволюции природных вод, в рамках которой изучаются разнообразные факторы, определяющие состав и характер эволюции природных вод. К числу наиболее важных из них относятся; а) взаимодействие вода-порода в подземных и поверхностных условиях; б) характер и изменение климатических условий, в) биологическая жизнедеятельность водоемов и водных артерий; г) процессы криогенеза и эвапоритизации; д) антропогенное воздействие на природные объекты. Исследование мелких озер представляет интерес прежде всего потому, что в силу небольшого объема наполняющих их вод, процессы поверхностной метаморфизации вод здесь проходят гораздо быстрее и интенсивнее по сравнению с более «консервативными» крупными водоемами, и изменение климатических или других условий фиксируется более четко и надежно. Кроме того, скопление мелких озер с варьирующим составом воды на достаточно компактной территории с близкими климатическими и геолого-геоморфологическими условиями позволяет
более надежно оценивать роль основных факторов, контролирующих разнообразие состава природных вод.
Цели и задачи исследований:
Небольшие озера Приольхонья можно рассматривать в качестве модельного
объекта для изучения особенностей эволюции озерных вод в условиях резко
континентального климата. Компактная территория, на которой расположены
озера, характеризуется одинаковыми климатическими, геолого-
геоморфологическими и гидрогеологическими условиями. Небольшие размеры и глубина озер, определяющих промерзание до 80% водного объема в зимний период, незначительные площади водосбора, позволяющие корректно оценить влияние химического состава кристаллического фундамента на состав вод, очень низкое количество осадков и наличие достаточного количества источников, позволяющих оценить состав питающих озера подземных вод, определяют возможность оценки роли разных факторов на состав озерных вод. При этом характерны значительные вариации общей минерализации и компонентного состава вод. Все это определило основную цель исследований: оценка роли конкретных факторов, определяющих состав озерных вод и специфические черты их эволюции. К числу наиболее важных из последних относятся состав питающих подземных вод, процессы эвапоритизации в летний период, процессы криогенеза в зимний период, состав и количество атмосферных осадков, геолого-тектонические особенности фундамента.
В соответствии с целью исследований главными задачами были:
Изучение химического состава озерных и подземных вод на основании одновременного опробования всех объектов;
Изучение вариаций состава некоторых реперных озер и источников в разные сезоны года в течение всего периода наблюдений;
Изучение изменения состава озерных вод и льда в процессе промерзания озер в зимний период;
4. Изучение влияния геолого-тектонических особенностей региона на
площадную распространенность и специфику состава подземных и озерных вод;
Фактический материал, положенный в основу работы:
Исследования по диссертации выполнялись в отделе проблем прикладной
поисковой геохимии Института геохимии им. Виноградова СО РАН в рамках
плановой темы института НИР 2001-2003г «Распределение химических элементов
и радионуклидов в сопряженных компонентах окружающей среды как основа для
развития методологии прикладных геохимических исследований и оценка
состояния экосистемы оз. Байкал и Байкальского региона». Озера и источники
Приольхонья исследовались в период 2000-2003 гг. Были отобраны пробы воды из
13 источников и 30 озер в степной части Приольхонья и озера Халтей на острове
Ольхон. Кроме тбго, в летний период были взяты пробы дождевой воды в районе
поселка Черноруд. В первый год опробованы практически все известные на
территории источники и озера, в дальнейшем мониторинговые исследования
проводились только для некоторых, наиболее характерных и интересных объектов.
В зимний период 2001 г. для реперных озер были взяты послойные пробы льда.
Макросостав воды определялся в аналитической лаборатории отдела проблем
прикладной поисковой геохимии ИГХ СО РАН. Микроэлементы
проанализированы автором на масс-спектрометре "PlasmaQuad 2" английской
фирмы "VG Instruments" в ЦКП «Микроанализ». Часть проб была
проанализирована в Лаборатории геохимии поверхности Земли Страсбургского
университета. Всего выполнено более 100 определений главных компонентов
природных вод и около 90 определений микроэлементов. Кроме того, в работе
использованы результаты гидрогеологических исследований 1943 (Коцких, 1943),
1957-1958 гг. (Лимнология.., 1977), 1960-1961 гг. (Блохин и др., 1967), 1961-1971
гг. (Власов и др., 1961, 1962). Неоценимое значение для работы имели
геологические данные B.C. Федоровского, полученные более чем за
двадцатилетний период его исследований в регионе.
Защищаемые положения:
1. Установлен структурно-геологический контроль размещения озер и источников, а также химического состава озерных и подземных вод. Источники и пресные озера приурочены к современным линейным разломам СВ простирания, наследующим древние бластомилонитовые швы. Соленые озера контролируются
«пулл-апарт» разломами ССВ простирания, связанными с левосдвиговыми смещениями в процессе тектонической эволюции Байкальской рифтовой системы.
2. Основными факторами, определяющими разнообразие и геохимическую
специфику озерных вод Приольхонья, являются состав питающих подземных вод,
процессы летней эвапоритизации и зимнего криогенеза. Подземные воды являются
источником поступающих солей, процессы эвапоритизации обеспечивают
концентрирование солей в воде и изменение ее компонентного состава, а процессы
сезонного криогенеза приводят к дополнительному смещению компонентного
состава озерных вод.
3. Для позднечетвертичного периода в Приольхонье выявлена смена
гидрогеологической обстановки и условий разгрузки подземных вод. Ранняя
стадия характеризуется излиянием глубинных гидротерм, фиксируемых по
компактным коренным выходам и развалам гейзеритов. На поздней стадии здесь
распространены только холодные (Т =4-8С) воды зоны активного водообмена.
Выходы гейзеритов и современных источников совмещены в пространстве и
фиксируют единую эволюционировавшую во времени гидрогеологическую
систему.
Научная новизна:
Обоснована приуроченность выхода подземных вод и пресных озер к кайнозойским разломам, наследующим древние бластомилонитовые швы, сформированные при ордовикском коллизионном тектогенезе, а соленых озер - к «пулл-апарт» системам, образованным в процессе левосдвиговых смещений на всех этапах эволюции Байкальской рифтовой системы.
Выделены основные факторы (состав питающих подземных вод, сезонные процессы эвапоритизации и криогенеза) и оценена их роль в эволюции состава подземных вод и разнообразии состава воды в изученных озерах.
Впервые в регионе выявлены и изучены позднечетвертичные гейзериты, позволяющие обосновано говорить о выходах на поверхность термальных вод, не известных в регионе в настоящее время, и делать выводы об эволюции региональной гидрогеологической системы.
Научная и практическая значимость работы:
Результаты изучения состава озерных и подземных вод позволили предложить качественную модель эволюции природных вод, учитывающую состав питающих подземных вод, сезонные процессы эвапоритизации и криогенеза. Имеющиеся данные по составу вод позволяют рассматривать эту модель как основу для дальнейшего физико-химического моделирования эволюции воды малых озер в условиях резко континентального климата. Результаты исследований использованы в организации и проведении гидрогеологической практики студентов Иркутского Технического Университета.
Апробация работы:
Результаты исследований отражены в 10 публикациях и апробированы на Тектоническом совещании (г. Москва, 2001), XIX и XX Международных Спелеологических школах (г. Чешин, Польша, 2002, 2003 гг.). Летом 2003 г. совместно с сотрудниками ИЗК СО РАН была организована и проведена геологическая экскурсия в рамках рабочего совещания по проекту МПГК 480 «Карст и антропогенное воздействие».
Структура и содержание работы:
Диссертация, общим объемом в 121 стр., состоит из 4-х глав, введения, заключения и списка использованной литературы, включающего 114 наименований. В первой главе сделан обзор проблем, связанных с изучением озер. Приводятся варианты классификации озер по разным признакам, рассматриваются основные факторы, определяющие геохимическую специфику озерных вод, делается краткий обзор распространенности и особенностей состава озер Южной Сибири. Вторая глава посвящена геологической, геоморфологической и гидрогеологической характеристике Приольхонья - территории, на которой проводились исследования. В третьей главе рассматриваются особенности химического состава озерных и подземных вод. Показаны основные тенденции изменения компонентного состава озерных вод с ростом уровня общей минерализации. Обсуждены особенности поведения разных элементов в процессе метаморфизации воды. Четвертая глава посвящена анализу роли основных факторов, таких как состав питающих подземных вод, процессы летней эвапоритизации и зимнего криогенеза и структурно-тектонические особенности
#>
фундамента, определяющих геохимическую специфику озерных вод. В заключении приведены основные выводы по проведенным исследованиям. Основные положения и выводы диссертации иллюстрируются 41 рисунком и 18 таблицами.
Автор выражает свою благодарность научному руководителю д.г.-м.н. И.С. Ломоносову за научно-методическую помощь и редактировании работы, д.г.-м.н. B.C. Федоровскому за инициирование исследований, обеспечение структурно-тектонической основы гидрогеохимических исследований и неизменную поддержку, члену-корреспонденту РАН Е.В. Склярову за помощь в организации полевых мониторинговых исследований, а также в оформлении работы, своим коллегам к.г.-м.н. Н.Б. Саниной за постоянную помощь и поддержку на всех этапах работы, СЕ. Черниговой, М.И. Арсенюк, Т.Н. Галкиной, Н.Д. Судаковой за помощь в проведении аналитических исследований, д.г.-м.н. А.Б. Котову, к.г.-м.н. С.А. Алексееву за содействие в проведении полевых исследований, а также к.г.-м.н. Ю.И. Блохину, к.г.-м.н. В.А. Бычинскому, к.г.-м.н Ю.Н. Диденкову, к.ф.-м.н. А.И. Кузнецовой, д.г.-м.н. В.А. Макрыгиной, д.г.-м.н. Б.И. Писарскому, профессору М. Пулине, доктору Ф. Ризашеру, к.х.н. Е.Н. Тарасовой, профессору Ф. Шабо за ценные советы и замечания при обсуждении основных положений диссертации.
Окончательная подготовка и оформление работы осуществлялась при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (проект 04-05-64801).
