Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы резко возрастает значение исследований, направленных на изучение со -става вод верхней гидродинамической зоны, интенсивно осваеваемой в процессе хозяйственной деятельности. При этом нередко в силу ряда причин не учитнваготся закономерности его формирования и миграции химических элементов, что ведет к снижению эффективности гидрогеологических работ. Данная проблема является особенно актуальной для рудных районов характеризуемой территории, где интенсивно ведется добыча полезных ископаемых, развивается металлургическая и химическая промышленность, назрела острая потребность в расширении сырьевой базы. Поэтому возрастает необходимость в дальнейшей разработке теоретической основы и методики гидрогеохимических исследований, в том числе в связи с поисками МВД.
Рост промышленного, сельскохозяйственного производства и насе -ления осложняет современную весьма напряженную экологическую обстановку в регионе. Значительно загрязнено большое число рек и озер ; на многих участках данный процесс затронул также подземные гравитационные и физическисвязанные воды верхней части геологического разреза. Это обуславливает актуальность оценки распределения в них химических элементов и органических веществ, а также темпов и масштабов этого явления.
Цель и задачи исследований. Цель работы - изучение геохимических особенностей формирования химического состава подземных вод основных ландшафтных зон и районов распространения месторождений полезных ископаемых, а также определение геохимического фона свободных и физическисвязанных вод как основы совершенствования гидрогеохимического метода поисков, выделения перспективных участков и анализа экологического состояния верхней гидродинамической зоны.
Задачи исследований: -- выявить закономерности распределения химических элементов в гравитационных подземных водах ;
дать сравнительную характеристику состава физическисвязанных вод фоновых и рудных участков, а также состава гравитационных и норовых растворов в пределах геологических разрезов ;
исследовать особенности формирования состава грунтовых вод типичных ландшафтных территорий ;
установить параметры и -зональность водных потоков рассеяния зон минерализации ;
усовершенствовать методику гидрогеохимических исследований при поисках и разведке МПИ применительно к условиям региона;
оценить признаки и степень антропогенной нагрузки на грунтовые воды ключевых площадей.
Мет од и к а исследований, фактический материал и личный вклад авто р а . Основным методом в процессе проведенных работ являлось гидрогеохимическое картирование различных масштабов, сочетающееся с профилированием вдоль главных дрен подземных вод. На территории основных ландшафтных зон в пределах верхней части геологического разреза оно осуществлялось в мелкомасштабном варианте ; на площадях рудных полей и торфяников, а также участкої перспективных для обнаружения месторождений подземных вод* выполнялись исследования средних масштабов. Применительно к последним велись также гидрогеохимические работы для оценки экологического состояния ряда районов, испытывающих повы -шенную антропогенную нагрузку.
К,р у.-п номасштабные и детальные ра -боты проводились в пределах з-юн рудной минерализации с целью изучения площадной, вертикальной и временной изменчивости состава водных потоков рассеяния. Среди них особое место занимали специ -альные режимные наблюдения, результаты которых использованы для расчета поправочных коэффициентов и уточнения параметров этих потоков.
Исследования проведены под руководством автора и при его непосредственном участии в Кузнецком Алатау ( бассейн верхнего течения р.Томь); Горной Шории (Кузедеевский район); Западном Саяне и Восточном Саяне, Восточном Танну-Ола (Хову-Аксинский район). Горном Алтае (район рудника Акташ), Рудном Алтае ( Зыряновский район), Степном Алтае (Шалаоский район), в Кузбассе ( бассейн среднего течения р.Томи), на ряде участков Колывань-Томской склад-
чатой зоны и Западно-Сибирской эпиплатформы (Томская и Новосибирская области)..
В процессе этих работ.изучался состав фоновых вод горно -таежных, лесных, лесостепных, степных и болотных ландшафтов, а также районов месторождений: рудных (медно-кобальтовых, полиметаллических, ртутных); фосфорных, торфяных, нерудного сырья,- питьевых и минеральных подземных вод.
При проведении полевых исследований было.отобрано из источников, мелких поверхностных водотоков, колодцев, скважин и горных . выработок порядка 5 тысяч проб гравитационных подземных вод и 160 образцов рыхлых пород для отжатия поровых растворов. Они выделялись по методике П.А.Крюкова (1971),с-помощью гидравлического пресса при давлении 5, 50 и 300 МПа* Определение вида связанной воды проведено на основе данных о величине характерных влажнос-тей пород - максимальной гигроскопичности и максимальной молекулярной влагоемкости.
Изучение макро -, микрокомпонентного и'микробиологического состава проб вода выполнено в основном в лабораториях Томского политехнического', института (ныне университета), а химического -дополнительно в лабораториях ЧИПРа и ОИГГиМ СО РАН, ЕГО "Березов-. геология" и других организаций с использованием комплекса методов: атомно-абсорбционного, полярографического, потенциометрического, колориметрического, микрохимического, титрометрического, спектро-фотометрического, биохимического, спектрального и некоторых других.
В связи с оценкой особенностей перехода в раствор'микрокомпонентов на рудных участках под влиянием процесса электрохимического растворения сульфо-арсенидной минерализации диссертантом проведены эксперименты со смесями арсенидов и сульфидов по методике Г.Б.Свешникова (1967).
Полученный фактический материал обработан в. ШГ с применением математических методов и использован для выделения гидрогеохимического фона, построения разномасштабных специализированных карт, установления закономерностей.формирования состава водных потоков, рассеяния, выделения новых перспективных участков, а также оценки экологического состояния подземных вод' отдельных' территорий . Часть материалов по экогидрогеохимии региона получена и обработана во время работы автора (с 1991г.) в лаборатории гидрогеохимии ОИГГиМ СО РАН .
Научная новизна работы. Обобщение обширного (Тактического материала позволило выяснить региональные закономерности распространения геохимических типов подземных вод в зоне активного водообмена южной части Западной и Средней Сибири, Они определяются в основном интенсивностью водообмена и временем взаимодействия подземннх вод с различными по составу горными породами в условиях конкретной ландшафтной обстановки. Автором охарактеризован состав и (Тоновые концентрации элементов грунтовых вод в пределах ландшафтных зон, являющийся основой для интерпретации результатов гидрогеохимических исследований.
Впервые в данном регионе изучен химический и микробиологический состав фкзическисвязанных вод; причел в водах, отжатых из рыхлых пород, залегающих над зонами сульфидной минерализации, установлены потоки рассеяния рудных элементов. На основе анализа уровней дренирования рудных тел дана оценка поисковой значимости водных потоков рассеяния. Выявлена также роль процессов электрохимического растворения сульфо-арсенидной минерализации в формировании состава этих потоков.
Защищаемые положения:
- основные особенности геохимических типов вод региона определя
ются масштабами, направленностью процессов в системе порода -
- поровый раствор - гравитационная вода и контролируются интенсивностью водообмена, являющегося в пределах верхней части геологического разреза главным фактором формирования состава подземных вод;
фоновые концентрации компонентов в гравитационных и физически-связанных водах рыхлых покровных отложений гидрогеологических массивов идентичны, а физическисвязанные воды юго-востока Западно-Сибирской плиты, как правило, более.минерализованы по сравнению с гравитационным^ особенно в условиях чередования континентальных и морских фаций;
состав физическисвязанных вод глинистых отложений,перекрывающих зоны минерализации, формируется под влиянием рудных залежей, влияние которых прослеживается вверх по разрезу на многие десятк метров; образующиеся при этом гидрогеохимические аномалии.имеют рудопоисковое значение;
параметры и зональность потоков рассеяния в гравитационных подземных водах определяются не только составом рудных тел, но
Ц-
и уровнями дренирования последних, а также особенностями формирования химического состава подземных вод в пределах каждой ландшафтной зоны ;
- установленные закономерности формирования состава и пространственного распределения геохимических типов подземных вод региона, а также миграции химических элементов и образования водных потоков рассеяния зон микерализации являются базой для целенаправленного проведения экогидрогеохимических исследований и решения экологических задач.
Практическое значение работы Результаты исследований по данной теме использованы в работах Томского, Новосибирского, Красноярского и других государственных геологических предприятий, и кроме того - институтом "Гипроторфразвед-ка" /26/ . Нашли практическое применение методические разработки автора при поисках и разведке ыШ /"2,8,10,17,23 /, а также гидрогеохимические материалы, полученные на территории хребта Кирса (З.Саян),, в Крольско-Бюзенском и Телекском районах (В.Саян), Ба-лыксинской зоне (Кузнецкий Алатау)', на плоиади Обь-Томского и Бо-гашевского участков (Колывань-Томская. зона), Васюганского и других торфяных месторождений Обь-Иртышского мамдуречья /9,14,18,21,34 /. Данные по оценке экогидрогеохимической ситуации в районе проектируемого Краливинскою водохранилища в Кузбассе используются Верхне-Обским водохозяйственном предприятием /" 2,73 /.
По результатам поисковых гидрогеохимических работ диссертантом выделены участки, перспективные на медную, медно-кобалътовую.ртут-ную и полиметаллическую минерализацию /2,14/, а также на питьеЕые /18/ и лечебные минеральные воды /15,71/. Практическая значимость работ по выявлению Томского месторождения подземных вод положительно оценена комиссией при Томском облисполкоме, которой выдан автору диплом за его открытие.
.Апробации работы и публикации. Материалы по диссертационной теме изложены в докладах на Всесоюзных гидрогеохимических совещаниях в г.г.Москве (1975,1977),Ленинграде (1979), Томске (I960, I9G7, 1972, 1979, IS86 ), на Всесоюзном совещании по геохимии платформенных и геосинклинальных осадочных пород и руд в Москве (I960), Всесоюзных совещаниях по подземным водам Сибири и Д.Востока в Иркутске (1982,1988 ), Чите ( 1985 ) и Томске (1991), Всесоюзных соЕвіцавдях по геохимическим методам
поисков в Самарканде (1982) и Ужгороде (1988), Всесоюзной научно-практической конференции "Проблемы исследования и. преодоления экологической опасности в промышленном регионе" в Кемерове (1990), Ресрубликанской научно-практической 'конференции "Проблемы охраны и рационального использования природных ресурсов" в Ленинграде (1976), научной конференции, посвященной ЮО-летиго Томского универ^ ситета-в Томске (1988); научно-практической конференции "Водные ресурсы Томской области, их рациональное использование и охрана" в Томске (1990); Межреспубликанском экологическом совещании в Томске (1992); на сессиях .Междуведомственного Совета и его секций по разработке.теоретических основ геохимических методов поисков ".ЩИ в Алуште (1971), Улан-Удэ (1972), Красноярске (1977), Симферополе (1980), Челябинске (1981), Иркутске (195), Новосибирске (1986), на совещаниях по изучению поровых растворов в Минске(ГЭ83), Киеве (1974), Вильнюсе (1984), на конференции "Геология и минерально-сырьевые ресурсы Западно-Сибирской.плиты и ее складчатого обрамления" в Тюлени (1983,1987) и ряде других региональных совещаний.
Материалы по рассматриваемой теме представлены также в докладах на Международном геохимическом конгрессе в Москве (1972), Международном конгрессе по органической геохимии в Москве (1977), на 2-ом .Международном симпозиуме по прикладной геохимии в Иркутске (1981) и 4-ом Международном симпозиуме по геохимическим методам поисков в Орлеане (Франция,1987).