Введение к работе
Оценка современного состояния проблемы. Главная тенденция развития гидрогеологической науки на современном этапе связана с гидроэкологическими исследованиями, в которых подземные воды рассматриваются как один из основных компонентов природной среды. В результате проведения масштабных гидрогеологических работ на территориях отдельных крупных регионов бывшего Союза, в том числе и Республики Беларусь, сложилась ситуация, когда собранный фактический материал потребовал нового осмысления, выработки альтернативных гипотез и концептуальных подходов, основанных на анализе и систематизации фактов с учётом современных методологических требований и приёмов. В исследованиях подземной гидросферы республики принимают участие учёные и специалисты-практики широкого спектра направлений. В итоге проведения обширных и разноориентированных работ возникло положение, когда исследователи, глубоко и детально изучая свои объекты, в то же время недостаточное внимание уделяли оценке ситуации в целом. Кроме того, последние сводки - обобщения гидрогеологических условий территории республики подготовлены и опубликованы около тридцати лет тому назад и в значительной степени устарели. Отсюда вытекает настоятельная необходимость регионального обобщения нового фактического материала на основе системною подхода к решению основных проблем подземной гидросферы Беларуси.
Актуальность темы. В настоящее время республика переживает трудности переходного периода и экономического кризиса, вызванные потерей или сокращением традиционных рынков сбыта и сырья. В этих условиях большое значение для решения многих экономических проблем республики может иметь ориентация промышленности и других отраслей народного хозяйства на собственное гидроминеральное сырьё. В этом отношении особенно перспективно использование ресурсов подземной гидросферы Беларуси. В силу последнего обстоятельства, проблемы, связанные с комплексным и рациональным использованием подземной гидросферы республики, стали главными для гидрогеологической науки страны и требуют незамедлительного разрешения. В свою очередь, их решение благотворно повлияет на развитие всех составляющих частей гидрогеологии (общей и региональной гидрогеологии, гндрогеодинамики, гидрогеологии месторождений минеральных и промышленных вод и, особенно, экологической гидрогеологии). Кроме того, трудно переоценить значение исследований для практических нужд промышленности, сельского хозяйства, оздоровления населения и других сфер и отраслей народного хозяйства государства. Под рациональным и экологобезопасным использованием подземной гидросферы следует понимать научно и технически обоснованное, экономически целесообразное, эффективное и экологически оправданное использование всех её составных частей (пресные питьевые, минеральные питьевые и бальнеологические, промышленные воды), а также применение непосредственно вмещаю-
щей среды для различных практических целей (захоронение или складирование конечных промышленных отходов, устройство подземных хранилищ топлива, создание других производственных объектов и т.д.).
Связь работы с крупными научными программами и темами. Автор являлся разработчиком проектов и ответственным исполнителем ряда программ и тем, имеющих важное народнохозяйственное значение. Отдельные результаты исследований, полученные в ходе выполнения работ в рамках тематики, приводятся в диссертации. Важнейшие из этих тем следующие:
"Миграция и условия формирования углеводородов на территории восточной части Припятской впадины" (1978 г.):
"Основные гидрогеологические закономерности формирования месторождений углеводородов и промышленных рассолов на территории юга Белоруссии" (1981 г);
"Гидрогеологические бассейны, геохимия и формирование подземных води рассолов Белоруссии" (1985 г.);
"Создание атласа геологических карт Белоруссии". Программа "Атлас" (1990 г.);
"Разработать прогноз недр Белоруссии на полезные ископаемые и предложения по повышению эффективности их использования". Программа "Недра" (1990 г.);
"Разработать системы структурно-геологического контроля, организации и строительства разноцелевых хранилищ РАО на территории БССР" (1991 г.);
"Дать экономическую оценку и направления использования минерально-сырьевых, лесных, земельных, водных и других ресурсов на загрязнённой территории" (1993 г.);
"Выполнить исследования и дать обоснование возможности подземного захоронения промышленных отходов" (1995 г.);
"Провести комплексные исследования минеральных вод и рассолов Беларуси, уточнить ресурсы и перспективы использования" (1995 г.);
"Изучение подземной гидросферы территории Беларуси с целью обоснования рационального использования и охраны ресурсов гидроминерального сырья и источников питьевых вод" (1995 г.).
Цель и задачи исследований. Цель исследований — создание пространственной модели строения подземной гидросферы Беларуси и разработка на этой основе концепции рационального и эколо-гобезопасного её использования. Для достижения поставленной цели необходимо было решить три комплексные проблемы: 1)дать оценку гидрогеологических условий территории республики на основе новых фактических материалов и сведений: 2) произвести анализ современного и перспективного использования подземной гидросферы; 3) разработать и обосновать концепцию рационального и экологобезопаеного использования подземной гидросферы страны.
В ходе реализации поставленной цели требовалось решить следующие задачи:
разработать принципы и методику гидрогеологического районирования и гидрогеологической стратификации осадочного чехла территории республики;
обосновать и выполнить модель вертикальной гидродинамической зональности территории Беларуси, уточнить и дополнить схему гидрохимической зональности;
изучить особенности распространения, строения и состава зоны пресных вод, провести анализ практического использования основных водоносных комплексов пресных питьевых вод;
исследовать основные закономерности распространения, состава и формирования минеральных вод и лечебных рассолов, развитых на территории Беларуси;
провести анализ распространения и генезиса промышленных вод основных продуктивных комплексов Припятского бассейна, оценить возможность их добычи и переработки;
провести анализ перспектив и дать прогноз использования подземных (пресных, минеральных, промышленных) вод Беларуси;
оценить характер и масштабы влияния основных источников техногенного воздействия на подземную гидросферу республики;
разработать геолого-гидрогеологическое обоснование методов и систем наземного складирования и подземного захоронения конечных промышленных отходов в природных условиях Беларуси;
разработать обоснование концепции рационального и экологобезо-пасного использования подземной гидросферы Беларуси;
провести гидроэкологическое районирование территории республики и разработать комплекс рекомендаций в соответствии с концепцией рационального и экологобезопасного использования подземной гидросферы Беларуси.
Тема диссертационной работы утверждена на заседании Учёного совета Института геологических наук НАН Беларуси 26 августа 1997 г.
Научная новизна полученных результатов. Исследования автора в период 1976-1996гг. относятся к следующим направлениям гидрогеологической науки, в пределах которых осуществлены разработки теоретического, методического и прикладного характера.
Общая и региональная гидрогеология. Создана пространственная модель подземной гидросферы осадочного чехла, разработаны принципы и методика и выполнена авторская схема гидрогеологического районирования территории Беларуси. На основе последней построены схемы утилитарного характера: условий захоронения промышленных отходов, пригодности к захоронению радионуклидных загрязнений и т.д.
Гидрогеодинамика. В развитие представлений А.В. Кудельского с соавторами (Колодий. Кудельский, 1972; Богомолов, Кудельский и др., 1973) о
гидродинамической зональности литосферы разработана модель вертикальной гидродинамической зональности осадочного чехла территории республики. На основании обширного фактического материала показано, что в разрезе глубокозалегающих комплексов подземных вод существует гидродинамическая уравновешенность по профилю — поднятые и опущенные части синклиналей и мульд и, как следствие, отсутствует латеральное трансбассейновое перемещение водных масс. Теоретический вывод имеет важные практические следствия.
Гидрогеохимня и гидрогеология месторождений минеральных и промышленных вод. Исследования связаны с научными и практическими аспектами изучения распространения, формирования и использования промышленных и минеральных вод Беларуси.
Промышленные воды. Это концентрированные природные растворы — рассолы с общим солесодержанием до 480 и более граммов в литре, отличающиеся высокими содержаниями иода, брома, магния, калия, стронция, бора, лития, рубидия, цезия, других ценных элементов. Помимо технологической переработки, промышленные воды могут применяться в различных отраслях народного хозяйства. Проведено районирование Припятского бассейна по условиям добычи и переработки рассолов и определены участки, пригодные для захоронения отходов перерабатывающего производства.
Минеральные воды. Обобщены материалы многолетних исследований минеральных вод Беларуси. Разработана бальнеологическая классификация минеральных вод, выделены их главные типы и разновидности. Охарактеризованы условия распространения и формирования минеральных вод, химический состав и гидрогеология месторождений. Проведен анализ бальнеологического и лечебно-питьевого использования минеральных вод, оценены перспективы нахождения новых их видов и месторождений.
Охрана поверхностной и рациональное использование подземной гидросферы. Как показал опыт зарубежных стран (США, Германия, Канада, Швеция и др.), подземное захоронение конечных промышленных отходов — необходимый и неизбежный путь при поисках наиболее оптимальных соотношений промышленности и природной среды. В связи с этим нами выполнено предварительное изучение перспектив наземного складирования и подземного захоронения конечных промышленных отходов на территории Беларуси. Показано, что республика обладает разнообразными геолого-гидрогеологическими условиями — как благоприятными, так и непригодными с точки зрения сооружения хранилищ конечных отходов промышленного, энергетического, сельскохозяйственного и жилищно-эксплуатационного производств. Построены карты-схемы районирования территории Беларуси по условиям приповерхностного складирования и подземного захоронения отходов разного происхождения.. Выполнено > геолого-гидрогеологическое районирование территории республики по условиям приповерхностного и подземного захоронения радиоактивных отходов разного уровня активности, разработаны схемы оценки пригодности природных условий наиболее по-
страдавших Гомельской и Могилёвской областей для подземного захоронения радиоактивных отходов дезактивации.
Практическая значимость полученных результатов подтверждается принятыми к использованию рекомендациями, внедрениями и докладными записками общим количеством около тридцати, отдельные акты о внедрении и использовании приводятся в т. 2 (текстовые и табличные приложения).
Выводы и рекомендации автора использованы Министерством геологии СССР при предварительной прогнозной оценке эксплуатационных запасов рассолов Припятского бассейна и подготовке предложений по проведению поискового бурения в перспективных районах распространения промышленных вод на территории бывшего Советского Союза, а также ПО "Белгеология" при подготовке обоснования "О целесообразности постановки геологоразведочных работ на редкометальные рассолы Припятского прогиба". Предложения автора были учтены при проведении разведочных на промышленные воды работ в Беларуси.
Рекомендации по подземному захоронению промстоков, попутных вод и рассолов использованы в практике работ Министерства обороны бывшего СССР. Помимо перечисленных результатов исследований, многие разработки были использованы или внедрены в практику работ ПО "Белнефть", ВНИИПромгаз, ВНИПИнефть и других организаций и учреждений. Докладная записка и карта структурно-геологического и гидрогеологического районирования территории БССР по условиям подземного захоронения промышленных отходов были переданы в Госплан БССР и использованы в практике работ концерна "Белвторресурсы" и других государственных организаций.
Особо следует отметать заключения о качестве и возможном бальнеологическом применении минеральных вод и лечебных рассолов, открываемых месторождений республики. Многие из них ("Брестская", "Берестье", "Стародорожская", "Сож" и др.) были рекомендованы автором (и в соавторстве) для практического использования.
Экономическая значимость результатов диссертационных исследований подтверждается большим экономическим эффектом (в отдельные годы экономический эффект составлял: 1982 г. — 9 млн руб.; 1985 г. — 0,37 млн руб.; 1997 г. — 85 млрд руб., получен совместно с А.В. Кудельским, СП. Гудакол*, П.З. Хомичем и др.). Готовым к реализации коммерческим продуктом являются выводы и рекомендации, изложенные в главе 7. Разделы последней, посвященные соответственно пресным питьевым, минеральным питьевым и бальнеологическим рассолам, а также промышленным водам, представляют несомненный интерес для государственных и частных предприятий и фирм. В главе 10 приводится комплекс научно-практических рекомендаций по рационально\гу и экологобезо-пасному использованию подземной гидросферы Беларуси, экономическая значимость от применения которых должна быть весьма значительной.
Основные защищаемые положения
-
Модель подземной гидросферы крупного региона, созданьая на основе системного анализа закономерностей строения гидрогеологического разреза и отражающая особенности гидрогеологической в том числе гидродинамической и гидрогеохимической стратификации и районирования.
-
Закономерности пространственного распределения пресных, минеральных и промышленных вод в составе подземной гидросферы определяются типом гидрогеологической структуры (бассейн, массив), характером и особенностями вмещающей геологической среды.
-
Прогноз оптимального использования главных компонентов подземной гидросферы на ближайшую и отдалённую перспективу, основанный на комплексном анализе существующего практического использования пресных питьевых вод, минеральных вод, лечебных рассолов и промышленных вод.
-
Геолого-гидрогеологическое обоснование методов и систем наземного складирования, приповерхностного и подземного захоронения промышленных отходов в природных условиях страны с учётом характера и степени их опасности, геологических, геоморфологических и гидрогеологических особенностей региона для минимизации экологического ущерба от функционирования народного хозяйства страны.
-
Концепция рационального и экологобезопасного использования подземной гидросферы Беларуси, которая базируется на авторском методе гидроэкологического районирования крупных регионов и позволяет рекомендовать приоритетные направления научно-практической деятельности для каждой выделенной автором гидроэкологической области.
Личный вклад автора в полученные результаты . Приведенные в работе результаты и выводы были получены соискагелем в течение более 20 лег выполнения исследований в рамках тематики Института геологических наук Национальной академии наук Беларуси. В изданных в соавторстве научных публикациях диссертант разработал основные теоретические и методологические положения, анализировал фактический материал, принимал непосредственное участие в написании текста.
Апробация основных положений, выводов и результатов работы проведена путём участия в международных, всесоюзных и республиканских конференциях, симпозиумах, съездах и совещаниях (общим числом более 30): научных сессиях и конференциях Института геологических наук НАН Беларуси (Минск, 1976,1977, 1979, 1980, 1981 ...1993 ); заседаниях научного персонала лаборатории сырьевых ресурсов Всесоюзного научно-исследовательского института иодоЧЗромной промышленности (Саки, Крым, 1981) и тематической партии "Наука" Нефтечалинского иодо-бромного завода (Нефтечала, Азербайджан. 1978); расширенном заседании Комиссии по геохимии и гидрогеохимии Научного совета по гидрогеологии и инженерной геологии МГУ (Гомель, 1981); конференции "Актуальные проблемы курорт-
ной профилактики, лечения и реабилитации" (Друскининкай, Литва. 1987): XXIX Всесоюзном гидрохимическом совещании (Ростов-на-Дону, Россия. 1987); межреспубликанской конференции "Медицинская реабилитация и санаторно-курортное лечение больных ..." (Минск, 1990); межреспубликанском совещании "Проблемы экологической геологии в Прибалтике и Белоруссии" (Вильнюс. Литва. 1990); II Всесоюзной конференции Ядерною общества СССР "Радиоактивные отходы. Проблемы и решения" (Москва. 1991). конференции "Результаты научных исследований, выполненных в соответствии с государственной программой по ликвидации в Республике Беларусь последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС ..." (Гомель. 1992); III Всесоюзной конференции по итогам ликвидации последствий аварии на ЧАЭС ..."' (Чернобыль - Зеленый Мыс. Украина. 1992); IV Международном симпозиуме "Изотопы в гидросфере" (Москва - Пятигорск. 1993); Всероссийском гидрогеологическом совещании "Многоцелевые гидрогеохимиче-скис исследования в связи с поиском полезных ископаемых и охраной подземных вод" (Томск. 1993); XIV Менделеевском съезде по общей и прикладной химии "Химические проблемы экологии" (Минск. 1993); Международном семинаре ЮНЕСКО / ЮІІЕП / ЮНИДО "Радиационные отходы: оценка риска, минимизация образования переработка и размещение" (Москва, 1993); конференции "Оценка ресурсов подземных вод з условиях техногене-за" (Киев. 1993); международной конференции "О стратегии з области охраны окружающей среды Беларуси" (Минск. 1993); международной конференции "Управление ядерными отходами ..." (Прага. Чехия. 1993); 1-й и 2-й научно-технических конференциях "Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии" (Гродно. 1994. 1996); научно-практической конференции "Геоэкологическое картографирование Бечаруси: состояние и перспективы" (Минск. 1994); конференции "Принципы и методы картографирования геологической среды для экологических оценок" (Киев. 1994); научно-практической конференции "Геолога- экологические исследования: состояние и перспективы" (Ивано-Франковск. 1995): международной конференции "Изоляция радиоактивных отходов в геологических формациях" (Киев. 1994): международной конференции "Глубинное строение литосферы л нетрадиционное использование недр Земли" (Киев. 1996); республиканской конференции "Гидроминеральные ресурсы (охрана и рациональное использование)" (Минск. 1996); 3-й и 4-й международных научно-практических конференциях 'Эффективное повторное использование бывших военных объектов" (Минск. 1995. 1997); международном симпозиуме по прикладной геохимии (Москва. 1997); научно-технической конференции, посвященной 70-лстию БелНИГРИ (Минск. 1997); научно-практической конференции "Инженерно-геологическое обеспечение недропользования и охраны окружающей среды" (Пермь. 1997) и других.
О п у б л и к о в а и н о с т ь результатов. По теме диссертационной работы опубликовано более 60 научных работ, из них 58 основных общим объёмом 1307 страниц, в том числе монографий и брошюр
- 6, около 30 статей в научных журналах и сборниках ірудов, около 30 тезисов докладов и сообщений, за рубежом: СНГ - 16, дальнее зарубежье - 6, без соавторства - 16.
Метод исследований. Подземная гидросфера республики исследовалась методом системно-структурного анализа, согласно которому изучаемая система представляется совокупностью элементов. При этом исходят из посылки, что эти элементы могут быть связаны между собой. Системное исследование представляет собой процесс движения от функционально определяемого целого (системы) к структурным частям (элементам). Информационным решением работы явилась серия карт и схем разного масштаба, назначения и представительности.
Методика выполнения работы базировалась на стандартной основе проведения геолого-гидрогеологических, геолого-геоморфологических, гидро- и радиоэкологических исследований, применялись математические, вероятностно-статистические и геолого-экономические методы оценки информации в соответствии с существующей справочной, нормативной и рекомендательной литературой.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, 10 глав и выводов (195 страниц основного текста, 335 страниц общего объёма), списка литературы из 382 наименований, текстовых и табличных приложений (том 2), иллюстрирована 32 рисунками и 12 таблицами.
При подготовке работы отдельные вопросы обсуждались с коллегами— сотрудниками Института геологических наук НАН Беларуси и ряда других научных и производственных геологических организаций (Р.Г.Га-рецкий, С.П.Гудак, А.В.Матвеев, В.С.Усенко, Л.Ф.Ажгиревич, А.А.Махнач, В.М.Шиманович, В.А.Степанов, В.И.Пашкевич, В.Н.Плужников, О.Н.Шпа-ков, В.П.Васильев, А.К.Морозов, Л.И.Матвеева, В.И.Фоменко, Л.И.Ша-повал, А.А.Панова, С.В.Шелухин, А.А.Гречко, Г.Т.Щербин, Г.Л.Фурсиков, М.М.Черепанский и многие другие). Их квалифицированные советы и ценные замечания с благодарностью восприняты автором. Особую признательность автор выражает завлабораторией гидрогеологии ИГН НАНБ, профессору А.В. Кудельскому, по инициативе и благожелательной поддержке которого и состоялась настоящая работа.