Помощь студентам в учебе
ГИДРОГЕОХИМИЯ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ КОЛЫВАНЬ- ТОМСКОЙ СКЛАДЧАТОЙ ЗОНЫ
|
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 11
ГЛАВА 2. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ 16
ГЛАВА 3. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ОСОБЕННОСТИ
ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ РАЙОНА 29
3.1. Физико-географические условия 29
3.2. Особенности геологического строения района 39
3.3. Полезные ископаемые 61
ГЛАВА 4. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ 75
4.1. Гидрогеологическая стратификация района 75
4.2. Условия циркуляции, питания и разгрузки подземных вод. Подземный сток в
реки 87
ГЛАВА 5. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПРИРОДНЫХ ВОД РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ 91
5.1. Химический состав подземных вод 91
5.2. Химический состав речных вод 111
ГЛАВА 6. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННОГО СОСТАВА ПРИРОДНЫХ ВОД
ПОД ДЕЙСТВИЕМ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ 121
ГЛАВА 7. ФОРМИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПРИРОДНЫХ ВОД
РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ 138
7.1. Основные формы миграции химических элементов на основе расчетов процессов
комплексообразования 138
7.2. Равновесие природных вод с породообразующими минералами водовмещающих
горных пород 148
7.3. Геохимические типы подземных вод 158
7.4. Этапы формирования состава подземных вод 162
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 169
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 171
ГЛАВА 1. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 11
ГЛАВА 2. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ 16
ГЛАВА 3. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ОСОБЕННОСТИ
ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ РАЙОНА 29
3.1. Физико-географические условия 29
3.2. Особенности геологического строения района 39
3.3. Полезные ископаемые 61
ГЛАВА 4. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ 75
4.1. Гидрогеологическая стратификация района 75
4.2. Условия циркуляции, питания и разгрузки подземных вод. Подземный сток в
реки 87
ГЛАВА 5. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПРИРОДНЫХ ВОД РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ 91
5.1. Химический состав подземных вод 91
5.2. Химический состав речных вод 111
ГЛАВА 6. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННОГО СОСТАВА ПРИРОДНЫХ ВОД
ПОД ДЕЙСТВИЕМ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ 121
ГЛАВА 7. ФОРМИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПРИРОДНЫХ ВОД
РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ 138
7.1. Основные формы миграции химических элементов на основе расчетов процессов
комплексообразования 138
7.2. Равновесие природных вод с породообразующими минералами водовмещающих
горных пород 148
7.3. Геохимические типы подземных вод 158
7.4. Этапы формирования состава подземных вод 162
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 169
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 171
Актуальность исследований. Загрязнение природных вод становится самым сильным фактором отрицательного воздействия человека на окружающую среду. Вода является одним из важнейших жизненно необходимых видов природных ресурсов, использующихся практически во всех сферах жизни и деятельности человека, и одновременно неотъемлемой составляющей частью природы. Жизненно важной проблемой современности является сохранение чистоты водных бассейнов особенно густо населенных территорий, подверженных высокой техногенной нагрузке. В этом смысле и исследуемый нами объект не является исключением, поскольку, на его территории расположен Северный промышленный узел (СПУ) г. Томска. На территории СПУ сложилась критическая экологическая ситуация вследствие его перегруженности рядом крупных предприятий различного назначения, активно влияющих на природную среду. Кроме того, в районе исследований процессы техногенного характера могут накладываться на природные факторы обогащения вод металлами за счет зон минерализаций, поскольку данный район отличается особой металлогенической спецификой.
В этой связи изучение состава вод, процессов его формирования, масштабов и направленности преобразования, как за счет техногенного фактора, так и природных процессов, а также оценка питьевых качеств вод являются наиболее актуальными проблемами геохимии природных вод данного региона.
Наряду с этим на первый план выходят проблемы исследования формирования состава природных вод методами физико-химической термодинамики. Теоретической базой наших исследований является представление, развиваемое С.Л. Шварцевым, о последовательных этапах формирования состава вод зоны гипергенеза в результате взаимодействия в системе вода-порода, изучению которой автором в работе уделялось особое внимание. Сегодня проблема взаимодействия воды с горными породами привлекает внимание многих ученых, и большой интерес к ней не случаен, поскольку система вода-порода - одна из самых распространенных на Земле и определяет ход многих самых грандиозных геологических явлений на нашей планете, а ее равновесно-неравновесное состояние, по С.Л. Шварцеву (2012, 2013, 2014), определило природу и механизмы глобальной эволюции. Исследования этой системы на примере природных вод северо-восточной части Колывань-Томской складчатой зоны имеет большое теоретическое и прикладное значение для лучшего понимания явлений и процессов, происходящих при формировании состава природных вод.
Объектом научного исследования являются природные воды северо-восточной части Колывань-Томской складчатой зоны (водораздельное пространство рек Томь и Яя), предметом исследования - процессы и механизмы формирования состава и качества этих вод.
Цель данной работы заключается в изучении геохимии природных вод северо-восточной части Колывань-Томской складчатой зоны, в выявлении признаков их загрязнения, процессов формирования химического состава в ненарушенных и нарушенных природных условиях.
Задачи исследований:
1) Изучить химический состав природных вод и выявить основные закономерности поведения в них ведущих химических элементов.
2) Оценить экологическое состояние природных вод, выделить очаги антропогенного преобразования их состава.
3) Оценить степень равновесия природных вод с ведущими минералами вмещающих горных пород методами физико-химической термодинамики, выделить ведущие геохимические типы вод и определить в каждом из них фоновые концентрации типоморфных элементов.
4) Выявить ведущие процессы и факторы формирования химического состава природных вод.
Исходный материал и достоверность полученных результатов. В основу диссертационной работы был положен фактический материал гидрогеохимических исследований 1992-2000 гг., проводимых сотрудниками проблемной научно-исследовательской гидрогеохимической лаборатории Института природных ресурсов Томского политехнического университета (ИПР ТПУ) совместно с ГРК «Геосфера», а также данные опробования, проведенного лично автором в 2008 и 2013 гг. в составе полевого отряда Томского филиала Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН. Кроме того, в работе обработан и обобщен материал предыдущих лет большого коллектива исследователей, полученный в ходе тематических работ при участии П.А. Удодова, В.М. Матусевича, С.Л. Шварцева, Ю.Г. Копыловой и многих других сотрудников ТПУ. В результате была создана база данных, включающая около 1100 точек опробования.
Достоверность полученных результатов обеспечена достаточным количеством проб, современной методикой их отбора и пробоподготовки, высокоточными аналитическими методами исследования химического состава вод, выполненного в акредитованной проблемной научноисследовательской гидрогеохимической лаборатории научно
образовательного центра «Вода» ИПР ТПУ. Теория построена на обобщении данных по теме диссертационного исследования и новых данных, опубликованных в российских изданиях из перечня ВАК. При интерпретации данных использованы современные методы компьютерной обработки, аппарат математической статистики, физико-химические методы изучения миграционных форм химических элементов, а также современные взгляды на формирование химического состава вод в результате равновеснонеравновесного состояния системы вода-порода.
Сопоставительное рассмотрение чувствительностей методик анализа с кларками компонентов в подземных водах провинции умерено-влажного климата по данным С.Л Шварцева (1998) и кларковыми значениями для речных вод (Соловов, 1990) свидетельствует о корректности применяемых методов анализа для изучения распределения химических элементов на уровне их фоновых концентраций в природных водах.
Научная новизна. В развитие научных идей С.Л. Шварцева о стадийности формирования химического состава вод в результате неравновесного состояния системы вода-порода на основе дополненного фактического материала рассмотрены геохимические особенности формирования природных вод района. Впервые для данной территории построены схематические карты распределения в подземных водах общей минерализации, значений pH и других элементов. Показано, что появление повышенных содержаний в водах металлов обусловлено не только природным фактором обогащения вод за счет зон минерализаций, но и влиянием техногенного фактора. При помощи программного пакета HydroGeo рассчитаны основные формы миграции химических элементов в природных водах, исследована степень насыщенности вод относительно породообразующих минералов и по составу вторичных продуктов выветривания выделены ведущие геохимические типы вод. Изучение состава вод с использованием современных методов физико-химических расчетов взаимодействия вод с различными минералами дало возможность с качественно новых позиций подойти к вопросу о вторичном минералообразовании и его роли в формировании состава вод. Разработана схема формирования химического состава природных вод с обоснованием источников химических элементов.
Личный вклад автора в решение проблемы заключается в непосредственном отборе проб на территории объекта исследований в 2008 и 2013 гг.; обобщении имеющейся по данной территории гидрогеохимической информации; проведении статистического анализа и интерпретации полученных результатов; расчёте основных миграционных форм химических элементов; оценке степени равновесия природных вод с ведущими минералами вмещающих горных пород; выделении геохимических типов вод и выявлении фоновых концентраций типоморфных элементов в каждом из них; разработке схемы формирования химического состава подземных вод на разных этапах их взаимодействия со всеми основными составляющими окружающей среды. Автору принадлежит формулировка защищаемых положений и выводов.
Защищаемые положения:
1. На территории исследований повсеместно развиты пресные подземные воды гидрокарбонатного кальциевого состава со средней соленостью около 0,5 г/л и околонейтральной средой. Соленость и pH увеличиваются при фильтрации подземных вод в направлении от водоразделов рек к их долинам, то есть с увеличением времени взаимодействия воды с горной породой.
2. На общем фоне природных вод, формирующихся в естественных условиях, выделяются участки техногенно-трансформированных вод по
/f~iT- 2- + Т/+ -
спектру элементов макрокомпонентного состава (Cl, SO4 , Na , К , NO3, NH4+) и ряду микроэлементов. Аномальные содержания макрокомпонентов иногда вносят существенный вклад в изменение солености и состава вод. При этом техногенно-трансформированные подземные и речные воды характеризуются различным уровнем накопления в них химических элементов.
3. Большая часть подземных вод исследуемой территории равновесна с карбонатами Ca, Mg, Fe, каолинитом, Ca, Mg-монтмориллонитом, иллитом. При этом все без исключения воды не равновесны с первичными алюмосиликатами, поскольку образующиеся в этой системе вторичные минералы выступают геохимическим барьером на пути установления такого равновесия. В соответствии с составом образующихся вторичных минеральных фаз в районе развиты преимущественно три геохимических типа подземных вод, которые сменяют один другим при увеличении времени взаимодействия в системе вода-порода.
4. Формирование состава подземных вод определяется развитием в регионе начальной стадии литогенного этапа эволюции системы вода- порода и ее равновесно-неравновесным состоянием. Геохимические особенности вод, выражающиеся в преобладании кальциевой компоненты, околонейтральной среды, солености до 1 г/л и геохимических типов вод, обусловлены относительно небольшим временем взаимодействия в этой системе (активным водообменом).
Практическая значимость. Результаты представленных
исследований использовались при выполнении работ по грантам РФФИ: № 06-05-96922-р_офи «Исследование геохимических процессов рассеяния и концентрирования химических элементов в геохимических типах вод и механизма формирования водных и литохимических потоков рассеяния золотооруденения (на примере Томского рудного района)», № 11-05-98016 р_сибирь_а «Источники и механизмы накопления железа в питьевых водах Томской области», № 13-05-00062 А «Гидрогеохимия железа и марганца Западной Сибири: источники, геохимические типы вод и рудообразование», № 13-05-98070 р_сибирь_а «Геохимические и биохимические условия
формирования качества питьевых подземных вод Томской области»; в рамках госбюджетных тем: № 2.18.2004 «Исследование процессов
вторичного минералообразования и формирования геохимических типов вод (на примере юга Западной Сибири)», № 2.3.04 «Исследования механизмов трансформации состава природных вод экологически напряженных районов юга Западной Сибири». Полученные результаты также использовались при выполнении государственного контракта № 11.519.11.6044 и др.
Полученные автором результаты могут быть полезны специалистам, чьи интересы связаны с проблемами экологической безопасности и решением хозяйственно-питьевых проблем, направленных на разработку перспективных планов водоснабжения населения. В частности, полученные данные об уровнях природных концентраций химических элементов в водах могут быть использованы при мониторинге экологического состояния окружающей среды. Кроме того, результаты исследований могут быть использованы в качестве основы для районирования территории по условиям и интенсивности загрязнения опасными веществами.
Апробация работы и публикации. Отдельные разделы работы были доложены на следующих Международных и Всероссийских научных симпозиумах и конференциях в различных городах России: на
Международном научном симпозиуме студентов, аспирантов и молодых ученых им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2004, 2005, 2006), на Открытой окружной конференции молодых ученых «Наука и инновация XXI века» (Сургут, 2004), на Российской научной конференции «Гидрогеохимия осадочных бассейнов» (Томск, 2007), на Всероссийском совещании по подземным водам востока России «Подземная гидросфера» (Иркутск, 2006, 2012), на Всероссийской
конференции «Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами» (Томск, 2012; Владивосток, 2015), на II Всероссийской молодежной научно-практической школе-конференции геологического полигона «Шира» «Науки о Земле. Современное состояние» (Республика Хакасия, 2014), на VII Сибирской научно-практической конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2014).
Результаты работы освещены в 32-х публикациях, в том числе в 4-х статьях из перечня изданий, рекомендуемых ВАК: «Известия вузов. Г еология и разведка», 2010 г.; «Известия Томского политехнического университета», 2013 г.; «Вестник Томского государственного университета», 2012, 2015 гг.
Структура и объем работы. Настоящая диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы, насчитывающего 184 наименования отечественных и зарубежных изданий. Материал диссертации изложен на 191 странице, иллюстрирован 38 рисунками и содержит 17 таблиц.
Благодарности. За постоянную поддержку, помощь и направление хода мыслей автор глубоко благодарен своему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору Степану Львовичу Шварцеву. Искреннюю признательность за постоянное внимание, отзывчивость и помощь в работе автор также выражает кандидату геологоминералогических наук, директору научно-образовательного центра «Вода» Юлии Григорьевне Копыловой, благодаря которой удалось собрать базу данных. При работе над диссертацией помощь оказали советы и консультации сотрудников кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии ИПР ТПУ, а также сотрудников проблемной научноисследовательской лаборатории гидрогеохимии научно-образовательного центра «Вода». Работа выполнялась при поддержке сотрудников Томского филиала Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН профессора |М.Б. Букаты, О.Е. Лепокуровой, И.С. Ивановой, Н.С. Трифонова, которым автор также выражает искреннюю благодарность.
В этой связи изучение состава вод, процессов его формирования, масштабов и направленности преобразования, как за счет техногенного фактора, так и природных процессов, а также оценка питьевых качеств вод являются наиболее актуальными проблемами геохимии природных вод данного региона.
Наряду с этим на первый план выходят проблемы исследования формирования состава природных вод методами физико-химической термодинамики. Теоретической базой наших исследований является представление, развиваемое С.Л. Шварцевым, о последовательных этапах формирования состава вод зоны гипергенеза в результате взаимодействия в системе вода-порода, изучению которой автором в работе уделялось особое внимание. Сегодня проблема взаимодействия воды с горными породами привлекает внимание многих ученых, и большой интерес к ней не случаен, поскольку система вода-порода - одна из самых распространенных на Земле и определяет ход многих самых грандиозных геологических явлений на нашей планете, а ее равновесно-неравновесное состояние, по С.Л. Шварцеву (2012, 2013, 2014), определило природу и механизмы глобальной эволюции. Исследования этой системы на примере природных вод северо-восточной части Колывань-Томской складчатой зоны имеет большое теоретическое и прикладное значение для лучшего понимания явлений и процессов, происходящих при формировании состава природных вод.
Объектом научного исследования являются природные воды северо-восточной части Колывань-Томской складчатой зоны (водораздельное пространство рек Томь и Яя), предметом исследования - процессы и механизмы формирования состава и качества этих вод.
Цель данной работы заключается в изучении геохимии природных вод северо-восточной части Колывань-Томской складчатой зоны, в выявлении признаков их загрязнения, процессов формирования химического состава в ненарушенных и нарушенных природных условиях.
Задачи исследований:
1) Изучить химический состав природных вод и выявить основные закономерности поведения в них ведущих химических элементов.
2) Оценить экологическое состояние природных вод, выделить очаги антропогенного преобразования их состава.
3) Оценить степень равновесия природных вод с ведущими минералами вмещающих горных пород методами физико-химической термодинамики, выделить ведущие геохимические типы вод и определить в каждом из них фоновые концентрации типоморфных элементов.
4) Выявить ведущие процессы и факторы формирования химического состава природных вод.
Исходный материал и достоверность полученных результатов. В основу диссертационной работы был положен фактический материал гидрогеохимических исследований 1992-2000 гг., проводимых сотрудниками проблемной научно-исследовательской гидрогеохимической лаборатории Института природных ресурсов Томского политехнического университета (ИПР ТПУ) совместно с ГРК «Геосфера», а также данные опробования, проведенного лично автором в 2008 и 2013 гг. в составе полевого отряда Томского филиала Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН. Кроме того, в работе обработан и обобщен материал предыдущих лет большого коллектива исследователей, полученный в ходе тематических работ при участии П.А. Удодова, В.М. Матусевича, С.Л. Шварцева, Ю.Г. Копыловой и многих других сотрудников ТПУ. В результате была создана база данных, включающая около 1100 точек опробования.
Достоверность полученных результатов обеспечена достаточным количеством проб, современной методикой их отбора и пробоподготовки, высокоточными аналитическими методами исследования химического состава вод, выполненного в акредитованной проблемной научноисследовательской гидрогеохимической лаборатории научно
образовательного центра «Вода» ИПР ТПУ. Теория построена на обобщении данных по теме диссертационного исследования и новых данных, опубликованных в российских изданиях из перечня ВАК. При интерпретации данных использованы современные методы компьютерной обработки, аппарат математической статистики, физико-химические методы изучения миграционных форм химических элементов, а также современные взгляды на формирование химического состава вод в результате равновеснонеравновесного состояния системы вода-порода.
Сопоставительное рассмотрение чувствительностей методик анализа с кларками компонентов в подземных водах провинции умерено-влажного климата по данным С.Л Шварцева (1998) и кларковыми значениями для речных вод (Соловов, 1990) свидетельствует о корректности применяемых методов анализа для изучения распределения химических элементов на уровне их фоновых концентраций в природных водах.
Научная новизна. В развитие научных идей С.Л. Шварцева о стадийности формирования химического состава вод в результате неравновесного состояния системы вода-порода на основе дополненного фактического материала рассмотрены геохимические особенности формирования природных вод района. Впервые для данной территории построены схематические карты распределения в подземных водах общей минерализации, значений pH и других элементов. Показано, что появление повышенных содержаний в водах металлов обусловлено не только природным фактором обогащения вод за счет зон минерализаций, но и влиянием техногенного фактора. При помощи программного пакета HydroGeo рассчитаны основные формы миграции химических элементов в природных водах, исследована степень насыщенности вод относительно породообразующих минералов и по составу вторичных продуктов выветривания выделены ведущие геохимические типы вод. Изучение состава вод с использованием современных методов физико-химических расчетов взаимодействия вод с различными минералами дало возможность с качественно новых позиций подойти к вопросу о вторичном минералообразовании и его роли в формировании состава вод. Разработана схема формирования химического состава природных вод с обоснованием источников химических элементов.
Личный вклад автора в решение проблемы заключается в непосредственном отборе проб на территории объекта исследований в 2008 и 2013 гг.; обобщении имеющейся по данной территории гидрогеохимической информации; проведении статистического анализа и интерпретации полученных результатов; расчёте основных миграционных форм химических элементов; оценке степени равновесия природных вод с ведущими минералами вмещающих горных пород; выделении геохимических типов вод и выявлении фоновых концентраций типоморфных элементов в каждом из них; разработке схемы формирования химического состава подземных вод на разных этапах их взаимодействия со всеми основными составляющими окружающей среды. Автору принадлежит формулировка защищаемых положений и выводов.
Защищаемые положения:
1. На территории исследований повсеместно развиты пресные подземные воды гидрокарбонатного кальциевого состава со средней соленостью около 0,5 г/л и околонейтральной средой. Соленость и pH увеличиваются при фильтрации подземных вод в направлении от водоразделов рек к их долинам, то есть с увеличением времени взаимодействия воды с горной породой.
2. На общем фоне природных вод, формирующихся в естественных условиях, выделяются участки техногенно-трансформированных вод по
/f~iT- 2- + Т/+ -
спектру элементов макрокомпонентного состава (Cl, SO4 , Na , К , NO3, NH4+) и ряду микроэлементов. Аномальные содержания макрокомпонентов иногда вносят существенный вклад в изменение солености и состава вод. При этом техногенно-трансформированные подземные и речные воды характеризуются различным уровнем накопления в них химических элементов.
3. Большая часть подземных вод исследуемой территории равновесна с карбонатами Ca, Mg, Fe, каолинитом, Ca, Mg-монтмориллонитом, иллитом. При этом все без исключения воды не равновесны с первичными алюмосиликатами, поскольку образующиеся в этой системе вторичные минералы выступают геохимическим барьером на пути установления такого равновесия. В соответствии с составом образующихся вторичных минеральных фаз в районе развиты преимущественно три геохимических типа подземных вод, которые сменяют один другим при увеличении времени взаимодействия в системе вода-порода.
4. Формирование состава подземных вод определяется развитием в регионе начальной стадии литогенного этапа эволюции системы вода- порода и ее равновесно-неравновесным состоянием. Геохимические особенности вод, выражающиеся в преобладании кальциевой компоненты, околонейтральной среды, солености до 1 г/л и геохимических типов вод, обусловлены относительно небольшим временем взаимодействия в этой системе (активным водообменом).
Практическая значимость. Результаты представленных
исследований использовались при выполнении работ по грантам РФФИ: № 06-05-96922-р_офи «Исследование геохимических процессов рассеяния и концентрирования химических элементов в геохимических типах вод и механизма формирования водных и литохимических потоков рассеяния золотооруденения (на примере Томского рудного района)», № 11-05-98016 р_сибирь_а «Источники и механизмы накопления железа в питьевых водах Томской области», № 13-05-00062 А «Гидрогеохимия железа и марганца Западной Сибири: источники, геохимические типы вод и рудообразование», № 13-05-98070 р_сибирь_а «Геохимические и биохимические условия
формирования качества питьевых подземных вод Томской области»; в рамках госбюджетных тем: № 2.18.2004 «Исследование процессов
вторичного минералообразования и формирования геохимических типов вод (на примере юга Западной Сибири)», № 2.3.04 «Исследования механизмов трансформации состава природных вод экологически напряженных районов юга Западной Сибири». Полученные результаты также использовались при выполнении государственного контракта № 11.519.11.6044 и др.
Полученные автором результаты могут быть полезны специалистам, чьи интересы связаны с проблемами экологической безопасности и решением хозяйственно-питьевых проблем, направленных на разработку перспективных планов водоснабжения населения. В частности, полученные данные об уровнях природных концентраций химических элементов в водах могут быть использованы при мониторинге экологического состояния окружающей среды. Кроме того, результаты исследований могут быть использованы в качестве основы для районирования территории по условиям и интенсивности загрязнения опасными веществами.
Апробация работы и публикации. Отдельные разделы работы были доложены на следующих Международных и Всероссийских научных симпозиумах и конференциях в различных городах России: на
Международном научном симпозиуме студентов, аспирантов и молодых ученых им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2004, 2005, 2006), на Открытой окружной конференции молодых ученых «Наука и инновация XXI века» (Сургут, 2004), на Российской научной конференции «Гидрогеохимия осадочных бассейнов» (Томск, 2007), на Всероссийском совещании по подземным водам востока России «Подземная гидросфера» (Иркутск, 2006, 2012), на Всероссийской
конференции «Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами» (Томск, 2012; Владивосток, 2015), на II Всероссийской молодежной научно-практической школе-конференции геологического полигона «Шира» «Науки о Земле. Современное состояние» (Республика Хакасия, 2014), на VII Сибирской научно-практической конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2014).
Результаты работы освещены в 32-х публикациях, в том числе в 4-х статьях из перечня изданий, рекомендуемых ВАК: «Известия вузов. Г еология и разведка», 2010 г.; «Известия Томского политехнического университета», 2013 г.; «Вестник Томского государственного университета», 2012, 2015 гг.
Структура и объем работы. Настоящая диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы, насчитывающего 184 наименования отечественных и зарубежных изданий. Материал диссертации изложен на 191 странице, иллюстрирован 38 рисунками и содержит 17 таблиц.
Благодарности. За постоянную поддержку, помощь и направление хода мыслей автор глубоко благодарен своему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору Степану Львовичу Шварцеву. Искреннюю признательность за постоянное внимание, отзывчивость и помощь в работе автор также выражает кандидату геологоминералогических наук, директору научно-образовательного центра «Вода» Юлии Григорьевне Копыловой, благодаря которой удалось собрать базу данных. При работе над диссертацией помощь оказали советы и консультации сотрудников кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии ИПР ТПУ, а также сотрудников проблемной научноисследовательской лаборатории гидрогеохимии научно-образовательного центра «Вода». Работа выполнялась при поддержке сотрудников Томского филиала Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН профессора |М.Б. Букаты, О.Е. Лепокуровой, И.С. Ивановой, Н.С. Трифонова, которым автор также выражает искреннюю благодарность.
По результатам проведенных исследований установлено, что геохимические особенности подземных вод верхнего и нижнего этажей выражаются в однообразии анионно-катионного состава - гидрокарбонатные воды с преобладанием кальция. В соответствии со специфическими геологогидрогеологическими особенностями структуры Колывань-Томской складчатой зоны, а именно двухъярусным ее строением, изучаемые подземные воды верхнего и нижнего структурных этажей хоть и являются близкими по средним значениям компонентов химического состава, но все же имеют определенные отличия по их содержанию.
В целом химический состав подземных вод исследуемой ландшафтной зоны (южной тайги) типичен для вод, не подверженных процессам континентального засоления, об этом, в частности, свидетельствуют низкие значения натрия, хлоридов и сульфатов, а также минерализации и pH вод.
Химический состав речных вод близок по составу к подземным водам, что связано с небольшой водностью малых рек, в питании которых доля подземной составляющей в меженный период достаточно велика, а влияние процессов разбавления речных вод атмосферными осадками становится минимальным.
На фоне вод с естественным формированием их химического состава выделяются техногенно-трансформированные воды. При этом наибольшие следы трансформации химического состава несут речные воды, самые наименьшие - подземные воды коренных пород. Самыми неблагополучными в экологическом отношении являются водопункты, которые находятся в зоне влияния СПУ. К наиболее яркому проявлению загрязнения относится полная трансформация макросостава и изменение геохимического облика речных вод от гидрокарбонатных кальциевых до хлоридных натриевых .
Все изученные природные воды района исследований равновесны с вторичными алюмосиликатными минералами, а их осаждение ведет к переходу от одного геохимического типа вод к другому.
Формирование доминирующей кальциевой, а не натриевой компоненты обусловлено небольшим временем взаимодействия в системе вода-порода (интенсивностью водообмена), эволюция состава вод протекает на начальной стадии литогенного этапа их формирования.
В целом химический состав подземных вод исследуемой ландшафтной зоны (южной тайги) типичен для вод, не подверженных процессам континентального засоления, об этом, в частности, свидетельствуют низкие значения натрия, хлоридов и сульфатов, а также минерализации и pH вод.
Химический состав речных вод близок по составу к подземным водам, что связано с небольшой водностью малых рек, в питании которых доля подземной составляющей в меженный период достаточно велика, а влияние процессов разбавления речных вод атмосферными осадками становится минимальным.
На фоне вод с естественным формированием их химического состава выделяются техногенно-трансформированные воды. При этом наибольшие следы трансформации химического состава несут речные воды, самые наименьшие - подземные воды коренных пород. Самыми неблагополучными в экологическом отношении являются водопункты, которые находятся в зоне влияния СПУ. К наиболее яркому проявлению загрязнения относится полная трансформация макросостава и изменение геохимического облика речных вод от гидрокарбонатных кальциевых до хлоридных натриевых .
Все изученные природные воды района исследований равновесны с вторичными алюмосиликатными минералами, а их осаждение ведет к переходу от одного геохимического типа вод к другому.
Формирование доминирующей кальциевой, а не натриевой компоненты обусловлено небольшим временем взаимодействия в системе вода-порода (интенсивностью водообмена), эволюция состава вод протекает на начальной стадии литогенного этапа их формирования.