Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Формирование химического состава грунтовых вод юго-восточной части Республики Руанда в связи с применением гидрогеохимического метода поисков рудных месторождений и оценка их пригодности для питьевого водоснабжения

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Формирование химического состава грунтовых вод юго-восточной части Республики Руанда в связи с применением гидрогеохимического метода поисков рудных месторождений и оценка их пригодности для питьевого водоснабжения"

РГ6 од

^0^:УДАРСТВЕННЬ1И КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНАЯ АКАДЕМИЯ имени СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

На правах рукописи

БАЛИГИРА РОБЕРТ

ФОР 1ШРСВАШЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ГРНПОВЫХ ВОД ЮГО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ РЕСПУБЛИКИ РУАНДА В СВЯЗИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИДРОГЕОХИУИЧЕСКОГО МЕТОДА 10ИСК OB РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИИ И ОЦЕНКА ИХ ПРИГОДНОСТИ ДЛЯ ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

■Специальность 0 4.00.0f]. - гидрогелогия

А и т о р о ф 'о р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата reo,лого-минералогических наук

Москва - 1993

Работа выполнена в Московской Государственной Геологоразведочной Академии.

Научные руководители - Доктор геолого-минералогических наук,

профессор'ШвецВладимир Михайлович

— Кандидат геолого-минералогических на; доцент Воронов Александр Борисович

Официальные оппоненты — Доктор геолого-минерал огических наук

профессор Куликов Г.В.

- 'Кандидат геолого-минералогических наук, ст. научный сотрудник Голицын М.С.

Ведущая организация - ВНИИЗАРУВЕЖГЕО.ЛОГИЯ

Защита состоится 17 июня 1993 г. в 15:часов на заседании спс циализиро ванного совета К.063.55.04 в Московской Государственной Геологоразведочной Академии по адресу : 117485, Москва, ул. Миклу маклая, дом 23, ауд N 5-49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГГА.

Просьба Ваши замечаниям отзыв на автореферат в 1 экземпляре, заверенный печатью учреждения, прислать на имя ученого секретаря специализированного совета.

Автореферат разослан " " 1993 г

Ученый секр етарь специализированного совета профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Вопросы формирования химического состава грунтовых вод юго-восточной части республики Руанда являются весьма актуальными. Е настоящее время примерно 54« вод, используемых для питьевых целей являются поверхностными, причем они, как правило, низкого качества и часто вызывают различные заболевания у людей. Улучшение условий питьевого водоснабжения зависит в значительной степени от изучения закономерностей формирования химического состава грунтовых вод. К настоящему времени для данной территории составлен проект использования подземных вод, однако химический состав, его формирование и генезис вод остаются по сей день слабо изученными.

Вместе с тем, перед геологической службой Республики Руанда сто- ' ят важные задачи по поискам и разведке природных ресурсов с применением новых эффективных методов. Поэтому предлагаемый гидрогеохимический метод поисков рудных и других месторождений является весьма перспективным.

Цель и задачи работы. Диссертация посвящена изучению условий формирования химического состава грунтовых вод юго-восточной части республики Руанда е связи с сценкой их пригодности для питьевого водоснабжения и применением гидрогеохимического метода поисков рудных месторождений. Поставленная цель определила следующие задачи исследований:

- уточнение условий залегания грунтовых вод территории на основе анализа геолого-гидрогеолсгических условий;

- изучение макро- и микрокомпонентного состава грунтовых вод, определение основных факторов и процессов, влияющих на закономерности формирования их химического состава;

- проведение гидрогеологического районирования;

- выделение ткпоморфных ассоциаций макро- и микрокомпонентов, характерных для гидрогеохимических аномалий, связанных с рудными полями;

- выявление гидрогеохимических аномалий и обоснование целесообразности проведения новых поисково-разведочных работ;

-оценка качества грунтовых вод дл*. целей юл-снаб.жения.

Методика исследования. Диссертационная работа составлена в основном по результатам полевых и лабораторных исследований, проведенных автором в период 1989 - 1992 гг в районе ¡ого-восточной части республики Руанда и на кафедре гидрогеологии МГГА с использованием еле-

дугацих методов:

- сбор и анализ литературного и фондового материала по геолого-гидрогеологическим условиям территории;

- теоретическое рассмотрение процессов и факторов формирования химического состава грунтовых вод в регионах с тропическим климатом;

- вероятностно-статистические методы обработки полученного фактического материала на ЭВМ;

- составление гидрогеохишческих карт по полученным результатам обработки исходного материала.

В полевых условиях и в лабораториях МГГА и ЕСЕГИНГЕО пробы воды подвергались различным лабораторным исследованиям: колориметрическому, объемному, турбидиметрическому, спектральному и др.

Научная новизна.

1. Впервые выполнено обобщение геолого-гидрогеологических условий территории исследований.

2. Выделены и рассмотрены основные факторы и процессы формирования химического состава подземных еод.

3. Оценена перспективность металлогении территории на основе гидрогеохимических исследований.

4. Предложена схема гидрогеологического районирования территории на основе геологического строения, гидрогеологических и гидрогеохимических условий.

5. Выполнено районирование территории с учетом перспективности использования грунтовых вод в целях питьевого водоснабжения.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Генетическая модель химического состава грунтовых вод территории, включающая два генетических типа: экзогенный и эндогенно-экго-генный.

2. Гидрогеохимическое районирование территории по условиям формирования химического состава подземных вод.

3. Гидрогеохимические закономерности, позволяющие оценивать перспективы рудоносности территории и качество подземных вод для питьевого водоснабжения.

Практическая ценность. Результаты исследований могут быть использованы при планировании поисково-разведочных работ на олово-воль-фрамитовое и другие оруденения и постановке гидрогеологических работ, связанных с региональной оценкой ресурсов питьевых подземных вод, их охраной и рациональным использованием.

Реализация работы. Результаты исследований отражены в науч-

-производственных отчетах Министерства Общественных Работ Республи-Руанда и доложены на научной конференции профессорско-преподава-льского состава, научных сотрудников, аспирантов и студентов ШТА Ьсква, 1993 г.).

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из вве-ния, семи глав и заключения. Материал изложен на /^страницах ма-жшисного текста, включает ¿2- рисунков и / Я таблиц. Список лите-.туры содержитесь. наименований.

В первой главе освещены вопросы истории геолого-гидрогеологичес-й изученности территории.

Во второй главе рассмотрены физико-географические условия.

В третьей и четвертой главах приведены основные сведения о гео-тическом строении и гидрогеологических условиях территории.

В пятой и шестой главах рассмотрены методика исследований и за-1Номерности формирования химического состава грунтовых вод террито-ги. Здесь даются результаты полевых исследований, их обработка и ин-'рпретация. Проводится гидрогеологическое районирование, построение ФТ и выделение гидрогеохимических аномалий.

В седьмой главе рассмотрены вопросы оценки качества грунтовых Я для питьевого водоснабжения и степень юс загрязнения.

Работа выполнена в Московской Государственной геологоразведочной адемии, где автор обучался в очной аспирантуре на кафедре гидрогео-1гии под руководством заведующего кафедрой доктора геолого-минерало-[ческих наук, профессора В. М. Швеца и кандидата геолого-минералоги-•ских наук доцента А. Б. Еоронова, которым автор глубоко признателен i постоянную помощь и поддержку.

При выполнении данной работы автор обрап;элся за консультациями к [ециалистам кафедр гидрогеологии и геологии ШТА, которым выражает [убокую признательность. Сыгранная роль покойного Alexis :irababyeyi, его готовность представить автору нужную документацию ши полезны для работы.

В процессе исследований автор неоднократно пользовался консуль-щиями и ценными советами доктора геолого-минералогических наук, из-стного специалиста в области разработки и применения гидрогеохими-ского метода поисков рудных месторождений Б. А. Колотова, которому iTop искренне благодарен.

Автор также выражает благодарность Е. А. Колотовой за большую по-|щь в проведении аналитических работ.

-4-

СОДЕРЮАНИЕ РАБОТЫ

1. ГЕОЖ)ГО - ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ ТЕРРИТОРИИ.

В целом можно отметить, что относительно полно проведено изучение геологического строения в связи с поисками месторождений полезны: ископаемых, а также изучение климатических условий. Результаты эти: исследований обобщены в работах F. Delhaye и A. Salee (1928), R. d< Dyker (1943), J. Gerards и J. Lepersonne (1952), J. Gerards, J. Lepersonne и V. Petric (1963), A. Larckin , (1965), F. Krup¡ (1967),Zigerababili, Baudin и Ziserman (1978) и др..Поверхностные i подземные воды изучены очень слабо, поэтому эти работы не дают достаточны:'. сведений о гидрогеологических условиях обследоЕ?кной территории. Результаты гидрогеологических работ отражены в сводке В. Sebiscgo (1978) и в некоторых производственных отчетах.

2. «ВИКО - ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ТЕРРИТОРИИ.

Изучаемая территория расположена в юго-восточной части Республики Руанда, в 50 км юго-восточнее столицы Кигали. В орографическом отношении район представляет собой горные цепи с абсолютными отметкам от 1300 до 1900 м.

Гидрографическая сеть территории очень густая, что объясняете; большим количеством осадков (в среднем 700 - 900 мм. в год) и сравнительно низким испарением от (60 до 600 мм. в год). Гидрологически* режим всех рек связан с условиями климата и в точной мере отражает чередование сухих и дождливых сезонов. Такое совпадение позволяет утверждать, что реки юго-восточной части Республики Руанда имеют прей мущественно атмосферное и частично подземное питание. Неравномернее распределение количества атмосферных осадков в течение года оказывает влияние на расход воды рек. Главнейшая pera территории - р. Акагера с притоками Няборонго и Руагитугуса.

Данные упрощенного баланса атмосферного увлажнения показывают, что во всех Еодосборных бассейнах только один месяц нюнь характеризуется превышением испарения над осадками, причем это превышение невелико от 0,14 до 57,63 мм/мес.

3. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ТЕРРИТОРИИ.

Основные сведения о геологическом строении юго-восточной част! республики Руанда получены в ходе многочисленных геолого-съемочны} работ, результаты которых обобшэны в работах F. Delhaye и A. Salee

(1923) , J. Gerards и J. Le personne (1952) . J. Gerards, J. Lepersonne и V. Petric (1963) , Zigerababi 11, Baudm и Zisermsn (1978) П др. .

E пределах изученной территории основное развитие имеют отложения верхнего протерозоя, в разрезе которых выделяются три серии:

СЕРИЯ РУСУМО (PR2ru). (В других источниках известна как нижняя серия) Обнажается на востоке изучаемой территории, где она сложена, главными образом,темно-серыми и серыми филлитами, чередующимися с серицитовыми сланцами. Мощность серии около 850м.

СЕРИЯ ЕИЙУМЕА (PRgSb) представлена серыми и бурыми кварцитами, темными филлитами, серицитовыми сланцами мощностью 2500 м.

Венчается разрез верхнего протерозоя породами СЕРИИ МИЙОЕЕ (Pi^ sm). Она обнажается на западе изучаемой территории и сложена красными, темножелтоватыми филлитами и серицитовыми сланцами с тонкослоистыми кварцитами. Мощность серии около 2000м.

Среди четвертичных отложений широкое развитие имеют современные аллювиальные, делювиально-злювиальные, болотные и озерные отложения.

Характерной особенностью геологического строения рассматриваемого региона является широкое развитие кор выветривания .мощность которых в отдельных местах превышает 40 м. Самый верхний горизонт этих кор представлен своеобразными латеритовыми образованиями мощностью 12 - 15 м, называемыми кирасой. Обычно это железистые или железисто -глиноземистые породы сильнопористой структуры, что делает водоносный горизонт коры выветривания исключительно водопроницаемым и играющим важную роль в формировании подземных вод.

' Е исследуемом районе также имеются-интрузивные пароды. Массив, расположенный на юго-востоке территории, сложен биотитовыми огнейсо-ванными гранитами. Широкое,огнейсование пород данного массива указывает на его древний возраст. Другие массивы развиты на севере и юго-западе в районе расположения озер Наншо, Мухази, Саке и Мугесера. Породы этих массивов сложены мусковитовыми гранитами с турмалином и с незначительным количеством биотита. В меньшей степени встречаются пластовые интрузии базальтового состава, мощностью до 500 м, часто являющиеся основанием серии Еийумба.

По имеющейся литературе [Е. Иванов, 1982] на территории Республики Руанда и, в частности, на исследуемой территории выявлены геохимические аномалии. Некоторые из этих аномалий уже привели к открытию рудных месторождений. В большинстве случаев минералы олова и вольфрама связаны с пегматитами и жилами.

4. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ.

В гидрогеологическом отношении район попадает в гидрогеологичес кую область Африканско-Аравийского рифтового пояса. Эта область,плс щадыо 1. ббмлн. км, вытянута в направлении, близком к меридианальнок;.-Она начинается на юге у водопадов Мерчисона (расположенных южнее оэ Ньяса) и достигает на севере Красного моря и Аденского залива [Мари нов а А. ,1978].

Следует отметить, что в гидрогеологическом отношении район иву чен неравномерно по площади и на глубину. Более или менее полно представление для основных частей территории можно составить только подземных водах, залегающие до глубины 50 - 100м; сведения о боле глубоких частях гидрогеологического разреза имеются в юго - восточно части республики, где были пройдены отдельные скважины глубиной д 150 м.

Таким образом, автор считает наиболее целесообразным при описа нии подземных вод' юго-восточной части республики Руанда ограничитьс выделением водоносных горизонтов на стратиграфической основе, позво ляющей -отразить гидрогеологические структуры и связь подземных вод водовмещающими породами.

Детальность расчленения пород, содержащих водоносные горизонт: или комплексы, в основном соответствует детальности расчленения reo логических образований на составленной ранее геологической карт> масштаба 1:100000 (В. ПЕТРИСЕСУ ,1962 г и др.).

4.1. Водоносньй комплекс рыхлых четвертичных отложений.

В гидрогеологическом отношении в пределах юго-восточной част! республики Руанда водоносный комплекс рыхлых четвертичных отложенш изучен сравнительно хорошо. По результатам бурения отдельных скважи] и их геофизического опробования мощность водоносного комплекса достигает 20 м, а местами и больше. Здесь широко развиты грунтовые к слабонапорные воды. Водовмепрющие породы представлены различными генетическими, возрастными и литологическими типами. По этим признакам выделяются следующие водоносные горизонты:

4.1.1. Водоносный горизонт спорадического распространения элювиально-делювиальных отложений.

Этот водоносный горизонт распространен в краевых частях равнины, а также в покровных песчано-глинистых отложениях на склонах останцо-вых гор. Водоносный горизонт имеет небольшую мощность. Водовмещающие породы представлены слабопроницаемыми разностями (супеси,суглинки).

а уплощенных водоразделах и их склонах, где химическое выветривание ород играет основную роль в формировании этих отложений, значитель-ая мощность глинистых и суглинистых образований создает неблагопри-тные условия для инфильтрации атмосферных осадков. В связи с этим ижележащие щебенисто-галечниковые отложения обводнены лишь на участ-ах слабого дренирования их подстилающими коренными породами. Прояв-яются они в виде нисходящих источников у подножий склонов с дебитами т сотых долей до одного литра в секунду.

На участках развития элювиально-делювиальных отложений создаются лагоприятные условия для питания подземных вод аллювиальных отложе-ий и коренных пород.

4.1.2. Водоносный горизонт аллювиальных отложений речных террас.

Водоносный горизонт приурочен к линзам песков, супесей, легким ылеватым суглинкам я залегает на глубине 1,0 - 10,0 м. На первой и торой террасах с относительными превышениями соответственно 2 - 4 и 0-12 м, этот горизонт имеет локальное распространение и встречен в трицательных формах рельефа, имея временный характер.

Питание еодоносного горизонта осуществляется за счет инфильтра-ии атмосферных осадков и фильтрации вод из водоемов. Эти воды при еболыпой глубине залегания легко подвергаются загрязнению с поверх-ости. Иногда они загрязнены органическими веществам!.

Источником для крупного водоснабжения горизонт служить не может связи малой водообильностью, но он играет значительную роль в пита-ии нижележащего водоносного горизонта.

4.1. 3. Водоносный горизонт аллювиальных отложений узких долин.

Этот горизонт распространен в долинах протоков больших рек Нкунгу, Акагера, Руагитагуса). Водовмещающие аллювиальные отложения редставлены песчано-гравийкыми образованиями мощностью от 2 до 12 м, среднем 4,5 - 6. 5 м. Водоносный горизонт гидравлически связан с по-ерхностными водами, залегает на глубинах 6 - 30 м ,а его уровень на-одится в большой зависимости от уровня воды в реках.

В аллювиальных отложениях пройдено большое количество скважин на оду глубиной до 100 м., чаще от 40 до 60 м. Еоды аллювиальных отло-ений юго-восточной части республики Руанда широко используются для елей водоснабжения сельской местности с потребностью в воде около 25 /сут. В аллювиальных отложениях большинство скважин вскрывают напор-ые воды. Однако величины напоров небольшие, как правило от 5 до 15 И.

Глубина залегания подземных вод аллювиальных отложений юго-восточной части республики Руанда различная; она колеблется от 0,5 - 1 до 4 - 5 м. • от поверхности земли, местами достигает 6-10 м. в зависимости от высоты рельефа. Б приречной зоне и на пониженных участка} в дождевой период по причине поднятия горизонта воды в реках, отмечается самоизлив подземных вод из некоторых буровых скважин, напримег скв. N 28.

Еодообильность горизонта весьма изменчива, зависит от мощности водовмещающих пород, проницаемость которых меняется как по горизонтали, так и по вертикали. Удельные дебиты скважин колеблются от 5,76 дс 86,4 мг/сут, коэффициент фильтрации весьма изменчив в интервале от 0,03 до 2,9 м2/сут.

Обшэя минерализация подземных вод аллювиальных отложений юго-восточной части республики Руанда низкая и колеблется от 0,3 дс 1,0 г/л. Е этом горизонте преимущественно встречаются гидрокарбонат-но-хлорвдные кальциевые воды.

4.1.4. Подземные воды болотных отложений.

Болотные образования состоят из гравийно-галечных песков, супесей, суглинков, глин, илов. В гидрогеологическом отношении эти отложения еще не изучены, но по-видимому в них формируются свободные и местами напорные воды. Эти воды загрязнены органическими веществами. Б них наблюдаются повышенные содержания Ре и Мп. Содержание железа обычно колеблется от 0,03 до 7,0 иг/л. Повышенное содержание железа в водах болотных отложениях связано с определенными литологическими и геоморфологическими условиями, а именно с имеющимися в эти:-: отложениях скоплениями суглинков и отсуствием в некоторых случаях гены аэрации.

4.2. Воды кор выветривания пород докембрии.

Докембрийские 'отложения на территории юго-восточной части республики Руанда имеют большое распространение. На большей ее части они выходят на дневную поверхность, где они представлены кристаллическими сланцами, кварцитами. Эти породы характеризуются очень малой водопроницаемостью и развитием трещинных вод в зоне выветривания.

4.2.1. Подземные воды в породах серии Русумо.

Породы этой серии представлены пиритизированными сланцами, в связи с чем их водопроницаемость очень низкая. Подземные воды развиты в корах выветривания и трещинах и их питание осуществляется атмосферными осадками. При бурении скважин на воду установлены уровни подзем-

ных вод в этих породах на глубине 25 - 45 м.

4. 2. 2. Подземные воды в породах серии Еийумба.

Судя по данным полевых исследований этих подземных вод (выходы родников), можно предполагать, что водоносность отложений серии Еи-йумба велика. Дебит родников составляет ОД - 0,5 л/с. Состав водов-мещаицих отложений характеризуется преобладанием кварцитов над сланцами. Подземные воды, приуроченные к этим отложениям, движущиеся по трещинам выветривания и тектоническим нарушениям, образуют единый водоносный горизонт пластово-трешлного типа. Бурение скважин показывает, что водообильяость этих отложений составляет от 100 до 200 л/мин при динамическом уровне 10 - 15 м.

4. 2.3. Подземные воды в породах серии Мкйове.

Еодообильность пород серии Мийове не очень велика. Подземные воды здесь движутся, в основном, ло трещинам кливажа, напластования и выветривания, но ширина трещин как правило небольшая. Глубина, на которой были вскрыты трещинные воды , невелика и составляет несколько метров. Е предгорьях эти воды еыходят на поверхность в виде источников. Мощность водоносного горизонта колеблется от нескольких до 50 м и более.

Скважина N 1, расположенная на юго-востоке от озера Мухази, вскрыла воду на глубине 6,93 м. Дебит скважины достигает 200 л/мин. Геологический разрез скважины показывает, что грунтовые воды приурочены к отложениям разнозернистого гравия, покрытого 3-метровым почвенно-растительным слоем. Водоупором служат глины мощностью от 2 до 6 м. Ниже, на глубине 40 м, в гравийных сланцах вскрыты напорные воды. На глубине 60 м залегают непроницаемые сланцы, которые служат подстилающим водоупором для горизонта напорных вод. Динамический уровень горизонта составляет 50 м, а статический - 6,45 м.

Л. 3. Подземные воды коры выветривания ингрузинньи пород.

Интрузивные породы на территории юго-восточной части Республики Руанда встречаются вокруг озер. В гидрогеологическом отношении эти породы также слабо изучены. Вода, как правило, залегает на небольшой глубине со свободной поверхностью. Еодообильность пород в зоне выветривания высока. Дебит скважины N 3 колеблется от 50 до 100 л/мин. Уровень подземных вод находится на глубине Юм.

4.4. Подземные воды разрывных нарувеннй.

Зоны разрывных нарушений широко развиты на исследуемой ■

территории и характеризуются хорошими коллекторскимп свойствами. Питание подземных вод разрывных нарушений осуществляется, в основном, за счет атмосферных осадков, дренирования пород, рассекаемых разломами, а также в результате перетока воды из поверхностных водотоков и водоемов. Нельзя исключить определенную роль в питании этих вод и эндогенных источников.

Разгружаются подземные воды зон разрывных нарушений с помощью родников, а также в водоносные горизонты, встречаемые на пути движения подземных вод.

Вода в зонах разрывных нарушений, как правило, пресная. Минерализация воды в родниках, связанных с разломами в районе сектора Рукира, изменяется от 0,2 до 0,4 г/л.

В условиях юго-восточной части Республики Руанда к зонам разломов приурочены проявления рудной минерализации различного типа, оказывающей влияние на химический состав воды. Поэтому в таких зонах воды часто обогащены рудными компонентами и микрокомпонентами. Тип воды хдоридно-гидрокарбонатныЯ натриевый.

Таким образом, наиболее существенное значение в юго-восточной части Республики Руанда имеют: 1) водоносные комплексы рыхлых четвертичных отложений; 2) трещинные грунтовые воды коры выветривания докембрия; 3) трещинно-жильные воды зон разрывных нарушений .

5. №ТОДИКА_ГИДРОГЕОХШ№ЧЕСК1(Х ИССЛЕДОВАНИЙ 5.1. Отбор проб, их обработка и концентрирование.

Для изучения формирования химического составз подземных вод юго-восточной части Республики Руанда автором лично проведены полевые маршруты с целью определения качества воды на месте отбора пробы.

В результате полевых маршрутов отобрана 51 проба поверхностнь подземных вод. Из них в 45 определены в полевых условиях следующие компоненты: НН£, Na" + К*, Саг+, Мег+, общая жесткость, HCOJ, СГ, N0^, С0|7 свободная углекислота, рН и обшэя минерализация. 'Остальные 5 проб были герметично закрыты в стеклянной посуде для контрольного анализа в лаборатории аналитической химии кафедры химии МГГА.

Кроме того, при проведении полевых маршрутов отобрано 37 проб с целью концентрирования способом АК( адсорбционнокомплексообразова-тельный). Как известно, способ АК предложен и разработан Т.Е. Спасской, Б. А. Колотовым, В. А. Поляковым и И.Ю. Соколовым (ЕСЕГИНГЕО). Концентрирование осуществляется следующим образом: к 1 л. исследуемой

эоды добавляется 1 г. "слошого сорбента"; через 15-20 мин. концентрат отделяется от маточного раствора, высушивается с помощью фильтр о -вально?> бумаги. Высушенный концентрат подвергается спектральному анализу. 'Определение микрокомпонентоЕ РЬ, Си, 2п, 5п, Ве, V, Мо, Ад, 1И, П, .ОТ осуществлялось з лаборатории ВСЕГИНГЕО. В связи с этим азгор выражает глубокую признательность 3. Гудзь, Т. Спасской, Л. Каныги-ной, которые любезно согласились выполнить определение этих микрокомпонентов.

5.2. Графе-аналитические методы исследования формирования химического состава грунтовых вод.

Для того,чтобы выяснить роль процесса смешения, строилась диаграмма смешения. На оси абсцисс откладывалось значение минерализации грунтовых вод, а на оси ординат - содержание макрокомпонентов. При наличии смешения зависимость между минерализацией и содержанием макрокомпонентов принимает вид: у = ах+Ь.

5.3. Вероятностно-статистические методы обработки информации.

Интерпретация результатов химических анализов разработана многими исследователями. Чаще применяются методы математической статистики и среди них метод корреляционного анализа.

При обработке фактического материала использован пакет программ БТАГСЖАГ, разработанный в США. Им предусмотрен парный корреляционно-регрессионный и факторный виды анализа, с помощью которых выделены типоморфные ассоциации химических элементов, определена природа гидрогеохимических аномалий, выявлены факторы формирования химического состава подземных вод.

Для построения гидрогеохимнческнх карг использован пакет программ гиКРЕЯ. С помощью этой программы построены изолинии концентраций химических элементов.

Обработка результатов спектрального анализа микрокомпонентов предусматривала вероятностно-статистическое выделение гидрогеохимического фона и аномалии. С помощью графиков вероятности, построенных по методике П. А. Удодова (1980), строилась специальная масштабная сетка, где на оси ординат даются накопленные частости, а на оси абсцисс - логарифмы содержания элементов. Если распределение концентраций микрокомпонентов в водах подчиняется логарифмически нормальному закону, график представляет собой прямую линию с разбросом точек в пределах доверительных пределов. По этому графику определяется граница между фоновыми и аномальными концентрациями.

Таким образом определялась верхняя граница фона микрокомпонентного состава грунтовых вод и поверхностных водотоков юго-восточно] части Республики Руанда и ввделены гидрогеохимические аномалии.

6. ФОРМИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ГРУНТОВЫХ ВОД ЮГО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ РЕСПУБЛИКИ РУАНДА И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ

6.1. Основные факторы и процессы формирования химического состава грунтовых вод.

Приведенное выше описание основных водоносных комплексов показывает, что на исследуемой территории распространены, главным образом, поровые -грунтовые воды и слабонапорные воды трещинно-пластового типа. Для классификации основных факторов, источников и процессов формирования химического состава грунтовых вод юго-восточной части Республики Руанда были использованы классификации Е. Е Посохова (1955, 1975 гг.), К.Е. Питьевой (1978 г.). В формировании химического состава грунтовых вод территории, большую роль играют физико-географические факторы : рельеф, гидрографическая сеть и климат. В геологические факторы входят тектоника, литолого-минералогический состав горных пород. Гидрогеологический фактор включает гидродинамические и гидрогеохимические условия территории. Что касается биологических факторов, то они связаны с деятельностью растений и микроорганизмов. Среди главных процессов следует назвать;растворение, смешение, гидротермальные процессы, сорбция и ионный обмен, окисление, диффузия и осмос, биохимические процессы и процессы формирования кор выветрива-ния(углекислотное выщелачивание и др.).

Большое количество атмосферных осадков, выпадающих на исследуемой территории, относительно невысокая величина испарения, повышенная влажность воздуха, возникающая в условиях тропического климата, а также густая гидрографическая сеть создают благоприятные условия для питания подземных вод атмосферными осадками и поверхностными (речными) водами. В итоге, все эти природные факторы приводят к формированию определенного химического состава подземных вод на территории юго-восточной части Республики Руанда.

6.5. Формирование макрокомпонентного состава.

На основе регрессионного анализа построены диаграммы зависимости между минерализацией и содержаниями.макрокомпонентов, удовлетворяющие прямолинейному закону смешения. Увеличение минерализации происходит, в основном, за счет увеличения содержания ионов На, С1 и НСО .

Повышенное относительное содержание иона хлора в грунтовых водах

:от 10 до нескольких десятков мг/л) согласно гипотезе Дерпгольца ;1979), можно объяснить его эндогенным происхождением, так как на территории Республики Руанда имеются гидротермальные воды НС03- Иа состава с повышенным содержанием хлора. Минерализация этих вод изметается от 0,3 до 0,9 г/л ,а температура доходит до 80°С,

Ион НС0~является важнейшей частью ионного состава маломинерализованных вод. Он преобладает над другими химическими компонентами этих вод. Его содержание изменяется от 20-40 до 100-300 мг/л и более. Источником гидрокарбонатных ионов служат преимущественно продукты химического выветривания алюмосиликатных горных пород, которое протекает по следующим химическим уравнениям:

СаО. 2А1а03.4510е+ 2С0£+ 5Нг0=^Са^+ 2НС0^+ гН^А^Б^Оу. Ш

Па„А1,5Ь0, + 2С0> ЗН,0 = 2Ма + 2НС0Г+ Н.А1 510 + 4510 [2]

^ Ь с. ^ 3 7 *• 7 2-

Немаловажно также наличие карбонатных минералов в рыхлых образованиях четвертичных отложений :

СаС03+ С0~+ 2НС0~ [33

С0^+ 2НС0'~ С4]

Среди катионов подземных вод преобладает натрий. Важнейшим источником натрия в подземных годах района являются продукты химического зыветривания горных пород (см. реакцию [2]).

На основе комплексного аннализа всего фактического материала на исследуемой территории мокко выделить два типа вод различного химического состава : у\ М С1ь7ПС03 ^ , м НСС2Кс1и

^ Ы* 61 С« 33 ° "-^и^пТ^Г^Н

Первый тип, экзогенный, в основном определяется инфильтрацией. Его распространение связано с районами более спокойного залегания водоБмещающих пород и слабого развития разрывных нарушений. Второй гип, эндогенно-экзогенный, в значительном мере характеризуется влиянием глубинных вод, которые привносят ион С1~и, возможно, углекислоты Последняя вызывает химическое разложение алюмосиликатов с обра-

зованием ионов НСС^, На +К , Са . ( см. реакции |1] и [27). Все многообразие химического состава подземных вод территории, формируется,главным образом^в результате смешения двух типов.

По характеру изменения минерализации и химического состава грунтовых вод на территории по плошэди можно выделить три гидрогеохимических зоны. Первая зона включает воды с минерализацией от 80 до 100 мг/л, химический состав вод исключительно НС05~С1-Са-Ма. В формировании этих вод главную роль играют инфильтрационные воды. Вторая зона распространена, в основном, в центральной и северной частях территории и включает воды с минерализацией от 100 до 300 мг/л. Химический состав в основном НС03-С1-Са-Ма реже С^НСО^-Иа. Среди катионов преобладающая роль кальция сохраняется лишь в подземных водах с минерализацией менее 200 мг/л, уступая при дальнейшем росте минерализации ионам натрия. Третья зона представлена двумя участками, связанными с разрывными нарушениями или с контактами гранитов с метаморфическими породами. Минерализация вод этой зоны более 300 мг/л; вода СЬНСО^-Ыа состава.

Следует отметить, что повышенное содержание иона фиксируемое в некоторых пробах, может быть связано с сульфидными минералами, находящимися в вольфрамитовом месторождении.

6. 3. Формирование микрокомпонентнаго состава.

В обогащении грунтовых вод микрокомпонентами главную роль играют процессы, протекающие в коре выветривания. Наибольшее разнообразие микрокомпонентов обнаруживается в водах, связанных с разрывными нарушениями.

Анализ законов распределения содержания микрокомпонентов в грунтовых водах показал, что их распределение подчиняется логнормальному закону. Содержание микрокомпонентов в отобранных автором пробах вод показано в таблице 1 . Определение их нижнеаномальных содержаний позволило выделить четыре гидрогеохимических аномалии (См. рис.1).

Первая гидрогеохимическая аномалия расположена на севере. Содержание суммы металлов(Е.Ые) изменяется от 30 до 200 мкг/л и более. Данная аномалия совпадает с эксплуатируемыми олово-вольфрамнтовыми месторождениями в секторе Руинкваву и охватывает северо-западную часть исследуемой территории в секторе Рукара. Следует отметить, что выявление вышеуказанной аномалии способствовало подтверждению правильности проведенных гидрогеохимических исследований.

Вторая выявленная гидрогеохимическая аномалия находится в 10-15 км к юго-востоку от г. Кибунго. Она примыкает к реке Кабая, которая

- 15-

шщшщиш С1Ш1Ш1 ШПШШШИ I П1ЙШП

HIHI

laíiiH i

ilt- ItlTI Otite «Cil проб Сцецане, ler/i Гранта Diamant

se (Í-aapg- It!l < 1,01 1,83 (.1 0.3 1,0 3,0 10 30 180

fb 3? 13,5 5 13.5 - - - - 18.2 8 21,7 2.7 1 32,4 45.2 1! 70.3 IÍ.3 ! 37.3 2,7 1 119.1 11,0

и 3/ 37,1 II 37,! - - - - 37,8 U 75.7 24,3 1 110,8 - - 1,7

Ci 37 0 - - - - 5,4 2 5,4 13,5 5 11,3 84,8 24 13,7 18,2 8 31.7 - 15,0

Tl 37 8 - - - 2,7 1 2,7 13,5 5 15,2 35,1 13 51.3 32,4 12 83,8 11,8 4 34.8 5,4 2 101,8 14.0

II 37 13,5 5 13,5 - - - 5,4 2 18,5 24,3 3 43,2 48,5 15 83.! 13,5 5 37.2 !,7 1 33,3 - 1.)

Cl 37 72,1 27 72,î - - - 2.7 1 75,Í 13,5 5 83,? 5.4 2 «.5 5.4 2 33.3 - - u

tr 37 38,0 II ' 31,11 - - - lî.t 5 51,5 8,1 J 53.8 32.4 12 32.0 5,4 2 37.4 2,7 1 180,8 - 3.5

И 37 8.1 i M - - 13.5 5 21.6 48.5 15 82,; 2?,8 18 83,1 U ! 31,8 8.1 ! 33,3 - - 1,5

Ko 37 18,2 $ 18,2 - 2,7 1 10,3 52.4 12 51,3 ¡7,8 14 13,1 2,7 1 81,8 5,4 2 37,2 2.7 1 33,! • 2.7

«1 37 13,5 5 13,5 H,8 4 21,3 32,4 12 55,7 23,7 11 15,4 i,l 3 и,; 5,4 2 83,3 - - • - 0,16

h 17 5,1 2 5,1 23.; и 35.1 45.7 17 II.) lî, ! 4 31,! i.l 3 33,S 21.1

U ¡7 88,1 32 65.4 - - - i.t 3 31.5 5.4 2 33,3 - - - - 1,2

Se 37 2,7 1 2,7 4»,S 18 51,3 •21,3 3 75.8 16.2 8 31.1 5.4 2 37,2 2.7 ! 33,3 - - ■ - 0,01

г»«:

M

'«.s

—♦ часшть, 2 —♦ часта

—♦ вашим» utwri, Z

, -м ^ ^ Концентрация 2ГМе>. _ мнг/л

I 1 Аномалия по РЬ Ш1НЦ Аномалия повп Аномалия по 77

1,Л,Ш-гидрогеологические районы

Рис■ у. Карте гидрогеохимических аномалий и гидрогеологического районирования Юго-•Восточнои части Республики Руанда

'/наследовала разрывное нарушение. Содержание повышенной концентрации микрскомпонентов установлено в двух точках наблюдения, где их сумма достигает 2СО мкг/'л.

Остальные две гидрогеохимические аномалии совпадают с имеющимися на территории геохимическими аномалиями /Е. Иванов, 1982 /.

Результаты парной корреляции позволили выявить парагенетическуга связь между РЬ, Ш, Ус, Со. Коэффициент корреляции между ними более 0,80. С другой стороны^по результатам факторного анализа легко выделяется фактср, объединяющий общую минерализацию воды, содержание НСС^ ,Ыа++ К^и СГ. В то же время, выделяется фактор, объединяющий типичные микрокомпоненты гидротермального рудного месторождения: Си, РЬ, 5п, Т1. Факторный анализ позволил также выделить характерную

для условий юго-восточной части Республики Руанда гидрогесхимическую рудную аномалию микрокомпонентов Со, Ш, РЬ, Т1, V, 5п.

Выявление гидрогеохимических аномалий позволяет рекомендовать новый для республики Руанда геолого-поисковый метод, котсрыЯ, уточняя уже имеющиеся на территории геохимические аномалии , в свою очередь, открывает новую перспективною гидрогеохимпческуто аномалию.

6. 4 Гидрогеологическое районирование.

Для исследуемой территории выделены три района в зависимости от физико-географических, геолого-гидрогеологических и гидрогеохимических условий (см. рис.1). Первый район охватывает юго-западную часть территории и находится на относительно низких гипсометрических отметках. Он характеризуется развитием мощных аккумулятивных образований и спокойным залеганием пород. Здесь развиты трещинные воды экзогенного типа, приуроченные к коре выветривания. Второй район охватывает центральную часть с высокими гипсометрическими отметками. Для него типичны: изрезанный рельеф, глубокие долины и горные реки. Это район активней тектонической деформации и широкого развития разрывных нарушений. Здесь развиты трещпнно-жильные веды эндогенно-экзогенного типа. Именно в этом районе открыты наиболее важные гидрогеохимические аномалии. Третий район охватывает юго-восточную часть территории со средними гипсометрическими отметками и характеризуется равнинным рельефом со спокойным залеганием пород. Подземные воды в этом районе являются трещинными водами экзогенного типа, приуроченными к коре выветривания.

7. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ГРУНТОВЫХ ВОД ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ВОДОСНАБИЕНИЯ

Как было отмечено, формирование химического состава грунтовых

вод исследуемой территории происходит исключительно за счет естественных факторов. Изучение макро- и микрокомпонентного состава показывает, что, в целом, грунтовые воды по минерализации и содержанию макрокомпонентов отвечают требованиям для питьевого водоснабжения.

В основном химический состав по минерализации и содержанию макрокомпонентов грунтовых вод территории соответствует нормам.

Микрокомпонентный состав грунтовых вод территории, в основном, также отвечает указанным требованиям, за исключением повышенного со-

3 4*

держания в отдельных пробах Ш^Ге ,Ее.

В результате развития горно-добывающей промышленности на участках гидрогеохимических аномалии возможно загрязнение подземных вод рудными микрокомпонентами. Как указывает В. М. Гольдберг (1984) в этой связи, важно выявлять тендецию ухудшения качества подземных вод, даже если оно не превышает ПДК. Такую задачу следует поставить перед дальнейшими исследованиями.

Таблица 2

1 | ЭЛЕМЕНТЫ КОНЦЕНТРАЦИЯ, 1 мг/л |

Минимальные 1 | Максимальные 1 1 1 ВДК | 1 I

| Минерализация 70.0 1 | 470 1 1 | 1000-1500 |

1 NH ^ 0 | 0.65 1 0.45 |

1 0 I 0.5 I 1.0-1.5 |

| Pb 0 | 0.066 I 0.05-0.1 |

I Сг 0 | 0.14 1 0. 01-0. 05 1

| Fe3+ 0 I 0.7 1 0.3-1. 0 |

| Mn 0 | 0.2 I 0.1-0. 5 |

| N01 0 | 0.1 1 1.0 I

1 NOS 0 | 3.08 | 10.0 |

| Zn 0 | 0.1 | 5. 0-15. 0 |

| Be 0 | 0.003 | 0.002 |

| Mo 0 I 0.13 0.5 |

I Cd i ... . 0 | 0.001 1 .. _ ... I 0.01 | ..( 1

вьвода

1) В юго-восточной части Республики Руанда формируется два химических типа грунтовых вод. Исходными являются инфильтрационные воды

кзогенного генезиса и воды смешения эндогенно-экзогенного генезиса.

2) Формирование химического состава грунтовых вод происходит, в сновном, за счет взаимодействия в системе "вода-порода". Происхожде-:ие С1 , вероятно, связано с эндогенными флюидами.

3) По характеру изменения минерализации и химического состава ыделено 3 зоны : а) зона с минерализацией воды от 80 до 100 мг/л; б) она с минерализацией от 100 до 300 мг/л; в) зона с минерализацией олее 300 мг/л. С увеличением минерализации грунтовые воды становятся олее хлоридными.

, 4) Проведено гидрогеохимическое районирование с учетом геоморфо-огических особенностей, геологического строения и гидрогеологических словий; выделено 3 района : юго-западный, центральный и юго-восточ-,ый. В юго-западном и юго-восточном районах распространены, в основ-ом, грунтовые воды экзогенного (инфильтрационного) происхождения. В .ентральном районе развиты грунтовые воды эндогенно-экзогенного гене-иса.

5) Формирование выявленных гидрогеохимических аномалий, перспек-ивных на рудные месторождения, связано с годами эндогенно-экзогенно-о генезиса, распространенными в центральном гидрогеологическом райо-е.

6) Выявленная новая перспективная гидрогеохимическая аномалия в айоне р. Кабая связана с трещинно-жильными водами глубинного разлома.

7) По минерализации, химическому и микрокомпонентному составу зученные грунтовые воды, в основном, соответствуют требованиям, редъявляемым к водам для питьевого водоснабжения.

8) Загрязнение тяжелыми металлами может происходить в районах азработки рудных месторождений и в районах разгрузки глубинных вод.

Публикации

. Особенности формирования химического состава грунтовых вод юго-вос-очной части республики Руанда. Сборник трудов научной конференции рофессорско-преподавательского состава, научных сотрудников, аспи-