Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Формирование химического состава подземных вод Центрального Копетдага и предгорной равнины в условиях естественного и нарушенного режима

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Формирование химического состава подземных вод Центрального Копетдага и предгорной равнины в условиях естественного и нарушенного режима"

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КОМИТЕТ ПО ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ ИНСТИТУТ им. СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

На правах рукописи

АНТОНОВ Андрей Викторович

ФОРМИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД ЦЕНТРАЛЬНОГО КОПЕТДАГА И ПРЕДГОРНОЙ РАВНИНЫ В УСЛОВИЯХ ЕСТЕСТВЕННОГО И НАРУШЕННОГО РЕЖИМА.

Специальность 04.00.06. — гидрогеология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

МОСКВА—1992

Работа выполнена на кафедре гидрогеологии Московского ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочного института им. С. Орджоникидзе

Научный руководитель — доктор геолого-минералогических наук, профессор В. М. Швец

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогаческих наук Б. А. Колотов

кандидат геолого-минералогических наук Л. Г. Соколовский

Ведущее предприятие — Гидрогеологический трест ПО"Турк-менгеология"

Защита состоится " е^Лэуож?, 1992,г. в час

в ауд. Ь~49на заседании специализированного совета К. 063. 55. 04. в Московском ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочном институте им. С. Орджоникидзе по адресу: 117485, Москва, ул. Миклухо-Маклая,23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочного института.

Просим Вас принять участие в работе совета или прислать Ваш отзыв на автореферат в 2-х экземплярах с заверенной печатью, подписью на имя ученого секретаря специализированного совета.

Автореферат разослан " " 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, профессор В. М. Кононов.

■-.-.--^.^чгС! .'■'■ ■■■

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Генеральная схема комплексного исследования и охраны водных ресурсов, основы водного законодательства Туркменистана определяют создание крупных водохозяйственных систем, предусматривающих вовлечение в сферу производства всех видов водных ресурсов. Изучение закономерностей формирования химического состава подземных вод является в настоящее время одной из важнейших задач проблемы комплексного исследования, использования и охраны водных ресурсов. Для территории Центрального Копетдага и предгорной равнины эта проблема является особенно острой в связи с недостаточным увлажнением территории, отсутствием во многих районах источников поверхностного водоснабжения, а также в связи с задачами дальнейшего развития и расширения промышленного и сельскохозяйственного производства региона.

Цель работы. Диссертация посвящена изучению закономерностей формирования химического состава подземных вод Центрального Копетдага и предгорной равнины в условиях естественного и нарушенного режима. Для реализации поставленной цели решены следующие задачи:

- на основе анализа геолого-гидрогеологичеекпх условий региона выявлены закономерности распространения подземных вод Центрального Копетдага и предгорной равнины;

- изучены условия формирования химического состава подземных вод в естественных и нарушенных условиях, определены основные факторы и процессы, влияющие на закономерности формирования, а также выделены основные источники вещественного состава подземных вод;

- с использованием факторного анализа дана количественная характеристика основных факторов формирования и проведена типизация подземных вод по условиям формирования химического состава в естественных и нарушенных условиях, выполнено районирование рассматриваемой территории на основе данной типизации.

Методика исследований включала:

- обобщение имеющегося и получение нового полевого и экспериментального материала по общему химическому и микрокомна-нентному составу подземных вод,его анализ и систематизацию;

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

- картирование результатов обработки исходных гидрогеологических данных и выявление закономерностей распространения типов подземных вод;

- статистическую обработку фактического материала с применением методов факторного анализа;

- теоретическое рассмотрение процессов формирования химического состава подземных вод.

В основу диссертации положены результаты исследований, проведенных автором в составе сектора региональной гидрогеологии Туркменского научно-исследовательского геологоразведочного института / ТуркменНИГРИ / в период с 1985 по 1988 гг. Обобщено и систематизировано около 1 ООО полных химических и спектральных анализов подземных вод.

Научная нрвизна.

1. Впервые для территории исследований проведен анализ гидрогеохимической и гидогеодинамической обстановок на основе использования факторнгого анализа и выделены основные факторы, определяющие формирование химического состава подземных вод в естественных и нарушенных условиях.

2. Дано научное обоснование ранее выявленной гидрогеохимической зональности.

3. Получена количественная характеристика основных выявленных факторов формирования химического состава подземных вод.

4. Уточнена схема стадийности формирования гидрогеохимического режима подземных вод орошаемых территорий предгорной равнины Центрального Копетдага.

5. Произведена типизация подземных вод Центрального Копетдага и предгорной равнины по условиям формирования химического состава в естественных и нарушенных условиях с учетом их гидрохимических и фильтрационных свойств, основных физико-химических процессов, источников вещественного состава и использования в народном хозяйстве.

6. Реализованы результаты применения факторного анализа в виде серии карт и схем районирования Центрального Копетдага и предгорной равнины.

Основные защищаемые положения.

1. Адаптация метода факторного анализа к решению региональных гидрогеохимических задач в естественных и нарушенных условиях.

2. Выявленные основные факторы формирования химического состава подземных вод в естественных и нарушенных условиях. В естественных условиях основными факторами являются климат, рельеф, гидрология, тектоника, региональные гидрогсодинамичс-ские и гидрогеохимические условия, глубина залегания подземных вод. В нарушенных условиях - это мелиорация земель, фильтрация из русла канала и водохранилищ и водоотбор.

3.Гидрогеохимичсское районирование территории, основанное на закономерностях распространения и формирования подземных вод подчиняется основным факторам / региональные гидрогеохимические и гидрогеодинамические условия, водоотбор, орошение и фильтрация из канала и водохранилищ /.

Практическая ценность.

Результаты исследований могут быть использованы при планировании и постановке водохозяйственных, гидрогеологических и гидрогеохимических работ, связанных с региональной оценкой водных ресурсов, их охраной, прогнозом и рациональным использованием.

Наличие практически во всех организациях вычислительной техники позволяет использование рекомендуемых математических методов в практике гидрогеологических работ.

Реализация работы. Результаты исследований вошли в научно-производственный отчет сектора региональной гидрогеологии Тур-кменНИГРИ и будут использованы Гидрогеологическим трестом ПО " Туркмснгеология " при проведении поисково-разведочных работ на воду.

Апробация работы. Основные положения диссертации отражены в 5 печатных работах. Результаты исследований докладывались на IX республиканской научной конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 70-летию Ленинского комсомола / Ашхабад, 1988 / и на научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников, аспирантов и студентов Московского геологоразведочного института им. С. Орджоникидзе /Москва, 1989/.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения. Материал изложен на {84страницах машинописного текста, включает 2.2 рисунков, 38 таблиц. Список литературы содержит 146 наименований.

В первой главе освещены вопросы истории и состояния изучен-

ности подземных вод исследуемого решона.

Во второй главе рассмотрены физико-географические условия, гидрография и гидрохимия Центрального Копстдага и предгорной равнины, освещены его геолого-структурные особенности.

В третьей главе приведены основные сведения о гидрогеологическом строении территории, литологическом составе и фильтрационных свойствах, особенностях региональных гидрогеодинамических и п 1д ро геох и м и ч ее к и х условий и их зональности.

В четвертой главе рассмотрены методика исследований и закономерности формирования химического состава подземных вод Центрального Копетдага и предгорной равнины.

В пятой главе рассмотрены вопросы районирования территории по условиям формирования подземных вод, основных физико-химических процессов, источников вещественного состава и использования в народном хозяйстве.

Работа выполнена в Московском геологоразведочном институте, где автор обучался в очной аспирантуре на кафедре гидрогеологии под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора В. М. Швеца, которому автор глубоко признателен за постоянную помощь и поддержку, советы и замечания при выполнении работы. В процессе исследований автор неоднократно пользовался консультациями и ценными советами доцентов И. С. Осмоловского, А. Б. Лисенкова, А. Б. Воронова и других сотрудников кафедры. В сборе фактического материала и его обработке большую помощь оказали зав. кафедрой гидрогеологии и инженерной геологии ТПИ Д. Бабаев, ст.н.сотрудник кафедры гидрогеологии МГУ И. Л. Кри-венцова, зав. лабораторией совершенствования автоматизированной обработки геолого-геофизичсских материалов ТуркменНИГРИ Т. Ю. Спивак. Всем им автор искренне благодарен.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

История изученности подземных вод региона.

Первые сведения о геологическом строении и подземных водах Копетдага и предгорной равнины появились во второй половине XIX в. и начале XX в. Глубокие научные изыскания были проведены в это время В. А. Обручевым / 1890 / и А. Д. Нацким /19151916/. Однако планомерное изучение геологического строения и гидрогеологических условий Копстдага и прилегающей к нему

предгорной равнины было начато только в 1930-х годах, когда вопросы поисков новых водных ресурсов приобрели большое значение в связи с возникновением новых отраслей народного хозяйства Туркменской республики. В период с 1935 по 1947 гг. здесь проводились систематические геологические съемки, в результате которых была полностью закартирована эта территория. Большая заслуга в этом принадлежит П. И. Калугину. Наиболее детальное изучение предгорной равнины Центрального Копетдага началось в связи с работами по проектированию Каракумского канала им. В. И. Ленина. Геолого-геоморфологическое изучение трассы Каракумского канала проводилось А. А. Ямковым, М. К. Граве, Б. 3. Урецким, А. В. Сидоренко, Н. М. Ефремовым и др.

Регулярные наблюдения за режимом подземных вод в Центральном Копетдаге и на предгорной равнине ведутся с 1947 г. Наблюдения в первые годы велись по редкой сети наблюдательных скважин, колодцам и кяризам. В настоящее время практически на всей территории предгорной равнины Центрального Копетдага создана опорная наблюдательная сеть, которая по состоянию на 1987 г. насчитывала более 200 скважин. Региональное изучение режима подземных вод проводится применительно к масштабу 1:200 000.

Сведения о гидрогеологических условиях Центрального Копетдага и его предгорной равнины нашли отражение в XXXVIII томе " Гидрогеологии СССР " / 1973 /, в работах И. И. Никшича /

1924,

1925, 1927 /; П. И. Калугина / 1942, 1945, 1966 /; М. К. Граве /1957, 1977, 1981 /; И. Я. Давыдова / 1962, 1963 /; Н. В. Роговской / 1959, 1961, 1981, 1982, 1983/; О.Я.Калугиной / 1963, 1969, 1983 /; В. Н. Кунина / 1959, 1963 /; М. Р. Милькиса / 1964, 1967, 1968, 1969, 1981 /; А. В. Кудельского / 1968, 1969 /; Г. Р. Келембет / 1969 /; А. Г. Езиашвили / 1971 /; Я. А. Хаджакулиева / 1980, 1983 /; Н. Г. Шевченко / 1980, 1982, 1985 /; М. М. Батыршина

/ 1981, 1982,1983 /; Д. Бабаева / 1986 / и др.

К настоящему времени на территории Центрального Копетдага и предгорной равнины проведено большое количество гидрогеологических работ. Это способствовало накоплению значительного числа фактического материала по режиму подземных вод , глубине залегания уровня подземных вод л их химическим анализам, фильтрационным свойствам отложений и другим гидрогеологическим пока-

»

зателям. Весь этот материал, в основном, представлен цифровыми данными.

Природные условия формирования химического состава подземных вод Центрального Копетпага и предгорной равнины.

Юго-западную часть рассматриваемого района занимает горный Копетдаг, представленный цепями антиклинальных хребтов, которые отделены друг от друга синклинальными понижениями. Эта территория является основной областью питания и первоначального формирования подземных вод. Северо-восточная часть территории - это пологонаклонная пролювиальная предгорная равнина, образованная гравийно-галечниковыми и супесчано-суглинистыми отложениями слившихся конусов выноса, которая является областью транзита и разгрузки поверхностных и подземных вод, поступающих со стороны Копетдага. Предгорная равнина имеет в целом волнистый рельеф и характеризуется поверхностью, понижающейся в направлении с юго-запада на северо-восток.

Климат района характеризуется высокой среднегодовой температурой воздуха / 6,9° — 15,8 С / с большой суточной и годовой амплитудой колебания, малым количеством атмосферных осадков / 215 — 381 мм/г / и значительным испарением / 236 — 272 мм/г / Самой крупной водной артерией района является Каракумский канал с ирригационной и коллекторско-дренажной сетью. Вдоль Каракумского канала для регулирования его стока построены водо -хранилища.

Основные сведения о геологическом строении Центрального Ко- • петдага и предгорной равнины получены в ходе многочисленных съемочных работ, результаты которых обобщены в работах Н. П. Васильковского, Ю. Н. Година, М. И. Граве, А. В. Данова, П. И. Калугина, Г. И. Каляева, Г. К. Литвина, В. Н. Огнева, М. П. Сукачева и многих других исследователей.

В геологическом строении описываемой территории принимают участие преимущественно морские осадочные образования. Только верхняя часть неогеновых и четвертичных отложений представлена континентальными осадками. Суммарная мощность отложений от четвертичных до верхнеюрских включительно в Центральном Ко-петдаге составляет более 9000 м.

В тектоническом отношении Копетдаг составляет северное звено Туркмено-Харасанской горной системы, входящей в альпийскую

геосинклинальную зону. В Центральном Копетдаге выделяются с юга на север две зоны / В. Н. Крымус, 1966 /: зона внутренних складок и зона глубинного разлома. С северо-востока к Копетдагу примыкает его предгорный прогиб, сочленение которого с горноскладчатой областью происходит вдоль плоскости Главного разлома Копетдага.

В геоморфологическом отношении рассматриваемая территория делится на два примерно равных по площади участка, отличающихся по условиям формирования рельефа. Юго-западная половина территории представляет собой часть расчлененной горной страны и почти целиком относится к области сноса. В то же время северовосточная половина рассматриваемой территории, представляющая собой предгорную равнину, целиком относится к области аккумуляции и очень слабо подвержена процессам разрушения. В настоящее время большую роль в рельефообразовании предгорной равнины играет хозяйственная деятельность человека. На общем фоне предгорной равнины выделяются орошаемые массивы, характеризующиеся спланированностью больших площадей и густой сетью ирригационных каналов. Необходимость выделения орошаемых земель обусловлена тем, что они создают своеобразный морфологический фон предгорной равнины, где создается специфический режим подземных вод, отличный от естественного.

Гидрогеологические условия.

Гидрогеологические условия Центрального Копетдага и предгорной равнины достаточно детально освещены в работах М. К. Граве / 1957 /; П. И. Калугина / 1948 /; И. Я. Давыдова / 1962, 1963 /; М. Р. Милькиса / 1968 /; О. Я. Калугиной / 1969, 1983 /; Д. Бабаева / 1986 / и других исследователей.

Вопросы гидрогеологической стратификации Копетдага освещены в работах И. К. Зайцева / 1945, 1959 /, М. Е. Альтовского / 1960 /, А. С. Рябченкова / 1968 /, В. А. Всеволожского / 1977 / и др. В данной работе гидрогеологическая стратификация складчатой области Копетдага дается в соответствии с данными Тома 38 "Гидрогеологии СССР Всего в пределах изучаемой территории выделяется восемь водоносных комплексов: 1) водоносный комплекс четвертичных отложений; 2) водоносный комплекс неогеновых отложений; 3) водоносный комплекс палеогеновых отложений; 4) водоносный комплекс туронских и датских отложений; 5) водоносный

комплекс сеноманских отложений; 6) водоносный комплекс альб-ских отложений ; 7) водоносный комплекс аптских отложений; 8) водоносный комплекс мальм-неокомских отложений;

Объектом изучения в данной работе является водоносный комплекс четвертичных отложений.

Водоносность четвертичных ртложений. .Цитологический состав и фильтрационные свойства четвертичных отложений Центрального Копетдага и предгорной равнины нашли свое отражение в работах Д. Бабаева / 1986 /; С. Б. Байрамова / 1967 /; К. Вейсова / 1980 /; М. К. Граве / 1957 /; Н. Нургельдыева / 1974,1975 /; С.К Фаньковского / 1970 /; Ф. Ф. Файнберга / 1974 /, и других исследователей.

В настоящее время выделяется пять сменяющих друг друга, вытянутых вдоль передового хребта Копетдага, литологических зон с различным характером строения водовмещающих пород: 1) коренных отложений Копетдага, 2) гравийно-галечниковая, 3) супесча-но-суглинистая с прослоями гравия, 4) супечано-суглинистая и 5) супесчаная. Фильтрационные свойства пород тесно взаимосвязаны с литологическим составом водовмещающих отложений. Четко прослеживается закономерное уменьшение водопроницаемости толщи в направлении от предгорий к равнинной части. Наиболее высокие значения коэффициентов фильтрации и водопроводимости приурочена к южной части территории, сложенной валунными и гравий-но-галечниковыми отложениями, минимальные значения характерны для участков, где в разрезе преобладают супесчано-суг-линистые отложения и относятся к самым периферийным участкам конусов выноса.

Глубины залегания уровня подземных вод характеризуются четкой закономерностью, выражающейся в уменьшении глубин в соответствии с падением отметок рельефа от 80 - 100 м в горной части райна, сложенной грубообломочными отложениями и обладающих высокими фильтрационными свойствами /Кф = 6 - 10 м/сут/ до 1,0 м и менее на перифериях конусов выноса, сложенных супссчано-суглинистыми отложениями /Кф = 0,4 - 3,0 м/сут/. Встречаются также аномальные, относительно фоновых, глубины залегания подземных вод. Обычно они имеют антропогенный характер и приурочены к участкам водозаборов, под орошаемыми массивами и вдоль русла Каракумского канала. В целом по площади положение подземных вод с различными глубинами залегания определяется рель-

ефом местности и изменяется в соответствии с изменениями абсолютных отметок поверхности земли.

Направление потока подземных вод отображает общий уклон поверхности, который в пределах данного района является северо-восточным. Уклоны поверхности потока различные и изменяются от 0,02 в горной части района до 0,0005 на северной периферии предгорной равнины.

Химический состав подземных вод Центрального Копетдага и предгорной равнины отличается большим разнообразием. Минерализация подземных вод в целом на рассматриваемой территории изменяется от 0,1 до 50 г/л. Наименьшие значения минерализации /0,1 - 0,5 г/л/ характерны для горной части района и для участков верховий и срединных частей конусов выноса. Наибольшие ее значения /до 50 г/л/ соответствуют периферийным слившимся частям конусов выноса.

Химический состав и степень минерализации подземных вод Центрального Копетдага и предгорной равнины предопределяется минерализацией и химическим составом воды источников питания, глубиной залегания уровня подземных вод, удаленностью от области питания, интенсивностью водообмена и литологичсским составом водовмещающих пород. Общей закономерностью для подземных вод данной территории является постоянное увеличение их минерализации с одновременной трансформацией их химического состава в направлении от привершинных частей конусов выноса к их периферии. В этом направлении происходит смена гидрокарбонатного типа вод хлоридным. Эти изменения происходят по схеме: Б04 - НСОз — НСОз - 304— С1 - 804— Б04 - С1 — С1. По катионам отмечается следующая схема преобразования химического состава вод: Mg - N8 - Са — Mg - Са - N3 — Са - Mg - N3.

В вертикальном разрезе на территрии Центрального Копетдага минерализация с глубиной увеличивается. На большей же части предгорной равнины с глубиной минерализация уменьшается.

Формирование химического состава поземных вод

Центрального Копетдага и предгорной равнины.

В работе рассмотрены основные факторы, источники и процессы формирования химического состава подземных вод, установленные на основании комплексного анализа гидрогеохимических законо-

мерностей, геолого-гидрогеологических условий и с привлечением математических методов.

Основными факторами формирования химического состава подземных вод является: климат, рельеф, тектоника, глубина залегания подземных вод и хозяйственная деятельность человека, которая выражается в мелиорации земель и водоотборе.

В качестве источников вещественного состава подземных вод

Центрального Копетдага и предгорной равнины выступают породы,

газы, растворенные вещества атмосферных и ирригационных вод.

Источником подавляющего числа компонентов является водосодер-

2+ 2+

жащие породы и породы зоны аэрации. Так, ионы Са и М§ и частично СОз2* и НСОз" поступают в воды при углекислотном выщелачивании карбонатных гравийно-галечниковых отложений.

Для Центрального Копетдага и предгорной равнины все физико-химические процессы формирования химического состава подземных вод в целом можно разделить на процессы массообмена в системе " подземные воды - породы" /выщелачивание и растворение/; процессы, происходящие в подземных водах /кристализа-ция, концентрирование и смешение/; процессы переноса веществ.

Для изучаемой территории характерно в целом комплексное проявление факторов и процессов формирования химического состава подземных вод, но в зависимости от геолого-гидрогеологических условий, фильтрационной неоднородности пород, их литоло-го-минералогического состава и других характеристик природных условий. На различных участках территории проявление факторов и процессов не равнозначно.

В результате изучения основных факторов, источников и процессов формирования химического состава подземных вод Центрального Копетдага и предгорной равнины на основании опубликованных материалов и результатов собственных исследований составлена таблица, где отражены основные факторы, источники и процессы формирования химического состава подземных вод, а также выделены районы, где они имеют преобладающее значение /табл. 1/.

Методика исследований. Для более детального изучения вопросов формирования подземных вод региона, а также для количественной оценки основных факторов, влияющих на химический состав подземных вод нами использовались математические методы исследований и, в частности, принимая во внимание вероятност-

Таблица 1. Основные факторы, источники и процессы формирования химического состава подземных вод Центрального Копетдага и предгорной равнины и районы их проявления.

Условия формирования Факторы Источники Процессы Район

Естественный режим Физико-географические Климат /температура возд, атм. осад/ Атмосферные осадки Выщелачивание, смешение подземных вод разного состава Горная часть района, предгорья

Рельеф /расчлененность/ местности Селевые потоки

Гидрология Воды горных рек

Геолого-гид-рогео-логические Тектоника Переток вод из нижележащих водоносных горизонтов Смешение подземных вод Горная часть района

Региональные гидрогео-дннамические н региональные гидроге-охимическме условия Вещественный состав пород зоны аэрации и водовмещаю-щпх пород их засоленность Выщелачивание, растворение, перенос вещества. кристализация, концентрация Вся изучаемая территория

Глубина залегания подземных вод Испарение, концентрирование Перефпприйные части конусов выноса, места выкшнип, подземн. код на днеен. поверхность

Нарушенный режим Искусствен ные Мелиорация земель, фильтрация из русла канала и водохранилищ Ирригационные воды, воды фильтрующиеся из русла канала и водохранилищ Смешение ирригационных и подземных вод. растворение Районы орошаемых земель. срединные части конусов выноса, предгорная равнина вдоль трассы Каракум. канала, вокруг водохранилищ

Водоотбор Более минера лизован-ные воды нижележащих водоносных горизонтов Смешение подземных вод Районы водозаборов: долины речек, верховья конусов выноса

Прочие причины /в т. ч. городская застройка/ Утечка из водопроводной и канализационной сети Смешение подземных вод с бытовыми водами Городская территория, хвостохранилнща, места сброса промышленных вод

ный характер гидрогеохимических процессов, методы факторного анализа. К исходной первичной информации предъявлялись следующие требования: 1) для корректного проведения вычислительного анализа вся информация для каждого объекта /в нашем случае это скважина/ должна быть собрана по единой методике; 2) массовость материала, которая позволила бы выявить статистические закономерности, а также проводить необходимые преобразования этой информации с целью устранения асимметричности, многомодаль-ности и получения значимых величин коэффициентов корреляции и других элементарных статистических параметров; 3) соответствие расположения точек наблюдения с приемами получения случайной выборки. В качестве точек наблюдений нами была использована режимная сеть скважин, действующая на территории Центрального Копетдага и предгорной равнины.

После первичной отбраковки всего множества наблюдений в качестве исходных признаков были выбраны: общая минерализация подземных вод /М/, и основные ионы /НСОз"; Б042 ; СГ; Са2+;

; Ыа + К+/, показатель содержания в водах водородных ионов /рН/, общая жесткость вод /Ж0бщ/»содержание в них свободной углекислоты /СОг св/, величина уклона поверхности подземных вод /I/, коэффициент фильтрации водовмещающих отложений и пород зоны аэрации /Кф/, положение среднегодового уровня подземные вод /Н/, удаленность их от области питания /8/ и засоленность пород зоны аэрации /' солей пород/.

Практическая реализация вычислительного анализа осуществлялась посредством эксплуатации пакета программ ВМДР, разработанного в США и адаптированного для ЕС-ЭВМ.

В результате исследований установлено, что для изучаемой территории определяющими факторами формирования химического состава подземных вод являтюся: 1) региональные гидрогеохимические и гидрогеодинамические условия, которые действуют повсеместно и обусловливают формирование гидрогеохимической зональности; 2) тектоническое строение района, обусловленое наличием Главного разлома Копетдага, по которому из нижележащих водоносных горизонтов поступают воды, обогащенные СОг; 3) хозяйственная деятельность человека, которая выражается в интенсивном водоотбороте и обводнении земель ведами Каракумского канала. На основе картирования собственных значений выявленных факторов в пределах рассматриваемого региона выделены зоны, различа-

гощиеся преобладающим воздействием того или иного фактора.

Естественный режим подземных вод сохранился лишь в горной части района и в самых северных частях конусов выноса. В горной части, характеризующейся расчлененностью рельефа, определяющими при формировании химического состава подземных вод являются тектоническое строение и рельеф. На периферии конусов выноса ведущими фактоторами становятся малые глубины залегания подземных вод и жаркий климат, вследствии чего увеличивается испарение с поверхности подземных вод и повышается их минерализация.

Региональные гидрогеохимические и гидрогеодинамические условия действуют повсеместно и обусловливают формирование гидрогеохимической зональности, при этом одним их основных факторов преобразования химического состава подземных вод и увеличения их минерализации является взаимодействие вод с минеральным комплексом пород, сопровождающееся растворением и выщелачиванием солей. Данное положение подтверждено корреляционным анализом взаимодействия солевого состава водовмещаю-щих пород и подземных вод.

В настоящее время на территории Центрального Копетдага действуют восемь и на территории предгорной равнины - тринадцать водозаборов. Для выявления закономерностей изменения минерализации и химического состава подземных вод в условиях водоотбо-ра нами рассматривались комплексные графики многолетнего изменения минерализации вод, сопоставленные с режимом их уровня. Анализ этих графиков показал, что первоначально в результате интенсивной эксплуатации водоносного комплекса четвертичных отложений на некоторых его участках стало происходить ухудшение качества подземных вод, выражавшееся в увеличении их минерализации на участках водозаборов. Это происходило под влиянием образования депрессионных воронок и перетока на этих участках более минерализованных подземных вод из нижележащих водоносных горизонтов. Начиная с 1962 г. /начала эксплуатации ирригационной системы Каракумского канала/ по настоящее время, происходит подъем уровня подземных вод и, как следствие, закономерное изменение минерализации подземных вод в сторону их опреснения без заметного изменения компонентного состава подземных вод.

Для большей части предгорной равнины одним из основных факторов формирования химического состава подземных вод в условиях ненарушенного режима является интенсивная ирригация земель водами Каракумского канала. Величина водоподачи на орошение регулирует динамику уровня подземных вод и солепереноса в системе "зона аэрации - подземные воды". Одним из доминирующих факторов формирования гидрохимического режима подземных вод в этих условиях является засоленность пород и процессы солепереноса в зоне аэрации.

Анализ особенностей солепереноса в системе "зона аэрации -подземные воды" позволяет объяснить количественные и качественные изменения содержания солей в подземных водах, происходящие в процессе орошения земель. Преимущественный "вымыв" 1ЧаС1 обусловливает увеличение хлоридности вод. Наиболее интенсивно данный процесс проявляется в начальный период орошения. В последующем он "затухает", поскольку запас хлоридов в породах зоны аэрации снижается и в соловом режиме основную роль приобретают сульфаты магния и кальция.

Вторым важным фактором изменения гидрогоехимического режима, помимо "вымыва" солей из зоны аэрации, в условиях воздействия ирригационной системы Каракумского канала является изменение уровня подземных вод в зависимости от величины водоподачи. Даже незначительный подъем уровня подземных вод при условии, если водоподача больше водоотбора, приводит к вовлечению в водообмен новых объемов пород различной степени засоленности. При этом наблюдается "мгновенное" реагирование минерализации и химического состава подземных вод. Возникающие в системе "подземные воды - породы" химические потенциалы интенсифицируют процессы растворения и выщелачивания солей в зоне приращения уровня подземных вод, релаксирующие градиенты концентрации.

Основным фактором формирования химического состава подземных вод в зоне влияния Каракумского канала и водохранилищ является инфильтрация вод из русла канала и водохранилищ и изменение гидрохимического режима подземных вод в связи с изменением их уровня. Потери из русла канала соотавляют в среднем около 25 л/с на 1 п. км. Поскольку минерализация вод, фильтрующихся из русла канала и водохранилищ не превышает 1 г/л, то они разбавляют подземные воды, о чем свидетельствует уменыне-

ние минерализации подземных вод на этих участках при относительном постоянстве компонентного состава. Увеличение минерализации проявляется лишь там, где зона подъема уровня подземных вод затрагивает засоленные горизонты.

Районирование Центрального Копетдага и предгорной равнины по условиям и процессам формирования химического состава подземных вод и мероприятия по рациональному использованию и охране подземных вод от загрязнения.

Путем совмещения карт факторных нагрузок, построенных отдельно для каждого фактора, была построена обобщенная карта, на которой отражено влияние всех этих факторов на формирование подземных вод района. Анализ карты показал, что практически на всей предгорной равнине определяющим является орошение и инфильтрация вод из русла канала и водохранилищ. Влияние водоот-бора на формирование подземных вод района наблюдается лишь в верховьях конусов выноса, где расположены основные водозаборы, эксплуатирующие подземные воды четвертичных отложений. Подземные воды залегают здесь на глубине 20 - 50 м и имеют низкую минерализацию /0,3 - 0,7 г/л/. Колебания уровня подземных вод незначительные и они практически не сказываются на минерализации и зимическом составе подземных вод. Естественный режим подземных вод сохранился лишь в горной части района и в самых периферийных частях конусов выноса. В горной части района подземные воды залегают глубоко /30 - 70 м и более/ в основном пресные /0,3 - 0,5 г/л/, как правило, гидрокабонатные. На периферии района подземные воды залегают на глубине 5 - 10 м от поверхности и больше, часто сильно минерализованы /10-20 г/л местами до 50 г/л/, по химическому составу сульфатно-хлоридные, натриевые и хлоридные натриевые. В непосредственной близости от Главного Копетдагского разлома большое влияние имеет перетекание подземных вод, обогащенных СОг из нижележащих водоносных горизонтов. Подземные воды залегают глубоко /50 - 70 м/, имеют низкую минерализацию /0,3 - 0,5 г/л/ и, как правило, гидрокарбонатный кальциевый и гидрокарбонатный магниевый состав. Гидрогеохимический режим здесь установившйися.

Таким образом, основные изменения минерализации и химического состава подземных вод исследуемой территории происходят в пределах предгорной равнины Центрального Копетдага и обуслов

лены ирригацией земель. Для большей части территории эти изменения выражены в уменьшении минерализации вод вследствии их опреснения. Опреснение подземных вод в разных частях территории из-за различной засоленности пород зоны аэрации, разнообразия фильтрационных свойств водовмещающих пород и ирригационно-хозяйственных условий протекает с различной интенсивностью. Для последующего более точною прогноза изменения гидрогеохимических параметров целесообразно выделение стадийности формирования гидрогеохимического режима. Многочисленными исследованиями разработаны различные схемы стадийности формирования режима минерализации подземных вод на орошаемых территориях. В наиболее обобщенном виде подобная схема предложена Парфеновой Н. И. Следуя этой схеме в пределах предгорной равнины Центрального Копетдага нами разработана следующая схема стадийности гидрогеохимического режима подземных вод / табл. 2 /.

Комплексный анализ приведенной схемы, основных факторов и процессов формирования гидрогеохимического режима выявил ряд закономерностей формирования и распределения стадий гидрохимического режима подземных вод.

В период неустановившегося уровня подземных вод при относительно глубоком из залегании формирование гидрогеохимического режима тесно связано с природной засоленностью пород зоны аэрации. После относительной стабилизации режима уровня подземных вод вблизи поверхности земли /2 - 3 м/ на гидрогеохимический режим подземных вод, в основном, начинают влиять процессы инфильтрации и испарения.

В целом гидрогеохимический режим формируется под влиянием трех основных процессов, действующих неравномерно во времени, благодаря чему проявляются указанные выше стадии. К этим процессам относятся следующие: конвективный перенос растворимых солей фильтрационным потоком, фильтрационная диффузия, испарение, смешение.

Одним из основных вопросов изучения пространственного изменения химического состава подземных вод является районирование региона по природным условиям, определяющим геохимический облик подземных вод.

В данной работе было выполнено специальное гидрогеохимическое районирование для территории Центрального Копетдага и

Таблица 2

Схема стадийности формирования гидрогеохимического режима подземных вод орошаемых

территорий предгорной равнины Центрального Копетдага.

. Тип гидрохимическое го режима подземных вод Стадия формирования гидрохимического рзжн-ма подземных под Характеристика гидрохимического режима подземных вод Характеристика гидродинамического режима подземных вод Минерализация подземных вод Химический состав подземных вод

1 о 3 4 5 6

Естественный I - установившийся режим (равновесное состояние в системе вода-поре да ) Относительная стабильность минерализации подземных вод Естественный гидродинамический режим подземных вод и начальный этап искуственного ирригационного режима на участках слабого засоления пород зоны аэрации при глубоком залегании уровня подземных вод (более 10 м) Пресные, слабо- и среднеми-нерализо-ванные воды Гидрокар-бонетные сульфатно-гидрокарбона-тные, суль-фатно-хло-ридные

И - растворение солей зоны аэрации повышение минерализации подземных вод в результате растворения солей в зоне подьема уровня подземных вод и их выноса из зоны аэрации ирригационными водами начальный период формирования ирригационного декомпесиронанного типа гидродинамического режима от слабо-минерализованных до сильно-минерализованных н рассолов от хлорид-ных до сульфатных

Нарушенный Ш - смешение подземных и ирригационных вод снижение минерализации подземных вод за счет их разбавления ирригационными водами после выноса из зоны аэрации основной массы солей Возможна временная стабилизация минерализации подземных вод после их опреснения ирригационными водами, а также локальное повышение минерализации в результате, растворения солей в отдельных засоленных горизонтах в зоне подьема уровня подземных вод ирригационный декомпен-сированный тип гидродинамического режима подземных вод при их глубоком залегании (более 10 м) сильно-, средне- и слабомине-рализиро-ванные воды хлоридно-сульфатные, сульфатные

IV - континентальное засоление Повышение минерализации в результате испарения с поверхности подземных вод и растворения солей б верхней части зоны аэрации Ирригационный декомпен-сированный тип гидродинамического режима подземных вод при их неглубоком залеганнн (менее 2-3 м) От средне-минерализованных вод до рассолов сульфатные, суль-фотно-хлор! |Д-ные, хло-ридные

V - дренажное рассоление Повышение минерализации подземных вод путем их исскуственного оттока с помощью дренажа Искусственный отрицательный декомпенсирован- ный тип гидродинамического режима при наличии дренажа сильно-, средне- и слабомиие-ралнзиро-ванные воды хлоридно-сульфатные, гидрокар-бонатно-сульфзт-ные

VI - установившийся режим (равновесное состояние в системе вода-поре да ) Относительная стабилизация гидрохимического режима подземных вод Искусственный иригацион-ный компенсированный тип гидродинамического режима подземных вод при их относительно неглубоком залегании (около 5 м.) Как правило слабо-минерали-зовэнные подземные воды, реже пресные сульфатно-гидрокарбонатные, гидрокзр-' бонатные

предгорной равнины. В наиболее крупном плане гидрогеохимическое районирование подразделяется на два класса: генетическое и прикладное /Питьева К. Е., 1984/. Генетическое гидрогеохимическое районирование - это районирование территорий по условиям формирования подземных вод. Прикладное гидрогеохимическое районирование преследует цель выявления участков, подземные воды которых благоприятны / или в той или иной степени неблагоприятны/ для хозяйственного использования, а также в связи с оценкой влияния подземных вод на окружающую среду.

В данной работе был применен комплексный подход районированию, который отражает своеобразие формирования химического состава подземных вод на различных участках изучаемого района, их гидрогеохимические особенности и использование в народном хозяйстве.

Гидрогеохимическое районирование представляет собой территориально-типовое районирование. Исходя из этого положения, в данной работе основой выделения районов являлись типы подземных вод. Принадлежность подземных вод к генетическим гидрогеохимическим типам определялось различиями в условиях формирования подземных вод. В подтипы объединены подземные воды, характеризующиеся общностью химического состава /минирализа-ции и компонентов/, физико-химических условий формирования и их хозяйственного использования, /таблица 3/ В характеристику подтипов вошли также породы с позиций их фильтрационных свойств и литологического состава, рассматриваемого в качестве источников вещественного состава подземных вод. Таким образом, гидрогеохимические типы были охарактеризованы одновременно с генетических и прикладных позиций.

Таким образом, для территории Центрального Копетдага и предгорной равнины было выделено два типа района распространения подземных вод, каждый из которых по особенностям их химического состава и по характеру физико-химических процессов подразделяется на подтипы первого и второго порядков /таблица 3/.

Основные результаты работы.

1. Выявлены закономерности распространения и формирования химического состава подземных вод Центрального Копетдага и предгорной равнины, обусловленные условиями формирования и

Таблица 3

ИПИЗАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ЦЕНТРАЛЬНОГО КОПЕТДАГА И ПРЕДГОРНОП РАВНИНЫ ПО УСЛОВИЯМ ФОРМИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТА-А В ЕСТЕСТВЕННЫХ И НАРУШЕННЫХ УСЛОВИЯХ С УЧЕТОМ ИХ ГИДРОХИМИЧЕСКИХ 11 ФИЛЬТРАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ОСНОВНЫХ Ф1ПИНО-ИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. ИСТОЧНИКОВ ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА ((ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В НАРОДНОМ ХОЛЯИСТВК

Тип(район) Естественные условия (А\ Нарушенные условия (Б!

Подтип первого порядка (область) Верховья конусов выноса, предгорья, горная часть (A-I) Периферии конусов выноса (А-П) Области действия водозаборов (Б-1) Участки вдоль трзгсы Каракумского канала * и вокруг водохранилищ (Б-]]) Массивы орошения (Б-Ш)

Подтип второго порядка (участок) -//- Б-Ш-1 Б-Ш-2 Б-Ш-3

Гидрохимический режим подземных вод Установившийся режим подземных вод При относительно небольшом изменении уровня минерализация либо остатеся постоянной либо наблюдается ее незначи тельное увеличение При значительном подъеме уровня происходит опреснение подземных вод При общем подъеме уровня на большей части территории наблюдается опреснение подземных вод Увеличение минерализации подземных вод вследствие растворения воднораст-воримых соединений водо-вмещяющих пород Сильное увеличение минерализации вследствие испарения с поверхности подземных вод

Минерализация 0,3 - 0.5 г/л Ю - 20 г/л 0.3 - 0.7 г/л 0.7 - 2.0 г/л 1,0 - 3,0 г/л 3,0 - 5,0 г/л более 5.0 г/л

Химический состав НСОя-Са; НСОз-НСОз-Са-1%. S04-CL-Na: CL-Na; НСОЗ-Са; НСОЗ-Мг; НСОЗ-Са-!^; ¿а4-НСОЗ-Са^а Смешанный по компонентному составу /преимущественно SO4-CL- НСО3- Na -Mg-Ca Смешанный по компонентному составу /преимущественно СЬ-НСОЗ-504-№ 504-СЬ-!Ма-М§;

Глубина до поверхности подземных вод 30 - 70 м. 5 - 10 м. 20 - 50 м. I - 5 м. 3 - 20 м. 3 - 20 м. менее 3-5 м.

Литологическа я характеристика, фильтра ционные свойства пород, Кф Валуны, гравийно-галечниковые отложения Кф-6/МО.О м/сут и более Heyпорядочен ное переслаивание суглинков, супесей и песков Кф»04-3,0 м/сут Гравийно-галечни-ковые отложения Кф-4.0-7,5 м/сут и более Переслаивание су-песчано- суглинистых и песчаных отложений Кф-2.0-3,0 м/сут. Переслаивание гравнйно- галечни-ковых. супесчано-суглинистЬ)х и песчаных отложений Кф-3.0-6,0 м/сут Неупорядоченное переслаивание супесен. суглинков и песков Кф-1.0-3,0 WQT

Основные физико-химические процессы формирования Выщелачивание Концентрирова ние Смешение подземных вод Смешение ирригационных и подземных вод, растворение Смешение ирригационных и подземных вод, растворение, выщелачивание Растворение К онцентри роеание

Источники вещественного состава подземных вод Атмосферные осадки, подземные воды нижележащих мальм-нео-комских отложений Солевой состав отложений Более минерализованные воды нижележащих водоносных горизонтов Воды фильтрующиеся из русла канала и водохранилищ Ирригационные водь|, солевой состав пород зоны аэрации Солевой состав отложений

Использование подзмных вод в народном хозяйстве Могут использоваться для питьевого водоснабжения Практического значения не имеют Используются в целях питьевого водоснабжения Могут использоваться в целях питьевого, технического и сельскохозяйственного водоснабжения Частично используются для технического водоснабжения и орошения Практического значения не имеют Практического значения не имеют

общей гндрогеохимической зональностью региона и заключающиеся в следующем:

- в условиях естественного режима основными факторами формирования являются: в горной части района - тектоническое строение и рельеф; на перифериях конусов выноса - это малые глубины залегания подземных вод и жаркий климат, вследствие чего увеличивается испарение с поверхности подземных вод и повышается их минерализация;

- в условиях нарушенного режима формирование химического состава подземных вод происходит под действием водозабора, орошения и фильтрации вод из русла каналов и водохранилищ. Одним из основных факторов при этом является интенсивная ирригация земель. Величина водоподачи на орошение регулирует динамику уровня подземных вод и солепереноса в системе "зона аэрации -подземные воды". Определяющим в формировании гидрогеохимического режима подземных вод в этих условиях являтюся засоле-ность пород и процессы солепереноса в зоне аэрации.

- региональные гидрогеохимические и гидрогеодинамические условия в пределах изучаемой территории действуют повсеместно и обусловливают формирование горизонтальной гидрогеохимической зональности, выраженной в увеличении в направлении движения потока минерализации подземных вод /от пресных к соленым/ и сменой их химического состава /от гидрокарбонатного к хлоридно-му/. Определяющим при этом является взаимодействие водного раствора с минеральным комплексом, сопровождающееся растворением и выщелачиванием солей.

2. Выявлены основные факторы, источники и процессы формирования химического состава подземных вод Центрального Копетда-га и предгорной равнины и определены районы их проявления.

3. При помощи факторного анализа оценена количественная характеристика основных факторов формирования химического состава подземных вод региона.

4. Выполено районирование территории Центрального Копетда-га и предгорной равнины по основным факторам, процессам и условиям формирования химического состава подземных вод как основа для дальнейших гидрогеохимических прогнозов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Влияние орошения на засоленность пород зоны аэрации и гид-

- ¿ó -

рогеохимические условия Гяурского массива. - В кн.: Пути интенсификации геологических исследований в Туркменистане. Тезисы докладов VIII научно-практической конференции молодых ученых-геологов, посвященной XXVII съезду КПСС и 116 годовщине со дня рождения В. И. Ленина. Ашгабат, Ылым, 1986, с. 76-77 /соавтор С. Б. Гоголь/.

2. Оценка и прогноз регионального воздействия ирригационных систем Каракумского канала на гидрогеологические условия мелли-орируемых территорий. - В кн.: Пути интенсификации геологический исследований в Туркменистане. Тезисы докладов научно-практической конференции НТО-горное, посвященной 70-летию Великого Октября. Ашгабат, Ылым, 1987, с. 75-77 /соавторы О. Я Калугина, С. Б. Гоголь, Ю. Б. Пурлиев/.

3. Применение факторного анализа для изучения условий формирования подземных вод /на примере Центрального Копетдага и предгорной равнины/. - Изв. вузов. Геол. и разв., 1989 № 12, с. 7282.

4. К вопросу о формировании химического состава грунтовых вод предгорной равнины Центрального Копетдага в естественных условиях. В кн.: Молодежь и научно-технический прогресс. Материалы IX Республиканской научной конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 70-летию ВЛКСМ. Ашгабат, Ылым, 1990 с. 393-394.

5. Применение факторного анализа для установления условий формирования подземных вод /на примере Центрального Копетдага и предгорной равнины/. В кн.: Состояние и перспективы развития геологоразведочных работ в Туркменистане. Тезисы докладов научно-практической конференции, посвященной 50-летию Турк-менНИГРИ. Ашгабат, Ылым, 1991, с. 159. /соавтор В. А. Гольдин/.

Подписано в печать 10. 11. 92 г. Тираж 200 экз. Бумага книжно-журнальная офсетная № 1. Печать офсетная. Отпечатано МНППП " ЭРА ". Туркменистан г. Ашгабат ул. Советская 1.