Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Формирование и использование железо- и марганецсодержащих пресных подземных вод северной части Средне-Амурского артезианского бассейна

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Формирование и использование железо- и марганецсодержащих пресных подземных вод северной части Средне-Амурского артезианского бассейна"

На правах рукописи

КОЗЛОВ Сергей Анатольевич

ФОРМИРОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЖЕЛЕЗО- И МАРГАНЕЦСОДЕРЖА1ЦИХ ПРЕСНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ СРЕДНЕ-АМУРСКОГО АРТЕЗИАНСКОГО БАССЕЙНА

Специальность 04.00.06 - гидрогеология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Хабаровск 1997

Работа выполнена в Институте водных и экологических проблем Хабаровского научного центра ДЭО РАН и е научно-техническом центре ''Дальгеоцентр".

Научные руководители : доктор геолого-минералогических наук

Официальные оппоненты : доктор геолого-минералогических наук, академик Международной академии минеральных ресурсов, профессор С.Л.Шварцев

Ведущая организация : ГГП "Амургеология".

Защита диссертации состоится "10" июня 1997 г. в 9 часов на заседании диссертационного Совета Д 003.07.02 при Институте земной коры СО РАН.

Адрес : 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского научного центра СО РАН ( в здании ИЗК СО РАН ).

Автореферат разослан " 1997 г.

К.П. Караванов,

доктор геолого-минералогичес^ких наук В.В. Кулаков.

кандидат геолого-минералогических наук, член-корр. Международной академии минеральных ресурсов Ю.И.Блохин

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геол.-мин. наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Важнейшей социально-экономической фоблемой во всем мире является обеспечение населения водой питье-юго качества. Нижнее Приамурье обладает значительными ресурсами ;ак поверхностных так и подземных вод. Объектом исследований в ишной работе является северная часть Средне-Амурского артезиан-жого бассейна ( от оз.Болонь до г. Комсомольска-на-Амуре ) и его -орное обрамление, по мере необходимости для анализа привлекаются материалы по другим частям Средне-Амурского артезианского бассейна ( рис.1 ). Использование подземных вод здесь в настоящее время весьма низкое и составляет менее 1 % от их ресурсов. Содержание же-теза в подземных водах достигает 80 мг/дм3, а марганца - 8 мг/дм3. Эксплуатация таких железо- и марганецсодержащих подземных вод ;опряжена со значительными трудностями и дополнительными затратами на удаление железа и марганца. Этим в значительной мере и объясняется широкое исторически сложившееся использование поверхностных вод р. Амур для водоснабжения городов и поселков. В связи с ростом загрязнения поверхностных вод р. Амур, роль подземных вод, как источника водоснабжения с каждым годом неуклонно возрастает. Железо- и маргангцсодержащие подземные воды представляют большой практический интерес, в первую очередь как источник хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также как лечебные питьевые минеральные воды.

В пределах территории бывшего СССР специализированными и проектными институтами многие десятилетия развивалась технология очистки воды от железа и марганца на поверхностных станциях и установках г^езжелезивания, в том числе и с использованием реагентов для удаления марганца и железа. Различные модификации поверхностных установок обезжелезивания подземных вод эксплуатируются и на территории Дальнего Востока. В настоящее время практически

МАСШТАБ

25000 0 «ООО =3

5J

л

г >

Рис. J ,. Схема района исследований

1 - месторождения подземных вод (Л - Комсомольское, 2 - Хурбинское, 3 - Усть Эльбанское, 4 - Сенденское ); 2 - объекты, на которых выполнены опытные работь но обезжелезиванию и деманганации подземных вод в пласте ( I - водозабор Ком сомольского нефтеперерабатывающего завода, 2 - Мостовой участок Хурбинскогс месторождения, 3 - водозабор на станции Приамурской, 4 - водозабор завод; ЖБИ-5 ); 3 --границы района исследований; 4 - площадь Средне-Амурского арте зианского бассейна.

все станции обезжелезивания Дальнего Востока, а их около 100, работают неудовлетворительно.

Метод обезжелезивания и деманганации подземных вод в пласте нашел широкое применение в странах Западной Европы. К настоящему времени за рубежом эксплуатируется более 150 установок по обез-железиванию и деманганации подземных вод в пласте, а в пределах России и СНГ - более 40 установок.

Технология обезжелезивания и деманганации подземных вод в водоносном горизонте, как экономически более эффективная и не требующая решения экологических проблем в части утилизации промывных вод, получаемых на поверхностных установках, позволяет расширить масштабы использования подземных вод Нижнего Приамурья и других районов Российской Федерации.

Цель работы. Целью работы является установление основных закономерностей формирования железо- и марганецсодержащих подземных вод северной части Средне-Амурского артезианского бассейна в естественных и нарушенных условиях, и обоснование возможности эффективного использования этих вод в целях хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Основные задачи исследований:

1. Анализ природных факторов формирования и распространения железо- и марганецсодержащих подземных вод, формирования их естественных ресурсов и выявление особенностей формирования химического состава этих вод в естественных и нарушенных условиях.

2. Анализ работы поверхностных установок по обезжелезиванию и деманганации подземных вод в регионе и анализ применения методов обезжелезивания и деманганации вод в водоносном горизонте на действующих водозаборах.

3. Сравнение и оценка применимости различных методов обезжелезивания и деманганации подземных вод.

4. Определение перспектив использования железо- и марганецсо-держащих пресных подземных вод.

Методы исследований:

1. Полевые гидрогеохимичсжие исследования при выполнении гидрогеологической съемки, поисках и разведке пресных подземных вод, при выполнении гидрогеологических исследований на месторождениях твердых полезных ископаемых, при обследовании и изучении опыта эксплуатации действующих водозаборных скважин и групповых водозаборов и мониторинге подземных вод.

2. Стационарные многолетние наблюдения за изменением химического состава подземных вод на действующих водозаборах.

3. Опытные гидрогеологические работы по внутрипластовой очистк,е подземных вод от Ре и Мп на действующих водозаборах.

; 4. Статистическая обработка на ЭВМ результатов геохимических (полевых и лабораторных) исследований водовмещающих пород и подземных вод.

Научная новизна работы.

1. Впервые на основе углубленного изучения различных природных и антропогенных факторов выявлены особенности формирования железо- и марганецсодержащих пресных подземных вод в естественных условиях и на участках их интенсивной эксплуатации.

2. Впервые были получены и проанализированы данные по содержаниям железа и марганца, характеризующие процесс преобразования подземных вод в момент перехода от естественного ненарушенного к нарушенному эксплуатацией состоянию водоносного горизонта. ■ . - . . •

3. Обоснована необходимость увеличения интенсивности водо-отбора и продолжительности опытных гидрогеологических работ при разведке месторождений подземных вод артезианских ' бассейнов Дальнего Востока.

4. Установлен механизм увеличения концентрации железа и марганца в подземных водах на участках водозаборов в период ввода их в эксплуатацию. Показано, что максимальное влияние на преобразование подземных вод на участках действующих водозаборов оказывают локальные факторы в околоскважинной зоне. Показана важность учета возрастания интенсивности водной миграции марганца по отношению к железу на участках водозаборов после ввода их 1! эксплуатацию для проектирования использования подземных вод Средне-Амурского артезианского бассейна в хозяйственио-питьеяых целях.

5. Обоснована возможность эффективного применения методов внутрипласговой очистки подземных вод от Ре и М п в условиях (!ред-не-Амурского артезианского бассейна дня их использования к целях хозяйственно-пи тьевого водоснабжения.

Защищаемые положения:

1. Выявлены закономерности формирования химического состава железо- и маргаиецеодержащих подземных вод Средне-Амурского артезианского бассейна как в естественных условиях так и на участках их интенсивной эксплуатации. Формирование химического состава таких вод происходит в условиях отсу тствия кислорода, высоких концентраций двуокиси углерода ( до 250 мг/дм1 ь отрицательных значе-I ий Ей в пласте, что и приводит к выносу железа и марганца из вмещающих пород в подземные воды. '

2. Доказана необходимость удлинении интенсивности и продолжительности откачек при разЕенде месторождений подземных вид артезианских бассейнов Дальнего Востока.

3. Обоснована возможность эффективного применения методов внутрип ' 1-овой очистки подземных вод от 1-е и Мн в условиях Средне-Амурского артезианского бассейна для их использования в цепях хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Практическая значимость работы.-На основании проведенных исследований дан прогноз изменения химического состава месторож-

дений пресных подземных вод Средне-Амурского артезианского бассейна после начала их эксплуатации. Оценено влияние антропогенных факторов вд химический состав^ пресных подземных вод. Методические разработки и конкретные предложения реализованы при изучении и вводе в эксплуатацию месторождений пресных подземных вод Нижнего Приамурья.

Уточнена методика опытных гидрогеологических работ при разведке месторождений подземных вод артезианских бассейнов Дальнего Востока, с обязательным включением опытно-технологических исследований по очистке подземных вод от повышенных содержаний железа и марганца в состав полевых исследований.

Получены положительные результаты при опробовании технологии обезжелезивания и деманганации подземных в пласте на Мостовом водозаборе Хурбинского месторождения подземных вод (район г. Комсомольска-на-Амуре ), на их основе разработан проект реконструкции и расширения данного водозабора. Технология внутрипласто-вой очистки подземных вод от железа и марганца внедрена на водозаборе АО "Комсомольский нефтеперерабатывающий завод".

В проведении исследований данного региона участвовал большой коллектив гидрогеологов Дальгеолкома, но в диссертации использованы данные, полученные непосредственно автором.

Апробация работы. По результатам исследований по теме диссертации опубликовано 20 работ, внедрено 10 научно-производственных отчетов, в которых представлены средне- и крупномасштабные гидрогеологические карты Комсомольско-Амурско-Солнечного промышленного района и дана оценка эксплуатационных, запасов месторождений подземных вод для водоснабжения городов Комсомольска-на-Амуре, Амурска, поселков Эльбан, Кондер и др. с утверждением запасов в ГКЗ и ДВ ТКЗ.

Результаты исследований докладывались автором на совещаниях по подземным водам Сибири и Дальнего Востока : в г. Томске в 1991

году, в г. Иркутске в 1994 году, на научно-практической конференции в г. Хабаровске в 1995 году, на 2-м Международном конгрессе "Вода: экология и технология" (ECWATECH-96) в г. Москве в 1996 году.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Объем диссертации 204 стр., включая текст на 124 стр., 22 таблицы и 58 рисунков, а также 14 приложений на 19 стр. и :лисок литературы на 23 стр., включающий 219 названий.

Автор выражает искреннюю признательность своим научным руководителям д-ру геол.-мин. наук В.В. Кулакову, д-ру геол.-мин. наук К.П. Караванову за помощь при подготовке диссертационной ра-эоты. Особую благодарность автор выражает Б.С. Архипову за участие в проведении исследований и обсуждение полученных результатов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Природные факторы формирования пресных подземных вод

Абсолютные отметки поверхности Средне-Амурской впадины не [ревышают 150 м, а в горном обрамлении они достигают 1000 м и бо-iee. Это приводит к существенному разнообразию формирования пре-:ных подземных вод в различных орографических зонах впадины.

Климат территории муссонно-контииентальный. Среднегодовая ;умма атмосферных осадков составляет - 500 мм. Наибольшее количс-:тво осадков (до 85 %) выпадает в летне-осенний период. Это в сочетании с другими природными условиями благоприятствует переходу келеза, марганца и других компонентов в подземные воды.

Главной водной артерией района является р. Амур. Питание рек [неимущественно дождевое. Для долины р. Амур характерно наличие юльшого количества озер. Обширные междуречные пространства и [изовья рек занимают торфяные болота и заболоченные участки. Об-цая минерализация вод рек и озер изменяется от 30-50 мг/дм3 в павод-овый период до 100-150 мг/дм3 в зимнюю межень. Содержание железа

I'' '

изменяется от 0.48-1.9 мг/дм3 летом до 1.07-2.46 мг/дм; зимог. содержание марганца колеблется от 0..0j> до 0.86 мг/дм3.

В rcojoi ическом строении._района участвуют осадочные, изверженные п метаморфические образования ог палеозойских до современных. Докайнозойские образования представлены мощными толщами алевролитов, песчаников, кремнисто-глинистых сланцев, аргиллитов имоазовых порфиритов. туфогенных пород. Они слагают борта и лол..: впадины. Грабены и грабеноподобные погружения ее выполнены палеогеновыми, неогеновыми и четвертичными, главным образом осадочными отложениями. Цитологически это алевриты, глины, суглинки, супеси, пески, гравийно-галечниковыс отложения, в которых и содержатся основные ресурсы подземных вод.

2. Распространение железо- п марганецсодержащих пресных подземных вод в регионе и формирование их ресурсов Основные ресурсы железо- и марганецсодержащих подземных вод сосредоточены в соОопоспом горимпте плиоценовых и четвертичных а аютшльпых п озсрпо-салювшаышх отложений ( a-la'Hi+Q ). Для него характерно преобладание в разрезе водоносного горизонта пес-чано-i раипиного и гравийно-галечникового материала. Мощность водоносною горизонта изменяется от 13 до 150 м. глубина залегания подземных вод - от 0.0 до 17.0 м, Дебиты одиночных разведочных скважин колеблются от 16.S до 63.6 л/с при понижениях уровня 2.6-7.0 м. Коэффициенты фильтрации воденшещающих отложений составляют в среднем 25-30 м/сут. По химическому составу подземные воды горизонта гидрокарбонатные со смешанным катонным составом. Содержание в воде закксиого железа может достигать 80 мг/дм". а марганца - 0.3-8.0 мг/дм3. Минерализация подземных вод изменяете • от 0.08 до 0.41 г/дм3, а температура - от ?. до 8СС. Данный горизонт является основным источником водоснабжения городов и поселков района. К нему приуроч . о Хурбинское месторождение подземных вод.

1 i

io хитрому разведаны и утверждены и ГКЗ запасы подземных иод на участке Мостовом (303,5 тыс.м-^/сут) и па участке Центральном (530 гыс. m-Vcvt).

Мч других водоносных ropinouioii н районе распространены <;о-■)0110снын совремсипьш-черхнсчстверпшчньш аллювиальный горизонт [flQiii-iv), вооопроницаемый локсаыю-воОоноспын ¡шжнечетвертичный

щпаопт вулканогенных пород основного состава ((3Qi), водоносный члпоцен-нижнечетвертичный ал.иор.иально-пролювиальпыи горизонт [«/jNj-Qi), локально-водоносная и периодически водоносная зона трещи-човитаенш меловых вулксшогенно-осадочных пород (К:-:) и др.

3. Формирование химического состава железо-II маргапецсодержащнх пресных подземных под и регионе

Истории изучении химическою сое rana железосодержащих и мар-гапеисодержащих подземных под в регионе. В 60-е годы текущего столетия начинается период изучения подъемных вод. с повышенным издержанном железа в плиоценовых и четвертичных отложениях региона, снизанным е поисками подземных вод для водоснабжения городов и поселков Хабаровского края ( С.И. Бапоков, В.А. Калита, В.В. Кулаков. Ф.И. Письменскин. Г.Д. Семенов, Романова Л.П. и др.). В ли же годы проведены обобщения материалов по лон проблеме ( И.Б. Рапхлпп, 1966, 1970, А.Б. Разжпппп, 1965, В.A. ICiipioxmi, H.В. Аль-бннский, 1963. 14.И. Оку лева, 1971).

lia протяжении 70-80-ты.\ годов были выполнены исследования Б.С. Архппова. С.А. Козлова, B.C. Котоусова, В.В. Кулакова, Ю.А. OnieiiKo, T.M. Савченко. Ю.Г. Савченко, Л.П. Романовой которыми была установлена вертикальная закономерность уменьшения содержания железа с глубиной. В эти же годы большой объем научных исследовании по проблеме железосодержащих вод были выполнены сотрудниками ДВНЦ АН СССР (К.П. Караванов, 1977, Э.Ы. Коробип, 1975, 10.11. Ершов, 1975, J1.B. 1Снслнции,1975, Э.П. Синельников, A.M. Синельникова, ¡973. А.И. Труфанов, 1979, 1980, 1982). Последний

обобщил многочисленные материалы по железистым водам юго-восточной части бассейна и выработал унифицированную методику анализа железосодержащих вод.

В 1984 году B.C. Архпповым проведены опытные работы по очистке подземных вод от железа (первые были проведены H.A.. Марино-вым в 1940 г.) и марганца (методом простейшей аэрации на безнапорном фильтре), впервые, в комплексе разведочных работ на »Центральном участке Хурбнпском месторождении подземных под. В дальнейшем они были продолжены совместно с С.А. Козловым на Мостовом участке. * >

В 90-х годах начались работы по обезжелезиванию и демапгана-цпн воды и пласте на Мостовом участке Хурбпнского месторождении (B.C. Архипов, С.А. Козлов, В.В.Кулаков) и па водозаборе КомсоМОЛЬСКОГО нефтеперерабатывающего завода (С.А. Козлов, Б.С. Архипов). Аналогичные работы выполнены в юго-восточной части бассейна ( В.В.Кулаков, С.(I). Карпенко).

В 1996 году Б.С. Архпповым, С.А. Козловым и В.В. Кулаковым впервые разработана методика геотехнологического районирования территории по условиям очистки подземных вод в пласте.

OciioiiiimC особенности формиронишш химического сосгапа пресных подземных иод и регионе завися 1 от восстановит ельной (i лесной) обстановки что приводит к накоплению высоких содержаний железа и марганца. Формирование подземных вод происходит под влиянием климатического, литолого-структурндго, гидродинамического, геоморфологического факторов. Одновременное воздействие этих и др. факторов обуславливает местами весьма сложную (до мозаичной ) картину распре/и■ юннл железа в подземных водах плиоценовых и четвертичных отложений. Количество железа и подземных »одах увеличивается по мере движения от склонов артезианского бассейна к его центральным частям и местами достигает 80 мг/дм3. Народу с этим устанавливается закономерный переход от гидрокарбонатных натрие-

вых вод в краевых частях бассейна через гндрокарчонатные магпиево-натриевые к гидрокарбонатным кальциево-железистым в центральных частях. Отличительной особенностью подземных вод на участках дей ствующих водозаборов являются повышенные содержания СОзоо». пониженные значения рН и повышенные соде))жаппя железа и марганца по сравнению с участками с ненарушенным режимом подземных вод.

Гндрогеохимня железа и марганца н естественных условиях.

Основные источники поступления железа и марганца "и подземные воды. Среднее содержание железа в почвах района -4,17 %. В почвах и донных отложениях ручьев, озер средняя концентрация марганца со-ставлчет 0,05%. В осадочных породах верхней части чехла артезианского бассейна содержание железа ичмеияе'и-м от 2,6 % до 4,2 "и , а марганца - от 0,05 до 6 % ( среднее - 0,117 % '). Для осадочной толщи характерно закономерное увеличение содержаний железа и марганца от песков (Ре <- 2,6 %, Мп - 0,046 % ) к супесям и глшым ( Ре - 4,2 %, Мп - 0,295 - 0.225 % ).

Произведено сопоставление распределен!:;": содержаний Мп в во-довмещающих породах ( от 0,5 до 15,0 м ), и водных вытяжках ( по 75 пробам ) из них и в подземных водах по гидрогеологическим скважинам в районе г. Комсомольска-нл-Амурс. Среднее содержание Мп к вытяжках составило 2,32 мг/кг, при среднем содержании в породах -1423 мг/кг, а в подземных водах - 0,169 мг/дм3. Установлена высокая линейная корреляционная связь между содержанием Мп в вытяжках и содержанием Мп в подземных водах ( Я= 0,81 ), рассчитано уравнение эегрессии. Корреляционная связь содержаний Мп в подземных водах и 5 вытяжках с содержанием его в горных породах - отсутствует. Результаты этих исследований свидетельствуют о том. что концентрация Мп [ иодовмещающмх породах района не оказывает влияния па расир?де-[ение марганца в подземных водах. Оно зависит, в основном, ст лито-юго-геохимических.особенностей водовмещагащих пород.

Формы желай и марганца а подъемных водах. Подземные воды Средне-Амурского артезианского бассейна но С.Р. Крайневу, Г.Л. Соломину, В.П. Закутину (19S7) относятся к геохимическому типу бес-кн'слородиых-бессульфпдных вод, доля катпопнон формы Fe-' достигает максимума (81 -99 % ) в околонейтральных водах при концентрациях НСОз" < 200 мг/дм3. Доля железоорганичеекпх соединений в общей массе миграционных форм закпсиого железа по оценкам разных авторов не превышает 3 - 10 "о от общей суммы железа. Простые миграционные формы железа в подземных водах бассейна подтверждены и экспериментально. Существование в подземных водах Средне-Амурского артезианского бассейна железа в простейших формах определяет его быстрое осаждение при аэрации. Основной формой миграции марганца ( > 95% ) в водах данного типа является простои ион Мп2+. Формы нахождения железа и марганца в подземных водах бассейна рассчитывались по программе "WATRRQ-IF".

Условии подпой миграции желе ¡a и марганца. Окислит ельмо-восстановптельные состояния подземпых вод определяются суммарной реакцией «иди: Fe2H -i- ЗН2О = Fc(0H).t° ••• ЗМ+ + с- и уравнением Нерпста: Eli = 0.928 - 0,177рН - 0.059Lgí/iv:+ где í/i-^i -активность Fe2"1.

Высокая корреляционная .снять ( R = O.íi-O.X ) содержанки железа и марганца с величиной Eh установлена на Мостовом п др. участках. Рассчитаны уравнения регрессии. Результаты анализа по трем участкам опытных работ гв^лзалп, что для снижения в подземных водах горизонта содержаний железа до 0,1-0,3 мг/дм1, а марганца - до < 0.1 мг/дм3, достаточно увеличить Eh этих вод до 200 - 250 мВ и до 300-350

мВ соответственно.

Распределение Fe п Мп в бескислородных-бессульфидных водах контролируется растворимостью их карбона¡ов. Поттому, необходимым условием концентрации железа и марганца в подземных подах района является наличие высоких содержаний COícuoú., низких содержаний НСОз" и низких значений рН. Источником СО'споп служат бпо-

имнческис реакции п процессы окисления органики. Высокая корре-нниониая связь (R = 0.75-0.94) содержания железа и марганца с концентрацией СО:а„,„ установлена па Мостовом участке. Рассчитаны равнения линейной регрессии.

Средний состав газон зоны аэрации Средне-Амурского артезпан-•кото бассейна: азот - 79 % . кислород- 18 %, углекислый газ- 3 ( в .00 раз выше, чем в атмосфере ).

Содержание двуокиси углерода и подземных водах определяет .-уществование в них карбонатного равновесия, а.вместе с ним и кон-нитрацию parтворенного железа и .марганца. Поэтому для объяснения значительных концентрации железа и марганца в водах горизонта достаточно использовать описанные выше простые механизмы и процессы. Содержания железа и марганца в водовмешающи.х породах настолько велики . что нет необходимости, искан, другие их источники, кроме железа и .марганца, образовавшегося на месте.

Анализ отношении Мп/Г-'е показал, что в вода5' «'овремеишлх и верхнечетвертичных аллювиальных отложении ( a Q пм\ ) интенсивность миграции железа и марынца практически одинакова, величина отношения Мн/Fe близка к таковому ч почзогрунтах В подземных водах других горизонтов интенсивность водной миграции Мп увеличивается. Максимальное увеличение водной миграции Мп происходи'! на участках действующих водозаборов. Здесь средня;:'величина отношения Mn/Fe на порядок превышает таковую в почвогрунгах данного района. На участках действующих водозаборов происходит максимальное увеличение ннтенспв.чосш волной миграции Мп по сравнению с Са. величина отношения Са/Мп снижается здесь до минимальных значений - 9.52. Сравнение поведения Мп с элементами аналогами позволяет сделать вывод об изменен.ш i идрогеохимичеекмч условии на у частках дейст вуюшчх водозаборов в направлении создания боле: благоприя шых условий для нн ¡снешшои водной мщрацип Мп.

Зональность железосодержащих подземных вод. Установлены для основных водоносных горизонтов корреляционные зависимости содержания в воде железа и марганца с расстоянием от р.Амур.

По составу растворенных газов в подземных водах Средне-Амурского артезианского бассейна можно выделить кислородно-углокнсло-азотную лишь до глубины 10-15 м, ниже - углекисло-метаново-азотная зона. Изменение химического.состава подземных вод (а-/яЫ2+0) происходит, в основном, за счет закисногр железа. На Сенденском месторождении установлены изменения его Содержаний по разрезу : 0-10 м от 1 до 6,5 мг/дм3: 25-40 м от 30 до 40 мг/дм3'. 50-65 м от 8 до 10 мг/дм3: "5-95 м от 2 до 3 мг/дмНа Мостовом участке Хурбинского месторождения : в интервале 0-10 м от 1 до 5 мг/дм3: 1525 м от 10 до 13 мг/дм3: 40-60 м от 4 до 8 мг/дм-'. На конусе выноса р. Силинка в разрезе до глубины 20 м содержания железа достигают 20 мг/дм5 и более , а ниже, до 85 м - 7-15 мг/дм3.

Гидрогеохимия железа и марганца в техногенно-нарушенных условиях. Значительные преобразования химического состава пресных подземных вод бассейна происходят на участках действующих водозаборов. Содержание железа в скважинах Мостового ьодозабора возросло в течении 1-3 месяцев от начала эксплуатации с 5-10 мг/дм3 до 20-30 мг/дм3, а по отдельным скважинам - до 50 мг/дм3. Содержание марганца изменилось<>т 0,2-0.4 мг/дм' до 1.0-2.0 мг/дм3.

Содержание железа (и марганца) в водозаборных скважинах, расположенных на расстоянии 30 м друг от друга, в отдельных случаях отличается в несколько раз (скв.8 - 10-15 мг/дм3, а скв.9 - 45-55 мг/дм"'). Из этого следует, что зона максимальных преобразований химического состава подземных вод около водозаборных скважин может ограничиваться радиусом 10 - 15 м. Максимальная восстановительная способность по отношению к железу и марганцу околоскважйнных зон может быть связана подтоком подземных вод из участков разреза с повышенными содержаниями в воде и породах органических веществ.

Механизм увеличения концентраций Бе и Мн в подземных водах 1а участках их эксплуатации связан с увеличением в воде СО2. На участках действующих водозаборов при осушении водовмещающих по-эод в кровле водоносного горизонта и соответственном увеличении юны аэрации, процессы окисления органических веществ в нижней части зоны аэрации и в верхней части водовмещающих отложений бу-цут происходить более интенсивно. Окисление органических веществ Зудет интенсифицировать образование СО2, которая, быстро растворяясь в подземных водах, снижает их рН и сдвигает в них карбонатное равновесие в сторону образования НСОз- и простых ионов Ре2:, Мп24 .

Природные концентрации железа и марганца в водовмещающих породах околоскважкнной зоны-радиусом 10 метров являются достаточным источником поступления их повышенных концентраций в подземные воды.

Процесс преобразования подземных вод в момент перехода от естественного ненарушенного к нарушенному эксплуатацией состоянию водоносного горизонта на опытном участке Мостового водозабора по скв. 16 и н-1 показывает, что в течение первых 250 часов откачки из этих скважин, содержание железа в воде возросло но скв. 16 с б до 9 мг/дм3, а по скв. н-1 - с 17 до 25 мг/дм3. Концентрация марганца в них возросла соответственно с 0,4 до 1 мг/дм3 и с 0,6 до 1,5 мг/дм3. При этом, в воде выросло содержание растворенной двуокиси углерода, по скв. 16 с 20 до 57-75 мг/дм3, по скв. н-1 - с 40-50 до 130-150 мг/дм3 и зафиксировано снижение рН воды с 6,9 до 6,8-6,7. Аналогичные результаты получены на Сенденском месторождении подземных вод.

Гидрогеологические исследования показали, что эксплуатационный водоотбор вызывает увеличение содержаний железа и марганца в подземных водах. Наиболее интенсивно эти процессы происходят в течение 1-3 месяцев с начала эксплуатации. В связи с этим, необходимо увеличение интенсивности и продолжительности откачек и выполне-

нле опытно-технологических исследований мо очистке подземных вод от железа и марганца при разведке месторождений подземных вод.

4. Использование железо- и марганецсодсржащих пресных подземных вод

В настоящее время в северной части Средне-Амурского артезианского бассейна действует более 440 скважин.

В 199J г оду на Мостовом водозаборе г. Комсомольска-на-Амуре получены положительные результаты при опробовании технологии обезжелезцвания и демангаиации подземных вод в пласте. Для очистки от железа и марганца применен метод внутрилластовото обезжеле-зивавия и деманганации подземных вод спаренными скважинами. Опытным путем было получено снижение содержания железа по принятой методике очист ки до значений меньших 0,05 ьЫдм3 и марганца -до 0,4 - 0,5 мг/дм3 и менее. При этом достаточным является повышение Eh воды до 200 мВ пу тем подачи в пласт аэрированной воды с концентрациями растворенного кислорода от 9 до 11 мг/дм3. В 1993 - 1994 годах аналогичные работы выполнены на водозаборе АС "Комсомольский нефтеперерабатывающий завод"., В процессе работ было доказано, что для осаждения железа в пласте в данных условия> достаточным является повышение Eh ьоды до 250 мВ, в результате подачи в п пас i аэрированной воды со средними концентрациями рас творенного кислорода 8 - 10 мг/дм3,

Резуны аты выполненных опытных работ позволяют сделать вы вод о том, что гидрогеологические и гидрогеохимические условия i Средне-Амурском артезианском бассейне дают возможность ( при вы боре оптимального режима циклов "откачка-закачка") достигать вы соких значений величины удельной адсорбции кислорода ( Ç ) водо вмещающими породами, с которой связана очистка подземных вод : пласте { Г.М. Коммунар, B.C. Алексеев, Ф.Х. Якбулатова и др. ). Пр: концентрации растворенного кислорода около 10 мг/дм3, эта величин

можег составлять 6-7 мг/дм3 и более, что позволяет эффективно производить очистку вод от железа и марганца в пласте.

Значения константы скорости реакции гетерогенного окисления

Ре(Н) кислородом ( арс2-т ), адсорбированным на поверхности водо-вмещающих пород, изменяются от 0,004 до 0,04 (мг*час/дм3)-'. Наибольшая скорость окисления железа определена на Мостовом водозаборе и водозаборе АО "КНПЗ": 0,004 • 0,006 (мг*час/дм3)-'.

Стоимость традиционной установки поверхностной очистки в общем более, чем в 10 раз превышает таковую для установки обезже-пезивания подземных вод в пласте.

В пределах рассматриваемого района и всего бассейна рекомендуется максимально использовать технологию очистки подземных вод. от железа и марганца в водоносном горизонте, как экономически бо-пее эффективную и не требующую решения экологических проблем, связанных с утилизацией промывных вод, получаемых на поверхностных установках.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных многолетних гидрогеологических' исследований автором собран, обработан и проинтерпретирован больной материал но формированию железо- и марганецсодержащих пресных подземных вод. Главными итогами выполненной работы являются :

1. Обобщены данные о содержаниях железа и марганца в почвах, эсадочных породах и подземных водах Средне-Амурского артезиан-жого бассейна.

2. С современных позиций охарактеризовано формирование химического состава подземных вод Средне-Амурского артезианского бассейна. Формирование химического состава таких вод происходит в . условиях отсутствия кислорода, высоких концентраций двуокиси уг- -

•■ 20 лерода, отрицательных значений ЕЬ в пласте, что и приводит к выносу железа и марганца из вмещающих пород в подземные воды.

3. Привлечение методов математической статистики позволило перейти от качественных к количественным характеристикам процессов и факторов формирования химического состава пресных подземных вод Средне-Амурского артезианского бассейна.

4. Установлены закономерности динамики химического состава железо- и марганецсодержащих пресных подземных вод Средне-Амурского артезианского бассейна на участках их интенсивной эксплуатации. Установлен механизм увеличения концентраций железа и марганца в подземных водах на участках водозаборов в период ввода их в эксплуатацию. Показано, что максимальное влияние на преобразование подземных вод на участках действующих водозаборов оказывают локальные факторы в околоскважинной зоне, которая может ограничиваться радиусом 10-15 м.

5. Обоснована необходимость увеличения интенсивности и продолжительности откачек при разведке месторождений подземных вод артезианских бассейнов Дальнего Востока.

6. Показана важность учета возрастания интенсивности водной миграции марганца по отношению к железу на участках водозаборов после ввода их в эксплуатацию для проектирования использования подземных вод Средне-Амурского артезианского бассейна в хозяйственно-питьевых целях.

7. Обоснована методика выбора участков для проведения разведочных работ с наименее благоприятными к интенсивному вынос) марганца в подземные воды литолого-геохимическими особенностям* водовмещающих пород.

8. Выполненные по методике ВНИИ ВОДГЕО расчеты позволи ли впервые сделать оценку геотехнологических параметров водовме щающих пород Средне-Амурского артезианского бассейна.

9. На основе углубленного анализа формирования химического :остава подземных вод обоснована возможность эффективного применения методов внутрипластовой очистки подземных вод от Fe и Мп 1 условиях Средне-Амурского артезианского бассейна. Эта техноло-ия, являющаяся альтернативой поверхностным методам водоподго-"овки на водозаборах подземных вод, рекомендуется для иснользова-шя в условиях Средне-Амурского артезианского бассейна и в целом га юге Дальнего Востока России. Разработаны принципы геотехноло-ттческого районирования по условиям очистки подземных вод в плате.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. О возможности формирования гидрогенных месторождений итатины // Тезисы докладов всесоюзного совещания по подземным ¡одам востока СССР (XTI] совещание по подземным водам Сибири и Дальнего Востока ). Иркутск-Томск, 1991, с. 129 (Соавторы:. Абрамов З.Ю., Потапов А.А., Кирюхин В.А., Кулаков В.В., Шемякин В.Н.).

2. Особенности геохимии грунтовых вод Амгунь-Сихотэ-\линьской гидрогеологической складчатой области // Тезисы докла-юв всесоюзного совещания по ио. немним водам востока СССР. Ир-сутск-Томск, 1991, с. 170.

3. Геохимия подземных вод зон тектонических нарушений горно-жладчатых областей Нижнего Приамурья // Тезисы докладов всесо-озного совещания по подземным водам востока СССР. Иркутск-Гомск, 1991, с. 184 (Соавторы: Архипов Б.С., Кулаков В.В.).

4. О механизме перерасире.»юления платины в зоне гиперггнеза // Элементы и минералы платиновой группы в ультрамафи чески х масси-$ах ( Тезисы докладов I совещания ). Санкт-Петербург, 1991, с. 15 16 Соавторы: Абрамов В.Ю , Потапов А,А.).

5. Геохимия грунтовых вод Амгунь-Сихотэ.-Алиньской горно-жладчатой гидрогеологической области Дальнего Востока // Формирование ресурсов и состава подземных вод ( Записки Ленинградского

горного института им. Г.В. Плеханова, том 129 ). Санкт-Петербург, 1991, с. 50-56.

6. (^„.формировании гидрогенной составляющей аллювиальных россыпей платины // Тезисы докладов совещания "Геология и генезис месторождений платиновых металлов". Москва, 1992 (Соавторы: Абрамов В.Ю., Потапов A.A.).

7. Гидрогеохимия Кондерского ультраосновного массива // Отечественная геология, N 10, 1993, с. 71-76 ( Соавторы : Кулаков В.В., Кирюхин В.А., Абрамов В.Ю.).

8. Снеговая съемка как метод эколого-гидрогеологических исследований для постановки мониторинга геологической среды II Материалы всероссийского совещания по подземным водам Востока России (XIV совещание по подземным водам Сибири и Дальнего Востока). Иркутск, 1994, с. 46 (Соавторы: Архипов B.C., Мельников Д.А.).

9. Особенности формирования химического состава подземных вод плиоценовых и четвертичных отложений Средне-Амурской впадины на участках их эксплуатации II Материалы всероссийского совещания по подземным водам Востока России. Иркутск, 1994, с. 57 (Соавтор: Архипов B.C.).

10. Загрязнение подземных вод г. Комсомольска-на-Амуре II Материалы всероссийского совещания по подземным водам Востока России. Иркутск, 1994, с. 60 (Соавтор: Архцпов B.C.).

11. Загрязнение геологической Среды // Состояние природной Среды и природоохранная деятельность в г. Комсомольске-на-Амуре в 1994г. Комсомольск-на.-А.муре, 1995, с.73-77 (Соавтор: Архипов B.C.).

12. Некоторые результаты геоэкологических исследований пс изучению загрязнения подземных вод и грунтов нефтепродуктами в г, Комсомольске-на-Амуре // Результаты мониторинга подъемных вод ш Дальнем Востоке России за 1945-1995 гг. и задачи по обеспечении: гидрогеологических и геоэкологических прогнозов в регион«

(Материалы научно-практической конференции). Хабаровск, 1995, с. 29 (Соавтор: Архипов Б.С.).

13. Опыт применения геотехнологических методов очистки подземных вод на водозаборах г. Комсомольска-на-Амуре // Результаты мониторинга подземных вод на Дальнем Востоке России за 1945-1995 гг. и задачи по обеспечению гидрогеологических и геоэкологических прогнозов в регионе. Хабаровск, 1995, с. 41 (Соавторы: Архипов Б.С., Кулаков В.В.).

14. Принципы оценки защищенности пресных подземных вод от поверхностного загрязнения для условий Средне-Амурской впадины // Результаты мониторинга подземных вод на Дальнем Востоке России за 1945-1995 гг. и задачи по обеспечению гидрогеологических и геоэкологических прогнозов в регионе. Хабаровск, 1995, с. 45 ( Соавтор: Архипов Б.С.).

15. Опыт картирования техногенных отложений в районе г. Комсомольска-на-Амуре // Результаты мониторинга подземных вод на Дальнем Востоке России за 1945-1995 гг. и задачи по обеспечению гидрогеологических и геоэкологических прогнозов в регионе. Хабаровск, 1995, с. 49 (Соавторы: Першин В.К., Архипов Б.С.).

16. Современные требования к методике гидрогеохимических исследований при ведении мониторинга подземных вод в Хабаровском крае // Результаты мониторинга подземных вод на Дальнем Востоке России за 1945-1995 гг. и задачи по обеспечению гидрогеологических и геоэкологических прогнозов в регионе. Хабаровск, 1995, с. 63 ( Соавтор: Архипов Б.С.).

17. Мониторинг подземных вод, контроль за охраной подземных вод ог истощения и загрязнения на территории города Комсомольска-на-Амуре /У Состояние природной среды и природоохранная деятель ность в г. Ксмсс;,;ольске-на-Амуре в 1995г. Комсомольск-на-Амуре, 1996, с. 84 - 92 (Соавтор: Архипов Б.С. ).

18. Опыт- внутрипластовой очистки подземных вод от Fe и Мп на водозаборах г. Комсомольска-на-Амуре // Материалы 2-го Международного конгресса "Вода:-экология и техпология"(ЕС\УАТЕСН-96). Москва,1996, с.206-207 (Соавтор: Архипов Б.С.).

19. Изменение химического состава пресных подземных вод . Средне-Амурского артезианского бассейна на участках водозаборов в

период ввода их в эксплуатацию // Материалы 2-гр Международного конгресса "Вода: экология и технология" (ECWATECH-96 ). Москва, 1996, с. 113 -114 (Соавтор: Архипов Б.С.).

20. Геотехнологическое районирование и критерии выбора методов водоподготовки железистых подземных вод Средне-Амурского артезианского бассейна // Материалы 2-го Международного конгресса "Вода: экология и технология" ( ECWATECH-96 ). Москва, 1996, с. 166 - 167 (Соавторы: Архипов Б.С., Кулаков В.В.);