Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Формирование и субмаринная разгрузка трещинно-карстовых вод в прибрежной зоне Черного моря

ВАК РФ 04.00.10, Геология океанов и морей

Автореферат диссертации по теме "Формирование и субмаринная разгрузка трещинно-карстовых вод в прибрежной зоне Черного моря"

ОДЕССКИЙ ОВДНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАНИИ! КЮУДА1СЧШНПШ УНИВЕРСМЕТ Ш. II.И.МЕЧНИКОВА

На правах рукописи БЛ1САГ0Б1М Ирина Михайловна

ФОНДИРОВАНИЕ И СУЕМАРШНАЯ РАЗПУШ ТРЕЩШНО-КА РОТОВЫХ ВОД В ПРИБГШОЙ 301Е ЧЕРНОГО МОРЯ

специальность 0'(.00.10 - геология океанов

и морей

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогичеоких наук

Одесоа - 1990

Работа выполнена в отделе современного морского седименто-гвиоэа Института геологических наук /ИИ1/ А!1 УССГ.

НпучиыП руководитель - доктор геолого-иинералогичеоких наук ИИТРОПОЛЮКНП АД).

Цишиалыше оппоненты: доктор геолого-минералогических наук ОГНЯШК И.О.

кандидат геолого-минералогичеоких наук, доцент РОТАРЬ М.Ф.

Ведущая организация - Сектор гидрогеологии АН Грузинской ССР

Защита состоится января 19.34 г. в I4 часов

на заседании специализированного совета, шифр К 050.24.06. по геолого-минералогическим наукам при Одесском госуниверситете им, И.И.Мечникова по адресу: 270015, г.Одесса-15, Шампанский переулок 2, геолого-гсографичеекиН факультет, ауд. № НО.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Одесского государственного университета.

Автореферат разослан декабря 1990 г.

Ученый секретарь <

¿'■■ССлг- ЧЕРКЕЗ Е.Л.

специализированного совета -г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми обусловлена возрастающими Tei.mai.iii освоения Черноморского побережья, развитием хозяйственной инфраструктуры, что предопределяет необходимость учета негативного влияния антропогенных нагрузок. Побережье юго-западной части Горного Крыма отличается высокой плотнЪстыя населения рекреационной зоны, напряженным водным балансом, неблагоприятной экологической обстановкой. Изучение в береговой зоне очагов сосредоточенной субма-ринной разгрузки трещшшо-карстових вод верхнеюрского водоносного горизонта /единственного источника водоснабжения данной территории/ с позиции возможного «датирования вод и дальнейшего использования для народнохозяйственных нужд представляет практическую ценность.

Цель и задачи исследования. Основной целью работы явилось изучение подземного стока открытой к морю гидрогеологической структуры, расположенной в рамках горно-складчатого сооружения и характеризующейся высоким динамизмом процессов.

В соответствии с поставленной целью решена следующие задачи:

1. Детально изучены береговая зона в районе погружения верхнеюрских известняков ниже уровня моря, прилегающая часть шельфа

и континентального склона с цельц определения морской границы коллектора.

2. Изучена фильтрационная среда трещинно-карстового коллектора от областей питания до зон разгрузки, в том числе и субма-ринной. Доказана правомерность сопоставления водовмещающих пород -среде с двойной проводимостью.

3. Создана многомерная модель формирования подземного стока па базе факторного, регрессионного и кластерного анализов.

4. Выполнена количественная оценка субмаринной разгрузки подземных вод в береговой зоне и разработана схема их каптажа.

Научная новизна и практическая значимость:

1. Впервые для данного района проведены детальные исследования подземного стока открытой к морю гидрогеологической структуры.

2. Построена многомерная модель, описывающая механизм формирования подземного стока в трещинно-кар'стовых коллекторах.

3. Обоснована целесообразность каптажа подземных .вод, разгружающихся в суомнриншк условиях, для целей водопользования народнохозяйственных обьектов.

- а -

4. Предложено использовать комплекс методов и методик, применяемых при изучении субмаринного стока в качестве инструмента для оценки техногенной нагрузки и загрязненности трещшшо-кирс-тоеых вод.

Основные защищаемые положения:

I. Геолого-структурные особенности каждого конкретного района определяют процесс формирования подземного стока, особенности и характер морфологии береговой зоны, шельфа и континентального склона.

'¿. Процесс 'формирования подземного стока в трещинно-карсто-вом коллекторе наиболее адекватно отражает многомерная модель па базе факторного, регрессионного и кластерного анализов.

3. Субмаршшая разгрузка подземных вод в береговой зоне, на шельфе и континентальном склоне на барьере пресная-морская вода количественно может быть оценена с применением комплекса гндрохи ммческнх и гидрометрических методов.

4. Субмаринный сток верхнеюрского водоносного горизонта в раПоне мыса Лйя может быть каптирован и использован для целей питьевого водоснабжения при условии отнесения области питания и транзита подземных вод к зоне санитарной охраны с ограниченной хозяйственной деятельностью.

Фактический материал, положенный в основу диссертационной работы, был собран в период 1982-1369 гг. в ходе морских экспедиционных работ ИМРп Мингео СССР, рейса на БГК-635 и ГО273, Черноморского этапа 37-го специализированного геолого-геофизического рейса НИС "Академик Вернадский". Привлекаюсь материалы карстологических, гидрогеологических, геофизических работ, проводившихся в юго-западной'части Горного Крыма Министерством геологии СССР. При подготовке диссертационной работы ироанализиров? ни материалы уровенного режима 1? скважин за многолетие; математическое моделирование реализовано на ЭВМ типа ЕС и СМ-1420; отобрано 1380 проб воды в зоне смешения преет« и морских вод вблизи очагов разгрузки, по которым выполнен полный гидрохимический анализ; выполнено 1Ь0 определений концентраций радона в во,! проведена геотермическая съемка в береговой соне и на шельфе юго-западной части Горного Крыма; выполнено зондирование комплексом "Исток" на кедьфе и континентальном склоне.

Апробация.работы и публикации. Основные положения и результаты исследований докладывались на международно;/! симпозиуме "Ин-

- :j -

женерная геология шельфа и континентального склона морей и океанов мира" /Тбилиси, IStití г./. на 1-ом Всесоманом с&мшшрц "Экологические и народно-хозяйственные аспекты морской геологии" /Киев, ISb9 г./. на совместном заседании отделов современного морского сединентогенеза, осадочного рудообраассания, геилопш антропогена, литологии, гидро-геодогических проблем и инженерной геологии ИГН Ali УССР /Киев, 1989 г./. Но теме диссертации опубликованы четыре работы.

Структура и об'1-si.i работы. Диссертация общим объемом 14? страниц машинописного текста состоит из введения, пяти глав и заключения. В работе содержится 15 таблиц, 32 рисунка. Список литературы включает IÖI наименование.

Диссертация выполнена в отделе современного морского седн-ментогенеэа ИГН Ali УССР под руководством доктора геолого-минералогических наук Ю.А.Митропольского, которому автор выражает признательность за всестороннюю помощь' на всех этапах работы над диссертацией. Автор благодарит кандидата географических наук Ю.Г.Юровского, кандидатов геолого-минералогических наук П.Ф.Го-жика, Ю.И.Шутова, И.А.Кирьянова за внимание к работе и ценные советы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность проведенного исследования, определены цели и задачи диссертации, показана ее научная новизна и практическая ценность.

Изучению стока подаЫных вод в моря и Мировой океан посвящены работы: И.М.Баучидзе и А.М.Меливы /1967/, Г.А.Максимовича и Г.З.Кикнадзе /1967/, С.А.Брусиловского и Л.А.Лаптевой /1976/, И.С.Зекцера, Р.Г.Джамалова, А.В.Месхетэли /1977,1984/, В.И.Ляль-ко, М.М.Митника, А.Д.Вульфсона /1978/, В.Мяжатовича /1961/, А.С.Фроманта /1965/, <6. Мангейма /1967/, Л.Поти /1973/, Ф.А.Ко-хоута /1974/ и др.

Общие вопросы морской гидрогеологии рассматривались в публикациях: Е.А.Баскова /1971/, С.А.Брусиловсиого /1971/, А.Е.Бабинца, А.Ю.Митропольского, С.П.Ольштьшского /1973/, А.И.Короукоаа, Л.И.Павлова, О.Г.Юровского /I960/, В.А.Кирюхина, Н.И.Толстлхина /1984/, Ф.Мангейма, Ди.Бишофа /1969/ и др.

Проблема квитирования субмаришшх источников посвящены работы К.Б.Швердтфегер /1981/, S.Отмена /1978, 1987/.

Глава 1. Факторы формирования трещинно-карстовых вод в юго-западной части Горного Крыма

На формирование подземного стока в юго-западной части Горного Крыма существенное влияние оказывают особенности литологи-ческого состава водовмещающих пород, развитие тектонических нарушений, предопределяющих блоковое строение территории и развитие процессов карстообраэования, климатические условия, гидрогеологические особенности региона.

1.1. Структурно-тецгонические и морфологические особенности района

По характеру и типу складчатости, степени метаморфизма пород в пределах Горного Крыма вццеляются две структурно-форма-ционные зоны - западная и восточная, разделенные Салгиро-Октяб-рьским глубинным разломом! Б пределах западной структурпо-фор-мационной зоны вьщеляются Южнобережное и Качинское поднятие, а также Юго-западный синклинорий. Для.западной части последнего характерно развитие крупных грабен-синклиналей: Байдарской, Вар-наутской, Балаклавской и Сухореченской горст-апликлинали, представляющих собой структуры Ш-го порядка. Развитая система сбросов субширотного и северо-восточного простирания, самыми крупными среди которых являются Чернореченский и Кучук-Койский сбросо-сдвиги, разделяют Байдарскую долину на ряд узких ступенчатых блоков /Архипов И.В., 1969/. В пределах Ьарнаутской грабен-синклинали выделяются Перовский и Кучук-Ыускамьинский широтные сбросы, при этом последний по данным Л.С.Борисенко /196«;/ потенциально может разгружать часть подземных вод из Варнаутской и Байдарской грабен-синклиналей.

Анализ существующих ^.тектонических построений позволил автор составить более дробную Ьхему "клавишного типа" с выделением до 40 блоков и последующей их группировкой для областей, горно-склад чатых сооружений и замкнутых межгорных котловин.

Особый интерес представляет вытянутая вкрест общему простиранию речной сети Байдарская депрессия - асимметричный прогиб блокового строения.

1.2. Геологические факторы

. Наиболее древними породами, обнажающимися на дневной поверх ности о пределах юго-западной частя Горного Крыма, являются преимущественно глинистые отложения таврической серии j Т + ^ /»

- ь -

которые вместе с песчапо-глшшстыми породами среднеюрского возраста представляют собой единый цокольный водоупор и базис кар-стования вышележащих верхнеюрских карбонатных отложений. Мощность пород цокольного водоупора по геофизическим данным составляет 3 км, при этом по данным бурения разность отметок его кровли в пределах Байдарской долины достигает 900 м, что оказывает существенное влияние на развитие карстовых процессов. Верхнеюрские карбонатные комплексы оксфордского, киммеридиского и титон-ского ярусов литологически представлены преимущественно разнообразными карбонатными породами /известняками/ при подчиненном распространении конгломератов, песчаников и аргиллитов.

деловая система в основном представлена песчано-глинистыми отложениями четырех нижиемеловых ярусов, выполняющими в области депрессий функции покровного водоупора.

Таким образом, в геологическом строении исследуемого района в широком плане отмечается региональное распространение нарстую-щихся /верхнеюрские карбонатные комплексы/ и некарстующихся /региональный цокольный водоупор - отложения таврической серии и средней юры, внутриформационный водоупор локального типа -флишеподобные образования нижнего титона, покровный водоупор -глинистые отложения верхнего валанжина и баррема-апта/ пород.

1.3. Карст

В пределах исследуемой территории Б.Н.Ивановым /1966, 1976/ выделены районы, имеющие неоднотипный характер проявлений карста и находящиеся в различны* стадиях закарстования /открытой, полузакрытой и покрытой/. Открытый карст наиболее ярко проявляется на платообразных вершинах Ай-петринского массива. Наличие крупных и мелких карстовых полостей, большого числа карстовых источников, ряд геоморфологических и гидрогеологических признаков, а также данные бурения указывают на существование достаточно развитого глубинного карста, локализованного чаще всего в пределах зон дробления. При невысокой открытой пористости /до водопроницаемость известняков определяется в основном их тектонической трещиноватостью /Васильев И.Н., 1971/. Модуль трещиноватости резко возрастает в приразломных зонах, при этом максимальные величины характерны для опущенных блоков. С этими зонами связаны и максимумы обводнения и крупные карстовые полости /Дублянский В.Н., 1977/.

1.4. Климатические условия и гидрография

Учитывая особенности формирования подземного стока в карстовых бассейнах, следует отметить значительную роль климатических факторов. Район исследований характеризуется влажным /600-1000 мм/год/, умеренно-теплым климатом,при этом количество осадков увеличивается по мере возрастания высоты над уровнем моря.

Основой источник питания - весеннее снеготаяние на Яйдин-ском плато и летние ливневые дожди.

Индикаторные опыты, проведенные в области питания подземных вод, свидетельствуют о несовпадении площадей орографических и подземных водосборов /Дублякский В.Н., 1975/.

Поверхностный сток в областях наибольшего развития открытого карста отсутствует. В пределах межгорий котловин гвдрографи-ческая сеть представлена в основном временными водотоками, за исключением реки Черной, сток которой обеспечивается рекой Узун-джой и Скельским источником /тип Боклюза/. Спецификой гидрографических условий является выход водотоков из межгорных котловин с образованием каньонов.

1.5. Гидрогеологические особенности юго-западной части Горного Крыма

Большой вклад в развитие представлений об условиях и факторах формирования подземных вод в Горном Крыму принадлежит И.Г.Глухову /i960/, М.В.Чуринову /1961/, В.Н.Дублянскому, Ю.И. Шутову, В.Д.Приблуде /1975/, Приблуде В.Д., Коджаспирову A.A., Дублянскому в.н. /1979/.

Верхнеюрский водоносный горизонт в юго-западной части Горно го Крыма является единственным эксплуатационным для указанной территории и имеет большое- значение как источник водоснабжения г. Севастополя, местных населенных пунктов и объектов рекреацион ной зоны.

В пределах Баварской долины вьщеляются два наиболее водо-обильных участка, где в настоящее время действуют водозабора различной производительности: Орлиновский 1,3 тыс. мэ/сут и Родниковский - до 7,0 тыс. м3/сут.

Блоковое строение, развитие разрывных нарушений определяют гидрогеологические условия района, характери ющиеея наличием трещинно-карстового стока и локализацией его узких прираэяом-ных зонах, что подтверждается карс-тологическгми исследования'''./. /Дубля!¡ский Б.Н,, J977/.

Установлено отсутствие сплошной обводненности верхнеюрских карбонатных массивов, так как водовмещающие породы отличаются резкой фильтрационной неоднородностью. Обводненные трещиноватые зоны в отдельных блоках характеризуются разной высотностью и различной водообеспеченностью. Наибольшая степень обводненности по данным Н.Н.Васильева /1971/ наблюдается в зонах тектонических нарушений, причем максимум активной зияющей трещиноватости, связанной с ней обводненности приходится на зону, расположенную в 50-75 метрах в пределах опущенного крыла блока. Именно на эти участки приходится примерно 70^ общего водопритока, 1&/& водопрн-тока фиксируется на участках, удаленных от сместителя на 150300 м.

Карстологические работы ШР /Мингео СССР/, а также материалы буровых работ в комплексе с геофизическими исследованиями в юго-западной части Горного Крыма позволили сделать вывод о главенствующей роли тектонических нарушений как основных путей транзита подзегдных вод к областям разгрузки.

Глава 2. Фильтрационная схема верхнеюрского водоносного горизонта

В данной главе на базе опубликованных литературных источников, фондовых материалов карстологических, геологических съемок, геофизических и гидрогеологических исследований и данных бурения в юго-западной части Горного Крыма охарактеризована фильтрационная среда по комплексу признаков ; наличие поверхностных и глубинных форм карстопроявления, разрывных нарушений, мощности карбонатной толщи, условия залегания, наличие покровных отложений, кавернозность, трещиноватость, характер водопроявлений в скважинах, расположение обводненных зон в разрезе карбонатной толщи, установившийся уровень, коэффициенты водопроводимости.../. Выполнено районирование территории по условиям питания. В пределах изучаемой структуры выделены выкроенные крупными тектоническими нарушениями гидрогеологические блоки Скельско-Байдарский, Бюзюк-ско-Байдарский и Желтой речки /по В.Н.Дублянскому и др., 1979/, а также Байдарский и Приморско-Сухореченский гидрогеологические блоки.

2.1. Область питания

Основной областью питания верхнеюрского водоносного горизонта являются районы с карстом в открытой стадии закарстования,

представленные частью Центрального и Западного Ай-Иетринского массивов и Приморским карстовым районом. Максимальной для Горно" го Крыма плотностью поверхностного закарстования отличается Центральное карстовое плато. Здесь известно 218 различных карстовых полостей, большая часть которых Що - нивально-коррозион-ные колодцы и шахты глубиной до 70 м /Ъ.Н.Дублянский, Ломаев, 1980/. Для этого района характерно наличие крупных карстовых водоносных систем.

В пределах Ай-Г1етринского горного массива Дублянским В.11. и др. /1979/ оконтурен балансовый бассейн, разделенный крупными тектоническими нарушениями на три гидрогеологических блока -Скельско-Байдарский, Бюзкжско-Байдарский и Желтой речки, отличающихся условиями питания, 'разгрузки подземных вод, гидродинамической зональностью и направлениями движения подземных карстовых потоков. Первые два гидрогеологических блока являются областью 'питания подземных вод Байдарской котловины, а многочисленные карстовые формы /воронки, поноры, шахты и колодцы/ и зоны тектонических нарушений способствуют инфильтрации атмосферных осадков и переводу их в подземный сток. Установлено отсутствие повсеместного сплошного прокарстования верхнеюрских известняков до водоупора, в закарстованной толще не существует как сплошного обводнения, так и единого уровня карстовых вод /Дублянский В.Н., 1977/. В результате воднобалансовых расчетов с привлечением данных режимных наблюдений, ресурсы подземных вод в юго-западной части Горного Крыш оценены в количестве 133 тыс. м3/суг.

. 2.2. Область транзита трещинно-карстовых вод

Область транзита подземных вод верхнеюрского водоносного горизонта представлена доеГжгорными Байдарской и Варнаутской кот' ловинами, яйлинское обрамление которых характеризуется локальным развитием поверхностных карстовых форм, выступающих местными очагами питания. В пределах области транзита нами выделено два крупных блока Баварский и Приморско-Сухороченский. При выполнении районирования территории в качестве границ мезду блоками • приняты тектонические нарушения, зафиксированные авторами по-. следних работ КГГЭ в юго-западной части Горного Крыма.

Для Байдарекого гидрогеологического блока характерным является тот факт,что карстовани» подвержены известняки различного возраста: оксфорд-киммериднские, титонские, а в пределах северны склонов депрессии - нижпекеловне. ¡Сарстовые явления зафиксирован

на большой глубине от дневной поверхности на различных гипсометрических отметках.

Скважины, пройденные в массиве трещиноватых карбонатных пород позднеюрского возраста, вскрыли напорные воды /некоторые из них с самоизлив'ом/, часть скважин оказались слабообводненными или безводными вообще, а некоторые поглощали промывочную жидкость.

В пределах Приморского Сухореченского гидрогеологического блока, в состав которого входит Варнаутская депрессия, карстовые формы также зафиксированы на различных гипсометрических отметках в разрезе карбонатных отложений, перекрытых мощной толщей песча-но-глинистых отложений нижнего мела. Поверхностные карстовые формы в известняках оксфорд-киммериджа размещены локально, преимущественно в блоках Приморского хребта, где сильная расчлененность рельефа не способствует их площадному развитию.

Сухореченское поднятие, сложенное песчано-глинистыми породами верхнего триаса.и средней юры, оказывает существенное влияние на условия циркуляции и разгрузки подземных вод. Являясь естественным барражем, поднятие предопределяет одно направление потока подземных вод к юго-востоку, что подтверждается интенсивной суб-маринной разгрузкой в береговой зоне, а второе направление имеет ориентацию на северо-запад.

В целом, для области транзита присущи:

1. Высокая вариабильность такого параметра как водопроводи-мость /крайние значения отличаются на несколько порядков 5-250 м^/сут, иногда для близко расположенных скважин/;

2. Основными водопроводящими каналами выступают открытые трещины и полые каверны, фиксирующиеся в разрезе карбонатных пород как в непосредственной близости от области питания, так и в приурезовой зоне;

3. Зона контакта карбонатных пород с цокольным водоупором имеет мозаичный вид, иногда амплитуда ее вертикального смещения ■ для соседних блоков составляет 200 и более метров; Установленное геофизическими исследованиями рельефа по поверхности водоупора /Хмелевского и др., 1963/ и проходкой Ялтинского гидротоннеля отсутствие карстовых полостей и значительных статических запасов подземных вод вблизи водоупора свидетельствует о том, что водо-упор не выполняет ведущей роли в ориентации подземного стока;

4. Мощность самих карбонатных пород не выдержана по площади, в отдельных блоках она составляет 530 м, 700 и более 1000 метров;

5. Обводненные зоны вскрыты на различных глубинах от поверхности, в ряде скважин отмечается несколько закарстованных обвод-пенных зон. Таким образом, карбонатная толща, Еыстунающая тре-щинно-карстовым коллектором, характеризуется ярко выраженной фильтрационной неоднородностью и представляет собой среду минимум с двойной проводимостью.

Глава 3. Многомерный анализ режимных характеристик подземного стока

В карбонатных породах помимо зон повышенной трещиноватости, создаются дополнительные пути фильтрации подземных вод за счет пористости самих карбонатных пород. Водовмещающая среда приобретает сложную структуру емкости и не может быть отовдествлена со средой сплошной проводимости.

Следует отметить, что учение о подземном стоке разработано преимущественно для структур платформенного типа, несущих на себе следы крупномасштабных региональных эффектов и не обладающих той степенью динамичности процессов и повышенной вариацией параметров подземного стока как области горно-складчатых сооружений /Хаустов А.11., 1966/. На наш взгляд, математические методы решения задач геофильтрации, основанные на представлениях о сплошности проводящей среды, в условиях изучаемой нами гидрогеологической структуры не применимы, так как в данном случае речь идет о движении изолированных водотоков и динамичных, быстро срабатывающихся запасах подземных вод.

Нам представляется наиболее приемлемым подходом построение многомерной модели режимных характеристик подземного стока на базе факторного, регрессионного и кластерного анализов.

. Общие представления- о статистическом исследовании задач, содержащих.две и более случайные величины применительно к постановке и решению частных гидрогеологических задач, изложены в работах Григорьевой Н.В., Чесалова С.М. /1901/, Ковалевского B.C. /1983/, Иавличенко Л.М., Шапиро С.М. /19В2/, Хаустова А.П. /1981, ШОУ и др.

Наша задача - ца.основании комбинации статистических приемов обработки данных режимных наблюдений получить качественную схему транзита подземных вод. Концептуально.мы,представляем себе схему -движения таким'образом: формируясь в разделенных друг от друга Скельско-ОшраДоьским• глубинная нарушенном блоках области питания /Скельскб-Байдгфском и Бозюкско-Байдарском/,подземные иод1

образуя два крупных разобщенных потока, поступают состлг.тствен-но в область Чернореченского желоба и периферийную юго-западную часть Байдарской депрессии. Первый поток дренируется долиной реки Черная, а второй направлен в сторону наиболее глубокой дрены, каковой является Черноморская впадина.

Б качестве геологических объектов наблюдений выступают скважины, расположенные в пределах Байдарской депрессии, севе-ро-заладнее в долине Сухой речки и в близбереговой зоне, где распространены верхнеюрские известняки. Каждая выборка представлена имеющимися данными многолетних наблюдений за изменением уровня воды в определенной скважине исследуемого района. Б результате анализа фактажа по уровенному режиму, данные были оптимально сгруппированы и формализованы для дальнейшего представления в качестве исходных параметров для кластерного и регрессионного анализов. При этом выдержаны следующие основные требования:

I. Осуществлена проверка закона распределения по каждой выборке. Такая проверка необходима, так как только после описания эмпирического распределения в рш.чах известного теоретического закона можно использовать параметры, описывающие этот закон. Проверка закона распределения показала близость всех исследуемых эмпирических распределений к нормальному закону распределения вероятностей.

2.Осуществлена стандартизация данных - приведение к виду /(Хг -Ю/<? /вычитание среднего арифметического из каждого значения признака с последующим делением на стандартное отклонение. Стандартизация данных снимает разномасштабность единиц измерения признаков.

В результате факторного анализа,матрица которого сформирована по принципу объекты - скважины, признаки - нормированные среднемесячные значения' уровней, вццелены три фактора /накопленное отношение собственных значений 90%/, отражающие различные стадии годового цикличного режима колебания уровней подземных вод на исследуемой территории.

Благодаря проведенному корреляционному анализу вырисовалась основная тенденция в движении подземных вод - это их направленность в сторону моря.

Реализация задач многомерной модели позволила сделать следующие выводы:

- транзит в сторону побережья в течение всего года осуществляется через скважины 8 и I;

- скважины 15 и 105 находятся вне основных трещинно-карс-товых путей транзита подземных вод и расположены в пористом карбонатном блоке, так как в nlix наблюдается менее динамичная сработка и подъем уровней;

.- гидродинамический режим в областях расположения скважин 4, 5, 100, 102 обусловлен исключительно трещинно-карстовой во-допроводимостыо и характеризуется высоким динамизмом.

Глава 4. Количественная оценка субмаринной разгрузки подземных вод верхнеюрского водоносного горизонта

Субмаринная разгрузка - это поступление подземных вод водоносных горизонтов непосредственно в море в виде подземного стока в пределах шельфа, реже в прилегающей части континентального склона.

Генезис и существование зон субмаринной разгрузки лодземнь •вод на шельфе тесно связан с геолого-структурными, тектоническими и геоморфологическими особенностями строения садах шельфе вых областей. С другой стороны, субмаринная разгрузка зависит от специфики развития прибрежного водоносного горизонта.

В целом, формирование подземного стока в Мировой океан охватывает практически весь гидрогеологический разрез суши. Оценка подземного стока в отдельные моря по И.С.Звцкеру и др. /IS& показывает, что основная часть вадозных подземных вод поступав' в моря из верхней гидродинамической зоны.

Мировой океан выступает глобальным базисом дренирования подземного стока. Зона шельфа и прилегающая часть континенталь ного склона представляют собой области транзита и субмаринной разгрузки подземных вод инфильтрациондаго происхождения, то ее fco-существу, являются зонами влияния береговых артезианских систем.

Субмаринная разгрузка осуществляется двумя путями: в виде концентрированных выходов /так называемая сосредоточенная разгрузка/ и путем перетекания через слабопроницаемую кровлю воде оных горизонтов в морские донные отложения.

Первый тип разгрузки присущ водоносным горизонтам в трещи (кЧ'атых и закарстованных породах, гд^ локализация источника ог родшляется различной степенью анизотропии водовмещающих пород,

шправленностью и размерами дизьюктивных зон, а такие процессом <аретообразования. Там, где подземные воды разгружаются через большие трещины и разрывные нарушения, наблюдаются группы источников. Точечные источники без исключения ассоциируются с карстовыми районами.. Пресные воды могут разгружаться из затолченных и полузатопленных карстовых пещер, гротов, или из других отверстий карстовых систем, простирающихся под уровень моря.

Пожалуй, наиболее многочисленной и часто упоминаемой в литературе является группа субмаринных источников именно карстового происхождения. Изучаемые паки субмаринные источники продуцируются трещинно-карстовым коллектором и принадлежат к дан-кому типу разгрузки.'

Для определения морской границы изучаемого трещинно-карс-гового коллектора нами в мористой части въщелена область исследования, ограниченная изобатами 0-1900 м и представленная береговой зоной, зоной шельфа до изобаты примерно 70 м у мыса Айя и фл.ексурой материкового склона.

Субмаринную разгрузку подземных вод верхнеюрского водоносного горизонта, принимая во внимание геолого-структурные особенности юго-западной части Горного Крыма, следует ожидать на участке, тяготеющем к береговой зоне, где карбонатные породы обнажаются в активном клифе.

В пределах береговой зоны от мыса Айя до урочища Мегало-Яло в вертикальном обрыве высотой 500-600 м, отвесно уходящем под уровень моря, наблюдается обилие полузатопленных и затопленных глотов, ниш, углублений, для которых характерны многочисленные проявления субмаринной разгрузки подземных вод. В ходе детальных исследований этого фрагмента береговой зоны, проведенных Институтом минеральных ресурсов Мингео СССР в 1982-1984 гг. при непосредственном участии автора, проведены подводные маршруты, глазомерные и полуинструментальные съемки береговой линии, закартированы зоны субмаринной разгрузки, изучен их температурный режим и выполнена большая серия гидрохимических опробований подземных вод вблизии субмаринных источников.•

Специальные комплексные исследования, нацеленные на поиск й картирование субмаринных выходов подземных вод в зоне шельфа, проведены нами в ходе рейса на БГК-635 и ГС-273 /1988 г./', на континентальном склоне - в ходе Черноморского этапа 37-го. рейса НИС "Академик Вернадский". Комплекс исследований представлен:

- 1ч -

1) термометрическими исследованиями с применением батитермографа и зондирующего комплекса "Исток" в условиях больших глубин;

2) радоновой съемкой с использованием радиометра "Радон";

3) изучением электропроводности, солености и рН морской воды в бортовых условиях;

.4) изучением ыакросостава морских вод /в лаборатории ИП1 АН УССР/.

В результате исследований ни в пределах шельфа, ни на материковом склоне /Ласпинекий каньон/ признаков субмаринной разгрузки не обнаружено, что в комплексе с информацией о геологическом строении Ласпинского каньона /Го ¡к .'.к П.Ф., Мае дун Н.В. и др., 1990/ позволяет сделать вывод о том, что морская граница структуры представлена береговой зоной.

Многочисленные предложения по обнаружению и оценке субмарин най разгрузки подземных вод с помощью геофизических, балансовых, гидродинамических и др. методов, имеющихся в настоящее время, основываются на предпосылке расположения грифона субмаринного источника или площади разгрузки непосредственно на морском дне

В нашем случае, в условиях затопленных и полузатопленных гротов, субмаринная разгрузка происходит из трещин различной конфигурации, ниш и углублений, расположенных на вертикальных стенках полостей. Подземные воды в береговой зоне разгружаются с глубин, соответствующих первым метрам от уреза воды, а вате:,' /в штилевых условиях/ происходит растекание пресных вод по по верхноети морских. Эти обстоятельства в значительной степени осложняют задачу количественной оценки субмаринной разгрузки подземных вод.

Мы считаем наиболее приемлемыми следующие подходы к решении поставленной задачи - использование гидрометрических наблюдений для оценки субмаринной разгрузки подземных вод и аналоговая модель разгрузки пресная-морская вода. Выбор перечисленных методог изначально предопределен невозможностью количественной оценки разгрузки в каждой из трещин полузатопленных полостей /как в натурных условиях, так и модельно/.

Поскольку выполнить замеры дебита каждой отдельной трещины крайне сложно, представляется целесообразным провести оценку субмаринной разгрузки в пределах всей полости /грота - как ква-эизамкнутого контура, имеющего входное отверстие/т.е. определить сушарный дебит всех трещин на входном створе полости.

Дня этой цели пыбрано положение отпора в полости грота и выполнен ряд операции: I. Температурные наблюдения;

2. Измерение скоростей течении;

3. Гидрохимическое опробование воды.

Характер температурной стратификации водной толщи в грого

на момент исследований показан на рис. 1 . Результатом температурных исследований является вычисление таких параметров, пак амплитуда изменения температуры з кзкдой характеристической точке Jli , средней температуры за время наблюдений ( I ) и пульсационных составляющих il' ni').

Измерение скоростей течения производилось на тех же вертикалях с помощью запусков красителя. По результатам измерения скоростей течения вычислены параметры: амплитуда изменения скорости ( ), средняя скорость по вертикали ( V ) и пульса-ционние составляющие скорости С «Я и U' ). Во время постановки наблюдений в гроте, прохождение красителя отмечалось в интервале 2,5 м через каждые Юсы.

Гидрохимическое опробование заключалось в отборе проб воды на рабочих вертикалях по точкам: поверхность ОЛ; 0.2; ... 0.5 1.0 м и у дна. Фоновые пробы отобрань. на расстоянии 150-200 м от берега.

По результатам замеров скоростей для I и 2 участков вертикального температурного профиля определяются величины средней скорости и dg. , а затем расхода ( г :

о}, = h,в ы£ « Ьг В

где и5 - площадь живого сечения; В - ширина полости.

По результатам гидрохимического опробования, используя известные формулы смешения /Короткой А.И., Павлов А.Н., 1972/, оцениваем долю пресной воды в ка'ядом слое:

•Wn, =1 -ж», =i-(cr,-ccn)/ (et: -Ct;) :

л*гП1=1 -Wrt;-crn)/(u' -et;)

где и соответственно доли пресной и морской в оды

в смеси I и 2 участков температурного профиля; С(,г - концентрация хлор-иска в смеси пресной и юрской воды; Ct'n ~ концентрация хлор-иона в пресной воде; Cf^ - концентрация хлор-иона в морской воде.

Окончательно расход пресной вода Q из полости составляет:

а = * и^«г

о 5. lOIS 10 ss-

30 35 40■ 45. so

100. Нем'

777)

Рис. I. Вертикальные температурные птзофкли на выходе из грота !? I Злой' +1 - расптесненной воды на поверхности моря; Ьг - смешения пресной к соленой воды; к _ морской воды; I - точки записи температура; 2 - область пульсации температуры и

лмптгатуля пульсации

По данной полости-гроту с использованием описанного метода оценен расход в 3,6 тыс. м3/сутки +0,95 тыс. м3/сут.

Полученные нами в ходе натурных исследований в береговой зоне данные позволили Т.Н.Юровской и др. /1966/ реализовать аналоговую модель разгрузки на АШ БУСЭ-70.

Сравнивая результаты вычислений для одного и того же участка разгрузки, можно уверенно говорить об одном порядке полученных величин расхода. Принимая во внимание тот факт, что приведенные расчеты выполнены для меженного периода, можно признать результат количественной оценки в качестве гарантированного минимума разгрузки.

■ Проведенный анализ гидрохимической обстановки в пределах трещинно-карстового коллектора указывает на незначительное увеличение минерализации подземных вод в непосредственной-близости от береговой линии. Максимальный путь транзита подземных вод от областей питания оценивается примерно в 20 км. Незначительное увеличение минерализации /0,4-0,5 г/л/ по мере приближения к базису эрозии, высокие скоростные характеристики трещинно-карсто-вых потоков,значительный перепад абсолютных отметок областей питания и субмаринной разгрузки /более 1000 м/ при незначительной длине пути транзита, степень проницаемости водопроводяцих каналов в рамках всей структуры и в зоне субмаринной разгрузки свидетельствуют в целом о хорошей промытости трещинно-карстового коллектора.

Режимные наблюдения за субмаринной разгрузкой в гроте проводились наш'в период глубокой межени /в целом наблюдения приходятся на маловодное десятилетие/. Гидрометрические параметры, положенные в основу расчетов количественной оценки субмаринной разгрузки, получены нами в период, когда положение уровней в наблюдательных скважинах водозаборов были минимальными, таковыми же были н дебигы родников в приморских урочищах. Если бы субма-ринный сток обеспечивался исключительно местным водосбором урочища Коккия-Бель и частично Мегало-Яло, то наблюдались бы значительные изменения в водности субмаринных источников вплоть до полного прекращения их функционирования,особенно в меженный период, по аналогии с родниковым стоком Приморского карстового района.

Достаточно большое количество подземных вод на фоне общего возрастающего дефицита пресных вод в иго-западной части Горного

Крыла не используется и настоящее время для нужд народного хозяйства.

Нами предложена схема каптирования субыаринных источников и дальнейшей транспортизации вод к потребители.

Глава 5. Экологические проблемы Баварской долины и морской акватории в связи с планируемым созданием промышленной и коммунально-складских зон.

Подземные воды, используемые для целей питьевого водоснабжения, должны быть надежно защищены от возможного поверхностного загрязнения. По нашим оценкам, подземные води верхнеюрского водоносного горизонта не являются естественно защищенными от по верхностного загрязнения из-за больших площадей развития карста находящегося в открытой стадии эакарстования. Значительные скорости движения карстовых вод Горного Крыма обеспечивают быстрое прохождение волны паводка и, одновременно, загрязнений,не способствуя очищению вод при движении через полые карстовые водо-.проводящие каналы.

До настоящего времени основными источниками загрязнения подземных вод в юго-западной части Горного Крыма выступают скот могильники в карстовых полостях водосборных площадей, а также накопление больших количеств фекальных отбросов на территории выпаса скота /непосредственно в области питания трещшшо-карстс вьк вод/. Этот вид загрязнения относится к разряду микробиолог ческого и представляет реальную опасность для здоровья насел«и потребляющего эти воды для нужд питьевого водоснабжения. При такой уязвимости водоносного горизонта особую остроту приобрел проблема охраны подземных вод от негативного воздействия бытовь стоков, так как местные населенные пункты не канализированы.

Реализация проекта создания в Байдарской долине промышленной и коммунально-складских зон Большой Ялты согласно Генеральному плану "Градостроительное развитие Черноморского побережья Крыма" /1987/ неизбежно добавит техногенные аиди загрязнения /тяжелые металлы, нитраты, нефтепродукты, фенолы, химические соединения различной токсичности и др./, что, на наш взгляд, б; дет иметь катастрофические последствия. В результате снизится качество подземных вод верхнеюрского водоносного горизонта. Ум но напомнить, что это единственный источник водоснабжения в юг! западной части Горного Крцмг.

Негативное воздействие антропогенного загряэизиии под:-*; пч.ш вод в ближайшем будущем скажется и на акватории н результате износа загрязнений в зонах субмаринной разгрузки.

При изучении гидрогеологических структур, находящихся в условиях высоких техногенных нагрузок, и имеющих морскую границу, зоны субмаринной разгрузки Выделит в качостве локальных участков загрязнения акваторий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты, полученные о процессе выполнения работы, можно сформулировать следующим образом:

1. На примере горной части Юго-Западного Крыма рассмотрены приемы геолого-структурного анализа, позволяющие оценить пространственную изменчивость проницаемости коллектора, сложенного карбонатными породами поздне-гарского возраста.

2. В ходе экспедиционных работ на Ш1С "Академик Вернадский" и судах КЧФ проведены детальные исследования береговой зоны, шельфа,и континентального склона. Целенаправленные исследования дали возможность определить область субмарннного развития пород коллектора, состав пород, придонных ьод и растворенных газов /радон/. В береговой зоне по комплексу методов /гидрохимические, температурные, газохимические/ эакартировани очаги субмаринной разгрузки подземных вод. Выявлены поисковые индикаторы активной субмаринной разгрузки подземных вод.

3. Разработана методика количественной оценки субмаринной разгрузки подземных вод в полузатопленных и затопленных карстовых полостях береговой зоны. Полученные данные позволили определить прямыми измерениями балансоЕуа часть разгрузки в период меженной фазы стока высокой обеспеченности.

4. Построена многомерная модель, описывающая механизм формирования подземного стока в трещшшо-карстовых коллекторах. Анализ режимных характеристик позволил установить гидрогеологическую роль отдельных структурных блоков изучаемого водоносного горизонта и создать принципиальную схему транзита подземных вод от области питания к зонам разгрузки в условиях избирательности трещшшо-карстового стока.

b. lía основании имеющегося в мировой практике опит л, морфологических особенностей и геологического строения береговой зоны предложены способы и тип каптажных устройств, об-эслечпващях забор води и подачу ее на берег.

б. вшейте»! анализ экологических следствий загрязнения карстовых коллекторов я береговой зоны в условиях возрастания антропогенных нагрузок. Показана экологическая несостоятельность проработки проектов технических сооружений на площади развития карстующихся пород.

Таким образом, получены аргументированные ответы на вопросы, поставленные в защищаемых положениях.

Общая направленность выполненных нами исследований позволяет в перспективе перейти к разработке и созданию геомоииторин-га этих областей, защиты и охраны окружающей среды приморских регионов, оценки естественных ресурсов пресных подземных вод /что особенно важно для районов с напряженным водным балансом, при отсутствии альтернативных источников водоснабжения/.

В условиях катастроф)адского ухудшения экологической обстановки рекреационных зон Черноморского побережья, ь том числе Юго-Западного Крыма, полученные разработки рекомендуется использовать в комплексных программах геоэкологических работ Мингео СССР, АН УССР, Гвдропроекта, Госстроя УССР и др.

Но теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Пороьце и субыаринные воды и методы их изучения / Препринт Б6-25, Киев: 11Ш АН УССР, 19о6. - 66 с. (в соавт.).

2. Режим и баланс подземных вод Байдарской котловины Крыма // ВСЕПШГЕО "Изучение и прогноз режима и баланса подземных вод СССР". Изд. Мингео СССР, Москва, 1986. - С. 61-84. (в соавт.).

3. С^быарннная разгрузка в области шельфа Гвинейской республики / Тезисы докладов Международного симпозиума "Инженерная геология шельфа и континентального склона морей и океанов мира". Тбилиси, 1988. - С. 133-135, (в соавт.).

4. Геологическая модель Ласпинского каньона Крымского континентального склона // Доклады АН УССР. Сер. Б. Геол., хим. и бчол. науки, 1990. - £ 7. - С. 6-10 (в соавт.).

X

1одл. в печ, 10 '2.90. Формат 60x84/16. Буиега типогр. Офо.печать, /сл.печ.л. 1,1ь. усл.кр.-огт. 1,16, Уч.-изд.л. 1,0. Tupas 100 экз. Заказ77v . Неоплатно.

Отпечатано в Институте ывгемегики АЛ УССР. 252601 Киев 4, ГСП, ул.Репине,3