Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Формирование подземных вод Носкудукского артезианского бассейна по данным изотопных исследований, с учетом влияния антропогенного воздействия

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Формирование подземных вод Носкудукского артезианского бассейна по данным изотопных исследований, с учетом влияния антропогенного воздействия"

•110^ 9'П'

академия наук казахской сср-

Институт гидрогеологии и гидрофизики им. У.М.Ахмедсафина

На правах рукописи Уразиманов Куат Рафикович

удк 556.3.01(043.3)(235.221)

нормирование п0дзш1ых вод юскудукыюго артезианского бассейна по данным изотопных шсшэдований, с учетом влияния антропогенного воздействия

Специальность - 04.00.06 - гидрогеология

Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-шшералогичвских наук

Алма-Ата, 1990

Работа выполнена в Институте гидрогеологии и гидрофизики им. У.М.Ахмедсафйиа АН КазССР.

Научный руководитель: член-корр. ВАСХНЦЯ, доктор геолого-ыинералогических наук, профессор Ь5ухамадканов С.М. Научный консультант: кандидат геолого-минералогических наук Шлыгина В.3>.

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук

ШС Давлетгалиева K.M.

кандидат физико-математических наук, СНС Чернов И.Г.

Ведущее предприятие: Центральная гидрогеологическая экспедиция ГКГУ "Казгеология"

Защита состоимся "8 " июня 1990 г. на заседании Специализированного Совета К.008.19.01 при'Институте гидрогеологии и гидрофизики .им. У.М.Ахыедсафина АН-КазССР, по адресу: 480I0Ö, г.Алма-Ата,, ул. Красина 94.

С диссертацией.можно ознакомиться в библиотеке Института гидрогеологии и гидрофизики им. У.М.Ахыедсафина АН КазССР.-Автореферат разослан n\sUQSC 1990 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета, кандидат геолого-иинерало-гпческих наук

М.Х.Дкабасов

г. - ' ] . общая характеристика работы '

—-^./Актуальность пабота. В пределах КоскудукскоЯ впадины в настоящее время для орошения сельскохозяйственных культур площадью свыше 2000 га, эксплуатируются подземные воды с суммарной производительностью более 0,6 м3/с. Хозяйственная деятельность человека вызвала нарушение естественного сбалансированного состояния гидродинамической системы. Под влиянием орошения формируется грунтовый поток с ирригационно-климатическим типом рекима подземных вод. Намечаемое интенсивное мелиоративное строительство за счет подачи подземных вод плиоцен-четвертичных отлокений впадины неиз-бекно вызовет дальнейшее нарушение гидрогеологической обстановки в районе.

В этой связи особое значение приобретают исследования, направленные на установление условий формирования подземных вод Коску-дукского артезианского бассейна и их изменения под влиянием антропогенного воздействия. В решении этих задач болыцую и оперативную помощь могут оказать исследования естественных изотопов воды. Исследование изотопного состава природных вод района с целью выявления и оценки всех основных источников формирования подземных вод установления их генезиса, возраста, палёогидрогеологических реконструкций имеет научное и практическое значение для выяснения природных гидрогеологических процессов и их изменения под влиянием антропогенной деятельности.

Целью работы является выяснение условий формирования подземных вод Коскудукского бассейна по данным исследований изотопного состава природных вод, с учетом влияния антропогенного воздействия.

В соответствии с поставленной целью основныэ задачи работа включают всестороннее изучение условий распространения подземных вод, их рёвима, изотопно-гидрохимического состава природных вод; выяснение роли естественна и искусственных факторов в формировании водной массы; оценки величины подземного стока со стороны горных сооружений Дкунгарского Алатау; разработка рекомендаций по рациональному использованию подземных вод на орошаемых массивах.

Столика .исследований основана на I) детальном изучении изотопного состава поверхностных и подземных вод различных водонос-

них горизонтов Коскудукского бассейна, выполнении опытно-экспериментальных работ на орошаемых участках для изучения изотопного состава поливных вод методами прецизионной масс-спектрометрии; . 2) всесторонней анализе полученных данных по изотопам воды совместно с материалами по геолого-структурным, геоморфологическим,па-леогидрогеологичвским и современным гидрогеологический условиями исследуемого бассейна на основа научно-теоретических разработок по вопросам изотопии водорода и кислорода; 3) сопоставлении искусственно возобновляемых ресурсов подземных вод орошаемых иассивов, установленных по данный их изотопного состава, с расчетными величинами, полученными методом математического моделирования.

Научная новизна. I) В центральной части впадины в верхноие-ловом-олигоценовом водоносном комплексе установлены древнеинфиль-трационные воды последнего плейстоценового оледенения; 2) по данным изотопного состава подземных вод выявлен подток подземных вод со стороны горных массивов Дкунгарского Алатау в верхн'емеловой-сшигоценовой комплекс в размере. 0,27 ма/с; 3) определена доля подземных вод верхнемеловых-олигоценовых отложений в питании раки Кербулак - около 30 остальная часть приходится на вьшшюващий водоносный комплекс плиоцен-четвертичных отлокений; 4) раешными наблюдениями за изотопным составом кислорода установлено участие, в питании продуктивного водоносного горизонта четвертичных .отло-ваний поливных возвратных вод в количестве 0,24 ы3/с.

Практическая значимость работы. Выполненная работа показывает перспективность применения стабильных Изотопов воды при ратании вопросов формирования подземных вод в. меигорных районах Юго-Восточного Казахстана. Установленные условия формирования подземных вод Коскудукского артезианского бассейна позволяют разработать научно-обоснованные рекомендации по их рациональному и эффективному использованию. Выявленный в процессе исследований характер изменения мелиоративного состояния орошаемых массивов помогает более обоснованно проектировать ирригационные работы. Методический подход к изучению искусственно возобновляемых ресурсов подземных вод в зоне орошения, опробованный в данной вдадина, мо-ват быть использован для других оропаешх зон в аридных условиях Казахстана.

Реализация работу. Результата научных исследований, отравен-

ных в диссертации, внедрены частично в виде рекомендаций, выданных проектно-эксплуатационному объединению "Алма-Атамелиорация", Центральной гидрогеологической экспедиции КазГКГУ "Казгеология".

Апробация работы. Основные полокения работы долокены на республиканских конференциях: "Проблемы вычислительной техники и автоматизации научных исследований" (Алма-Ата, 1968 г.); "Проблемы техногенного загрязнения подземных вод и прогноз изменения геологической среды" (Алма-Ата, 1989 г.);'IX Республиканской концерен-ции молодых ученых и специалистов, посвященной 70-летию Ленинского комсомола (Ашхабад, 1988 г.); на гидрогеологическом семинаре Института гидрогеологии и гидрофизики АН КазССР (Алма-Ата,1989г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 научных статьи и I сдана в печать.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и-заключения, излокена на 125 страницах машинописного текста, иллюстрируется 18 рисунками и 3 таблицами. Список литературы включает 97 наименования.

Автор глубоко признателен научному руководителю, член-корр. ВАСХНИЛ С.М.Мухамедканову и научному консультанту, кандидату геолого-минералогических наук В.Ф.Шлыгиной за научное и методическое руководство данной работой. В процессе работы над диссертацией ряд ценных советов и замечаний получен от кандидата химических наук В.А.Полякова; кандидатов геолого-минералогических наук P.M. Курмангялиева и Б.А.Некрасова, которым автор выракаот искреннюю благодарность.

СОДЕРНАННЕ РАБОТЫ Глава I. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И ЮОТОПНО-ГВДРОГЕОХИМИ-ЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРИРОДНЫХ ВОД

Изучение природных концентраций изотопов различных химических элементов стало в настоящее время одним из признанных методов исследований для многих наук о Земле. Исследованиям изотопного состава природных вод гидросферы посвящено значительное количество работ как советских (Р.В.Тейс, Ф.Л.Алексеев, В.Е.Ветштейн, В.И.Ферронский, В.С.Брезгунов, В.А.Поляков, В.И.Сойфер, Л.К.Гуца-ло, А.Н.Султанходкаов, И.Г.Чернов и др.), так и зарубекных авторов (Д.Е.Уайт, В.Дансгаард, Г.Крэйг, Н.П.Тейлор и др.). Основыва-

ясь на вышеперечисленных работах, исследования условий формирования подземных вод проводились по даннш изотопного состава природных вод района. Методика исследования базировалась на детальном изучении изотопного состава поверхностных и подземных вод изучаемого бассейна, на анализе и систематизации изотопных соотношений природных вод региона.

Изучение изотопного состава атмосферных осадков, как основного источника питания подземных вод, включало ежемесячные определения в них концентраций дейтерия и кислорода-18 в течение 2-х лет. Регулярно проводились отборы проб воды из рек, приуроченных к исследуемой впадине. Пробы подземных вод отбирались из эксплуатационных и разведочных сквакин, пробуренных на различные водоносные горизонты. Помимо исследований изотопного состава подземных вод, для сравнения результатов анализов в них определялись концентрации растворенного гелия на приборе ШГЕМ-1. Полученные данные анализировались совместное с материалами по геологии, геоморфологии и гидрогеологии исследуемого бассейна с учетом основ научно-теоретических разработок по вопросам изотопии водорода и кислорода.

Для изучения влияния мелиоративных процессов на гидрогеологические условия Коскудукской впадины в зонах орошения земель проведены рекимные наблюдения за уровнем подземных вод и их изотопным составом в течении 2-х ■вегетационных периодов. Эксплуатация подземных вод осуществляется непосредственно на орошаемых массивах. Исследования проводились в нарушенных (в зонах орошения полей) и естественных гидрогеологических условиях. Нроыэ то.го, проводились опытно-зкспёриментальные работы по определению содерка-ния кислорода-18 в поливных водах, так как испарительные процессы оказывают значительное влияние на концентрацию в них кислорода-18. Объем возвратных вод вследствие аномальных концентраций в них кислорода-113 мокно определить, используя формулы смешения вод с различными концентрациями изотопов воды. Установив доли составляющих в смеси (в процентах) и оценив естественные ресурсы по гидроизогиисе, проходящей у нивней границы орошаемых земель, мокно определить искусственно возобновляемые ресурсы подземных вод. Для сравнения выявленного количественного содержания возвратных вод произведен количественный расчет возвратных вод с ис-

/

пользованием метода математического моделирования.

Все измерения изотопных отношений водорода проведены на масс-спектрометре МАТ-250 в Институте сейсмологии АН УзССР, а кислорода воды на масс-спектрометра МИ-1201 в ЦХЛ НПО "Казрудгеология". Измеренные содержания дейтерия и кислорода-18 представлены в виде величин б относительно стандарта \z-smow . Точность определения величин дВ и 8я О составила -

Глава 2. ПРИРОДЮ-ГИЦРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

В структурном отношении Коскудукский артезианский бассейн входит в зону Юкно-Дгунгарского (Ипийского) синклинория и представляет собой грабенобразную впадину. Климат здесь резко континентальный с сухим варким летом, с интенсивной ветровой деятельностью, усиливающей процессы испарения.

В геологическом строении района принимают участие горные породы от слабодислоцированных эффузивно-осадочных и интрузивных по-зднепалеозойского возраста до современных рыхлообломочных четвертичных отлокений.

Все возрастно-литологические комплексы и генетические разновидности пород территории в основном водоносны. Здесь выделено 6 водоносных горизонтов и комплексов, характеризующихся различными гидрогеологическими условиями, определяемыми литолого-фациальным составом пород, характером рельефа и климатическими факторами. Подземные воды плиоценовых и четвертичных отлокений тесно связаны мекду С1 *ой, обладают высокими фильтрационными свойствами. Мощная пачка миоценовых глин образует в пределах впадмш региональный во-доупор, отделяющий подземные воды верхнеыелозых олигоценовых отлокений от обильных подземных вод плиоцен-четвертичных комплексов. Болыцуп часть территории занимают породы палеозоя, слагающие юго-западные отроги Дкунгарского Алатау. Водообильность палеозойских пород определяется, в основном, степенью их раздробленности я трещиноватости. Наиболее водообильны зоны крупных тектонических разрывных нарушений.

Пике приводится краткая характеристика подземных вод района.

Водоносный горизонт верхнечетвертичных-современных аллювиаль-но-пролювиальных отлокений развит в долинах рек Шенгельды, Ксрбу-лак и представлен гравиПно-галсчннками и песками мощностью от 7

до 25 м. Водообильность отлокений, минерализация и химический состав грунтовых вод различаются по участкам. В долине р. Кзрбулак воды пресные и слабосолоноватые (0,9-1,2 г/л) сульфатные натриево-кальциевые. Дебиты .сквакин - 0,4-0,5 л/с при поникении уровня до 1,5 м. Подземные воды отлокений долины р. Шенгельды пресные, минерализация не превышает 0,7 г/л, дебиты скважин - 1,1 л/с при поникении на 1,0 м. Направление движения потоков грунтовых вод совпадает с направлениями течения рек.

Водоносный горизонт никне-среднечетвертичных делювиально-про-лювиальных отлокений широко распространен в Коскудукской впадине. Водовмещающими породами являются валунно-галечники, гравийно-га-лечш1ки, пески с прослоями суглинков, глинистых песков. Мощность их зависит от геолого-структурных особенностей впадины и достигает 300 м на севере и уменьшается от 150 до 30 м в юкном и западном направлениях. Глубина залегания подземных вод изменяется от 80 в предгорной до 10 м в центральной частях впадины. Дебиты сквакин 65-70 л/с при поникениях уровня.на 10-17 м. Состав воды сульфатно-гидрокарбонатный натриево-кальциевый при минерализации 0,3-0,8 г/л.

Еодоносный комплекс плиоценовых отлокений илийской свиты погружен под мощную толщу осадков никне-среднечетвертичного возраста и вскрывается на глубине 300-335 м. Водовмещающие отлокения представлены валунами, галечниками, валунно-галечниками с мощными прослояйи глин. Мощность комплекса изменяется от 30 до 200 ы. Уровень подземных вод устанавливается на одинаковых абсолютных откатках, что и в четвертичном горизонте. Дебиты сквакин составляют 18-50 л/с при поникении на 10-30 м. Воды пресные, сульфатные на'т-риево-кальциевыа с минерализацией до I г/л.

Водоносный комплекс верхнемеловых-олигоценовых отлокений распространен по всей впадине и залегает под мощной толщей водонепроницаемых красноцветных глин миоценового возраста. Мощность последних составляет в среднем 40 м. Водовмещающие породы представлены кварцевыми песками и галькой. Мощность их колеблется от 3 до 90 м. Воды напорные и устанавливаются на различных глубинах: в центральной части до 33 м, в восточной - до 64 м и в юкной части на 0,¿5 м выше поверхности земли. Дебиты сквакин составляют 2-15

л/с при понижениях уровня на 25-30 ы. По химическому составу воды сульфатные натриево-кальциевые и сульфатно-хлоридные натриево-ка-льциевые с минерализацией от I до 1,7 г/л.

Подземные воды верхнепалеозойских пород развиты в окаймляющих впадину горных массивах. Коллекторами подземных вод являются зоны экзогенной трещиноватости вулканических и интрузивных пород, представленных туфопесчаникаыи, юнгломератами, порфиритами, гранитами. Дебита сквакин изменяются от 0,08 до 20 л/с при пониканиях уровня на 25-30 ы. Дебита родников разнообразны, от 0,03 до 40 л/с. Воды пресные и слабосолоноватые, минерализация от 0,6 до 1,7 г/л. По химическому составу они сульфатно-гидрокарбонатные натриево-кальциевые, сульфатные натриевые.

Особое место занимают воды зон дробления и трещиноватости крупных тектонических нарушений, которые прослеживаются в длину на десятки километров, в глубину на сотни метров и имеют ширину зоны дробления пород более 100-200 м. На данных участках отмечаются более высокая водообильность пород и повышенная минерализация родников.

Глава 3. ФОРМИРОВАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ПО ДАННЫМ ИЗОТОПНОГО СОСТАВА ПРИРОДШХ ВОД . Общепринятой считается теория инфилмрационного происхождения подземных вод мезозой-кайнозойских отложений межгорных впадин юго-востока Казахстана, впервые обоснованная в работах У.М.Ахмед-сафина, В.^.Шлыгиной и др. В соответствии с этими положениями схема формирования подземных вод Коскудукской впадины представляется такойой. Подземные воды, формирующиеся в трещиноватой зоне горных сооружений, частично выклиниваются в горных реках, а определенная часть по тектоническим трещинам и разломам попадает в нижние горизонты, участвующие в питании глубокозалегающих напорных вод. Рых-•лый водоносный чехол получает основное питание в бортах бассейна, особенно на предгорных шлейфах. Здесь происходит интенсивное поглощение поверхностных вод, инфильтрация атмосферных осадков. Благодаря этому образуются подземные потоки, направленные от гор к центральным частям впадины, с образованием напорных вод, обусловленных наличием водоупорных прослоев. Накопление подземных вод осуществляется в предгорной и центральной частях впадины. Разгру-

зка подземных вод происходит тремя путями: выклиниванием в виде рек "карасу", подзёмным оттоком за пределы впадины, испарением и транспирацией растительностью-. В целом, принимая выше приведенные полокения об инфильтрационном происхождении по'дземных вод моигорных; впадин, наш исследования были направлены на детализацию и уточнение этого вопроса путем изучения генетических особенностей подземных вод изотопными методами.

Применение изотопных методов, а также данных водногелиевой съемки, позволяет раскрыть особенности гидрогеологических процессов. Всего было исследовано ~ 60 объектов, представляющих собой эксплуатационные и разведочные скважины.. Установленные средние значения изотопного состава подземных вод: для подземных вод четвертичных отложений ÔD и д"О составляют - 85 %о и 12,4 %о соответственно, растворенный гелий • Не = 3-10" мл/л; подземные воды верхнемеловых олигоценовых отложений ÔD = -102 %о,3^0 = = -14,2 %о,Не = 2-10"* мл/л; подземные воды зоны трещиноватости палеозойских пород сЮ = -(82-112) %о; ди0 = -(12,4-14,8) %о.

Для раскрытия причин такого различия изотопного состава подземных вод исследовался изотопный состав атмосферных осадков и поверхностных вод впадины, что позволило более определенно решить вопросы генезиса и условий формирования подземных вод. Пробы ат-иосферных осадков отбирались ежем&сячно .(1987-1988 гг.) на метеостанции г.-Сары-Озек,' пробы рек посезонно. Результаты анализов (более-70 проб) дали .розмокность установить: 'I) корреляционную связь ыоеду величинами 3 D и д" О атмосферных осадков, выражающуюся уравнением вида: â D = 7,8 § 0 О + 11,7 с коэффициентом корреляции • г = 0,95; 2) среднерегиональный изотопный состав современных метеорных вод Коскудукского артезианского бассейна, характеризуется величинами д D = -88 и Ô43 О = -12,6 %о.

Изотопный состав речных вод, формирующихся в предгорной части, полностью отвечает изотопному составу атмосферных осадков различных ce3oi.JB года. Исследования изотопного состава рек типа "карасу", Шенгельды и Кербулак, выявили различия этих показателей, наиболее четко проявляющиеся в меженный летний период. Воды р.Шен-гельды содержат изотопы § Т) = -67 %о н д"0 = -12,4 %о, что отвечает изотопному и химическому составу подземных вод плиоцен-чет-оертичних отложений. Воды р. Кербулак имеют облегченный изотопный

состав Ы) = -93 %о, Ь13О = -13,6 %о. Данное отличие объясняется участием в питании р. Кербулак подземных вод верхнемеловых-олигоце-новых и плиоцен-четвертичных отложений. Исходя из концентрации изотопов подземных вод двух водоносных комплексов^ были рассчитаны доли участия их в питании р. Кербулак, используя формулы смешения природных вод с различной концентрацией изотопов. Установлено,что доля вод никнего водоносного комплекса в питании роки составляет 30 %, остальная часть приходится на подзешше воды плиоцен-четвертичных отлокений.

При наличии многочисленных разрывных нарушений и многократных альпийских подвикек в мекгорных впадинах Юго—Востока Казахстана глетод стабильных изотопов воды позволяет получить достаточно полные сведения о генетической взаимосвязи поверхностных и подземных вод.

При анализе изотопного состава подземных вод зон открытой трещиноватости палеозойских пород установлена их генетическая связь с современными метеорными водами. В тоге время выделяются подземные воды с более облегченным изотопным составом дВ - -(100112) %о\даО = -(14,2-14,8) %о, с повышенными дебитом и минерализацией, выходящие у водораздельной части хребтов, сравнивая изо-топшшй- состав атмосферных осадков и трещинных вод, мовно установить, что области питания последних долины быть расположены на болео высоких гипсометрических отметках, Это подтвердилось изото-пно-геохиыическиыи исследованиями в подземных водах в районе гор Догорос,"Алтын-Эмель, находящихся на 1000-1500 и выга пзучемой зоны, где их изотопный состав цоказал идентичность. При отсы отмечена закономерность перехода гидрокарбонатно-сульфатных кальциевых вод в зонах питания исследуэмых подземных вод в сульфатно-гид-рокарбонатныв натриево-кальциевые во,ш с увеличением минерализации от 0,5 г/л п горах Алтын-Эмель до 1,2 г/л в подземных водах зоны трещиноватости горных сооружений, обрамляющих впадину. Таким образом, определенная часть подземного стока, сформировавшегося в скальных породах гор Дегерес и Алтын-Эмель, принимает участив в питании подземных вод зон открытой трещиноватости и разломов в палеозойских породах, обрамляющих впадину.

Изотопный состав подземных вод, четвертичных отложений изучен по всей площади впадины. Анализ полученных: значений дВ = -(89-

Г РА Ф И ВС

ИЗОТОПНОГО СОСТАВА ПОДЪЕМНЫХ БОДД. КОСКУДУКОКОГО АРТЕЗИАНСКОГО 15АСС1ЕММА

ьпу.

-и»

бТ) = 7.об"0*П.7

Подземные воды:

□ -4 четвертичных отл. О-2 неогеновых отл. О" ^ палеозойских отл.

Д -к

верхтамеловых-олигоценових отл.

-гз -щ -13 -га -II -1:>

-а -7 .

•б^О'/.

Рис.м 1

-77) %о и д"0 = -(12,7- -10,2) %о для этих вод показал, что они формируются за.счет современной инфильтрации атмосферных осадков и поверхностных вод. В центральной части бассейна, в зоне орсшэ-ния земель,'отмечены воды, изотопный состав которых располагается вдоль линии с угловш коэффициентом 4,6 (рис. I), что объясняется инфильтрацией поливных вор, подвергшихся интенсивный процесса!» неравновесного испарения. Результаты изотопного опробования подземных вод плиоценовых отлокений (рис. I) располокены по линии состава д I) , д 13 О атмосферных вод бассейна, что указывает на их метеорное происхождение.

Анализируя изотопный состав подземных вод четвертичных и плиоценовых отлокений, их химизм и концентрации растворенногог гелия, ыокно сделать заключение о генетической взаимосвязи, что позволяет объединить их в один водоносный комплекс плиоцен-четвертичных отлокений и отметить, что природа образования этих вод вполне одинакова. Необходимо заметить, что для данного водоносного комплекса при генетической однородности вод выявляется определенная вертикальная гидроизотопная зональность. С увеличением глубины залегания подземных вод в предгорной части их изотопный состав направленно облегчается. Причины такого явления связаны с наличием подземного притока со стороны горных соорукений с более облегченным изотопным составом.

Изотопный состав подземных вод верхнешловых-олигоценовых отлокений определялся по результатам опробования сквакин, распо-локенных, в основном, в северной, центральной и юкных частях Кос-кудукской впадины. Для данного зодоносного комплекса характерно присутствие врд двух типов (рис. I) или вод с различными условиями формирования, соотношения ыевду которыми отвечают водам современного ыэтеогенного происхождения.

Подземные воды первого типа распространены в юкной половине впадины, характеризуются наименьшими концентрациями ЬВ -(112104) %о и д"0 -(14,2-14,0) %о, и локатся правее линии изотопного состава атмосферных вод региона. Палеокяииатические особенности формирования указывают на реликтовый характер этих вод, сохранившихся со вромон плейстоценовых плювиальных эпох. По даннш Полякова В.А. и др., последнее похолодание в Выюм Казахстане началось в плейстоценовое время, примерно за 20 «г: пет и Заворшлось

за 14 тыс.лет до нашей эры. Учитывая, что в пределах площади распространения подземных вод верхнемеловых-олигоценовых отлокений резких колебаний изотопных показателей установить не удалось и точки, характеризующие изотопный состав на графике Крейга, группируются в небольшой зоне, шено предполагать, что это воды последнего периода похолодания и их возраст составляет 14-20 тыс.лет.

Второй тип представлен водами, которые распространены преимущественно в наиболее погруженных участках северо-восточной части бассейна, на глубинах 450-540 и. Для них характерны величины дВ -(105-98) %о, а д #0 -(13,8-14,2) %о, соотношения ыекду .который! отвечают водам современного иетеорного происхокдения и идентичные с водада палеозойских пород, развитых в сопредельных горных районах. Это дает основание считать, что основный источником питания являются подземные воды палеозойских пород. Для количественной оценки подземного притока со стороны гор был выполнен расчет расхода подземных вод через сечение от предгорной части г. Шалак до хр. Малайсары, Расчет произведен по формуле Дарси. Величина естественных ресурсов подземных вод для данного водоносного комплекса составила 0,27 и3/с.

Полученные данные и установленные различия в условиях формирования подземных вод свидетельствуют о том, что в настоящее вре-ия наблюдается процесс замещения подземных вод древней инфильтрации современники штеорными водами.

Глава 4. ИЗМЕНЕНИЕ ГВДРОГЕШОГДОЕСШЙ СРВДЫ ПОД ВЛШ- ' НИЕМ ШРОПОГШОГО ВОЗДЕЙСТВШ

В данной глава приведены результаты исследования гидрогеологических условий на массивах орошения Коскудукской впадины с использованием е"тоственного изотопа воды д'еО , который наиболее перспективен при решении поставленной задачи.

В исследуемой районе имеется 15000 га земель, пригодных для орошения, и любое приращение запасов подземных вод будет оперативно использовано в народной хозяйстве. В связи с этим при оценке запасов подземных вод долкны быть учтены все реальные источники их формирования. Одним из дополнительных источников пополнения запасов могут слукить возвратные воды с орошаемых массивов.

В настоящее время на территории Коскудукской впадины за счет

подземных вод орошется свыше 2000 га. Эксплуатируются более 4.0 сквакин, оборудованных фильтрами на водоносные горизонты плиоцен-четвертичных о'тлокекнй с среднегодовой производительностью 0,6 ц3/с. Извлекаемая вода поступает вначале в резервуары (емкостья 5-50 тыс.и3), имеющиеся на кагсдом орошаемом участке, а затеи подается в довдевальные машины типа "Фрегат". Интенсивное использование подзешых вод для орошения нарушает естественное гидрогеологическое равновесие с форжровашгем ирригационно-клицатического типа решала. Под влиянием орошения образуется искусственный грунтовый поток.

Опытно-экспериментальные работы по изучению изотопного состава §'еО поливных вод выявили, что вслэдствии испарительных процессов, обусловленных повышением температуры (до 40 С) и относительной влакности воздуха, содержание д<} О поливных,вод в среднем составляет -8,2 %о. Идентичное содеркание кислорода-18 имеют подземные воды искусственного грунтового потока, так называемых фильтрационных "бугров".

Как показали изотопные исследования подземных вод (см.главу 3), в зоне орошения наблюдаются отклонения в содержании 8 В и д 13 0 в подземных водах четвертичных отловвний. Для определения времени поступления поливных вод в данный водоносный горизонт проводились рекимные наблюдения за содержанием 8" 0 в естественных и нарушенных гидрогеологических зонах в течении всего вегетационного периода (апрель-сентябрь). Решшная сеть состоит из 4 эксплуатационных сквакин. Две из них располоканы в центральной части впадины, в зоне орошения, и еще деэ сквашшы находятся восточнее и западнео орошаеиого массива и не подвергаются влиянию гидромелиоративных процессов.

Результаты рекшдных наблюдений за содерканием д аО подземных вод показали, что в целом до августа месяца изотопный состав вод во всех сквакинах идентичен. С начала августа в сквакинах, располокенных на орошаемых участках, происходит относительно резкое повышение содеркания 54гО , которое составляет -10,6 %о. В пробах, отобранных в осенний период, концентрации биО во всех сквакинах в основной прибликаптся к фоновым -12,5 Причина увеличения содерканий кислорода-18 в подземных водах четвертичных отлокений связана с поступлением вод искусственного грунтспо-

го потока.

Количественно объем возвратных вод определен с использованием форцулы смешения вод. Это позволило определить, что ресурсы водоносного горизонта никнечетвертичных отложений в зоне орошения на , 20-30 % пополняются за счет поступления возвратных вод. Определив расход потока по гидроизогипсе, проходящей по юкной границе массива орошения, находим, что поступление вод грунтового потока составляет 0,24 м3/с.

Для проверки достоверности величины искусственно возобновляемых ресурсов был проведен расчет возвратных вод на численных моделях, созданных с использованием программного комплекса "topas " ВСЕГШГЕО. '

На профильных и плановых моделях данного участка исследованы два варианта эпигнозных задач: I - при отсутствии возвратных вод; П - при их поступлении в грунтовый поток. Процесс орошения учитывался как дополнительные атмосферные осадки в пропорции, определяемой водоотбором подземных вод.-Коэффициент инфильтрации принят равным 10 %, что характерно для данного региона.

Результаты решения I варианта эпигнозной задачи показывают невосстановленно модельных уровней в отличие от натурных. В случае подачи на модель возвратных вод (вариант П) уровни восстанавливаются на 0,3-0,5 м выше чем в I варианте. Однако полного восстановления уровней не происходит. Это дает возможность утвервдать о большей величине возЕратных вод, чем 10 % от существенного во-доотбора, поступающих в горизонт..

Проведенные гидрогеологические расчеты с . использованием данных о стабильных изотопах воды, а также расчеты на основе моделирования, позволяют обосновать возмокность увеличения ресурсов за счет поступлек.л возвратных вод с орошаемых массивов. Результаты проведенных исследований указывают такке на необходимость уменьшения объемов поливных вод и перехода к более экономичным методам внутрипочвенного и капельного полива. Установление цен на воду и внедрение ресурсосберегающих технологий орошения - главное условие того, чтобы избекать негативных экологических изменений в гидрогеологической обстановке района.

ЗАШЯЕШЕ

Выполненные исследования с применением методов стабильных

изотопов воды позволяют сделать следующие научные и практические выводы.

1. Изотопный состав современных метеорных вод Коскудукского артезианского бассейна варьирует в довольно широкой диапазоне, составляющей для кислорода 6"0 = (-17 ■:• -7,6) %о и для водорода 8 В = (-128 -62) %о. Выявленная взаимосвязь мевду величинами 81) и 5"0 описывается уравнениеи: 8Ъ = 7,8 д^О + 11,7.

Для атмосферных осадков это означает, что процесс конденсации водяных паров происходит в условиях, близких к равновесным.

В процессе екемесячного двухгодичного опробования изотопного состава атмосферных вод определен среднегодовой изотопный состав, характеризующийся величинами: б В = -87 %о;д"0 ="-12,6 %о. Эти данные являются исходными для выявления условий формирования изотопного состава подземных вод исследуемого района.

2. Установлено, что водам различных отлокений соответствует свой изотопный состав водорода и кислорода-. Наиболее обедненными дейтерием и кислородом-18 являются воды верхнемеловых-олигоцено-вых отлокений ( 5Б = (-9 8 * -112) 52о;5,!0 - (-13,8 -14,9) %о), а более обогащенными - воды плиоцен-четвертичного водоносного комплекса, характеризующиеся величинами 51) =» (-70 —92) и

5"О = (-9.4 * -12,4) «о.

3. Содержание изотопного состава воды рек типа "карасу" позволило выявить участие никелекащего верхнемелового-олигоценового водоносного комплекса в формировании стока р. Кербулак, изотопный состав которой в летний (мекенный) период составляет 53) =» -93,8 %о\ 8" 0 =» -13,2 %о. Используя формулы сшпения вод с различным изотопным составом, выявлено, что в питании данной реки около 30% составляют подземные воды верхнедоловых-олигоценовых отловений, а остальная* часть приходится на вышелекащий плиоцен-четвертичный комплекс.

4. На основе исследования данных изотопного состава поверхностных и подземных вод, содаркашя растворенного гелия в подземных водах и анализа геолого-структурных, гидрогеологических, современных и палеоклиматичоских условий определены генезис и условия формирования подземных вод исследуемой впадины. При цдентич-ности инфильтрациоиного генезиса континентальных иод установлено наличие в его никелекащем водоносном комплексе зн?.чительной доли

вод древней инфильтрации, отвечающих по своему изотопноцу составу оодам последнего плейстоценового оледенения. Питание верхнемелово-го-олигоценового водоносного комплекса осуществляется за счет под-, тока подземных вод со стороны горных сооружений Дкунгарского Алатау (0,27 м3/с). Из всего вышесказанного ыокно сделать следующий вывод: в настоящий период времени происходит процесс замещения вод древней инфильтрации современными метеорными водами.

5. Результаты изотопного опробования вод в зоне орошения полей позволили установить образование искусственного грунтового потока (так называемых фильтрационных "бугров"), вследствии инфильтрации поливных вод. Данный искусственный грунтовый поток имеет повышенное содеркание 9"0 » -9,4 б]) = -72 %о, что свидетельствует о влиянии процесса испарения при довдевальном способе полива на фракционирование изотопного состава поливных вод. По да» ныы опытно-экспериментальных исследований за процессом фракционирования изотопного состава б "'О »в поливных водах установлено утяселение кислорода-18 в составе подземных вод эксплуатационного водоносного горизонта на 5 %о.

6. Рекиыные наблюдения за изотопным составом подземных вод четвертичных отлокений вь зоне орошения выявили, что происходит поступление оросительных вод, начиная с августа, что резко повышает концентрацию кислорода-18 в подземных водах никнечетввртич-" них отлокений (до.-9,6 %о). Выполненные расчеты с применением фор-' иуд смешения вод с различный изотопным составил позволили определить доли поступления возвратных-вод, которая составляет пордшга 20-30 % от общего количества. Определив величину'расхода подземного потока (по формуле Дарси) по гидроизогипсе, проходящей у веной границы массива орошения, и равной длине орошаемого массива, была установлена доля участия искусственного возобновляемого поточ ка в общем расходе - 0,24 м3/с.

7. Для оценки достоверности полученной величины искусственно, возобновляемых ресурсов произведен расчет возвратных вод методом математического моделирования с использованием программного комплекса "тор*5 " (1985 г.), где возвратные воды в количестве 10 % от суымгфной среднегодовой величины водоотбора (за 1987 г.) подаются как инфильтрация атмосферных осадков в течении всего вегетационного периода. Проведенные на основе моделирования исследова-

йия позволили достаточно надежно обосновать возмоаность увеличения естественных ресурсов за счет поступления возвратных вод как минимум на 160 л/с.

Выполненные гидрогеологические расчеты с использование^! данных о стабильных изотопах воды, подтверкдеешо моделированием, позволяют обосновать возможность прироста естественных ресурсов за счет поступления возвратных вод. -

8. Представленная работа рассматривает определенный круг вопросов, связанных с изучением условий формирования подземных вод мекгорных впадин юго-востока Казахстана, на примера Коскудукского артезианского бассейна с использованием метода стабильных изотопов воды. В процессе выполнения исследований наш определен дополнительный ряд задач, для репвния которых необходимо проведение дальнейших работ по следующим направлениям:

а) углубленное изучение влияния эксплуатации подземных вод для целей орошения на гидрогеологическую обстановку района и воз-цокные при этой изменения природной среды;

б) организация детальных исследований за уровенныц и зоизо-гопно-гидрохимическим режимом подземных вод на участках орошения, площади которых планируются увеличить;

в) расширение сети наблюдений за изотопным составом атмосферных осадков юго-востока Казахстана, включая пости на различных отметках местности;

г) рассмотрение перспективности применения косыогенных изотопов воды для исследования подземных вод шягорных- впадин юго-востока Казахстана, акцентируя основное внимание на радиактивныа изотопы тритий и углерод-14, позволяющие определить абсолютный возраст воды.

Еабощ^ .опубликованные по теме диссертации.

X. Исследование изотопа б,40 в подземных водах Юго-Западной Джунгарии // Известия АН КазССР, 1989 - $ 2, С. 67-69.

2. Применение ЭВМ при прогноз1гровании измакэний гидрогеологических условий межгорной Коскудукской впадины // Проблемы вычислительной математики и автоматизации научных исследований. Тезисы докладов. Алма-Ата; "Наука" КазССР, 1988. - С. 83 (соавтор Б.А.Некрасов).

3. Исследование взаимосвязи подзешшх к поверхностных вод по

данным б й 0 в ВИНИТИ, 1983. Деп. В ВИНИТИ 02.08.88 № 6180-В88 (соавтор С.К.Максутов).

4. Формирование верхнемелового-олигоценового водоносного комплекса в Коскудукской впадине по данным стабильных изотопов воды Л В сб.: Материалы IX Республиканской конференции молодых ученых и специалистов, посвященная 70-летию Ленинского комсомола. Ашхабад, 1988 (й'печати).

5. Исследование возвратных" вод на орошаемых массивах (на примере Коскудукской впадины) // Проблемы техногенного загрязнения подземных вод и прогноз изменения гидрогеологической среды. Алма-Ата, КазШС, 1990. С. 79.