Формирование подземных вод плейстоцена Северного Прикаспия в связи с эксплуатацией Астраханского газового комплекса

Голованова, Ольга Васильевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Формирование подземных вод плейстоцена Северного Прикаспия в связи с эксплуатацией Астраханского газового комплекса
ВАК РФ 25.00.07, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Формирование подземных вод плейстоцена Северного Прикаспия в связи с эксплуатацией Астраханского газового комплекса"

На правах рукописи

Голованова Ольга Васильевна

ФОРМИРОВАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ПЛЕЙСТОЦЕНА СЕВЕРНОГО ПРИКАСПИЯ В СВЯЗИ С ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ АСТРАХАНСКОГО ГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА

Специальность 25.00.07 - гидрогеология Специальность 25.00.36 - геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учсной степени кандидат геолого-минералогических наук

МОСКВА-2004

Работа выполнена на кафедре гидрогеологии геологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Научные руководители -

доктор геолого-минерало1 ических наук, профессор Питьева Клара Ефимовна доктор геолого-минсралогических наук, профессор Лехов Алексей Владимирович

Официальные оппоненты -

доктор геолого-минералогических наук, профессор Хаустов Александр Петрович кандидат гсолого-минералогических наук, Галицкая Ирина Васильевна

Ведущая организация -

кафедра гидрогеологии Московского государственного геолого-разведочного университета им. Ссрго Орджоникидзе

Защита состоится «17» декабря 2004 года в 14 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 501.001.30 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова но адресу: 119992. Москва, Ленинские горы, МГУ. геологический факультет, аудитория 415.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке геологического факультета МГУ.

Автореферат разослан «17» ноября 2004 г.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, геологический факультет, ученому секретарю диссертационного совета Д 501.001.30

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор геолого-мипералогических наук, профессор /) Гарагуля Л.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы обусловлена острой необходимостью выявления и оценки негативных процессов в природных средах территории Северного Прикаспия в связи с эксплуатацией Астраханского газового комплекса (АГК) и перспективностью на нефтегазовые месторождения в целом. В начальный период эксплуатации АГК (конец 80-х годов) основное внимание уделялось проблеме загрязнения речных вод как единственного источника водоснабжения. Подземные воды изучались в связи с этой проблемой. Однако задача установления формирования подземных вод для ее решения не ставилась; для этого не было ни достаточных фактических данных, ни обоснованного подхода. В результате геологических, гидрогеологических, инженерно-геологических съемочных работ (охвачена территория площадью около 1600 км2) были получены общие сведения о подземных водах. Литературные данные характеризуют изучаемые подземные на уровне общих представлений. Особое внимание требуется к изучению подземных вод с позиций контроля и управления их техногенными трансформациями, поскольку они могут поставлять загрязнения от промышленных объектов в поверхностные воды, являющиеся единственными источниками водоснабжения Северного Прикаспия и имеющие огромное значение для рыбного хозяйства. Подземные воды территории существенно минерализованы и для водоснабжения не пригодны.

Целью работы является исследование формирования подземных вод плейстоцена в природно-техногенных условиях Северною Прикаспия на примере Астраханского газового комплекса.

Основные задачи исследования: 1) выявление генетически обусловленных механизмов и факторов формирования геофильтрационной среды водоносного комплекса, его строения с позиций гидрогеодинамических и гидрохимических закономерностей; 2) установление формирования химического состава подземных вод в естественных и техногенных условиях по натурным и модельным данным; 3)разработка математической модели геофильтрации и геомиграции в целях количественной оценки интенсивности водообмена в природных и техногенных условиях; 4)обоснование факторов формирования подземных вод и характера водообмена с оценкой элементов балансовой структуры в естественных и техногенных условиях.

Фактический материал и методика исследований. Работа выполнена по материалам исследований, проведенных лично автором в период 1989- 1999г и при его участии в качестве сотрудника Астраханской партии НИЧ Геологического факультета МГУ в связи с

ГАЗПРОМ, по межотрослевой программе "Экология". При их выполнении были получены в большом объеме фактические данные о геофильтрационных, гидрогеохимических и др. характеристиках водоносного комплекса плейстоцена. Также были использованы данные гидрогеологических и инженерно-геологических съемок территории АГК (И.К. Акуз, Л.Ф. Кривко, А.Е. Лютницкий), фондовые данные, данные ТИСИЗа, ГИПРОВОДХОЗа и др., литературные данные.

Основы методики обработки и интерпретации информации -содержательный естественно-исторический анализ факторов и процессов формирования гидрогеологических обстановок плейстоцена, базирующихся на принципах комплексности, унифицированности, системности, историчности. В этом методическом подходе используются методы генетического классифицирования, картирования и районирования, систематизации и схематизации, математического прогнозного и эпигнозного моделирования, статистических и аналитических расчётов.

Научная новизна.

1. Разработка методики обработки и интерпретации фактических данных для решения поставленных задач.

2. Разработан подход к схематизации строения водоносного комплекса: методики типизации пород по лито-генетическому признаку, лито-геофильтрационному строению водоносного комплекса;

3. Систематизированы источники, факторы и закономерности седиментогенеза в Каспийском бассейне в плейстоцене, пути постседиментационных изменений осадков и поровых вод;

4. Установлена литологическая, геофильтрационная, гидрогеохимическая неоднородность, их генетическая взаимосвязь;

5. Выявлены показатели, позволяющие идентифицировать условия формирования отложений и механизмы формирования литологической неоднородности. Найдены гранулометрические фракции, содержание которых определяет фильтрационные, емкостные и гидрогеохимические характеристики пород, их взаимосвязь с мощностью водоносных пластов, обусловленная особенностями распределения осадочного материала в процессе формирования пород, составляющих пласты.

6. Выявлены показатели, идентифицирующие глубины залегания отложений трансгрессивно-регрессивных циклов плейстоцена и на этой основе в прадтлах водоносного ^ комплекса выделены водоносные и слабопроницаемые

7. Осуществлена типизация и районирование водоносного комплекса по литолого-геофильтрационному строению;

8. На основе полученных закономерностей взаимосвязи проводимости и мощности пластов составлены карты проводимости.

9. Выявлены и систематизированы компонент ы-загрязнители от наземных объектов АПС, определены процессы загрязнения ими подземных вод;

10. Разработаны геофильтрационная и геомиграционная модели, получены геофильтрационные параметры, количественно оценены элементы баланса подземных вод (расход транзитного потока, интенсивности инфильтрации, испарения) и интенсивность водообмена в естественных и техногенных условиях.

Практическая значимость работы. Доказаны теоретическими проработками о характере гидрогеодинамических условий водоносного комплекса плейстоцена и основанном на них моделировании невозможность переноса подземными водами компонентов-загрязнителей от АПС в реки вследствие очень существенного превышения времени движения подземного потока над реальными сроками эксплуатации комплекса.

На основании типизации водоносного комплекса плейстоцена по литолого-геофильтрационному строению и гидрогеоэкологическому картированию на территории АГК выделены районы техногенного формирования подземных вод в достоверных границах.

На территории АГК при участии автора АстраханьНИПИГАЗом и партией кафедры гидрогеологии в 1980-х годах прошлого столетия организован, а в дальнейшем подлежал оптимизации гидрогеоэкологический мониторинг.

Обоснована и разработана структура дренажной системы на объектах

АГК.

Даны на основе математического моделирования прогнозные решения по гидрогеоэкологическим проблемам: трансформации состава речных вод вследствие изменения уровня воды в Каспийском море, в результате изменения режима эксплуатации и переработки сырья на АГК и др.

Защищаемые положения.

плейстоцена в относительно неглубоководном (до 100 м) море при нарушенной (относительно стандартных условий) механической дифференциации осадочного материала; под влиянием особенностей нарушенной дифференциации таких как степень дифференциации связанная с интенсивностью стокового течения крупной реки и др., происходило разграничение осадков по гранулометрическому составу. В результате определились лито-генетические типы пород: песчаные типы - пески и супеси, глинистые - суглинки, легкие глины, средние глины и тяжелые глины.

2. Подземные воды водоносного комплекса плейстоцена в естественных условиях сформировались при чрезвычайно низких скоростях фильтрации в геологическое время, оцениваемое первыми тысячелетиями в отсутствие полного цикла водообмена в обстановке режима близкого к застойному. Это определило сохранность в пределах водоносного комплекса до настоящего времени седиментационных морских вод.

3. Химический состав подземных вод водоносного комплекса плейстоцена унаследован от морских вод бассейна седиментации. Увеличенная минерализация подземных вод сформировалась на этапах диагенеза в результате отжима поровых вод и при литогенезе вследствие перехода из пород ионно-солевого морского комплекса. Геофильтрационная неоднородность комплекса определила его существенную гидрогеохимическую неоднородность.

4. Формирование подземных вод в техногенных условиях определено их низкими скоростями. В связи с этим, загрязненные подземные воды могут достичь поверхностных вод через несколько тысяч лет.

Апробация работы. Основные результаты доложены на конференциях молодым ученыж геологического факультета МГУ (1993-1995г), на межрегиональной и международной конференциях (Астрахань, 1993,1995г), на международном симпозиуме "Подземный сток в прибрежной зоне" (Москва, 1996г), в школе-семинаре "эколого-гидрогеологические и гидрологические исследования природно-техногенных систем в районах газовых и газоконденсатныж месторождений" (Астрахань, 1998г). Участвовала: в разработке методического руководства по созданию экологического мониторинга за гидрогеологическими и гидрологическими условиями в районах разработки месторождений газовой промышленности (Москва, 1993г); в составлении ОВОСа (Москва, 1996г). Результаты работы использованы в учебном процессе на кафедре гидрогеологии МГУ.

• Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе в соавторстве, две работы - в печати (издание Вестник МГУ).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав и заключения, изложенных на 147 страницах машинописного текста, включая 24 таблицы и 23 рисунка. Список использованной литературы содержит 67 наименований.

Благодарности. Автор выражает глубокую и искреннюю благодарность за весьма внимательное и чуткое отношение, помощь и в высшей степени профессиональное научное руководство доктору геолого-минералогических наук, профессору Кларе Ефимовне Питьевой и доктору геолого-минералогических наук, профессору Алексею Владимировичу Лехову. Автор очень признателен за консультации кандидату химических наук С.А. Брусиловскому. Благодарности руководству и сотрудникам АстраханьНИПИГАЗа и ГАЗПРОМа О.И. Серебрякову, ГА Циху, В.П. Спирину, Г.В. Кутлусуриной, Т. Бессарабовой и др. за предоставленную возможность получения информации. Автор выражает искреннюю благодарность за поддержку зав. кафедрой гидрогеологии, доктору геолого-минералогических наук, профессору ВА Всеволожскому, коллективу кафедры гидрогеологии за ценные замечания при обсуждении и помощь при оформлении работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. Методика исследований

Основу методики исследования составляет естественно-исторический анализ, позволяющий достоверно установить условия и процессы формирования: геофильтрационной среды водоносного комплекса, балансовой структуры подземного потока и химического состава подземных вод.

Естественно-исторический анализ базируется на принципах комплексности, системности, историчности. Он предполагает представление о подземной воде как о сложной природной системе, характеризующейся: 1)-единством и взаимообусловленностью химических и динамических свойств, определяемых как особенностями самой системы, так и вмещающей и окружающей сред; 2)- чувствительностью практически к любому техногенному воздействию; 3)- высокой динамичностью.

Комплексность выражается, главным образом, в разностороннем подходе к проблеме формирования подземных вод с использованием взаимодополняющих методов исследования: натурно-аналитических, статистических, картирования, генетического классифицирования (гипизации), районирования, расчетно-аналитических, математического моделирования (геофильтрации и геомиграции), оригинальные авторские методики и др.

Подземные воды рассматриваются во взаимосвязи с другими средами (породами, поверхностными водами и др.) в природной иерархии систем.

Принцип историчности реализуется в рассмотрении формирования водовмещающих пород и подземных вод от стадии осадконакопления до настоящего времени.

Данный подход удовлетворяет требованиям достоверности, точности, унифицированности (позволяет изучать и разграничивать все разнообразие природно-техногенных условий) и экологичности (обеспечивает разработку экологически выигрышных мероприятий).

ГЛАВА 2. Осадконакопление в Каспийском морском бассейне в плейстоцене.

В основу главы положены литературные данные (Н.М.Страхова, В.Н. Холодова, Ю.П. Хрусталева, Н.В. Тагеевой и М.М. Тихомировой, П.В. Федорова и др.). Их анализ и систематизация позволили автору представить проблему плейстоценового седиментогенеза Каспийского моря следующими группами взаимосвязанных вопросов:

1)- систематизации источников и путей поступления осадочного материала в бассейн седиментации, выявления главных факторов седиментогенеза;

2)- выявления характера и закономерностей накопления осадков различных генетических типов (терригенных, карбонатных, биогенных), распределения в них химических элементов;

3)- рассмотрение эволюции химического состава морской воды и постседиментационных изменений осадков и поровых вод;

4)- анализ истории развития Каспийского бассейна в плейстоцене и выбор схемы стратиграфического подразделения плейстоцена.

Рассмотрение данных вопросов плейстоценового седиментогенеза в Каспийском бассейне, особенно для Северной его части, показало следующее:

1. Специфику осадконакопления, которая проявляется: а)- в огромной скорости и значительности абсолютной массы осадков; б)- в резком преобладании терригенных и биогенных осадков над хемогенными; в)- в подчиненности распределения терригенных осадков закону механической дифференциации для бассейна в целом (крупнозернистые разности преимущественно распространены в Северной части моря, а тонкозернистые разности тяготеют к глубоководным областям Среднего и Южного Каспия); г)- в нарушении закономерной механической дифференциации осадочного материала в Северной части моря (в областях влияния стока крупных рек, при лавинной

седиментации и др.), проявляющейся в накоплении осадков широкого литологического спектра с резко выраженной пространственной неоднородностью, что обусловлено неоднозначностью совместного воздействия морских факторов и факторов стока; д) в приуроченности химических компонентов (микроэлементов, Сорг, ЗЮг, терригенного СаСОз) к терригенных осадков соответствующего размера зерна и, следовательно, в подчиненности их распределения законам механической седиментации;

2. Обусловленность специфически осадконакопления следующими факторами: а)- геологическим строением, климатическими особенностями питающих провинций и прилегающих областей; б)- геоморфологическими и геолого-тектоническими условиями дна, перемещениями водных масс, разнообразием климатических условий акватории; в)- значительностью речного стока из гумидной зоны, обуславливающей тот факт, что Каспий является внутриконтинентальным морским бассейном аридной зоны с относительно низкой минерализацией воды; г)- поступлением осадочного материала (также из аридной зоны) ветровым переносом, которое в области влияния стока р. Волга относительно невелико;

3. Сохранение на протяжении плейстоцена путей поступления осадочного материала и факторов, обуславливающих особенности седиментогенеза в Каспийском бассейне; некоторое изменение длительности этапов плейстоцена, степени похолодания-потепления климата, границ распространения оледенений, интенсивности и, следовательно, вещественного состава стока и проч.;

4. Обусловленность многократных трансгрессий и регрессий Каспия в плейстоцене многократным развитием и деградацией материковых и горных оледенений (в связи с климатическими изменениями), а также степенью изолированности бассейна, тектоническими, геоморфологическими и другими факторами;

5. Этапы развития Каспийского бассейна в плейстоцене следующие: нижний плейстоцен (бакинские отложения), средний плейстоцен (нижнехазарские отложения, подразделенные на палеосингильские, сингальские и косожские), верхний плейстоцен (верхнехазарские и хвалынские отложения) и голоцен (новокаспийские отложения).

Систематизация источников, путей поступления осадочного материала и главных факторов седиментогенеза Каспийского моря, всесторонний анализ закономерностей формирования и накопления в нем осадков различного литолого-геохимического облика, эволюции в геологической истории осадков и поровых вод является основой решения главных задач работы: установления

литолого-геофильтрационного строения и условий водообмена водоносного комплекса плейстоцена, формирования химического состава подземных вод.

ГЛАВА 3. Характеристика водоносного комплекса плейстоцена.

Природные условия территории распространения водоносного комплекса плейстоцена следующие.

Климатические, оро- и гидрографические условия определяются ее расположением в южной части Прикаспийской низменности, характеризующейся удаленностью от океанов и горных сооружений, влиянием воздушных масс антициклонов Сибири, пустынь Казахстана и Средней Азии, отрицательными абсолютными высотными отметками земной поверхности, очень слабой расчлененностью рельефа и др. Климат - аридный.

Важной особенностью рельефа Прикаспийской низменности является очень слабая расчленённость (первые метры) и незначительность общего уклона к Каспийскому морю (0,0001-0,0003).

Гидрографические условия территория исследования определяются ее расположением в переходной области от поймы р. Волга к дельте. Крупнейшими ее рукавами являются реки Бузан, Ахтуба, Берекет, Кигач.

Геологическое строение территории определяется ее приуроченностью к тектонической структуре первого порядка Восточно-Европейской платформы -Прикаспийской синеклизе, осложненной структурой второго порядка Астраханским сводом, с мощностью осадочного чехла до 7-8 км.

Породы новейшего комплекса отличаются от более древних отложений относительно малой мощностью (в районе исследования 250-700м), большим литолого-фациальным разнообразием, при преобладании терригенных разностей, близким к горизонтальному залеганием и слабой дислоцированностью. Эти отличия, наиболее характерные для отложений плейстоцена, связаны с изменением приоритета эндогенных факторов формирования геологического разреза в позднем плиоцене на приоритет экзогенным.

В системе гидрогеологического районирования территория исследования приурочена к Прикаспийскому артезианскому бассейну Каспийского гидрогеологического района.

В разрезе новейшего гидрогеологического этажа подземные воды приурочены к первой от поверхности, весьма сложно построенной толще песчано-глинистых отложений верхнего и среднего плейстоцена более 70м мощности. В структурном отношении водоносная толща плейстоцена представляет собой водоносный комплекс, о чем свидетельствует, главным

образом, отсутствие пространственно выдержанных водоносных и слабопроницаемых слоев. Региональным водоупором является толща слабопроницаемых (преимущественно глинистых) отложений нижнего плейстоцена и верхнего эоцена общей мощностью более 150м. Это обособляет изучаемый водоносный комплекс от залегающих ниже элементов гидрогеологического разреза. Его гидрогеодинамическая обособленность подтверждается превышением (около 20м) напоров потока подземных вод апшеронских отложений.

Зона аэрации и верхняя часть разреза водоносного комплекса в основном представлена песками. Глубина залегания подземных вод составляет, главным образом, >5м, реже 3-5м, редко <3м (околоЮ% территории).Уровень подземных вод, в связи с равнинностыо территории имеет очень пологий уклон в сторону речных долин и областей максимумов отрицательных неотектонических движений (с севера и северо-востока на юг и юго-запад). Значения напоров снижаются в целом от -17-18абс. м на севере и северо-востоке территории исследования до -24-25абс. м на юге и юго-западе. Градиенты напора составляют 0,0001-0,0003. На более детальном уровне рассмотрения структура потока сложная, что определяется неравномерностью атмосферного и паводкового питания и испарения, влиянием рельефа, растительности, фильтрационными свойствами пород и проч.

Структура баланса подземных вод плейстоцена следующая:

Основные виды питания: -1) транзитный поток; -2) инфильтрационное питание атмосферными осадками - дождевыми и в периоды снеготаяния, а также конденсацией влаги в песчаных массивах из-за резких суточных колебаний температур в летнее время; -3) локальная фильтрация речных вод; -4) перетекание из смежных водоносных пластов.

Основные виды разгрузки: -1) в транзитный поток на юг - юго-запад; -2) испарение, а также транспирация; -3) в реки, в период межени; -4) перетеканием в смежные водоносные пласты.

ГЛАВА 4. Характеристика и формирование геофильтрационной среды водоносного комплекса плейстоцена.

4.1. Типизация пород по лито-генетическому принципу.

Отложения плейстоцена на территории исследования впервые были разносторонне охарактеризованы Астраханской партией МГУ: литологический состав, водно-физические и фильтрационные свойства по фондовым данным; гранулометрический состав по собственным лабораторным и фондовым данным; минералогический состав по собственным лабораторным определениям; состав

микрокомпонентов, водорастворимых соединений, емкость обмена и состав обменных катионов по собственным лабораторным данным.

По литологическому составу отложения плейстоцена представлены широким спектром литологических разностей от песков до глин. Пласты, сложенные относительно однородными в литологическом отношении породами характеризуются значительными примесями пород другого литологического состава в виде прослоев и линз мощностью от сантиметров до первых метров; часты выклинивания на коротких расстояниях. То есть породы плейстоцена по литологическому составу характеризуются хаотичным распределением в плане и разрезе.

С целью упорядочивания пространственного распространения пород с различным литологическим составом необходимо осуществить их типизацию по литологическому признаку. В основу типизации положена взаимосвязь между литологическим и гранулометрическим составом пород на том основании, что породы с конкретным литологическим составом имеют строгую характеристику по диапазонам фракций, что обусловлено закономерностями осадконакопления. Такая порода образует литологический тип. Для установления условий формирования пород литологических типов оказалось необходимым подобрать такую классификацию пород по гранулометрическому составу, которая учитывала бы все песчаные и глинистые фракции, отвечающие фракциям современных морских осадков. В этой связи автором использована классификация НА.Качинского, исходя из которой: породам, представленным тяжелыми суглинками, легкими и средними глинами, соответствуют илистые алевриты и алевригово-илистые осадки Каспийского бассейна; породам, представленным тяжелыми глинами, соответствуют глинистые осадки.

Автором выделены следующие лито-генетические типы пород: 1)- песков, 2)- супесей, 3)- тяжелых суглинков, легких и средних глин; 4)- тяжелых глин. Они резко отличаются друг от друга с позиций гранулометрических фракций и по средним значениям следующих характеристик: коэффициента фильтрации, максимальной молекулярной влагоемкости, максимальной влажности, минерализации и химического состава водных вытяжек, емкости обмена, состава обменных катионов. Различается и химический состав подземных вод, соответствующих этим типам пород. От песков к глинам увеличивается: минерализация водных вытяжек (от 0,434 до 0,950 г/л), емкость обмена (от 8,52 до 41 мг-экв/100г), концентрации микрокомпонентов (И - в пЮО раз, Мп - В п10 раз, РЬ, ве, ва-впраз). Коэффициент фильтрации уменьшается от 10-15 до < 1м/сут. Обменные катионы составляют: песков Ca>Mg>Na; глин Na>Mg>Ca.

Минералогический состав пород лито-генетических типов устойчив, изменяются количественные соотношения. Пески преимущественно кварцевые, глины и глинистая фракция пеков представлены гидрослюдой (65-75%), монтмориллонитом (доЗО%) и др.

Для установления условий формирования выделенных типов пород использованы критерии, выявленные на основе анализа условий формирования осадков Каспийского моря (глава 2); Наличие морской фауны; широкое распространении песков значительной мощности, характерных для авандельт; присутствие аутогенных минералов (друзы, розы гипса) и продуктов окисления Ре,Мп; незначительное содержание сингенетических карбонатов и гипса и др.

Автором установлено следующее. Осадки, явившиеся исходным материалом для всех пород плейстоцена, кроме речного аллювия (приуроченного только к речным долинам), сформировались в относительно неглубоководных (до 100м) морских условиях. Формирование широкого литологического спектра осадков-пород происходило в условиях чаще всего нарушенной механической дифференциации осаждающегося материала, обусловленной существенными изменениями скорости стокового течения реки и уменьшением его транспортирующей способности под действием морских факторов (волнения, течения, сгонно-нагонных явлений, геоморфологии дна и др.). Такие условия создаются в областях авандельты крупной реки, защищенных от ветра лиманов, лагун, в неглубоководных областях шельфа, на нижней границе зоны взмучивания и др. То есть, формирование пород всех выделенных лито-генетических типов произошло в условиях единого морского бассейна, при различной степени нарушения механической дифференциации осадочного материала: без нарушения - песков, с нарушением (в связи с уменьшением транспортирующей способности стокового течения) - более мелкозернистых разностей (им соответствуют супеси, легкие и средние глины), с существенным нарушением (в связи с резким падением скорости стокового течения) - наиболее тонкодисперсных разностей (им соответствуют тяжелые глины).

4.2. Типизация водоносного комплекса по литолого-геофильтрационному строению.

Главные задачи в связи с типизацией водоносного комплекса по геофильтрационному строению: 1)- выделение в разрезе комплекса водоносных и слабопроницаемых пластов; 2)- характеристика пластов по геофильтрационным и другим показателям. Основой их решения является лито-

генетическая типизация и положения о характере осадконакопления в плейстоцене.

При значимой индивидуальности состава и свойств пород лито-генетических типов, распределение последних в разрезе водоносного комплекса не подчиняется стандартным закономерностям. Оно неоднородно, так как в пределах трансгрессивно-регрессивных этапов и водоносного комплекса в целом породы типов не образуют выдержанных водоносных и слабопроницаемых пластов. Мощность пластов изменяется от 0 до >15м. Это обусловлено нарушением механической дифференциации при накоплении осадков. В истории плейстоцена было 4 основных этапа осадконакопления, отложения которых накапливались с нарушением механической дифференциации и накладывались друг на друга. В итоге на различным участках территории сформировалось различное количество пластов различной мощности, представленных теми или другими литолого-генетическими типами. Их границы в разрезе часто не совпадают с границами залегания отложений этапов плейстоцена.

Таким образом, генетически обусловленная геофильтрационная неоднородность проявляется натрех уровнях: на уровне водоносного комплекса (в различном количестве водоносных и слабопроницаемых пластов разрезе и плане), на уровне пластов (в различной мощности), на уровне пород (в изменчивости фильтрационных свойств).

Условием выделения водоносных и слабопроницаемых пластов является установление границ залегания отложений этапов плейстоцена. Они установлены по следующим критериям: продолжительности этапов и связанной с нею мощностью отложений, следам континентального развития (остаткам корневой системы растений), идентифицированным по ряду скважин на глубинах 10-15м и по единичным скважинам на глубине 30м, с привлечением литологических характеристик преобладающих отложений (глинистых либо песчаных), гранулометрических фракций, цвета и других

Таким образом, установлено, что на отложениях нижнего плейстоцена залегают: 1) палеосингильские, 2) сингальские, 3) косожские отложения среднего плейстоцена на глубинах около 70-50, 50-30, 30-15м соответственно и 4) верхнехазарские, нижне- и верхнехвалынские отложения верхнего плейстоцена от 5-15м и выше (рис. 1). На основании этого в разрезе водоносного комплекса выделены два водоносных пласта в пределах среднего плейстоцена и один - в пределах верхнего (рис. 1).

Типизация строения водоносного комплекса проведена до глубин 40м, обеспеченным фактическими данными (табл.1). Основные признаки типизации -

-30-35

График колебания уровня Каспия в плейстоцене

-SO -30 -10 О SO 30 so

ннттхйалыиская трансгрессия

ниюнехазарскив , Трансгрессии поздняя

бакинская трансгрессия максимальные абс. ■чысатние отметки территория AT к

Рис. 1. Схема литолого-геофильтрационного «роения водоносного комплекса плейстоцена в районе АГК и его гидрогеологическая стратификация: 3 — главные трансгрессивно-регрессивные циклы плейстоцена (I — верхнего, II-IV - среднего, V — нижнего); преобладающие отложения: 1 - водоносные, 2 — слабопроницаемые; 4 — границы залегания отложений этапов плейстоцена; 5 - выделенные водоносные пласты: 1-верхнего, 2,3-среднего плейстоцена; б - тип литолого-геофильтрационного строения с частотой встречаемости.

Тип строения I — однопластовое II — двухпластовое

Цитологическая характеристика Пески м/з и т/з (с/з), желтые, вниз по разрезу — серые, с обломками морской фауны, с прослоями глин (суглинков), мощностью до 2 (5)м, мощность 20-3 Ом Чередование слоев песков и глин; слои м/з и т/з песков, верхние ((}1У-(Эш) — желтые и бурые, нижние (<ЗП) - серые и бурые, разделены слоем глин (011), серых (бурых и голубых оттенков), с существенной примесью песчаного и алевритового материала в рассеянном виде, в виде линз и прослоев; мощность нижнего слоя песков - от 0 до 20м; мощность слоя глин — от 5 до 20м

мощность верхнего слоя песков (<31У-С3ш),м

II. 1 11.2 И.З

7,5-15 2,5-7,5 2,5

1.1 1.2 П.1.1 11.1.2 11.2.1 И.2.2 верхний слой песков выклинивает ся

пески пески перекрыты слоями глин мощностью до 2(5)м пески пески перекрыты слоями глин мощностью до 2(5)м пески пески перекрыты слоями глин мощностью до 2(5)м

Геофилирацион-ное строение однородный пласт двуслойный пласт однородный пласт двуслойный пласт однородный пласт двуслойный пласт однородный пласт

Проводимость пластов, м2/сут 100 (70-190)* верхнего пласта (ОГУ-ОШ)**

45(15-95) | 18(5-38) | 2,5 (1,5-6,25)

нижнего пласта (011) — 1,5-190*

Условия и факторы формирования отложений относительно неглубоководные (до 50-80м) морские условия

согласно закономерностям механической дифференциации морских осадков с нарушением механической дифференциации морских осадков, вследствие подавленнос-ти действия морских факторов интенсивным стоком р. Волги с огромным количеством твердого материала и высокой кинетической энергией поступающих в море водных масс

*- среднее (минимальное — максимальное) значение, по данным откачек;

**- то же, рассчитано по данным лабораторных определений коэффициента фильтрации

это: тип, в который объединяются элементы разреза с единством условий формирования (тип I, сформированный при практически ненарушенной механической дифференциации, с однопластовым строением и тип II, сформированный при нарушенной механической дифференциации, с двухпластовым строением); подтип первого порядка в пределах типа II выделяется по мощности верхнего песчаного пласта (П.1 П.2 II.3); подтип второго порядка - по геофильтрационному строению, однородному (II. 1.1. П.2.1) либо двуслойному (II. 12 и П.2.2); подтип первого порядка в пределах типа I выделяется по геофильтрационному строению, однородному (1.1) либо двуслойному (1.2).

Различие гранулометрического состава, характеристик влагоемкости и проницаемости пород, мощностей и проводимостей индивидуальных пластов определяется различиями транспортирующей способности стокового течения реки в процессе осадконакопления. Это доказывается наличием взаимосвязи рассматриваемых характеристик и мощности верхнего водоносного пласта. С уменьшением мощности от типа 1.1 к типу П.3 увеличивается содержание фракций мелкозернистого песка (0,25-0,1мм) и алеврита (0,1-0,05; 0,05-0,01мм), увеличивается естественная влажность, максимальная молекулярная влагоёмкость, уменьшается коэффициент фильтрации пород.

Установлено, что наиболее резкие изменения вышеперечисленных характеристик происходят в связи с наличием среднезернистого песка (0,250,5мм) в пределах типа I, и вследствие появления алевритистого материала в пределах подтипов И.2 и Н.З (соответственно 10% и 37%).

При содержании в породе >40-50% фракции >0,25мм (порода при этом по классификации современных морских осадков называется среднезернистым песком) коэффициент фильтрации составляет более Юм/сут, естественная влажность - менее 20%, максимальная молекулярная влагоёмкость - менее 12%. При содержании в породе >50% фракции 0,1-0,25 мм, остальные <50% -фракция <0,1мм (песок мелкозернистый, алевритистый и алевритовоилистый) коэффициент фильтрации составляет от 1 до 10м/сут, естественная влажность -от 20 до 50%, максимальная молекулярная влагоёмкость - от 1 до 15%.

При содержании в породе > 40-50% фракции < 0,1мм (алеврит, алеврит песчанистый, илистый) коэффициент фильтрации составляет менее 1м/сут, естественная влажность - более 50%, максимальная молекулярная влагоёмкость -более 15%.

4.3. Районирование территории водоносного комплекса по литолого-геофильтрационному строению.

Распространение выделенных типов литолого-геофирьтрационного строения водоносного комплекса на территории исследования представлено на схеме районирования. Наиболее распространены на территории исследования подтипы 11.2 и 11.3 (центральная, восточная часть), частота встречаемости - 35 %, Типы I и П.1 менее распространены (западная часть), частота встречаемости соответственно 13 и 18 %.

ГЛАВА 5. Формирование химического состава подземных вод водоносного комплекса плейстоцена в естественных условиях.

Формирование химического состава подземных вод плейстоцена рассматривается в естсственноисторическом плане с позиций гидрогеохимической миграции, т. е. пространственно-временного перемещения компонентов в подземных водах и в системах, образуемых подземными водами с различными средами посредством физико-химических процессов, обусловливаемых свойствами компонентов и сред и приводящих к качественно-количественным изменениям в составе вод.

При выявлении формирования химического состава подземных вод плейстоцена естественно-историческим путем применялись методы генетического классифицирования, пространственного картирования, статистические, балансовых расчетов и др.

Эти методы в совокупности позволили разграничить подземные воды на генетические гидрогеохимические виды и разновидности, установить их территориальное распределение, оценить процессы формирования, начиная от исходных седиментогенных условий до современных.

В основу исследования положены данные по химическому составу подземным вод за период с 50-х годов до 1985 г. (то есть до пуска Астраханского газоконденсатпого комплекса), характеризующие гидрогеохимическую обстановку как близкую к естественной.

5.1. Характеристика химического состава подземных вод и гидрогеохимические закономерности.

Минерализация подземных вод в целом составляет диапазон от менее 1,0 г/л до 70 г/л и более; компонентный состав разнообразен, от преобладания в нем гидрокарбонатов, кальция, магния до главенствования хлора, сульфата, натрия, магния или хлора, натрия, магния. По статистическим данным изменчивость минерализации вод описывается законом нормального распределения.

Гидрохимическое классифицирование (по К.Е. Питьевой) позволило разграничить подземные воды на группы, каждая из которых охарактеризована компонентным составом, соответствующим конкретному диапазону

минерализации. В целях выявления влияния на формирование химического состава подземных вод плейстоцена глинистых прослоев, развитых преимущественно в верхах хазарского яруса, гидрогеохимическое классифицирование проведено раздельно для вод, приуроченных к хвалынским и хазарским отложениям.

Подземные воды хвалынских отложений образуют следующие группы: до

1 г/л с преобладанием гидрокарбоната, кальция, магния над хлором, сульфатом,

натрием, состав - 1 - 2 г/л с преобладанием хлора,

сульфата, натрия, магния над гидрокарбонатом и кальцием, сосгав -

СЮО^НСОзКаМ^Са; 2-5 г/л с сохранением соотношений между

компонентами, характерными для предыдущей группы, но с еще более

уменьшенным содержанием в водах гидрокарбоната и кальция, состав -

ШОдпНСО^аМвпСа; 5-20 г/л, состав - ШС^аМ^ более 20 г/л, состав СМОдИаМ^

Подземные воды хазарских отложений образуют группы: 15 г/л, состав от С1804СаКаЬ<^ до С1804ЫаМ^а; 15-25 г/л, состав С1п804ЫаМ& более 25 г/л, состав СДОаМ^.

Полученная в результате классифицирования генеральная тенденция изменения компонентного состава вод с ростом минерализации согласуется с закономерностями накопления в водах компонентов, образующих более растворимые соединения.

В то же время для подземных вод плейстоцена четко устанавливается своеобразие компонентого состава вод с любым диапазоном минерализации, заключающееся в преобладании хлора над сульфатом и натрия над магнием, что определяет преобладающее распространение хлоридно-сульфатных натриево-магниевых (ClS04NaMg) вод и только при минерализации < 5 -10 г/л в составе вод повышается концентрация гидрокарбоната кальция. Это указывает: 1) на единство процессов формирования подземных вод плейстоцена в целом; 2) на значительную роль в формировании состава вод седимептационных составляющих Каспийского бассейна; 3) на участие в формировании пресных и слабоминерализованных вод атмосферных факторов. Различия в химическом составе подземных вод хвалынских и хазарских отложений подтверждают вышеуказанные положения, характеризующие формирование подземных вод.

Распространение подземных вод на территории исследований в плане и разрезе весьма сложно. Оно получено методами профилирования и картирования.

По частоте встречаемости и характеру распространения на территории исследований подземные воды всего разреза плейстоцена подразделены на: воды регионального потока с минерализацией в диапазоне от 5(10) до 35-50 г/л; воды с минерализацией до 5(10) г/л (иногда несколько более) и более 35-50 г/л, характеризующиеся ограниченным (локальным) распространением.

В разрезе общая минерализация вод регионального распространения увеличивается с глубиной (табл. 2). Компонентный состав на глубинах ниже 20м чаще всего меняется с В ряде случаев

компонентный состав практически не изменяется. В районах однопластового строения водоносного комплекса и вблизи приречной зоны, характеризующихся также часто относительно пониженными значениями высотных отметок (ниже -18м абс.) минерализация подземных вод у свободной поверхности понижена.

Таблица 2. Изменение химического состава подземных вод с глубиной.

Воды регионального распространения Воды локального распространения

пониженной минерализации повышенной минерализации

УМ г/л компонентный состав глубина, м

21.2 СЮОдЫаМа 3,7 1.7 ОвС^НСО^алСапМе 6,0 48,5 СШаМг 3,0

25.5 ОБСШаМе 4,5-5,5 3.9С1804пНС01ЫапМе 10,0 56.7 СМаМе 7,3 -9,2

32.2 СШаМр 25,0 28,3 С1п80,№Мр 20,0 38.9 С1№Мя 19,0

29,1 ОпвО^аМе 25,0

Подземные воды локального распространения с пониженной минерализацией приурочены к хвалынским отложениям и преимущественно распространены в приречной области (табл. 2). В условиях двухпластового строения водоносного комплекса их положение в разрезе ограничивается верхним водоносным пластом. В условиях однопластового строения возможно опреснение всего разреза. Подземные воды значительно повышенной минерализации возможны в любом интервале разреза.

Картирование минерализации подземных вод проведено для различных срезов глубин (у свободной поверхности - около 5м, у подошвы отложений верхнего плейстоцена - 10-15м, в среднеплейстоценовых отложениях - 25-30м) в виде изолиний в значениях, полученных при классифицировании (5,20, 35, 50 г/л); компонентный состав вод показывается в виде комплексных анионно-

катионных групп, приуроченных к конкретным диапазонам

минерализации. Карта отражает гидрогеохимическую неоднородность в пространстве в целом, тенденции уменьшения минерализации и изменения ClSO4NaMg состава на состав, в котором помимо указанных компонентов в существенном проценте представлены НСОз, Са в приречных районах и в районах регионального распространения однопластового песчаного геофильтрационного разреза.

5.2. Формирование химического состава подземных вод. Источники, факторы и процессы.

В качестве основных источников компонентного состава подземных вод рассматриваются: атмосферные осадки и речные воды; седиментационные воды; породы.

Средний состав атмосферных осадков по многолетним данным в условиях естественного формирования: гидрокарбонатный натриево-кальциевый, минерализация 0,16 г/л, рН 7,3 - 9,2. Микрокомпоненты в дождевых водах (мг/л): Р 0,78 > В 0,15 > Zn, Мг| 0,05 > Си 0,004 > Щ, РЬ, Сё, И 0,00005; в снеговых осадках (мг/л): Zn 0,07 > Мп, Р, Си 0,02 > РЬ, В, Ц 0,03 > Сё, Щ 0,003.

Средняя минерализация речных вод 0,34 г/л, содержание (мг/л; экв%): НСО3 + СО3 128,1; 21,2; С1 53,0; 15; SO4 56,1; 11,8; по компонентам воды гидрокарбонатно-хлоридно-сульфатные кальциево-магниево-натрисвые; NN4 0,3; N03 0,4; N02 0,17 мг/л. Они поставляют в подземные воды преимущественно карбонатные анионы и катионы. Их роль ощутима в формировании состава подземных вод локального распространения главным образом в приречных условиях.

Седиментационные воды Каспийских бассейнов плейстоцена явились исходными для современных подземных вод и сохранились в трансформированном виде до настоящего времени. Главные доказательства получены путем анализа фактических натурных данных и изучения осадконакопления в Каспийском морском бассейне. Это соответствие компонентного состава современных подземных вод: а) вод регионального распространения - составу морских вод Каспийского бассейна в плейстоцене; б) вод регионального и локального распространения - составу водных вытяжек из глин и песков. Также установлен единый характер изменения компонентов современных подземных вод и водных вытяжек из пород при возрастании минерализации.

Сохранность седиментационных вод в водоносном комплексе плейстоцена в историческом времени обеспечивалась его гидродинамическими условиями:

1) низкими скоростями фильтрации регионального (транзитного) потока, обусловленными пологим рельефом территории, которые резко ограничивали водообмен; 2)- слабым инфильтрационным питанием водоносного комплекса.

Трансформация в составе морских вод проявилась к настоящему времени в • увеличении в несколько раз их минерализации на стадии диагенеза и литогенеза. На стадии диагенеза увеличение минерализации вод связано с отжимов из уплотняющихся глинистых осадков сильно соленой хлоридной натриевой воды. На стадии литогенеза повышению минерализации вод способствовало поступление в них из пород ионно-солевого комплекса, представленного хлором и натрием и поэтому не вызывающим изменений в компонентном составе вод. Ионно-солевой комплекс сформировался в Каспийском море, главным образом, вследствие соосаждения с минералами Монтмориллонитовой группы (до 30% и более) глинистых осадков и с кальцием доломита и других карбонатных примесей. На значимость участия ионно-солевого комплекса в формировании минерализации подземных вод указывают:

а) преобладание в водных вытяжках из пород, особенно глинистых, разностей солевой формы №С1, меньше MgSO4 (№С1 > №^04 > MgSO4 > Са804 >СаСОз > CaMg(COз)2) морского генезиса; б) высокая (до 1,5 г/л и более) минерализация водных вытяжек.

"Испарение слабо участвует в увеличении минерализации седиментационных подземных вод по причине преобладающей распространенности (около 90% территории) глубин их залегания ниже критических (~ Зм), требуемых для интенсивного испарения: подтверждение этому - незасоленность пород зоны аэрации. Меньшие глубины залегания вод и, следовательно, значительное их испарение приурочены к микропонижениям в рельефе.

Частичные изменения в составе подземных вод произошли в длительное геологическое время в результате процессов катионного обмена, сульфатредукции и одновременно процессов углекислотного выщелачивания и смещения.

Катиониый обмен значим при значительной мощности глинистых пород с обменной емкостью около 45 мг-экв/100г, достигающей местами 150 мг-экв/100г и составом обменных катионов Na>Ca>Mg (редко другим). Обменивались в

соответствии с энергией обмена магний вод на натрий обменного комплекса пород, что увеличило концентрацию натрия в подземных водах.

Подтверждения протекания обменного процесса: а) значительное содержание в водных вытяжках из глинистых пород №^04; б) незначительное содержание в них MgSCv

Процесс сульфатредукции характерен для условий с двухпластовым геофильтрационным строением водоносного комплекса плейстоцена, то есть для нижнего пласта хазарского разреза на глубинах более 10-15м, Процесс заключается в восстановлении сульфата до сероводорода: 8042' + 2С + 2Н20 = НзЭ + 2НС03

и обусловлен макронеоднородностью окислительно-восстановительных условий, вызванной литологической неоднородностью. Так ЕЙ вод песчаных пород +800 - +700мВ, а в глинистых - +300 - +100мВ. В связи с этим, в западной и других частях территории на участках однопластового строения в водах всего разреза плейстоцена (песчаные породы) сохранились высокие (до 3,0 - 4,0 г/л, что составляет 5-10 и более % от минерализации) концентрации сульфат-иона. В водах нижнего пласта участков двухпластового строения концентрации сульфата понижены до 1,0-2,5 г/л, что часто менее 5% от минерализации. Вне зоны сульфатредукции воды всего разреза хлоридно-сульфатные натриево-магниевые; в условиях сульфатредукции - хлоридные натриевые и хлоридные натриево-магниевые. Дополнительные подтверждения протекания процесса сульфатредукции следующие: а) наличие в водах сероводорода (до 15 мг и более); б) соответствие изотопного состава воды по сере сероводорода около +10 96о, по сере сульфата около + 5%о естественным условиям формирования подземных вод плейстоцена, содержащих органическое вещество (10-130 мг/л) при содержании органики в породах 0,02-0,6%; в) одновременное снижение содержания сероводорода и повышение содержания сульфидов Бе, Мп, Zn, Си и др. в водах с восстановительными условиями, а также увеличение концентраций окислов железа и др. в водах с окислительными условиями.

Процессы углекислотного выщелачивания и смешения характерны для приречных областей и узколокально развиты на территории регионального распространения подземных вод. Их особенности: приуроченность к верхней части разреза; проникновение на большие глубины при однопластовом геофильтрационном строение водоносного комплекса. Смешению подвергаются атмосферные осадки и речные воды с седиментационными подземными водами. Смешением формируются воды пониженной минерализации с существенным процентом гидрокарбонатов в компонентном составе.

Подземные воды локального распространения участвуют в питании и разгрузке вод регионального распространения. Питание вод регионального распространения осуществляется вследствие снижения напоров от центральных частей пресных слабоминерализованных линз к их периферийным частям, граничащим с водами регионального фильтрационного потока. Разгрузка вод регионального распространения - результат снижения их напоров в направлении к центральным частям рассольных линз, формирующихся на участках пониженного рельефа вследствие интенсивного испарения.

ГЛАВА 6. Формирование подземных вод плейстоцена в техногенных условиях Астраханского Газового Комплекса.

6.1. Характер техногенного воздействия и компоненты-загрязнители.

На основании анализа основных видов техногенного воздействия при разработке нефтяных и газоконденсатных месторождений, схематизации источников и видов компонентов-загрязнителей, осуществленных по литературным данным, согласно постановке исследования, с учетом изолированности изучаемого водоносного комплекса от залегающих ниже элементов разреза, основное внимание уделяется техногенному воздействию, распространяющемуся от наземных источников: загрязнению и подтоплению.

Основные компоненты-загрязнители АГК, поступающие от наземных источников: 1) нефтепродукты от буровых растворов, углеводороды сырых нефгей, фенолы (< бмг/л), ПАВ, [СгС^ион, общая минерализация < 5г/л, состав СЮОфМяСа, [Ш4]+ - ион (<10мг/л), [Бе]3*- ион (<0,5мгл), Si02 < Юмг/л; 2) от попутных вод минерализации 50-150(100) г/л, СГ№ состава (законтурные, приконтурные, внутриконтурные, подошвенные воды месторождения) минерализации < 0,Зг/л НС03№ состава (конденсационные воды месторождения); 3) от вод межколонного пространства (представляющих собой смесь пластовых вод и буровых растворов) с рН до 10,5-12,5 СГ№ состава; 4) сырая нефть; 5) твердая сера; 6) от сточных вод АШЗ, не поддающихся очистке: сульфидные, метановые, диэтиленгликольные воды, стоки установки сжиженного газа, пластовые (попутные) воды с минерализацией >3-40г/л, рН =6,4-12,8; 7) от условно чистых стоков: а) - коммунально-бытовых, дождевых, производственных стоков с минерализацией 0,5-2,5 г/л, ClS04NaMg состава, рН=7,5-9,О (< 6—> 11); б) - стоков КНС с минерализацией от 1-3 до 12 г/л, С^04№ состава, рН-6,6-7,8, низкими ЕЙ от -\ 12(100) до-43мВ; в) - промывных вод' химической водоподготовки котельной с минерализацией < 6г/л; г) -установки очистки стоков от кислых компонентов (У-122) с минерализацией 2-9г/л, СГ№ состава, рН=8-9,5, с [Ш]", [в]2", [Ш4]+ до 400мг/л; 8) от емкости

сезонного регулирования с минерализацией < 3 г/л, С1№ состава,

рН=7,3-9,3 и ЕИ=+133+309мВ.

Концентрации микрокомпонентов в стоках всех объектов АГК по средним данным 1986-1993г составляют (мг/л): В - 0,49; Р - 0,47; Мг| - 0,34; Zn - 0,14; Си - 0,036; РЬ - 0,033; И - 0,028; Са - 0,013; Щ - 0,0002.

В атмосферу поступают: НгБ, СОг, N2, ЭОг, N0, Ж>2, углеводороды - этан, метан, пропан, ароматические, отдельные алканы.

Таким образом, существует широкий спектр опасных загрязнителей, поступающих в подземные воды и распространяющихся к рекам. Это делает задачу количественной оценки транспортирующей способности подземного потока весьма актуальной.

6.2. Техногенные изменения в водоносном комплексе плейстоцена.

По материалам комплексных режимных наблюдений (за период 19871999) на территории исследования выявлен комплекс показателей техногенного изменения подземных вод. Это - повышение уровня подземных вод, уменьшение их минерализации, специфика гидрогеодинамического и гидрогеохимического режима, определенные виды техногенного химического состава. Техногенное изменение химического состава подземных вод - трех типов. Оно определяется присутствием: А - высокоминерализованных слабокислым вод (рис. 3): Б - слабоминерализованным слабощелочным вод: В -минерализованных и околонейтральных вод.

Помимо этого, техногенное влияние обнаружено по следующим концентрациям микрокомпонептов в подземных водах: фосфора - (0,01)<0,1->1,0(6,0); бора - (0}01)<0,1->5,0(23,0); марганца - (0,01)<0,1->3,0(40,0); цинка -(0,01)<0,1->2,0(50,0); свинца - 0,03-1,5(2,5); меди - 0,002-0,500(6,8); кадмия -<0,004-0,100(0,7) мг/л; ртути (по ограниченным данным) - 0,09-0,8(1,6)мкг/л. Значения ЕЙ в техногенным условиях понижаются до -100. Область техногенного воздействия идентифицируется по более низким значениям ЕЙ: < 100-300(400).

Граница областей преимущественно техногенного и преимущественно естественного формирования подземных вод установлена по околонулевым изменениям уровня, глубины залегания, комплекса показателей химического состава подземных вод в разные периоды работы АГК по отношению к таковым в условиях естественного формирования, до пуска комплекса. До лета 1990г ее положение характеризовалось значительной изменчивостью, а с мая 1991 г -оставалось практически неизменным.

Основные различия режима уровней и химических компонентов подземных вод областей естественного и техногенного формирования обусловлены различиями структуры баланса подземных вод, а именно различиями инфильтрационного питания: атмосферных осадков, речных вод и техногенных источников (рис. 2).

Рис. 2. Схематические графики многолетнего режима уровня и концентрации хлорид-иона подземных вод с различными условиями формирования: естественного (а - регионального потока, б - влияния речных паводков); техногенного (в - с максимальным, г - средним и д- слабым воздействием).

Структура баланса в естественных условиях регионального потока: Отранзита + Оатмосферных осадков + Оперетекания -Отранзита -Оиспарения - Оперетекания = 0

В естественных условиях приречной области:

Опраурита + Оатмосферных осадков + Оинфильтрации речных вод + Оперетекания - Отранзита - Оиспарения - Оперетекания =0 В техногенных условиях:

Отранзита + Оатмосферных осадков + Отехногенной инфильтрации + Оперетекания - Отранзита - Оиспарения - Оперетекания = 0

По условиям формирования многолетнего режима и структуры баланса подземных вод выделены типы естественного (I) и техногенного (II) формирования. Подтипы выделены по источнику инфильтрационного питания: атмосферными осадками (1.1), речными водами (1.2), техногенных источников максимальной (II. 1), средней (П.2) и минимальной (П.З) интенсивности.

Распределение подземных вод областей естественного и техногенного формирования в плане показано на схеме районирования (рис. 3).

I ......I I I 111

Рис. 3. Схема южной части территории АГК по условиям формирования подземных вод: 1-5 - районы распространения подземных вод естественного (1,2) и техногенного (3-5) формирования; 6 - граница распространения: а-типов, б-подтипов; 7 - преобладающие типы химического состава; 8 - источники техногенного воздействия.

Глава 7. Моделирование с целью количественной оценки балансовых, гидрогеодинамических и гидрогеохимических характеристик в природных и техногенных условиях.

Для приближенной оценки процессов водообмена, действительных скоростей фильтрации и главных составляющих балансовой структуры подземного потока осуществлена идентификация геофильтрационной и геомиграционной модели.

Внутригодовые колебания уровня подземных вод в связи с речными паводками не рассматриваются. Питание подземного потока путем инфильтрации атмосферных осадков и разгрузка испарением принимается равным нулю.

Основные процессы рассмотрения - конвекция и дисперсия. Принимается стационарная, плановая, двухпластовая, модель. Граничные условия следующие: на севере для обоих пластов - I рода, на западе и востоке - непроницаемые

границы, II рода, на юге - для верхнего пласта задано граничное условие Ш рода, для нижнего - II рода.

Параметры проводимости (значения и пространственное распределение) заданы на основе рассмотренным выше закономерностей формирования литолого-геофильтрационного строения водоносного комплекса, (глава 4, табл. 1) по фактическим материалам опытно-фильтрационных работ и лабораторных исследований.

Обусловленная генетически зависимость К от мощности, выявленная для обоих пластов, обуславливает нелинейность графиков зависимости Т от К. Причем, зависимости Т от К, полученные по данным лабораторным и полевым исследований очень близки, отклонения возникают в области наиболее высоких значений. Это позволяет использовать Т, рассчитанную по данным лабораторных определений К в качестве расчетного параметра. Для учета отклонений рассмотрено два варианта К и мощностей для расчета Т: средних и максимальных (табл. 3).

Таблица 3. Данные для построения карт проводимости.

Тип строения Юрср Мер Тер Юрмах Ммах Тмах

II.3 1,3 1,9 2,5 2,5 2,5 6,25

11.2 3,3 5,5 18 5,1 7,5 38

II. 1 3,6 12,5 45 5,7 15 95

I 5,7 17,5 100 9,5 20 190

Полученные данные удобно использовать для построения карт проводимости, так как последние практически копируют генетическую карту районирования по типам литолого-геофильтрационного строения (см. 4.3.).

Сопротивление подрусловык отложений рек оценено аналитически, по материалам режимным наблюдений и решением обратной задачи, коэффициент фильтрации слабопроницаемого пласта - по данным эпишозного моделирования, дисперсивность и необходимая для моделирования действительным скоростей фильтрации пористость - по литературным данным.

Решение осуществлено по программе А.В. Лехова "TRANSFER". Сходимость натурных и модельных данны х в рамках поставленной цели приближенной оценки является удовлетворительной, несоответствие по напорам составляет до 0,3м.

Главные результаты._

Оцененное моделированием время миграции от северной границы до южной для трех случаев: современного положения уровня моря, Мангышлакской регрессии и Новокаспийской трансгрессии составляет более 10 (5.8-30) тыс. лет (табл. 4).

Таблица 4. Время миграции (в годах) от северной границы до южной.

Уровень моря Мангышлакской регрессии современное Цовокаспийской трансгрессии

При средней проводимости 7000/10000 13000/18500 >30000

При максимальной проводимости 5800/9000 11000/16000 >30000

• Без участия гидродинамической дисперсии / с участием гидродинамической дисперсии.

Расчет данных трех случаев произведен для того, чтобы исключить возможность водообмена при увеличении скорости фильтрации в период регрессии. Расчет показал, что во всех рассматриваемых случаях длительность континентальных этапов развития (составляющая 2,5, 3,5-4 и 10 тыс. лет) меньше, чем полученное время миграции. Это говорит о том, что на территории исследования 1-го цикла водобмена не произошло.

Данные моделирования геомиграции подтверждают отсутствие участия инфильтрационного питания (атмосферными осадками) в формировании химического состава подземных вод в среднемноголетнем временном масштабе. Питание путем инфильтрации атмосферных осадков интенсивностью 0,0000001 м/сут, заданное на модели приводит к значительному уменьшению минерализации подземных вод верхнего пласта, не соответствующему натурным данным.

Перетекание из нижнего пласта, с большей минерализацией подземных вод может вызывать изменение общей минерализации подземных вод в верхнем пласте. Оно является следствием разности напоров из-за пространственной геофильтрационной неоднородности водоносного комплекса.

Установлено время миграции через разделяющий пласт в условиях различного значения градиента напора. Оно определяется значением разности напоров верхнего и нижнего водоносных пластов, мощностью и коэффициентом фильтрации слабопроницаемого пласта (табл. 5).

Таблица 5. Время миграции через разделяющий пласт (в годах).

Н1-Н2*, м т= Юм т = 15м т = 20м

Кр, м/сут Кр, м/сут Кр, м/сут

0,0001 0,000075 0,0001 0,000075 0,0001 0,000075

■ 1,25 660 877 1485 1974 2640 3509

1,00 810 1096 1823 2466 3240 4384

0,50 1644 2192 3698 4932 6575 8767

0,25 3288 4395 7398 9889 13152 17581

0,10 8219 10957 18493 24653 32876 43828

*- по модулю.

Анализ полученных данных показал, что во всех рассматриваемых случаях положения уровня моря, время миграции через разделяющий пласт превышает длительность исторического этапа с разностью напоров, обуславливающей эту миграцию.

Таким образом, в естественных условиях перетекание, за исключением приречной области, не оказывает заметного влияния на формирование балансовой структуры и химического состава подземных вод.

В техногенных условиях баланс подземных вод изменяется. Его изменения связаны с техногенным инфильтрационным питанием. По данным моделирования оно составляет 0,00018-0,00035м/сут при средней и максимальной проводимости водоносных пластов соответственно.

В техногенных условиях (в связи с техногенным инфильтрационным питанием) в результате повышение напора верхнего пласта, составляющим по натурным данным более 5-6м (см.), создаются предпосылки значительного увеличения скорости движения подземных вод.

По данным моделирования структура потока усложняется, однако в целом только некоторая часть техногенных вод движется в подземном потоке со значительным опережением: от ЗПО к р. Берекет первая "частица" мигрирует за 300(400) лет, от АГПЗ к р.Ахтуба - за 800(1700) лет. Основная часть поступает в реки в течение тех же 11(13) тыс. лет, что и в естественных условиях.

Общими, итоговыми результатами моделирования являются:

1)- подтверждение, путем оценки очень низких темпов водообмена, положения о главенствующей роли седиментационных вод Каспийского бассейна в формировании современных подземных вод плейстоцена, полученного естественно-историческим анализом натурных данных;

2)- вывод о невозможности распространения компонентов-загрязнителей подземным потоком от источников АГК до рек в течение реального срока эксплуатации АГК, так как время движения подземного потока исчисляется тысячелетиями;

3)- вывод об отсутствии влияния перетекания на химический состав подземных вод, определяющего устойчивость в разрезе гидрогеохимической структуры водоносного комплекса;

4)- справедливость представлений о балансовой структуре подземных вод, сформированной в условиях незначительности транзитного притока и оттока при отсутствии перетекания, регионального атмосферного питания и разгрузки испарением;

5)- значимость литолого-геофильтрационного строения, выраженного через проводимость водоносных пластов, в формировании структуры подземного потока.

Заключение.

Формирование подземных вод плейстоцена следует рассматривать как сложный, единый с позиций геологического времени процесс, развивающийся при взаимообусловленности их фильтрационных и гидрогеохимических свойств во взаимосвязи с породами. В основных чертах главные характеристические позиции обусловлены особенностями седиментогенеза в Каспийском морском бассейне, структурно-тектоническими и физико-географическими условиями (горизонтальное залегание пород, околонулевое соотношение инфильтрации и испарения и т.д.). Достоверно установлено, что подземные воды, вследствие очень слабой подвижности, к настоящему времени слабо изменились по сравнению с седиментациоными водами Каспийского бассейна.

Формирование химического состава подземных вод происходило в результате эволюции химического состава седиментогенных вод при их взаимодействии с ионно-солевым комплексом морских пород. Обогащение вод компонентами пород, происходит при уплотнении пород, сопровождающимся отжимом подземных вод и комплексом диагенетических процессов. Из сопутствующих широко распространен процесс сульфат-редукции. Он приурочен к территории двухпластового стоения водоносного комплекса и осуществляется в восстановительных условиях при существенной мощности глин и приводит к резкому уменьшению концентрации сульфат-иона и появлению сероводорода.

Пресные и слабоминерализованные подземные воды ограниченного распространения на участках с инфильтрационным питанием формируются посредством смешения седиментационной (подземной) воды с метеогенной и речной водой, а также процессов взаимодействия смесей с породами. Воды ограниченного распространения повышенной относительно вод регионального фона минерализации формируются путями: интенсивного концентрирования

при испарении в условиях глубин залегания менее 2-3 м и захоронения седиментационных вод в линзах песков, "запечатанных" в глинистых пластах.

Геофильтрационная среда водоносного комплекса сформировалась следующим образом

На каждом из четырех этапов плейстоцена происходило накопление отложений широкого литологического спектра от песков до глин (в различном соотношении) в относительно неглубоководных морских условиях авандельты и шельфа (до 100м) при различной степени нарушения механической дифференциации осадков из-за существенного влияния стокового течения крупной реки, определяющего зависимость гранулометрического состава пород от интенсивности течения. Это определило изменчивость распределения песчаных и глинистых пластов в плане, их мощностей и многих характеристик пород, составляющих пласты (коэффициента фильтрации, максимальной молекулярной влагоемкости, гидрогеохимических характеристик).

Существенная литологическая и геофильтрационная и гидрогеохимическая неоднородность водоносного комплекса является генетически обусловленной. Установлен целый ряд показателей, надежно определяющий условия и характер ее формирования

На основе теоретических проработок и моделированием доказано отсутствие влияния загрязнения подземных вод на речные воды, обусловленное, главным образом, слабой подвижностью подземных вод.

Основные положения диссертации отражены в работах:

1. Методическое руководство по созданию экологического мониторинга за гидрогеологическими и гидрологическими условиями в районах месторождений газовой промышленности. - М.: ИРЦ Газпром, 1993. - 142с. (в соавторстве с К Е.Питьевой, Н В Газенко и др.)

2. Геофильтрационная и геомиграционная схематизация и пространственно-концентрационный прогноз распространения загрязнителей в подземных во-дах // Материалы межрегиональной научно-практической конференции. - Астрахань, 1993.

3. Моделирование геофильтрации и геомиграции в целях прогноза подтопления и загрязнения природных вод на территории Астраханского газоконденсатного месторождения. - М.: ИРЦ Газпром, 1994. - 40с.

4. Схематизация водоносного комплекса сложного строения // Вестник МГУ. Серия 4 Геология. -1995. - № 3. - С 61-68.

5. Прогноз качества природных вод Северного Прикаспия в связи с подъемом уровня моря // Материалы международной конференции "Каспий -

настоящее и будущее". - Астрахань, 1995 (в соавторстве с К.Е.Питьевой и САБрусиловским).

6. Прогноз влияния крупных промышленным комплексов на качество подземным и речным вод в условиях повышения уровня Каспийского моря // Материалы международного симпозиума "Подземный сток в прибрежной зоне". - Москва, 1996. - С 35 (в соавторстве с К.Е.Питьевой).

7. Моделирование процессов геофильтрации и геомиграции в сложным природно-техногенным системах - М.: ИРЦ Газпром, 1996. - 53с.

8. Исследование гидрогеохимических трансформаций и миграции подземным вод для оценки их загрязнения - М.: ИРЦ Газпром, 1997. - 44с. (в соавторстве с К.Е.Питьевой).

9. Системный подход к решению инженерно-геологических задач на нефтегазовым объектах // Материалы докладов школы-семинара "Эколого-гидрогеологические и гидрологические исследования природно-техногенных систем в районах газовых и газоконденсатных месторождений". - М.: ИРЦ Газпром, 1998.-С 171-174.

10. Эколого-гидрогеологические аспекты исследования территории Астраханского газоконденсагного месторождения - М.: ИРЦ Газпром, 1999. -75с. (в соавторстве с К.ЕПитьевой и Л.М. Фокиной).

11. Процессы формирования риска загрязнения гидросферы и их моделирование. В кн: проблемы оценки риска загрязнения поверхностным и подземным вод в структуре ТЭК. - М.: ВНИИГАЗ, 2001. - С. 94-144 (в соавторстве с К.Е.Питьевой).

Сдано в печать: УДК 502.614.7:550.4. и УДК 502.614.7:550.4.

Гидрогеохимические условия водоносного комплекса плейстоцена в Нижнем Поволжье // Вестник МГУ. Серия 4 Геология. - 2005. - № 2 (в соавторстве с К.Е.Питьевой, И.Г. Меламед, М.М. Чеховских).

Формирование химического состава подземных вод плейстоцена в Нижнем Поволжье // Вестник МГУ. Серия 4 Геология. - 2005. - № 3. (в соавторстве с К.Е.Питьевой, И.Г. Меламед, М.М. Чеховских).

Отпечатано в отделе оперативной печати Геологического ф-та МГУ Тираж | Ь 0 экз. Заказ

»2§в 1 ó

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Голованова, Ольга Васильевна

Введение.

1. Методика исследований.

2. Осадконакопление в Каспийском морском бассейне в плейстоцене.

2.1. Источники, пути поступления осадочного материала и факторы седиментогенеза.

2.2. Характер и закономерности накопления терригенных, карбонатных и биогенных осадков и распределение в них химических элементов.

2.3. Постседиментационные изменения морских осадков и поровых вод.

2.4. Этапы развития Каспийского морского бассейна в плейстоцене.

3. Характеристика водоносного комплекса плейстоцена.

4. Характеристика и формирование геофильтрационной среды водоносного комплекса плейстоцена.

4.1. Типизация пород по лито-генетическому принципу.

4.2. Типизация водоносного комплекса по литолого-геофильтрационному строению.

4.3. Районирование территории водоносного комплекса по литолого-геофильтрационному строению.

5. Формирование химического состава подземных вод водоносного комплекса плейстоцена в естественных условиях.

5.1. Характеристика химического состава подземных вод и гидрогеохимические закономерности.

5.2. Формирование химического состава подземных вод. Источники, факторы, процессы.8 В

6. Формирование подземных вод плейстоцена в техногенных условиях Астраханского Газового Комплекса.

6.1. Характер техногенного воздействия и компоненты-загрязнители.

6.2. Техногенные изменения в водоносном комплексе плейстоцена.

7. Моделирование с целью количественной оценки балансовых, гидрогеодинамических и гидрогеохимических характеристик в природных и техногенных условиях.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Формирование подземных вод плейстоцена Северного Прикаспия в связи с эксплуатацией Астраханского газового комплекса"

Актуальность проблемы обусловлена острой необходимостью выявления и оценки негативных процессов в природных средах территории Северного Прикаспия в связи с эксплуатацией Астраханского газового комплекса (АГК) и перспективностью на нефтегазовые месторождения в целом. В начальный период эксплуатации АГК (конец 80-х годов) основное внимание уделялось проблеме загрязнения речных вод как единственного источника водоснабжения. Подземные воды изучались в связи с этой проблемой. Однако задача установления формирования подземных вод для ее решения не ставилась; для этого не было ни достаточных фактических данных, ни обоснованного подхода. В результате геологических, гидрогеологических, инженерно-геологических съемочных работ (охвачена территория площадью около 1600 км2) были получены общие сведения о подземных водах. Литературные данные характеризуют изучаемые подземные воды на уровне общих представлений. Особое внимание требуется к изучению подземных вод с позиций контроля и управления их техногенными трансформациями, поскольку они могут поставлять загрязнения от промышленных объектов в поверхностные воды, являющиеся единственными источниками водоснабжения Северного Прикаспия и имеющие огромное значение для рыбного хозяйства. Подземные воды территории существенно минерализованы и для водоснабжения не пригодны.

Водоносный комплекс плейстоцена отличается сложностью строения, выражающейся в существенной литологической, геофильтрационной, гидрогеохимической и др. неоднородности. Его отличает значительная мощность отложений, формирование в течение исторического этапа в специфичных условиях, гидравлическая обособленность от залегающих ниже элементов гидрогеологического разреза, тесная (местами затрудненная) гидравлическая взаимосвязь водоносных слоев, общий характер движения и изменения химического состава подземных вод и т.д.

Водоносный комплекс плейстоцена, являясь составляющей новейшего гидрогеологического этажа, отличается приоритетом экзогенных факторов формирования: климатического, геоморфологического факторов, существенностью роли геологического строения и значительной литолого-фациальной неоднородности отложений.

Требуется значительное развитие представлений в направлении качественной и особенно количественной интерпретации сложной картины распреде

• ления напоров и концентраций химических элементов в подземных водах в естественных условиях и при техногенном воздействии.

Решение гидрогеоэкологических вопросов включается в работу в связи с необходимостью оценки загрязнения подземных и, главное, поверхностных вод. Причем для этого применен аппарат математического моделирования, один из самых трудоемких и требующий самого серьезного теоретического обоснования. Из-за более низкой минерализации (относительно природных вод) подавляющего большинства стоков АГК при их утечках происходит уменьшение минерализации в подземных водах. Этот факт заставляет усомниться в обоснованности постановки проблемы загрязнения. Однако стоки АГК содержат много опасных загрязнителей, прежде всего микрокомпонентов (Sr, Cd, Hg), вредных органических веществ и т.д., причем в значительных концентрациях. Поэтому проблема загрязнения весьма актуальна. Моделированием осуществляется решение задачи установления потенциальной способности подземного потока переносить компоненты-загрязнители в реки.

Целью работы является исследование формирования подземных вод плейстоцена в природно-техногенных условиях Северного Прикаспия на приме-^ ре Астраханского газового комплекса.

Основные задачи исследования:

1) выявление генетически обусловленных механизмов и факторов формирования геофильтрационной среды водоносного комплекса, его строения с позиций гидрогеодинамических и гидрохимических закономерностей;

2) установление формирования химического состава подземных вод в естественных и техногенных условиях по натурным и модельным данным;

3) разработка математической модели геофильтрации и геомиграции в целях количественной оценки интенсивности водообмена в природных и техногенных условиях;

4) Обоснование факторов формирования подземных вод и характера водообмена с оценкой элементов балансовой структуры в естественных и техногенных условиях.

Фактический материал и методика исследований.

Работа выполнена по материалам исследований, проведенных лично автором в период 1989-1999г и при его участии в качестве сотрудника Астраханской партии НИЧ Геологического факультета МГУ в связи с договорными работами с РАО ГАЗПРОМ, по межотраслевой программе "Экология". При их выполнении были получены в большом объеме фактические данные о подземных водах (химическому составу, микро-, макрокомпонентам, рН, Eh и т.д.), о породах (лито-логическому, гранулометрическому составу, минералого-геохимическим и многим другим характеристикам), о геофильтрационных, гидрогеохимических и др. характеристиках водоносного комплекса плейстоцена. Также были использованы данные гидрогеологических и инженерно-геологических съемок территории АГК (И.К. Акуз, Л.Ф. Кривко, А.Е. Лютницкий), фондовые данные, данные ТИ-СИЗа, ГИПРОВОДХОЗа и др., литературные данные.

Основы методики обработки и интерпретации информации - содержательный естественноисторический анализ факторов и процессов формирования геофильтрационной среды, структуры баланса и химического состава подземных вод плейстоцена, базирующихся на принципах комплексности, системности, историчности, унифицированности. В этом подходе используются методы генетического классифицирования, картирования и районирования, математического (прогнозного и эпигнозного) моделирования, статистические и расчетно-аналитические методы.

Научная новизна.

1. Разработка методики обработки и интерпретации фактических данных для решения поставленных задач.

2. Разработан подход к схематизации строения водоносного комплекса: методики типизации пород по лотогенетическому признаку, лито-геофильтрационному строению водоносного комплекса;

3. Систематизированы источники, факторы и закономерности седименто-генеза в Каспийском бассейне в плейстоцене, пути постседиментационных изменений осадков и поровых вод;

6. Выявлены показатели, идентифицирующие глубины залегания отложений трансгрессивно-регрессивных циклов плейстоцена и на этой основе в пределах водоносного комплекса выделены водоносные и слабопроницаемые пласты;

7. Осуществлена типизация и районирование водоносного комплекса по литолого-геофильтрационному строению;

9. Выявлены и систематизированы компоненты-загрязнители от наземных объектов АГК, определены процессы загрязнения ими подземных вод;

10. Разработаны геофильтрационная и геомиграционная модели, получены геофильтрационные параметры, количественно оценены элементы баланса подземных вод (расход транзитного потока, интенсивность инфильтрации-испарения) и интенсивность водообмена в естественных и техногенных условиях.

Практическая значимость работы. Доказаны теоретическими проработками о характере гидрогеодинамических условий водоносного комплекса плейстоцена и основанном на них моделировании невозможность переноса подземными водами компонентов-загрязнителей от АГК в реки вследствие очень существенного превышения времени движения подземного потока над реальными сроками эксплуатации комплекса [7].

На основании типизации водоносного комплекса плейстоцена по литоло-го-геофильтрационному строению и гидрогеоэкологическому картированию на территории АГК выделены районы техногенного формирования подземных вод в достоверных границах.

Обоснована и разработана структура дренажной системы на объектах АГК

35].

Защищаемые положения.

1. Водоносный комплекс плейстоцена представлен отложениями четырех трансгрессивно-регрессивных этапов, образующими в разрезе и плане всего водоносного комплекса невыдержанные по простиранию различные по мощности и количеству водоносные и слабопроницаемые пласты, характеризующиеся большим литологическим (от песков до глин) разнообразием. Их формирование происходило на каждом из четырех этапов плейстоцена в относительно неглубо ководном (до 100 м) море при нарушенной (относительно стандартных условий) механической дифференциации осадочного материала-, под влиянием особенностей нарушенной дифференциации, таких как степень дифференциации, связанная с интенсивностью стокового течения крупной реки и др., происходило разграничение осадков по гранулометрическому составу. В результате определились лшогенетические типы пород: песчаные типы - пески и супеси, глинистые - суглинки, легкие глины, средние глины и тяжелые глины.

2. Подземные воды водоносного комплекса плейстоцена в естественных условиях сформировались при чрезвычайно низких скоростях фильтрации в геологическое время, оцениваемое первыми тысячелетиями, в отсутствие полного цикла водообмена в обстановке режима близкого к застойному. Это определило сохранность в пределах водоносного комплекса до настоящего времени седи-ментационных морских вод.

4. Формирование подземных вод в техногенных условиях определено их низкими скоростями. В связи с этим, загрязненные подземные воды могут достичь поверхностных вод только через тысячелетия.

Апробация работы. Основные результаты доложены на конференциях молодых ученых геологического факультета МГУ (1993-1995г), на межрегиональной и международной конференциях (Астрахань, 1993,1995г), на международном симпозиуме "Подземный сток в прибрежной зоне" (Москва, 1996г), в школе-семинаре "эколого-гидрогеологические и гидрологические исследования природно-техногенных систем в районах газовых и газоконденсатных месторождений" (Астрахань, 1998г). Участвовала: в разработке методического руководства по созданию экологического мониторинга за гидрогеологическими и гидрологическими условиями в районах разработки месторождений газовой промышленности (Москва, 1993г); в составлении ОВОСа (Москва, 1996г). Результаты работы использованы в учебном процессе на кафедре гидрогеологии МГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе в соавторстве, две работы - в печати (издание Вестник МГУ).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав и заключения, изложенных на 137 страницах машинописного текста, включая 25 таблиц и 23 рисунка. Список использованной литературы содержит 67 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Гидрогеология", Голованова, Ольга Васильевна

Заключение

Формирование подземных вод плейстоцена Северного Прикаспия рассматривается как единый комплексный процесс, закономерное развитие которого в геологическом времени обусловлено особенностями седиментогенеза в Каспийском морском бассейне, структурно-тектоническими и физико-географическими условиями.

Специфика осадконакопления в Каспийском бассейне в плейстоцене проявляется: а)- в огромной скорости и значительности абсолютной массы осадков; б)- в резком преобладании терригенных и биогенных осадков над хемогенными; в)- в подчиненности распределения терригенных осадков закону механической дифференциации для бассейна в целом; г)- в нарушении закономерной механической дифференциации осадочного материала в Северном Каспии, проявляющейся в накоплении осадков широкого литологического спектра с резко выраженной пространственной неоднородностью, что обусловлено подавлением морских факторов факторами стока и неоднозначностью их совместного воздействия.

В структурном отношении водоносная толща плейстоцена представляет собой сложно построенный водоносный комплекс, о чем свидетельствует, главным образом, отсутствие пространственно выдержанных водоносных и слабопроницаемых слоев. Региональным водоупором является толща слабопроницаемых (преимущественно глинистых) отложений нижнего плейстоцена и верхнего эоцена общей мощностью более 150м. Это обособляет изучаемый водоносный комплекс от залегающих ниже элементов гидрогеологического разреза. Его гид-рогеодинамическая обособленность подтверждается превышением (около 20м) напоров потока подземных вод апшеронских отложений.

Структура баланса подземных вод плейстоцена в естественных условиях следующая:

При типизации пород по литогенетическому признаку установлено, что формирование пород всех типов произошло в условиях единого морского бассейна, в относительно неглубоководных (до 100м) условиях. Различие формирования лито-генетических типов определяются различной степенью нарушения механической дифференциации осадочного материала, обусловленной существенными изменениями скорости стокового течения реки и уменьшением его транспортирующей способности под действием морских факторов (волнения, течения, сгонно-нагонных явлений, геоморфологии дна и др.).

Геофильтрационное строение водоносного комплекса характеризуется существенной неоднородностью, сложным характером распределения в пространстве выделенных литолого-генетических типов песчаных и глинистых пород, пластов, представленных выделенными типами пород и различным количеством пластов в разрезе и плане. Это определено условиями формирования на стадиях осадконакопления и диагенеза.

На основе установления закономерностей плейстоценового седиментоге-неза выделены: 1)-конкретные пласты (водоносные и слабопроницаемые), представленные определенными литогенетическими типами пород с конкретной характеристикой по мощности, границы которых не совпадают с границами этапов плейстоцена; 2)- типы литолого-геофильтрационного строения водоносного комплекса.

Подземные воды водоносного комплекса плейстоцена, характеризующиеся региональным распространением минерализованы от 15-50г/л до 30-35 г/л, состав ClS04NaMg. Исходными для них являются седиментационные воды Каспийского морского бассейна. Об этом свидетельствуют, главным образом, 1)-соответствие компонентного состава современных подземных вод и морских вод Каспийского моря 2)- единый характер компонентов подземных вод и водных вытяжек из пород

Сохранность седиментационных вод в водоносном комплексе плейстоцена в историческом времени обеспечена его гидродинамическими условиями:

1)- низкими скоростями фильтрации (порядка 0,0001) регионального (транзитного) потока, обусловленными пологим рельефом территории; 2)- околонулевым инфильтрационным питанием водоносного комплекса. Математическим моделированием установлено, что первого цикла водообмена на исследуемой территории в этой связи не произошло. Седиментационные воды не вытеснены.

Трансформация в составе морских вод проявилась к настоящему времени в увеличении в несколько раз их минерализации в процессе диагенеза. На начальной стадии диагенеза увеличение минерализации вод связано с отжимом воды из уплотняющихся глинистых осадков. На стадии диагенеза повышению минерализации вод способствует поступление в них из пород ионно-солевого комплекса, представленного теми же компонентами, что и морская вода (хлором и натрием) и поэтому не вызывающим изменений в компонентном составе вод.

Испарение слабо участвует в увеличении минерализации седиментационных подземных вод по причине преобладающей распространенности (около 90% территории) глубин их залегания ниже критических (~ Зм), требуемых для интенсивного испарения: подтверждение этому - незасоленность пород зоны аэрации. Меньшие глубины залегания вод, являющиеся условием значительного их испарения приурочены к микропонижениям в рельефе и развиты локально.

Частичные изменения в составе подземных вод произошли в длительное геологическое время в результате процессов катионного обмена, сульфатредук-ции и одновременно процессов углекислотного выщелачивания и смешения.

Подземные воды локального распространения участвуют в питании и разгрузке вод регионального распространения. Питание вод регионального распространения осуществляется вследствие снижения напоров от центральных частей пресных слабоминерализованных линз к их периферийным частям, граничащим с водами регионального фильтрационного потока. Разгрузка вод регионального распространения - результат снижения их напоров по направлению к центральным частям рассольных линз, формирующихся на участках пониженного рельефа вследствие интенсивного испарения.

В региональном плане гидрогеохимическая неоднородность связана с геофильтрационной неоднородностью; обе определены особенностями на стадии осадконакопления и последующей историей геологического развития водоносного комплекса плейстоцена.

В техногенных условиях баланс подземных вод изменяется. Его изменения связаны с техногенным инфильтрационным питанием, связанным с наземными источниками загрязнения и подтопления. По данным моделирования оно составляет 0,00018-0,0003 5м/сут.

Математическое моделирование техногенных условий водообмена показало невозможность распространения компонентов-загрязнителей подземным потоком от источников АГК до рек в течение реального срока эксплуатации АГК, так как время движения подземного потока исчисляется тысячелетиями.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Голованова, Ольга Васильевна, Москва

1. Бруевич С.В. Проблемы химии моря: Сб. статей. - М.: Наука, 1978. -335с.

2. Брусиловский С.А., Лаптева Л.А. Хлорность иловых растворов геохимический индикатор субмаринной разгрузки подземных вод в Каспийское море. Сб. "Комплексные исследования Каспийского моря". Вып. 5. - М.: Изд-во МГУ, 1976. - С. 168-188.

3. Брусиловский С.А., Батоян В.В. Проявление зональности морской седиментации в химическом составе иловых вод. Сб. тезисов I съезда советскихокеанологов. Вып. III. Геология морей и океанов. М.: Изд-во АН СССР, 1977. -С.157-158.

4. Голованова О.В. Геофильтрационная и геомиграционная схематизация и пространственно-концентрационный прогноз распространения загрязнителей в подземных водах // Материалы межрегиональной научно-практической конференции. Астрахань, 1993.

5. Голованова О.В. Моделирование геофильтрации и геомиграции в целях прогноза подтопления и загрязнения природных вод на территории Астраханского газоконденсатного месторождения М.: ИРЦ Газпром, 1994. - 40с.

6. Голованова О.В. Схематизация водоносного комплекса сложного строения // Вестник МГУ. Сер. 4, геология. 1995. - № 3. - С.61-68.

7. Голованова О.В. Моделирование процессов геофильтрации и геомиграции в сложных природно-техногенных системах М.: ИРЦ Газпром, 1996. - 53с.

8. Голованова О.В., Питьева К.Е. Исследование гидрогеохимических трансформаций и миграции подземных вод для оценки их загрязнения М.: ИРЦ Газпром, 1997. - 44с.

9. Грунтоведение / Сергеев Е.М. и др. М.: Изд-во МГУ, 1983. - 389с.

10. Гидрогеология СССР. Т. 13. М.: Недра, 1970. - 800с.

11. Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т.VI. Каспийское море. Вып.2. Гидрогеохимические условия и океанологические основы формирования биологической продуктивности. Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 1996.

12. Затенацкая Н.П. Поровые воды осадочных пород. М.: Наука, 1974.156с.

13. Каспийское море: Проблемы седиментогенеза / Холодов В.Н., Хруста-лев Ю.П., Лубченко И.Ю. и др. М.: Наука, 1989. - 182с.

14. Кац Д.М., Шестаков В.М. Мелиоративная гидрогеология. М.: Изд-во МГУ, 1981.-296с.

15. Каспийское море: Палеогеография и геоморфология Каспийского региона в плейстоцене: Сб. науч. тр. М.: Наука, 1991. - 155с.

16. Лебедев Л.И., Маев Е.Г., Бордовский O.K., Кулакова Л.С. Осадки Каспийского моря. М.: Наука, 1973. -118с.

17. Леонтьев O.K., Маев Е.Г., Рычагов Г.И. Геоморфология берегов и дна Каспийского моря. М.: МГУ, 1977. - 208с.

18. Лисицин А.П. Лавинная седиментация и перерывы в осадконакопле-нии в морях и океанах. М.: Наука, 1988. - 308с.

19. Лисицин А.П. Терригенная седиментация, климатическая зональность и взаимодействие терригенного и биогенного материала в океанах // Литология и полезные ископаемые. 1977. - №6. - С. 3-22.

20. Лукнер Л., Шестаков В.М. Моделирование геофильтрации. М.: Недра, 1976.-407с.

21. Лукнер Л., Шестаков В.М. Моделирование миграции подземных вод. -М.: Недра. 1986.-208с.

22. Милановский Е.Е. Геология СССР. 4.1. -М.: МГУ, 1987. -416с.

23. Михайлов В.Н., Рогов М.М., Чистяков А.А. Речные дельты. -Л.: Гид-рометеоиздат, 1986.-279с.

24. Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа. Нефтегазоносные бассейны как саморазвивающиеся нелинейные системы. // Материалы третьей международной конференции. М.: Изд-во МГУ, 1999. - 300с.

25. Основы гидрогеологии. Геологическая деятельность и история воды в земных недрах. Новосибирск: Наука, 1982. - 240с.

26. Палеогеография Каспийского и Аральского морей в Кайнозое. 4.1. / Под ред. Е.Г. Маева. М.: Изд-во МГУ, 1983. - 136с.

27. Питьева К.Е. Основы региональной геохимии подземных вод. М.: Изд-во МГУ, 1969.-214с.

28. Питьева К.Е. Гидрогеохимия. М.: Изд-во МГУ, 1988. 316с.

29. Питьева К.Е. Гидрогеоэкологические исследования в районах нефтяных и газовых месторождений. М.: Недра, 1999. - 199с.

30. Питьева К.Е., Газенко Н.В., Голованова О.В. и др. Методическое руководство по созданию экологического мониторинга за гидрогеологическими и гидрологическими условиями в районах месторождений газовой промышленности. -М.: ИРЦ Газпром, 1993. 142с.

31. Питьева К.Е., Голованова О.В., Брусиловский С.А. Прогноз качества природных вод Северного Прикаспия в связи с подъемом уровня моря // Материалы международной конференции "Каспий настоящее и будущее", Астрахань 1995.

32. Питьева К.Е., Фокина Л.М., Голованова О.В. Эколого-гидрогеологические аспекты исследования территории Астраханского газоконденсатного месторождения. -М.: ИРЦ Газпром, 1999. 75с.

33. Питьева К.Е., Голованова О.В. Процессы формирования риска загрязнения гидросферы и их моделирование. В кн: проблемы оценки риска загрязнения поверхностных и подземных вод в структуре ТЭК. М.: ВНИИГАЗ, 2001. -С.94-144.

34. Практикум по динамике подземных вод / Шестаков В.М., Кравченко И.П., Штенгелов Р.С. М.:Изд-во МГУ, 1987. - 223с.

35. Ромм Е.С. Структурные модели порового пространства горных пород. -Л.: Недра, 1985.-240с.

36. Самарина B.C. Формирование химического состава подземных вод (на примере Прикаспийской низменности). Л.: ЛГУ, 1963. - 116с.

37. Систематика и классификация осадочных пород и их аналогов / В.Н. Шванов, В.Т. Фролов, Э.С. Сергеева и др. С-Пб.: Недра, 1998. - 350с.

38. Справочник гидрогеолога / Ред. Альтовский М.Е. М.: Госгеолтехиз-дат, 1962. -616с.

39. Страхов Н.М. Осадкообразование в Каспийском море // Образование осадков в современных водоемах. М.: Изд-во АН СССР, 1954. С. 137-179.

40. Страхов Н.М. Типы литогенеза и их эволюция в истории Земли. М,: Госгеолтехиздат, 1963. - 535с.

41. Страхов Н.М. Осадконакопление в современных водоемах: Избр. Тр. / Под ред. А.Л. Книппера. -М.: Наука, 1993. 393с.

42. Тагеева Н.В., Тихомирова М.М. Геохимия поровых вод при диагенезе морских осадков. М.: Изд-во АН СССР, 1962. - 246с.

43. Теоретические основы нефтегазовой гидрогеологии / А.А. Карцев, Ю.П. Гатгенбергер, Л.М. Зорькин и др. М.: Недра, 1992. - 208с.

44. Технология газопромысловых гидрогеологических исследований. М.: Недра, 1997.-300с.

45. Тютюнова Ф.И. Гидрогеохимия техногенеза. М.: Наука, 1987. - 335с.

46. Федоров П.В. Стратиграфия четвертичных отложений и история развития Каспийского моря. М.: Изд-во АН СССР ,1957. - 298с.

47. Федоров П.В. Плейстоцен Понто-Каспия. М.: Наука, 1978. - 166с. (тр. ГИН; Вып. 310).

48. Федоров П.В. От Каспия до Эвксина (Зап. геолога). М.: ГЕОС, 1999. - 194с.

49. Фокина JI.M. Формирование микрокомпонентного состава подземных вод территории Астраханского Газоконденсатного месторождения: Дисс. канд. геол.-минерал. наук /. МГУ им. М.В. Ломоносова. Геол. фак. Каф. гидрогеологии.-М., 1997.- 170с.

50. Хрусталев Ю.П. Закономерности современного осадконакопления в Северном Каспии. Ростов н/д: Изд-во Ростов, ун-та, 1978. - 208с.

51. Хрусталев Ю.П. Закономерности осадконакопления во внутриконти-нентальных морях аридной зоны. JL: Наука, 1989.

52. Чеховских М.М., Питьева К.Е. Исследование закономерностей изменения химического состава растворов, полученных путем отпресовывания мономинеральных глин при различных давлениях // Связанная вода в дисперсных системах. М.: МГУ, 1972, Вып.2. - С. 180-194.

53. Чубаров В.Н. Питание грунтовых вод песчаной пустыни через зону аэрации. М.: Недра, 1972. - 136с.

54. Шестаков В.М. Гидрогеодинамика. -М.: МГУ, 1995. 368с.

55. Щербакова И.Н. Применение гравиразведки для выявления разрывных нарушений в надсолевых отложениях Прикаспийской впадины // Изв. Вузов Геология и разведка. 1973. - №5. - С. 132-136.

56. Beck М.В. Water quality modeling: a review of the analysis of uncertainty // Water Resour. Res., 23 (8), 1393-1442, 1984.

57. Dagan G. Statistical theory of groundwater flow and transport: pore to laboratory, laboratory to formation, and formation to regional scale // Water Resour. Res., 22(9), 120s-134s, 1986.

58. Yeh G.T. and Tripathi V.S. A critical evaluation of recent development in hydrogeochemical transport models of reactive multychemical components // Water Resour. Res., 25(1), 93-108, 1989.

59. Yeh G.T. and Tripathi V.S. A model for simulating transport of reactive multychemical components: model development and demonstration // Water Resour. Res., 27(12) 3075-3094, 1991.

60. Yeh W.W-G. Review of parameter identification procedures in groundwater hydrology: the inverse problem If Water Resour. Res., 22(2), 95-108, 1986.1. Фондовая литература

61. Акуз И.К. Сводный отчет о комплексной инженерно-геологической съемке Волго-Ахтубинской поймы и дельты р. Волги масштаба 1:100000 за 1956-60 гг.

62. Лютницкий А.Е. Отчет о поисках и разведке линз пресных и солоноватых вод в Харабалинском и Красноярском районах Астраханской области. Акса-райские степи т.1, Приволжский, 1970.

63. Кривко Л.Ф., Лютницкий А.Е. Отчет о гидрогеологической и инженерно-геологической съемке масштаба 1:50000 территории строящегося ГПЗ. -Приволжская нефтегазоразведочная экспедиция.: Астрахань, 1987.

64. К.Е. Питьева, О.В. Голованова, И.Г. Меламед, М.М. Чеховских. Гидрогеохимические условия водоносного комплекса плейстоцена в Нижнем Поволжье. // М.: Вестник МГУ. Сер. 4. Геология. 2005. - №2.

65. К.Е. Питьева, О.В. Голованова, И.Г. Меламед, М.М. Чеховских. Формирование химического состава подземных вод плейстоцена в Нижнем Поволжье.// М.: Вестник МГУ. Сер. 4. Геология. 2005. - №3.

Информация о работе

Голованова, Ольга Васильевна
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 2004
ВАК 25.00.07

Диссертация

Формирование подземных вод плейстоцена Северного Прикаспия в связи с эксплуатацией Астраханского газового комплекса - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы