Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Формирование ресурсов подземных вод массивов древних кристаллических пород

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Формирование ресурсов подземных вод массивов древних кристаллических пород"

На правах рукописи УДК 556.38 : 551.71/.72

о».

I

•"Ч

Кочеткова Раиса Петросовна

ФОРМИРОВАНИЕ РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД МАССИВОВ ДРЕВНИХ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОД

Специальность 04.00.06 - гидрогеология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва - 1997

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

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических наук,

профессор Всеволожский Владимир Алексеевич

Официальные оппоненты - доктор геолого-минералогических наук,

профессор Зекцер Игорь Семенович (ИВП РАН) - кандидат геолого-минералогических наук, Арбузов Александр Иванович ( ИГЭ РАН)

Ведущая организация: Российский университет дружбы народов Экологический факультет

Защита диссертации состоится 31 Ост&к/иЛ' 199 ^ г. в на заседании диссертационного ученого совета Д. 053. 05. 27 при Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова по адресу: 119899, ГСП, Москва, В - 234, Воробьевы горы, МГУ, геологический факультет, аудитория 415.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке геологического факультета МГУ, зона "А", 6 этаж.

Автореферат разослан: 30 СеиФл^рЛ. \ 99 Уг

Ученый секретарь диссертационного совета доктор геолого-минералогических наук, профессор

Л.Г.Гарагуля

Диссертационная работа подготовлена по результатам гидрогеологических исследований регионов кристаллических щитов, в частности, территории Балтийского щита, выполненных автором в период 1980-1997 г.г.

Объектом исследования является Кольский полуостров, в пределах которого подземные воды распространены в древних кристаллических породах и приурочены к структуре первого порядка - гидрогеологическому массиву платформенного типа. Для сопоставления условий формирования ресурсов подземных вод древних кристаллических массивов, относящихся к различным климатическим зонам, в работе также рассматривался регион Украинского щита.

Актуальность работы. Проблеме исследования закономерностей формирования естественных ресурсов подземных вод и разработке принципов и методов их региональной оценки в различных природных условиях посвящены работы А.Е.Бабинца, В.А.Всеволожского, Н.И.Дробнохода, И.С.Зекцера, Б.И.Куделина, В.С.Ковалевского, А.А.Коноплянцева, Е.В.Пиннекера, Б.И.Писарского, Н.И.Плотникова, О.В.Попова, Ф.А.Руденко, С.М.Семеновой, В.М.Шестопалова, И.Ф. Фиделли, А.П.Хаустова и др..

В перечисленных работах в качестве характеристики естественных ресурсов подземных вод рассматривались количественные данные по подземному стоку, оцененные по разгрузке подземных вод в реки, с учетом, для различных гидрогеологических условий, соотношения значений величин естественных ресурсов, подземного стока и подземного стока в реки.

Гидрогеологические массивы древних щитов относятся к районам, где формирование подземного стока зоны интенсивного водообмена происходит в основном в кристаллических породах. Дренирующее влияние хорошо развитой гидрографической сети, с глубоко врезанными речными долинами, осуществляется при тесной гидравлической связи подземных вод с реками и в зоне избыточного увлажнения разгрузка в реки является единственным, практически значимым, видом разгрузки подземных вод. В таких условиях величины естественных ресурсов подземных вод для территории северо-восточной части Балтийского щита принимались соответствующими величинам естественной разгрузки подземных вод в реки. В пределах же зон умеренного и недостаточного увлажнения Украинского щита при оценке естественных ресурсов подземных вод учитывалась возможная вторая составляющая - разгрузка испарением, а также соотношение двух названных видов разгрузки подземных вод в общем балансе конкретного водосборного бассейна.

Вопросы формирования подземного стока в реки, принципы районирования и картирования территорий древних кристаллических массивов с целью региональной оценки естественных ресурсов подземных вод до настоящего времени разработаны еще недоста-

точно полно, особенно в части количественных оценок роли основных факторов формирования подземного стока и отражения пространственной и временной (многолетней и влутригодовой) изменчивости величин подземного стока.

Данные по оценке роли естественного восполнения (естественных ресурсов) подземных вод в балансовой структуре месторождения приобретают в последнее время особую актуальность в связи с возрастанием эксплуатационного отбора пресных подземных вод в кристаллических породах при нарастающем дефиците питьевой воды и составлении экологических прогнозов состояния окружающей среды в районах интенсивной хозяйственной деятельности.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является изучение региональных закономерностей формирования ресурсов подземных вод гидрогеологических массивов на примере двух регионов: северо-восточной части Балтийского и Украинского щитов с использованием методов статистического моделирования, а также оценка роли естественных ресурсов в формировании запасов промышленных типов месторождений пресных подземных вод в древних кристаллических породах. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ и обобщение данных о природных условиях территорий Балтийского и Украинского щитов с целью отбора факторов, определяющих формирование ресурсов подземных вод;

- обоснование принципов и методики проведения статистического моделирования при региональных исследованиях естественных ресурсов подземных вод кристаллических массивов, с оценкой роли основных сгокообразующих факторов в формирование подземного стока регионов;

- исследование закономерностей формирования и распределения величин подземного стока в регионах древних щитов на основе оценок влияния основных ресурсофор-мирующих факторов и разработка принципов районирования гидрогеологических массивов по условиям формирования и распределения подземного стока;

- исследование закономерностей и факторов, определяющих многолетнюю изменчивости величин подземного стока;

- исследование роли естественного восполнения подземных вод в формирование структуры эксплуатационного водоотбора применительно к основным типам промыш ленных месторождений пресных подземных вод в кристаллических породах. Исходные данные. В качестве исходных, были использованы данные по оценке подземного стока в реки Украинского и Балтийского щитов, полученные Государственным гидро-

логическим институтом при составлении карт подземного стока Центральной и Восточной Европы и Нечерноземной зоны РФ.

В качестве характеристики подземного стока для Кольского полуострова принималась величина среднемноголетнего модуля речного стока 30-дневной зимней межени, который считается полностью обеспеченным разгрузкой подземных вод. Несмотря на то, что такой подход может дать несколько заниженные значения естественных ресурсов, для районов, находящихся в зоне избыточного увлажнения, применение данной характеристики при оценке ресурсов подземных вод представляется целесообразным из-за резкой динамичности подземного стока во внутригодовом и многолетнем периоде, а также вследствие значительной озерной зарегулированное™ рек, и лишь в зимний период по данным Е.И.Лось, 1977 г., речной сток гарантированно обеспечен подземным питанием. Для территории с различной увлажненностью Украинского щита, учитывая существенную роль в балансе подземных вод водосборного бассейна процессов испарения и конденсации, за характеристику подземного стока принималась среднемноголетняя полусумма значений модулей зимней и летней меженей.

Научная новизна и основные результаты работы:

- исследованы и количественно охарактеризованы основные факторы формирования естественных ресурсов подземных вод для двух регионов древних щитов;

- обоснована методика применения статистических методов для изучения региональных закономерностей формирования и распределения величин подземного стока;

- на основе применения статистических методов проанализированы основные закономерности формирования и распределения величин подземного стока гидрогеологических массивов;

- разработаны принципы гидрогеологического районирования в кристаллических щитах, согласно которым выполнено районирование подземного стока Кольского п-ва;

- выделены основные типы месторождений подземных вод в древних кристаллических породах и оценена роль естественного восполнения в формировании структуры эксплуатационного водоотбора для каждого типа месторождения.

Практическая значимость полученных результатов.

Региональные обобщения гидрогеологических данных, а также выявленные закономерности формирования ресурсов подземных вод могут служить основой для поисков и разведки пресных подземных вод в древних кристаллических породах, использоваться при обосновании схем рациональной эксплуатации и охраны подземных вод от истощения, принятии решений по осуществлению контроля и управления водно-хозяйственной деятельностью в условиях интенсивного техногенного воздействия на окружающую сре-

ду, при оценках экологической обстановки отдельных районов и Кольского региона в целом. Оценка роли естественных ресурсов подземных вод в балансовой структуре эксплуатационного водоотбора месторождений в древних кристаллических породах имеет принципиальное значение для планирования рациональной разведки и подсчета эксплуатационных запасов месторождения. Полученные в работе выводы могут быть распространены и на другие гидрогеологические массивы.

Методические разработки и результаты исследований вошли в учебные курсы "Региональная гидрогеология" и "Математическая гидрогеология", читаемые при непосредственном участии автора студентам гидрогеологам геологического ф-та МГУ.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на X Всесоюзном совещании по подземным водам Востока СССР (Иркутск,1982), Всесоюзном совещании "Гидрогеология 2000 года" (Москва, 1986), II Всесоюзной конференции "Системный подход в геологии" (Москва, 1986), V Всесоюзном гидрологическом съезде (Ленинград, 1989), III Всесоюзном семинаре "Практическая геостатистика" (Петрозаводск. 1991), Международном научном семинаре "ЭКОБАЛТ" (С-Петербург, 1993).

Публикации.

Материалы диссертационной работы отражены в 18 опубликованных работах, в том числе в изданной карте подземного стока Нечерноземной зоны РФ в масштабе 1:1500000, 1980; в главе "Подземный сток" монографии "Почвенно-геологические условия Нечерноземья", 1984; в методических разработках по курсу "Моделирование гидрогеологических н инженерно-геологических процессов, ч.3",1985.; в статьях, а также тезисах докладов конференций и совещаний.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, включающего 153 наименования работ российских и зарубежных авторов. OGi,ev диссертации 130 страниц машинописного текста, иллюстрируемого 16 рисунками и 9 таблицами.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессор) В.А.Всеволожскому; старшему научному сотруднику И.Ф.Фиделли за консультации и за мечания к работе, а также коллективу кафедры гидрогеологии МГУ, оказавшему боль шую поддержку при ее написании.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИЗУЧЕНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Первая глава диссертации посвящена анализу работ по проблеме изучения региональных закономерностей формирования ресурсов подземных вод в древних кристаллических породах. Эти исследования базируются на работах А.Е. Бабинца, В.Д.Безродного, Г.А.Беляевского, В.А.Всеволожского, Н.И.Дробнохода, И.С.Зекцера, М.Х.Зуммер, Л.Б.Ковальского, Б.И.Куделина, Е.И.Лось, Г.В.Лисиченко, А.Н.Малявкина, Н.П.Небо-жевой, О.В.Попова, А.И.Пряхина, Н.С.Ратнер, Ф.И. Руденко, А.П.Хаустова, В.М. Шес-топалова, Б.А.Шмагина и др., в которых рассмотрены: основные закономерности формирования естественных ресурсов подземных вод для регионов древних кристаллических щитов и методы их региональной оценки по подземному стоку в реки, разработаны основные принципы районирования и картирования территорий по условиям формирования подземного стока, дана характеристика пространственного распределения величин подземного стока в пределах выделенных районов.

Анализ результатов перечисленных работ показывает, что в них не в полной мере изучен или практически не рассматривается целый ряд вопросов:

При всех построениях недостаточно учитывается роль геологических факторов. При исследованиях по геологии, тектонике и неотектонике Балтийского щита, выполненных Г.С.Бискэ, А.Л.Евзоровым, Б.И.Кошечкиным, О.К.Кратцем, А.Д.Лукашовым и др., а также в результате работ по Кольской сверхглубокой скважине установлено, что щит представляет собой гетерогенное образование, имеющее блоковое строение, структурный план которого осложнен новейшими движениями различного знака и интенсивности. Блоковое строение выражается в рельефе в виде структур разного порядка, определяющих типологическое сочетание природных стокообразующих факторов как зональных (климат, почвы, растительность), так и азональных (геологическое строение, рельеф, морфометрические характеристики речных бассейнов) и связанных с ними гидрогеологических условий.

Выделение авторами факторов формирования естественных ресурсов подземных вод в как основных, в большинстве случаев выполнено на качественном уровне, без анализа роли каждого фактора, их возможной взаимосвязи и оценок комплексного влияния на распределение величин подземного стока.

Существующие гидрогеологические представления об условиях формирования естественных ресурсов пресных подземных вод в массивах древних кристаллических пород позволяют относить моделирование условий формирования подземного стока к задачам, при решении которых целесообразно применение статистических методов (И.С.Зекцср, 1977; В.С.Ковалевский, 1983, и др.). В большинстве работ статистические расчеты распределения величин подземного стока основывались на применении дисперсионного, регрес-

сионного, факторного и кластерного анализов. Отсутствие обоснованной методики интерпретации полученных результатов привело к тому, что выявленные закономерности I большинстве случаев общеизвестны, но не могут рассматриваться как достоверные I статистическом смысле, либо из-за недостаточности количественной информации, либс из-за некорректного применения метода. В то же время разработанный аппарат примене ния методов многомерной статистики при исследовании подземного стока артезиански) бассейнов и горноскладчатых областей (Б.А.Шмагин, 1981, 1989, А.П. Хаустов, 1986), г также опыт использования статистических методов в других областях геологии и гидро геологии, позволяют разработать методику статистического моделирования при изуче нии условий формирования подземного стока применительно к древним щитам.

Недостаточно исследованы вопросы влияния строения гидрогеологического раз реза зоны интенсивного водообмена на формирование естественных ресурсов подземны: вод кристаллических массивов (наличие коры выветривания, состав и мощность перекры вающих рыхлых отложений и др.). Показанное на карте подземного стока Центральной I Восточной Европы подчиненное участие подземных вод четвертичных (Балтийский щит и мезо-кайнозойских (Украинский щит) отложений в формировании подземного сток регионов отражено в значительной мере формально, без учета их состава и мощности, также без реальной оценки их роли в формировании естественных ресурсов районов.

Слабо изучены вопросы, связанные с проявлением достаточно резкой внутригс довой и многолетней изменчивости величин естественных ресурсов в массивах древни щитов; не объяснена роль метеорологических факторов (осадки, испарение) в формирс вании изменчивости величин подземного стока; практически не исследованы вопрос] влияния на изменчивость подземного стока других стокоформирующих факторов.

Практически не рассмотрены вопросы роли подземного стока (естественных р< сурсов) в формировании запасов месторождений пресных подземных вод и возможног влияния естественного восполнения подземных вод на формирование структуры эксплуг тационного водоотбора месторождения в кристаллических породах.

Глава 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ РЕСУГСОВ

ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДРЕВНИХ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАССИВОВ По существующим представлениям при региональной оценке естественных ресу] сов подземных вод различных регионов принято рассматривать (Б.И.Куделин, 196 И.С.Зекцер, 1977 и др.) следующие основные группы природных условий (факторов): кл! матические, геолого-структурные, геоморфолого-ландшафтные и гидрогеологические.

2.1. Среди природных факторов, климатические условия традиционно считают! определяющими факторами формирования естественных ресурсов подземных вод реги<

нов (В.С.Ковалевский,1983), что наиболее отчетливо проявляется в зональном характере распределения среднемноголетних значений подземного стока для территорий, относящихся к различным климатическим зонам. В связи с этим рассмотрение основных стоко-образующих факторов предлагается начинать с исследования роли климатических условий двух щитов в формировании подземного стока. Исходя из сложившихся представлений в качестве факторов данной группы должны рассматриваться следующие среднемно-голетние характеристики климата: годовая сумма осадков, температура воздуха, суммарная солнечная радиация, продолжительность безморозного периода, высота снежного покрова, степень увлажненности территории.

Кольский полуостров полностью относится к зоне избыточного увлажнения. Годовое количество осадков достигает 1000 мм в Хибинских и Ловозерских тундрах и уменьшается до 400-500 мм/год в равнинных частях территории. Малые величины испаряемости от 160 до 300 мм/год при значительной расчлененности рельефа и хорошей проницаемости прерывистого четвертичного покрова создают благоприятные условия для формирования инфильтрационного питания грунтовых вод в кристаллических породах. В условиях избыточного увлажнения влияние осадков на распределение величин подземного стока рассматривается только в средне-низкогорных районах. Однако значительное возрастание величин подземного стока (до 10 л/с км2 и более) в этих районах может быть связано в большей степени не с орографическим увеличением годовой суммы осадков, а относительным увеличением глубины и степени эрозионной расчлененности рельефа, мощности верхней трещиноватой зоны скальных пород, и поэтому для территории Кольского п-ва анализ влияния на подземный сток климатических факторов требует комплексного подхода с учетом перечисленных факторов стокообразования.

В пределах Украинского щита увлажнение территории изменяется от избыточного увлажнения (Полесье), через зону неустойчивого увлажнения (лесостепная зона Приднепровской возвышенности), до зоны недостаточного увлажнения (степная зона Приднепровья). В соответствии с этим атмосферные осадки по территории Украинского щита распределены неравномерно, большая часть территории получает 600-800 мм/год, по мере продвижения на юго-восток количество их уменьшается до 400-500 мм/год. Существенную роль в балансе подземных вод играет испарение с поверхности суши, которое также уменьшается в южном направлении от 530 до 450 мм/год. Соответственно зонам увлажнения меняется и величина инфильтрационного питания подземных вод (И.А.Скабалланович; С.Л.Пугач, 1981).

Связь естественных ресурсов подземных вод с климатическими факторами наиболее отчетливо проявляется при резко меняющейся степени увлажнения территории Украин-

ского щита и выражается в зональном характере распределения среднегодовых значений величин подземного стока, от 0.1 до 1.5 л/с км2. В этих условиях соотношения суммарных величин осадков и испаряемости, испарения с поверхности суши, инфильтрационно-го питания и конденсации, а также характер распространения растительности и ее вид, мощность и состав зоны аэрации, глубина залегания уровня грунтовых вод играют определяющую роль в формировании и распределении величин подземного стока конкретных водосборных бассейнов.

2.2. Геолого-структурные условия формирования подземного стока рассматриваются на основе анализа истории формирования структуры кристаллического фундамента на примере Кольского п-ва. Целесообразность такого рассмотрения определяется тем, что докембрийский кристаллический фундамент Балтийского щита характеризуется наибольшей тектонической активностью на протяжении всей истории геологического развития, вплоть до современных движений земной коры, что проявляется как в контрастности рельефа, так и в сейсмической активности региона. В конце раздела проводится сравнение Кольского п-ва и Украинского щита, что позволяет объяснить формирование трещинова-тости пород кристаллического фундамента, его коры выветривания, рельефа, перекрывающих рыхлых отложений различной мощности и состава, выявить общие закономерности и специфику развития геологической структуры рассматриваемых щитов и обосновать роль геолого-структурных факторов в формировании подземного стока.

Влияние геолого-структурных условий Кольского п-ва на формирование подземного стока проявляется через блоковое строение кристаллического фундамента территории, которое играет определяющую роль в формировании зоны активной трещиноватости и ее мощности. В приподнятых блоках, к которым относятся островные горы полуострова, трещиноватость пород увеличивается как за счет усиления экзогенных процессов, так и за счет максимальной интенсивности неотектонических поднятий; эти районы характеризуются самыми высокими значениями подземного стока в реки. В то же время водосборные бассейнам опущенных блоков, для которых характерно наличии перекрывающих ледни ковых, озерно-ледниковых и болотных отложений, развитых в восточной части полуост рова, соответствуют минимальные для территории величины подземного стока в реки.

Состав и возраст кристаллических образований в пределах выделенных блоков ш контролируют формирование трещинной проницаемости. Однако чем выше приподня-блок, тем контрастнее в рельефе проявляются фрагменты древнего структурного плана больше мощность экзогенной трещиноватости и значительнее разница между гипсомет рическим положением различных типов кристаллических пород. В условиях относитель но опущенных блоков, состав и возраст кристаллических образований практически н

влияют на формирование трещинной проницаемости и древний структурный план относительно слабо выражен в рельефе, однако возрастает роль состава и мощности перекрывающих рыхлых четвертичных отложений: слабопроницаемые ледниковые, озерно-ледниковые и болотные отложения приурочены к депрессиям, а аллювиальные, морские, водно-ледниковые (озы и камы) отложения значительной мощности (до 20-50 м) приурочены к зонам тектонических разгрузок.

Для территории Украинского щита на проницаемость и мощность зоны активной трещиноватости кристаллических пород влияет рельеф района и домезозойский структурный план. В результате процессов выветривания максимальная мощность зоны выветривания сформировалась для наименее крепких пород - гнейсов, слагающих депрессии поверхности фундамента, не всегда имеющие отражение в современном рельефе. Именно на этих участках, по данным разведки, формируются значительные запасы подземных вод.

Анализ геолого-структурных условий приводит к выводу о решающей роли геологического развития структуры кристаллического фундамента от докембрия до голоцена в формировании естественных ресурсов подземных вод рассматриваемых щитов, которое выражено через: строение гидрогеологического разреза, региональные условия формирования трещинной проницаемости кристаллических пород, закономерности развития кор выветривания и покровных осадочных отложений, условия рельефообразования.

2.3. Геоморфолого-ландшафтные условия формирования подземного стока рассматриваются на основе многочисленных работ по геологии и геоморфологии щитов (Б.И.Кошечкин, 1980; А.Л.Кудааева, 1981; Г.С. Рубинраут, 1987 и др.) в тесной связи с геолого-структурными, а также с климатическими условиями конкретных регионов. Для территории Балтийского щита схема неотектонического районирования составленная А.Д.Лукашовым (1976) и в дальнейшем разработанная и детализированная при построении карты геоморфолого-неотектонического районирования Нечерноземья (1980), практически решает вопрос о соотношении древнего и современного структурных планов территории Балтийского щита, что выражается через ландшафтные и рельефоформирую-щие характеристики водосборных бассейнов, в качестве которых рассматриваются: мор-фометрические характеристики водосборных бассейнов - уклон и протяженность речной сети, средняя высота и площадь бассейна, состав и мощность рыхлых четвертичных отложений; ландшафтные условия бассейна - залесенность, озерность и заболоченность в процентах к общей площади бассейна, а также косвенные характеристики тектонической активности бассейна - глубина расчлененности рельефа, мощность зоны экзогенной трещиноватости (оцененная по данным бурения), знак и интенсивность современных субвертикальных движений земной коры (по данным Кольского геофизического полигона). Ана-

лиз влияния выбранных характеристик на распределение величин подземного стока, сделанный в диссертационной работе, показывает, что большинство характеристик взаимосвязаны и комплексно влияют на формирование подземного стока.

2.4. Гидрогеологические условия рассматриваются на основе анализа геолого-структурных, климатических и в целом для древних массивов эти условия могут быть сформулированы в следующих положениях:

- приуроченность подземных вод к мощным толщам докембрийских кристаллических пород (выступам кристаллического фундамента);

- преимущественное распространение трещинных типов подземных вод: зоны экзогенной трещиноватости - трещинно-грунтовые и трещинно-жильные - локально-линейных зон тектонических нарушений;

- мощность зоны экзогенной трещиноватости изменяется от первых метров на водоразделах до первых сотен метров в депрессионных котловинах и в линейных зонах, приуроченных к разрывным нарушениям; в целом кристаллические породы имеют неравномерную как в плане, так и разрезе трещинную проницаемость; коэффициенты фильтрации изменяются от первых десятков м/сут в речных долинах и в зонах дробления до 0.01 -0.001 м/сут на водоразделах и в нижней части зоны интенсивного водообмена;

- в пределах верхней зоны интенсивного водообмена формируется система местных потоков, тесно связанных с рельефом и направленных от водоразделов к понижениям; гидродинамическими границами местных потоков подземных вод, формирующихся в пределах водосборных бассейнов, являются поверхностные водоразделы и дрены;

- значительное возрастание величин разгрузки подземных вод в реки в районах с низко и среднегорным рельефом Кольского п-ва (до 10 л/с км2 и более) связано не с высотной поясностью распределения годовой суммы осадков, а с увеличением мощности и проницаемости кристаллических пород зоны экзогенной трещиноватости и максимальными значениями степени и глубины расчлененности рельефа;

- проявление широтной зональности подземных вод для зон различного увлажненш Украинского щита, выраженное закономерным изменением величин естественных ресурсов, химического состава и минерализации;

- на формирование химического состава подземных вод зоны интенсивного водо обмена существенное влияние оказывают: климат территории, состав пород, тип тре щинных вод, а также наличие разгрузки глубинных вод по разломам.

Глава 3. ПРИМЕНЕНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ

РЕГИОНАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ПОДЗЕМНОГО СТОКА

На основании анализа данных в работе обоснованы основные принципы применения методов статистического моделирования процессов формирования подземного стока. Трудности применения детерминированных методов (решение уравнения водного баланса, гидродинамические расчеты и моделирование) при региональных исследованиях подземного стока обусловлены, прежде всего, тем, что для территорий древних щитов не накоплено достаточно знаний для учета всех закономерностей его формирования, а также тем, что исходные данные взятые для анализа (как характеристики подземного стока, так и стокообразующих факторов) имеют следующие ограничения:

- неравномерность распределения по территории и неоднородность по структуре -достаточно большая изменчивость на очень малых, несопоставимых с масштабом исследований расстояниях (как в плане, так и в разрезе);

- разнородность по способу получения: точечные, интервальные и площадные данные, относящиеся к различным категориям: количественные и качественные.

При использование методов статистического анализа уравнение для результирующего параметра содержит две составляющие. Детерминированная составляющая (компонента) включает переменные, контролирующие изменчивость величин подземного стока -эти параметры выбраны на основе представлений о процессе формирование подземного стока с позиций вероятностного подхода, когда существенные параметры (основные сто-кообразующие факторы) выбранные случайно, могут быть известны не все или определяются с недостаточной точностью. Случайная компонента "отражает несоответствие в выбранной модели между расчетными величинами результирующего параметра по детерминированной составляющей и его реальными значениями.

Применение вероятностного подхода для региональных исследований подземного стока определяется, прежде всего, требованиями к данным (характеристикам подземного стока и стохоформирующих факторов), основными среди которых являются массовость и случайность опробования и точечная (дискретная) оценка изменчивости фактора, когда каждому водосборному бассейну присваивается одно усредненное значение параметров подземного стока и стокообразующих факторов, а в пределах одного бассейна временная изменчивость параметров рассматривается за равные интервалы времени.

При региональных исследованиях подземного стока в условиях недостаточности и неравномерности геологической и гидрогеологической изученности больших территорий только применение статистического моделирования обеспечивает приближенное представление о процессе на данном уровне знаний. При этом любая, даже самая совершенная, статистическая модель позволяет судить не обо всех, а только о тех закономерностях формирования и оценках распределения величин подземного стока, которые должны

быть предварительно сформулированы и учтены моделью на основе существующих зна ний о процессе.

Целью предварительной обработки данных является формулирование гипотезы < структуре математической модели подземного стока, определение состава и объема мае сива данных, выбор возможных методов последующей статистической обработки. Дл. этого рекомендуется последовательное решение следующих задач, с использованием ите рационной процедуры, когда возможно повторное возвращение к решению задачи поел получения результатов дальнейшего анализа:

- задача, связанная с неоднородными по качеству данными - эта задача включае анализ, отбраковку и восстановление пропущенных данных, устранение ошибок и умень шение влияния аномальных данных на результаты последующей обработки;

- проверка законов распределения, оценка параметров и числовых характеристи исходных данных;

- сжатие и группировка исходной информации при большом объеме данных, также при необходимости объединение нескольких групп данных (например, разновр« менных) для совместной обработки;

- выявление статистических связей (и возможных взаимосвязей) между различным факторами стокообразования и результирующими переменными - характеристикам подземного стока, а также анализ временных рядов подземного стока.

Кроме указанных задач данный этап должен включать постановочную задачу мне гомерной статистики - отображение, преобразование, унификация многомерных данных виде матрицы порядка (m х п), где т- количество взятых для анализа характеристик ст< коформирующих условий и подземного стока, а п - количество взятых для анализа объе] тов - водосборных бассейнов подземного стока.

Для решения задач предварительной обработки предлагается следующая последе вагельность использования статистических методов: проверка гипотез и оценивание п. раметров распределения, корреляционный и дисперсионный анализ. На первом эта! применяется модель случайного рассеивания, выражаемая нормальным законом распр деления, в предположении, что изменение величин подземного стока имеет случайнь характер, территория региона однородна и может быть охарактеризована средним знач нием и дисперсией. На следующем этапе для описания пространственной неоднородное: распределения модуля подземного стока принимается модель однофакторного дисперс онного анализа, исходя из гипотезы о том, что величина расхода подземного стока изм няется от бассейна к бассейну под влиянием природных факторов, среди которых мож! выделить ведущий фактор. Для Кольского п-ва такими факторами были выбpa^

"качественные" переменные - факторы, задаваемые в виде карт полей, изолиний: типы (подтипы) геофильтрационных сред и зоны аэрации; градации средних высот водосборных бассейнов, среднемноголетних годовых сумм осадков, интенсивности и знака неотектонических движений.

Основной этап статистического моделирования состоит в формулировании многомерной модели формирования подземного стока на основе полученных при предварительной обработке выводов и связей и обоснование применения методов многомерного статистического анализа. На этом этапе предлагается последовательное использование сначала регрессионного, затем факторного и, наконец, дискриминантного анализов.

Модель регрессионного анализа, предполагает представление процесса формирования подземного стока в каждом из выбранных п -водосборных бассейнов, как интегральной характеристики совместного воздействия комплекса ю - стокоформирующих факторов: У = Ьо +1>1 Х1 +....+ ЬшХщ +еу; где У - зависимая переменная - характеристика (модуль, коэффициент) подземного стока; Х1 - Хга - независимые переменные - характеристики природных условий; Ьо- Ьт - коэффициенты регрессии; еу - случайная компонента, ошибка значения подземного стока, вычисленного по уравнению регрессии.

Так как стокоформирующие факторы в пределах рассматриваемых регионов щитов могут быть взаимосвязанными, для выбора наиболее информативной комбинации факторов целесообразно применение пошаговой процедуры регрессионного анализа. Применение процедуры пошаговой регрессии позволяет исключить из анализа взаимосвязанные факторы и факторы с малым вкладом в уравнение регрессии, "засоряющие" модель, благодаря чему коэффициент множественной корреляции, оценивающий качество предлагаемой регрессионной модели, при значительно меньшем наборе переменных в ряде случаев превышает значение, полученное для исходного массива.

Математическая модель факторного анализа в терминах наблюдаемых переменных имеет вид: Х(пхш) = Г(пхк) + К(пхш), где X - матрица исходных данных; Г -матрица значений факторов; А - матрица факторных нагрузок; Е - матрица остатков; к - число используемых "гипотетических факторов"; п - количество водосборных бассейнов; т - число исходных переменных (характеристик подземного стока и стокоформирующих условий).

Примеры обработки многомерных данных с помощью факторного анализа, как показано в многочисленных работах, дает определенное преимущество по сравнению с другими статистическими методами. Факторный анализ позволяет (В.И.Аронов, 1985): выявить структуру взаимосвязей переменных; сократить размерность исходного многомерного массива переходом на "гипотетические факторы", которые представляют собой комбинации исходных переменных, и таким образом осуществить "визуализацию" мно-

гомерных данных в плоскости выбранных факторов; установить характер изменчивосп данных и выделить аномалии.

Однако применение факторного анализа как метода статистического моделирова ния требует осторожного подхода с исключением возможности формального набора пе ременных на основе учета соотношения масштабности действия признака на процесс. Дл; исключения несущественных признаков-переменных и выявления основных (с большим! нагрузками) стокоформирующих характеристик, входящих в факторы совместно с харак теристикой подземного стока, предлагается раздельное факторно-регрессионное модели рование влияния климатических, геоморфолого-ландшафтных условий на подземный сто! и в дальнейшем их включение в объединенную модель для районирования.

Таким образом, в отличие от существующих методик применения статистической моделирования, впервые предложено предварительное формализованное районирован«! территории по природным условиям, которое позволяет на основе применения методи дисперсионного и пошагового регрессионного анализа выявить структуру взаимосвяз] основных стокоформирующих факторов и выбрать наиболее информативный набор пе ременных, контролирующих распределение величин подземного стока.

В дальнейшем, помимо оценок комплексного влияния природных условий на фор мирование подземного стока, по результатам факторного анализа в плоскости двух фак торов, с максимальными нагрузками модуля подземного стока, по факторным значения» выделяются (по комплексу природных факторов, проявивших наиболее сильные стати стические связи с величинами подземного стока) группы водосборных бассейно: (районов) и обосновываются границы районирования. С целью обоснованного разграни чения выделенных групп представляется целесообразным применение дискриминантноп анализа с использованием в качестве критерия иерархического районирования (область район, участок) обобщенного расстояния Махалонобиса, совместно с межгрупповой Г статистикой. Таким образом, каждая группа, соответствующая конкретному району под земного стока, имеет свою, характерную для данного района, структуру взаимосвязи при родных условий, которые могут рассматриваться в качестве основных стокоформирую щих факторов.

Глава 4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД МАССИВОВ ДРЕВНИХ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОД

В данной главе закономерности формирования естественных ресурсов подземны вод в щитах исследуются применительно к с-в части Балтийского щита, принадлежащее к единой зоне избыточного увлажнения, и Украинского щита с различной увлажнение стью территории.

Рассмотренные в главе 2. условия формирования подземного стока Кольского полуострова, с обоснованием основных характеристик (показателей) этих условий, позволили определить дальнейшую исследовательскую задачу - выявление количественных связей величин подземного стока с теми или иными стокообразующими факторами.

Анализ распределения величин подземного стока по территории Кольского п-ва в пределах районов распространения различных типов кристаллических пород, выполненный на основе применения однофакторного дисперсионного анализа, не подтверждает в целом различия средних величин модуля подземного стока для большинства комплексов пород. Сравнительный анализ распределения средних величин подземного стока в пределах различных высотных зон показывает, что различия средних значений модуля стока для выбранных градаций значимы.

Влияние на распределение величин подземного стока количественных характеристик природных условий оценены коэффициентами парной корреляции. Наиболее высокие значения коэффициентов корреляции с величинами модуля подземного стока имеют: средние высоты водосборов, годовые суммы осадков, глубины расчлененности рельефа, средние уклоны бассейнов, мощность зоны интенсивной трещиноватости, скорости современных субвертикальных движений, заболоченность водосборов.

Взаимосвязь большинства характеристик не позволила выбрать из них наиболее информативные по значениям коэффициентов парной корреляции с модулем подземного стока и охарактеризовать уравнением множественной регрессии. В связи с этим, для выявления наиболее информативной комбинации в геоморфолого-яандшафтной и климатической группах отдельно рассматривались 3 модели формирования подземного стока Кольского п-ва: модель - "климат", включающая 5 характеристик климатических условий; модель - "геоморфология", включающая 11 характеристик геоморфолого-ландшафтных условий; "объединенная модель", составленная из наиболее информативных перечисленных характеристик двух предшествующих моделей. За характеристику величин подземного стока, помимо модуля зимней межени, во втором варианте принимался коэффициент подземного стока, что позволило объяснить большую изменчивость коэффициента подземного стока по региону в целом, прежде всего, связанную с морфометрическими характеристиками водосборных бассейнов (средними высотами, уклонами, глубинами эрозионного вреза), а также со строением гидрогеологического разреза (проницаемостью и мощностью зоны экзогенной трещиноватости кристаллических пород; составом и мощностью рыхлых четвертичных отложений).

В объединенной модели исследовалось совместное изменение сокращенного, по результатам факторного анализа и пошаговой регрессии, набора переменных из двух пер-

вых моделей, которые имели наибольшие нагрузки на факторные оси совместно с моду лем подземного стока. Коэффициент множественной корреляции входящих в модель ха рактеристик природных условий с модулем подземного стока составлял 0.86, что указы вает на достаточно высокую связь модуля с выбранным набором переменных - характери стик. Анализ факторных нагрузок объединенной модели показал, что наиболее сильно! влияния на подземный сток комплекса природных условий отражено в первых двух фак торах, основной из которых характеризует дренированность и увлажненность террито рии (расчлененность, уклоны, заболоченность водосборов и годовая сумма осадков) Влияние характеристик, входящих во второй фактор, менее сильное и отражает неотек тоническую активность территории (современные субвертикальные движения, мощност: зоны интенсивной трещиноватости). Анализ диаграммы факторных значений в плоско сти первых двух факторов объединенной модели по ¡80 бассейнам подземного сток Кольского п-ва, проведенный на основе использования дискриминантного анализа, по зволил выделить 5 групп водосборных бассейнов. Наибольшие факторные значения ха рактерны для группы бассейнов, расположенных в пределах распространения островны гор Кольского п-ва, с максимальными величинами модуля подземного стока, расчленен ности рельефа и уклонов бассейнов, а также для группы бассейнов в пределах территори Енского синклинория, с высокими значениями мощности верхней зоны экзогенной трс щиноватости и современных субвертикальных движений земной коры. Минимальные соответственно для водосборов восточной части п-ва в пределах Краевой зоны (Терски берег) и Кейвинского блока, характеризующихся высокой степенью заболоченности тер ритории.

Таким образом, использование комплекса статистических методов дало возмоа но'сть провести районирование территории Кольского п-ва, причем полученные район! подзёмного стока выделяются в границах мегаблоков и сегментов неотектонически структур:

- Район островных гор (Хибины, Ловозерские тундры) в пределах Кольской обла! ти - с максимальными для Кольского п-ва средними значениями величин подземного стс ка до 5.0 - 6.0 л/с км2, в пределах которого в качестве основных факторов формирован! ресурсов подземных вод должны рассматриваться - глубина эрозионного вреза, средш уклоны водосборных бассейнов;

- Западно-Карельский район Карельской области - такие же высокие значения в личин подземного стока, но основные факторы формирования другие - максимальнь значения скорости современных субвертикальных движений и мощности зоны инте) сивной трещиноватости;

- Печенго - Мурманский район Кольской области - средние для Кольского п-ва значения величин подземного стока (2.0- 4.0 л/с км2), основные факторы - расчлененность рельефа, степень озерности водосборного бассейна;

- Кейвинский район Кольской области - с минимальными значениями величин подземного стока (1.0 -1.5 л/с км2), основные факторы - минимальная для полуострова глубина расчлененности рельефа с максимальной мощностью слабопроницаемых ледниковых четвертичных отложений и высокой степенью заболоченности водосборного бассейна;

- Терский район Беломорской Краевой области - характеризуется более высокими чем для Кейвинского района значениями величин подземного стока, за счет более проницаемых морских четвертичных отложений 1.0 - 2.5 л/с км2), основные факторы такие же, как и для Кейвинского района.

Для исследования закономерностей формирования и распределения величин подземного стока в пределах Украинского щита на первом этапе был проведен однофактор-ный дисперсионный анализ применительно к различным зонам увлажнения территории, который показал, что средние значения величин модуля подземного стока в пределах различных зон увлажнения значимо отличаются. Результаты регрессионного анализа связи величин подземного стока с комплексом природных условий в границах одной зоны увлажнения Украинского щита (набор характеристик был выбран такой же, как и в объединенной модели для территории Кольского п-ва) согласуются с результатами по Балтийскому щиту; в качестве основных факторов формирования стока выделяются такие мор-фометрические характеристики водосборных бассейнов как средняя высота бассейна, средний уклон речной сети и площадь водосборного бассейна. Коэффициент множественной корреляции модуля подземного стока с этой группой составляет - 0. 67. Включение в модель пошагового регрессионного анализа фактора "осадки", лишь ненамного увеличивает коэффициент множественной корреляции до 0.75, однако вклад этого фактора для Украинского щита (8 %) существенно выше, чем для Кольского п-ва (2 %).

Таким образом, для кристаллических щитов с относительно однотипными условиями формирования подземного стока в едином (трещинном) типе среды и в пределах одной зоны увлажнения связь подземного стока с осадками сопоставима с действием других ресурсоформирующих факторов.

Влияние климатических факторов на распределение величин подземного стока в многолетнем периоде в связи с определенной инертностью подземного стока рекомендуется рассматривать с некоторым временным сдвигом (И.С.Зекцер, 1976; В.С.Ковалевский, 1983). В соответствии с этим был проведен анализ многолетней изменчивости величии

подземного стока в зависимости от годовой суммы осадков по 21 водосборному бассейн Кольского п-ва за период совместных наблюдений за стоком и осадками с 1960 по 19? годы. Учитывая неравномерную и в целом высокую динамичность подземного стока, и< следования проводились с временным сдвигом от 1 до 12 лет. Анализ полученных резул) татов показывает, что для территории Кольского п-ва можно выделить 4 типа графике кросскорреляционной функции, показывающие: 1) воздействие на величины подземног стока осадков предыдущего года; 2) и 3) влияние осадков, проявляющееся соответстве! но через год и через два года и 4) отсутствие зависимости величин подземного стока с осадков предыдущих лет. В работе рассматриваются условия формирования каждого тиг связи: первый характерен для бассейнов рек площадью от 500 до 5000 км5 и наличием разрезе зоны интенсивного водообмена маломощных (до 5 м) ледниковых отложеш: (верховья рр. Сосновка, Кола и др.), второй - дом бассейнов такой же площади, но и мел щих большую мощность четвертичных покровных (до 10 - 20 м) и аллювиальных (до 30 50 м) отложений (рр. Колвица, Умба, Ена), третий - для относительно больших вод( сборных бассейнов площадью до 20000 км2 и более (в пределах Кольского п-ва таких ба сейнов сравнительно немного: р. Поной, Кола), Последний тип графиков характерен л; водосборных бассейнов малых рек, с высокой внутригодовой динамичностью стока приуроченных к горным районам Хибин и Ловозерских тундр (р. Кица, верховье р. Б лой); а также для озерно-речных систем с большой (до 10 - 15 %) степенью озерности (р Печа, Тюва) и заболоченностью до 50 - 60 % (рр. Оленица, Варзуга). Таким образом, р зультаты кросскореляционного анализа годовых сумм осадков и подземного стока таю косвенно свидетельствует о ведущей роли геолого-структурных и геоморфолог ландшафтных условий в формировании многолетней изменчивости величин подземно] стока Кольского п-ва.

Глава 5. РОЛЬ ЕСТЕСТВЕННЫХ РЕСУРСОВ В ФОРМИРОВАНИИ МЕСТ« РОЖДЕНИЙ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ДРЕВНИХ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОДАХ

Вопрос о формировании месторождений подземных вод промышленного типа кристаллических породах древних структур разработан относительно слабо, что связанс гидрогеологическими особенностями щитов, основными среди которых являютс резко выраженная неоднородность фильтрационных свойств кристаллических пород и целом низкие емкостные свойства трещинных коллекторов, что определяет ограниченна возможность формирования месторождений промышленного типа; большая динами ность процессов формирования подземного стока внутри года и многолетнем л ер и о; что требует детальной оценки и прогноза естественных ресурсов подземных вод в рг личные по водности годы; в условиях формирования местных потоков площадь местор

ждений ограничена площадью поверхностных водосборов (малые реки с низкой проницаемостью кристаллических пород на водоразделах и большими уклонами речной сети), что исключает возможность распространения влияния водоотбора на соседние речные бассейны.

В действующей инструкции ГКЗ (1984) в кристаллических породах выделяется только один тип месторождений - месторождения ограниченных структур, приуроченные к зонам тектонических нарушений. Анализ гидрогеологических условий рассматриваемых щитов и выявленных закономерностей формирования ресурсов подземных вод, проведенный в работе показывает, что в кристаллических породах древних массивов могут быть выделены три характерных типа промышленных месторождений пресных подземных вод: 1) месторождения, связанные с регионально распространенной зоной экзогенной трещи-новатости кристаллических пород; 2) месторождения трещинно-жильных вод линейно-локальных зон тектонических нарушений; 3) месторождения, связанные с единым водоносным комплексом верхней зоны экзогенной трещиноватости кристаллических пород и маломощными рыхлыми четвертичными отложениями.

Месторождения первого типа в условиях кристаллических щитов могут быть связаны только с речными долинами. Необходимыми условиями формирования месторождений этого типа являются: наличие участков с максимальной мощностью зоны активной трещиноватости с высокой проницаемостью кристаллических пород и существующей возможностью формирования привлекаемых ресурсов поверхностного стока. Выделение месторождений промышленного типа в пределах зоны экзогенной трещиноватости без учета привлекаемых ресурсов является весьма проблематичным в связи с тем, что собственно в кристаллических породах не формируются значительных естественных запасов пресных подземных вод. В связи с тем, что формирование речного стока в этих районах в период летней и особенно зимней межени обусловлено только подземным питанием, месторождения такого типа могут быть связаны (при условной производительности водозабора более 10 тыс. км3/сут и сохранении 50 % санитарного расхода реки) для Украинского щита с площадями водосборных бассейнов от 200 км2 для Полесья,до 2000 км'-' и более в пределах Кировоградской области; а в пределах Кольского п-ва от 50 км1 для районов островных гор до 300 км2 в восточной части п-ва. Основным критерием поисков месторождений этого типа является наличие участков с минимальными значениями русловых сопротивлений. В качестве основных задач разведки рассматриваются: оценка фильтрационной неоднородности кристаллических пород в разрезе, с целью определения производительности водозаборных скважин и допустимых понижений; разработка гидрометрического прогноза руслового расхода реки в годы с различной водностью. Проблемы

качества воды в данном случае определяются состоянием поверхностных вод, а эколог, ческие последствия связаны с ущербом речному стоку.

Месторождения трещинно-жильных вод линейно-локальных зон тектонических н рушений выделены и принципиально охарактеризованы в работах Н.И. Плотников Л.С. Язвина, Б.В.Боревского, Н.И.Дробнохода. Структура эксплуатационного водоотб ра в основном формируется за счет естественных ресурсов этих зон (без учета возможно) формирования привлекаемых ресурсов, что является частным случаем).

Основным поисковым критерием месторождения такого типа является налич! крупнодебитной разгрузки (родниковой, русловой) соизмеримой с планируемым эксплу тационным водоотбором в критические по водности периоды. В условиях Кольского п-в дополнительным критерием является наличие аномально высоких значений модулей по, земного стока по бассейнам малых рек (до 10 - 15 л/с км2), поскольку такие значения м гут быть связаны только с межбассейновыми перераспределениями подземного стока.

При оценке запасов месторождений этого типа основной задачей является оцеш естественного расхода (естественных ресурсов) этих зон с прогнозом его внутригодовс и многолетней изменчивости. Одной из существенных задач разведки является обоснов ние отсутствия разгрузки высокоминерализованных вод по зонам тектонических наруш ний.

Месторождения третьего типа - единого водоносного комплекса верхней зоны э зогенной трещиноватости кристаллических пород и маломощных рыхлых четверти чш отложений, связанные с участками распространения относительно слабопроницаемых п род (озерных, озерно-ледниковых, ледниковых, болотных) мощностью до 10 м. В этс случае не рассматриваются месторождения, формирующиеся во флювиагляциальных с ложениях и отложениях в камах и озах значительной мощности, поскольку они являют месторождениями другого типа. Для месторождений третьего типа отбор воды пpo^ водится собственно из кристаллических пород с относительно высокой проницаемость Однако в структуре эксплуатационного водоотбора значительную, а иногда и основн) часть, составляет сработка емкостных запасов четвертичных отложений, восполнение к торых осуществляется в периоды высокой водности внутри года. Месторождения треп го типа характерны для зон умеренного и избыточного увлажнения, где существуют бл гоприятные условия восполнения этих запасов. Основным критерием поисков месторо дений является наличие участков с указанным типом строения зоны интенсивного вод обмена с относительно высокой проницаемостью кристаллических пород. Месторожх ния третьего типа имеют, в основном, благоприятные условия формирования состава качества подземных вод. Проблемы возможного загрязнения подземных вод при л

плуатации и экологические последствия связаны с изменениями водного режима четвертичных отложений и ограничены, как правило, площадью воронки депрессии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В выполненной работе, проведен анализ и обобщение данных геолого-гидрогеологических условий по регионам древних щитов и результатов собственных исследований автора по Балтийскому и Украинскому щитам, детализированы представления о региональных закономерностях формирования ресурсов подземных вод в массивах древних кристаллических пород.

Значения величин естественных ресурсов в пределах рассматриваемых массивов, эцененные по подземному стоку в реки в меженный период, изменяются в достаточно широком диапазоне от 1.0 л/с км2 до 10 л/с км2 для территории Кольского п-ва и от 0.1 и/с км2 до 1.5 - 2.0 л/с км2 для Украинского щита. Распределение величин подземного стока контролируется комплексным влиянием основных стокоформирующих факторов, в качестве которых должны рассматриваться: климатические, геолого-структурные, геомор-фолого-ландшафтные и гидрогеологические условия исследуемых щитов.

В результате проведенного исследования обоснована решающая роль геолого-структурных усчовий в формировании подземного стока кристаллических массивов. Гео-юго-структурные условия конкретного региона определяют строение разреза зоны интен-:ивного водообмена, закономерности формирования трещиноватости в кристаллических породах, состав и мощность перекрывающих рыхлых отложений, особенности рельефо-эбразования и ландшафтных условий отдельных районов и через них совместно с климатическими факторами условия питания и разгрузки подземных вод.

На основе выявленных закономерностей с использованием статистических методов проведено районирование и картирование подземного стока в пределах северо - восточной части Балтийского щита. Выделено 5 районов с различными условиями формирования и распределения величин подземного стока; в пределах рассматриваемых районов да-13 количественная оценка комплексного влияния основных ресурсоформирующих факто-эов.

Охарактеризована роль климатических факторов в формировании многолетней изменчивости подземного стока для территории Кольского полуострова, а также оценено злияние климатической зональности на величины ресурсов подземных вод для Украин-лсого щита, расположенного в пределах различных зон увлажнения.

Разработана методика статистического моделирования при региональных исследованиях подземного стока, которая может быть использована не только применительно к

гидрогеологическим массивам, но и к другим структурам, в частности автором эта методика применялась при изучении подземного стока Московского артезианского бассейна.

Основные защищаемые положения диссертации могут быть сформулированы I следующем виде:

1. Закономерности формирования и пространственного распределения ресурсо! подземных вод кристаллических пород (удельных величин подземного стока) определяют ся комплексным воздействием большого числа природных факторов, которые в решаю щей степени контролируются геолого-структурными условиями этих регионов. Имение структурно-геологический фактор определяет рельеф территории, унаследованность 301 разрывных нарушений, мощность и интенсивность верхней трещиноватой зоны кристал лических пород, мощность и состав четвертичных (и более древних) осадочных отложе ний, тип зоны аэрации, глубины эрозионного вреза и др.. В то же время, возраст и соста] древних кристаллических пород не играют сколь - нибудь решающей роли в формирова нии и распределении ресурсов подземных вод и могут рассматриваться как единый да региона тип геофильтрационной среды;

2. Роль климатического фактора (осадки, испарение, коэффициенты увлажнения отчетливо проявляется при переходе от одной климатической зоны к другой. В условия; зоны умеренного и недостаточного увлажнения (Украинский щит) связь естественных ре сурсов подземных вод с климатическими факторами проявляется наиболее отчетливо 1 выражается в зональном характере распределения среднегодовых величин подземног стока. Значительное возрастание величин подземного стока в горных районах Кольскот п-ва связано не столько с орографическим увеличением осадков, сколько с относится! ным увеличением глубины и степени эрозионной расчлененности рельефа и мощност верхней трещиноватой зоны скальных пород.

3. При региональных исследованиях формирования ресурсов подземных вод в ус ловиях древних кристаллических массивов наиболее достоверные результаты могут быт получены с использованием методов статистического моделирования.

Разработана методика применения статистического моделирования, котора включает следующую последовательность используемых методов: дисперсионный, регре( сионный, факторный и дискриминантный анализы. Проведение предварительного форм; лизованного районирования территории по природным условиям дает возможность н основе применения методов дисперсионного и пошагового регрессионного анализа вь явить структуру взаимосвязи основных стокообразующих факторов и выбрать наиболс информативный набор переменных, контролирующих распределение величин подземног стока. Использование факторного и дискриминантного анализов для оценки комплек(

-toro влияния основных стокоформирующих факторов позволяет обосновать районирование исследуемых регионов по условиям формирования подземного стока.

4. Установленные закономерности формирования и распределения величин подземного стока Кольского п-ва, позволили обосновать основные принципы гидрогеологического районирования, которые могут быть сформулированы в следующем виде: выделение районов подземного стока должно проводиться в соответствии с элементами неотек-гонического районирования щита, геолого-структурные условия которых определяют строение гидрогеологического разреза, мощность зоны экзогенной трещиноватости, проницаемость кристаллических пород фундамента и перекрывающих рыхлых четвертичных отложений; в качестве границ районов (областей) принимаются соответственно границы макроблоков (сегментов) схемы геоморфолого-неотектонического районирования. По результатам исследования закономерностей формирования и распределения величин нодземного стока в пределах территории Кольского полуострова может быть выделено пять характерных районов подземного стока с различными значениями величин подземного стока, с разным набором основных стокоформирующих факторов и различной связью величин подземного стока с осадками в многолетнем периоде.

5. Проведенный анализ многолетней изменчивости величин подземного стока (минимального зимнего) по 21 водосборному бассейну Кольского п-ва, за период на-элюдений за стоком с 1960 по 1985 годы, свидетельствует о неравномерной и в целом высокой динамичности подземного стока. Результаты кросскореляционного анализа годовых сумм осадков и подземного стока, позволяют выделить в пределах региона четыре характерных типа графиков, отображающих влияние на величины подземного стока эсадков предыдущего года, через год, через два года и водосборные бассейны, где зависимость минимального стока от осадков предыдущих лет отсутствует. Условия формирования каждого типа, приуроченность к определенным районам подземного стока, косвенно подтверждают определяющую роль геолого - структурного фактора в формировании многолетней изменчивости подземного стока.

6. В кристаллических породах исследованных щитов могут быть выделены три характерных типа промышленных месторождений пресных подземных вод:- зоны экзогенной трещиноватости кристаллических пород; - зон тектонических нарушений: - единого водоносного комплекса зоны экзогенной трещиноватости кристаллических пород и перекрывающих (маломощных) рыхлых отложений. Для каждого из выделенных типов месторождений пресных подземных вод установлены: принципиальные различия в формировании структуры эксплуатационного водоотбора, определяемые ролью и условиями сработки естественных ресурсов подземных вод; особенности влияния эксплуатации на

нарушение естественного водного режима территории; закономерности формирован« состава и качества подземных вод в естественных условиях и при эксплуатации; характе; ные поисковые критерии и принципы организации поисково-разведочных работ.

ПУБЛИКАЦИИ.

1. Кочеткова Р.П. К вопросу о формировании и распределении величин подземног стока в массивах кристаллических пород (на примере Кольского полуострова). В сб. Mi териалы IX конференции молодых ученых МГУ. Геол. ф-т, МГУ. М., 1982, деп. ВИНИТ № 2333-82, с. 139-147.

2. Кочеткова Р.П., Шмагин Б.А., Чесалов С.М. Исследование закономерносте распределения величин подземного стока статистическими методами. Тезисы докл.Х Вс союз, совещания по подземным водам Востока СССР. Иркутск, 1982, ч. 2, с. 24-25.

3. Кочеткова Р.П., Шмагин Б.А., Чесалов С.М. К методике применения статиста* при картировании подземного стока. В сб. Применение математических методов и ЭВМ геологии. Тезисы 3 обл. семинара. Новочеркасск, 1983, с. 79-80.

4. Кочеткова Р.П., Всеволожский В.А. Условия формирования и распределения в личин подземного стока (Карело-Кольская провинция). В монографии "Почвенно-геол гические условия Нечерноземья, разд. 2, гл. 5. М., Изд-во МГУ, 1984, с. 107-114.

5. Карта подземного стока Нечерноземной зоны РСФСР масштаба 1:1 500 00 Моск. ун-т, ГКГК при СМ СССР, 1984.

6. Кочеткова Р.П. Моделирование распределения подземного стока в гидрогеол гических массивах. Факторно-регрессионные модели. Методические разработки по кур "Моделирование гидрогеологических и инженерно-геологических процессов", ч. Свердловск, 1985, с. 4-13.

7. Кочеткова Р.П., Шмагин Б.А., Чесалов С.М. Картографирование подземно стока с использованием статистических методов (на примере горной части Кольского п луострова). Тезисы докл. XI Всесоюз. совещания по подземным водам Востока СССР. Ч та, 1985, с. 37-38.

8. Кочеткова Р.П., Шмагин Б.А., Долгов C.B., Прилепин В.М. Результаты факто ного регрессионного моделирования условий формирования подземного стока МАБ ВКАБ // Гидрогеологические исследования ландшафтов, Новосибирск, 1986,- С. 119-131.

9. Кочеткова Р.П., Шмагин Б.А., Иванов А.Н. Связь стоковых характеристик структуры речной сети в различных гидрогеологических условиях центра Нечерноземья География и природные ресурсы. - 1986, № 4. - С. 157-159.

10. Кочеткова Р.П. Применение факторно-регрессионного моделирования при исследовании подземного стока МАБ. В сб. Гидрология 2000 года. Тезисы Всесоюз. совещания. М., ИВ 1IAH, 1986, с. 103-104.

11. Кочеткова Р.П., Шмагин Б.Л., Попов О.В., Иванов А.Н. Системный подход в исследовании пространственно-временного распределения величин подземного стока в московском артезианском бассейне. Тезисы докл. II Всесоюз. конференции "Системный подход в геологии". 1986, ч. 3, с. 663-665.

12. Кочеткова Р.П., Шмагин Б.А., Прилепин В.М. Изучение пространственно-временных закономерностей формирования ресурсов подземных вод Московского и Вол-го-Камского артезианских бассейнов. Тезисы докл. I Всесоюз. съезда инженеров-геологов, гидрогеологов и геокриологов, ч. 4, Киев, Наукова думка, 1989, с. 121-123.

13. Кочеткова Р.П., Шмагин Б.А., Хаустов А.П., Чесалов С.М. , Прилепин В.М. Вероятностные модели условий формирования подземного стока. Тр. V Всес. гидролог, съезда, т. 6. JI., 1989, с. 66-72.

14. Кочеткова Р.П., Шмагин Б.А., Поляков A.C. и др. Системный анализ многомерных данных для построения моделей литомониторинга. Тр. III Всесоюз. семинара "Практическая геостатика". Петрозаводск, Карел. НЦ АН СССР, 1991, с. 56-65.

15. Кочеткова Р.П. Изучение графа речной сети как основы экомониторинга подземных вод. Dokl. XXX Symp. Pracovniku Bauskeno Prüm. SLU. Hornika Pribram ve vede a technice, Matematicke metodyv. geologii. Praga, 1991, m. 2, p.358.

16. Всеволожский B.A., Кочеткова Р.П. Исследование закономерностей формирования и распределения подземного стока в кристаллических породах в районах интенсивного антропогенного воздействия. Материалы Международного научного семинара ЭКОБАЛТ. С-Пб., 1993, с. 101-104.

17.Kochetkova R.P., Vsevolozhsky V.A. Formation and distribution characteristics of groundwater flow in crystalline rocks in regions of intensive anthropogenic stresses. Water Environment Federation, 1993, p. 173-176 (the Second USA/RUS Joint Conference on Environmental Hydrology and Hydrogeologiy).

18. Всеволожский В.А., Кочеткова Р.П. Анализ закономерностей формирования ресурсов подземных вод при разработке гидрогеологических прогнозов. // Вестник Моск. ун-та, сер. 4, 1997, №4. /