Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Геохимия подземных вод юго-восточного обрамления Западно-Сибирского мегабассейна

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Геохимия подземных вод юго-восточного обрамления Западно-Сибирского мегабассейна"

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Тюменский государственный нефтегазовый университет

гги ол

1 № 1593 На правах рукописи

ПОПОВ Виктор Константинович

ГЕОХИМИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ЮГО-ВОСТОЧНОГО ОБРАМЛЕНИЯ ЗАПАДНО-СИБИРСКОГО МЕГАБАССЕЙНА (природные н техногенные аспекты)

Специальность 04.00.06 - гидрогеология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Тгомень-1998

Работа выполнена в Томском государственном архитектурно-строительном университете и институте проблем жилищно-коммунального хозяйства в районах Севера, Сибири и Дальнего Востока Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова.

Научный консультант - доктор геолого минералогических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники России Матусевич В.М.

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Акуленко Ю.Н.

доктор геолого-минералогических наук, заслуженный работник нефтяной

промышленности СССР Барс Е.А.

доктор геолого-минералогических наук,

профессор Пономарев Е.А.

Ведущая организация - Российский НИИ комплексного использования и охраны водных ресурсов (г. Екатеринбург).

Защита диссертации состоится 24 декабря 1998г. в 1415 часов на заседании диссертационного Совета Д 064.07.01 в Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу: 625000, г.Тюмень, ул. Володарского, 38, зал заседаний Ученого Совета (ауд. 219).

С .диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государственного нефтегазового университета.

Автореферат разослан « » ноября_1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 064.07.01, кандидат геолого-минералогических наук,

профессор

Введение

Объект исследований и его изученность. Территория юго-восточного обрамления Западно-Сибирского мегабассейна представлена следующими геологическими структурами: Кузнецкий, Канско-Ачинский и Горловский угольные бассейны, Кузнецкий Алатау, Салаир, Колывань-Томская складчатая зона. На этой территории "спрессовались" разнообразные технические, экономические, геологические, экологические и социальные проблемы, требующие своего безотлагательного разрешения. Для рассмотрения возможных путей выхода из создавшегося геоэкологического кризиса был выбран Кузбасс как базовая модель.

С одной стороны, по запасам, качеству и добыче углей Кузбасс является крупным промышленным центром на востоке страны, играющим важную роль в ее экономике. С другой - эту территорию следует рассматривать как естественную геологическую лабораторию, где можно наглядно проследить основные особенности литогенной и тектонической эволюции осадочных пород угольных бассейнов в тесной связи с формированием подземных вод. Поверхностный и подземный сток территории юго-восточного обрамления Западно-Сибирского мегабассейна, испытывающий мощное техногенное воздействие, в свою очередь, оказывает влияние на формирование природных вод всего юго-востока Западной Сибири. В совокупности все это предопределяет и отражает многообразие процессов и явлений, совершающихся при литогенезе и гипергенезе осадочной оболочки Земли, при формировании, сохранении и разрушении месторождений полезных ископаемых.

Гидрогеологические исследования выбранного объекта охватывают почти столетний период и проводились, в основном, геологическими и другими организациями. Результаты исследований обобщены в уникальном многотомном монографическом издании "Гидрогеология СССР. Кемеровская область и Алтайский край" (1972), а также в многочисленных отчетах, статьях, монографиях и диссертациях В.В. Пономарева, А.И.Махова, П.А.Удодова, НШ.Акуленко, В.Н. Анкудинова, С.Г.Бейрома, Г.П.Богомякова, Е.Е. Беляковой, П.И.Бутова, В.П. Дегтярева, МВ.Елизаровской, П.И.Зеленовского, Н.Г.Иванова, М.И.Кучина, Н.А.Казаковой, А.И.Кравцова, А.И.Кемерова, М.А.Кузнецовой, Ю.В.Макушина, В.М. Матусевича, Е.В.Пиннекера, Г.А.Плевако, О.В.Постниковой, А.П.Попова, Д.С.Покровского, С.П.Прохорова, Г.М.Рогова, Н.М. Рассказова, Ю.К.Смоленцева, А.Г.Савина, О.В.Сухопольского, Ж.Н.Савиной, Л.А.Соломко, А.А.Смирнова, В.Б.Торговановой, З.С.Цадера, Г.И.Якимовой и других, внесших значительный вклад в изучение гидрогеологии Кузбасса.

В этих работах практически не рассматривалась одна из современных геологических проблем - гидрогеологические основы и следствия по-

следователыюго во времени и пространстве катагенного преобразования оса-лочммх пород, обуславливающего тесную взаимосвязь геохимического и геотермического формирования облика подземных вод и аутогенного минералооб-разования в осадочных породах. Впервые эта вопросы и их связь с экологическими проблемами исследуемого объекта рассмотрены в нашей работе [Рогов, Попов, 1985].

Актуальность работы. Экологическая напряженность в юго-восточной части Западной Сибири привела к критической ситуации, когда пришлось закрывать ряд производств и объектов металлургии и химической промышленности. Нехватка воды для нужд питьевого и хозяйственного водоснабжения, крайняя степень загрязнения рек, истощение и загрязнение подземных вод требуют коренного изменения подхода к охране и эксплуатации водных ресурсов

Для улучшения экологической обстановки необходима прежде всего организация геоэкологического мониторинга и на этой основе - осуществление комплексной оценки экологической емкости территории. Это позволит определить безопасные пределы техногенного воздействия на окружающую среду и обеспечит профессиональный подход при разработке методов и процедур управления состоянием и свойствами массивов горных пород с целью сохранения ими экологических функций.

Реализация этих проблем связана с -геохимическими исследованиями саморазвивающейся системы "вода - порода - газ - органические вещества" (СС "ВПГОВ"). Результаты, полученные при исследовании эволюции этой системы, являются объективным источником двухсторонней информации о геологической истории осадочной оболочки Земной коры. Во-первых, эта информация позволяет проследить трансформацию геохимического облика подземных вод и минеральных агрегатов на различных этапах зон катагенеза и гипергенеза и в связи с этим повысить достоверность прогноза и эффективность поисково-разведочных работ- на подземные воды, горючие и другие полезные ископаемые. Во-вторых, сведения о воднорастворенных (ВРОВ) и воднорастворимых (ВрРОВ) органических веществах позволяют изучать условия формирования и изменения химического состава природных вод и их загрязнение, исследовать закономерности движения и перераспределения загрязняющих веществ, в том числе радиоактивных загрязнителей, в природных водах с целью своевременной разработки и проектирования мероприятий по оптимизации водопользования и безопасному хранению жидких химических отходов, включая радиоактивные.

Цель диссертационных исследований, состояла в развитии и углублении представлений о роли катагенеза в формировании подземных вод на основе исследования органических веществ подземных вод осадочных отложений юго-восточной части Западной Сибири и выявления их роли в геохимической эво-

люции подземных вод и аугигенного минералообразования, происходящей при литогенезе, а также в совершенствовании методов диагностики месторождений природных вод, горючих и других полезных ископаемых, прогноза их эксплуатации и в разработке стратегии экологической оптимизации геологической среды.

Для достижения цели были определены следующие задачи:

1. Исследование химического состава органических веществ подземных вод осадочных отложений на различных этапах катагенного и гипергенного преобразования углей и рассеянного органического вещества (РОВ).

2. Изучение влияния стадийных катагенных преобразований, протекающих в СС "ВПГОВ", на формирование гидрогеохимической и аутигенно-минералогической зональностей.

3. Физико-химическая оценка характера взаимодействия углеводородов и алюмосиликатов в подземных водах в процессе катагенной эволюции осадочных отложений и его влияния на формирование геохимического и геотермического облика подземных вод.

4. Разработка методологических подходов к стратегии экологической оптимизации геологической среды (выбор способов рационального использования природных ресурсов, включая прогнозирование нефтегазоносности глубо-козалегающих палеозойских образований Кузбасса, выявление природы и движущих сил техногенных катагенных преобразований в СС "ВПГОВ").

Методология и методы исследований. Научная и практическая работа проводилась на основе системного анализа результатов гидрогеологических исследований в непосредственной связи с историко-геологическим и онтогенетическим аспектами. В работе использованы методы гидрогеологического и геохимического моделирования, верификация интерпретационных схем и геологическое прогнозирование. Проведен анализ современного состояния проблемы на основе обзора литературных источников. Введено понятие саморазвивающейся системы "вода - порода - газ - органические вещества", как важнейшего в методологии исследований.

Состав природных вод изучался химико-аналитическими, электрохимическими, спектральными и микробиологическими методами. Методики ВСЕ-ГИНГЕО использовались для исследования органических веществ: жирных и нафтеновых кислот, гидрофобных и гидрофильных масел, люминесцирующих веществ. Методы ИГиРГИ применялись для определения органического углерода (Сорг); органических веществ, окисляемых йодатом и перманганатом калия; для анализа фенолов, ароматических углеводородов; разделения органических веществ в кислой, нейтральной и щелочной средах. В работе использовано комбинированное применение хроматографии и ИК-спектрометрии для изучения органических веществ. Некоторые виды проб исследовались методом хро-

мато-масс-спектрометрии в соответствии с методикой по защите окружающей среды США (Method 625 EPA USA). Для исследования пород использованы растровая электронная микроскопия и фазовый рентгеноструктурный анализ.

Измерения содержаний естественных и искусственных радионуклидов в пробах воды проводились с помощью гамма-спектрометрии. С целью детализации механизма протекания гидрогеохимических процессов и выявления их геохимической направленности привлекались термодинамические расчеты.

В ходе выполнения работ под непосредственным руководством автора создан Центр химико-аналитических исследований объектов окружающей среды при Институте проблем жилищно-коммунального хозяйства в районах Севера, Сибири и Дальнего Востока (г. Томск). Он аккредитован в Госстандарте России на техническую компетентность и независимость по определению химических компонентов и зарегистрирован в Государственном реестре под № 87 РООС RU 0001.510.340 от 03.07.95г.

Научная новизна исследований. В развитие идей В.И. Вернадского о непрерывности, саморазвитии и взаимообусловленности в природе всех биологических, геологических, физических и химических процессов осуществлен системный подход в изучении процессов, явлений, закономерностей развития СС "ВПГОВ", где детально рассматривается роль органических соединений.

Впервые проведено изучение содержания и состава органических веществ подземных вод Кузнецкого, Горловского и Канско-Ачинского бассейнов:

- установлены закономерности в распределении воднорастворенных органических веществ в СС "ВПГОВ" и предложены возможные схемы физико-химического взаимодействия ее составных частей;

- выделены стадии преобразования органических веществ подземных вод как в условиях катагенеза, так и гипергенеза угленосных пород. Получены новые данные о роли органических веществ в формировании геохимического и геотермального облика подземных вод при катагенных и гипергенных преобразованиях осадочных отложений;

- выявленные закономерности рассеяния и концентрирования органических веществ в подземных водах, как составная часть, вошли в разработанную схему стратегии экологической оптимизации окружающей среды для улучшения функционирования систем жизнеобеспечения.

Развиты экспериментально обоснованные представления о гидрогеологических следствиях катагенеза. Направление изменений в саморазвивающейся системе "вода - порода - газ - органические вещества" на каждом этапе катагенеза определяется строгим онтогенезом минеральных образований, трансформацией органических веществ и соответствующим геохимическим обликом воды.

Теоретически смоделирована схема техногенно-катагенных условий, существующих в СС "ВПГОВ" в условиях глубинного захоронения жидких радиоактивных отходов.

Теоретически обоснован литогидрогеохимический подход, учитывающий катагенную преобразованность осадочных отложений, для объяснения основных закономерностей гидрогеологии угольных бассейнов.

Защищаемые положения. 1. Обоснование обусловленности содержания и состава воднорастворенных органических веществ и микроэлементов (МЭ), закономерностей их рассеяния, концентрирования и участия в аутигеином мине-ралообразовании в различных зонах катагенеза динамичными катагенными преобразованиями в СС "ВПГОВ".

2. Гидрогеологические следствия катагенеза осадочных пород - основа литогидрогеохимического подхода в исследовании и установлении гидрогеологических закономерностей угольных бассейнов.

3. Геохимические особенности подземных вод Кузбасса позволяют положительно оценить псрсгтсктивы поисков залежей углеводородов в осадочных глубокозалегающих палеозойских отложениях.

4. Закономерности катагенного преобразования подземной гидросферы -основа оптимизации техногенных условий совместной эксплуатации систем водоснабжения и систем глубинного захоронения жидких радиоактивных отходов.

Научная проблема состоит в применении теоретического представления о СС "ВПГОВ" для эколого-экономического обоснования принятия практических решений при выработке стратегии природопользования в пределах территориальных комплексов.

Органическая гидрогеохимия угольных бассейнов, теоретически обоснованная в работе, вносит очевидный вклад в развитие теории формирования подземных вод, способствует повышению достоверности прогноза залежей горючих ископаемых, создает предпосылки развития физико-химических методов для оценки качества воды и новых технологий водоочистки, широко используется при решении вопросов экологической оптимизации геологической среды.

Практическая значимость работы и реализация результатов исследований состоит в том, что прикладные и методические разработки, вы-полнетше диссертантом, используются предприятиями геологической и жи-лищно-коммуналыюй отраслей (АО "Запсибгеология", "Томскнефтегаз-геология", ТГП "Томскинжкомсервис" и др.) при бурении и опробовании глубоких скважин, при оценке обводненности полезных ископаемых, ресурсов и качества подземных вод, при экологической оптимизации развития инженерной инфраструктуры территории, для совершенствования экологически приемлемых систем водопользования и способов кондиционирования состава воды.

Результаты исследования гидрогеологических условий разработки крупных угольных месторождений Кузнецкого и Канско-Ачинского бассейнов защищены в ГКЗ при СМ СССР (1972 и 1973 гг.) и используются в настоящее время при строительстве крупных карьеров на этих месторождениях.

Результаты изучения органических веществ и микроэлементов в подземных водах и водных экстрактах из пород, анализ порового пространства угленосных и магматических пород позволили выделить газоносные интервалы в геологическом разрезе Томской глубокой скважины.

Ряд теоретических положений и методических разработок диссертации использованы при чтении лекционных курсов "Водоснабжение", "Региональная гидрогеология" и "Рациональное использование и охрана природных вод" в Томских политехническом и инженерно-строительном институтах (университетах) и включены в учебник для вузов "Гидрогеология нефтегазоносных бассейнов" [Карцев, Вагин, Матусевич, 1986].

Исходные материалы и личный вклад в решение проблемы. Диссертационная работа основана на результатах теоретических, экспериментальных и полевых исследований автора на территории Кузнецкого, Канско-Ачинского и Горловского угольных бассейнов и Тимано-Печорского нефтегазоносного бассейна, начиная с 1969 г. Под руководством диссертанта с 1990 г. проводятся геоэкологические мониторинговые исследования состояния гидросферы на территории юго-восточного склона Западно-Сибирского мегабассейна.

Основные теоретические положения диссертации, методические и экспериментальные разработки выполнены, в основном, лично автором или при его участии в качестве ответственного исполнителя либо научного руководителя исследовательских работ, выполняемых по заданию ГКНТ СССР в Томском политехническом, Ухтинском индустриальном, Томском инженерно-строительном институтах (университетах), Государственном Институте проблем жилищно-коммунального хозяйства в районах Севера, Сибири и Дальнего Востока.

Проведено комплексное исследование более чем 1000 проб воды: проанализирован ионно-солевой состав, содержание ВРОВ, ВрРОВ, МЭ. В 65 пробах были изучены газовый, в 183 пробах - микробиологический составы, в 57 пробах был исследован химический состав поровых растворов, отжатых из угленосных образований при давлениях 100...300 МПа. Из 413 проб пород, углей и почв были сделаны водные экстракты с последующим изучением состава ВрРОВ, МЭ и ИСК. В 350 пробах пород, наряду с этим, одновременно исследовались поровое пространство, минералогический состав и выборочно поровые растворы.

В работе обобщены опубликованные и фондовые материалы по гидрогеологии, геологии, нефтегазоносносгги Кузнецкого, других угольных и нефтегазо-

носных бассейнов. С целью получения объективной и качественной информации об объектах окружающей среды под руководством диссертанта создан и аккредитован в Госстандарте РФ Центр химико-аналитических исследований.

Апробация работы. Основные практические результаты и теоретические положения диссертациотюй работы докладывались автором и обсуждались на семи региональных и Всесоюзных совещаниях по подземным водам Сибири и Дальнего Востока (1973, 1976, 1982, 1985, 1989, 1991, 1997); Всесоюзных совещаниях по проблеме поровых растворов в геологии (Минск, 1973; Киев,1974); Всесоюзном семинаре по результатам практического применения гидрогеохимических критериев для поисков залежей нефти и газа (Москва, 1977); Всесоюзном совещании по гидрогеохимическим методам исследований в целях поисков глубокозалегающих рудных месторождений (Томск, 1978); научно-практических конференциях, посвященных 50-летию нефтяной и газовой промышленности Коми АССР (Ухта, 1979) и памяти А.Я.Кремса (Ухта, 1980); первой Всесоюзной гидрогеологической конференции (Москва, 1980); четвертой годичной конференции Тюменского отделения ВМО АН СССР (Тюмень, 1983); третьем Всесоюзном симпозиуме по молекулярной жидкостной хроматографии (Рига, 1984); Всесоюзном совещании по гидрогеохимическим поискам месторождений полезных ископаемых (Томск, 1986); XXIX Всесоюзном гидрохимическом совещании (Ростов-на-Дону, 1987), региональных научно-практических конференциях "Проблемы экологии Томской области" (Томск, 1992, 1994), республиканской конференции "Многоцелевые гидрогеохимические исследования в связи с поисками полезных ископаемых и охраной подземных вод" (Томск, 1993), научно-практических семинарах секции жилищно-коммунального хозяйства Ассоциации Сибирских и Дальневосточных городов (1995,1996, 1997), 10-м совещании "Проблемы и перспективы развития Томского нефтехимического комбината" (Томск, 1996), на втором Сибирском совещании по климато-экологическому мониторингу (Томск, 1997), на 16 Межвузовской научно-технической конференции (Красноярск, 1998), годичных собраниях Жилищно-коммунальной Академии РФ (1994,1995, 1996, 1997, 1998).

Апробация на международном уровне прошла на восьмом Международном конгрессе по органической геохимии (Москва, 1977), на 27 сессии Международного геологического конгресса (Москва, 1984), Международной конференции "После холодной войны: разоружение, конверсия и безопасность" (Красноярск-Томск, 1994), Международной научно-технической конференции "Вода, которую мы пьем" (Москва, 1995), Международной конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды" (Томск, 1995), Международной конференции "Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека" (Томск, 1996), Международной конференции "Экологически чистые технологические процессы в решеиии проблем охраны

окружающей среды" (Иркутск, 1996), на Н-ом и Ш-ем Международном конгрессе "Вода: экология и технология" (Москва, 1996, 1998), Международном симпозиуме "Контроль и реабилитация окружающей среды" (Томск, 1998), I Международной научно-технической конференции "Экология человека и природы" (Иваново, 1997), Международной научно-практической конференции "Водоснабжение и водоотведение: качество, эффективность" (Кемерово, 1998).

Публикаиии. По теме диссертации опубликовано более 70 научных работ и две монографии (1985, в соавторстве с Г.М.Роговым, 1998, в соавторстве с Ю.Ю.Галямовым и А.Н.Шушариным).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения.

Введение

1. Гидрогеологические следствия катагенеза осадочных отложений

1.1. Общая направленность катагенных преобразований минеральных агрегатов и органических веществ пород и углей

1.2. Литогидрогеохимический подход в исследовшшях гидрогеологических закономерностей угольных бассейнов

2. Геохимия подземных вод осадочных отложений

2.1. Формирование основных типов подземных вод Кузбасса

2.2. Основные факторы преобразований органических веществ в подземных водах

2.3. Геохимические преобразования в саморазвивающейся системе "вода -порода - газ - органические вещества" на различных этапах катагенеза

3. Роль тектонического и геотермального факторов в формировании геохимического облика подземных вод

3.1. Взаимосвязь тектонических и геотермических условий Кузбасса и катагенеза угленосных отложений и их роль в формировании подземных вод

3.2. Геодинамика водонапорной системы Кузбасса|

4. Значение катагенных преобразований системы "вода - порода - газ - органические вещества" в экогидрогеохимических исследованиях и выработке стратегии природопользования

4.1 Геохимическая оценка глубоких горизонтов осадочных пород Кузбасса - составная часть стратегии экологической оптимизации геологической среды

4.2. Оптимизация водопользования в условиях техногенеза на примере совместной эксплуатации систем водоснабжения гг. Томска и Северска и систем захоронения жидких радиоактивных отходов Заключение Литература

Объем работы 262 страницы, в том числе 21 таблица, 62 рисунка и список из 268 библиографических источников.

В процессе многолетних исследований существенную помощь в организации и проведении полевых, экспериментальных, аналитических исследований и оформлении работы автору оказали преподаватели и сотрудники Томских политехнического и инженерно-строительного институтов, Ухтинского и Тюменского индустриальных институтов (университетов). Большую помощь в выполнении экспедиционных и тематических исследований диссертант получил со стороны сотрудников ПГО "Запсибгеология" и "Томскнефтегазгеологии", За-пСибНИГНИ, ИГиРГИ, СНИИГГ и МС, МГРУ, ИЗК СО РАН в лице С.С.Коган, Г.А.Плевако, Н.М.Рассказова, Р.Г.Прокофьевой, А.В.Рылысова, А.З.Юзвицкого, С.А.Кашика, Е.В.Пиннекера, П.А.Удодова, С.Л.Шварцева, В.М.Швеца, В.П.Дегтярева, Э.М.Паха, О.А.Постниковой. Диссертант признателен всем вышеперечисленным лицам. Автор считает приятным долгом выразить глубокую благодарность научному консультанту д.г.-м.н., проф. В.М. Матусевичу и д.г.-м.н., проф. Г.М.Рогову.

Основное содержание работы

Диссертационная работа открывается анализом причин, факторов и условий геохимических преобразований, обусловивших гидрогеологические следствия в СС "ВПГОВ" на различных этапах катагенеза.

В первой главе центральными вопросами являются: анализ преобразований минеральных агрегатов и органических веществ пород и углей; характеристика состава, структуры и динамики развития СС "ВПГОВ", обоснование ли-тогидрогеохимического подхода в исследованиях гидрогеологических закономерностей угольных бассейнов.

Проблема изучения формирования подземных вод и месторождений осадочных полезных ископаемых тесно связана с геохимической эволюцией минералогического и органического вещества в процессе катагенеза осадочной оболочки Земли. По Н.Б.Вассоевичу (1962),катагенез следует за диагенезом и предшествует метаморфизму горных пород. Это длительная стадия химико-минералогической трансформации осадочных пород и органических веществ, которая характеризуется величайшими масштабами взаимодействия продуктов преобразования осадочной оболочки.

Литогенная эволюция органических веществ и минеральных соединений достаточно полно к настоящему времени прослежена и освещена в работах Ф.А.Алексеева, И.И.Аммосова, Н.Б.Вассоевича, А.В.Вана, И.Д.Зхуса. Н.А.Еременко, А.Э.Конторовича, А.А.Карцева, А.В.Копелиовича,

А.Г.Коссовской, Н.В.Логвиненко, С.И.Малинина, И.И.Нестерова, С.Г.Неручева, Г.Н.Перозно, О.А.Радченко, К.Ф.Родионовой, А.Б.Рухина, Н.М.Страхова, Б.Тиссо, А.А.Трофимука, В.А.Успенского, К.А.Черникова, Д.Н.Ханта, В.Н.Холодова, Э.Т.Дегенса и др.

Важнейшим выводом, к которому приводит анализ этих работ - непрерывность и саморазвитие процессов катагенеза, протекающих в условиях постепенного возрастания температур и давления в течение продолжительного геологического времени. В основе главных циклов круговорота вещества в литосфере: выветривания и седиментации, литогенных и антропогенных преобразований земной коры лежит взаимодействие минералов - элементарных частиц любого геологического тела и водных растворов. Правомерно говорить о существовании саморазвивающейся, самоорганизующейся системы "вода - порода -газ - органические вещества". В связи с этим анализ эволюции такой системы следует начинать с изучения направленности необратимых и непрерывных закономерностей изменения ее элементов, в первую очередь катагенных преобразований минеральных агрегатов и органических веществ, их взаимосвязи на различных этапах катагенеза с подземными водами.

Вопросы геологического строения, стратиграфии и условий образования отложений, тектонического развития Кузнецкого бассейна детально освещены в литературе. Анализ этих работ позволяет выделить особенности его современного структурно-тектонического положения [1].

Осадочные и магматические породы Кузбасса разделяются по степени дислоцированности на три структурных этажа. Нижний, наиболее дислоцированный, структурный этаж включает породы кембрия, силура, девона и нижнего карбона. Средний этаж слагают угленосные отложения карбона и перми (ба-лахонская и кольчугинская серии), верхний - мезозойские, преимущественно юрские и рыхлые четвертичные образования.

В результате формирования Кузнецкого угольного бассейна в условиях непрерывного уплотнения пород и интенсивного бокового сжатия все слагающие его лагунно-континентальные толщи пермско-карбоновых и мезозойских отложений претерпели различные катагенные преобразования.

При анализе катагенных изменений горных пород и углей Кузбасса используются терминология и аббревиатура, разработанные С.Г.Неручевым, Н.Б.Лопатиным (1976).

Катагенные преобразования юрских и палеозойских отложений достаточно полно освещены в работах А.В.Вана (1967), В.В.Воронцова и С.А.Топорец (1968), В.Е.Ольховатенко (1967) и др.

Направленность катагенных преобразований в процессе аутогенного ми-нералообразования юрских и палеозойских образований обусловлена физико-химическими и термобарическими условиями их залегания в осадочной толще.

Изучение литогеохимических обстановок от первых и до последних этапов катагенеза позволяет установить интенсивное растворение первичных зерен минералов с последующим вторичным минералообразованием. Обломки породообразующих минералов замещаются вторичными карбонатами, кварцем, гидрослюдами и т.д. Каолинит, широко представленный в глинистой фракции пород и цемента на этапах ПК - МК2, исчезает на более поздних этапах катагенеза, переходя в гидрослюду, серицит и гидромусковит. К этапам МКг - МК3 полностью заканчивается разложение темноцветных минералов. На поздних этапах МК* -МК5 и в апокатагенезе образуются диккит, гидрослюда, глауконит, хлориты, гематит, сидерит, доломит, мусковит и др. минералы.

В породах широко развиты новообразования в прожилках. В протоката-генезс распространены карбонатные образования, которые постепенно исчезают в мезокатагенезе. В мезокатагенезе зарождаются кварцевые и альбитовые образования, господствующие в апокатагенезе. На этой подстадии катагенеза формируется в прожилках магнезиальный хлорит.

Обобщая вышесказанное, отметим, что вторичное минералообразование на ранних этапах катагенеза отражает первоначальные условия образования осадочных пород, на более поздних - катагепные условия эволюции системы "ВПГОВ".

Органические вещества (ОВ) осадочных пород на последовательных этапах катагенеза также активно трансформируются. Основные закономерности их преобразования детально освещены в работах советских и зарубежных авторов. Ими сделана балансовая оценка всех продуктов генерации катагенного преобразования ОВ - от высокомолекулярных углеводородов до газов, выдвинута концепция" осадочно-миграционного происхождения нефти и газа" из биоорганического вещества [Вассоевич, 1967, 1978]. Примечательным достижением в разработке этой теории является выделение главных фаз и зон нефте- и газообразования, которые приурочены к мезокатагенезу.

В протокатагенезе происходит подготовка ОВ к более поздним катаген-ным преобразованиям. В гумусовом ОВ начинает складываться трехмерная, близкая к кристаллической, решетка, построенная полициклическими ароматическими блоками и группами блоков. При этом в большом количестве выделяется метан. В сапропелевом ОВ на базе алифатических предельных и непредельных звеньев возникают полимеризаты сложного строения, содержащие разнообразные гетероциклические группировки, совершенствуется гидроароматическая структура вследствие удаления гетероатомов концевых и боковых групп [Вассоевич, 1967, 1976 и др.].

С этапом мезокатагенеза связана интенсивная трансформация ОВ, следствием которой является "битуминизация", которая, по мнению Н.Б.Вассоевича и др. (1976), обусловлена разрушением старой структуры ОВ и удалением тех

ее элементов, которые не удовлетворяют новым термобарическим условиям. Наибольшей перестройке подвергается сапропелевое ОВ, наименьшей - гумусовое.

На более поздних этапах катагенеза, когда происходит затухание нефте-образования, катагенные преобразования ОВ приводят к тому, что связь формирующихся жидких углеводородов с исходным ОВ проявляется очень слабо.

Описанная направленность катагенных преобразований минеральных и органических веществ юрских и палеозойских отложений и их геохимические особенности обусловлены физико-химическими и термобарическими условиями взаимодействия вод и пород в осадочной толще. Изучение и анализ этих условий позволяют с наибольшей достоверностью воссоздать геохимический облик подземных вод той среды, в которой протекала и протекает каждая из породообразующих стадий, объяснить аутигенно- минералогическую зональность пород, выявить гидрогеологические следствия катагенеза осадочных пород.

В работе рассмотрены структурные преобразования, обусловленные полиморфизмом воды, последовательно происходящие в воде с изменением температуры, которые определяют направленность реакций, смену типов и изменение состава органоминеральных комплексов и соединений металлов, диссоциацию электролитов, характер и ход взаимодействия подземных вод с вмещающей средой, условия нефтегазообразования. Это указывает на необходимость углубления исследований в рамках нового развивающегося раздела - физики воды.

Изложенные данные по катагенным преобразованиям минеральных и органических веществ позволяют выделить своеобразную геохимическую зону, охватывающую ддиннопламенную, газовую и жирную стадии метаморфизма углей при нормальном развитии осадочного бассейна. Для этой зоны характерны следующие особенности.

Во-первых, в этой зоне существуют щелочные условия, о чем свидетельствует образование анальцима. На предшествующих и последующих этапах катагенеза - кислые, для которых характерны ассоциации вторичных минералов, формирующихся в этих условиях. Изменение рН в вертикальном разрезе зоны катагенеза свидетельствует либо об интенсивности водообмена, либо о степени закрытости системы.

Во-вторых, для образования гидрослюд, глауконитов, гематитов, сидеритов, доломитов и других вторичных минералов, которые замещают первичные алюмосиликагные минералы, каолинит и монтмориллонит, необходимо наличие в растворе достаточных количеств калия, магния и других тяжелых металлов. Эти элементы поступают в раствор в процессе гидролиза алюмосиликат-ных минералов в условиях повышенных температур и давлений. В работе рассмотрены основные процессы взаимодействия алюмосиликатов с водными рас-

творами: ионный обмен, кислотное декатионирование и деалюминирование. Процессы кислотного декатионирования широко распространены в природе. На это указывает отклонение от стехиометрии минералов, выраженное в дефиците катионов.

В-третьих, эта зона характеризуется интенсивной трансформацией органического вещества, максимальной скоростью новообразования и массовой миграцией углеводородных и не углеводородных соединений.

И, в-четвертых, она сопровождается дегидратацией разбухающих глинистых минералов и снижением сорбционной емкости минеральных и органических веществ.

Таким образом, в выделенной зоне протекает глубокая структурно- химическая трансформация органических и минеральных веществ за счет их внутренних источников. На этом пространственно-временном этапе происходит максимальное обогащение подземных вод микроэлементами и водорастворен-ными органическими веществами.

В многокомпонентной трехфазной (вода-газ-порода) системе химические и микробиологические процессы протекают в условиях взаимосвязи, взаимодействия, взаимообусловлешюсти. Любое внешнее или внутреннее изменение вызывает динамику существующего состояния (которое можно считать состоянием неустойчивого равновесия), и система стремится перейти в новое состояние, что сопровождается повышением скоростей тех или иных процессов. Такт,« образом, можно говорить о самоорганизации, саморегулировании, саморазвитии системы "ВПГОВ".

При проведении системного анализа гидрогеологических следствий катагенеза выделена особая геохимическая роль глинистых минералов. С одной стороны, динамика геохимических процессов катагенеза, масштабы миграции углеводородов и химический состав образующихся продуктов катагенного преобразования органических и минеральных веществ во многом определяются глинистыми породами. С другой стороны, глины являются генерирующей средой, оказывающей влияние на геохимический облик подземных вод, залегающих в зоне катагенеза.

Обязательным условием катагенеза является первичная миграция углеводородов и других химических соединений (СОг, НгБ, №Ь и др.). Основной формой миграции битумоидов и углеводородных газов являются истинные и коллоидные растворы, а также эмульсии [Конторович, Трофимук, 1976; Хант, 1982]. Важное значение для первичной миграции имеет дегидратация глинистых минералов, которая проявляется в начале среднего мезокатагенеза. Объем воды, выделяющейся при дегидратации, может составить 5... 10% от всего объема породы [Карцев, Вагин, Басков, 1969; Хант, 1982]. Это приводит к изменению гидрогеохимических режимов и разбавлению водных растворов, находя-

щихся в пластах - коллекторах на глубинах от 800 до 3000 м и более [Назаров, 1982, Ежов, 1978; Глотов, Иванов, 1982]. В связи с этим в нефтегазоносных бассейнах (Западно-Сибирский, бассейны Средней Азии и Северо-востока России и др.) возникает и существует своеобразная инверсия гидрогеохимической зональности, являющейся гидрогеологическим следствием развития катагенеза осадочных пород.

Характерной особенностью первых этапов катагенеза угленосных отложений является образование глинистых минералов. В дальнейшем, на последующих этапах мезокатагенеза и в апокатагенезе, происходит хлоритизация и гидрослюдитизация глинистых минералов, гидролиз полевых шпатов с образованием мусковита и кварца. На всех этапах, в большей мере на последних, происходит потеря воды в минералах за счет ее ионного разложения. Силикатная щелочность связывается эпидотом, цоизитом, мусковитом и другими новообра-зующимися минералами, способствуя созданию кислой среды газоводных растворов в зоне апокатагенеза. При этом одновременно происходит образование кремнистого цемента, обусловливая указанные гидрогеологические следствия катагенеза осадочных пород.

Значительный интерес для региональной гидрогеологии представляет ка-тагенная трансформация глинистых минералов с позиции гидродинамики газоводных растворов. Глинистые минералы на начальных этапах катагенеза играют роль флюидоупоров. В процессе катагенеза они за счет формирования вторичной пористости переходят в свою противоположность и становятся коллекторами. Изменение фильтрационных свойств находит свое отражение в геологическом круговороте воды в земной коре, онтогенезе и миграции углеводородов.

Следующим важным гидрогеологическим следствием катагенеза осадочных пород является образование и существование зоны карбонатной цементации пород, которая характерна для нормально развивающегося бассейна. В бассейнах, испытавших инверсионное развитие, каким является Кузбасс, развита также и зона вторичной карбонатной цементации, распространенная с глубин 100...150 м до 1000...1500 м и совпадающая с интервалом развития карбонатной цементации для нормально развивающихся осадочных бассейнов.

В этой геохимической зоне накопление кальция в подземных водах при растворении породообразующих минералов приводит к тому, что карбонатио-кальциевое равновесие достигает и сохраняет состояние устойчивого насыщения, и кальций осаждается в коллекторах в форме карбонатных солей, формируя зону карбонатной цементации.

Следует в этой связи остановиться на роли зоны вторичной карбонатной цементации пород Кузбасса. Карбонаты заполняют поры не только образовавшиеся в процессе катагенеза, но и вторичную пористость (трещиноватость),

сформированную на последних этапах катагенеза и в результате развития реологических процессов в массивах пород, выведенных в зону рассматриваемых глубин с более глубокозалегающих горизонтов.

Широкое развитие процессов образования и миграции жидких и газообразных продуктов в результате катагенной эволюции системы "ВПГОВ" приводит к увеличению внутрипорового давления в пластах. Изменение давления в порах, с одной стороны, активизирует в зоне катагенеза физические, химические и биологические процессы взаимодействия водных растворов с минеральными и органическими веществами, с другой стороны - гидроразрывы придают неравновесность системе "ВПГОВ".

Необходимость комплексного рассмотрения сложных геохимических явлений и процессов, протекающих в природе, потребовала применить синтез двух геологических наук: литологии и гидрогеохимии. Это послужило причиной литогидрогеохнмического подхода в исследованиях гидрогеологических закономерностей угольных бассейнов.

В основе литогидрогеохнмического подхода заложены два принципа:

- все взаимодействия в рамках СС "ВПГОВ" рассматривать с учетом главной системной особенности - эмерджетности;

- гидрогеологическая сущность явлений, определяемая пространственной позицией геологических формаций и комплексов, должна описываться на уровнях породы, минерала и элемента.

Литогидрогеохимический подход имеет научное значение: в области теоретической литологии - обоснование границ стадий катагенеза, анализ природы катагенных процессов и т.д.; в области реконструкции палеогидрогеологиче-ской обстановки и палеогеотермии на основе информации о составе и свойствах катагенной минерализации; в области геохимии минералов и учения о полезных ископаемых. Несомненна и практическая значимость в области экологической оптимизации объектов геологической среды в связи с решением проблем поисков месторождений полезных ископаемых, подземного захоронения промышленных отходов, хозяйственно-питьевого водоснабжения и т.д.

Вторая глава посвящена геохимии подземных вод осадочных отложений юго-восточного обрамления Западно-Сибирского мегабассейна. Основное внимание уделяется обобщению и анализу результатов исследования содержания и состава органических веществ подземных вод, закономерностям рассеяния и концентрирования ВРОВ, как основы проблемы состояния и эволюции подземной гидросферы, а также геохимическим преобразованиям в породах и водах на различных этапах катагенеза. Несмотря на то, что этим вопросам посвящено немало исследований, публикаций, до сих пор имеется много нерешенных проблем при изучении формирования и эволюции органических веществ в подземных водах.

Решение этих проблем особенно актуально для разработки стратегии экологической оптимизации окружающей среды в целях улучшения систем жизнеобеспечения. Детальный анализ и обобщение геолого-геохимической информации, накопленной за длительный период исследований Кузбасса, позволили теоретически обосновать и развить представления об органической геохимии угольных бассейнов как составной части теории формирования и эволюции подземных вод.

Рассматривая гидрогеологическое районирование Кузнецкого угольного бассейна с окаймляющими его горными сооружениями в соответствии с классификацией гидрогеологических структур, предложенной в работах Г.М. Рогова (1980), Г.М. Рогова и В.К. Попова (1985), следует отметить, что он представляет межгорный артезианский бассейн древней Саяно-Алтайской гидрогеологической складчатой области площадью более 50 тыс. кв. км.

Описание гидрогеологических условий и особенностей формирования основных типов подземных вод Кузнецкой водонапорной системы рассмотрено в нашей работе (I].

В пределах угольных бассейнов и окружающих горных сооружений распространены все генетические типы подземных вод с подавляющим преобладанием инфильтрационных вод.

Химический состав, преимущественно гидрокарбонатных кальциевых подземных вод зоны интенсивного водообмена, формируется в окислительной обстановке под влиянием гидролиза алюмосшшкатных и растворения карбонатных минералов при активном участии водорастворенных продуктов преобразования органических веществ и пород.

В подземных водах зоны замедленного водообмена • карбонатно-кальциевое равновесие достигает и сохраняет состояние устойчивого насыщения. В результате кальций осаждается в порах и трещинах пород в виде карбонатных соединений. Кристаллизация солей не только определяет возможность существования гидролиза алюмосшшкатных минералов и формирование гидрокарбонатных натриевых вод, но и ухудшает фильтрационные и емкостные свойства пород зоны замедленного водообмена, образуя зону вторичной карбонатной цементации. Последняя играет роль регионального водоупора и характерна для многих осадочных бассейнов.

Хлоридные натриевые воды с метаном и углекислым газами и минерализацией до 35 г/л и более распространены в зоне весьма замедленного водообмена во всех структурах Кузбасса. В зависимости от степени их промытости воды залегают ниже глубин 200...500 м. По условиям формирования это преимущественно смешанные инфильтрационные и седиментационные метаморфизован-ные воды.

Важный отпечаток на формирование подземных вод накладывают гидрогеологические следствия развития процессов катагенеза отложений Кузбасса, которые рассмотрены в предыдущей главе. Главным источником химической энергии анаэробных процессов в этой зоне, в отличие от зоны интенсивного водообмена, являются органические вещества, с участием которых происходят биохимические реакции с выделением углекислоты, метана, сероводорода. Генерируемая СОг реагирует с алюмосиликатными минералами и ускоряет их гидролитическое разложение, сопровождающееся переходом в раствор при температурах до 100...150° С и выше катионов натрия, кальция, магния и других химических элементов. Существование гидролиза алюмосиликатных и карбонатных минералов, гидролитической полимеризации и комплексообразова-ния неорганических и органических веществ подземных вод обязапо образованию в больших масштабах вторичных глинистых, силикатных и других минералов.

Углекислые подземные воды хлоридного, натриевого и другого составов Кузнецкой водонапорной системы, залегающие на глубинах более 3,0...6,0 км и имеющие температуру от 100 до 125° С, находящиеся под давлением до 300...400 атм и выше, представляют собой не только углекислые минеральные воды, но и гидротермальные растворы, которые разгружаются в вышележащие горизонты и па поверхность по глубинным разломам. Более детально этот вопрос освещен в главе 3.

В работе рассмотрено карбонатное равновесие и результаты его динамики для различных зон водообмена.

Автор придерживается классификации факторов и процессов, формирующих состав подземных вод, предложенной Е.В.Пиннекером (1979). В историческом плане в нормально развивающемся осадочном бассейне факторы обогащения и миграции микроэлементов и органических веществ в водах можно разделить на первичные и вторичные [Матусевич, 1976; Матусевич, Попов, 1978; Барс, 1987].

Первичные (региональные) факторы миграции МЭ и ОВ в подземных водах - это отражение геохимических процессов на различных последовательных стадиях литогенеза осадочных толщ бассейна, проявившихся в гидрогеологических следствиях катагенеза и рассмотренных в первой главе.

Вторичные (локальные) факторы обусловлены геохимическими процессами накопления, рассеяния и миграции МЭ и ВРОВ после сформирования залежей горючих ископаемых. Важнейшим результатом протекающего при этом массопереноса в системе "залежь-порода-вода" следует считать формирование зон восстановления, водных ореолов МЭ и ВРОВ, которые довольно отчетливо фиксируются вблизи залежей горючих ископаемых по соотношению аутиген-но-минералогических форм железа и серы, рН, ОВ и других показателей. Этим

обуславливается возможность детальной оценки перспектив нефтегазоносное™ [Матусевич, 1976; Матусевич, Попов, 1978].

Начальный и средний мезокатагенез, т. е. Д, Г, Ж стадии метаморфизма углей, соответствующие положению главной фазы нефтеобразования, характеризуется глубокой структурно-химической трансформацией органических и минеральных веществ пород и выделяется как гидрогеохимическая зона максимального обогащения подземных вод МЭ и ВРОВ. Воднорастворенные органические вещества представлены соединениями с чрезвычайно сложной структурой. В ходе экспериментов и лабораторных исследований в подземных водах и экстрактах из пород и углей обнаружены карбоновые кислоты, углеводороды жирного и ароматического рядов, спирты, фенолы, сложные эфиры, гетероциклические соединения, амины, аминокислоты, сера- и кремнийорганические соединения, углеводы и т.д. [1,2,14,30,33 и др.]. В работе представлена классификация ВРОВ. Органические вещества принимают активное участие в миграции микроэлементов, образуя, в основном, элементоорганические комплексы, которые способствуют стабилизации микроэлементов в растворах. Наличие элемен-тоорганических соединений доказано с помощью режимных и экспериментальных исследований, математического моделирования.

В целом же, как показывает анализ распределения ВРОВ в подземных водах зоны интенсивного водообмена угленосных отложений (второй, третий и четвертый водоносные комплексы), содержание их уменьшается по мере метаморфизма углей и РОВ пород, за исключением стадий Д, Г и Ж [2,12,38]. Концентрация (средние значения в мг/л) Сорг составляет от 22,4 в подземных водах угленосных отложений, находящихся на буроугольно-длиннопламенной стадии метаморфизма, до 5,5 в подземных водах пород, вмещающих коксовые угли, жирных кислот "прямой метод" - от 11,0 до 4,1, гуминовых кислот - от 9,6 до 2,1, фульвокислот - от 8,95 до 3,8.; иодатная окисляемость - соответственно от 4,76 до 1,0.

На общем фоне уменьшения содержания ВРОВ максимальные их концентрации соответствуют интервалу от длиннопламенной до жирной стадии углефикации. На стадии Д характерны наибольшие концентрации (мг/л): Сорг -38,6; жирные кислоты "прямой метод" - 15,3; йодатная окисляемость - 5,2.

Исследования содержания ВРОВ в кислой (жирные кислоты, летучие с водяным паром), нейтральной и щелочной средах (Сорг) показали, что с увели-чешем степени катагенного преобразования РОВ и углей увеличивается содержание органических веществ нейтральной среды (мг/л) от 0,8 (стадия Б-Д) до 8,7 (стадия Г-Ж) и 6,1 (стадия К) и щелочной среды до 2,9 (стадия Г-Ж) и 2,6 (стадия К). На стадии Б-Д Сорг щелочной среды в подземных водах не обнаружено. Концентрация жирных кислот, летучих с водяным паром, уменьшается от 15,9 на стадии Б-Д до 13,7 мг/л на стадии К с максимальным содержанием 21,3

мг/л на длиннопламенной стадии метаморфизма углей. Отношение содержания жирных кислот, летучих с водяным паром, к Сорг нейтральной среды уменьшается от 17,6 (стадии Б-Д) до 2,2 (стадия К). Рассмотренное распределение концентраций ВРОВ обусловлено влиянием характера катагенного преобразования ОВ углей и пород.

Таким образом, активное перераспределение вещества в системе "газоводные растворы - минеральные и органические вещества пород" осуществляется при катагенезе осадочных отложений, что детально рассмотрено в главе 1.

В качестве иллюстрации этого вывода рассмотрим таблицу 1. Здесь показана взаимосвязь микроэлементного состава проб подземной воды и вытяжек из пород и углей со степенью катагенной преобразованности последних. Отметим, что преобладающей формой существования МЭ здесь являются органо- минеральные комплексы.

Из сказанного следует, что определение истинных концентраций тяжелых металлов требует предварительного разрушения комплексов с последующим анализом соединений металлов. Именно существование Ре, Мл и других элементов в виде органо-минеральных комплексов вызывает наибольшие затруд-иепия при водоподготовке. Традиционные методы (аэрировать, фильтрование, коагуляция) малоэффективны в этих условиях. Созданные в работе подходы позволили по-новому взглянуть на способы кондиционирования состава воды для питьевых нужд и очистки стоков. Разработанные способы пробоподготовки и нетрадиционные методы (многоступенчатое озонирование, электрофизические и другие методы улучшения состава воды) отражены в наших работах [10, И, 51,54,56, 61,62, 63,64 и др.].

Важным выводом из всего сказанного является то, что формирование гидрогеохимической зоны максимального обогащения МЭ и ВРОВ в мезоката-генезе (МК1 - МКэ) является, как и нефтегазоносность, закономерным следствием эволюции осадочного бассейна.

В целом полученные в главе выводы позволяют более объективно и содержательно оценить обстановку формирования различных типов подземных вод, их динамическую и геохимическую зональность, вопросы оптимизации водопользования.

В третьей главе рассматривается роль взаимосвязи катагенеза угленосных отложений, тектонической активности и геотермических условий в геохимических преобразованиях, саморазвитии и самоорганизации системы "ВПГОВ".

Тектонический фактор представляет большой практический интерес как с позиций закономерностей обводнения зон разрывных нарушений, так и геохимических особенностей подземных вод в пределах водонапорной системы.

Таблица 1

Средние содержания микроэлементов в подземных водах и водных вытяжках из пород и углей в зависимости от степени катагенной преобразованности отложений

Стадии Вид водной пробы Микроэлементы, мкг/л

метаморфизма

углей Мп Ъп Аё Си Т1 Сг РЬ Ва Со №

Подземные воды 37,8 97,8 0,4 0,7 4,5 0,9 1,1 9,4 . од

Б-Д Вытяжки из пород 107,3 22,9 0,6 3,8 122,9 75,2 3,0 31,1 10,5 9,1

Вытяжки из углей 114,3 11,4 0,3 2,3 5,7 - 1,1 8,0 - 34,3

Подземные воды 50,9 117,2 0,6 1,5 10,0 6,0 2,6 11.7 1,0 1,6

д Вытяжки из пород 73,3 17,8 1,0 5,2 202,6 241,3 2,2 17,4 13,4 16,5

Вытяжки из углей 38,1 277,0 0,5 78,7 2,31 0,7 3,9 8,4 - 1,7

Подземные воды 4,9 58,5 0,2 2,0 6,4 23,3 4,3 33,5 1,0

г-ж Вытяжки из пород 55,1 19,0 0,5 2,6 52,2 1,3 6,3 33,4 13,9 8,6

Вытяжки из углей 90,1 34,6 0,4 3,7 3,5 - 4,6 27,3 - 3,4

V Подземные воды 31,6 47,8 0,2 1,2 3,4 9,9 М 6,9 4,2 3,9

Л. Вытяжки из углей 51,7 31,4 0,3 2,6 8,2 1,1 4,4 11,5 7,4 1,9

По зонам тектонических нарушений осуществляется гидравлическая взаимосвязь между различными гидрогеохимическими зонами. Анализ и интерпретация материалов исследований показывают, что окраины Кузбасса характеризуются своеобразными гидрогеохимическими условиями. В пределах этих областей зоны разрывных нарушений часто выполнены кальцитом, иногда с сульфидной минерализацией, с битумами. Около источников наблюдаются отложения известковых туфов, содержащих марганец -более 1.0, хром - до 0.01, медь - до 0.01, кобальт-до 0.01% [1,16].

Территории восточной окраины Кузнецкого бассейна и юго-восточной части Томской области представляют крупную провинцию развития углекислых термальных подземных вод, разгружающихся по крупным тектоническим нарушениям. Здесь широко развиты магматические образования (дайки диабазов, сиплы базальтов и др.), которые, в совокупности с тектоникой, обусловили повышенные геотермические условия и особую гидрогеохимическую обстановку. В рассматриваемой области широко представлены продукты гидротермальных процессов, которые действуют и в настоящее время. В этой связи она перспективна на различную рудную минерализацию, часть из которой уже в настоящее время открыта: сульфидная, ртутная, медная, давсонитовая и др.

В центральных частях Кузбасса по зонам крупных разрывных нарушений (Виноградовский, Соколовский взбросы и др.) также происходит разгрузка глубинных подземных вод. Об этом свидетельствуют наличие на глубинах 50...100м минерализованных метановых щелочных вод на Грамотеинском участке, вскрытие термальных вод на глубине 600...700м в д.Уроп. Очень интересным является факт распространения хлоридных вод в Бунгарпской депрессии, в частности, в устьевой части долины р.Бунгарап, прилегающей к р.Томь. Здесь также происходит возможная разгрузка глубинных подземных вод по зонам разрывных нарушений.

В настоящее время геотермические условия бассейна достаточно полно освещены в работах многих исследователей [Геология...., 1969, Гидрогеология...., 1972, Газоносность...., 1979 и др.].

Приведенный в работе материал по геотермическим условиям бассейна поднимает вопрос об источниках тепловой энергии, в первую очередь, об энергетике осадочных пород в зоне катагенеза. Проблема лнтогенных источников внутриземного тепла впервые поставлена в работах П.П.Тимофеева и А.В.Щербакова (1978, 1979). В целом физико-геологические основы теории генерации тепла при катагенезе глинистых осадков за счет аккумулированной или солнечной энергии изложены в работах П.Ф.Швецова (1971, 1973, 1981), Л.А.Назаркиной (1979) и др. В своих работах П.Ф.Швецов (1971, 1981) делает, на примере ряда бассейнов, выводы о том, что при уплотнении и литификации глинистых осадков под давлением вышележащих слоев происходит выделение

значительного количества литогенного тепла, нефтеобразование в субакваль-ных мощных толщах идет одновременно с необходимым для этого биогеохимического процесса интенсивным теплообразованием.

В этой связи нам представляется необходимым с гидрогеохимических позиций подойти к вопросу литогенного теплообразования в зоне катагенеза.

При анализе гидрогеологических следствий катагенеза осадочных пород, как уже было показано, особый интерес привлекает мезокатагенез (МКГМК3). Это своеобразный природный "термический котел", в котором в интервале температур от 80 до 160°С происходят глубокие преобразования минеральных и органических веществ при активном участии водных растворов.

При изучении физико-химических условий рассматриваемой зоны катагенеза встает вопрос об источнике кислорода, необходимого для окисления органических веществ, например, по реакциям:

СН, + 20 —► Н20 + СН20 НСОз' (3.1)

-Н2Б

СИ) + 40-» С02 + Н20 (3.2)

На наш взгляд, важную роль в рассматриваемых физико-химических процессах играет кремнезем. Особое внимание привлекает тот факт, что в подземных водах нефтегазоносных бассейнов, контактирующих с нефтяными месторождениями, наблюдается резкий дефицит кремнезема, а вмещающие породы подвергаются окварцеванию. При региональном катагенезе пермских и каменноугольных отложений Кузбасса вторичный кварц появляется с этапом МК1-МК2 и широко развит для более поздних этапов катагенеза: [ БЮ4 )4 „ — п БЮ2 + 2п О2' (3.3)

Так как одновременное протекание реакций 3.1-3.3 происходит с участием общего элемента - кислорода, и его выделение по реакции 3.3 способствует окислению РОВ (уравнение 3.1, 3.2), то можно говорить о сопряженных реакциях, когда существует взаимообусловленность превращений в минеральных и органических веществах.

Для описываемых условий катагенеза выступак, , гац главный фактор, процессы взаимодействия углеводородов и силикатов. В геохимии нефти и газа достаточно полно показано, что при термокаталитической деструкции органического вещества велика роль минеральных катализаторов, активность которых обусловлена присутствием ионов алюминия, железа, кремнезема, кислым характером межслоевой воды в минералах [Хант, 1982; Тихомиров, 1978; Дини-сенко, 1974 и др.].

С энергетической точки зрения возможность реакций взаимодействия углеводородов с силикатами обусловлена тем, что энергия разрыва связей БьО и О-Н соответственно равна 224 и 462 кДж/моль и эквивалентна энергетическому

24

уровню преобразования углеводородов: СН3—Н (453 кДж/моль), С2Н5—Н (407.4 кДж/моль), СН3—Я (252 кДж/моль).

Физико-химический анализ показывает, что между углеводородами и породообразующими силикатами самопроизвольно протекают реакции, сопровождающиеся выделением тепла в пределах 4804,8 кДж/моль, по типу:

2[ЗЮ4]4" + СН4 -* 2БЮ2 + 2Н20 + С02 При осуществлении таких реакций интенсивно выносится кислород до 10...20%. Одна тонна углеводородов может преобразовать около Юм3 горных пород [Динисенко, 1974]. Благодаря этому на путях миграции углеводородов происходит обеление пород, встречаемых в Кузбассе.

Свежеосажденный кремнезем легко взаимодействует с водными растворами гидроксидов щелочных металлов с образованием вторичных силикатов на поздних этапах катагенеза.

В лабораторных условиях в подземных водах и водных экстрактах из углей и пород с помощью ИК-спектров установлено наличие кремнийорганиче-ских соединений, подтверждающее возможность существования описанных реакций.

Таким образом, с гидрогеологических позиций, одним из источников ли-тогенного тепла в зоне катагенеза являются физико-химические процессы взаимодействия углеводородов с силикатами. В этой связи становится понятным глубокая геохимическая катагенная преобразованность осадочных пород, богатых кислородосодержащими минералами и выступающих геохимическим барьером для углеводородных газов, начиная с СН4, нафтеновых, жирных и других органических кислот, фенолов, бензола и прочих растворенных в воде углеводородов. 1

Высказанная концепция о литогенном источнике тепла позволяет выделить еще ряд гидрогеологических следствий развития катагенеза осадочных пород.

Процессы взаимодействия углеводородов с силикатами более активно протекают в глинистых породах, разогревая их относительно коллекторов (песчаников). При движении водных растворов из глин в коллекторе, в последнем происходит смена термобарических условий с высокого уровня на более низкий, способствуя нефтегазообразованию.

Анализ гидрогеологических следствий свидетельствует о том, что ката-генные преобразования осуществляются, в основном, за счет внутренних материальных ресурсов и энергии.

Глубокая геохимическая преобразованность осадочных пород в зоне катагенеза при взаимодействии углеводородов и силикатов и ее гидрогеологические следствия делают теоретически и практически возможными поиски зале-

жен горючих ископаемых по воднорастворимым минеральным и органическим веществам.

Таким образом, в условиях большой насыщенности терригешшх отложений Кузбасса органическим веществом (до 4...5%) и залегания их на значительных глубинах, в зоне высоких температур и давлений, при наличии слабо минерализованных хлоридных натриевых вод и резко восстановительной обстановке создаются благоприятные условия для нефтегазообразования, миграции и накопления углеводородов в ловушках различного, типа. С другой стороны, в областях, прилегающих к окружающим горноскладчатым сооружениям, происходит разгрузка термальных углекислых вод, которые следует рассматривать как крупные очаги разгрузки глубинных вод артезианского бассейна, представляющие собой гидротермальные растворы и минеральные лечебные воды.

В работе проанализированы палеогидрогеологические условия развития бассейна.

В целом, геодинамические условия формирования структур Кузнецкого угольного бассейна рассмотрены в работах И.П.Жингеля (1983), А.З.Юзвицкого (1982, 1987), А.И.Сажина и др. (1984) и других, которые обращают внимание на обширную область разноориенгированной пересекающейся складчатости. Для нее характерно отсутствие господствующего простирания пород, причудливый и извилистый характер геологических границ и брахи-формный характер складок.

Рассматривая формирование Кузбасса в едином целом с Сибирью, следует отметить, что к началу рифея Западная Сибирь представляла узкую (до 600 км) полосу северо-западного простирания между Сибирским и ВосточноЕвропейским кратонами, которые были подвернуты относительно друг друга на угол около 30° [Шаблинская, 1982]. Кузбасс находится между двумя крупными поясами разломов: Томско-Ямальским на востоке и Вартовско-Пай-Хойским на западе, наложивших отпечаток на формирование Кузбасса как структуры.

Обособлению Кузнецкого прогиба предположительно в средне-девонское время предшествовало образование мантийного астенолита - обширного участка аномально разогретого материала верхней мантии. Над астенолитом сформировалась восходящая конвекционная ветвь, которая обусловила своеобразное поднятие подошвы континентальной коры и ее растяжение. В процессе растяжения литосфера насыщалась тяжелыми компонентами мантии, а более легкие вытеснялись по латерапи к прилегающим участкам, формируя сопряженные участки утолщения континентальной коры. Этот процесс способствовал усилению материальной дифференциации литосферы и обособлению ееутошшнного и утяжеленного участка^ постепенно приобретающего характеристики, присущие океанической коре. Восходящий тепловой поток привел к частичному плавлению базальтового слоя и инициальному вулканизму базальтового ряда,

продукты которого на современном эрозионном разрезе вскрыты в пределах Тельбесской и Колывань-Томской структурно-формационных зон.

На рубеже средне-позднедевонского времени произошел разрыв в океанической коре, ее погружение и образование обширного мелководного морского бассейна. В зоне разрыва, вероятно, происходила вулканическая и гидротермальная деятельность, а также, возможно, формирование эвапоритовых толщ.

В раннекаменноугольное время (в середине визейского времени) на большей части Кузнецкого прогиба произошло замедление прогибания с обмелением морского бассейна и формированием диагенетических пестроцветов. На этой стадии происходит снижение активности мантийного астенолита вследствие его дегазации и охлаждения, что, вероятно, повлекло смену растяжения сжатием. Возобновилось горизонтальное сдвигание литосферы с северо-востока на юго-запад, доминирующее на протяжении всей геологической истории Алтае-Саянской складчатой области. В условиях сжатия началось подвига-ние более тяжелой "кузбасской" океанической коры под континентальную "са-лаирскую". Подвигание частью было обусловлено наличием в тылу Салаира блока-упора Барнаульского устойчивого массива. Этот процесс продолжался в течение всей последующей истории геологического развития Кузнецкого прогиба в континентальных условиях (средний-поздний карбон - пермь).

Формирование угленосных толщ (Ci-Pi) происходило на фоне стабилизированных процессов подвигания "кузбасской" океанической коры под континентальную "салаирскую" и, по всей вероятности, "колывань-томскую". Здесь следует отметить, что в южной части Западной Сибири в девоне зародилась и развивалась в палеозое, раннем мезозое Омская зона разломов (Пуровская или Колтогорско-Уренгойская), имеющая северо-восточное простирание, вероятно, повлиявшая на возникновение и формирование Колывань-Томской зоны.

В конце пермского времени (Рг) литогенные преобразования пород коль-чугинской серии соответствует протокатагенезу, начальным и средним этапам мезокатагенеза, а в балахонской серии - средним и глубинным этапам мезоката-генеза и началу апокатагенеза. Следовательно, в гидрогеохимическую зону максимального обогащения подземных вод МЭ и ВРОВ вошли породы кольчу-гинского возраста. В породах балахонской серии при огромных давлениях 1500...1900 кгс/см2 и высоких температурах до 150...250°С и более происходят дальнейшие уплотнения отложений, отжатие и метаморфизм подземных вод, преобразование минеральной и органической частей, активное вторичное ми-нералообразование. Увеличивается первоначальная газонасыщенность вод и пород, изменяется количественная характеристика газовой фазы. По мнению Е.А.Рогозиной, С.Г.Неручева, В.А.Успенского (1974), З.А.Мишуниной (1978) на глубинах 4...5 км происходит наиболее интенсивная генерация углеводородных газов. В зоне глубокого катагенеза, за исключением антрацитовой стадии

углефикации, заметно увеличивается количество двуокиси углерода, азота. В связи с этим, упомянутые ангоры делают вывод о преимущественной приуроченности газоконденсатных и газовых залежей к наиболее глубоким зонам разреза. В пределах этих зон на период конца кольчугинского времени находились породы первого комплекса и нижние горизонты второго, что указывает на возможность образования в них углеводородных залежей.

Горизонтальное сдвигание в это время консолидированной литосферы в фундаменте прогиба обусловило торошение пластичных угленосных толщ перед фронтами блок-упоров и их подвигание под жестко-пластичные породы Салаира и Колывань-Томской складчатых зон. Здесь в условиях максимального сжатия пластические деформации сопровождались образованием наклонных разломов (Афонино-Киселевский, Кутоновский, Кильчигизский, Томский и др.). Вероятно, они сформировались уже после образования угленосных толщ, а в процессе их отложения преобладали пластические деформации с образованием более мощных чешуй, также ограниченных наклонными на юго-запад и северо-запад разломами.

Мезозойское время характеризуется проявлением активной тектонической деятельности. В пфальцекую фазу текгогенеза произошли главные разломы по окраинам бассейна, по которым шло воздымание Салаира и Кузнецкого Алатау. Современные тектонические структуры среднемезозойских отложений были заложены в результате интенсивных дислокаций конечных этапов киммерийского и ранних этапов альпийского текгогенеза. В послеюрское время происходит наиболее четкое оформление зоны Томского надвига в северозападной части бассейна. По этим крупным разломам происходила и происходит в настоящее время разгрузка углекислых термальных подземных вод.

Здесь интересно отметить, что на территории Западной Сибири в поздний пермско-триассовый период образовался Арало-Хатангский разлом, субширотного северо-восточного простирания, длиной 4000 км [Шаблинская, 1982]. Этот разлом сыграл, вероятно, определяющую роль в формировании Колывань-Томской дуги и в инверсионном развитии Кузбасса.

Во время формирования отложений палеогена, неогена и четвертичного возраста сложился современный литогенетический облик пород, слагающих Кузбасс. В юрских породах развиты, в основном, процессы протокатагенеза, в наиболее погруженных - раннего мезокатагенеза. Породы кольчугинской серии охватывают угли от длиннопламенных до жирных, а балахонской серии - от га-зово-жирных до антрацитов. Породы первого комплекса подвергались метаморфическим процессам.

Из всего сказанного можно сделать вывод, что в развитии артезианских бассейнов необходимо выделять два этапа. Первый этап связан с образованием артезианского бассейна, когда происходит формирование накопления осадков с

характерными чертами прогрессивного литогенеза. Для этого этапа характерно формирование подземных вод с проявлением гидрогеолс! ическнх следствий катагенеза осадочных пород. Данный этап характерен для бассейнов, осадочный чехол которых сформировался в мезокайнозийское время и формируется в настоящее время. Гидрогеологические следствия проявляются в структурах с отсутствием значительных колебательных движений. Подобные условия сложились в бассейнах северо-востока СССР: Хатырский, Анадырский, Ямско-Туйский, описанных в работах В.Е.Глотова, В.В.Иванова (1982).

На втором этапе преобладает инверсионное развитие бассейна. Здесь, кроме гидрогеологических следствий, начинают на роль главных факторов переходить и тектонические условия. Так, например, для Западной Сибири характерны разновозрастные разломы: от докембрийских до мезокайнозойских. Древние зоны разлома (до- и палеозойские) играют роль внутренних зон разгрузки, а молодые (мезокайнозойские) - внутренних областей питания. Это определяет динамику подземных вод глубоких горизонтов, размещение залежей углеводородов, в чем убеждают работы В.М.Магусевича, О.А.Бакуева (1986), Н.В.Шаблинской (1982) и др. Эти условия накладывают отпечаток и на геохимический облик подземной гидросферы, сформировавшейся под влиянием ка-тагенных преобразований осадочных пород на первом этапе. На завершающей стадии второго этапа находится развитие Кузнецкого бассейна.

В четвертой главе сформулированы новые методологические положения по выработке стратегии природопользования в юго-восточной части Западной Сибири на примере геохимической оценки глубоких подземных горизонтов осадочных пород Кузбасса и оптимизации водопользования в условиях совместной эксплуатации систем водоснабжения гг. Томска и Северска и систем захоронения жидких радиоактивных отходов, используя закономерности геохимического преобразования в саморазвивающейся системе "ВПГОВ".

Анализируя в целом региональные гидрогеохимические условия развития Кузбасса и окружающих его горных сооружений, площади с перспективной нефтегазоносностью следует расширить по сравнению с областями, выделенными О.Г.Жеро, Н.В.Мельниковым, В.С.Муромцевым (1969). В перспективные районы нефтегазоносности необходимо включить мобильные зоны сочленения Кузбасса с Салаирской и Колывань-Томской складчатыми областями, особенно зоны надвигов. Местами первоочередного заложения глубоких скважин являются как эти зоны, так и Нарыкская антиклиналь, расположенная в центральной части Абинско-Саптымаковской кольцевой системы.

Абинско-Салтымаковская кольцевая система характеризуется внутренней геометрической упорядоченностью, которую А.И.Сажин и др. (1984) объясняют различной глубиной залегания соответствующих магмогенерирующих очагов в коромантийном разрезе. Сама система расположена в южной части Чусо-

витино-Бунгарапской депрессии. Палеозойские отложения в этой структуре перекрываются мезозойскими образованиями, с которыми в триасе связан "покровный базальтовый магматизм. Магматизм, с одной стороны, способствовал закрытости глубоких горизонтов погруженных структур и увеличению теплового потока, с другой - некоторому разуплотнению осадочных пород в области внедрения, то есть созданию благоприятных условий как для нефтегазообразо-вания, так и для нефтегазонакопления. В этом отношении Нарыкская антиклиналь, ограниченная с юго-запада и севера базальтами, является своеобразным "окном" в глубокие горизонты Кузбасса и областью разгрузки водных растворов из более погруженных толщ центральной части Кузбасса в условиях элизи-онного режима водообмена.

Отмеченные особенности формирования подземных вод свидетельствуют о благоприятных гидрогеохимических условиях нефте- и газообразования в вертикальном разрезе Кузбасса. Подземные воды зоны весьма замедленного водообмена, как уже было отмечено, щелочные высокоминерализированные хлоридные натриевые, реже кальциево-натриевые с углекислым, метановыми газами. Они содержат йод до 2,2 и бром до 20 мг/л, нафтеновые и другие органические кислоты. О положительных перспективах нефтегазоносности палеозойских образований также свидетельствует наличие ртути в подземных водах, являющейся важным показателем геолого-геохимической эволюции нефтегазоносных бассейнов [12, 41]. Ртуть обнаружена в подземных водах угленосных образований Томь-Усинского района, соответствующих МК2-МК3 этапам ката-генетического преобразования, в количестве от 0,3 до 70...80 мкг/л.

В настоящее время в Кузбассе пройдено две глубоких скважины: Чертин-ская и Томская, глубиной 1507,5 и 2542,3 м, соответственно в Беловском и Томь-Усинском районах. Значительный интерес представляет Томская скважина, пробуренная в Сибиргинской антиклинали. Скважина прошла от безугольных отложений колъчугинскон серии, через всю угленосную балахонскую серию и вскрыла безугольную острогскую подсерию. В угленосных отложениях распространены силлы диабазов. В разрезе установлены три газоносные зоны: 1083...1350; 1880...1972; 2190...2542 м. Прогнозные ресурсы метана в скоплениях свободного газа равны 1,5млрд.м3.

Основные результаты литогидрогеохимических исследований:

1. Скважинами пройдена зона вторичной цементации, распространенной до глубин 1000...1100 м. Ниже зоны размер пор увеличивается без увеличения значений открытой пористости.

2. В составе газов увеличивается содержание тяжелых углеводородов от 3,4...6,2%.

3. Вниз по разрезу в составе воднорастворимых органических веществ увеличивается содержание менее полярных органических веществ. В верхней

части разреза преобладают вещества кислого характера до 18,5 мг/л, в нижней -увеличивается доля основных (18,6 мг/л) до 45...65% от суммы всех ОВ. В составе водорастворимых органических веществ пород, слагающих более глубокие горизонты, присутствуют сложные эфиры. В этих же пробах увеличивается содержание кремнийорганических веществ. Концентрация кремния в экстрактах составляет до 10...20 мг/л, алюминия - до 200...500 мг/л.

4. В разрезе Томской скважины вскрыты диабазы в интервале 1140...1256, 2275...2346, 2460...2499 м. В водных экстрактах из них содержание ОВ изменяется от 26,4 до 33,8 мг/л.

5. Распределения концентрации и состава воднорастворимых органических и минеральных веществ, изменение характеристик порового пространства пород в ореолах рассеяния и в залежи показаны в табл.2.

В ореолах залежи увеличивается содержание органических веществ, кремния, минерализация, степень окисленности органических веществ, содержание кремнийорганических веществ. Залежь запечатана, о чем свидетельствуют высокие значения субкапиллярных пор в кровле и в подошве.

В целом, полученные результаты исследования геохимических особенностей с помощью воднорастворимых органических и минеральных веществ, изучения порового пространства применимы для оценки перспектив газо- и нефтеносности бассейна.

Последние десятилетия характеризуются значительным антропогенным воздействием на геологическую среду. Происходит преобразование естественных условий в техногенно-естественные. Недостаточная изученность взаимосвязи состояния экогеосистем и факторов, обусловленных вмешательством человека в природное равновесие, привели к негативным последствиям в виде процессов и явлений, протекающих, часто необратимо, в сторону ухудшения состояния практически всех составных частей окружающей среды.

Так, многие сооружения, включая АЭС, закладывались на территории активных геологических зон, вблизи крупных населенных пунктов, а для захоронения промышленных отходов часто используются подземные горизонты, либо поверхностные водоемы. Классическим примером здесь может служить территориальная близость и, отсюда, взаимное влияние систем водоснабжения гг. Томска и Северска и полигона поверхностного и подземного захоронения жидких радиоактивных отходов Сибирского химического комбината (СХК), расположенных в нижнем течении р.Томи. (рис. 1,2).

Томский водозабор из подземных источников (ТПВЗ), обеспечивающий областной центр питьевой водой, располагается на обширной площади Обь-Томского междуречья. Подземные воды эксплуатируемого палеогенового водоносного горизонта находятся в песчаных отложениях на глубине от 60 до 200м.

Таблица 2

Изменение геохимических характеристик залегания газовой залежи, вскрытой Томской глубокой скважиной

№ пробы Глубина опробования, м Расстояние от контакта залежи, м Пористость общая, % Субкапиллярная пористость, % м, мг/л Si02, мг/л Сорг, мг/л Жирные кислоты, мг/л Интенсивность полос поглощения в ИК-спектрах

J2925, мм Jl74S—1710, мм J1260, мм

48 1096 46 1,64 61,7 231 2,0 19,9 4,6 184,6 88,8 52,3

50 1145 кровля 1,68 30,9 287 33,8 25,7 17,8 152,6 46,9 36,9

53 1187 Залежь 1,39 45,3 218 9,4 30,0 17,2 83,7 44,0 52,7

54 1237 1,84 16,3 241 20,5 30,0 8,6 94,7 44,7 64,0

55 1254 2,53 37,3 204 4,8 17,6 1,8 75,0 47,5 65,8

56 1256 2,67 14,2 292 6,7 22,2 2,5 30,0 29,5 0,0

57 1265 подошва 3,15 21,7 102 8,5 9,2 4,6 5,5 9,0 0,0

59 1319 23 - 2,73 47,5 180 1,4 12,1 1,8 194,5 36,0 0,0

63 1442 246 2,32 36,9 366 1,2 15,7 3,4 312,5 83,8 0,0

Томский водозабор, подающий в город в сутки около 250 тыс. м3 воды, состоит из трех линий, включающих около 250 скважин на расстоянии 100...250 м друг от друга. Производительность двух Северских водозаборов, обеспечивающих водой г. Северск (город-спутник Томска, где расположены предприятия ядерно-промышленного комплекса, занятые производством, хранением и захоронением радиоактивных материалов) составляет около 60 тыс. м3 в сутки. Вследствие интенсивной эксплуатации и близости Томского и Северского водозаборов произошло снижение уровня подземных вод и сформировалась единая депрес-сионная воронка, охватывающая большую часть Обь-Томского междуречья и правобережья р.Томи (рис 1). Восполнение водных ресурсов эксплуатируемого горизонта происходит в результате фильтрации атмосферных осадков через неоген- четвертичный водоносный комплекс, а также вследствие разгрузки глубинных вод меловых отложений. Вблизи русла р.Томи отмечаются также горизонтальные перетоки. Об этом свидетельствует присутствие в скважинах характерных для речной воды загрязнителей, единственным объяснением появления которых является инфильтрационное поступление из реки.

За последние 25 лет, соответствующие времени эксплуатации ТПВЗ, наметилась отчетливая тенденция ухудшения качества воды [59, 22, 23, 27, 60 и др.]. Так, концентрация аммонийного азота в 1,5...10 раз стала превышать ПДК в эксплуатационных и режимных скважинах палеогенового горизонта. Еще интенсивнее происходит процесс загрязнения вод, залегающих ближе к дневной поверхности. Так, в шахтных колодцах, расположенных вблизи ТПВЗ, резко возросло содержание Ж1з, СГ, 5042"- ионов. В подземной воде ряда скважин палеогенового горизонта за 1990-1995 гг. концентрация нитратов повысилась в 2...5 раз (с 0,02 до 0,1 мг/дм3), появились ранее отсутствовавшие нитриты. Для скважин северного участка ТПВЗ, наиболее подверженного изменениям в химическом отношении, наряду с аномально высоким содержанием хлорид-ионов, характерным стало увеличение количества легкоокисляющихся органических веществ.

Результаты химических анализов были подтверждены данными микробиологических исследований. При сравнительной оценке количества аэробных сапрофитных микроорганизмов в воде скважин различных участков ТПВЗ выявлено, что на северном участке ТПВЗ эта величина значительно выше.

Фактором, способствующим увеличению численности этой группы микроорганизмов, осуществляющих первые этапы деструкции органического вещества, является повышение содержания биогенных азот- и фосфорсодержащих соединений.

Для подземных вод бассейна р.Томи характерно высокое содержание железа (до 10 ПДК и выше), марганца (1,5...5 ПДК). В современных условиях происходит ухудшение состава природных вод, как в отношении вышеперечис

. Схематическая карта геолого-тектонической и гидрогеохимической обстановки в районе водозаборов г.г. Томска и Северска; 1-Томский водозабор из подземных источников; 2-водозаборы из подземных источников; 3-крупные тектонические нарушения, предполагаемые по аэромагнитным данным; 4-участки захоронения жидких радиоактивных вещеста: А-подземное, Б-поверхностное; 5 - линия гидрогеологического разреза; 6-гидрогеохимические аномалии; 7-область перетекания подземных вод меловых отложений в водоносный комплекс палеогеновых отложений; 8-установленная внешняя граница развития воронки депрессий; 9-предполагаемая граница развития воронки депрессий.

и>

-ШоысраЗо

Томсквга ё>эааЗлс5Ъ,асх.

проект иаг/£г*ьии £>эаала.&эр ы /// г.Сеьеаска. ~

Участок Зссх:ооонения ра. аиоо^к. тиьных. SS.U4fi.cmS

р.гПэмЬ

- — ~=гг --->----+ЗПгп7~

—Нг5тп^

Рис. 2. Гидрогеологический разрез по линии 1-1. 1 -водоносный комплекс четвертичных отложений; 2-водоносный ■-,.-. ,■-•;./■•■■.. •,;:. комплекс палеогенных отложений; 3-водоносный комплекс меловых отложении; 4-водоносный комплекс палеозойских отложений; ШР^ 5-водоупорные отложения, глины, суглинки, алевриты; 6-пески, 7 г гравий, галька; 7-преимущественно глинистые образования коры 1 выветривания; 8-бурые угли и лигниты; 9-песчаники; 10-водо-заборная скважина.

№

Рг

Г V > -< ' V V * 1"

5 СЮ

I

Р

К

8

ленных показателей, так и с точки зрения появления новых специфических за' рязнителей. Так, например, в воде ряда режимных скважин зарегистрированы техногенные радионуклиды (ТРН). Хотя их содержание и невелико, но сам факт их появления в водах эксплуатируемого водоносного горизонта заставляет по-новому взглянуть на проблему миграционной способности ТРН в условиях техногенеза.

Единственным источником техногенных радиоактивных элементов в природной среде в данной ситуации являются два объекта, расположенных на территории СХК: площадка открытых хранилищ жидких радиоактивных отходов (ЖРО) и полигон глубинного захоронения ЖРО (рис. 1).

В иловых отложениях открытого хранилища ЖРО, куда в течение десятилетий сбрасывались технологические и нетехнологические ТРН-содержащие воды, накоплены уран, плутоний-239, америЦий-241, цезий-137, рутений-106, цирконий-95, ниобий-95. Их локализация - вопрос неоднозначный. Имеются литературные сведения о возможных утечках ТРН под воздействием грунтовых и техногенных вод, содержащих органические вещества. Отметим, что в составе захороняемых ЖРО всегда содержатся сильные лиганды-комплексо-образователи, широко используемые в различных технологических операциях (обогащение, выделение, дезактивация).

За время эксплуатации полигона глубинного захоронения ЖРО объем отходов с различной активностью приближается к 40 млн. кубических метров общей активностью около 500 млн Ки. Пласт-коллектор представляет собой песчаные горизонты верхнемелового возраста (симоновская свита), залегающие на глубине 250...400 м, разделенные невыдержанным горизонтом глинистых отложений. Разрез района закачки приведен на рис. 2. Такое геологическое строение, где водоупоры залегают неравномерно по мощности, нарушена сплошность вследствие наличия литологических окон, говорит о возможности существования гидравлической связи между меловым и палеогеновым водоносными комплексами. С помощью морфоструктурно-гидрогеологического анализа установлены области перетекания подземных вод меловых отложений в водоносный комплекс палеогеновых отложений (рис.1).

Важным доказательством таких вертикальных перетоков по миграционно ослабленным зонам является состав подземных вод на северном участке ТПВЗ. Здесь наблюдается аномально высокое содержание хлоридов, увеличение минерализации как проявление восходящей инфильтрации меловых вод. Вертикальному и горизонтальному водообмену способствуют также структурно-тектонические особенности данного района, который находится в зоне сопряжения Колывань-Томской складчатой зоны и Западно-Сибирской плиты. В процессе тектонического развития сформировались скульптурные террасы северо-восточного простирания и система глубинных разломов субширотного

простирания, в которой находятся третья и вторая очереди Томского водозабора (северная часть) и полигоны захоронения жидких радисиитшшых отходов. Эта система глубинных разломов рассматривается как наиболее вероятный путь развития древних речных долин в меловой период, где сформировались аллювиальные фации с высокими фильтрационными свойствами, значительно превышающими фильтрационные свойства прибрежно-морских и континентальных меловых и палеогеновых отложений, слагающих флексурную зону вдоль уступа Жуковской скульптурной террасы. Данная зона характеризуется значительной невыдержанностью по мощности и фациалъному составу осадков, залегающих на различных ее элементах.

Здесь продолжается неотектонический этап их развития. Установлен тренд сейсмической активности северной части Алтае-Саянской складчатой зоны с многолетними циклами крупных землетрясений и ритмами второго порядка более слабых землетрясений.

Проницаемость глинистых пород пластов-коллекторов при взаимодействии их с ЖРО может изменяться в двух направлениях. С одной стороны, высокие пластовое давление и температура закачиваемых технологических растворов, большая ионная сила и присутствие в них кислот и органических соединений, что способствует интенсификации гидролиза и комплексообразования, увеличивает проницаемость глинистых пород и приводит к ускорению техногенного процесса миграции ТРИ в подземной гидросфере. С другой стороны, не исключена возможность возникновения подземного резервуара с ЖРО, стенки которого образуются в результате взаимодействия веществ, входящих в состав закачиваемых отходов, с минералами вмещающих пород, вызывающего процесс осадкообразования. Близость гидрогеохимических и термобарических условий протекания этого процесса и катагенных преобразований, рассмотренных выше, позволяет применить к создавшейся ситуации термин "технокатагенез" и использовать сделанные ранее выводы для описания физико-химических последствий явлений и процессов, протекающих в данной системе.

"Запечатывание" техногенного радиоактивного месторождения может привести к созданию условий, способствующих накоплению критического количества радиоактивных материалов и началу цепной реакции. Такой сценарий, на первый взгляд, кажется не вполне реалистичным, однако, известен факт существования подобного "природного реактора", топливом которого служило естественное месторождение урановых руд (Окло в Габоне, где критическая подземная система проработала около 1 млн лет), а также взрыв подземного хранилища отходов атомной промышленности в районе Кыштыма на Урале зимой 1957-1958 г.г.

Следует отдельно остановиться на эколого-гидрогеохимических последствиях сопряженного воздействия воронки депрессии ТПВЗ и репрессионного поля, создающегося при глубинной закачке ЖРО.

Анализ развития ТПВЗ показывает, что интенсивный водоотбор за 25 лет привел к значительному снижению уровня воды в скважинах. Созданы гидродинамические предпосылки ускорения движения в сторону водозабора потоков загрязненных речных вод и вод из мест захоронения по трещинам, литологиче-ским окнам, линиям гидроразрывов в породах, окружающих коллектор ЖРО. По-видимому, именно такой характер миграции (в виде длинных, узких ветвей от эпицентра закачки ЖРО) не позволяет при существующей системе режимных наблюдений фиксировать повышенные содержания ТРИ.

Многофакторность формирования природных вод, породообразования и связанных с ними компонентов природной среды не позволяет однозначно и достоверно прогнозировать экологическую ситуацию в данных условиях. Исследование возможных при этом процессов ионного обмена в растворе и на границах твердой и жидкой фазы, включая кислотно-основное взаимодействие, гидролиз, комплексообразование, выпадение минеральных осадков: радиоактивного распада, многокомпонентной ионообменной адсорбции, изотопно-обменной адсорбции и других малоизученных процессов, - задача дальнейших исследований. Проведенное в работе обобщение данных об изменении химического, микробиологического состава природных вод, об их гидродинамике, оценка содержания ТРИ в природных водах, анализ информации по геологическому строению исследуемой территории дает возможность выявить основные тенденции в протекающем техногенезе гидросферы, оценить потенциальное накопление ТРН в твердом и жидком состоянии и получить представление о возможных в ближайшее и отдаленное время гидрогеохимических явлениях.

Экологическая оптимизация - это выбор способов рационального использования природных ресурсов, при которых задаваемые геологической среде социально-экономические функции соответствуют ее потенциалу (природным свойствам).

Основные принципы при решении проблем экологической оптимизации:

- системность и комплексность взаимоотношений между антропогенными факторами и природными компонентами окружающей среды различного ранга с учетом возможных парагенетических связей;

- соответствие разнообразных видов природопользования возможностям естественного ландшафта и интересам проживающего населения;

- учитывание и прогнозирование влияния на окружающую среду локальных взаимодействий отдельных геоэкосистем (являющихся открытыми и связанными между собой многообразными потоками вещества и энергии), что позволит локализовать радиус их воздействия в пространстве и во времени;

-устойчивое и эффективное функционирование окружающей среды. Воздействие человека не должно превышать порог устойчивости геологической среды;

- создание буферных территорий, отделяющих зоны интенсивного антропогенного воздействия от зон экологического равновесия;

- сохранение и воссоздание ландшафтно-экологического разнообразия на оптимизируемой территории геологической среды.

Стратегия природопользования на территории юго-восточного обрамле* ния Западно-Сибирского мегабассейна должна предусматривать системный анализ следующих факторов:

-оптимизация подземной добычи угля;

- сокращение открытой добычи угля;

- оптимизация водопользования;

- разработка эколого-экономических ресурсосберегающих технологий;

- использование местного углеводородного сырья в народном хозяйстве;

- определение экологической емкости геологической среды.

Экологическая оптимизация геологической среды позволит избежать одностороннего подхода к изучению природных вод.

Заключение

В результате многолетних региональных исследований, проведенных автором, решен ряд теоретических и практических вопросов, связанных с проблемой изучения геохимических катагешшх преобразований в саморазвивающейся системе "вода - порода - газ - органические вещества" и их значения в формировании геохимического облика подземных вод и при выработке' стратегии экологической оптимизации геологической среды. Сделаны следующие выводы:

1. Органические вещества подземных вод угленосных отложений представлены разнообразным химическим составом и определяют в различных термобарических режимах зоны катагенеза геохимическую направленность взаимодействия в системе "ВПГОВ". В работе представлена схема классификации ВРОВ.

Воднорастворенные и воднорастворимые органические вещества несут богатую разносторошпою информацию, которая должна использоваться для решения основных проблем гидрогеологии угольных бассейнов, для повышения достоверности прогнозов нефтегазоносности осадочных бассейнов и при экологической оптимизации геологической среды, для проведения качественной пробоподготовки при анализе химических компонентов объектов окружающей среды, при разработке нетрадиционных способов кондиционирования состава питьевых вод и для очистки стоков.

Полученные результаты способствуют становлению и развитию самостоятельного научного направления - органической гидрогеохимии угольных бассейнов;

2.Геохимический облик подземных вод и литогеохимические преобразования в процессе катагенной эволюции осадочных пород имеют тесную взаимосвязь, которая на различных этапах развития катагенеза проявляется в своеобразных гидрогеологических следствиях.

Гидрогеологическое следствие катагенеза осадочных отложений - это свойство гидрогеологической структуры, возникающее и исчезающее на определенном этапе ее эволюции.

В соответствии с различными уровнями развития гидрогеологической структуры в осадочных образованиях формируются зоны карбонатной цементации, вокруг залежей горючих ископаемых возникают водные ореолы ВРОВ и МЭ, зоны восстановления пород и т.д.

Формирование гидрогеохимической зоны максимального обогащения МЭ и ВРОВ в мезокатагенезе (МК1 - МКз) является, как и нефтегазоносность, закономерным следствием эволюции осадочного бассейна.

Аутигенное минералообразование на ранних этапах катагенеза в большей мере обязано первоначальным условиям происхождения осадочных пород. На более поздних - катагенным условиям и геохимической направленности эволюции саморазвивающейся системы "вода - порода - газ - органические вещества";

3.Движущими силами катагенеза осадочных пород на всех его стадиях является совокупность явлений и процессов, протекающих в системе "ВПГОВ" с участием углеводородов и силикатов. Благодаря сопряженным реакциям, сопровождающимся перераспределением и регулированием материальных ресурсов и энергии, происходит онтогенез органических веществ и породообразующих материалов.

4. Литогидрогеохимический подход, возникший в результате синтеза двух геологических наук: литологии и гидрогеохимии - позволяет комплексно рассмотреть сложные геохимические явления и процессы, протекающие в природе.

5. Методология проведения экогидрогеохимических исследований для выработки стратегии экологической оптимизации геологической среды должна базироваться на основных закономерностях саморазвития системы "вода - порода - газ - органические вещества" и литогидрогеохимическом подходе;

6. Осадочные глубокозалегающие отложения Кузбасса по гидрогеологическим условиям развития бассейна перспективны на поиски залежей углеводородов. Перспективными районами являются, наряду с центральными, также зоны надвигов, прилегающие к Салаирской и Колывань-Томской складчатым областям;

7. Теоретически обоснована близость катагенных преобразований осадочных пород и процессов в естественных условиях и "технокатагенеза", имеющего место при глубинном захоронении жидких радиоактивных отходов.

Следствия "технокатагенеза" включают в себя не только гидрогеологические, описанные для катагенных условий, но и эколого-социалыше, когда под угрозу радиозагрязнения ставится гидросфера и надежность эксплуатации систем жизнеобеспечения юго-восточного обрамления Западно-Сибирского мега-бассейна;

Основными задачами дальнейших гидрогеологических исследований являются:

- анализ гидрогеологических закономерностей развития юго-восточного обрамления Западно-Сибирского мегабассейна с позиций глобальной тектоники плит, их роли в общем круговороте вещества земной коры и формировании месторождений полезных ископаемых;

- исследование геохимической эволюции саморазвивающейся системы "вода - порода - газ - органические вещества" и ее геологической роли на различных этапах осадочного литогенеза и технокатагенеза, возникающие при захоронении жидких радиоактивных отходов;

- выработка и реализация эколого-гидрологической стратегии регионального управления природными, природно-техническими и социальными системами, обеспечивающего научно-техническое, экономическое и правовое регулирование развития территории.

Полученные в диссертационной работе результаты исследований и выводы позволяют избежать одностороннего и обособленного подхода к изучению

1

природных вод.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Гидрогеология и катагенез пород Кузбасса. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1985.-191с. Соавтор Г.М. Рогов.

2. Органические вещества подземных вод угольных месторождений Кузбасса // Труды Тюменского индустриального института, вып. 42.- Тюмень, 1975.- С.52-55.

3. Актуальные вопросы рационального использования и охраны водных ресурсов /7 Сб.статей. Рациональное использование природных ресурсов и охрана геологической среды. - Томск: Изд-во ТГУ, 1990,- С. 3-5.

4. Технологические аспекты использования водных ресурсов северной части Обь-Томского междуречья // Изв. жилищно-коммунальной академии. Городское хозяйство и экология. - М., 1994,- N4 - С. 21-26.

5. Проблемы рационального водопользования вблизи глубинного захоронения жидких радиоактивных отходов 11 Подземные воды Востока России. Материалы

XV Всероссийского совещания по подземным водам Сибири и Дальнего Востока - Тюмень, 1997. - С. 65.

6. Вновь о судьбе Обь-Томского междуречья и водозабора // "Народная трибуна". Газета Томского Областного Совета Народных Депутатов. - 1992,- N 188189.

7. Ситуация с водозабором обостряется // "Томский вестник". Томская областная газета. - 1993. - N 65.

8. Новый метод определения коллекторских свойств осадочных пород // Изв. вузов. Нефть и газ. - 1979. - С. 3-5. Соавторы В.М.Матусевич, В.Ф.Римских, Г.В.Рассохин, В.Р.Родыгин.

9. Комбинированное применение колоночной хроматографии и ИК-спектроскопии для исследования органических компонентов природных вод И Тезисы докл. III Всесоюзного симпозиума по молекулярной жидкостной хроматографии. - Рига, 1984.-С.65-66. Соавторы И.И.Данда, Г.М.Рогов, О.Н.Вылегжанин.

10. Влияние водоподготовки на контроль содержания железа в питьевых и сточных водах II Материалы международной конференции "Экологически чистые технологические процессы в решении проблем охраны окружающей среды". - Иркутск, 1996. - Т.1- С. 108-109. Соавторы Н.М.Максимова, О.Д.Лукашевич, Л.А.Зейле.

11. Обеспечение контроля качества результатов количественного химического анализа воды производственного и питьевого назначения // Тезисы докл. 10-го отраслевого совещания. Проблемы и перспективы развития Томского нефтехимического комбината. - Томск, 1996,- С. 138-139. Соавторы Н.М.Максимова, О.Д.Лукашевич, Л.А.Зейле.

12. Стадийность нефтеобразования с позиций геохимии подземных вод // Органическая геохимия вод и поисковая геохимия (Материалы VIII Международного конгресса по органической геохимии). - М.: Наука, 1982. - С. 79-83. Соавтор В.М.Матусевич.

13. Закономерности формирования подземных вод при катагенезе осадочных пород гумидного типа // Тезисы докл. 27 Международного геологического конгресса. - М.: Наука, 1984,- Т.7. -С. 498-499. Соавтор Г.М.Рогов.

14. Органическая гидрогеохимия угольных бассейнов // Тезисы докл. 11-го совещания по подземным водам Сибири и Дальнего Востока. - Иркутск-Чита, 1985,- С. 98-99. Соавторы Г.М.Рогов, И.И.Данда.

15. Газоносность угленосных отложений Кузбасса по данным гидрогеохимического опробования глубоких скважин // Тезисы докл. 11-го совещания по подземным водам Сибири и Дальнего Востока. - Иркутск-Чита, 1985.- С.99-100. Соавторы Г.М.Рогов, И.И.Данда, В.П.Калиниченко, З.С.Цадер, В.П.Дегтярев.

16.Особенности формирования минеральных и термальных вод палеозойских отложений Кузбасса // Материалы 1-ой Всесоюзной гидрогеологической конференции. Формирование подземных вод как основа гидрогеологических прогнозов. - М.: Наука, 1982.-Т. 1,- С.421-424. Соавтор Г.М.Рогов.

17. Геохимические особенности подземных вод палеозойских образований Кузбасса // Тезисы докл. 10-го совещания по подземным водам Сибири и Дальнего Востока. - Иркутск, 1982.- С.58-59. Соавтор Г.М.Рогов.

18. Гидрогеология угольных бассейнов Сибири //Тезисы докл. Всесоюзного совещания по подземным водам Востока СССР. - Иркутск-Томск, 1991.- С.71. Соавторы Г.М.Рогов, В.П.Дегтярев, В.П.Калшшченко.

19. Гидрогеохимические перспективы газоносности Кузбасса // Тезисы докл. Всесоюзного совещания. Гидрогеохимические поиски месторождений полезных ископаемых. - Томск, 1986,- С.119-120. Соавторы Г.М.Рогов, И.И.Данда.

20. Формирование химического состава природных вод бассейна р. Томи // Тезисы докл. XXIX Всесоюзного гидрохимического совещания. - Ростов-на-Дону, 1987,- T.I.- С.268-279. Соавторы Г.М.Рогов, И.И.Данда.

21. Гидрогеология Кузнецкого прогиба и окружающих горных сооружений // Тезисы докл. Всесоюзного совещания по подземным водам Востока СССР.-Иркутск - Южно-Сахалинск, 1988 - С.139. Соавтор Г.М.Рогов.

22. Эколого-гидрогеохимические условия эксплуатации систем водоснабжения г.г.Томска и Северска вблизи хранилищ жидких радиоактивных отходов // Тезисы докл. Международной конференции "Радиоактивность и радиоактивные элемента в среде обитания человека". - Томск, 1996,- С.298-300. Соавторы О.Д.Лукашевич, Л.В.Попова, В.А.Коробкин и др.

23. Эколого-гидрогеологические особенности эксплуатации подземных вод Томским водозабором // Тезисы докл.. Международной конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды". - Томск, 1995.-Т.З.- С.97. Соавторы А.П.Кадесников, О.Д.Лукашевич.

24. Направленность геохимических изменений в составе подземных вод, эксплуатируемых Томским и Северским водозаборами // Второе Сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу. Тезисы докл. - Томск, 1997,-С.64. Соавторы Л.В.Попова, О.Д.Лукашевич, Н.М.Максимова, М.Д.Носков.

25. Генеральная схема использования подземных вод для хозяйственно-питьевых целей в Томской области // Тезисы докл. Всесоюзного Совещания по подземным водам Востока СССР.- Иркутск-Томск, 1991,- С. 175. Соавторы Б.В.Крупеников, Г .М.Рогов.

26. Проблемы управления, использования, технологии, экологии, воспроизводства и охраны водных ресурсов Томской области // Проблемы экологии Томской области. - Томск, 1992,- Т.1.- С.119-120. Соавторы В.Н.Буланцева, О.В.Карначук, О.Д.Филичева, Б.В.Крупеников.

27. Геохимия техногенеза поверхностных и подземных вод Обь-Томского междуречья // Проблемы экологии Томской области. - Томск, 1992,- Т.2.- С.54-55. Соавторы В.Н.Буланцева, О.В.Карначук, О.Д.Филичева.

28. Принципы водоохранной деятельности на территории Томского месторождения подземных вод //Материалы международной конференции "Экологически чистые технологические процессы в решении проблем охраны окружающей среды". - Иркутск, 1996,- Т.2. - С.38-39. Соавторы Г.М.Рогов, О.Д.Лукашевич, Н.М.Максимова и др.

29. Комплексная оценка и прогноз эколого-геохимического состояния водных ресурсов Томской области // Подземные воды востока России. Материалы XV-Всероссийского совещания по подземным водам Сибири и Дальнего Востока. -Тюмень,1997,- С.66. Соавторы О.Д.Лукашевич, Н.М.Максимова.

30. Состав органического вещества подземных вод Абанского буроугольного месторождения // Материалы конференции, посвященной 75-летию Томского политехнического института. - Томск, 1973,- С. 153-154. Соавторы Г.А.Плевако, Д.С.Покровский, Т.Н.Толстушенко.

31. Органические вещества в подземных водах угольных месторождений Кузбасса и их значение в миграции химических элементов // Тезисы докл. седьмого совещания по подземным водам Сибири и Дальнего Востока. - Иркутск-Новосибирск, 1973,- С. 43-44. Соавтор Г.А.Плевако.

32. К вопросу формирования органического состава подземных вод угольных месторождений Канско-Ачинского и Кузнецкого бассейнов // Оперативно-информационные материалы по гидрогеологии и инженерной геологии Восточной Сибири. - Иркутск, 1973.- С.7-8. Соавтор Г.А.Плевако.

33. Состав органического вещества поровых растворов Абанского буроугольного месторождения // Проблема поровых растворов в геологии. - Минск: Наука и техника, 1973,- С.150-151. Соавтор Г.А.Плевако.

34. Номограммы для определения водопроводимости напорного водоносного горизонта // Информационный листок N 12-74. Томский ЦНТИ.- Томск, 1974.-4с. Соавтор Д.С.Покровский.

35. Химический состав подземных вод и поровых растворов центральной части Кузбасса // Влияние поровых растворов на физико-механические свойства пород. - Киев: Наукова думка, 1974,- С.145-149. Соавтор Г.А.Плевако.

36. Об определении водопротоков в горные выработки с учетом площадного питания // Изв. вузов. Геология и разведка. - 1976,- N1. - С. 101-103. Соавтор Д.СЛокровский.

37. К геохимии минеральных вод угленосных образований Кузбасса // Тезисы докл. восьмого совещания по подземным водам Сибири и Дальнего Востока. -Иркутск - Улан-Удэ, 1976,- С.118-119. Соавторы Г.М.Рогов, Г.А.Плевако.

38. Органические вещества подземных вод угленосных образований Кузбасса И Г. шсм докл. восьмого Международного конгресса по органической геохимии. - М., 1977,- С. 138-139. Соавторы Г.М.Рогов, Г.АПлевако.

39. Химический состав подземных вод Константиновского и Медвежьего Золоторудного месторождений Ольховско-Чибиженского района (Восточные Саяны) // Изв. Томского политехнического института. - 1977,- Т.287,- С.6-9. Соавтор В.К.Бернатонис.

40. Микроэлементы в подземных водах - показатели нефтегазоносности // Изв.вузов. Нефть и газ. - 1978,- N8.- С.3-8. Соавтор В.М.Матусевич.

41. Роль катагенеза в формировании геохимического облика подземных вод месторождений горючих ископаемых //Тезисы докл. Всесоюзного совещания /Гидрогеохимические методы исследований в целях поисков глубокозалегаю-щих рудных месторождений. - Томск, 1978.- С.60-61. Соавтор В.М.Матусевич.

42. Временная инструкция по определению коллекгорских фильтрационных свойств пород // Ухта, ВПО "Комигазпром", 1979,- 39с. Соавторы Г.В. Петров, Г.В.Рассохин, В.Р.Родыгин и др.

43. Изучение органических веществ подземных вод месторождений нефти и газа Тимано-Печорского бассейна методом инфракрасной спектроскопии // Тезисы докл. второй научно-практической конференции, посвященной памяти А.Я.Кремса. - Ухта, 1980.- С.68-69. Соавтор А.А.Кожухарь.

44. Изучение органических веществ подземных вод Ухтинского района методом ИК-спектроскопии // Труды первой научно-технической конференции молодых ученых. - Сыктывкар, 1980,- С.19-20. Соавтор А.А.Кожухарь.

45. Характеристика порового пространства пород Ярегского нефтяного и Вук-тыльского газоконденсатного месторождений (Тимано-Печорский нафтегазо-носный бассейн) И Изв. вузов. Нефть и газ. -1981. - N 7,- С.5-10. Соавторы В.М. Матусевич, В.Ф.Римских, В.Р.Родыгин.

46. Органическое вещество подземных вод Ярегского нефтяного месторождения (Тимано-Печорский нефтегазоносный бассейн)// Изв.вузов. Нефть и газ. -1979,- N 1,- С.7-11. Соавторы В.М. Матусевич, Н.Ф.Чистякова.

47.Особенности геохимического облика подземных вод палеозойских образований Кузбасса // Тезисы докл. четвертой годичной конференции Тюменского отделения ВМО АН СССР,- Тюмень, 1983,- С. 176-178. Соавтор Г.М.Рогов.

48. Формирование железа в подземных водах Обь-Томского междуречья и перспективы их использования // Сб. статей. Рациональное использование природных ресурсов и охрана геологической среды. - Томск: Изд-во ТГУ,- 1990.-С. 69. Соавтор Н.А.Помпа.

49. Томское месторождение подземных вод: проблемы использования, дальнейшего освоения и охраны П Тезисы докл. Всесоюзного совещания по подзем-

ным водам Востока СССР. - Иркутск-Томск., 1991.-С. 187. Соавторы С.Л. Шварцев, В.А.Афонин, Ю.В.Макушин, А.Г.Варюпп:;,.

50. Гидрогеологические исследования бассейна р.Томи- основа рационального использования природных вод // Тезисы докладов Всесоюзного совещания по подземным водам Востока СССР. - Иркутск-Томск., 1991,- С. 70. Соавторы Е.Ю.Лоскутникова, Г.М.Рогов.

51. Глубокая доочнстка сточных вод электрофизическими методами // Водоснабжение и санитарная техника. - 1995- N 7. - С.12-15. Соавторы О.Д.Лукашевич, А.А.Мьшка.

52. Санитарно-гигиеническая эффективность очистки сточных вод элекгро-плазменным и электрокоагуляционным методами // Межвузовский научно-технический сборник. Очистка воды и стоков. - Томск, 1994,- С. 14-19. Соавторы О.Д.Лукашевич, А.А.Мынка, В.Л.Чахлов.

53. Установка для очистки природных вод и гальваностоков от ионов тяжелых металлов // Межвузовский научно-технический сборник. Очистка воды и стоков. - Томск, 1994,- С.58-61. Соавторы О.Д.Лукашевич, А.А.Мынка, А.И.Ухмылин, В.Л.Чахлов.

54. Малогабаритные модульные станции водоподготовки на основе многослойной фильтрации, сорбции и ступенчатого озонирования // Тезисы докл. Международной конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды". - Томск, 1995,- Т.З. - С.250. Соавторы В.Г.Майер, Е.И.Патрушев, О.Д.Лукашевич.

55. Интенсификация процесса очистки сточных вод электрофизическими методами// Тезисы докл. Международной конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды". - Томск,1995,- Т.З. - С. 297298. Соавторы А.А.Мынка, О.Д.Лукашевич, ВЛ.Чахлов.

56. Малогабаритная станция физико-химической очистки и обеззараживания воды // Материалы Международной научно-технической конференции "Вода, которую мы пьем". - М.- 1995.- С. 26-28. Соавторы Е.И.Патрушев, О.Д.Лукашевич, Ю.АЛоддубняк.

57. Получение гигиенически чистой воды с использованием скрещенных полей // Тезисы докл. второго Международного конгресса "Вода: экология и технология". -М., 1996.-С. 229. Соавторы А.А.Мынка, О.Д.Лукашевич, Н.М. Максимова.

58. Повышение эффективности очистки сточных вод электрохимическими методами //Тезисы докл. второго Международного конгресса "Вода: экология и технология". - М., 1996.- С. 357. Соавторы О.Д.Лукашевич, Н.М. Максимова, А.В.Лемеш.

59. Оценка защищенности пластовых вод Обь-Томского междуречья от загрязнения и выработка рекомендаций по безопасному водопользованию // Геоэко-

логия. - 1997. - N 6. - С. 38-42. Соавторы О.Д.Лукашевич, Н.М.Максимова, Л.П.Рихванов и др.

60. Эколого-гидрогеологические особенности эксплуатации и оптимизации систем водопользования в Томской области в связи с захоронением жидких радиоактивных отходов. // Материалы I Международной научно-технической конференции "Экология человека и природы". - Иваново, 1997. - С.18. Соавтор О.Д.Лукашевич.

61. Выбор экологически и экономически целесообразных для Западной Сибири систем очистки воды. // Там же. С. 19. Соавторы О.Д.Лукашевич, Н.М.Максимова, А.Ф.Рехтин.

62. Роль региональных показателей при оценке качества природной воды.// Материалы Международной научно-технической конференции "Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность". - Кемерово, 1998. - С. 23-24. Соавторы Н.М.Максимова, О.Д.Лукашевич.

63. Прогрессивные технологии водоподготовки. // Там же. С. 20-22. Соавторы О.Д.Лукашевич, Н.М.Максимова, В.А.Коробкин, А.А.Мынка.

64. Физико-химические исследования в разработке экологически чистой технологии кондиционирования состава воды. // Там же. С.25-27. Соавторы Н.М.Максимова, В.А.Коробкин, О.Д.Лукашевич, А.А.Мынка.

65. Реформирование системы регулирования жилищно-коммунального хозяйства города в условиях рынка. - Томск: Изд-во "Красное знамя", 1998. - 264с. Соавторы Ю.Ю.Галямов, А.Л. Шушарин.

66. Радиоэкологические особенности формирования и эксплуатации природных вод юга Томской области // Тезисы докл. третьего Международного конгресса "Вода: экология и технология". - М., 1998. - С.109-110. Соавтор О.Д.Лукашевич.

67. Доочистка питьевой воды: проблемы, решения // Тезисы докл. Международного симпозиума "Контроль и реабилитация окружающей среды". - Томск, 1998. -С. 133-134. Соавторы О.Д. Лукашевич, Н.М. Максимова, В.А.Коробкин.

68. Гигиеническая оценка проблемы питьевого водоснабжения в Томской об-' „ ласти // Тезисы докл. Международного симпозиума "Контроль и реабилитация окружающей среды". - Томск, 1998,- С.134-135. Соавторы О.Д. Лукашевич, Н.М. Максимова.

69. Расчеты нормативных значений водопотребления населением г. Томска // Тезисы докл. 16 Межвузовской научно-технической конференции. - Красноярск, 1998. - С. 42-43. Соавторы М.Г.Рутман, В.А.Коробкин, Л.В.Попова, О.Д.Лукашевич.

Текст научной работыДиссертация по геологии, доктора геолого-минералогических наук, Попов, Виктор Константинович, Томск

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА В РАЙОНАХ СЕВЕРА, СИБИРИ И ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА АКАДЕМИИ КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА ИМ. К.Д. ПАМФИЛОВА

ГЕОХИМИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ЮГО-ВОСТОЧНОГО ОБРАМЛЕНИЯ ЗАПАДНО-

ГОССТРОЙ РОССИИ

На правах рукописи

ПОПОВ Виктор Константинович /с

' на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Томск-1998

А ННОТАЦИЯ

Работа посвящена геохимическому исследованию эволюции системы "вода - порода - газ - органические вещества" для юго-восточного обрамления Западно-Сибирского мегабассейна. На примере Кузбасса рассмотрены гидрогеохимические и гидродинамические условия, особенности формирования различных типов подземных вод, развиты представления об органической геохимии угольных бассейнов. Изучены гидрогеологические следствия катагенного преобразования осадочных пород и их роль в формировании геохимического облика подземной гидросферы и аутигенно-минералогической зональности пород. Оценены перспективы на поиски залежей горючих ископаемых в осадочных глубокозалегающих отложениях Кузбасса по гидрогеологическим и геолого-тектоническим условиям развития этой структуры. Теоретически обоснована близость катагенных преобразований осадочных пород и процессов, протекающих в естественных условиях и условиях "технокатагенеза", имеющего место при глубинном захоронении жидких радиоактивных отходов. Выделены принципы экологической оптимизации, лежащие в основе стратегии природопользования на территории юго-восточного обрамления ЗападноСибирского мегабассейна.

Содержание

Стр.

Введение................................................................................................... 5

1. Гидрогеологические следствия катагенеза осадочных отложений........................................................................................... 16

1.1. Общая направленность катагенных преобразований минеральных агрегатов и органических веществ пород

и углей............................................................................................ 17

1.2. Литогидрогеохимический подход в исследованиях гидрогеологических закономерностей угольных бассейнов................................................................................................. 41

2. Геохимия подземных вод осадочных отложений......................... 56

2.1. Формирование основных типов подземных вод Кузбасса....... 59

2.2. Основные факторы преобразований органических веществ в подземных водах.......................................................... 110

2.3. Геохимические преобразования в саморазвивающейся системе "вода - порода - газ - органические вещества "

на различных этапах катагенеза........................................... 122

3. Роль тектонического и геотермального факторов в формировании геохимического облика подземных вод.......... 142

3.1. Взаимосвязь тектонических и геотермических условий Кузбасса и катагенеза угленосных отложений и их роль

в формировании подземных вод............................................... 142

3.2. Геодинамика водонапорной системы Кузбасса....................... 163

4. Значение катагенных преобразований системы "вода -порода - газ - органические вещества" в экогидрогеохи-мических исследованиях и выработке стратегии природопользования ........................................................................................ 190

4.1 Геохимическая оценка глубоких горизонтов осадочных

пород Кузбасса - составная часть стратегии экологической оптимизации геологической среды.................................. 190

4.2. Оптимизация водопользования в условиях техногенеза на примере совместной эксплуатации систем водоснабжения гг. Томска и Северска и систем захоронения жидких радиоактивных отходов..................................................... 208

Заключение.......................................................................................... 237

Литература............................................................................................ 240

Введение

Объект исследований и его изученность. Территория юго-восточного обрамления Западно - Сибирского мегабассейна представлена следующими геологическими структурами : Кузнецкий, Канско- Ачинский и Горловский угольные бассейны, Кузнецкий Алатау, Салаир, Колы вань- Томская складчатая зона. На этой территории "спрессовались" разнообразные технические, экономические, геологические, экологические и социальные проблемы, требующие своего безотлагательного разрешения. Для рассмотрения возможных путей выхода из создавшегося геоэкологического кризиса был выбран Кузбасс как базовая модель.

С одной стороны, по запасам, качеству и добыче углей Кузбасс является крупным промышленным центром на востоке страны, играющим важную роль в ее экономике. С другой - эту территорию следует рассматривать как естественную геологическую лабораторию, где можно наглядно проследить основные особенности литогенной и тектонической эволюции осадочных пород угольных бассейнов в тесной связи с формированием подземных вод. Поверхностный и подземный сток территории юго-восточного обрамления Западно-Сибирского мегабассейна, испытывающий мощное техногенное воздействие, в свою очередь, оказывает влияние на формирование природных вод всего юго-востока Западной Сибири. В совокупности все это предопределяет и отражает многообразие процессов и явлений, совершающихся при литогенезе и гипергенезе осадочной оболочки Земли, при формировании, сохранении и разрушении месторождений полезных ископаемых.

Гидрогеологические исследования выбранного объекта охватывают почти столетний период и проводились, в основном, геологическими и другими организациями. Результаты исследований обобщены в уникальном многотомном монографическом издании "Гидрогеология СССР.", а также в многочисленных отчетах, статьях, монографиях и диссертациях В.В. Пономарева, А.И.Махова, П.А.Удодова, Ю.Н.Акуленко, В.Н. Анку-

динова, С.Г. Бейрома, Г.П. Богомякова, Е.Е. Беляковой, П. И.Бутова, В Л. Дегтярева, М.В.Елизаровской, П.И.Зеленовского, Н.Г.Иванова, М.И.Кучина, H.A. Казаковой, А.И.Кравцова, А.И.Кемерова, М.А. Кузнецовой, Ю. В. Маку шина, В.М. Матусевича, Е.В.Пиннекера, Г.А.Плевако, О.В.Постниковой, А.П.Попова, Д. С. Покровского, С.П.Прохорова, Г.М.Рогова, Н.М. Рассказова, Ю.К. Смоленцева, А.Г.Савина, О.В.Сухопольского, Ж.Н.Савиной, Л.А.Соломко, А.А.Смирнова, В.Б. Горговановой, З.С. Цадера, Г.И. Якимовой и других, внесших значительный вклад в изучение гидрогеологии юго-восточного обрамления Запад н о-С и б ирс кого мегабассейна.

В этих работах практически не рассматривалась одна из современных геологических проблем - гидрогеологические основы и следствия последовательного во времени и пространстве катагенного преобразования осадочных пород, обу с л о в л и ва ю гце го тесную взаимосвязь геохимического и геотермического формирования облика подземных вод и аутигенно-го м и нера лообра зо ва н и я в осадочных породах. Впервые эти вопросы и их связь с экологи чески ми проблемами исследуемого объекта рассмотрены в нашей работе [Рогов, Попов, 1985].

Актуальность работы. Экологическая напряженность в юго-восточной части Западной Сибири привела к критической ситуации, когда пришлось закрывать ряд производств и объектов металлургии и химической промышленности. Нехватка воды для нужд питьевого и хозяйственного водоснабжения, крайняя степень загрязнения рек, истощение и загрязнение подземных вод требуют коренного изменения подхода к охране и эксплуатации водных ресурсов

Для улучшения экологической обстановки необходима прежде всего организация геоэкологического мониторинга и на этой основе - осуществление комплексной оценки экологической емкости территории. Это позволит определить безопасные пределы техногенного воздействия на окружающую среду и обеспечит профессиональн ый подход при разра-

ботке методов и процедур управления состоянием и свойствами массивов горных пород с целью сохранения ими экологических функций.

Реализация этих проблем связана с геохимическими исследованиями саморазвивающейся системы "вода - порода - газ - органические вещества"(СС "ВПГОВ"). Результаты, полученные при исследовании эволюции этой системы, являются объективным источником двухсторонней информации о геологической истории осадочной оболочки Земной коры. Во-первых, эта информация позволяет проследить трансформацию геохимического облика подземных вод и минеральных агрегатов на различных этапах зон катагенеза и гипергенеза и в связи с этим повысить достоверность прогноза и эффективность поисково-разведочных работ на подземные воды, горючие и другие полезные ископаемые. Во-вторых, сведения о воднорастворенных (ВРОВ) и воднорастворимых (ВрРОВ) органических веществах позволяют изучать условия формирования и изменения химического состава природных вод и их загрязнение, исследовать закономерности движения и перераспределения загрязняющих веществ, в том числе радиоактивных загрязнителей, в природных водах с целью своевременной разработки и проектирования мероприятий по оптимизации водопол ьзования и безопасному хранению жидких химических отходов, включая радиоактивные.

Цель диссертационных исследований состояла в развитии и углублении представлений о роли катагенеза в формировании подземных вод на основе исследования органических веществ подземных вод осадочных отложений юго-восточной части Западной Сибири и выявления их роли в геохимической эволюции подземных вод и аутигенного минералооб-разования, происходящей при литогенезе, а также в со вер шенство ван и и методов диагностики месторождений природных вод, горючих и других полезных ископаемых, прогноза их эксплуатации и в разработке стратегии экологической оптимизации геологической среды.

Для достижения цели были определены следующие задачи :

1. Исследование химического состава органических веществ подземных вод осадочных отложений на различных этапах катагенного и гипергенного преобразования углей и рассеянного органического вещества (РОВ).

2. Изучение влияния стадийных катагенных преобразований, протекающих в СС "ВПГОВ", на формирование гидрогеохимической и аути-генно-минералогической зональностей.

3. Физико-химическая оценка характера взаимодействия углеводородов и алюмосиликатов в подземных водах в процессе катагенной эволюции осадочных отложений и его влияния на формирование геохимического и геотермического облика подземных вод.

4. Разработка методологических подходов к стратегии экологической оптимизации геологической среды (выбор способов рационального использования природных ресурсов, включая прогнозирование нефтега-зоносности глубокозалегающих палеозойских образований Кузбасса, выявление природы и движущих сил техногенных катагенных преобразований в СС "ВПГОВ").

Методология и методы исследований. Научная и практическая работа проводилась на основе системного анализа результатов гидрогеологических исследований в непосредственной связи с истор и ко-гео л о г и ч е-ским и онтогенетическим аспектами. В работе использованы методы гидрогеологического и геохимического моделирования, верификация интерпретационных схем и геологическое прогнозирование. Проведен анализ современного состояния проблемы на основе обзора литературных источников. Введено понятие саморазвивающейся системы "вода - порода - газ - органические вещества", как важнейшего в методологии исследований.

Состав природных вод изучался химико-аналитическими, электрохимическими, спектральными и микробиологическими методами. Методики ВСЕГИНГЕО использовались для исследования органических ве-

ществ: жирных и нафтеновых кислот, гидрофобных и гидрофильных масел, люминесцирующих веществ. Методы ИГиРГИ применялись для определения органического углерода (Сорг); органических веществ, окисляемых йод атом и перманганатом калия; для анализа фенолов, ароматических углеводородов; разделения органических веществ в кислой, нейтральной и щелочной средах. В работе использовано комбинированное применение хроматографии и ИК-спектрометрии для изучения органических веществ. Некоторые виды проб исследовались методом хромато-масс-с пе ктро метр и и в соответствии с методикой по защите окружающей среды США (Method 625 EPA USA). Для исследования пород использованы растровая электронная микроскопия и фазовый рентгеноструктур-ный анализ.

Измерения содержаний естественных и искусственных радионуклидов в пробах воды проводились с помощью гамма-спектрометрии. С целью детализации механизма протекания гидрогеохимических процессов и выявления их геохимической направленности привлекались термодинамические расчеты.

В ходе выполнения работ под непосредственным руководством автора создан Центр химико-аналитических исследований объектов окружающей среды при Институте проблем жилищно-коммунального хозяйства в районах Севера, Сибири и Дальнего Востока (г. Томск). Он аккредитован в Госстандарте России на техническую компетентность и независимость по определению химических компонентов и зарегистрирован в Государственном реестре под № 87 РООС RU 0001.510.340 от 03.07.95г.

Научная новизна исследований. В развитие идей В.И. Вернадского о непрерывности, саморазвитии и взаимообусловленности в природе всех биологических, геологических, физических и химических процессов осуществлен системный подход в изучении процессов, явлений, законо-

мерностей развития СС "ВПГОВ", где детально рассматривается роль органических соединений.

Впервые проведено изучение содержания и состава органических веществ подземных вод Кузнецкого, Горловского и Канско-Ачинского бассейнов:

- установлены закономерности в распределении воднорастворенных органических веществ в СС "ВПГОВ" и предложены возможные схемы физико-химического взаимодействия ее составных частей;

- выделены стадии преобразования органических веществ подземных вод как в условиях катагенеза, так и гипергенеза угленосных пород. Получены новые данные о роли органических веществ в формировании геохимического и геотермального облика подземных вод при катагенных и гипергенных преобразованиях осадочных отложений;

- выявленные закономерности рассеяния и концентрирования органических веществ в подземных водах, как составная часть, вошли в разработанную схему стратегии экологической оптимизации окружающей среды для улучшения функционирования систем жизнеобеспечения.

Развиты экспериментально обоснованные представления о гидрогеологических следствиях катагенеза. Направление изменений в самораз-

I» II

вивающеися системе вода - порода - газ - органические вещества на каждом этапе катагенеза определяется строгим онтогенезом минеральных образований, трансформацией органических веществ и соответствующим геохимическим обликом воды.

Теоретически смоделирована схема техноген но-катаген н ых условий, существующих в СС "ВПГОВ" в условиях глубинного захоронения жидких радиоактивных отходов.

Теоретически обоснован литогидрогеохимический подход, учитывающий катагенную преобразованность осадочных отложений, для объяснения основных закономерностей гидрогеологии угольных бассейнов.

Защищаемые положения, 1. Обоснование обусловленности содержания и состава воднорастворенных органических веществ и микроэлементов (МЭ), зако но м ер ноете й их рассеяния, концентрирован и я и участия в аутигенном минералообразовании в различных зонах катагенеза динамичными катагенными преобразованиями в СС "ВПГОВ".

2. Гидрогеологические следствия катагенеза осадочных пород - основа литогидрогеохимического подхода в исследовании и установлении гидрогеологических закономерностей угольных бассейнов.

3. Геохимические особенности подземных вод Кузбасса позволяют положительно оценить перспективы поисков залежей углеводородов в осадочных глубокозалегающих палеозойских отложениях.

4. Закономерности катагенного преобразования подземной гидросферы - основа оптимизации техногенных условий совместной эксплуатации систем водоснабжения и систем глубинного захоронения жидких радиоактивных отходов.

Научная проблема состоит в применении теоретического представления о СС "ВПГОВ" для эколого-экономического обоснования принятия практических решений при выработке стратегии природопользования в пределах территориальных комплексов.

Органическая гидрогеохимия угольных бассейнов, теоретически обоснованная в работе, вносит очевидный вклад в развитие теории формирования подземных вод, способствует повышению достоверности прогноза залежей горючих ископаемых, создает предпосылки развития физико-химических методов для оценки качества воды и новых технологий водоочистки, широко используется при решении вопросов экологической оптимизации геологической среды.

Практическая значимость работы и реализация результатов исследований состоит в том, что прикладные и методические разработки, выполненные дис