Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Гидрогеологические условия формирования и перспективы освоения озерных соляных месторождений Прикаспийской низменности (на примере Баскунчака, Индера, Эльтона)

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Гидрогеологические условия формирования и перспективы освоения озерных соляных месторождений Прикаспийской низменности (на примере Баскунчака, Индера, Эльтона)"

Я* 0 9 9 г

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЬ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ Р5

»

САНКТ ПЕТЕРБУРГСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯШЬСКОЛ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАКЕНИ ГОРНЁЙ ИНСТИТУТ ииеии Г.В. ПЛЕХАНОВА

На правах рукописи

СЕННОВ Апдре! Светозарович

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ ОЗЕРНЫХ СОЛЯ1ШХ ИЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИКАСПИИСКОИ НИЗМЕННОСТИ (НА ПРИМЕРЕ БАСКУНЧАКА,ИИ ДЕРА,ЭЛЬТОНА)

Специальность О1*.ОО.Об - гидрогеология

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ на соиокаиие ученой отепэни кандидата геолого-иинералогических наук

Санкт-Петербург 1992

Работа выполнена в Институте земной коры Санкт-Петербургског государственного университета.

Научным руководитель-

кандидат геолого-иинералогических наук,доцент Курилеико В.В.

Официальные оппоненты: доктор геолого-минаралогических наук Якуцени В.П. кандидат геолого-минералогических наук Петров В.В.

Ведущее предприятие- Ьсесоюгчы* научи©-исследовательски« н проектный институт галургии •

на заседании специализированного совета Д.063.15.07 в Санкт-Петербургском горном институте имени Плеханова по адресу: Х^Огб, Санкт-Петербург, В.О., 21 линия, 2, ауд. 1158

С диссертаций! можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петер-

Звщ*т? состоиться

1992 г в/5~час.

бургского горного института

Автореферат разослан

Ученый с кретарь специализированного совета, доцент

А.В,Кузьмин

/

•ОГ.уцаГ , -

■Г/П Г Уг ВВЕДЕНИЕ "

^-дуальность работа Расположенные на территории СССР, и, в частности, Прикаспийской низменности, озорные соляные нооторождапия являются одним из самых легкодоступных источников гидроминерального и минерального сырья для получения поваренной соли, гипса, мирабилита, тенардита, сода, соло» калия, здсомота, битофита, а та?^ке бора,брома и других здэмопт»§>. Кртад тою, рапа ы ил используются в бальнеологических цэлях.

Одаацр.нврациоиальная прошмэнная разработка подобных месторождения часто приводит к их истощении, резкому ухудтатю условий о.ссплуатащш, а также нарумнии природного рзпновосия. Характерным примером этого стало озеро Баскунчак.

Таким образом, теоретическое исслодо>зат,"ю закономерностей формирование озорных соляных »эсторовдапий, а также обоснованно и разработка критериев их оптимальной эксплуатации с учетом охрлии геологической с роды имеет больаоо научное и практическое значение.

Цэль работы заклочается в шя&хзтт и количественной оценке закономерностей Формирования озерных соляных шсторовдэния северяэго Ирикаспия и разработке рекомендация по их рэцшнажшоа эксплуатации, с учетом охраны геологической среда. В соответствии с целью исследований, а также па основе изучения опубликованных и фондовых материалов, поставлены следущнэ задачи:

1 .Изучение геолого-гидфогеолопгаоских и физдаэ-географичес-кщх условия формирования озерных соляных иесторовдэний Северного Прикаспия.

2 Определение численных характеристик компонент водно -солового баланса оээр, в частности,величин конденсации VI испарения поверхностью рапы л твердой соляной фаэУ; инфихыграции в зоне аэрации соляных отложений; солепривноса с подземным стоком; роли эоловых процессов, а также количественная одежа подземного стока в озеро Баскунчак по имеющимся геолого-гидрогеологичееким данный.

а.Изучение закономерностей формирования и устойчивости соляной заложи.

4. Püpaöonta критериев оценки естественных ресурсов с&лэнэкопления и эксплуатационных запасов.

ь. Разработка рекомендаций iiu рациональной промышленной экспдуатац.01 с учетом охраны геологической среда и экологических условий.

Материал В качестве исходного материала были использошны результаты иблевых исследования, выполненных в рамках хоздоговорной работы по исследованию естественных ресурсов со-лаианиплэния озера Баскунчак в 198б-88гт,в которые автор являлся ответственным исполнителем, результаты лабораторных экспериментов. фондовые материалы ВНИИГАлургии, Астраханской ГРП МинГео СССР, ВНИИСолъ, НЖЖ ЛГУ, а тага® ощблжоъззвш работы по изучаенсй теме.

Научная иовизпа работы заключается в слэдупдам:

1 .Количественно изучены закономерности образования озерных соляных месторождений, формирующихся вблизи соляно-купольных структур.

?..Выявлены факторы Армирования соляной залежи при естественном и нарушенном режиме солэнакоплэния.

3.Произведена оценка конденсационной составляющей водного баланса соляных озер.

4.Установлены закономерности и роль влагоперзноса ш> зоне' аэрации в процессе формирования соляных отложений:

5.Обоснована зависимость между минеральными составами соляных куполов и отложений озер.

б.Осуществлено районирование территории озера Баскунчак по условиям подземного стока и величина последнего оценена методами численного гидрогэодинамического моделирования и балансовым, с учетом дачнм* лизиметрических наблюдений.

Практичаская значимость работы заключается в разработка критериев оценки эксплуатационных запасов озерных соляных месторождений; метода расчета скорости восстановления соляной за-лэжи та данным гидрогеохимичаских наблюдений; метода численной оцэнкч конденсационной, инфкльтрационной и испарительной сост-тавляпдих водного баланся соляных озер; методики оцэнки засоленности -территории, примыкэмцой к соляным озерам, в результате эоловых проиессов; рекомендация по рациональной эксплуаташи озерных соляных месторождений северного Прикаспия, с учетом природоохранных мероприятий.

Реализация результатов Основные вывода ы результаты иссдй-доваши изложены в отчетах НИР, выполнен: гых "в института Земной коры ЛГУ в 1988-90 гг. Отдфлыоэдэ положения работы нашли свое отражение в рекомендациях по промышленной эксплуатации Баскунчакс-кого месторождения, а также при составлении проекта детальных половых пзолого-гвдрогеологических работ по его изучению.

Апробация результатов Основные подежения работы до.слэдцва-лись на конференциях молодых ученых ЛГУ в 1988-87 гт. ,на гидоо-геологическоп комиссии Ленинградского отделения Географического общества СССР; отдельные положен;^ работы аглещались на Всесоюзном совещании по проолеме озбра Баскунчак в 1988 г.в Лекгосуни-верситете,в> докладе на Всесоюзном семинаре,посвященном памяти Б.Л.Личкова "Роль подземной гадросферы в истории Земли" < 1Ш9), тезисах I Всесоюзного съезда инженеров-геологов, гидрогеологов, г'зокриологов (1988), на' всесоюзном семинаре "Применение ЭВМ при гидрогеохимичзском моделировании"! 19911.

Пуб-такации По теме диссертации опубликовано 7 печатных рэбот Объем работы Диссертация изложена на 185 стр. и содержит W> рис., 10 табл., список использованных источников, включающий 128 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАбОТЫ i .Состояние вопроса. В главе отмечается, что условиям формирования и развития, промышленной оценке, методика изучения соляных озер посвящено большое количество исследований, среди которых широко известны работы М.Г.Валяшко. А.И.Дзеис-Лэтовского, Е.В.Посохова, А.А.йаанова, И.Н. Лепошкока, Г.В.Короткевич , Ю.П.Никольской, Л.М.Гроховского, Ю.В. Баталина, Е.Ф.Станкевича, Скляровоа Э.С. .Ковальского Ф. И..В.В.Куриленко и других авторов. Крупный вклад в изучение физико-химических условий образования соляных озерный месторождения внесли Вант-Гофф, 1-^дс, К.С.Курнаков. С.Ф.Жемчужшков, В.И.Николаев и др.

Отмечается, что в настоящее время не существует общепринятого подхода к классификации соляных озерных месторождений; однако особенности озер различных типов,характерный для каждого из них набор режимообразующих факторов, требуют и особого в каждом случае методического подхода к их изучению. В Северном Прикаспии основные крупные озерные солят .¡в мветоровдэяия образуются за счет растворения древних галогенных толя и irropiraoru гюроотло-

жвния сол»й, характеризуются определэнт'ми условиями формирована ш- требуют специфических методических приемов при их изучении для послэдушой эксплуатации; иссл^крванкэ соляных озер такого типа и являэтся основной целып настоящей работы.

При разработка местороадений с учетом мероприятий та охране геологической среды необходимо выявление наиболее значикых режимообразукяда факторов с шновдао систематических наблюдений как за эломонтами водно-солевого баланса 'Так и состоянием равновееня рассол- твердая солэвая фаза.

Показано, что при изучении элементов водно-солевого баланса наибольшую сложность представляют: количественная оценка солевого питания за счет подземного стока; численная оценка голового выноса солей; количественная оценка роли процэссов влагопореноса о зоне аэрации соллшх отлоиадий.

Указывается,что при обработке данных гвдрогеохимичеекдо: наблюдения га равновесием в системе порода- вода применительно к соляным озерам осуществляется, главным образом, качественное его описание и оцэяка запасов соли в твгрдой и жидкой фаза. Характеристика гвдро1.еохимических процессов, определяющих особенности реж»иа соленакашения, ногат быть осуществлена на основе физико- химического модешфования.

2. Физию-гэограФическив и па лого-гидрогеологические условия Прикаспийской виаизнности. В главе отмечается, что изучаемая территория представляет с сбой морскую аккумулятивную равнину, прл этом общая площадь гидрографической оети не превышает и всей пловдди низменности. Реки местного стока обычно не достигает моря, и заканчивается в озерах и сорах, заполненных водой или рапой различного состава и концентрации. Характерны мелктгз, пересыхающие озера с незначительными по мощности отложениями солей. Наиболее крупные соляные самосадочные озера' приурочены к мульдам проседания вблизи солянокуполышх структур.

Климат Прикаспийской низменности полупустынный, относшвль-ная влажность зимой в пределах 75-05Х; летом- 30-50 %. Атмосферные осадки в среднем составляют 150-250 мм в год, при испаряемости юоо и более мм. Средне годовал температура 5-8°с при колебаниях от -зо до ■Н5°с. Характерным является наличие постоянного ветра,переносящего значшвльное количество терригенного материала. Вь:явлены микроклимаггическио особенности вблизи соляных озер, проявляющиеся в температурах, влажности и скорости ветра.

При рассмотрении геологического строения указывается, что рассматриваемая территория принадлежит Прикаспийской синеклизе -краевому прогибу Русской платформы, области дока^брийской складчатости. В строении впадины принимают участие магматические и метаморфические порода архея и протерозоя, перекрытые осадочными отложениями палео- мезо- и кэаноавя мощностью до ю-15 км. Регион является в настоящее время тектонически густивным, вследствие как акпгености блоковых структур фундамента, так и соляного тектогенеза.

Хараюврнсй особенностью структуры »гвляется галогенная формация, образование которой обычно относят к кунгурскому веку Пермской эпохи. Мощность последней, тю геофизическим данным, в цэнтральной части впадины достигает 5-ю км. Формация определяет наличие большого количества соляных куп?лоз, причем глубина залегания сэли от дневной поверхности часто не превышает нескольких сотен и даже десятков махров. (Замечается сложное внутреннее и внешнее строение куполов.

В гидрогеологическом отношении район находится в предела Прикаспийского артезианского бассейна, в пределах которого выделяется ряд бассейнов низшего порядка. Общим для всего северного Прикаспия являются два гидродинамических этэаа-надсолевой и подсолавой.

В районах развитая соляных куполов возникают гидрогеодина-мические и гидрогеохимические аномалии. Так как проявления внесшей и внутренней соляной тектоники во взаимодействии с процессами растворения подземными водами поверхности куполов, приводят к выходу на соляное зеркало разнообразных по минеральному составу галогенных отложений, вблизи солянокупольных структур формирутггся различные гидрохимические типы подземных вод, химический состав которых зависит также от глубины залегания соляного зеркала штока.

В частоедэй работе рассматривается верхняя часть надсолевого этажа. Вблизи изучаемых озер основную роль играют водоносные горизонты в четвертичных и кунгурских оглох®киях. Пэрвые характеризуются водопроводимостью юо-зоо м2/сут при средней мощности 20-30 Ы;.вторые - весьма различными значениями впцопроводимости, от долей единицы до сотен м2/сут, при средней мощности ю-20 м. По химическому составу вода а четверггичиых отложениях гклрокарбонатно- натрдавью, с геятчрализациой не более

несколько г/л; над куполами минерализэ"ия вэсьма различна, от нескольких г/л до точки насыщения. Озерные осадки в компенсационных впадинах солянокупольных структур имегот суммарную мощность в несколько сотен метров и более. Они представлены хорошо растворимыми солями, к которым приурочены межкристальные рассольные горизонты различного состава и концентрации. Солямые пласты разделены относительно слзбопроницаемыми илами.

При рассмотрении особенностей строения отдельных куполов, отмечается, что если вблизи озер Индер и Баскунчак галогенные отложения залегают на глубине 20-40 м, то у озера Эльтон глубина залэгагия зеркала штока достигает зоо м.

з. Мзтоды исследований. В главе раскрываются методические особенности исследований по изучению компонент водно-солевого баланса и равновесия в системе порода-вэда применительно к соляным отложениям.

Приведена схема и конструктивные элементы лизиметрической установки дяя изучения влагошреноса в зоне аэрации соляных отложения.

Опгоган метод' оценки эолового разноса солеа, основанный на изучении водно-солевого ксмплэкса почв и грунтов на с:гружашея озера территории.

Предложен тайне метод числйнной оценки солавого питания озера за счет подземного стока. Минерализация подземных вод над соляща поверхностью штока определяется, главным образом, процессом растворения последней. В развитие представлений Смирнова С.И.( 19711, в любой произвольно взятой ленте тока со • средней. мощностью и, посла решения плановой

гидрогводанамической задачи i определения v>, можно расчигать средрпо минерализацию подевмных вод, разгружающихся в озерную котловину, по формуле:

м У

■> С - С* 'С - С„ ) 1/М / »ríe---я-г ау «II

х 0 0 О ZIDx/v»®^

Где сх -концэнтрация в точке о координатами *.v¡ сп-pacTBopwocTb; с0- начальная концентрация; v -скорость потока; d -коэффициент диффузии. Общий солепривнос находится суммированием по всом лентам тока.

Kptwe того, рассматриваются особенности обработки

материалов половых исследования. Образцы твердой фазы и рапы анализировались микроскопическим методом, в гоморсии и в отраженном свете на полированных аншлифах, химическим анализом по методике ВНИИГалургии а также рептгенофазовым анализом с использованием .этода порошков на стапдаргном оборудовании. Физико-химическое моделирование при изучении равномсия в системе порода-вода проводились, главным образом, с ««пользованием алгоритма расчета активностей по урс<аяевдгям Шггдара. Использованы программа "СВВБ",Для политермических расчетов § системе На,Са,Мо|80,,0_-И20. разработанная на кафедрах гидрогеологии и химической термодинамики и кинетики МУ на основе указанного алгоритма, ш программа "сдиТ". для изотершчосяшх расчетов и моделирования солеосатдония в системе КЛа,Са-МоЦС1.-Н20, разрэботэяяая автором.

4 Водно-солевой баланс соляных озер. Показано, что в климатических условиях северного Пргосаспия ' КЕЯЦэнтрировэнио рассеянной в породах соли в эрозионной котловине приводит к возникновению солоноватого (но соляного) озера. Озера( приуроченные к соляно-куполышм сгрэтсгураи, кото разделить на три основные группы в зависимости от условия водообмена и тектонической активности. Так, рапныо, нлобдо озера, характеризующиеся ностойчяышм водно-солевым режимом и малой мощностью донных осадков, возникают при достаточной обводненности терртгториии и низкой тектонической активности. При низкой обводненности и высокой тектонической активности соляное зеркало итока поднимается выше уровня грунтовых вод; в этом случае возможно образование лкаь пересыхающих- озер ста поверхности пггока. Сухие (корневые» соляные озера о мощными пласташ переотгоженной соли (Баскунчак, Индер, Эльтон! формируются в компенсационных понижениях соляно- купольцых структур при высокой т токтоническоа активности и достаточной обводозв мости территории.

Характерными режимообрэзупдияи факторами для всех трех групп т.о., являются геологический (текгоничоскиа» и гидрогеологичес-киа (гилрогеодинамический) при обязательном участии климатического (испарениэ). Крупными и устойчикьми запасами соли и рапы оЗладактт лишь месторождения третьей группы, в связи с чем метода их изучения и промьшэнная оиеька представляют пп*5ольпнй интерес. Пуфохимический тип рапы тага« смр спр-ггштэтся растворе ни-

ем подземными водами древних галагенньзг отлоданщ определенного минерального состаэа.а также особенностями водной миграции гало-филышх элементов от поверхности пггока до соляного опора. Процесс мотаморфкзации активно не прявляется.

Так, отсутствие на солянок зеркале Баскунчакской структуры сульфатных минералов обусловило формирование ^доридного типа рапы озера; вчсоков содержание лолигалита, кизерита и т.п. на куполе Индера пришло к формированию рапы хлорвдно-магниевого подтипа сульфатного типа. Большая глубина залегания ппока у Эльтона обусловливает повышенную роль процессов обычного контшэнтального галогенеза, формирующего сульфатный тип рапы, что, в совокупности с присутствием на вгтоке кизерита, доводит состав рапы до точки садки эпсомига.

Далее приведена характеристика компонент водно-солевого баланса. Основными приходными статьями баланса является поверхнос»-11Ый и подземный сток, осадки, инфильтрация через зону аэрации при отсутствии поверхностной рапы, конденсация на соляную поворхиасть и акваторию; основными расходными статьями балансу являются испаренка с поверхности рапы и твердой соли, для разрабатываемого месторождения расходной статьей баланса является также антропогенный вынос последней. Сумма приходных статей водно-солевого баланса ©прэделяет величину естественных ресурсов солпдасюпления.

Поверхностные водотоки, питающие оз. Баскунчак, являются очагами разгрузки подземных вод, и разделяются на две группы: связанные с кунгурскими гипсами (кепроками) и с водоносными горизонтами в четвертичных отложениях. Выяснено, что дебитъ большинства источников коррелирукггся с режимом выпадения атмосферных осадков и внутривековыми колэбаниями климата ; дебиту крупных источников характеризуются большим постоянство* и «зныпей зависимостью от климата. Отиэчьотся влияние антопогенного воздействия на режим источников. Суммарный деби-меняется от »о до 2 млн. кубометров в год, среднее значен» СОСТаВЛЯеТ 6,6 МЛН КубОМЭТрОВ; ПрИВНОС СОЛИ (650 тыс тонн ! год) осущэствляется, главный образом, 15-го источниками связанными с кунгурскими отложениями; за счет растворени поверхности штока минергчэадая здесь обычно 100-150 г/л. П химическому составу воды относятся к сульфатно-натргавом подтипу сульфатного типа. В незначительных количества

присутствуют (СМо-Ви.

Воды ю-19 источников, связанных с четвертичными отложениями, обычно сул^атно-пурокарбонатно-натрмево-кальциэ-выо ; в связи с низкой, главным образом, сульфатно-кальциевой минерализацией < <л-2 г/л),они но оказьшэют заметйого влияния на восполнение запасов месторождения.

На основании проведенных рэяашшых наблюдений установлено, что в период 1986-88 гг. объем поверхностного стока в озеро Баскунчак составлял з млн.кубометров, а привнос соли- зооооо т/год.

Далее рассмотрено определение чкслвтоп величины водно-солевого питания оз. Баскунчак за счет подземного стока ГкЩродинамическим методом. На основании изучения и систематизации материалов изысканий Астраханской ГРП, а также с использованием результатов полевых исследований 1986-ее гг. для проведения расчетов и моделирования (шла проведена схематизация области исследования, при этом выделено 4 ?оны, разделяющиеся на ряд подзон. Критериями вцделэнгя зон служили различия в геологическом строении и гидрогеодингмических характеристиках. Моделирование осувдэстекалось а помощью прогрзмпого обеспечения (ССПО МОДЕЛЬ), разработанного во ВСЕГИНГЕО. На внешнем контуре модели и вдоль береговой линии озера задавались гранитные условия первого рода. Рассматриваемая территория была аппроксимирована конечно-разностной сеткой 1x1 км, а участок озера и прибрежной шдосы - эоо .х 500 и. Был предусмотрен расчет расходов через отдельные контуры, которые соответствовали делению на зоны и подзоны, описанные выше. -

В процессе ргботы с моделью отрабатывались ра&личные водо-проводимости гипсовых шлей и четвертичных отложений, а также численные значения инфильтрации? основным критерием адекватности модели служило совпадение отиэток уровня грунтовых вод с "модельными" значениями. Расчет количества привносимой соли осуществлялся по формуле и ),с учетом ширины зоны (подзоны).

Но результатам моделирования суммарный водопроток достигает 1б.8млн.м3/год,а привнос соли- 1.06 млн.м3/год. Средняя концентрация солэй в подземном стоке не провьшает 50 г/л, что существенно меньше принятой для расчета солэпртаноса средней концентрации, равной концентрации источников плямэвой зоны.

Приведены данные расчетов- подземного гаггания озера Баскунчак балансовым методом с учетом данных лизиметрических

наблюдений, подтверждающих результаты моделироваьл. Сделан вывод о том, что подземное питание составляет приблизительно 35-37 % ежегодного влагооборота озера Баскунчак и обеспечивает не менее 2/з солепривноса, а с учетом снижения поверхностного стока в последние года - почти 3/4.

При рассмотрении роли инфильтрационного питания показано, что конденсация на поверхность соли (рассола» и испарение с нее могут бьггь описаны, с допущением о стационарности процесса при заданных температуре, влажности, химическом составе соли Iрассола), следущэй зависимостью, полученной автором:

(3 ( Т' хР^ , х( V - VI и) I X К ]/ (ТхРь ) 12)

где с^,- расход за счет конденсации (испарения) при температуре -Ь'; Рг,и Рг- - давление насыщенных паров при температурах г' и ^ V и У(и)- соответствемао относительная влажность тонущая и влажность насыщения для данного рассола при температуре V; к - эмпирический коэффициент, зависящий от-диащтра фракции и химического состава соли, для выяснения численной величины которого проделана серия лабораторных экспериментов. Выжжено, что при конденсации численная величина к (мм/сут, при тарепаде влажности 1«, хю~2 ) находится в пределах от 1.9 до »л и практически не зависит от мощности зоны аэрации.

При расчете испарения с поверхности открытого и грунтового рассола, в одучаэ, если диаметр фракции галита- грантпш 5-7 ым, характерной для условий, в частности, озера Баскунчак, козфф1ги?онт. к п ядставляется в виде.:

К - охр (-2.3Э4 - 0.154 Ы (3)

где ь - мощность зоны аэрации, см. Постоянная (-2.3541 выраж; эт здесь скорость испарения с открытой поверхности рапы озера) при других разиэрах кристаллов соли и составо рапы, наличии данных наблюдений об испарении с открытой поверхности в уравнении меня:тгся коэффициенты экспоненциальной зависимости, приведены примеры.

Сделаг вывод о том, что конденсационная составляющая мошт достигать почти ю* приходной части . водного баланса; инфильтрационная составляющая при мощности зоны аэрации более

0.25 м. практически постоянна и составляет 75% слоя осадков, а при мощности менее 0.25 м почти совпадает с ним.

Для выяснения возможности эолового выноса сатай из озера Баскунчак был произведен анализ проб почЕО-грунтов. Выяснено,что концентрация воднерастЕоримых солей является фоновой для почв запада Прикаспийской впадины, и следовательно, соляное озеро не является [Источником повышенного засоления окружаодэй территории.

Расчет водного баланса произведен как для влажного и холодного года, когда рапа постоянно покрывает всю поверхность озера, так и длй года с интенсивным испарением. Показано, что мэжгодовые колебания уровня рапы достигает 40- 50 см. Средние значения компонент водного баланса гршедены в табл. t

Таблица 1

Водно-солевоя баланс ооера Баскунчак

компоненты баланса водньп баланс Припнос NaCl

з млн,м /год S ты=.т/гоя S

поверхностни! с ток одавмнья сток инфильтр цня О" »дки 3.0 16.8 10.0 „ .7 7.0 38.6 41 .3 13.1' 300 15 1006 85

сумма приходных статей баланса 43.5 100 130<i 100

испарение с поверхности рапы испарение с поверхности соли 17.5 26.3 39.7 60.3 !

рас хол 43.5 100 - •

Далее р^ссм: ривазтся водно-соловой баланс оззр Ивдер и Эльтон. Большинство источников оз. Мндер приурочено к северному побережью и генетически связано с водоносным горизонтом в гипсовых отлоиэниях кунгурского возраста поэпроком). Как и для оз. Баскунчак, отмечается связь пцгроданамического и гидрохимического режимов источников с ггтосфергшми осадками ч внутривековыми колебаниями климата, более стабильный режим крупных источников, дренирующих водоносный пзризонт на большую

мощность. По химическому составу они относятся, как и рапа озера, к хлоридао-мапшевому подтипу сульфатного типа. Суммарный водоприток за счет поверхностного стока составляет 2.06 кдн. кубометров в ГОД; ПрИВНОС СОЛИ - 14197? т/год.

Произведен расчет водно-солевого питания озера Икдер за счет подземного стока, при &?ом сделан вывод о меньшей величине солевого питания по сравнению с принятой в настоящее время. В делом величина подземного водопротока по всему триметру озера достигает п.бз млн.м3 в род, что составляет зьх ежегодного влагооборота озера и обесшчивает не менее 65* его солевого питания. Суммирование приходных частей воднгЛалансового уравнения для озера Индер дает цифру порядка зз.5 млн.кубометров в год, ежегодный привнос солзй по расчетам не превышает 1 млн.т.

В озеро Эльтон впадает 7 основных водотокав, при этом более половины их расхода приходится на р.Хару (200 мс).Суммарный расход всех источников достигает 337.9 л/с или около 1.1 млн.м3/год. Так же как для Баскунчака и Индера, отмечается влияний внутри&жовых колебаний климата на их гидрохимическии. режим. Вода поверхностных водотоков приносят в оз£ро около .130000 т соли в год. Приведен расчет водного баланса оз. Эльтон. Елагооборот'здесь может достигать во млн.кубометров в год, доля подземного стока в водном балансе озера составляет зог, т.е. меньше, чем на озере Баскунчак. Это указывает на снижение доли подеошю.'и питания соляных озер в областях с большей увлажненностью: Величина среднего единичного расхода, исходя из вышеизложенного, составит приблизительно о.6 м /сут., что несколько ниже, чей на Баскунчаке <0.8 м/суп и Индере (1.0 м/сут>.

1.роводата анализ различий в водно-солевом балансе озер, ¡? .••¡рьэ объясняются тектоническими, гидрогеологическими и клиыа- ическими особенностями.

5. Формирование соляных отлоааний озер Баскунчак, Индер Эльто1. Дается краткая характеристика соляных отложений озер. По х таическому составу рапа озера Баскунчак относится к хлоридному типу, Индера и Эльтона - хлоридао-мапшевому подтипу сульфатного типа. . Для Эльтона наиболее характерна взаимосвязь уровеиного режима рапы с колэбаниями климата, кроме того, здесь происходит совместная садка галета и эпсомита. Мощности поверхностного соляного пласта достигают ъо м на Индере, 18 м-на Баскунчаке и 12 м-на Эльтоне.

Дч.юв рассматривается действие различных фактороа формирования соляного тела. Кристаллизация соли происходит в основном под влиянием испарения, а тага» вымораживания и высаливании, заметное влияниэ оказывает наличие "зародышей", которыми являются мелкие частицы, привнесенные эиловым путем. Растворение, по результатам половых наблюдений, приводит к перемещению сотен тысяч тонн соли.

При рассмотоении ионного обмена подчеркивается, что в отличие от принятых моделей, особенностью рассматриваемого прогрсса является незначительное количество твердой фазы (N), ежегодно привносимая эо.ловым путем в относительно постоянный и Заьедомо игбьточмгй объем рапы (V), с практически одинаковой плотностью (у) и химическим составом. При такой постановке уравнение, описывающэе процесс ионного обмена, имеет ввд:

«ж/л: - (4 )

где С - лотдентрация компонента в жвдкой фазе; к-коэффициент пропорциональности, чиеазнная величина которого,расчитанная нами в сопоставимых интервалах концентраций по литературный данным, находится в пределах о.93 - 1.25 I/масс.к. Подчеркивается, что 1роцесс ионного обмена моют способствовать переходу рл:ш озера Баскунчак в хлорид-тый тип.

Исследование влияния плотностного перемеигошайия показывает, что изменения плотности рапы Индера, обусловленные колебашшмт* температуры и химического состава, (1.1996-1-. 19551, значительно ниш, чем на Эльтчже (1 .1990-1 .2675) и Баскунчаке (1.1990-1.27001. Больший плотностной градиент приводит, в случае двух последних озор, к ускоренному перемешиванию рапы.

Отмечается, что для эксплуатируемых месторождений (мощным режимообраз.^едим фактором становится техногенный. '1вк,вследстьда интенсивного испытания из "выломов" озера Баскунчак движение иежнриотальных рассолов осуществляется в их сторону. В этих условиях формируется горизонтальная зональность химического состава поверхностной и межкристальной рапы в озере, что подтверждено статистическим анализом. Сгзецэниэ химического состава из равновесного состояния происходит велвделът испарения и выпадения соли из раствора, а такие благодаря притоку мдафистальных рассолов, "'хкмичесгсиа состав которых

характеризуется заметно большим постоянством во времени по сравнению с рапой, имеющей открытую поверхность. Уравнение связи концентрации в рапе и мг,ссы выпадающей в осадок соли, в конечно-разностной форме можно представить в вида:

€lMVV = CjVV + C'y tV - 4P (5i

Здесь c^j -концентрация соли в объеме v, образующаяся в растворе после испарения объема ev и выпадания в осадок «Р весовых единиц соли из раствора с концентрацией с,¡у - плотности рапы. Моделирование солеосавдэния ©существлялось при заданных начальных объеме и концентрации с достаточно малым постоянный шагом «V. В качестве конечной и исходной точек модели

использовались сведения о химическом составе рглы на начало и конец испарительного сезона в озере. Для проверки результатов моделирования привлекались данные непосредственных измерений скорости зарастания соли, а такш материалы о величине годового испарения с поверхности озера. Моделирование показало, что g течение испарительного сезона ь -выломах- в зависимости от условий конкретного года формируется слой новосадки мощностью от 5 до 12 см.'

Таким образом, горизонтальная зональность объясняется проявлением нарушенного режима соленакопления. Природное равновесие в систем^ оэерно-соляного местороадзния является весьма подвижным. и определяется процессами растворения , кристаллизации, ионного обмана,плотностного перемешивания, которые в условиях естественного v нарушенного режимов действуют по-разному.

t л^эрсшткаы промышленного освоения озер Баскунчак. Индер. ь'с-'Ь• Отмечено, что существующие в настоящее время способы экспл атации озерных месторождений можно условно подразделить на три группы:

I. Разработка твердой фазы месторождений открытым, спосс 5ом с поверхности соли или рапы, с образовагием на отработанных площадях котлованов i-выломов"> заполненных рапой;

2 Отбор соли по большой площади месторождения с незначительным заглублением в пласт;

3 Эксплуатация поверхностных или подземных рассолом.

При отработке месторождения первым способом естлстьенные ресурсы соленакопления расходуются в первую очередь на отложение

соли в "выломахи ©ели количество осаждающейся в них соли превышает естественные ресурсы, начинается процесс движения запасов. Негативными последствиями этого является разрушение поверхности пласта, смешение физкко- химического равновесия нарушение водного баланса и падение уровня рапы, ©.следствие чего нарушаются условия эксплуатации.

В настоящее время эксплуатационные запасы соляных озер принято оценивать, как запасы твердых полезных ископаемых. Автором предложен подход к оценке запасов рассматриваемого типа месторождений с учетом их природоохранных особенностей. Для этого необходимо, во-первых, оценить рте приходно-пасходные статьи водно-солевого баланса; во-вторых, определить естественные ресурсы соленакошения; в третьих, исходя из технологии отработки, определить . эксплуатационные запасы, которые должны быть не более естественных ресурсов соленакопления. Естественные ресурсы соответствуют количеству соли, привносимой в озерное солянсэ месторовдйлие с подаемдач и поверхностным стоком и зависят от климатических условий и особенностей эксплуатации конкретного месторождения. Предлагаемый подход позволяет смягчить такие ряд недостатков принятого метода:

1. Временный характер производства при достояние»

естественном восполнении аапасов соли, В ТО ВрбМЯ КЗК промыиленная ее добыча «окг осуцаствляться неограниченно долго.

2. Необходимость изучения устойчивое™ ая.пасов. Вследствие подвижности физико-химического равновесия мевду кадкой и твердой фазами соляного плзста в течение эксплуатации возмошо развитие процэссов растворения поверхности соли, каретеобразования, заиливания.

3. Весьма вероятная возможность . для цэлого тэяда оээрных

ИЭСТОрОЖдеНИ^ изменения качества сырья из-аа сиедвнКя фжаиао-хн-мичесиого равновесия ВСЛЭДСТВИЭ НаруШЭНИЯ ОСТеСТВеННЫХ УСЛОВИЙ

соленакопления.

Так, слэдствиэм интенсивной эксплуатации озера Баскунчак явилось нарутаениэ естественного режима солэнакоплэния, заилэшзэ озера, быстрое сокращение площадей добычи высококачественной соли, необходимость внедрения новой технологии отработки. В настоящее время площади судаствупдих выработок превшапг 15Х поверхности пласта и значительно" расширьаы по сравнению с

предусмотренными планом горных работ к 199? году. Для сохранения месторождения необходимо значительное снижение объема добываемой соли и соблюдение двух условий: площадь "выломов" не должна бшъ не более 10 км2 и общий объем добычи не должен превышеь 1.0-13 млн.т в год.

Разработка поверхностного пласта Индерекого месторождения начинается в настоящее время, и для того, чтобы избежать негативных последств-лй, площадь "выломов" ограничена осажденном приблизительно 1 млн.т еоли в год. Моделирование на ЭВМ показывает, что общая площадь -выломов-не должна превышать 5-6 млн.м2. Следует подчеркнуть, что превышение допустимых площадей отработки в условиях Индера приведет к более затруднительным последствиям из-за меньшего влагооборота и более ' высокое испаряемости.

Месторовдэнио озера Эльтон оксплуапфуотся и XVIII века эпизодически, в связи со значительными прржзэсями сульфатных солей. В то же время для поддер:ания нужного состава новоездки . возможно испо.аьсаватъ рассолы нижэзалагавдих горизонтов, ■ харатсгоризующихся хлорвддо-катриа^ш составом, и, тшшэ образом, улучшить качество добываемого минерального и , гццромин&рального сырья.

Совместное использование трех рассмотренных месторождений, при соблюдении предлагаемого выше подхода к их эксплуатации с учетом естественных ресурсов соленакошшия, позволит добывать не менее 2.5-3.5 млн. .тонн в год. При этом будет сохранено природное равновосш и относительно низкая стоимость продукции в течение пракшч* ски неограниченного, периода эксплуатации.

В результате проделанной работы установлено следущее:

1. Тектоническая активность Прикаспийской низменности определяет формирование соляных штоков различного минерального соста: а, при взаимодействии которых с подземными водами форми} /отся различные гидрогеохимическш аномалии.

2. Разгрузка минерализованных вод, формирующихся ¿близи соляЕокупольных структур, в мульда проседания и процессы эвапоритовой седиментации определяют формирование специфических месторождений соли, пероотложенной в соляных озерах.

3. Формирование -сухих- самопадочных соляных озер с мощными пластами шреотложенной соли и горизонтами межкристальных

рассолов обуславливается определенным сочетанием тектонических и гидрогеодащмических условий.

4. Для оценки водно-солевого баланса озеркых соляных месторождений предложен метод расчета влагопереноса в зоне аэрации соляных обложений и численные расчеты пр/ьяоса соли с

по,{земным стоком.

/

5 Разработана программа, позг-эляющая моделировать процесс соленакопления в соляных озерах с ьетественным и нарушенным гидрогеохимическим режимом.

6 Определены компоненты водно-солевого баланса озер Баскунчак, Индер, Эльтон с учетом инфильтрационной, конденсационной, испарительной составляющих и- установлена роль каждой мз них в процэссо формирования соляных озерных месторождений.

7 Выявленная горизонтальная и вертикальная гидрогеохимическая зональность (оз. Баскунчак) определяет направленость и интенсивность пространственно-временных особенностей соленакопления в соляном озере.

в При овдике эксплуатационных запасов минерального сырья местировдэний соляных озер с учетом ограничения их величиной естественных ресурсов соленакопления реализуется возмонспсть длительной их эксплуатации бег нарушения геоэкологического равновесия.

Основное содержание работы отражено в елвдущих публикациях:

1. Куриленко В.В.,Сеннов A.C. Роль техногенного фактора в формировании качества подземных сульфатных расолов Кургузульской бухты залива Кара-Богаз-Гол//Мат.I Всесоюзн. совещания'Теохимия техногенеза".- Иркутск, 1985.- С. Ю4-Ю7.

2. Куриленко В.В..Березин М. А. .Сеннов A.C. Эоловый разнос тенардита как фактор вторичного обогащения сульфатом натрия примышленных подземных рассолов Кургузульской бухтч залива Кара-Бо-газ-Гол//Дэп.ВИНИТИ 16.12.86. к 1577-в

3. Куриленко В.В.,Сеннов A.C. Оценка антропогенного засоления подземных вод под влиянием эолового переноса солэй в пределах заселенных территорий//Современные проблемы инженерной геологии и гидрогеологии территории городов и городских агломераций. -М.:Наука, 1987С. 218-219.

4. Коггггалев В.П..Куриленко Г.Й.,Сеннов A.C. Особенности

водно-солевого баланса озера Баскунчак в условиях его интенсивной эксплуатации//Проблемы ишкенерной геологии, гидрогеологии и геокриологии районов интенсивной иншнорной нагрузки и охрааа геологической среда.- Киев,Наук.Думка, 1989.- Ч.5.- С. 7Ш-79.

5. Сеннов A.C. Гидрогеологические особенности условий современного соленакооления в озере Баскунчак.. 'Мат.Всесоюзн.семинара. Роль подземной гидросферы в истории Земли.- Л :Изд~во ЛГУ, 1969.- С.er-ее.

6. Сеннов A.C. Примешнвд гидрохимического моделирования для оценки скорости зарастания соляных" выработок (на примера озера Баскунчак»//Вестн.Ленишр. ун-та. Сер. 7.1990. Вып.з (N 21 >.- С.65-67.

7. Чарыкова М.В..Широкая О.В.,Куриленко В.В..Сеннов A.C., Шварц A.A. Физико-химическое моделирование процессов развития современных звапоритовых бассейнов основных . гидрохимических типов//Применение ЭВМ при щцрогеохимическом моделировании.Тез. докл. Всесоюзн.семинара.Л.изд.ЛГУ, 1991, с. ie-20.

I

I

23.02.92г.Зак.Р4-1<Х).РТП ЛТИ им.Ленсовета Московски!! пр. ,2-Ь.