Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Закономерности формирования и криогенногопреобразования химического состава и минерализации природных вод Чукотки

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Закономерности формирования и криогенногопреобразования химического состава и минерализации природных вод Чукотки"

а ч а

О

^ ' " Госстрой России

Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИО)

Бражник Светлана Николаевна

Закономерности формирования и криогенного преобразования'химического состава и минерализации природных вод Чукотки

(специальность - 04.00.06 - гидрогеология)

Автореферат на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Госстрой России

Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС)

Бражник Светлана Николаевна

На правах рукописи УДК 551.491.4+551.345

Закономерности формирования и криогенного преобразования химического состава и минерализации природных вод Чукотки

(специальность - 04.00.06 - гвдрогеология)

Автореферат на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Работа выполнена в Научно-исследовательском Центре "Чукотка" Дальневосточного Отделения Российской Академии наук.

Научный руководитель - доктор геолого-минералогическтс наук, ведущий научный сотрудник Фотиев Сергей.Михайлович.

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук Ю.К.Васильчук, кандидат геолого-минералогических наук И.В.Галицкая.

Ведущая организация: Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО)

Защита состоится /п 1994 г. в ~*часов

на заседании специализированного совета О / Производ-

ственного и научно-исследовательского института по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС) Госстроя России по адресу: 105058 Москва, Окружной проезд, 18.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПНИИИС.

Автореферат разослан 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат геолого-минералогических наук Павлова О.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие горнодобывающей промышленности, поиски и разведка полезных ископаемых и подземных вод для водоснабжения, мелиоративные работы- и другие направления хозяйственного освоения Чукотки создали необходимость комплексных гидрогеокриологических исследований еще в 30-х годах. Тем не менее до настоящего времени проводились лишь специальные гидрогеологические исследования на участках разведки или строительства, в составе которых результаты немногочисленных гидрохимических опробований имели описательный характер. Не был изучен химический состав атмосферных осадков, как основного источника питания поверхностных и грунтовых вод, не изучался состав криолитогенных пород, позволяющий реконструировать палеогидрохимические условия и прогнозировать гидрохимическую обстановку.

Закономерности криогенного преобразования химического состава природных вод изучались многими специалистами в различных районах криогенной области (Н.П.Анисимовой, С.М.Фотиевым, А.Б.Ивановым, Н.И.Бельминой, О.Н.Толстихиньм, Р.С.Кононовой, Н.Н.Романов-ским, В.П.Волковой и др.), но на Чукотке подобные исследования проводились крайне мало. Известны лишь работы А.Я.Стремякова по восточным районам и Г.Н.Еяисофенко по Анадырскому бассейну.

Тем не менее, опыт гидрогеокриологических исследований показывает, что изучение закономерностей формирования и криогенного преобразования химического состава и минерализации природных вод необходимо для решения многих практических и теоретических задач.

Цель работы - изучить закономерности формирования и крио -генного преобразования химического состава и минерализации природных вод Чукотки, как в современных гидрогеокриологических условиях, так и в процессе формирования криогенной толщи. Это оп -ределило круг задач, решаемых в настоящей работе:

1. Проанализировать природные условия Чукотки с целью выявления основных факторов и процессов, оказывающих влияние на формирование и преобразование химического состава природных вод.

2. Изучить особенности формирования химического состава и минерализации атмосферных осадков, как основного источника питания поверхностных и грунтовых вод.

3. Выявить и изучить закономерности формирования и криоген-

ного преобразования химического состава поверхностных и грунтовых вод.

4. Установить закономерности криогенного преобразования химического состава подземных вод в процессе многолетнего промерзания четвертичных отложений различного генезиса.

5. Исследовать современные криогидрохимические условия на застроенных территориях.

Основное результаты исследований и их натчная новизна за -юшчаются в следующем:

1. Проанализированы природные условия Чукотки и выявлены природно-климатические факторы и процессы, оказывающие влияние ' на формирование и криогенное преобразование химического состава в минерализации природных вод.

2. Изучен химический состав атмосферных осадков и установлены закономерности его формирования в различных районах Чукотки.

3. Изучен химический состав и минерализация поверхностных

и грунтовых вод и выявлены региональные закономерности их формирования.

4. Выявлены закономерности криогенного преобразования химического состава и минерализации пресных и соленых поверхностных и грунтовых вод при их промерзании.

5. Изучен состав и содержание растворимых солей в подземных льдах и водных вытяжек из четвертичных отложений различного генезиса.

6. Выявлены закономерности криогенного преобразования химического состава и минерализации подземных вод в процессе многолетнего промерзания четвертичных отложений.

7. Исследованы современные криогидрохимические условия на застроенных территориях.

Практическая значимость работы. Результаты выполненных исследований служат научной основой для прогноза и реконструкции гидрохимических условий на севере Дальнего Востока.

Материалы, содержащиеся в настоящей работе, использованы Научно-исследовательским Центром "Чукотка" ДВО РАН:

- при составлении рекомендаций по рациональному использованию осушенных озерных котловин под луговые угодья;

- .для прогноза эксплуатации водовода Анадырской ТЭЦ;

- при составлении рекомендаций по предотвращению техногенного наледеобразования.

Результаты специальных исследований переданы так жа в институт "Ленгидропроект" и использованы для прогноза эксплуатации плотины на р.Казачке.

Личный вклад автора. Основу .диссертационной работы составил фактический материал криогидрохимических исследований, выполненных лично автором за период с 1983 по 1993 год в ходе экспедиционных работ на значительной части территории Чукотки. Проводились режимные наблюдения на стационарах на юге НижнеАнадырской низменности и побережье Анадырского лимана. Автором отобрано более' 1200 проб воды, льда, грунта, значительная часть которых проанализирована лично в полевых и стационарных условиях. Проведены экспериментальные исследования по изучению про -цессов криогенного преобразования химического состава природных вод и засоленности пород. Обобщены и проанализированы, фондовые материалы по теме исследований.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на конференциях молодых ученых и аспирантов Северо-Восточного комплексного НШ РАН (1985), кафедры геокриологии МГУ (1990), Института Земной Коры (г.Иркутск, 1985), на ХШ совещании по подземным водам Сибири и Дальнего Востока (г.Томск, 1991), на научном семинаре секции "Криолитогенез" Междуведомственного Литоло-гнческого комитета РАН (г.Анадарь, 1991).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, еще 3 находятся в печати.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит 158 страниц машинописного текста, который иллюстрируется 38 графиками, схемами, картами, разрезами и 22 таблицами. Список использованной литературы включает 157 названий работ отечественных и зарубежных авторов.

Диссертационная работа выполнена в Научно-исследовательском Центре "Чукотка" ДВО РАН в период обучения в заочной аспирантуре в Производственном и научно-исследовательском институте по инженерным изысканиям в строительстве под руководством доктора геолого-минералогических наук (З.М.Фотиева.

Автор глубоко благодарен научному руководителю, оказывавшему на протяжении всего периода работы постоянное внимание, поддержку и дававшему ценные рекомендации. Большую по-ющь в практи-

ческом решении поставленных задач оказали сотрудники НИЦ "Чукотка" к.г.-м.н. А.Н.Котов, к.г.-м.н. Тишин, к.г.-м.н. А.Г.Щумов-ский, сотрудник Чукотского отдела СеввостТИСИЗ Н.Н.Демчук, Ю.А. Попов, З.Ф.Чубарова, главный геолог ЧНГРЭ Д.И.Агапитов. Ценные советы получены автором от к.г.-м.н. Б.Е.Глотова, В.К.Рябчуна (СШ НИИ ДВО РАН), д.г.н. А.В.Иванова (ИВЭБ ДВО РАН). Автор так же благодарен инженеру Э.А.Алексацдровой, техниками.М.Силатье-вой, Т.А.Гараевой, Л. Ф. Корейской, принявшим участие в выполнение гидрохимических анализов и оформлении рукописи.

, ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава I. Природные условия

Территория, в пределах которой проводились исследования, расположена на крайней северо-востоке Евразии и охватывает Чукотский полуостров, бассейны рек Амгуэма и Анадырь, Корякское нагорье. На севере она омывается Восточно-Сибирским и Чукотским морями, на востоке и юго-востоке - Беринговым морем.

Закономерности формирования и криогенного преобразования химического состава и минерализации природных вод региона определяются взаимодействием целого комплекса природных факторов: климата, рельефа, геологического строения и гидрогеонриояогичес-ких условий. Природно-климатические условия Чукотки изучались многими исследователями: Н.К.Кюокиным, И.Н.Паперновым, Н.П.Аникеевым, А.П.Васьковским, С.П.Качуриным, П.Ф.Швецовым, А.Й.Кала-биным, И.А.Некрасовым, В.М.Пономаревым и многими другими, но с гидрохимических позиций они практически не рассматривались.

Своеобразие климата Чукотки обусловлено ее расположением в зоне влияния двух океанов, а его особенности в кавдом районе определяются географической широтой, рельефом, удаленностью от морского побережья. Широкое распространение горных сооружений в регионе обуславливает высотно-зональное изменение геотемпературных условий, а расположение горных хребтов контролирует перемещение воздушных масс.

Сложная атмосферная циркуляция приводит к неравномерному распределению осадков, как по всей территории, так и по сезонам года: максимальное количество осадков (800-900 мм в год) посту-

пает на склоны Эгвекинотского и Корякского нагорий, обращенные в сторону Тихого океана, причем на зимний период приходится 6070$ от годового количества. Минимальное количество осадков (до 300 мм в год) выпадает на северном побережье, где аномальная континентальное» климата обусловлена суровым ледовым режимом Северного-Ледовитого океана. При этом количество дождевых вод составляет 70% годового объема осадков. На значительную цент -ральную часть региона поступает от 300 до 500 мм осадков, причем в зимний и летний периоды одинаковое количество.

Низкая средняя годовая температура воздуха (-6 * -12°С), значительная годовая амшшгуда температур ( 20 + 38°С) и низкая температура воздуха в зимний период определяют сохранение суровых геотемпературных условий, сезонное криогенное преобразование химического состава и минерализации поверхностных и грунтовых вод, активную криогенную дезинтеграцию пород.

Увеличение минерализации поверхностных и грунтовых вод, связанное с испарением происходит в мае-июне при резком повышении температуры воздуха.

Суровый ветровой режим в прибрежных районах способствует активному переносу частиц грунта и снега, что обуславливает локально-площадное изменение гидрохимической обстановки.

В результате анализа геологического строения установлено, что активные тектонические поднятия, охватившие большую часть территории привели к формированию бассейнов преимущественно трещинных вод (гидрогеологических массивов и вулканогенных супербассейнов) ,. в то время, как артезианские бассейны распространены в меньшей степени. Новейшие разломы предопределили условия питания и разгрузки подземных вод.

Минералогический состав терригенных, вулканогенных и интрузивных пород, слагающих около 40% территории обеспечивает активное поступление в природные вода гидрокарбонатов. Локальные зоны сульфидной минерализации в горных районах и на участках распространения угленосных формаций предопределяют поступление в природные вода сульфатов. Обилие воднорастворимых солей морского генезиса на участках, затапливаемых морем в период плейстоценовых трансгрессий (Чаунская, Ванкаремская, Нижне-Анадыр-ская впадины) обуславливает распространение в этих районах вод с повышенным содержанием хлоридов.

Сложный рельеф региона с абсолютными отметками от 0 до 1800 м и, более определяет неоднородность гидрологических, а следовательно и гидроиашчэских условий. Горные районы характеризуются большвия скоростями течения поверхностных и грунтовых вод, что способствует активному переносу обломочного материала а растворенных ссшей на более низкие гипсометрические уровни. Модули стона горных рек составляют от 12 до 25 л/с и более. В равнинных районах, где скорость течения поверхностных и фильтрации грунтовых вод» небольшие, происходит аккумуляция обломочного и растворенного материала. Модули стока равнинных рек не превышают 10 л/с с I км2. Пространственная изменчивость гидрологической обстановки региона заключается в том, что водность рек бассейна Берингова моря (10-25 я/с с I км2) в 3-5 раз больше водности рек арктического бассейна.

Условия формирования озер Чукотки (термокарстовых, ледниковых, тектонических, старичных, лагунных) очень неоднородны, что предопределяет существенное различие в особенностях формирования и криогенного преобразования химического состава и минерализации озерной воды.

В результате изучения гидрогэокриологичэских условий установлено, что образование длительно существующих криогенных во-доупоров мощностью от 60 до 500 м в горных районах, и от 10 до 300 и в пределах низменностей, привело к существенному преобразованию условий водообмена. В недрах большей части гидрогеологических структур, где мощность зоны свободного водообмена больше мощности криогенной толщи, под криогенным водоупором распространены пресные подземные воды и, лишь в небольших крио-артезианских бассейнах в прибрежных районах - криометаморфизо-ванные соленые воды морского генезиса.

На протяжении криогенного периода существенно и неодно -кратно изменялись формы и размеры бассейнов грунтовых вод. В настоящее время грунтовые воды распространены в сезонно-талом слое (СТО) и гидрогенннх таликах. Ежегодное промерзание водона-сыщенных пород при низких .отрицательных температурах приводит к криогенному преобразованию их химического состава и минерализации. При этом характер криогенного преобразования различен даже в пределах небольших участков, что обусловлено пространственной неоднородностью температурного режима и состава водо-

вмещающих отложений, а также мощностью СТС и таликов.

Глава П. Закономерности формирования химического состава и минерализации атмосферных осадков

Известно, что основной источник питания поверхностных и грунтовых вод - атмосферные осанки. Тем не менеэ, их химический состав и особенности его формирования на территории Чукотки практически не изучены. Лишь в работах И.Т.Рейнюка и А.Я.Стремякова приведены результаты исследований в верховьях Аюоя и прибрежных районах Чукотского полуострова. В настоящей работе обобщены сведения о химическом составе атмосферных осадков по результатам анализа около 250 проб, значительная часть которых отобрана и проанализирована автором. В процессе обработки результатов использовался опыт подобных исследований в Приамурье (А.В.Иванов, А.Г.Новороцая), Забайкалье (Л.М.Богданова, А.В.Иванов), Якутии (С.М.Фотиев, В.Ц.Волкова, Н.П.Анисимова, В.Н.Макаров, Т.Н.Лебедева и др.).

На основе анализа природно-климатических условий в пределах Чукотки выделены семь районов (Чаунский, Северо-Чукотский, Восточно-Чукотский, Нижнэ-Анадырский, Баринговский, Центральный, Корякский), отличающиеся, как по особенностям формирования химического состава, так и по количеству растворимых солей, поступающих с ними на поверхность. Некоторые различия в механизме формирования химического состава дождевых и снеговых вод, а также неравномерное внутригодовое распределение количества осадков, определили необходимость отдельного их изучения.

Химический состав и минерализация дождевых воя различны в прибрежных и континентальных районах. В прибрежных (Северо-Чу-котском, Чаунском, Восточно-Чукотском, Нижне-Анадырском, Берин-говском) они имеют хлоридно-гидрокарбонатный натриевый состав и минерализацию от 0,038 до 0,046 г/л; в Центральном - гидрокар-бонагный кальциевый (магниевый, натриевый) состав и минерализацию 0,02 г/л; в Корякском - ги.ярокарбонатный магниевый состав и минерализацию 0,025 г/л.

В южной части Нижне-Анадырского района минерализация первых порций дождя (0,065 г/л) и ливневых дождей в июле-августе (0,03 г/л) в 3,5 и в 1,5 раза выше, чем во время обложных дождей

в сентябре. Это вызвано вымыванием солей из атмосферы и, очевидно, является общей закономерностью изменения минерализации дождевых вод в любом районе. При этом, независимо от периода и продолжительности выпадения осадков, состав дождевых вод в Ник-не-Анадырском районе хлоридно-гидрокарбонатный натриевый, что обусловлено сходным составом континентальных и морских аэрозолей.

В результате сравнительного анализа химического состава дождевых вод Чукотки и Аляски установлено, что в дождевых водах прибрежных районов Чукотки содержится больше континентальных солей (гидрокарбонатов), что обусловлено поступлением в атмосферу аэрозолей с акватории опресненного поверхностным стоком Анадырского лимана. Это подтверждает выявленную ранее закономерность формирования химического состава дождевых вод в Ниясяе-Анэдырском, районе.

Химический состав и минерализация снеговых вод в прибрежных и континентальных районах Чукотки гак же различны. В прибрежных районах состав снеговых вод хлоридно-гидрокарбонатный натриевый, минерализация от 0,04 до 0,055 г/л; в континентальных районах (Центральном и Корякском) - гидрокарбонатный кальциевый и магниевый с минерализацией, соответственно, 0,02 и 0,027 г/л.

Таким образом, минерализация снеговых вод fe прибрежных районах в 1,1-1,7 раза выше минерализации дождевых вод, что обусловлено формированием морских аэрозолей за счет испарения криоме-таморфизованной морской воды.'В Центральном и Корякском районах минерализация снеговых и дождевых вод практически одинакова.

Выявлено, что средняя минерализация снеговых вод в пределах г.Анадыря (0,137 г/л) в 2,5 раза выше ее фоновых значений (0,055 г/л), что обусловлено повышенным содержанием хлоридов и сульфатов. Гидрохимическая аномалия связана с загрязнением снега угольной пылью и прослеживается на расстоянии до 10 километров к югу от города.

Минерализация снеговой вода на поверхности Анадырского лимана в среднем в 57 раз выше, чем в Нижне-Анадырском районе. Существенное увеличение минерализации вызвано .диффузией морских селей в снежную толщу из подстилающего льда.

Проведен расчет количества растворимых солей, поступающих на поверхность с атмосферными осадками, по результатам которого

составлена схема районирования Чукотки. Установлено, что количество солей изменяется в пределах региона от 4,3 до 27,3 т/км2 в год.

Максимальное количество солей приносится за год с атмосферными осадками в восточные прибрежные районы (12,3-27,3 т/км2), где наиболее высока минерализация осадков, и в Корякский район (12,9-23,4 т/км2), где выпадает их максимальное количество. Минимальное количество солей поступает в Чаунский район (4,312,7 т/км2), что обусловлено незначительным годовым количеством осадков, и в Центральный район (6,0-10,0 т/км2), что определяется их низкой минерализацией.

Выявлено, что количество растворимых солей, поступающих с атмосферными осадками в прибрежные районы Чукотки неравномерно распределяется по сезонам года. В северные районы (Чаунский и Северо-Чукотский) в летний период поступает в 1,9 раза больше солей, чем зимой, что объясняется более значительным годовым объемом дождевых вод по сравнению со снеговыми. В восточные районы (Восточно-Чукотский, Нижне-Аяадырский, Беринговский) зимой поступает в 1,8 раза больше солей, чем летом, что. обусловлено преобладанием годового количества снеговых осадков и более высокой их минерализацией.

Количество растворимых солей, поступающих с дождевыми и снеговыми водами в Центральный и Корякский районы практически одинаково.

Расчет весового количества главных ионов в атмосферных осадках показал, что на значительную часть территории Чукотки (.две трети ее площади) - в Центральный район, приносится в 3 раза меньше хлоридов и в 1,5 раза меньше гидрокарбонатов, чем в прибрежные районы. Это обусловлено ослаблением морского влияния на формирование, как дождевых, так и снеговых вод, которое прослеживается на расстоянии лишь 100-120 км от берега в пределах низменностей.

Максимальное количество гидрокарбонатов содержится .в атмосферных осадках Корякского района. Доказано, что 60-70% гидрокарбонатов имеют местное происхождение, что обусловлено наиболее благоприятными природно-климатическими условиями .идя поступления растворимых солей в атмосферу: хорошей обнаженностью горных пород, сильной расчлененностью рельефа, относительно высокой вели-

чиной испарения поверхностных и грунтовых вод в Корякском на -горье.

Глава Ш. Закономерности формирования и криогенного преобразования химического состава и минерализации поверхностных и грунтовых вод

До настоящего времени поверхностные и грунтовые воды остаются основным источником водоснабжения на Чукотке. Тем не менее, закономерности формирования их химического состава и минерализации долгое время оставались практически неисследованными. Сведения о гидрохимии поверхностных и грунтовых вод отдельных районов известны из работ В.М.Пономарева, А.Я.Стремякова, Ю.В.Кузнецова, В.Е.Глотова, И.М.Навернова и материалов геологоразведочных эк -спедиций.

В главе обобщены эти данные и обширный фактический материал полученный лично автором (более 500 проб воды) и выявлены региональные закономерности формирования химического состава поверхностных и грунтовых вод. Установлено, что они определяются неоднородностью состава атмосферных осадков, воднорастворимых свойст: коренных пород в горных районах и засоленностью четвертичных отложений различного генезиса в пределах низменностей.

Поверхностные и грунтовые вода Чукотки преимущественно пресные, с минерализацией от 0,03 до I г/л и, лишь при наличии гидравлической связи с морем, - солоноватые и соленые с минерализацией до 15 г/л и более.

Воды гидрокарбонатного состава распространены наиболее широко как в горных, так и в низменных районах. Их минерализация составляет 0,03-0,2 г/л, причем более минерализованы (до 0,2 т/л, воды Корякского нагорья, что обусловлено активным выщелачиванием кристаллических пород. Более низкая минерализация (до 0,08 г/л) характерна .для поверхностных и грунтовых вод северных горных районов (Чукотского и Эгвекинотского нагорий), всех предгорных равнин, а так же .для озер в межгорных впадинах. Это обусловлено относительно слабым выщелачиванием горных пород и промытостью континентальных четвертичных отложений. Таким образом, различие минерализации воды в северных и южных горных районах определяет-

ся уменьшением активности выщелачивания пород при широтно -зональном изменении климатических и геотемпературных условий.

Воды сульфатного состава формируется лишь на локальных участках. В угленосных бассейнах (Анадырском, Беринговском) их минерализация не превышает 0,15 г/л, в зонах рудной сульфидиза-ции коренных пород в горных районах - достигает 0,8 г/л.

Воды хлоридного состава с минерализацией от 0,1 до 15 г/л формируются в узкой прибрежной полосе. На морских террасах распространены поверхностные и грунтовые воды с минерализацией до I г/л. Соленые и солоноватые хлориднне натриевые воды характерны для лагунных озер, таликов под ними, а так же периодически формируются в устьевых частях рек во время морских приливов.

Региональные закономерности формирования химического состава и минерализации поверхностных и грунтовых вод Чукотки определяются количеством и составом растворимых солей различного генезиса: в юншых горных районах в составе вода преобладают (до 75$) соли выщелачивания; в северных горных районах, а также на всех предгорных равнинах - соли атмосферного происхождения (до 9035); на морских террасах - соли морского генезиса (до 95^).

Имеющиеся сведения о минерализации и водности некоторых рек Чукотки позволили впервые рассчитать модуль их ионного стока. Его величина изменяется от 6,0-13,0 т/кмг в год в арктическом бассейне и от 13,0 до 40,0 т/км^ в год в бассейна Берингова моря. Максимальный ионный сток характерен ,®ш горных рек (р.Ха-тырка - около 40 т/нм^). Аномальное большое количество растворенных солей выносится в море тундровыми реками, дренирующими морские террасы (р.Казачка - 47 т/км^ в год).

Режимные наблюдения позволили выявить закономерности криогенного преобразования состава и минерализации поверхностных и грунтовых вод, происходящего в процессе промерзания рек, озер, сезонно-талого слоя и таликов.

При сезонном промерзании рек, подрусловых таликов, сезонно-талого слоя минерализация воды увеличивается в 1,5-3,0 раза, при промерзании озер - в 5 раз и более. При этом происходит криогенное концентрирование всех главных ионов, то есть химический состав воды существенно не изменяется. Тем не менее, при полном промерзании мелких (до 1,5 м) термокарстовых озер .даже с низкой (до 0,1 г/л) минерализацией воды нередко происходит засоление

донных отложений. Это необходимо учитывать дри использовании осушенных озерных котловин в сельскохозяйственных целях.,

При многолетнем промерзании таликов под спущенными лагунными озерами происходит существенное криогенное преобразование соленых и солоноватых грунтовых вод. В таликах под котловинами таких озер формируются хлоридные натриевые криометаморфизован-ные воды с минерализацией 20-77 г/л и более.

Глава 1У. Закономерности криогенного преобразования химического состава подземных вод в процессе многолетнего промерзания четвертичных отложений различного генезиса

В главе проведен анализ изменения гидрохимических условий региона в плейстоцене-голоцене по результатам исследования химического состава подземных льдов и водных вытяжек из четвертичных отложений различного генезиса.

Изучению закономерностей формирования состава растворимых солей в многолетнемерзлых породах и подземных льдах различных районов криогенной области посвящены работы Н.П.Анисимовой, В.П.Волковой, К.А.Кондратьевой, И.Д.Данилова, Г.И.Дубикова, Ю.К.Васильчука и многие другие. Специальные экспериментальные исследования миграции солей в промерзающих и мерзлых грунтах проводятся на кафедре геокриологии МГУ, результаты которых известны из работ Э.Д.Ершова, Ю.П.Лебеденко, Е.М.Чувшшна и др. Основные закономерности", выявленные этими исследователями могут быть использованы при реконструкции палеогвдрохимических условий Чукотки.

Установлено, что до промерзания континентальных четвертичных отложений на значительной части региона были распространены пресные гидрокарбонатные воды. Об этом свидетельствуют состав, незначительное содержание солей в водных вытяжках и низкая минерализация повторно-жильных льдов.

Криогенное преобразование пресных гидрокарбонатных вод при многолетнем промерзании отложёний выражалось в их незначительном концентрировании без существенного изменения химического состава.

Ледниковые отложения^ средне- и верхнеплейстоценового воз-

раста изучены, как в межгорных впадинах, так и на предгорных равнинах. Водные вытяжки гидрокарбонатные, с содержанием солей эт 0,02 до 0,09$. Незначительное засоление (до 0,15$) ледниковых отложений происходило в подрусловых и подозерных таликах в результате криогенного концентрирования грунтовых вод сульфатного состава, которые были распространены на локальных участках в угольных бассейнах. Начальная минерализация этих вод Moria достигать 3,0 г/л, что доказано результатами лабораторных экспериментов по промораживанию водонасшценных грунтов.

Повышение уровня Берингова моря в последние 10 тысяч лет, установленное Д.Хопкинсом и другими исследователями, повлияло на гидрохимическую обстановку в пределах приморских низменностей. Так, в водных вытяжках из плейстоценовых ледниковых отло-кений на юге Нижне-Анаднрской низменности относительное содержание хлоридов в 1,5-4,0 раза меньше, чем в современных грунтовых водах.

Аллювиальные отложения незасолешзые (содержание солей 3,02-0,09%)., состав водных вытяжек гидрокарбонатный. Повторно-аильные льды, распространенные на голоценовых речных террасах, также гидрокарбонатные, с. низкой минерализацией (в среднем 3,06 г/л). Значительное засоление отложений (до 1,5%) отмечено лишь на локальных участках в зонах окисления сульфидов. Существенное криогенное концентрирование грунтовых вод сульфатного состава происходило при многолетнем промерзании подрусловых таликов.

Изменение гидрохимических условий в связи с трансгрессивно-регрессивными колебаниями уровня моря отразилось на составе и минерализации грунтовых вод в таликах речных долин прибрежных низменностей. Установлено, что минимальное количество солей (до 0,05$) содержится в разновозрастных аллювиальных отложениях межгорных впадин, а в голоценовых отложениях в пределах прибрежных низменностей увеличивается до 0,09$.

Отложения ледового комплекса изучены на побережье залива Энемен ("горло" реки Анадырь). В обнажении опробованы мелкозернистые пески верхнеплейстоценового и голоценового возрастов, а также разновозрастные повторно-жильные льды.

В формировании ледового комплекса принимали участие прес-е гидрокарбонатные воды, что подтверждается составом, незначи-

тельным содержанием солей в водных вытяжках (0,03-0,05%) и низко минерализацией ПШ (от 0,06 до 0,1 г/л).

Сравнительный анализ показал, что повышение уровня моря в голоцене отразилось на минерализации и составе льдов. Минерализация голоценовых ШЕЛ составляет 0,07-0,1 г/л. При этом, относительное содержание хлоридов достигает 45%-экв. Верхнеплейстоценовые льда характеризуются более низкой минерализацией (0,060,08 г/л) и содержанием хлоридов до 20$-экв.

На побережье Анадырского лимана изучены средне- и верхнеплейстоценовые ледниково-морские отложения. Установлено, что до начала промерзания отложений происходило их засоление (до 0,32$) в субаквальных условиях опресненного морского бассейна. Минерали зация воды не превышала 20 г/л, что подтверждается лабораторными опытами по засолению и промораживанию грунтов.

Промерзание ледниково-морских отложений происходило эпигене тически в субаэральных условиях, сразу после регрессии моря в начале позднего плейстоцена. Криогенное преобразование хлорвдных натриевых вод обусловлено в миграции солей к фронту промерзания. 06 этом свидетельствует их распределение в вертикальном разрезе толщи. Верхний слой отложений характеризуется максимальным (до 0,32$) содержанием солей в водных вытяжках. В нижней части толщи их количество не превышает 0,1$. К незасоленным отложениям приурочены линзы льда мощностью до 5 м. Минерализация льда составляет 0,12-0,53 г/л.

Содержание солей в водных вытяжках из морских отложений в других прибрежных районах (до 2% и более) свидетельствует о распространении подземных вод морского генезиса с более высокой минерализацией.

Проведенная палеореконсгрукция показывает, что, несмотря на существенные изменения климатических и геокриологических условий в плейстоцене-голоцене, гидрохимическая обстановка на значительной части региона практически не изменялась. Лишь в прибрежных районах (до 100 км в пределах низменностей) в периоды морских трансгрессий минерализация подземных вод увеличивалась. Наиболее существенное криогенное преобразование химического состава и минерализации вод морского генезиса происходило при многс летнем промерзании ледниково-морских и морских отложений.

Глава У. Закономерности формирования химического состава грунтовых вод на застроенных территориях ( на примере г.Анадыря)

В результате воздействия тэпловыделяпдих сооружений, уголь> загрязнения почвы, утечек воды из коммуникаций, сброса тех-знных и канализационных вод происходит увеличение мощности (до 2 м и более) и формируются техногенные талики. Их мощ-гь в районе старой застройки и инженерных объектов достигает I и более.

Город расположен на склоне горы Ивкева и надпойменной тер} р.Казачки, впадающей в Анадырский лиман. Это предопределя-1аправление фильтрации грунтовых'вод.

Минерализация грунтовых воп СТС изменяется в. пределах го-i от 0,2 до 1,75 г/л, что в 1,5-8,5 раз превышает ее фоно-значения. Максимальная минерализация (до 1,75 г/л) харак -ia для вод СТС, распространенных в узкой (до I км) берего-полосе и на надпойменной террасе р.Казачки. Минимальная 0,3 г/л) минерализация характерна для грунтовых вод в рай-удаленных от берега.

По результатам исследования химического состава грунтовых СТС проведено районирование. Вода хлоридного состава рас-:транены в районах города, примыкающих к Анадырскому лиману ¡тьевой части долины р.Казачки. Воды гидрокарбонатного сос-i распространены в центральной и западной частях города, наше удаленных от лишна. Воды сульфатного состава распрост->ны на локальных участках вблизи котелен. Обогащение грун-(х вод сульфатами происходит за счет окисления сульфидов, фжащихся в каменном угле.

Выявлены также очаги незначительного загрязнения грунтовых нитратами (до 3 мг/л) и аммонием (до 7 мг/л). Они .располо-i в районах старой застройки и вблизи животноводческой фермы.

Техногенные талики расположены преимущественно в производ-(нном районе и наиболее старой части города. Минерализация i в промерзающих техногенных таликах изменяется от 0,3 до г/л. В таликах мощностью до 3-5 м формируются гидрокарбо-ше натриевые вода с минерализацией до 0,1 г/л, это обуслов-• их сезонным криогенным преобразованием. В таликах мощно-

стью более 5 м формируются хлоридные и гидрокарбонатно-хлорид! вода с минерализацией до 4,0 г/л. Это происходит в результате многолетнего криогенного концентрирования.

Содержание сульфатов в во,пах промерзающих техногенных та; ков составляет 15-200 мг/л. Это в 10-20 раз выше, чем содержа! сульфатов в водах СТО и обусловлено существенным криогенным кс центрированием загрязненных грунтовых вод.

Общая площадь техногенных наледей достигает 286,7 тысяч i что составляет более 11% территории города. Наиболее мощные (j 1,5 м) наледи формируются в результате разгрузки грунтовых boj техногенных таликов, расположенных в центральной и южной част) города.

Минерализация наледного льда изменяется от 0,05 до 2,0 Г/ и более, что определяется различным генезисом наледеобразующк вод. Максимальная минерализация характерна для мощных наледей формировавшихся на низких (до 40 м) гипсометрических отметках Минимальная (до 0,3 г/л) минерализация характерна дня наледей на более высоких гипсометрических уровнях.

В результате изучения химического состава наледей на тер; тории города проведено районирование.

Хлоридный состав льда и повышенное (до 50^-экв.) содержа; гидрокарбонатов характерны для большинства наледей, сформиров пшхся в результате разгрузки криометаморфизованных вод СТО. Э наледи наиболее распространены на гипсометрических отметках б лее 40 м.

Гидрокарбонатный состав льда характерен .для мощных далед сформировавшихся б результате разгрузки криометаморфизованных вод промерзающих техногенных таликов, распространенных в южно части города.'

Сульфатный состав льда характерен для отдельных участков ледей, расположенных вблизи котелен.

Выявлена существенная неоднородность химического состава минерализации льда в пределах одной наледи, и в плане, и глубине. Это свидетельствует .об изменении состава и шшерализ наледеобразующих вод во времени.

Гидрокарбонатный состав и невысокая минерализация (до О, характерны для льда в периферийных частях наледи. Этот слой с мировался в октябре в результате разгрузки вод СТС, которые н

стерпели существенного криогенного преобразования. Хяоридный став и минерализация белее 2,0 г/л характерны доя льда, обра-вавшегося у очага разгрузки криометаморфизованныг вод техно-нных таликов. '

Изменение химического состава и минерализации льда в верти-., льном разрезе обусловлено перераспределением солей в теле нади в весенний период. Минерализация верхних слоев в льдах ставляет 0,3 г/л при гидрокарбонатном натриевом составе. Ыине-лизация нижнего слоя в 2 раза больше, при гидрокарбонатном гниевом составе.

Установлено, что на участках ежегодного наледаобразования юисходит техногенное загрязнение"почвы, что выражается в ано-льном содержании слаборастворимых солей я тяжелых металлов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты исследований, отражающие теоретическую практическую значимость работы заключатся в следующем:

1. Установлено, что влияние природно-климатических фактов на формирование и криогенное преобразование химического сос-ва и минерализации подземных вод в горных и равнинных частях котки различно.

В результате многолетнего промерзания подземных вод гидро-ологическая обстановка в недрах структур существенно изменись: значительно сократились размеры бассейнов грунтовых вод, торые сохранились лишь в пределах сезонно-талого слоя и тали-в.

2. Исследован химический состав и минерализация атмосфер-ос осадков в различных районах Чукотки и выявлены особенности : формирования. Установлено, что:

- влияние моря на формирование химического состава и мине-лизации дождевых и снеговых вод прослеживается на расстоянии его 30-100 км от береговой линии. Атмосферные осадки морского оисхождения характеризуются повышенным содержанием ионов хло-. (до 50^-экв.), причем минерализация снеговой вода (в среднем 045 г/л) в 1,1-1,7''раз выше, чем дождевой (в среднем 0,03 г/л);

- на большей территории (две трети площади региона) атмос-рные осанки имеют континентальное происхождение и характеризу-

ются низким содержанием ионов хлора (но 20#-зкв.), повышенным содержанием ионов гидрокарбоната (до 20$-экв.) л минерализац ог 0,02 до 0,027 г/л, прячем минерализация снеговой и довдев воды практически одинакова;

-количество солей, поступающих на поверхность, как в п брекных (4,3-27,3 т/км2 в год), так и в континентальных райо (6,0-23,4 т/км'2 в год) в большей степени определяется количе вом осадков, чем величиной минерализации дождевых и снеговых

•3. Изучен химический состав и минерализация поверхности . и грунтовых вод и выявлены региональные закономерности,их фо рования, определяющиеся неоднородностью состава атмосферных ков, воднорастворимых свойств коренных пород и генезисом чет тичных отложений. Установлено, что вода неимущественно прес с минерализацией до 1,0 г/л, и"лишь, при наличии гидравличес связи с морем - солоноватые и соленые с минерализацией.до 15 и белее:

- на значительной части территории распространены вода рокарбонатного состава с минерализацией до 0,15 г/л в Коряке нагорье; до'0,08 г/л в Чукотской и Эгвекинотском нагорьях и всех предгорных равнинах. Различие минерализации в северных кркных горных районах обусловлено уменьшением активности выще чивания пород при шротно-зональном изменении климатических геотемпературных условий;

- вода сульфатного состава с минерализацией до 0,15 г/л в реках и озерах и до 0,8 г/л в сезонноталоы слое распростр нены на локальных участках в Беринговском и Анадырском углен ных бассейнах, а также в зонах рудной сульфидизации;

- воды хпоридного состава характерны только для морских террас, сложенных засоленными отложениями, а также лагунных озер. Минерализация от 0,1 до 15 г/л и более определяется ко чеством солей морского генезиса.

4. Выявлены основные закономерности криогенного преобра вания состава и минерализации поверхностных и грунтовых вод исходящего в процессе промерзания рек, озер, сезонно-талого слоя и таликов:

- при сезонном промерзании минерализация пресных вод ув чивается в 1,5-5,0 раз, причем химический состав практически изменяется;

- при многолетнем промерзании таликов под спущенными ла-унными озерами минерализация хлоридных натриевых криометамор-¡изованных вод достигает 20-77 г/л и более.

5. Выявлено, что на значительной части региона до начала ромерзания четвертичных отложений гидрохимическая обстановка ыла сходной с современной и, лишь в прибрежных районах изменя-ась в связи с трансгрессивно-регрессивными колебаниями уровня оря:

- пресные гидрокарбонатные воды были распространены в кон-инентальных четвертичных отложениях, о чем свидетельствует остав, а также незначительное (до 0,1%) содержание солей в одних вытяжках и низкая (до 0,1 г/л) минерализация разновозра-тных подземных льдов;

- соленые хлоридные вода были распространены на участках орских транс'грессий, что подтверждается повышенным содержанием более 0,3$) морских солей в водных вытяжках из ледниково-мор-ких и морских отложений.

6. Установлено, что криогенное преобразование пресных гид-окарбонатных вод при многолетнем промерзании четвертичных от-ожений всех генетических типов выражалось в их незначительном риогенном концентрировании без изменения химического состава

лишь вода морского генезиса претерпели существенную криомета-эрфизацию.

Широкое распространение пресных подземных вод предопределю повсеместное формирование мощных криогенных водоупоров.

7. Установлено, что в пределах города Анадыря в результате эплового воздействия зданий, сооружений и угольного загрязне-ия гидрогеокриологические условия существенно изменились: уве-ячилась мощность сезонно-талого слоя (до 2 ¡л и более), сформи-эвались мощные (до 10 м и более) техногенные талики, промерза-ае которых приводит к образованию наледей, занимающих 11% тер-атории.

8. Выявлено, что в результате техногенного загрязнения ми-зрализация грунтовых вод в черте города (до 2 г/л) увеличивайся в 1,5-8,5 раз по сравнению с фоновой, а в процессе крио-знного концентрирования воды при промерзании таликов достигает г/л:

- в грунтовых водах промерзающих техногенных таликов суще-

ственно (в 10-20 раз) увеличивается содержание сульфатов;

- на наледных участках происходит обогащение почв слаборастворимыми солями и тяжелыми металлами.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Особенности гидрохимии поверхностных вод зоны сульфиди-зации (юго-восточная часть Корякского нагорья) // Тезисы ХП конф. молодых сотр. по геол. и геофизике Вост. Сибири. ИЗК СО АН СССР

- Иркутск. 1986. (Соавтор Бракник A.B.).

2. Роль атмосферных осадков в формировании химического состава поверхностных вод Нижне-Анадырской низменности // Опыт и проблемы агропромышленного использования озерного термокарста

на Чукотке. - Магадан. СЕЕНИИ. 1990. С.73-78.

3. Формирование химического состава повторно-жильных льдов Чукотки // Материалы ХУЛ науч. конф. молодых ученых и аспир. МГУ. - М. 1991. С.27-35. - Деп. ВИНИТИ. & 642-B9I. (Соавтор Котов А.Н.).

4. Путеводитель научной экскурсии по заливу Онемен (обнажение мыса Рогожского). Препринт. - Магадан. 1991. 31 с. (Соавтор Котов А.Н.).

5. Химический состав повторно-жильных льдов Чукотки // Комплексные геокриологические исследования Чукотки. - Магадан, 1991. С.39-48. (Соавтор Котов А.Н.).

6. Формирование химического состава многолетнемерзлых отложений (на примере юга Нижне-Анадырской впадины) // Комплексные геокриологические исследования Чукотки. - Магадан. 1991. С.48-54.

7. Закономерности формирования химического состава поверхностных и грунтовых вод Чукотки // Тезисы ХЩ совет, по подз. водам Сибири и Дальнего Востока. - Томск. 1991.

8. Гидрохимические особенности зоны сульфидизации и хемо-генное осадкообразование // Гидрохимические материалы. т.Ш. -Новочеркасск. 1992. С.49-55. (Соавтор Бражник A.B.).

9. Гидрохимия надмер?лотных вод осушенных озерных котловин (Нижне-Анадырская низменность) // Формирование подземных вод криолитозоны. - Якутск. Ин-т мерзлотовед. СО РАН.- 1992. С.25-30.

10. Криоэкологическая безопасность территорий населенных пунктов Чукотки (на примере г.Анадыря) // Мат-лы науч.-практ.

конф. г.Анадырь.(Соавторы Котов А.Н., Маслов В.Я.). В печати.

11. Организация экологического стационара на побережье залива Онемен // Труда НИЦ "Чукотка" Вып.2. Человек и природа. -Владивосток. 1995. Соавторы Котов А.Н., Галанин A.B., Маслов

В.Я., Самохвалов В.А. В печати.

12. Разделы "Климат", "Реки", "Моря", "Озера", "Подземные воды"// В кн.: "Чукотка" - Анадырь-Москва, 1994. Б печати.

ПНИИИС Зак. 345-94 Тир. 100