О ФОРМИРОВАНИИ ХИМИЧЕСКОГО И ИЗОТОПНОГО СОСТАВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА ГРАНИЦЕ КСЕНОФОНТОВСКОГО И СОЛИКАМСКОГО КАРСТОВЫХ РАЙОНОВ

  • А.С. КАЗАНЦЕВА Горный институт УрО РАН

Аннотация

Физико-географическая обстановка, геолого-литологические условия и тектони- ческие процессы определяют формирование состава подземного стока. В зоне активной циркуляции это обусловлено количеством и составом атмосферных осадков, выпавших на территории Пермского края в разные периоды года. Территория северной и южной части края отличаются климатическими условиями, соответственно интенсивность вы- падения осадков, сезонные температурные колебания, скорости ветров и, вследствие чего, источники формирования и питания подземных вод разные. Литологическая осо- бенность строения Пермского края также обуславливает различия в процессах форми- рования состава подземных вод. Изученная мощная зона разгрузки подземных вод расположена на границе Ксе- нофонтовского и Соликамского карстовых районов, в административном отношении находится в Чердынском районе Пермского края. В тектоническом отношении район приурочен к северному окончанию Соликамской впадины и восточной части Колвин- ской седловины. На сегодняшний день здесь не проводилось цикличных наблюдений по изучению изотопного и химического состава подземных вод. Систематические наблюдения по- зволяют выявить условия формирования состава подземных вод, установить источники загрязнения вод и синхронность изотопного состава с другими объектами в разных гео- графических зонах. Для хозяйственно-технического освоения эти данные играют ог- ромную роль, так как воды региона являются пресными и являются источниками пить- евой воды. На изученной территории широко развиты карбонатно-сульфатные породы ниж- непермского возраста [1]. Развитие карста связано в основном с кунгурскими и уфим- скими карбонатно-сульфатными отложениями. Наибольшая трещиноватость и закар- стованность приурочены к зонам разломов и дробления, благодаря чему вблизи земной поверхности возрастает инфильтрация атмосферных осадков и инфлюация вод. Мощ- ная зона вертикальной циркуляции в известняках способствует формированию значи- тельных ресурсов подземных вод и развитию карстовых процессов, на что указывают многочисленные выходы их на поверхность в виде источников, а также наличие кар- стовых полостей в виде пещер (рис. 1). В период с начала 2017 г. по настоящее время нами проводятся ежеквартальные отборы водных проб для химического анализа и еже- месячные для изотопного анализа. Всего за исследуемый период обследовано 10 водо- пунктов и отобрана 131 проба, включая единичные замеры 4 источников у пещеры Ди- вья. Химический анализ отобранных водных проб был выполнен на современном обо- рудовании Aurora M90 фирмы Bruker в гидрохимической лаборатории ПГНИУ, анализ 2 18 стабильных изотопов воды ( H, О) определялся в Инсбрукском университете имени Леопольда и Франца (Австрия) с использованием современного лазерного оборудова- ния L-2130-i, производства Picarro. В настоящий момент данные по изотопному анали- зу находятся в стадии систематизации и обобщения, в данной работе представлены первичные результаты анализа химического состава родниковых вод. Основной дреной на исследуемой территории является река Колва, к долине ко- торой приурочены подземные источники. Содержание основных компонентов (HCO3-, 37 ----------------------- Page 38----------------------- 2- + 2+ a+, - SO4 , Ca , Mg , N Cl ) и значение минерализации воды в реке колеблется в широких пределах. Река Колва имеет гидрокарбонатно-кальциевый состав с минерализацией от 3 61 до 383 мг/дм и являются нейтрально-слабощелочной (pH 6,5-7,9). Внутригодовая динамика минерального состава воды характеризуется максимальной минерализацией 3 3 в зимний период, равной 383 мг/дм , и минимальной в весенний период - 61 мг/дм за счёт разбавления талыми водами. Изменение содержания таких компонентов, как SO42-, + 2+ a+, - Ca , Mg , N Cl и минерализации речной воды коррелируется с изменением химиче- ского состава атмосферных осадков на протяжении осенне-зимнего периода (табл.). Та- кая корреляция указывает на метеогенное происхождение речной воды. Таблица Химические показатели р. Колвы и атмосферных осадков Показатели Единица р. Колва Атм. осадки измерения Весна Лето Осень Зима Осень Зима рН 7,20 6,71 7,91 6,50 6,2 5,12 3 Минерализация мг/дм 61 285 228 383 6 12,2 - 3 HCO3 мг/дм 39 213,5 109,8 153 3,1 4,27 2- 3 SO4 мг/дм 6,1 6,6 27 55 1 1,17 + 3 Ca мг/дм 9,5 27,5 33,7 54 0,6 1,87 2+ 3 Mg мг/дм 1,6 5,8 5,9 10,5 0,25 0,25 a+ 3 N мг/дм 1,9 29 22,5 46,1 0,5 0,5 - 3 Cl мг/дм 1,6 0,4 34,4 56,7 0,5 0,5 Водные объекты относятся к разным водоносным зонам. Несколько родников расположены в пограничной зоне коренных соликамских и аллювиальных четвертич- ных отложений (P slk и aQ) на западной границе депрессии (Покчинский, Вильгорт- 2 ский и родник Параскевы Пятницы). Водоносными породами этой зоны являются из- вестняки, мергели, песчаники, алевролиты. Движение вод от областей питания к облас- тям разгрузки происходит под действием разности гидростатических напоров по наи- более проницаемым слоям и пластам [2]. Воды этой зоны пресные с минерализацией 3 250-430 мг/дм , причем в водах Вильгортского источника зафиксированы примеси 3 сульфатов до 34 мг/ дм . Максимальная минерализация приурочена к зоне разгрузки подземных вод в речных долинах на участках пересечения их с положительными тек- тоническими структурами. На территории п. Ныроб выделяются две водообильные зоны пресных вод: южная зона ассельско-артинского терригенного комплекса (sP a-ar) и северная слабоводонос- 1 ная надзона рифейско-нижнедевонских терригенных и метаморфических кварцитовид- ных пород (s.gR-D ). Воды источника, приуроченного к южной части поселка, относят- 1 ся к гидрокарбонатно-кальциевому типу с примесями сульфатов и минерализацией до 3 207 мг/ дм (Свято-Никольский родник), водоносными являются прослои и линзы конг- ломератов, песчаников, реже алевролитов, мергелей, известняков. Подземные воды се- верной части (Вилипский родник) - гидрокарбонатно-кальциевые с минерализацией до 3 300 мг/ дм . Также к зоне нижнепермских отложений ассельско-артинского комплекса при- урочены выходы подземных вод у пещеры Дивья. Воды этой зоны гидрокарбонатно- 3 кальциевые с минерализацией до 285 мг/ дм . 38 ----------------------- Page 39----------------------- Рис. 1. Местоположение отбора проб воды в районе исследования А - исследуемые водопункты: 1 - Покчинский родник; 2 - источник Параскевы Пятницы; 3 - Виль- гортский родник; 4 - р. Колва; 5 - Свято-Никольский родник; 6 - Вилипский родник; 7 - Дивья пещера. Б - гидрогеологические подразделения: P k - кунгурская карбонатно-сульфатная серия; P slk - соликамская тер- 1 2 ригенно-карбонатная свита; aQ - четвертичный аллювиальный горизонт; sP a-ar - ассельско-артинский тер- 1 ригенный комплекс; cP - нижнепермская карбонатная серия; c.scC - надзона средне- 1 2-3 верхнекаменноугольных карбонатных и терригенно-карбонатных пород; s.gR-D - надзона рифейско- 1 нижнедевонских терригенных и метаморфических кварцитовидных пород; s.c.scD-C - надзона девонско- нижнекаменноугольных терригенных карбонатных и терригенно-карбонатных пород (составлено по материа- лам Е.А. Иконникова, Л.А. Алексеевой, электронная версия А.В. Корякиной (Шиловой), Е.Н. Пыстоговой, 2017); В - тектонические разломы [1]. Состав подземных вод исследуемых источников изменяется по сезонам, причем в двух источниках (Вилипский и Параскевы Пятницы) сезонные изменения менее выра- жены, минерализация вод практически остается постоянной, годовая динамика мине- 3 рального состава колеблется в пределах ± 10 мг/дм , в остальных источниках - в преде- 3 лах ± 30 мг/дм . Результаты изучения химического состава вод карстовых источников свидетель- ствуют о том, что они в основном формируются в терригенно-карбонатном комплексе пород, в зоне активного водообмена питание этих вод происходит преимущественно за 39 ----------------------- Page 40----------------------- счет инфильтрации атмосферных осадков, поскольку химический состав этих вод под- вержен сезонным изменениям (рис.2). Для нескольких источников (Вильгортский и Свято-Никольский) характерен смешан- ный гидрокарбонатно-кальциево-сульфатный состав вод и отмечена повышенная минерали- 3 зация в результате присутствия сульфатного иона в пределах 20-60 мг/дм, что указывает на дополнительный источник питания подземных вод. В пределах исследуемых родников вы- явлены зоны тектонических нарушений, в пределах которых по тектоническим трещинам осуществляется разгрузка минерализованных вод из нижележащих слоев. Вероятно, что ни- жележащие карбонатные породы частично загипсованы и их выщелачивание приводит к увеличению в воде как карбонатов, так и сульфатов кальция. Рис. 2. Распределение минерализации водных объектов по сезонам Таким образом, на границе Ксенофонтовского и Соликамского карстовых районов сформи- ровалась мощная зона разгрузки подземных вод под влиянием тектонических и литологических факторов. Здесь выделяются 2 типа гидрохимических фаций, которые определялись по двум или трем преобладающим по весу компонентам: гидрокарбонатно-кальциевая и гидрокарбонатно- кальциево-сульфатная. Наличие зон дробления и разломов создают благоприятные условия для формирования трещинно-карстовых вод и их концентрированной разгрузки. Питание подземных вод осуществляется в основном за счет атмосферных осадков, местами водами нижележащих сло- ев. Детальное изучение изотопного и химического состава подземных вод этой территории позво- лит установить цикличность и сезонность изменения изотопного и химического состава вод, и оп- ределить роль атмосферных осадков в формировании подземных вод. Эти данные в совокупности с микробиологическим и микроэлементным анализами помогут при решении задач по использо- ванию подземных вод в хозяйственно-технических и промышленных целях, а также спрогнози- ровать карстовые процессы.

Литература

  1. Атлас Пермского края: Карты / под общ. ред. А.М. Тартаковского. - Пермь: [Раритет-Пермь], 2012. - 1 атл. (123 с.)
  2. Отчет о результатах работ по составлению полистной гидрогеологической карты масштаба 1:500000 листов Р-39-Г, Р-40-В, Г, 0-40-Б / Иконников Е. А. и др. - Пермь, 1995.
Опубликован
2018-10-01
Выпуск
Раздел
Статьи