научная статья по теме ГЕОХИМИЯ БОЛОТНЫХ ВОД НИЖНЕЙ ЧАСТИ БАССЕЙНА ТОМИ (ЮГ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ) Геология

Текст научной статьи на тему «ГЕОХИМИЯ БОЛОТНЫХ ВОД НИЖНЕЙ ЧАСТИ БАССЕЙНА ТОМИ (ЮГ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ)»

ГЕОХИМИЯ БОЛОТНЫХ ВОД НИЖНЕЙ ЧАСТИ БАССЕЙНА ТОМИ

(ЮГ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ)

© 2012 г. С. Л. Шварцев*, О. В. Серебренникова**, М. А. Здвижков*, О. Г. Савичев***, О. С. Наймушина***

* Томский филиал Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН 634021, Томск, просп. Академический, 4; tf@igng.tsc.ru ** Институт химии нефти СО РАН 634021, Томск-21, просп. Академический, 4; canc@ipc.tsc.ru *** Томский политехнический университет @634050, Томск, просп. Ленина, 30; gige_ignd@mail.ru Поступила в редакцию 06.08.2010 г. Принята к печати 21.04.2011 г.

В работе приводятся новые данные по химическому и микрокомпонентному составу кислых и слабокислых маломинерализованных болотных и других типов вод. Особое внимание уделено растворенным органическим соединениям: фульво- и гуминовым кислотам, битумоидам, углеводородам. Впервые для болотных вод Западной Сибири приводятся подробные данные по органическим микропримесям: алканам, пентациклиническим терпеноидам, стеранам, алкилбензолам, нафталинам, фенантренам, тетрааренам и др.

Ключевые слова: геохимия, гидрогеология, болотные воды, химический состав, органическое вещество, углеводороды, микрокомпоненты, грунтовые воды, верховодка.

Болота Западной Сибири — это крупнейшие по размерам образования на нашей планете, накопившие огромное количество углерода, который в случае потепления климата может служить источником больших объемов СО2 и СН4. По ориентировочным данным, в настоящее время болота выделяют (5—60) х 1013 т/год СН4. Как известно, СО2 и СН4 являются парниковыми газами, которые оказывают важное влияние на климат Земли. В этой связи болотные воды являются объектом обширного изучения [1—3], исследуется водообмен и водный баланс болотных ландшафтов [4—5], химический состав болотных вод [6—11], биогеохимические аспекты болотообразования [12], особенности метаногенеза [13, 14], эколого-геохимическое состояние [15] и многие другие процессы, включая, естественно, состав торфяников [16]. В последние годы особое внимание уделяется эмиссии метана и углекислого газа из болот [17—20]. Тем не менее, нерешенных проблем остается немало. В частности, состав органических соединений, которые доминируют в водах верховых болот, изучен пока еще недостаточно. А это важно для понимания механизмов разложения торфа. Недостаточно, на наш взгляд, изучены связи между составом болотных и связанных с ними подземных вод (верховодка и грунтовые воды). Поэтому целью данной работы

является проведение сравнительного анализа состава болотных вод и всех других, которые в той или иной мере связаны с ними по условиям питания или разгрузки. При этом особый акцент делается на поведении растворенного органического вещетва.

Геохимия болотных вод нами изучалась на правобережной части долины нижнего течения р. Томи в пределах 2-ой надпойменной террасы (рис. 1). На данной территории расположены два относительно небольших болота — Клюквенное и Темное, которые слабо дренируются. Хотя в этом районе протекает четыре небольшие речки (Шишкобойка, Черная, Мостовка и Камышка), но их расходы в летний период составляют всего 0.8—4.9 л/с в устьевой части. Там же где развиты болота, эти реки теряются и их невозможно найти среди кочек и кустарников, т.е. водообмен на этих участках по нашим данным незначителен.

Болота относятся в основном к олиготрофно-му сосново-кустарничково-сфагновому типу, иногда — осоково-сфагновому, реже — эвтрофно-му сосново-березовому вейниковому. Мощность торфа, замеренная в специально пробуренных для этой цели 3-х скважинах, составила соответственно 4.4; 6.2 и 3.4 м. Глубина залегания болотных вод на повышенных участках достигает 0.3 м, на пониженных — болотные воды заливают про-

403

5*

Рис. 1. Схема нижнего течения р. Томи: 1 — заболоченный участок; 2 — болото "Темное"; 3 — болото "Клюквенное"; 4 — пункт поверхностного опробования болотных вод; 5 — пункт послойного опробования вод торфяной залежи; 6 — пункт опробования грунтовых вод; 7 — пункт опробования вод рек и ручьев; 8 — пункт опробования вод грунтовых скважин; 9 — автодорога.

странства между кочками или образуют мелкие озерки площадью до первых десятков м2. Местами разобщенные заболоченные участки укрупняются, соединяются между собой и образуют болота значительных размеров: Клюквенное (44.9 км2) и Темное (18.9 км2). Значения коэффициентов фильтрации болотных отложений колеблются в широких пределах, чаще всего 0.1—3.0 м/сут.

Отложения, подстилающие озерно-болотные осадки, представлены олигоцен-четвертичными глинисто-песчаными образованиями, в которых широко развиты грунтовые воды. Кровля этих отложений сложена маломощными (2—3 м) слабопроницаемыми суглинками, которые являются хотя и слабым, но все же водоупором для вышележащих болотных вод. Верховодка встречается как на заболоченных участках, так и между ними. Ниже суглинков залегают преимущественно песчаные и гравийно-галечниковые аллювиальные отложения с прослоями глин и суглинков, неравномерно развитых по территории. Песчанистость разреза высока и местами достигает 90—95%. Состав песков кварцево-полевошпатовый со следами их выветривания с образованием аутигенного каолинита. Все это определяет достаточно высокую водо-обильность этих отложений: значения коэффици-

ента фильтрации колеблются от 0.5 до 14 м/сут, удельные дебиты скважин составляют 0.03—35 л/с, водопроводимость достигает 400 м2/сут.

На рис. 2 схематически изображены гидрогеологические условия верхней части геологического разреза исследуемой территории, которые позволяют понять, почему на достаточно промываемой территории развиты заболоченные участки. В целом этому способствует слабовсхолмленный (грядовый рельеф), большое количество атмосферных осадков (>500 мм/год), небольшое испарение, неглубокое (4—6 м) залегание грунтовых вод, наличие гидравлической связи между болотными и грунтовыми водами. Конкретно заболоченность приурочена к участкам развития относительно слабопроницаемых суглинков, занимающих пониженные участки рельефа.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ БОЛОТНЫХ ВОД

Пробы воды отбирались в июле — августе 2008 г. Всего отобрано 43 пробы, включая 14 непосредственно из болотных микроозерков, 7 — из разных глубин в 3-х скважинах, пройденных в торфяных отложениях, 6 — из мелких рек, 8 из мелких шурфов, пройденных на микровозвышенностях меж-

I \1 1ШУ2 УУУЗ \4 ¡6 * 7

Рис. 2. Схематический гидрогеологический разрез исследуемой территории: 1 — суглинок; 2 — песок; 3 — торф; 4 — направление движения вод; 5 — верховодка; 6 — грунтовые воды; 7 — родник.

ду болотами (верховодка) и 8 из грунтовых вод, вскрытых скважинами (табл. 1). Условия залегания каждого из этих типов вод видны из рис. 2.

Параметры изменяющихся компонентов (рН, НС03, Fe, Т, ЕЙ) измерялись непосредственно на точке. Часть отобранной воды консервировалась, другая — для определения органических веществ — нет. Химический анализ всех типов вод выполнялся в аккредитованной гидрогеохимической лаборатории Томского политехнического университета методами: рН — потенциометрическим;

Са2+, М§2+, НСО- , , С1-, С02 и перманга-

натная окисляемость — титриметрическим;

К+ — атомно-абсорбционным; N0- ,

3_

Р04 , Si — фотометрическим; Fe — полярографическим; Мп, Сё, Си, Zn, РЬ, Д8, Li — инверсион-но-вольтамперометрическим; другие металлы — масспектрометрическим, фенолы — флюоромет-рическим [21].

Как видно из полученных данных (табл. 2), все воды, включая грунтовые, являются ультрапресными и пресными (общая минерализация колеблется от 25 до 400 мг/л), слабокислыми и околонейтральными, реже кислыми (рН составляет 3.5—7.3), гидрокарбонатными кальциевыми или кальциево-натриевыми, редко кальциево-магние-выми и натриево-кальциевыми, отличаются высокими содержаниями железа (до 85 мг/л), иногда калия, если сравнивать с натрием. Содержание хлор- и сульфат-ионов низкие (менее 10 и 12 мг/л соответственно) за исключением нескольких проб грунтовых вод. Содержания N0^ Р04 и

NH4, наоборот, несколько повышены относительно обычных пресных вод [22]. С глубиной соленость воды и значения рН растут. Так, наиболее пресными являются болотные воды торфяных залежей, средняя минерализация которых составляет всего 50 мг/л. Причина этого кроется в том, что такие воды изолированы от горных пород и не взаимодействуют с ними.

Наиболее минерализованными являются грунтовые воды, средняя соленость которых составляет 260, а максимальная превышает 400 мг/л. Все другие типы вод занимают промежуточное положение, что естественно, так как они в меньшей степени, чем грунтовые, взаимодействуют с горными породами, а реки дренируют не только болотные, но и грунтовые воды.

Аналогичным образом ведут себя и значения рН: наиболее кислые воды торфяных залежей (средние значения рН 4.3), наименее кислые — грунтовые воды (рН 6.7).Подобная картина характерна также для содержаний НС03, С1, S04, всех катионов, F и Si. Специфическое поведение Fe заключается в том, что его содержания высоки во всех типах вод, начиная с болотных. Но особенно они аномальны в водах верховодки, в которых достигают 85 мг/л. Такое положение объясняется низким значением ЕЙ вод и, как будет показано ниже, очень высоким содержанием в них органических веществ.

Несколько иное поведение характерно для NH4, N0^ N02 и Р04, которое отражает биогенный характер этих элементов, тесную связь их с биохимическими процессами. Поэтому содержания их более высоки в болотных водах и водах

Таблица 1. Классификация изученных проб воды по объектам отбора

Типвод №проб Типвод Глубинаотбора, м №проб

Болотные 3, 4, 11 Болотные (из

12, 13, 149, мелких скважин.)

152, 153, 162, Скв. 1 0.1 81/1

173, 178, 179, » 2 81/2

186, 939 » 4 81/4

» 6 81/6

Скв. 2 0.1 82/1

» 0.5 82/5

Скв. 8 0.1 88/1

Речные(вытекающие Верховодка 0.1 180

изболот) 0.2 181

р. Мостовка 0.1 185

1. ур. Успенка 2 0.3 191

2. устье 169 0.3 192

р. Черная 0.4 193

1. ур. Гродненка 1 0.2 201

2. устье 164 0.2 202

Шишкобойка 1.9 41/2

1.д. Ольго-Сапежен- 151 5.6 3/2

ка

Внутриболотный ручей 84 Грунтовые воды 3.1 3/1

33.5 3/4

3.7 41/3

32.8 3/3

5.3 3/5

5.8 6/2

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком