ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2014, том 41, № 1, с. 94-103
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОД СУШИ ^^^^^^^^^^ С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ
УДК 556.535.8
ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЕХНОГЕННОГО ГАЛОГЕНЕЗА НА ВОДОСБОРНЫЕ ЛАНДШАФТЫ РЕЧНЫХ ДОЛИН И ВОДНЫЕ СИСТЕМЫ (НА ПРИМЕРЕ ЮГА ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ)1 © 2014 г. И. Г. Сванидзе*, Т. И. Моисеенко**, А. С. Якимов***, А. В. Соромотин*
*Тюменский государственный университет 625003 Тюмень, ул. Семакова, 10 E-mail: svaigor@mail.ru **Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991 Москва, ул. Косыгина, 19 ***Институт криосферы Земли СО РАН 625026 Тюмень, ул. Малыгина, 86 Поступила в редакцию 27.07.2011 г.
Приведен анализ воздействия артезианских минерализованных вод, фонтанирующих из старых геологоразведочных скважин, на водосборные ландшафты речных долин и малые водотоки. Рассмотрены процессы изменения ионного состава вод и химического состава донных отложений малых водотоков под воздействием техногенного галогенеза.
Ключевые слова: фонтанирующие скважины, минерализованные воды, техногенный галогенез, засоление рек.
DOI: 10.7868/S0321059614010118
Воздействие пластовых минерализованных вод Западно-Сибирского артезианского мегабас-сейна на почвы речных долин и водные системы юга Тюменской области — масштабная экологическая проблема в связи со сбросом сточных вод геотермального рыбного хозяйства [5, 6], бальнеологических здравниц [12], а также эффектами фонтанирования из старых бесхозных геологоразведочных скважин, находящихся в аварийном состоянии. Тюменская область чрезвычайно богата ресурсами минерализованных вод [16]. Эти воды были вскрыты почти на всей территории юга Тюменской области разведочными скважинами, пробуренными в 1950—1980-х гг. при масштабных работах по разведке нефтяных и газовых месторождений и законсервированными в годы бурения вследствие отсутствия запасов искомого сырья. По прошествии десятилетий коррозия устьевого оборудования законсервированных скважин привела к прорыву устья и поступлению
1 Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (соглашение 14.B37.21.0972 "Формирование и развитие региональной инновационной экосистемы" и Президента РФ (грант НШ-5582.2012.5).
из недр на земную поверхность регулярных потоков минерализованных вод.
В 1950-1960-х гг. многие разведочные скважины бурились вблизи рек из-за недостаточного количества транспорта и грузоподъемной техники, что не позволяло удаляться от водных магистралей. Именно поэтому бесхозные скважины, изливающие минерализованные воды, расположены на надпойменных террасах как крупных рек юга Тюменской области, так и малых водотоков. Следствием влияния минерализованных техно -генных потоков является техногенный галогенез почв и вод как геохимический процесс преобразования природных систем, возникающий в районах нефтедобычи и представляющий собой засоление почв, поверхностных и почвенно-грун-товых вод [13].
Проблема техногенного галогенеза почв речных долин и водных систем юга Тюменской области изучена слабо, что отражено в небольшом числе публикаций [5, 6, 12]. В научной литературе внимание уделяется воздействию нефтепромысловых сточных вод [2, 13—15]. Артезианские минерализованные воды юга Тюменской области отличаются от нефтепромысловых сточных вод
отсутствием нефтяных углеводородов, что создает эффект "чистого техногенного галогенеза". Феномен "чистых" солевых, постоянно подновляемых разливов при практически полном отсутствии в техногенных потоках нефтяных углеводородов наблюдается на территории некоторых фонтанирующих геологоразведочных скважин юга Тюменской области [12]. Это дает возможность изучить воздействие "чистого" техногенного галогенеза на почвы речных долин и водные системы.
Техногенный галогенез почв через почвообразовательный процесс, несомненно, оказывает влияние на минерализацию и ионный состав водотоков. Это влияние изучено недостаточно. Зачастую исследователями рассматривается вопрос об изменении минерализации и ионного состава водотоков в отрыве от геохимических процессов, протекающих в почвах водосборов [5, 6]. Поскольку в таежной зоне Обь-Иртышья большая часть вещества, растворенного в речных водах, предварительно проходит через почву [9], то для понимания изменений минерализации и ионного состава водотоков необходимо принимать во внимание также и связанную с техногенным га-логенезом трансформацию почв и почвенно-грунтового стока.
В зарубежной научной литературе проблеме воздействия минерализованных вод на ландшафты речных долин и водотоки посвящены работы [17—22]. В каждом из исследованных регионов существуют свои специфические особенности этого влияния на окружающую среду.
На юге Тюменской области количество фонтанирующих геологоразведочных скважин, относящихся к первому классу экологической опасности, составляет 22 (13 — в Тобольском, 4 — в Ишим-ском, 5 — в Тюменском районах) [7]. Большое количество экологически опасных скважин и рассредоточение их на юге области подтверждает актуальность проблемы фонтанирующих скважин.
Исследования по данной проблеме на юге Тюменской области не проводились. Авторы настоящей статьи эти исследования провели впервые. Их цель — изучение основных закономерностей техногенного галогенеза вод и донных отложений (ДО) р. Аремзянки через техногенную трансформацию почв долины реки на примере территории старой геологоразведочной скв. Черкашинской 36-РГ. Воздействие этой скважины, отнесенной к первому классу экологической опасности в тюменском регионе [7], на почвы и водотоки — наиболее типично, и выводы на ее примере могут быть универсальными.
ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Объект исследования
Скв. Черкашинская 36-РГ была пробурена в 1965 г. в Тобольском районе в 1 км к юго-западу от д. Шестаково при доразведке Черкашинского месторождения йодных вод. Географические координаты этой скважины: 58°27'28" с.ш. и 68°27'53" в.д. Возраст водоносного горизонта — готерив-бар-ремский (1730—1784 м и 1830—1842 м) и валан-жинский ярусы (1862—1882 м) нижнего мела. В настоящее время эта скважина бесхозная. Она находится на второй надпойменной террасе р. Аремзянки (рис. 1); фонтанирует высоконапорной термальной минерализованной водой с дебитом 1000 м3/сут, высота фонтана достигает 7— 8 м. В результате многолетнего слива из скважины минерализованных вод вокруг нее сформировались лишенные растительности техногенно-забо-лоченные и техногенно-засоленные суперакваль-ные ландшафты.
Методы исследования
Изучение воздействия техногенного галогене-за на малый водоток осуществлялось посредством опробования артезианских вод скважины, а также вод и ДО р. Аремзянки. Опробование вод и ДО проводилось в 100, 500 м ниже по течению и в 1000 м выше по течению (фон) (рис. 1). Перед весенним половодьем с целью выявления накопленных водорастворимых солей в снежном покрове в области заболачивания проводилось опробование льда. В незатронутой техногенным галогенезом части второй надпойменной террасы выше по уклону (фон) проводилось опробование приземного снега, контактирующего с почвой.
Почвенный покров речной долины на пробной площади был изучен методом почвенно-гео-морфологического профилирования (рис. 1). Ка-тена № 1 проходит через основные геоморфологические уровни в районе воздействия артезианских минерализованных вод. Катена № 2 проходит через территории, на которые оказывает воздействие ручей минерализованной воды. Катена № 3, принятая в качестве фоновой, проходит выше по течению р. Аремзянки и охватывает аналогичные геоморфологические уровни речной долины, не подверженные воздействию минерализованных вод. Обе катены приурочены к речной долине, начинаются от уреза воды, проходят через геоморфологические уровни низкой и высокой поймы, а также первой надпойменной террасы. На каждом геоморфологическом уровне были заложены и обследованы почвенные разрезы.
Рис. 1. Карта-схема территории скв. Черкашинской 36-РГ, точки почвенно-геоморфологического профилирования и опробования: 1 — скв. Черкашинская 36-РГ, 2 — точки отбора проб снега, 3 — точки отбора проб талой воды, 4 — почвенные разрезы и их номера, 5 — линии катен, 6 — порядковые номера катен, 7 — сухое русло временного стока, 8 — овраги и промоины, 9 — границы геоморфологических уровней, 10 — р. Аремзянка и ручей-приток минерализованной воды, 11 — заболоченная область, 12 — лишенные растительности территории, 13 — уровень первой надпойменной террасы.
Авторами также проводилось опробование артезианских минерализованных вод на территории скважин Черкашинская 30-РГ, Южно-Тобольская 1-Р — также старейших в регионе (1964 и 1963 гг. бурения и консервации). В различные фазы водности р. Винокуровки (осенние паводки, летняя межень, весеннее половодье) проводилось опробование вод и ДО в 100 м ниже по течению от слива минерализованной воды из скв. Черкашинской 30-Р и в 500 м выше по течению, где влияние на реку минерализованных вод отсутствует.
Всего было отобрано 14 проб воды, 5 проб ДО, 3 пробы снега.
Аналитическая программа исследований включала в себя измерения следующих показателей:
1. в воде — сухого остатка, катионно-анионно-го состава, рН, нефтепродуктов;
2. в ДО — плотного остатка, хлорид-анионов, натрий-катионов, обменного натрия, рН;
3. в снежном покрове — сухого остатка, кати-онно-анионного состава.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Характеристика минерализованных вод
По классификации О.А. Алекина [1], воды скважины Черкашинской 36-РГ, как и других фонтанирующих скважин, относятся к категории солоноватых вод (1—25 г/л) (табл. 1, 2). Ионный состав, по классификации О.А. Алекина, соответствует хлоридному классу, натриевой группе [1]. Содержания анионов С1- и катионов №+ значительно превосходят содержания других ионов. Концентрации нефтепродуктов незначительны.
Техногенный галогенез почв
Анализ почвенных данных показал, что на территории скважины 36-РГ за 25-летний период воздействия минерализованных вод значительно
Таблица 1. Гидрохимический состав артезианских минеральных вод скважин Южно-Тобольской 1-Р и Черкашинской 36-РГ в ноябре 2010 г. (здесь и в табл. 2, 3: содержание катионов, анионов, сухого
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.