ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2007, том 34, № 2, с. 249-254
_ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ, _
--ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ -
УДК 546.791.02234.238:556.3(04)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ВЕРХНЕПЕРМСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ ДЛЯ ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ЧУВАШСКОЙ РЕСПУБЛИКИ1
© 2007 г. А. И. Тихонов*, М. С. Голицын**, В. П. Тихонов*, А. Ф. Иванов *, С. П. Егоров*,
Р. И. Гафуров*, Н. Е. Миронова*, А. В. Васильев*
*Научно-исследователъский институт геологических и геоэкологических проблем 428023 Чебоксары, ул. Академика Королева, 1 **Всероссийский научно-исследователъский институт гидрогеологии и инженерной геологии 142452 пос. Зеленый Ногинского р-на Московской обл. Поступила в редакцию 20.12.2005 г.
На основе комплексных исследований с помощью уран-изотопного и микроэлементного гидрогеохимического методов показана возможность и целесообразность использования подземных вод верхнепермских водоносных горизонтов правобережной части Волги как альтернативного варианта Чебоксарскому месторождению, которое разведывается в настоящее время в четвертичных отложениях на левобережье для централизованного наиболее экологически безопасного питьевого водоснабжения населения городов Чебоксары и Новочебоксарск.
В настоящее время для централизованного питьевого водоснабжения населения городов Чебоксары и Новочебоксарск (Чувашская Республика) используются воды Чебоксарского водохранилища. Однако исследования, проведенные в 1995-1997 гг. установили в донных осадках (ДО) указанного водохранилища повышенное содержание токсичных тяжелых металлов и радиоактивных элементов, которые могут попадать в питьевую воду. Между тем известно, что очистные сооружения города не могут очищать воду водохранилища в должной мере от таких элементов, как Cd, РЬ, Ва, В и Sг.
В результате комплексных изотопно-гидрогеохимических исследований установлена современная активизация Горьковско-Кильмезской линеамент-ной зоны (зоны глубинных разломов земной коры), выявленной ранее в районе верхнего Поволжья на основе спутниковых исследований и подтвержденной наземными геологическими изысканиями. Эта зона простирается в широтном направлении через Москву, Казань, Чебоксары вплоть до Урала. Ее ширина составляет ~25-30 км. Результаты изотопно-гидрогеохимических исследований, выполненных в 1999-2002 гг., показывают, что по этим глубинным разломам из глубоких горизонтов поступают воды с повышенной концентрацией различных минеральных веществ, в том числе токсичных химических элементов. Корреляционный анализ результатов определения концентрации тяжелых металлов, обнаруженных в ДО водохранилища, по-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке экологических фондов городов Чебоксары и Новочебоксарск.
казывает, что именно внедрение глубинных вод явилось главной причиной их загрязнения [3]. Поскольку основным источником питания водоносного горизонта четвертичных песков, из которого предполагается добывать подземные воды Чебо-карского месторождения в Заволжье, являются воды Чебоксарского водохранилища, то становится ясным, что все эти токсичные металлы глубинного происхождения непременно попадут в водопровод. Следовательно, необходимы более безопасные подземные источники для питьевого водоснабжения населения наиболее крупных городов Чувашии - Чебоксары и Новочебоксарск.
В связи с этим становится актуальной оценка возможности использования для питьевых целей подземных вод, циркулирующих в верхнепермских (татарских) отложениях непосредственно в районе указанных городов. Эти воды залегают здесь на глубине ~100 м и, благодаря наличию достаточно мощной толщи глинистых пород в кровле водоносных горизонтов, надежно защищены от возможности поверхностного загрязнения. Однако до последнего времени оставался нерешенным вопрос о степени притока глубинных вод в вышеуказанной линеаментной зоне и их воздействия на формирование подземных вод татарских отложений в районе городов. Для этого, прежде всего, требовалось изучить пространственные закономерности изменения и процессы формирования химического состава подземных вод, определить источники питания и оценить их ресурсы, процессы взаимодействия различных водоносных
горизонтов, а также оценить степень их восполняе-мости и защищенности от загрязнения.
Геологическое строение района г.Чебоксары изучено достаточно детально в процессе комплексных изыскательских работ при проектировании и строительстве защитных инженерных сооружений от воздействия Чебоксарского водохранилища, а также при бурении скважин на воду. Глубина бурения скважин в основном не превышала 150 м, поэтому слабо изучены нижележащие слои и особенно тектоническое строение района. Только на отдельных участках в 1978-1986 гг. в процессе разведки минеральных, рассольных и сероводородных вод в районе городов Чебоксары и Новочебок-сарск было пробурено несколько скважин глубиной до 1200 м.
По данным бурения скважин геологическое строение района г.Чебоксары представляется следующим. Кристаллический фундамент (граниты и гнейсы) залегает на глубине ~1750 м. Осадочный чехол платформы сложен доломитами, известняками, песчаниками, ангидритами, мергелями девона, карбона и перми.
Отложения татарского яруса верхней перми -объект исследований, представлены так называемыми татарскими пестроцветами: переслаиванием глин с прослоями мергелей, известняков, доломитов, алевролитов, песков и песчаников. Подземные воды верхнего водоносного комплекса татарского яруса, сложенного песками и алевролитами, безнапорные или обладают слабым напором (до 3 м). Коэффициент фильтрации водовмещающих пород изменяется от 0.05 до 0.2 м/сут, удельный дебит составляет 0.08-0.15 л/с. Химический состав подземных вод гидрокарбонатный кальциево-магниевый с минерализацией 0.4-0.5 г/л. Второй водоносный комплекс отложений татарского яруса состоит из нескольких водоносных горизонтов (до трех) и приурочен к мергелям и известнякам верхнеуржумского горизонта. Они более водообильны и обладают значительным напором (до 50 м). Коэффициент фильтрации известняков и мергелей составляет 2-14 м/сут, а дебит скважин достигает 4.8 л/с. Минерализация вод изменяется от 0.5 до 1.8 г/л, химический состав - от гидрокарбонатно-сульфатного кальциево-магниевого до сульфатно-гидрокарбонатного натриево-кальциевого. Третий, нижнеуржумский водоносный комплекс пресных вод (самый нижний) в отложениях татарского яруса представлен переслаивающейся толщей известняков и мергелей, алевролитов и песков общей мощностью до 30 м.
Подземные воды татарских отложений нередко разгружаются в долинах малых рек в виде родников с различными дебитами. Выходы подземных вод на поверхность в виде родников и их водообильность, по изотопным данным контролируются тектоникой района.
Тектоника в районе г. Чебоксары изучена слабо, так как специальные работы по выявлению тектонических структур не проводились. В ходе геологических работ различного назначения в прошлые годы в районе города было выявлено Чебоксарское антиклинальное локальное поднятие северо-восточного простирания.
В последние годы появились результаты [1-6], которые свидетельствуют о существовании в пределах Восточно-Европейской платформы активных глубинных разломов, разрывающих не только породы фундамента, но и породы осадочной толщи. Об этом можно судить по поступлению гелия, паров ртути, углеводородов и углекислого газа из глубин в пределы верхних горизонтов, а также по аномальным отношениям альфа-активностей изотопов урана 234и/238и в подземных водах в районе таких разломов. Реки на Русской платформе трассируют межблочные зоны, где и располагаются глубинные разломы [13].
Для решения поставленных задач в районе городов Чебоксары и Новочебоксарск была проведена комплексная уран-изотопная и микроэлементная гидрогеохимическая съемка подземных и поверхностных вод. Уран-изотопный метод пространственного моделирования гидрогеологических процессов впервые был разработан в Академии наук Республики Киргизия в 80-е годы прошлого столетия и испытан при изучении подземных вод активного водообмена в условиях межгорных впадин [8-10]. Метод основан на изучении пространственных закономерностей изменения величины отношения альфа-активностей четных изотопов урана 234и/238и = у в подземных водах и комплексной интерпретации полученной информации с учетом геолого-гидрогеологических условий изучаемой территории. Подробное описание физической сущности и предпосылок использования уран-изотопного метода в гидрогеологии приведено в [7, 11, 12] и поэтому здесь мы остановимся только на его принципиальных особенностях.
Для получения информации об изотопном составе подземных вод проводится площадная уран-изотопная съемка, в ходе которой производится отбор проб из обычных водозаборных скважин, расположенных по определенной сети, соответствующей масштабу гидрогеологических работ на изучаемой территории. При этом в связи с низким содержанием урана в подземных водах (и*10-8-106 г/л) и необходимостью получения препаратов проб с содержанием урана п*105 г в полевых условиях производится концентрирование урана из водных проб на активированном угле. После радиохимической очистки и электролитического осаждения урана на диски из нержавеющей стали производится определение величины отношения альфа-активностей 234и/238и и концентрации урана с использованием ионизационных альфа-спектрометров, позволяю-
• 1 2 3 4 V
® 6 7 8 9
Рис. 1. Модель взаимодействия пластовых вод татарских отложений и глубинных вод в районе городов Чебоксары и Новочебоксарск по уран-изотопным данным. 1 - скважины; 2 - родники; 3 - реки; 4 - потоки пластовых вод татарских отложений (у < 1.6); 5 - направление потока пластовых вод; 6 - номер потока пластовых вод; 7 - очаги внедрения глубинных вод; 8 - участки распространения глубинных вод (у > 2.0); 9 - тектоническое нарушение; 10 - населенные пункты.
щих измерять указанные параметры со среднеквадратичной погрешностью до 1-2%. При интерпретации уран-изотопных данных на основе пространственных закономерностей изменения изотопного отношения урана используется различие его изотопного состава в водах разных источников и потоков, а также постоянство вели
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.