Епігенетичні зміни водовмещающіх порід під дією техногенних факторів

Канд. геол.-мін. наук Виборів С.Г., інж.-гідрогеолог Павелко А.І., інж.-геолог Щукін В.М. (Промислово-екологічний союз «Донбас-Азов, ХХI століття»)

Науковi працi ДонНТУ. Сер.: Гiрничо-геологiчна, віп.81. - 2004.

Епігенетичні зміни водовмещающіх порід мають широке поширення в межах геологічного середовища. Найбільш повно вони вивчені в зв'язку з родовищами корисних копалин [1].

Під дією різних епігенетичні процесів формуються різноманітні за структурно-речовим ознаками епіпороди або вторинні породи. Приватним випадком прояву епігенеза є гідротермально-метасоматичні освіти (гідротермаліти), з якими пов'язані численні родовища корисних копалин [2].

Епігенетичні процеси виходять за рамки пневматолітово-гідротермального і середньо-низькотемпературного гідротермального метасоматоза. Вони широко проявлені в приповерхневих умовах зони гіпергенеза. Формування кор вивітрювання, різних зон окислення, в цілому розвиток вторинної мінералізації під дією виразно спрямованих фізико-хімічних процесів зобов'язане епігенезу.

В зв'язку з цим епігенетичні зміни можна визначити як структурно-речові перетворення материнських порід, коли їх первинні структурні, фізико-механічні, мінералого-петрографічні і геохімічні параметри під дією нерівноважних умов у системі вода-порода, зумовлених різними природними або техногенними процесами, змінюються і при цьому виникає зовсім нова середу з набором епіпород різного ступеня заміщення.

Вилучені з надр землі різноманітні корисні копалини та продукти їх переробки створюють в приповерхневої частини землі нерівноважні умови, які призводять до різного роду змін. Широке коло хімічних елементів, залучених до кругообіг під дією техногенних процесів, забруднює підземні води. Відомо, що гідрохімічна спеціалізація грунтових вод багато в чому обумовлена складом водовмещающіх порід [3]. Природні води знаходяться у відносному рівновазі з вміщає їх середовищем.

Хімічно агресивні забруднені техногенні води, потрапляючи у водоносні горизонти, порушують склалося рівновагу в системі вода-порода. При цьому під дією техногенних вод забруднюється не тільки вода, а й відбуваються інтенсивні епігенетичні перетворення водовмещающіх порід. Неминуче, хімічно агресивна вода призводить до зміни їх структурно-речовинних параметрів до тих пір, поки не буде досягнута рівновага в системі розчин-порода. У результаті навколо вогнища забруднення формується ореол епігенетичного заміщення водовмещающіх порід, що має закономірне внутрішню будову. Породи, змінюючись під дією техногенезу, локалізують даний негативний процес в межах обмеженого простору, акумулюють великі обсяги забруднювачів, які складають мінеральну основу і визначають геохімічну спеціалізацію знову утворюються епіпород.

гідрохімічні параметри техногенних вод визначаються набором макро-і мікрокомпонентів. При це макрокомпонентів визначають склад мінералізації вод, до них відносяться речовини, утримання яких перевищують 10 мг/дм3. Це гідрокарбонати, сульфати, хлориди, рідше нітрати, фториди, фосфати, карбонати, а також кальцій, магній, натрій, рідше залізо. Мікроелементи характеризують гідрогеохімічну спеціалізацію вод, їх концентрація не перевищує 10 мг/дм3. даний поділ умовно, проте має під собою певне обгрунтування. Зміст макрокомпонентів у воді більш стійко. Воно має відносно рівномірний розподіл у межах водоносного горизонту. Їх концентрація змінюється поступово. Розподіл мікроелементів у межах водоносних горизонтів носить нерівномірний дискретний характер. Високі концентрації на незначній відстані змінюються низькими, з різницею в 100 і більше разів. Незважаючи на це, мікрокомпоненти закономірно локалізуються в межах епігенетичного ореолу, концентруючись в певних зонах.

Це обумовлено тим фактором, що по відношенню до будь-якого природного чи техногенного процесу заміщення всі макро-і мікрокомпоненти поділяються на:

* головні, які концентруються в епіцентрах аномалій і визначають фізико-хімічну і мінералого-геохімічну спрямованість процеси

* супутні, концентрація яких зростає в межах аномалій і пов'язана з змістом головних компонентів;

* деконцентрірующіеся, які відчувають винос із епіцентрів ореолу епігенеза, Локалізуючись в його периферійних зонах;

* інертні, концентрація яких залишається практично незмінною.

При цьому існує закономірність - чим масштабніше і повніше виявлений процес епігенетичного заміщення, тим чіткіше виражені зональність, диференціація макро-і мікрокомпонентів, тим більший їх коло залучений в цей процес і тим більш чітко визначена позиція компонентів в межах виділених груп.

Представлена теоретична база має велике практичне значення при визначенні джерел забруднення та масштабів його прояви. Останнє пов'язано зі здатністю водовмещающіх порід локалізувати великі обсяги забруднювачів і тим самим обмежити розповсюдження забруднених вод у межах певного простору. Знаючи закономірності будови ореолів епігенеза, можна, за регулярних спостереженнях, визначити швидкість просування процесу забруднення. Все це робить дуже актуальним проведення більш повного вивчення закономірностей будови ореолів епігенеза, їх мінералого-геохімічних особливостей.

Такого роду дослідження проведені авторами в районі впливу золовідвалів Луганської ТЕС в 2002 році [4].

В геологічну будову території розміщення золовідвалів беруть участь породи крейдового і четвертинного віку. Верхньокрейдяними породи представлені світло-сірими глинистими мергелями, крейдоподібні мергелями з високим змістом кремнієвої гальки. Потужність відкладів складає близько 400 м. Четвертинні алювіальні відклади представлені в основному, разнозерністимі пісками з прошарками глин, суглинків. Максимальна потужність даних відкладень в межах досліджуваного ділянки склала 21 м.

виділяються два горизонти підземних вод пов'язані з алювіальними четвертинними і верхньокрейдяними відкладеннями. Водовмещающіе породи водоносних горизонтів розділені регіонально витриманою закольматірованной зоною верхньої частини тріщинуватих крейдяних відкладень. Тим водоносними горизонтами і поверхневими водами річок Сіверський Донець, Айдар і Евсуг існує тісний гідравлічний зв'язок. При цьому атмосферні опади і техногенні води в результаті інфільтрації проникають в алювіальних водоносний горизонт і далі через гідрогеологічні «Вікна» зони кольматації у води верхньої крейди. Розвантажуються підземні води в місцеву гідрографічну мережу в річки Сіверський Донець, Айдар і Евсуг, куди спрямований ухил підземного потоку. Промислово-екологічним союзом «Донбас-Азов, ХХI століття» в районі впливу золовідвалів Луганської ТЕС організована режимно-спостережна мережа, що складається з 40 свердловин. При цьому 20 свердловин обладнані на алювіальних обрій і 20 на верхньокрейдяними.

Однозначно встановлюється значне техногенний вплив на підземні води і водовмещающіе породи з боку золовідвалів Луганської ТЕС. При цьому набір компонентів-забруднювачів для алювіальні та водоносного горизонту верхньої однаковий. Аномальні концентрації встановлюються для: мінералізації до 2,04 ГДК; сульфатів до 1,46 ГДК; хлоридів до 1,73 ГДК; заліза до 2,17 ГДК; марганцю до 1,5 ГДК; цинку до 1,5 ГДК; міді до 1,1 ГДК; нікелю до 5,2 ГДК; кобальту до 2,2 ГДК; свинцю до 2,1 ГДК; кадмію до 2,3 ГДК.

Виділені сумарні ореоли забруднення мають тісний просторову та генетичну зв'язку з золовідвали № 1 і № 2. Їх форма узгоджується з напрямком руху підземних вод у бік Счастьінского, Петровського водозаборів питної води та к р. Сіверський Донець (рис. 1). Наявність генетично однорідного джерела забруднення підземних вод дозволяє стверджувати про односпрямованої техногенному процесі, виявлений на досліджуваній території і має чітко виражені фізико-хімічні, гідрогеохімічні і мінералого-геохімічні закономірності розвитку.

В епіцентрах забруднення поширені води з переважанням сульфат-аніону і натрій-катіона. Аніонний склад води закономірно змінюється від центру ореолу забруднення до периферії в наступному порядку: сульфатний; сульфатно-хлоридні; хлоридні; хлоридно-гідрокарбонатно; гідрокарбонатні. Цим представлена колонка заміщення природних гідрокарбонатних вод техногенними. Аніони сильних кислот заміщають аніони слабких кислот.

Встановлюється також закономірна зміна катіонного складу води в напрямку: натрієвий; натрій-кальцієвий; кальцієвий; кальцій-магнієвий. Тут наголошується лужна спрямованість процесу забруднення, коли в епіцентрі концентруються лугу, які змінюються субщелочнимі металами і далі підставами.

Ярко виражена зональність може свідчити про повноту прояву процесу перетворення води і вміщають її порід. Забруднені води в процесі фільтрації вздовж шару водовмещающіх порід очищаються, забруднюючі компоненти при цьому зв'язуються речовиною вміщуючих порід, які в результаті цього зазнають значних структурно-речові зміни. Процес заміщення має певну лучно-сульфатно спрямованість.

В зв'язку з тим, що в системі вода - вміщає порода з плином часу встановлюється відносна рівновага, склад води різних зон епігенеза відповідає мінералого-геохімічним особливостям що вміщає середовища в межах цих зон.

Таким чином, у процесі техногенного забруднення формується зонально побудований ореол епігенетичні змінених вміщають воду порід, які визначають закономірності зміни складу води від епіцентрів ореолу забруднення до його периферії. Колонка епігенетичного заміщення новостворених мінералів в цьому напрямку виглядає так: сульфати натрію - сульфати і хлориди кальцію -- хлориди кальцію - хлориди кальцію і магнію - гідрокарбонати кальцію і магнію -- гідрокарбонати і карбонати кальцію. Для незміненій частині колонки характерно переважання карбонатів кальцію, меншою мірою магнію і заліза. Новостворені мінерали ореолу епігенеза можуть розвиватися автоморфних, заповнюючи пори і порожнечі вміщуючих порід, і псевдоморфно, заміщаючи первинні мінерали зерно на зерно. При цьому спостерігається закономірне баланс речовин, супроводжується привносимо техногенних компонентів і виносом із зон зміни компонентів материнських порід і перевідкладеного їх на периферії ореола. Компонентами, зазнає значних винос в умовах лучно-сульфатного епігенеза, можуть бути для пісків, що вміщають алювіальних водоносний горизонт -- SiO2, а для мергелів верхньої крейди - СО3, SiО2 і СаО.

Крім того, зазначені речові зміни вміщуючих порід супроводжуються структурними перетвореннями і змінами їх фізико-механічних властивостей, що, можливо, впливає на швидкість замулення свердловин РНС. Змінюються також фільтраційні властивості водовмещающіх порід, що вносить зміни до гідродинамічний режим підземних вод досліджуваного району.

Висновки:

1. У процесі техногенного забруднення підземних вод формується ореол епігенетичні змінених водовмещающіх порід.

2. У межах ореолу епігенеза локалізуються великі обсяги компонентів-забруднювачів, в процесі перетворення вміщають воду порід відбувається очищення води.

3. Ореол епігенеза має закономірне, зональне будову по відношенню до джерела забруднення. У процесі його формування відбувається цілком певна диференціація і локалізація макро-і мікрокомпонентів.

4. Заміщення первинних порід супроводжується формуванням епіпород, що мають власну структуру, мінеральний склад і геохімічну спеціалізацію.

5. Даний підхід до вивчення процесів техногенного забруднення має велике практичне значення при визначенні джерел забруднення та масштабів його прояви.

Список літератури

1. Омельяненко Б.І. Околорудние гідротермальні зміни порід. - М: Недра, 1978. -216 С.

2. Плющев О.В., Ушаков ОП., Шатов В.В., Бєляєв Г.М. Методика вивчення гідротермально-метасоматичні утворень. - Л: Недра, 1982. -262 С.

3. Шварцем С.Л., Піннекер Е.В., Перельман А.И. та ін Основи гідрогеології. Гідрогеохімія. - Новосибирск: Наука, 1982. -288 С.

4. Павелко А.І., Щукін В.М., Виборів С.Г. Моніторинг якості поверхневих і підземних вод у районі проммайданчика Луганської ТЕС (з урахуванням золовідвалів). Інформаційний звіт - донецьк, 2002. --- 65с. Фонди Промислово-екологічного союзу «Донбас-Азов, ХХI століття»

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://masters.donntu.edu.ua