Особенности гидрогеохимии эксплуатируемых водоносных горизонтов Севастопольской городской агломерации

Расчет параметров для определения литофациальных обстановок проводился для мелового интервала разреза с шагом в 1 млн лет.

1

Рис. 1 Обзорная карта

В результате получен набор карт, характеризующих обстановки и условия осадконакопления, удаленность от источника сноса, скорость седиментации, скорость водных потоков, батиметрию, распределение песчаной, алевритовой и глинистой фракции осадка по площади в различные моменты времени накопления меловых глинистых покрышек и песчано-алевролитовых резервуаров, и построен куб фаций (рис. 2). Литофации определялись комбинациями полученных параметров. Например, глубоководные глины - это отложения с глинистой фракцией от 60 до 100 %, накапливающиеся на глубинах от 140 до 650 м, а пески прибрежных баров соответствуют сочетанию глубины бассейна от 0 до 100 м, песчанистости от 60 до 100 % и показателю скорости движения турбиди-тового потока более 500 м/млн лет и т. д. Таким образом были определены 12 литофациальных обстановок от континентальных, прибрежно-морских до глубоководно-морских.

Возраст

143 млн.лет ранний берриас

Возраст

130 млн.лет готерив

125 млн.лет баррем

94 млн.лет сеноман

121 млн.лет ранний апт

91 млн.лет турон

дорожковская свита

(аналог

кузнецовской)

Возраст

100 млн.лет ранний сеноман долганская свита

117-107 средний апт-средний альб глины яковлевской свиты

103 млн.лет поздний альб

] Глубоководные пески 1 Мелководно-морские глинистые отложения I Глинистые отложения прибрежных болот, лагун, маршей I Глубоководные алевритовые отложения I Глубоководные глины I Прибрежно-морские глинистые отложения ] Пески прибрежных баров I Пески промоин и головных частей течений I Песчаные лопасти I Пески турбидитовых потоков I Пески подводных каналов и разрывных течений I Мелководно-морские алевритовые отложения

141 млн.лет средний берриас

139 млн.лет поздний берриас

138 млн.лет ранний валанжин

134 млн.лет поздний валанжин

Рис. 2. Куб фаций

В результате выполненных построений и расчетов удалось получить модель, которая полностью соответствует и подтверждается палеогеографическими реконструкциями мелового периода, сделанными в работе [1]. Помимо этого, распределение песчаной фракции по площади в сеноманское время дает нам возможность расчленить мощную толщу песчаников марресалинской свиты по качеству.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Kontorovich A. E., Ershov S. V., Kazanenkov V. A., Karogodin Y., Kontorovich V. A., Lebedeva N. K., Nikitenko B. L., Popova N. I., Shurygin B. N. Cretaceous paleogeography of the West Siberian sedimentary basin // Russian Geology and Geophysics. - 2014. - Т. 55. - № 5-6. -C. 745-776.

2. Казаненков В. А., Ершов С. В., Рыжкова С. В., Борисов Е. В., Пономарева Е. В., Попова Н. И., Шапорина М. Н. Геологическое строение и нефтегазоносность региональных резервуаров юры и мела в Карско-Ямальском регионе и прогноз распределения в них углево-дорождов // Геология нефти и газа. - 2014. - № 1. - С. 27-49.

3. Ershov S. V. Paleobathymetry of the Late Jurassic-Neocomian basin in northern West Siberia and the impact of natural processes // Russian Geology and Geophysics. - 2016. - Т. 57. -№ 8. - С. 1221-1238.

REFERENCES

1. Kontorovich A. E., Ershov S. V., Kazanenkov V. A., Karogodin Y., Kontorovich V. A., Lebedeva N. K., Nikitenko B. L., Popova N. I., Shurygin B. N. Cretaceous paleogeography of the West Siberian sedimentary basin // Russian Geology and Geophysics. - 2014. - T. 55. - № 5-6. -C. 745-776.

2. Kazanenkov V. A., Ershov S. V., Ryzhkova S. V., Borisov E. V., Ponomareva E. V., Popova N. I., Shaporina M. N. Geologicheskoe stroenie i neftegazonosnost' regional'nyh rezervuarov yury i mela v Karsko-Yamal'skom regione i prognoz raspredeleniya v nih uglevodorozhdov // Geologiya nefti i gaza. - 2014. - № 1. - S. 27-49.

3. Ershov S. V. Paleobathymetry of the Late Jurassic-Neocomian basin in northern West Siberia and the impact of natural processes // Russian Geology and Geophysics. - 2016. - T. 57. -№ 8. - S. 1221-1238.

© М. О. Федорович, Л. В. Бурштейн, О. А. Емельяненко, С. В. Ершов, В. А. Конторович, В. В. Лапковский, Е. А. Маркина, 2018

УДК 556.314

DOI: 10.18303/2618-981X-2018-2-84-91

ОСОБЕННОСТИ ГИДРОГЕОХИМИИ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ СЕВАСТОПОЛЬСКОЙ ГОРОДСКОЙ АГЛОМЕРАЦИИ

Дмитрий Анатольевич Новиков

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, зав. лабораторией гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири, тел. (383)363-80-36, e-mail: NovikovDA@ipgg.sbras.ru

Анатолий Витальевич Черных

Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 2, аспирант, тел. (961)226-33-76, e-mail: tolyachernykh@gmail.com

Федор Федорович Дульцев

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, аспирант лаборатории гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири, тел. (383)363-80-36, e-mail: DultsevFF@ipgg.sbras.ru

Ирина Ивановна Юрчик

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, ведущий инженер лаборатории гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири, тел. (383)306-63-70, e-mail: YurchikII@ipgg.sbras.ru

Анна Федоровна Сухорукова

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник лаборатории гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири, тел. (383)363-80-36, e-mail: SukhorukovaAF@ipgg.sbras.ru

Приводятся результаты изучения гидрогеохимии подземных вод эксплуатируемых водоносных горизонтов для целей централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения в пределах Севастопольской городской агломерации. По химическому составу (по С. А. Щу-кареву) воды представлены 37 химическими типами, от HCO3-Ca до Cl-Na. Доминируют подземные воды HCO3, HCO3-Cl и Cl Ca и Ca-Na типов с величиной общей минерализации от 0,16 до 2,63 г/дм3. Большинство подземных вод характеризуется соленостью, не превышающей 0,6 г/дм . Выявлены и закартированы основные гидрогеохимические аномалии.

Ключевые слова: подземные воды, гидрогеохимия, аномалия, водоносный горизонт, водозабор, централизованное водоснабжение, Севастополь, Крымский полуостров.

HYDROGEOCHEMISTRY FEATURES OF EXPLOITED AQUIFER HORIZONS OF SEVASTOPOL CITY AGGLOMERATION

Dmitry A. Novikov

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Prospect Аkademik Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, Ph. D., Head of Laboratory of Hydrogeology of Sedimentary Basins of Siberia, phone: (383)363-80-36, e-mail: NovikovDA@ipgg.sbras.ru

Anatoliy V. Chernykh

Novosibirsk National Research State University, 2, Pirogova St., Novosibirsk, 630073, Russia, Ph. D. Student, phone: (961)226-33-76, e-mail: tolyachernykh@gmail.com

Fedor F. Dultsev

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Prospect Akademik Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, Ph. D. Student, Laboratory of Hydrogeology of Sedimentary Basins of Siberia, phone: (383)363-80-36, e-mail DultsevFF@ipgg.sbras.ru

Irina I. Yurchik

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Prospect Akademik Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, Ph. D., Leading Engineer? Laboratory of Hydrogeology of Sedimentary Basins of Siberia, phone: (383)306-63-70, e-mail: YurchikII@ipgg.sbras.ru

Anna F. Sukhorukova

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Prospect Akademik Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, Ph. D., Researcher, Laboratory of Hydrogeology of Sedimentary Basins of Siberia, phone: (383)363-80-36, e-mail: SukhorukovaAF@ipgg.sbras.ru

The results of groundwater hydrogeochemistry studies of exploited aquifer horizons for the purposes of centralized household water use within the Sevastopol urban agglomeration are presented. According to the chemical composition the waters can be divided into 37 types from Ca-HCO3 to Na-Cl. The dominated groundwater types are Ca and Ca-Na and HCO3, HCO3-Cl, with a total mineralization from 0,16 to 2,63 g/dm . Most of the groundwater is characterized by a salinity not exceeding 0,6 g/dm3. The main hydrogeochemical anomalies were identified and mapped.

Key words: groundwater, hydrogeochemistry, anomaly, aquifer, water intake, centralized water supply, Sevastopol, Crimean peninsula.

В соответствии с принятым гидрогеологическим районированием Крымского полуострова, составленным Е. А. Ришес в 1970 г. [1-2], и картой подземных вод L-(36), (37), составленной во ВСЕГЕИ в 1983 г. под редакцией И. Н. Павловец [3], территория г. Севастополя расположена в пределах двух гидрогеологических структур: Альминском артезианском бассейне Равнинно -Крымского артезианского бассейна и гидрогеологической складчатой области мегаантиклинория Горного Крыма. В границах Равнинно-Крымского артезианского бассейна выделено Альминское месторождение подземных вод, в пределах гидрогеологической складчатой области мегаантиклинория Горного Крыма - Западно-Крымское месторождение подземных вод. Научного обобщения гидрогеохимических материалов по территории города Севастополя не проводилось около 50 лет. Электронный банк данных включает записи по результатам изучения более чем 300 скважин на подземные воды (рис. 1).

На территории исследования в пределах фанерозоя выделяются два водоносных этажа: верхний - кайнозойский, который является зоной активного водообмена (аэрации), и нижний, мезозойский, - зона затрудненного водообмена. К кайнозойскому водоносному этажу относятся следующие водоносные комплексы (сверху-вниз): плиоценовых и четвертичных отложений (8(N2-aQ)), миоценовый (8(N1)) и палеоцен-эоценовый (8( -Р1-Р 2)). В состав мезозойского

водоносного этажа входят: верхнемеловой (8(K2)), нижнемеловой (8(Ki)), верхнеюрский (8(J3)) и верхнетриасово-среднеюрский (8(T3-J2)) водоносные комплексы. Всего в пределах гидрогеологического разреза установлено 13 водоносных горизонтов: от четвертичного до локального водоносного горизонта зоны экзогенной трещиноватости пород таврической серии.

В настоящее время на территории города для целей централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения используется 9 водозаборов (Орловский, Любимовский, Родниковский и другие). Большинство из них эксплуатирует водоносный комплекс миоценовых отложений. Если проанализировать ситуацию с подземным водоснабжением города Севастополя в целом, можно констатировать, что утвержденные эксплуатационные запасы на действующих водозаборах используются в лучшем случае на 30-40 %, за исключением Инкерманско-го, где этот показатель достигает 90-93 %. Но вопрос с подземным водоснабжением и развитием действующих водозаборов не является простым. Ошибки при эксплуатации Орловского водозабора в 1980-е гг. уже привели к катастрофическим последствиям по изменению химического состава подземных вод эксплуатируемого водоносного горизонта. Характер существующих гидрогеохимических аномалий указывает на подток морских вод за счет сформированной депрессионной воронки при интенсивном водоотборе. Сокращение отбора

-5

подземных вод на водозаборе с 1988 г. в среднем на 24 тыс. м /сутки благоприятно сказывается на гидродинамическом режиме водоносного горизонта в сарматских отложениях. В настоящее время водоотбор на водозаборе достигает до

-5

7,76-8,91 тыс. м /сут. После ограничения водоотбора фиксируется подъем уровня по всем наблюдательным скважинам.

Гидрогеохимические исследования территории города Севастополя прошлых лет носили очень обобщенный характер, и детальных исследований никогда не проводилось. Впервые подготовленная в рамках настоящего исследования электронная база данных содержит сведения о 536 пробах подземных вод. На базе комплексной интерпретации всех имеющихся гидрогеологических материалов с использованием пакета программ SURFER, Grid Master были построены карты общей минерализации подземных вод и комплект гидрогеохимических карт. Методика построения комплекта карт включала, помимо создания электронных баз данных гидрогеохимической информации по изучаемому району и прилегающим территориям, также необходимую статистическую обработку в пакете Statistica 8.0 для выделения характеристик зонального фона, а также гидрогеохимических аномалий [4-8].

По химическому составу (по классификации С. А. Щукарева) воды весьма разнообразны и представлены 37 типами, от гидрокарбонатных кальциевых до хлоридных натриевых. По составу доминируют подземные воды гидрокарбонатного, гидрокарбонатно-хлоридного, хлоридного кальциевого и кальциево-натриевого типов с величиной общей минерализации, варьирующей в интервале от 0,16 до 2,63 г/дм3 (рис. 2). Большинство подземных вод характеризуется

-5

соленостью, не превышающей 0,6 г/дм .

Рис. 1. Гидрогеологическая карта территории Севастопольской

городской агломерации:

водоносные комплексы: 1 - плиоценовых и четвертичных отложений, 2 - миоценовый, 3 - палеоцен-эоценовый, 4 - верхнемеловой, 5 - нижнемеловой, 6 - верхнеюрский, 7 - верхнетриасово-среднеюрский; 8 - магистрали; 9 - второстепенные дороги; 10 - главные дороги; 11 - трассы; 12 - улицы; 13 - маршруты; 14 - железные дороги; 15 - административные границы районов; 16 - речная сеть; 17 - озера, водохранилища; 18 - границы водоносных комплексов; 19 - наблюдательные скважины; 20 - скважины; 21 - источники; 22 - колодцы; 23 - населенные пункты

Рис. 2. Диаграмма Пайпера состава подземных вод Гераклейского полуострова

Гистограмма распределения суммы натрия и калия в подземных водах показывает разброс концентраций от 0,9 до 668,8 мг/дм при фоне 58,91 мг/дм . Содержание кальция изменяется от 2,2 до 847,2 мг/дм при величине гидрогеохимического фона 102,1 мг/дм . Концентрация ионов магния варьирует в пределах от 1,2 до 184,4 мг/дм , составляя в среднем 17,54 мг/дм . Хлор-ион изме-

-5 "5

няется от 0,001 до 1 373 мг/дм , составляя в среднем 105,4 г/дм . Разброс значе-

"5

ний сульфат-иона изменяется в пределах 0,07-699,4 мг/дм , установленное фоновое значение составляет 52,95 мг/дм3. Концентрация гидрокарбонат-иона варьируется в пределах от 2,1 мг/дм до 1250 мг/дм , тогда как среднее значение

"5

равно 110,1 мг/дм . Качество питьевых подземных вод действующих водозаборов централизованного водоснабжения города Севастополя значительно отличается. В первую очередь это касается их химического состава (см. рис. 2).

Результаты статистического анализа позволили установить характеристики гидрогеохимических аномалий, которые составили: величина общей минерали-

3 3

зации выше 1200 мг/дм , содержание ионов хлора более 350 мг/дм , концентра-

-5

ция сульфат-иона в подземных водах более 150 мг/дм , для гидрокарбонат-иона

-5

нормальными значениями считается концентрация до 400 мг/дм . По нитрат-

-5

иону были выбраны значения выше ПДК, более 45 мг/дм . Аномальными среди катионов обоснованы следующие величины: для суммы натрия и калия значе-

3 3

ния выше 200 мг/дм , для концентрации кальция выше 180 мг/дм , ионов маг-

-5

ния - более 60 мг/дм .

Подземные воды эксплуатируемых водоносных горизонтов рассматриваемой территории по степени минерализации, в соответствии с классификацией

-5

С. Л. Шварцева [9], представлены в основном пресными

-5

и местами слабосолоноватыми (М 1 000-3 000 мг/дм ) типами (рис. 3). Слабосолоноватые воды установлены южнее села Озёрное, вблизи юго-западного берега Чёрнореченского водохранилища. Обширная зона распространения слабосолоноватых подземных вод в водоносном комплексе миоценовых отложений выявлена в западной части г. Севастополь (Гераклейский п-в). Здесь, в скв.

-5

№ 4133, минерализация подземных вод достигает 2 626 мг/дм . Слабосоленые воды в водоносном комплексе миоценовых отложений установлены также в районе Северная сторона с зоной аномальных значений в районе ул. Симонка. Самая крупная аномалия по величине общей минерализации в комплексе миоценовых отложений расположена в районе сел Орловка, Плюшко, Осипенко. Здесь минерализация слабосолоноватых подземных вод достигает 1 660 мг/дм3 (скв. № 5574). На большей части изучаемой территории распространены собст-

-5

венно пресные подземные воды

(М 500-1 000 мг/дм3) - южное побережье г. Севастополя, г. Инкерман и г Балаклава, территории, прилегающие к зонам распространения слабосоленых вод. Менее широко распространены умеренно

-5

пресные воды (М 200-500 мг/дм ). Небольшими островками встречаются ульт-

-5

рапресные (М<200 мг/дм ) подземные воды (скв. № 5566, № 5595, № 5620, № 5641, № 5760, № 5776), большая часть которых сосредоточена около с. Родниковское, где эксплуатируется Родниковский участок (верхнеюрский водоносный комплекс) Западно-Крымского месторождения подземных вод, характеризующихся наивысшим качеством преимущественно гидрокарбонатного кальциевого состава. Формирование ресурсов подземных вод верхнеюрского водоносного комплекса происходит с водосборов плато и склонов главной гряды Крымских гор (Ай-Петринское, Ялтинское и другие).

Установлено, что наибольшие изменения гидрогеохимических условий характеризуют Орловский водозабор, где выявлены аномалии практически по всем проанализированным показателям. Гидрогеохимические аномалии установлены в районе Северная сторона, в районе ООО «Инкерманский завод марочных вин», Гераклейском полуострове и в скважине, расположенной в Балаклавском районе, в 0,5 км к северу ПТФ Павловка, в 0,5 км к западу Черноре-ченского водохранилища.

Рис. 3. Карта общей минерализации подземных вод первого от поверхности эксплуатируемого водоносного горизонта территории Севастопольской

городской агломерации

Выявленные аномалии на Орловском водозаборе следует связывать с ошибками при эксплуатации, которые привели к катастрофическим последствиям в изменении химического состава подземных вод за счет подтока морских вод вследствие депрессионной воронки, сформированной при интенсивном во-доотборе. Сокращение отбора подземных вод на водозаборе благоприятно сказывается на гидрогеохимическом режиме водоносного горизонта в сарматских

отложениях. В дальнейшем необходимо проводить перераспределение нагрузки на отдельные скважины водозабора и дифференциацию водоотбора с целью улучшения гидродинамического и гидрохимического режима эксплуатируемого водоносного горизонта. Проявления других аномалий следует связывать в основном с возрастающей антропогенной нагрузкой и низкой гидрогеологической защищенностью первого от поверхности эксплуатируемого водоносного горизонта.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гидрогеология СССР. Том VIII. Крым / гл. редактор академик А. В. Сидоренко. -М. : Недра, 1970. - 364 с.

2. Гидрогеология СССР. Том VIII. Крым / гл. редактор академик А. В. Сидоренко. -М. : Недра, 1971. - 55 с.

3. Карта подземных вод: L-(36), (37). Государственная геологическая карта СССР (Симферополь). Карта подземных вод, масштаб: 1 : 1 000 000 / ред. Павловец И. Н. - ФГБУ «ВСЕГЕИ». - 1983.

4. Справочное руководство гидрогеолога / под ред. Максимова В. М. - Л. : Гостоптех-издат, 1959. - 836 с.

5. Шарапов И. П. Применение математической статистики в геологии. - М. : Недра, 1965. - 260 с.

6. Родионов Д. А., Коган Р. И., Голубева В. А., Смирнов Б. И., Сиротинская С. В. Справочник по математическим методам в геологии. - М. : Недра, 1987. - 335 с.

7. Кноринг Л. Д., Деч В. Н. Геологу о математике. - Л. : Недра, 1989. - 208 с.

8. Верховская Л. А., Сорокина Е. П. Математическое моделирование геохимического поля в поисковых целях. - М. , Недра, 1981. - 186 с.

9. Шварцев С. Л. Общая гидрогеология. - М. : Недра, 1996. - 423 с.

REFERENCES

1. Gidrogeologiya SSSR. Tom VIII. Krym. // Gl. redaktor akademik A.V. Sidorenko. Moskva. Izdatel'stvo «Nedra». - 1970. - 364 s.

2. Gidrogeologiya SSSR. Tom VIII. Krym. //Gl. redaktor akademik A.V. Sidorenko. Moskva. Izdatel'stvo «Nedra». - 1971. - 55 s.

3. Karta podzemnyh vod: L-(36), (37). Gosudarstvennaya geologicheskaya karta SSSR (Simferopol'). Karta podzemnyh vod, masshtab: 1:1000000 / Red. Pavlovec I.N. - FGBU «VSEGEI». - 1983.

4. Spravochnoe rukovodstvo gidrogeologa / Pod red. Maksimova V.M. - L. : Gostoptekhizdat, 1959. - 836 s.

5. Sharapov I. P. Primenenie matematicheskoj statistiki v geologii. - M. : Nedra, 1965. - 260 s.

6. Rodionov D. A., Kogan R. I., Golubeva V. A., Smirnov B. I., Sirotinskaya S. V. Spravochnik po matematicheskim metodam v geologii. - M. : Nedra, 1987. - 335 s.

7. Knoring L. D., Dech V. N. Geologu o matematike. - L. : Nedra, 1989. - 208 s.

8. Verhovskaya L. A., Sorokina E. P. Matematicheskoe modelirovanie geohimicheskogo polya v poiskovyh celyah. - M. , Nedra, 1981. - 186 s.

9. Shvarcev S. L. Obshchaya gidrogeologiya. - M. : Nedra, 1996. - 423 s.

© Д. А. Новиков, А. В. Черных, Ф. Ф. Дульцев, И. И. Юрчик, А. Ф. Сухорукова, 2018