Историко-геологическая обусловленность геоэкологических проблем Курганского Зауралья // Проблемы инженерных изысканий для строительства в Уральском регионе: материалы науч.-практ. конф. (Екатеринбург, 3 июня 2003 г.). – Екатеринбург, 2003. – С. 42-45. — Лаборатория геологии техногенных процессов

Экологические проблемы отдельных территорий во многом обусловлены историко-геологическим развитием территории. В настоящее время при оценке экологической обстановки территории практически не используются данные которые можно получить при анализе хода эволюции литосферы. Во многих случаях изучение закономерностей геологического развития территории может помочь установить первопричину экологических проблем [1]. Рассмотрим влияние историко-геологического развития территории на формирование геоэкологических проблем в западной части Курганской области.

Территория исследований в геологическом отношении представляет собой западную окраинную часть Западно-Сибирской мезозойской плиты, прилегающую с востока к палеозойским структурам Урала. Геологический разрез территории характеризуется двухъярусным строением. Кристаллический фундамент образованный дислоцированными и метаморфизованными породами палеозоя является восточным продолжением Уральской складчатой системы. На нем с размывом залегает мощный платформенный чехол из верхнемезозойских и кайнозойских пород [2].

Существование на рассматриваемой территории условий морского бассейна с туронского века мелового периода до раннеолигоценового времени определило своеобразие геохимических условий района [2]. Формирование глинистых отложений чеганской свиты и кремнистых пород ирбитской и серовской свит в морских условиях обусловили их специфичный геохимический состав, который по сравнению с маломощными вышележащими континентальными преимущественно песчаными отложениями, отличается значительным содержанием водорастворимых солей (сульфатов кальция и магния, гидрокарбонатов кальция и натрия), микроэлементов Mn, Sr, Ba, Ni, Cu, Li (рисунок 1) [3].

Рисунок 1 — Средний химический состав грунтов на территории исследований

На стадии диагенеза и раннего катагенеза произошла повсеместная пиритизация морских отложений. В ходе гипергенных изменений в приповерхностной части происходит окисление пирита с формированием кислой среды, повышение подвижности катионогенных элементов и образование типичных минералов — ярозита, гипса, сидерита [4].

В мезозойскую и кайнозойскую эры исследуемая территория переживала стадию платформенного развития [2]. В течение этого времени здесь господствовали медленные тектонические колебания. Медленный тип и малые амплитуды поднятий порождали плоский равнинный платформенный рельеф. Следствием этого явилось формирование субгоризонтального залегания пород территории, слабая расчлененность рельефа и незначительное развитие экзогенных процессов.

Формирование подземных вод происходило преимущественно в результате смешения древних и современных инфильтрационных вод с минерализованными морскими седиментационными водами, отжатыми в коллектор из глинистых отложений в процессе диагенеза. Преимущественно глинистый состав осадочной толщи обусловил слабую инфильтрацию поверхностных пресных вод и предопределил возможность сохранения здесь седиментационных вод морского генезиса и последующее развитие соленых хлоридных вод [5].

Процессы диагенеза, активно развивающиеся в морских осадках, обогащенных органическим веществом, приводят к переходу Br, B и Li в иловые воды. Отжимаясь в пласты-коллекторы, иловые растворы глинистых пород смешиваются с находящимися там пластовыми водами и обогащают их микроэлементами морского происхождения. Присутствие в разрезе пород, обогащенных рассеянным пиритом (рисунок 1) и находящихся в контакте с водовмещающей толщей, приводит к повышению содержания в подземных водах сульфатов и железа (рисунок 2) [3, 5].

Рисунок 2 — Химический состав подземных вод района исследований

Ход историко-геологического развития исследуемой территории привел к формированию ряда экологических проблем, определяющих экологическую обстановку.

Низкое качество подземных вод. Рассмотренные историко-геологические, геохимические и гидрогеологические особенности территории, определили ограниченность водных ресурсов, пригодных для водоснабжения [5].

Основной источник водоснабжения района — водоносный горизонт нижнего эоцена (опоковый горизонт) представлен морскими отложениями серовской свиты и сложен кремнистыми и глинистыми опоками и кварцево-глауконитовыми песчаниками. Он характеризуется большой пространственной изменчивостью водообильности и наибольшая водоотдача наблюдается в долине р. Миасс, где водовмещающие породы обладают повышенной трещиноватостью. В пределах приводораздельных пространств его водообильность значительно ниже. В гидрохимическом отношении воды горизонта на территории района пестрые как по величине минерализации, так и по составу: в южной и центральной части района распространены слабосолоноватые и соленые воды, непригодные для питьевых нужд; пресные воды распространены в северной части района на левобережье р. Миасс, где к ним приурочено Чумлякское месторождение подземных вод. Вода централизованного водоснабжение имеет повышенную минерализацию 1,1-1,2 г/л и превышения предельно-допустимых концентраций по содержанию B — в 2,8-4 раза (1,4-2,0 мг/л), Br — в 3-3,5 раза (0,6-0,7 мг/л), Mn — до 5 раз (0,48 мг/л), Li — до 3,7 раз (0,112 мг/л), Fe (до 2,6 мг/л) (рисунок 2), что существенно влияет на общую экологическую ситуацию [5].

Подземные воды верхнемелового и более глубоких горизонтов на территории исследуемого района не пригодны для питьевого водоснабжения ввиду повышенной минерализации.

Низкое качество и загрязнение грунтовых вод. Грунтовые воды антропоген-олигоценового комплекса на исследуемой территории слабо защищены от загрязнения с поверхности. Значительное участие в разрезе песчаных разностей в отложениях олигоценового и неоген-четвертичного возраста способствует попаданию загрязнений. Загрязнение связано с вымыванием солей из залегающих ниже отложений морского происхождения и техногенными факторами.

Увеличение минерализации и изменение состава грунтовых вод на территории пойм рек связано с разгрузкой подземных вод опокового горизонта через диатомиты ирбитской свиты, а также на отдельных участках с последствиями многолетнего испарения. Рост содержания макрокомпонентов, Fe, Mn, Ba, Li, B и некоторых других микроэлементов определяется как составом разгружающихся вод опокового горизонта (рисунок 2), так и литогеохимическими особенностями слабопроницаемых пород, через которые происходит разгрузка (рисунок 1). Это кремнистые и глинистые породы морского происхождения, содержащие в своем составе комплекс элементов, характерных для морских осадков, поровые седиментационные растворы, а также гипс, карбонаты и сульфиды железа, микроэлементы. При окислении сульфидов снижается водородный показатель, а подземные воды обогащаются сульфатами, железом и некоторыми другими компонентами [5].

Подтопление. Значительная часть исследуемой территории характеризуется близким к поверхности залеганием грунтовых вод и почти повсеместным развитием процесса подтопления. Грунтовые воды в основном приурочены к четвертичным суглинкам с прослоями и линзами пылеватых песков, залегающих среди глин неогенового возраста. Установившийся уровень грунтовых вод на значительных площадях зафиксирован на глубине 0,0 — 0,6 м [3, 5].

Среди геологических факторов для исследуемой территории важную роль играют равнинный характер территории и особенности геологического разреза — близкое (до 1,5 м) залегание к поверхности регионального водоупора глин чеганской свиты олигоцена. Кроме того, водовмещающие неоген-четвертичные грунты не выдержаны по мощности и часто содержат прослои и линзы слабопроницаемых суглинков и глин, что обуславливает низкую проницаемость водовмещающей толщи.

Развитию процессов подтопления способствуют физико-географические условия. Значительную роль играют близкий к аридному климат, слабая расчлененность рельефа, затрудненный поверхностный сток.

Анализ указанных особенностей западной части Курганской области позволил выявить закономерности формирования геологических факторов, определяющих существующие и потенциальные экологические проблемы:

Платформенные условия развития территории способствовали формированию субгоризонтального залегания пород, малому поверхностному стоку, наличию многочисленных бессточных озер и заболоченности территории, слабой расчлененности рельефа. Равнинный характер территории и неглубокое залегание глинистых слабофильтрационных грунтов обуславливает подъем уровня грунтовых вод и почти повсеместное развитие процессов подтопления.

Длительное существование морского бассейна повлияло на формирование неоднородного геологического разреза, характеризующегося чередованием кремнистых и песчано-глинистых пород. Морские условия образования значительной части пород обусловили их специфичный геохимический состав, который отличается значительными концентрациями, по сравнению с вышележащими континентальными отложениями, таких элементов как Fe, Mn, Sr, Ba, Br, B и др. в подвижных формах. Осадочная толща содержит минералы с низкой гипергенной устойчивостью аутигенного происхождения пирит, сидерит, гипс, апатит, глауконит, фосфориты. Геохимические особенности формирования водоносных горизонтов создают серьезную проблему для водоснабжения территории, определяя низкое качество подземных вод.

Грунтовые воды антропоген-олигоценового комплекса слабо защищены от загрязнения с поверхности. Значительное участие в разрезе песчаных разностей способствует попаданию загрязнений. Загрязнение грунтовых вод связано с вымыванием солей из залегающих ниже отложений морского происхождения.

Геохимические условия образования толщи обуславливают формирование агрессивных к подземным конструкциям подземных вод, что в сочетании с подтоплением представляет серьезную опасность.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта УР.09.01.027 межвузовской научной программы «Университеты России».

Литература

1. Максимович Н. Г. Некоторые подходы к решению экологических проблем // Проблемы геологии континентов и океанов: Докл. рос. учен. участников 31-го МГК (школа — семинар на НИС «Академия Иоффе», июль — авг. 2000 г.) / ОГГГГ РАН — Магадан: Кордис, 2001. — С. 262 — 267.

2. Умова Л. А., Цаур Г. И., Шатров В. П. Палеогеография Восточного склона Урала и Зауралья в меловое и палеоценовое время. — Свердловск, 1968.

3. Казакевич С. В. Формирование современной экологической обстановки в западной части Курганской области // Перспективы развития естественных наук в высшей школе : Труды междунар. науч. конф / Перм. ун-т; ЕНИ при Перм. ун-те. — Пермь, 2001. — Т.3. Экология. Предпринимательство в научно — технической сфере. — С.51 -55.

4. Максимович Н. Г., Меньшикова Е. А., Казакевич С. В. Исследование возможности повышения агрессивности подземных вод при строительстве на пиритсодержащих глинистых грунтах // Инженерно — геологические проблемы урбанизированных территорий: Материалы Междунар. симпоз., — Екатеринбург: «Аква — Пресс», 2001.- Т.2. — С.545 — 551.

5. Максимович Н. Г., Казакевич С. В., Блинов С. М. Гидрогеологические условия западной части Курганской области // Вестник Пермского ун-та. — Пермь, 2001 — Вып.3. Геология — С.159-178.