.

Порові розчини слабопроникних порід платформних артезіанських басейнів України: Автореф. дис… д-ра геол. наук / А.О. Сухоребрий, НАН України. Ін-т г

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 4413
Скачать документ

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
Інститут геологічних наук

СУХОРЕБРИЙ Арнольд Олексійович

УДК 556.314:556.332.42(477)

ПОРОВІ РОЗЧИНИ СЛАБОПРОНИКНИХ ПОРІД
ПЛАТФОРМНИХ АРТЕЗІАНСЬКИХ БАСЕЙНІВ
УКРАЇНИ

Спеціальність – 04.00.06 – гідрогеологія

А в т о р е ф е р а т
дисертації на здобуття вченого ступеня
доктора геологічних наук

К и ї в – 1999

Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Інституті геологічних наук
Національної Академії наук України

Офіційні опоненти:
Доктор технічних наук, професор Олексієвський Вадим Євгенійович (Інститут гідротехніки і меліорації Української Академії аграрних наук), начальник відділу;
Доктор геолого-мінералогічних наук Лущик Анатолій Васильович (Український державний інститут мінеральних ресурсів), головний науковий співробітник;
Доктор геологічних наук Решетов Іван Костянтинович (Харківський державний університет), професор.

Провідна установа :
Київський університет імені Тараса Шевченка, геологічний факультет, кафедра гідрогеології.

Захист відбудеться “ 15 ” червня 1999 р. о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.162.05 при Інституті геологічних наук НАН України за адресою: 252054 м. Київ, вул. О.Гончара, 55б.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інституту геологічних наук НАН України.

Автореферат розісланий 13 травня 1999 р.

Вчений секретар
Спеціалізованої Вченої ради Бублясь В.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Гідрогеохімія слабопроникних порід артезіанських басейнів належить до найменш вивчених галузей гідрогеології. Це пов’язано як з технічною складністю одержання порових розчинів із глинистої породи, так і з недооцінкою їх ролі в гідрогеологічних процесах. Між тим гідрогеологічна інформація порових розчинів дуже висока і може бути використана при вирішенні широкого кола завдань. Порові розчини слабопроникних глинистих шарів складають невід’ємну частину артезіанської системи нарівні з підземними водами і беруть участь у всіх гідрогеологічних процесах. Їх вивчення дає інформацію про повну гідрогеохімічну будову артезіанського басейну із системою поверхово розташованих водоносних та слабопроникних шарів, про характер водообміну та масопереносу через слабопроникні породи. Особливо актуальні ці питання для верхнього гідрогеологічного поверху артезіанських басейнів (зона інфільтраційного водообміну), з яким пов’язані основні ресурси прісних підземних вод.

Мета і основні завдання дослідження. Мета роботи полягає в подальшому розвитку наукових уявлень про гідрогеохімічні умови шаруватих артезіанських структур та інфільтраційний водообмін в таких структурах на основі вивчення геохімічних особливостей порових розчинів слабопроникних порід.

Основні завдання дослідження: 1) вивчення хімічного складу порових розчинів регіональних слабопроникних шарів мезо-кайнозойського віку платформних артезіанських басейнів України;
2) висвітлення умов формування хімічного складу порових розчинів на інфільтраційному етапі та їх генетичного зв’язку з підземними водами;
3) вивчення гідрогеохімічної зональності платформних артезіанських басейнів України з врахуванням слабопроникних шарів;
4) вивчення вертикального водообміну в артезіанському басейні через слабопроникні шари за гідрогеохімічними показниками.

Фактичний матеріал і методи дослідження. Робота написана за результатами досліджень, які автор особисто проводив з 1974 р. Безпосередньо автором було виділено із монолітів глинистих порід більше 1000 проб порових розчинів на хімічний аналіз макро- та мікрокомпонентів, виконано визначення вологості порід, кислотно-лужних властивостей порових розчинів та нестійких компонентів. Автором також особисто виконано весь комплекс досліджень мулових розчинів донних відкладів водоймищ в польових умовах. Хімічні аналізи порових розчинів, порід, водних витяжок та складу обмінних катіонів виконувались в лабораторіях Інституту геологічних наук НАН України.
Методика виділення порових розчинів із глинистих порід базується на використанні розробленої М.А. Парцевським установки для віджимання зв’язаної води при малому тиску (УОР-500), яка дозволяє виділяти із породи найбільш рухливу частину порового розчину.

Наукова новизна. 1. Отримана регіональна гідрогеохімічна характеристика основних слабопроникних шарів мезо-кайнозойського віку платформних артезіанських басейнів України, висвітлені гідрогеохімічні особливості глинистих товщ зони інфільтраційного водообміну.
2. Досліджені основні фактори і процеси формування хімічного складу інфільтрогенних порових розчинів слабопроникних порід, його зв’язок з інфільтраційним водообміном, простежена геохімічна еволюція порових розчинів в гідрогеологічному циклі артезіанського басейну.
3. Розроблено метод оцінки інтенсивності водообміну крізь слабопроникні шари за гідрогеохімічними показниками, досліджені особливості фільтрації підземних вод в глинистих породах.
4. Розроблена схема вертикальної гідрогеохімічної зональності артезіанського басейну як системи гідрогеохімічних зон підземних вод і порових розчинів слабопроникних шарів, що сприяє подальшому розвитку вчення про підземну гідросферу.

Основні положення до захисту. 1. Порові розчини слабопроникних порід інфільтраційних водонапірних систем платформних артезіанських басейнів України утворюються за рахунок перетікання підземних вод і за генезисом відносяться до інфільтрогенних, що підтверджується їх хімічним складом. Для них характерні всі три основні гідрохімічні типи порових розчинів: гідрокарбонатний, сульфатний і хлоридний, які охоплюють широкий діапазон мінералізації – від прісних до солоних.
2.Формування їх хімічного складу обумовлено комплексом гідрогеологічних факторів, серед яких головними є: хімічний склад підземних вод перетікання, склад і вміст розчинних солей глинистих порід, інтенсивність водообміну крізь слабопроникні шари. Основні процеси формування іонно-сольового складу інфільтрогенних порових розчинів – вилуговування (розчинення) хімічних елементів із глинистих порід та фільтраційний перенос їх у слабопроникному шарі, що зумовило переважне розповсюдження на інфільтраційному етапі в артезіанських басейнах солонуватих порових розчинів вилуговування та змішування. Основні гідрогеохімічні особливості інфільтрогенних порових розчинів: неоднорідність хімічного складу порових розчинів по площині і по розрізу слабопроникного шару; більш високі мінералізація і вміст основних макрокомпонентів, зокрема сульфатів, відносно підземних вод; підвищена концентрація мікроелементів, сорбованих глинистою та органічною речовиною, а також сполук біогенного походження; зв’язок хімічного складу порових розчинів з інфільтраційним водообміном.
3. Гідрогеохімічні умови шаруватої артезіанської системи визначаються як підземними водами, так і поровими розчинами слабопроникних шарів. Вертикальна гідрогеохімічна зональність являє собою сукупність геохімічних зон підземних вод і порових розчинів, чергування яких в розрізі артезіанської структури визначає її складний характер. В платформних артезіанських басейнах України (зона інтенсивного та значного водообміну) прісні гідрокарбонатні зони підземних вод чергуються із зонами солонуватих хлоридних ( молоді інфільтраційні системи), або солонуватих сульфатних (давні інфільтраційні системи) порових розчинів. В залежності від умов вертикального водообміну зустрічається також відносно однорідна гідрогеохімічна зональність водоносних і слабопроникних шарів.
4. Порові розчини слабопроникних шарів містять гідрогеохімічну інформацію про перетікання підземних вод через роздільні шари, що дозволяє використати результати дослідження їх хімічного складу для оцінки інтенсивності вертикального водообміну і характеру фільтрації в глинистих породах. Гідрогеохімічні показники перетікання: загальна мінералізація порових розчинів, склад макро- і мікрокомпонентів, генетичний тип порового розчину, особливості гідрогеохімічного розрізу слабопроникного шару, окислювально-відновлювальні умови. Одержані дані підтверджують існуючі уявлення відносно уповільненої порової та інтенсивної тріщинної фільтрації у слабопроникному шарі (застійні і проточні зони). В цілому, хімічний склад порових розчинів відображає відому схему шаруватих систем з уповільненою вертикальною та інтенсивною горизонтальною фільтрацією. В платформних артезіанських басейнах України в інфільтраційному водообміні беруть участь порові розчини всіх слабопроникних шарів мезо-кайнозойського віку.
5. В процесі гідрогеологічного циклу порові розчини слабопроникних порід проходять ту ж геохімічну еволюцію, що й підземні води, в результаті якої морський іонно-сольовий комплекс порових розчинів басейну осадконакопичення змінюється інфільтраційним континентальним. Можна виділити слідуючі стадії геохімічної еволюції порових розчинів: стадія осадконакопичення, стадія елізіонного етапу, стадія інфільтраційного етапу. При повній геохімічній еволюції порові розчини змінюються від солоних хлоридних до прісних гідрокарбонатних, відстаючи від підземних вод в темпі хімічного перетворення. В платформних артезіанських басейнах України можна простежити всі стадії геохімічної еволюції порових розчинів слабопроникних шарів.

Практичне значення роботи. 1. Результати вивчення гідрогеохімії слабопроникних порід артезіанських басейнів можуть бути використані при різних гідрогеологічних прогнозах для потреб водопостачання та меліорації.
2. Гідрогеохімічні показники фільтрації крізь слабопроникні шари дозволяють оцінити проникність глинистих порід при захороненні промиcлових відходів, вивченні міграції забруднюючих речовин, розробці водоохоронних заходів.
3. Гідрогеохімічні дослідження глинистих порід необхідні при вирішенні екологічних завдань, зокрема, при виявленні осередків забруднення в грунтах зони аерації і донних відкладах водоймищ.

Реалізація роботи. Результати досліджень впроваджені в ВГО “Північукргеологія”, ВГО “Південукргеологія”, Кримській КГЕ, використані в роботах по вивченню наслідків аварії на ЧАЕС, по обгрунтуванню будівництва нафтоперегонних та гідротехнічних споруд на півдні України, вивченню міграції нафтопродуктів у породах зони аерації.

Апробація роботи. По темі дисертації опубліковано 34 наукові праці, серед яких 3 колективні монографії, один препринт і авторське свідоцтво. Основні положення дисертації доповідались на Міжвідомчій нараді “Проблеми регіональної гідрогеохімії (Ленінград, 1979), I Всесоюзній гідрогеологічній конференції “Формування підземних вод як основа гідрогеологічних прогнозів” (Москва, 1982), IV Всесоюзній конференції “Шельфи: проблеми природоутворення і охорони навколишнього середовища” (Владивосток, 1982), Міжнародному симпозіумі “Вивчення геологічної історії та процесів осадкоутворення Чорного і Балтійського морів (Київ, 1983), Всесоюзній конференції “Підземні води і еволюція літосфери” (Москва, 1985), XXIX Всесоюзній гідрохімічній нараді “Стан і перспективи розвитку методологічних основ хімічного і біологічного моніторинга поверхневих вод суші” (Ростов-на-Дону, 1987), I Всесоюзному з’їзді інженерів-геологів, гідрогеологів і геокриологів “Проблеми інженерної геології, гідрогеології і геокриології районів інтенсивного інженерного навантаження і охорона навколишнього середовища (Київ, 1988), Всесоюзній нараді “Принципи і методи ландшафтно-геохімічних досліджень міграції радіонуклідів” (Суздаль, 1989), Республіканських конференціях “Оцінка ресурсів підземних вод в умовах техногенезу” (Київ, 1993) та “Принципи і методи картографування геологічного середовища для екологічних оцінок” (Київ, 1994).

Обсяг і структура роботи. Дисертація складається з 5 розділів, вступу і висновків загальним вмістом 285 сторінок, 26 таблиць і 48 малюнків. Список літератури вміщує 266 найменувань.
Дисертація виконана в Інституті геологічних наук Національної Академії наук України. Автор висловлює щиру подяку співробітникам гідрохімічної лабораторії відділу гідрогеологічних проблем Інституту за участь в роботі, а також вдячний академіку НАН України В.М.Шестопалову, члену-кореспонденту НАНУ В.І.Лялько, докторам геолого-мінералогічних наук М.С.Огняніку, А.Б.Ситнікову, провідному інженеру М.А.Парцевському за поради та консультації при виконанні роботи.

ЗМІСТ РОБОТИ

ВСТУП.
У вступі обгрунтовуються мета і завдання дослідження. Автор розглядає проблему порових розчинів артезіанських басейнів з позицій загальної і регіональної гідрогеології і гідрогеохімії. В основу наукових побудов покладені сучасні уявлення про підземну гідросферу як багатокомпонентну систему, в яку складовою частиною входять і порові розчини слабопроникних порід. Основний об’єкт дослідження – інфільтраційні водонапірні системи артезіанських басейнів, до яких відносяться малі артезіанські басейни Українського кристалічного масиву і верхні гідрогеологічні поверхи платформних артезіанських басейнів. Цей вибір обумовлений слабким вивченням порових розчинів зони інфільтраційного водообміну, геохімічними особливостями інфільтрогенних порових розчинів, зокрема, впливом водообміну на формування хімічного складу порових розчинів; нарешті, великим практичним значенням інфільтраційних артезіанських систем, з якими пов’язані основні ресурси прісних підземних вод.

РОЗДІЛ 1. МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ.

На початку розділу дається короткий огляд розвитку наукових уявлень з проблеми порових розчинів і методики їх вилучення з глинистих порід. Згідно сучасних уявлень, під поровими розчинами глинистих порід розуміють фізично зв’язану воду з комплексом розчинних речовин, яка виділяється із породи за допомогою відтискування під пресом. Поровий розчин розглядається також як рідка фаза іонно – сольового комплексу порід. Методика дослідження порових розчинів слабопроникних шарів артезіанських басейнів, застосована автором, охоплює комплекс робіт по випробуванню роздільних шарів, відтискуванню порового розчину, лабораторним дослідженням та інтерпретації результатів.
Методика випробування глинистих товщ визначається завданнями дослідження. Автор використав опорні гідрогеохімічні свердловини, розташовані в різних структурних елементах артезіанського басейну. В опорній свердловині вивчались всі водоносні комплекси та слабопроникні шари, що беруть участь у водообміні. Частота відбору монолітів, що містять порові розчини, в залежності від потужності слабопроникного шару варіює від 1 до 10 м. Окрім опорних розрізів, використовувалось також випробовування свердловин поодинокими пробами із окремих глинистих шарів.
Методика виділення порового розчину із породи видозмінювалась і вдосконалювалась в залежності від мети дослідження з кінця минулого сторіччя. Порові розчини витіснялися із грунтів водою, винним спиртом, парафіновим маслом, видобувалися вакуумуванням через бакфільтр і центрифугою. П.А.Крюков розробив методику виділення порового розчину із гірських порід шляхом їх відтиснення, яка набула широкого розповсюдження. При цьому використовується поршньовий гідравлічний прес, що створює високий тиск.
Автор в своїх дослідженнях застосував оригінальний пристрій для відтискування із породи рідкої фракції УОР-500, в якому замість поршня використовується еластична мембрана, яка передає тиск масла на зразок породи. УОР-500 вельми ефективна при відтискуванні розчину із глинистих порід верхнього гідрогеологічного поверху, які зберегли пластичність і достатньо високу вологість (зона діагенезу) і виділяють поровий розчин при невеликому тиску. При виділенні порового розчину із монолітів слабопроникних порід автор намагався відтиснути найбільш рухливу частину крихкозв’язаної води, яка бере участь у водообміні, тому робочий тиск в основному не перевищував 20-25 МПа. При такому режимі відпресування із зразка виділялося від 20 до 30% загального об’єму порового розчину, причому низький тиск забезпечував хімічну однорідність виділенного розчину. Автором було проведено фракційне відпресування розчину при різних ступенях тиску для оцінки зміни хімічного складу порового розчину в процесі відтискування, а також відпресування штучного порового розчину при змочуванні сухої породи до природної вологості для вивчення переходу в розчин різних хімічних елементів.
Лабораторні роботи включають хімічний аналіз порового розчину на макро- і мікрокомпоненти, визначення складу обмінних катіонів і розчинних солей у породі, фізико-механічних властивостей породи, її хімічного та мінералогічного складу.

РОЗДІЛ 2. ХІМІЧНИЙ СКЛАД ПОРОВИХ РОЗЧИНІВ СЛАБО ПРОНИКНИХ ПОРІД ІНФІЛЬТРАЦІЙНИХ АРТЕЗІАНСЬКИХ СИСТЕМ ПЛАТФОРМНОЇ ЧАСТИНИ УКРАЇНИ.

У цьому розділі подані результати багаторічних досліджень автора хімічного складу порових розчинів регіональних слабопроникних шарів зони інфільтраційного водообміну Дніпровського, Причорноморського, Волино-Подільського платформних артезіанських басейнів, малих артезіанських басейнів Конксько-Ялинської западини і східної частини Рівнинного Криму, а також мулових розчинів донних відкладів солоних водойм півдня України.

Дніпровський артезіанський басейн. Вивчення порових розчинів Дніпровського артезіанського басейну було започатковано А.Є.Бабинцем. Його дослідження, як і наступні дослідження В.В.Колодія, охоплювали в основному нижній гідрогеологічний поверх артезіанського басейну (елізіонну водонапірну систему). В інфільтраційній системі верхнього поверху дослідження порових розчинів мали епізодичний характер у вигляді поодиноких проб.

Автор вивчав порові розчини регіональних слабопроникних шарів четвертинного, палеогенового, крейдяного, юрського і тріасового віку (суглинки, глини, мергелі, крейда, алеврити). Загальна глибина вивчення порових розчинів мезо-кайнозойських глинистих порід (більш як 1000 м) відповідає потужності зони інфільтраційного водообміну. Була отримана гідрогеохімічна характеристика основних слабопроникних шарів в різних структурних частинах артезіанського басейну (табл.1).

Хімічний склад інфільтрогенних порових розчинів
Дніпровського артезіанського басейну

Таблиця 1
Вік слабопро-никних порід Глибина випробову- вання, м Природна вологість,
% Мінералізація порового розчину, г/л Хімічний склад порового розчину

N2 – Q1
5,0 – 50,0
14 – 26
0,3 – 5,8 HCO3-Cl-Na;
SO4 –Na;
Cl-HCO3-Ca

P2-3

25 – 241

13 – 35

0,7 – 11,7 SO4-Ca-Mg;
SO4-HCO3-Ca-Mg;
SO4-Cl-Na-Ca;
HCO3-Cl-Na;
Cl-HCO3-Na;
Cl-SO4-Na;

K2

23 – 277

12 – 38

0,6 – 1,5 SO4-HCO3-Ca-Na
(Na-Ca);
HCO3-Cl-Na-Ca
(Ca-Na);
HCO3-SO4-Ca-Na;
Cl-HCO3-Na;

I1-3

65 –1094

9 – 34

0,7 – 43,1 SO4-Ca-Mg;
SO4-Cl-Ca-Mg;
SO4-Cl-Na-Ca;
HCO3-Cl-Na;
Cl-HCO3-Na;
Cl-SO4-Na;

Загальна мінералізація порових розчинів мезо-кайнозойських глинистих порід Дніпровського артезіанського басейну в зоні інфільтраційного водообміну змінюється у широкому діапазоні – від 0,3 до 43 г/л, тобто відповідає прісним, солонуватим та солоним водам. Прісні порові розчини (до 1 г/л) розповсюджені в північно-західній частині Дніпровського артезіанського басейну та його бортових частинах. Зустрічаються вони в слабопроникних шарах від четвертинного до тріасового віку, що вказує на високу інтенсивність вертикального інфільтраційного водообміну. За хімічним складом прісні порові розчини сульфатні та гідрокарбонатні кальцієві та натрієві і аналогічні прісним підземним водам суміжних водоносних горизонтів, причому загальна мінералізація порових розчинів вища, ніж мінералізація підземних вод.
Солонуваті порові розчини (від 1 до 9 г/л) мають переважне розповсюдження. Основний діапазон мінералізації солонуватих порових розчинів – 2-5 г/л. Вони характерні для всіх слабопроникних шарів мезо-кайнозойського віку і зустрічаються по всій зоні інфільтраційного водообміну. За хімічним складом солонуваті порові розчини переважно сульфатні кальцієво-магнієві і натрієві, причому перші найбільш розповсюджені в північно-західній та південно-східній частинах басейну, другі – в його центральній частині. Локально на різних глибинах зустрічаються солонуваті порові розчини гідрокарбонатного натрієвого складу. В районах розвитку соляних куполів розповсюджені хлоридні натрієві солонуваті порові розчини ( до 8 г/л), які пов’язані з хлоридними підземними водами, що перетікають через глинисті породи.
Солоні порові розчини (мінералізація більше 10 г/л) зони інфільтраційного водообміну пов’язані з районом соляно-купольних структур та з найбільш глибоко залягаючими слабопроникними шарами, які межують із зоною уповільненого водообміну. За складом солоні порові розчини хлоридні (хлоридно-сульфатні) натрієві.
Згідно з хімічною (генетичною) класифікацією М.С.Кур¬нако-ва-М.Г.Валяшко, інфільтрогенні порові розчини Дніпровського артезіанського басейну відносяться до сульфатного і карбонатного типу вод. Домінує континентальний сульфатно-натрієвий підтип сульфатного типу, характерний для порових розчинів усіх слабопроникних шарів верхнього гідрогеологічного поверху – від четвертинних до тріасових.
Зібраний автором матеріал по Дніпровському артезіанському басейну дозволяє зробити такі висновки.
1. Порові розчини зони інфільтраційного водообміну формуються за рахунок перетікання підземних вод крізь глинисті породи і за хімічним складом відповідають водам вилуговування. Разом з гравітаційними підземними водами інфільтрогенні порові розчини утворюють загальну гідрогеохімічну зону верхнього гідрогеологічного поверху (інфільтраційної системи), яка суттєво відрізняється від такої нижнього гідро-геологічного поверху (елізіонної системи) Дніпровського артезіанського басейну (цю обставину відмічали в своїх роботах. А.Є.Бабинець і В.В.Колодій).
2. Хімічний склад інфільтрогенних порових розчинів характеризується неоднорідністю як в розрізі, так і по простяганню слабопроникних шарів, а також помітно відрізняється від хімічного складу сингенетичних підземних вод перетікання (більш високі мінералізація і рівень сульфатності та хлоридності). Однак, горизонтальна гідрогеохімічна зональність порових розчинів багато в чому подібна такій в підземних водах і відображає загальні умови водообміну на території Дніпровського артезіанського басейну.
3. Прісні і солонуваті інфільтрогенні порові розчини поширені в різних за віком слабопроникних породах по всьому розрізу верхнього гідрогеологічного поверху Дніпровського артезіанського басейну. Глинисті породи мезо-кайнозойського віку в основному відмиті від первинного морського сольового комплексу; формування інфільтраційного етапу у верхній гідродинамічній частині басейну можна вважати завершеним.
Артезіанський басейн Конксько-Ялинської западини являє собою природну модель інфільтраційної системи з інтенсивним водообміном, що охоплює всю осадову товщу. Для цього басейну характерне часте перешарування невеликих за потужністю водоносних та слабопроникних шарів, пов’язаних вертикальним інфільтраційним водообміном в єдину водонапірну систему. Глинисті породи утворюють місцеві слабопроникні шари, які не мають витриманого поширення.
Автором були досліджені порові розчини четвертинних, неогенових, палеогенових і верхньокрейдяних слабопроникних порід в інтервалі глибин від 11 до 347 м. Загальна мінералізація порових розчинів складає (г/л): в четвертинних глинистих породах – 4,6-22,7; неогенових – 1,0-2,3; палеогенових – 1,1 – 4,5; верхньокрейдяних – 2,8 – 5,2. За переважаючими макрокомпонентами найбільш поширені сульфатні кальцієві, кальцієво-натрієві та натрієво-кальцієві порові розчини, а також хлоридні та хлоридно-сульфатні натрієво-кальцієві.
Порові розчини мезо-кайнозойських глинистих порід мають мінералізацію, близьку до мінералізації підземних вод регіону, і відносяться до солонуватих вод. Для гідрогеохімічного розрізу мезо-кайнозойської осадової товщі характерна відносно рівномірна мінералізація порових розчинів з невеликими коливаннями в окремих інтервалах. По площині мінералізація порових розчинів може змінюватись на окремих ділянках досить суттєво, що пов’язано з різним темпом вертикального водообміну. Не дивлячись на досить значні розбіжності в літолого-мінералогічному складі глинистих порід (каолін, глина, буре вугілля), їх порові розчини практично однотипні за мінералізацією і хімічним складом.
Вивчення порових розчинів Конксько-Ялинської западини показує, що при тривалому інфільтраційному водообміні в артезіанських басейнах відбувається не тільки повне заміщення морських седиментогенних порових розчинів інфільтрогенними, але і розсолення глинистих порід до такого рівня, коли нівелюється хімічний склад порових розчинів різних літологічних шарів, зон проточної і уповільненої фільтрації, і він наближається до хімічного складу підземних вод, що приймають участь у водообміні. Формується однорідна інфільтрогенна гідрогеохімічна зона багатошаруватої артезіанської системи.
Причорноморський артезіанський басейн вивчався у північно-східній частині Приазов’я (північний борт басейну), яка обмежена Приазовським кристалічним масивом та Азовським морем. В цій частині басейну внаслідок різкого занурення кристалічного фундаменту на невеликій відстані зосереджені основні елементи артезіанської структури: області живлення, транзиту і розвантаження, що дозволяє простежити зміни хімічного складу порових розчинів слабопроникних шарів в умовах як інтенсивного, так і уповільненого водообміну.
Зона інтенсивного водообміну вивчалась в районі заповідника “Хомутовський степ”. Глибина вивчення порових розчинів – до 140 м, вік слабопроникних порід – від четвертинного до палеогенового. Глинисті породи пліоцен-четвертинного віку утворюють перший від поверхні (покровний) слабопроникний шар і представлені суглинками і червоно-бурими “скіфськими” глинами. Природна вологість цих порід – 14-28 %. Мінералізація порових розчинів дорівнює 4,8-7,1 г/л; склад сульфатно-хлоридний натрієво-кальцієвий. Вони утворюють однорідну гідрогеохімічну сульфатну зону з грунтовими водами четвертинних відкладів і підземними водами відкладів сармату, типову для кліматичної зони недостатнього зволоження.
Порові розчини слабопроникних порід неоген-палеогенового віку пов’язані з єдиною товщею глин і глинистих алевритів сармату та глин верхнього еоцену з природною вологістю від 14 до 55 %. Інтервал випробування цих порід від 37 до 140 м. Загальна мінералізація порових розчинів коливається від 2 до 11 г/л, причому порові розчини глинистих порід еоцену більш мінералізовані. Для неоген-палеогенової слабопроникної товщі характерне різке коливання мінералізації порових розчинів в окремих інтервалах глибин, яке досягає 2-7 г/л. Загальна мінералізація порових розчинів помітно вища за мінералізацію нижчезалягаючого водоносного комплексу палеогену (1-1,5 г/л) і близька до мінералізації вищезалягаючого водоносного комплексу сармату (2-6 г/л). Хімічний склад інфільтрогенних порових розчинів відноситься до двох генетичних типів – сульфатного та карбонатного. Перший зустрічається по всьому розрізу глинистих порід і має сульфатний натрієвий склад. Серед цих порових розчинів зустрічаються мікрозони гідрокарбонатних порових розчинів більш низької мінералізації, які містять дуже незначну кількість сульфатів. Розчини цього хімічного типу розглядаються автором як аномальні по відношенню до загальної гідрохімічної обстановки району, формування яких пов’язане з процесами сульфатредукції та катіонного обміну. Чергування у розрізі порових розчинів різного хімічного складу утворює складну вертикальну гідрогеохімічну зональність слабопроникних порід палеоген-неогенового віку в цій частині Причорноморського артезіанського басейну.
Зона уповільненого водообміну захоплює прибережну частину північного борту Причорноморського артезіанського басейну, занурюючись під акваторію Азовського моря. Ця частина басейну відноситься до елізіонної природної водонапірної системи, що зберегла первинні седиментогенні морські води (за В.О.Рябих). Вперше порові розчини в цьому районі вивчались А.Є.Бабинцем. Автор досліджував порові розчини неогенових і палеогенових глинистих порід в районі Бердянської та Кривої кіс на глибинах від 140 до 358 м.
Порові розчини неогенових і палеогенових глин у прибережній зоні мають мінералізацію від 12 до 51 г/л і хлоридний натрієвий склад, аналогічний складові підземних вод нижчезалягаючих крейдяних відкладів. Характерне значне коливання концентрації сульфат-іона в порових розчинах: від сульфатно-натрієвого підтипу в неогенових глинах до хлор-кальцієвого в глинах палеогену, що пов’язано як з палеогідрохімічними умовами формування седиментогенних порових розчинів, так і з процесами сульфатредукції. У розрізі глинистої товщі палеогену спостерігається закономірне збільшення мінералізації та вмісту хлоридів в порових розчинах від покрівлі до підошви, обумовлене молекулярно-дифузійним переносом і характерне для перехідної гідрогеохімічної зони між інфільтраційною та елізіонною водонапірними системами.
Таким чином, на північному борту Причорноморського артезіанського басейну простежується просторова зміна хімічного складу порових розчинів глинистих порід, пов’язана із змінами умов водообміну, що підтверджує участь порових розчинів слабопроникних шарів у загальному водообміні артезіанської системи.
Артезіанські басейни Рівнинного Криму. Дослідження були проведені у східній частині Рівнинного Криму (південне крило Північно-Сивашського артезіанського басейну і Білогорсько-Індольский прогин) і охоплювали слабопроникні шари неогенового водоносного комплексу, який, за В.В.Колодієм, відноситься до природної інфільтраційної водонапірної системи. Природна вологість пліоценових глин коливається від 12 до 39 %, понтичних мергелів – від 28 до 55%, понтичних глин – від 17 до 68%.
Порові розчини слабопроникних порід в Рівнинному Криму були досліджені автором на глибинах від 10 до 193 м, тобто практично на всю потужність відкладів пліоцену. Вони різні за хімічним складом і мінералізацією, що характерно для інфільтраційних водонапірних систем з неусталеним гідрохімічним режимом. Серед порових розчинів пліоценових слабопроникних порід можна виділити прісні (мінералізація менше 1г/л), солонуваті (1-9 г/л), солоні ( 11-54 г/л) та порові розсоли (130-154 г/л). Переважають солонуваті інфільтрогенні порові розчини, їх хімічний склад переважно хлоридний натрієвий, який із зменшенням мінералізації переходить у змішаний хлоридно-сульфатний і хлоридно-гідрокарбонатний. В понтичних глинах і мергелях, на контакті з прісним водоносним комплексом понт-меотичних відкладів, містяться прісні і солонуваті порові розчини гідрокарбонатного і сульфатного натрієвого складу. По розрізу пліоценової глинистої товщі добре простежується зменшення мінералізації порового розчину і перехід з глибиною хлоридного складу до гідрокарбонатного, тобто від мінералізованих грунтових вод до прісних артезіанських вод верхнього неогену. Солоні порові розчини і порові розсоли зустрічаються в прибережних районах Східного Сиваша і відносяться до седиментогенних лагунних розчинів, що не беруть участь в інфільтраційному водообміні.
Порові розчини слабопроникних порід пліоцену Рівнинного Криму утворюються в процесі заміщення седиментогенних порових розчинів інфільтрогенними внаслідок змішування солонуватих хлоридних і прісних гідрокарбонатних розчинів. Ця обставина обумовлює широкий спектр мінералізації порових розчинів хлоридного натрієвого складу.
Волино-Подільский артезіанський басейн. В цьому регіоні вивчались порові розчини мергельно-крейдяних слабопроникних порід верхньої крейди, які залягають в зоні активного водообміну ( глибина випробування – 13-39 м; природна вологість порід – 22-49%). Неглибоке залягання і закарстованість мергельно-крейдяних порід обумовили інтенсивну фільтрацію підземних вод через цей слабопроникний шар як по проникним мікрозонам, так і крізь поровий простір.
Порові розчини мергельно-крейдяних порід типові для карбонатних відкладів зони інтенсивного водообміну. Вони аналогічні підземним водам суміжних водоносних горизонтів, відносяться до вод вилуговування сульфатно-натрієвого підтипу сульфатного типу і можуть бути прикладом метаморфізації морських порових розчинів на заключній стадії інфільтраційного етапу.
Порові (мулові) розчини донних відкладів солоних водойм півдня України. Автор розглядає донні відклади як зону взаємозв’язку поверхневих і підземних вод, а порові (мулові) розчини, що в них містяться, – як перехідну гідрогеохімічну зону між водоймою та підземними водами.
Об’єктом вивчення були мулові розчини донних відкладів чорноморських лиманів (Сасик, Куяльницький, Хаджибейський, Будакський, Тілігульський, Березанський, Дніпровський лимани, Тузловська група лимано-лагун), солоних озер Криму і Кінбургської коси, Східного Сиваша. Ці роботи продовжували попередні дослідження мулових розчинів, які проводились А.Є.Бабинцем, Л.Б.Розовським, В.М.Воскобойніковим, М.Д.Руді, С.А.Клещенко, Н.Т.Тагеєвою, М.М.Тихомировою, Є.Г.Коніковим та ін.
Хімічний склад седиментогенних розчинів донних мулів лиманів і озер визначається двома основними факторами: хімічним складом “материнської” води водоймища та біохімічними процесами, які метаморфізують розчин. Загальна мінералізація мулових розчинів в лиманах північно-західного Причорномор’я, успадкована від поверхневих вод, за нашими даними коливається від 8 до 177 г/л. Хімічний склад хлоридний натрієво-магнієвий, характерний для морської води і добре простежується в усьому діапазоні мінералізації мулових розчинів – від солонуватих до розсолів. Вміст інших компонентів коливається в залежності від їх концентрації в первинній воді водоймища і рівня метаморфізації. Відновлювальні умови в мулових розчинах лиманів і озер, що утворюються внаслідок біохімічних процесів, характеризуються значеннями окислювально-відновлювального потенціалу від -120 до -235 мВ. Мікробіологічна сульфатредукція приводить до десульфатизації мулових розчинів: морський хлоридно-магнієвий тип мулових розчинів переходить в хлоридно-кальцієвий (коефіцієнт метаморфізації досягає значень 0,8-1,2). Розчини збагачуються сірководнем (від 7 до 334 мг/л), амонієм (від 3 до 275 мг/л), набувають лужних властивостей.
Для седиментогенних мулових розчинів лиманів характерна хімічна стратифікація, яка відтворює гідрохімічну обстановку в палеолиманах: їх опріснення, зв’язок з морем, випаровувальний режим. Хімічна стратифікація мулових розчинів відображає також загальну закономірність зміни мінералізації, пов’язану з чорноморськими трансгресіями і регресіями. Автор виділяє відкриті палеолимани, що мали постійний зв’язок з морем, та закриті палеолимани, які втрачали зв’язок з морем, що викликало різкі зміни їх гідрохімічного режиму (стадія осолонення).
Корінні відклади неогену, які підстилають товщу голоценових мулів, містять інфільтрогенні порові розчини, що сформувалися внаслідок змішування первинних морських та вторинних континентальних порових розчинів. Вони зберегли морський іонно-сольовий склад (хлоридний натрієво-магнієвий), але їх мінералізація значно нижча за мінералізацію морської води – від 3 до 13 г/л. З глибиною вона зменшується до мінералізації підземних вод сарматських відкладів.
Кислотно-лужні властивості і мікрокомпонентний склад порових розчинів. Численні визначення рН в усіх пробах показали, що кислотно-лужні властивості інфільтрогенних порових розчинів однотипні, незалежно від віку і літології породи. В основному, це нейтральні та слаболужні розчини ( рН 7-8), епізодично зустрічаються слабокислі (рН 6,3-6,9) і лужні (рН більше 8). За значенням рН слабозв’язані порові розчини не відрізняються від підземних вод артезіанських басейнів.
Крім основних макрокомпонентів хімічного складу, в порових розчинах вивчались вміст і розподіл таких вторинних компонентів як залізо, кремнекислота, азотні сполуки, фосфор, органічна речовина, а також мікрокомпонентний склад (йод, бром, уран, група металів). Їх перехід в поровий розчин починається вже на стадії седиментогенезу. В цій групі компонентів можна виділити: а) мікрокомпоненти, що перейшли в муловий розчин з поверхневою водою при її захороненні в осад, б) мікрокомпоненти біогенного генезису, які перейшли в муловий розчин при мінералізації органічної речовини та біохімічних процесах; в) мікроелементи вилуговування, які переходять в муловий розчин із мінеральної фази осаду; г) мікрокомпоненти змішаного генезису. На інфільтраційному етапі в порових розчинах артезіанських басейнів мікрокомпонентний склад формується в основному за рахунок вилуговування елементів із глинистих порід. Джерелом мікроелементів є мінеральна частина (карбонати, розсіяні сульфіди), органічна речовина та глинисті сорбенти. Концентрація мікрокомпонентів в інфільтрогенних порових розчинах артезіанських басейнів не залежить від величини загальної мінералізації та віку порід, зате добре простежується зв’язок з темпом водообміну в слабопроникних шарах. В цілому, вміст мікрокомпонентів в порових розчинах глинистих порід артезіанських басейнів помітно вищий, ніж в підземних водах.

РОЗДІЛ 3. ФОРМУВАННЯ ХІМІЧНОГО СКЛАДУ ПОРОВИХ РОЗЧИНІВ ІНФІЛЬТРАЦІЙНИХ ВОДОНАПІРНИХ СИСТЕМ.

Природа розчинника порових розчинів ( власне води) визначається умовами їх формування за рахунок інфільтрогенних підземних вод, що перетікають через слабопроникний шар. Таким чином, водна частина порового розчину за генезисом також атмосферно-інфільтрогенна.
Іонно-сольовий склад порових розчинів формується в умовах фільтрації розчинів в глинистих породах насамперед за рахунок фільтраційного вилуговування солей із глинистих порід. За генезисом іонно-сольового складу інфільтрогенні порові розчини відносяться до вод вилуговування. Серед багатофакторного комплексу, який формує хімічний склад порових розчинів, відзначимо головні геохімічні фактори і процеси. До головних факторів відносяться: а) хімічний склад підземних вод, які фільтруються через слабопроникні шари (води перетікання); б) склад водно-розчинних солей твердої фази слабопроникних порід; в) ємність і склад поглинутого комплексу обмінних катіонів глинистих порід; г) органічна речовина і мікроорганізми слабопроникних порід; д) характер та інтенсивність вертикального водообміну через слабопроникні шари.
Основні процеси формування хімічного складу інфільтрогенних порових розчинів: а) розчинення та вилуговування солей і окремих елементів із глинистих порід; б) іонний обмін; в)біохімічні процеси; г) процеси масопереносу.
Хімічний склад підземних вод, які перетікають крізь cлабопроникний шар, є початковим фактором ( хімічною основою) формування хімічного складу інфільтрогенних порових розчинів. Найчастіше це прісні гідрокарбонатні, рідше сульфатні підземні води змішаного катіонного складу, а також хлоридні води районів соляних структур. Їх гідрогеохімічна роль полягає в тому, що вони є хорошим розчинником солей глинистих порід. До того ж підземні води поставляють в порові розчини розчинний кисень і вуглекислий газ, а також мікрокомпоненти, мікроорганізми і компоненти техногенезу.
Процесам розчинення і вилуговування належить провідна роль у формуванні хімічного складу порових розчинів на інфільтраційному етапі, оскільки через слабопроникні породи перетікають здебільшого слабомінералізовані підземні води. Загальний вміст водно-розчинних солей в мезо-кайнозойських глинистих породах артезіанських басейнів, за нашими даними, коливається в широких межах – від 0,04 до 1,5%. Склад солей представлений, в основному, сульфатами кальцію та натрію, і, меншою мірою, карбонатами та хлоридами. Виразно простежується зв’язок хімічного складу порових розчинів зі складом водно-розчинних солей: в порових розчинах містяться ті ж макрокомпоненти, що відносяться до розчинних солей і формують хімічний склад інфільтрогенних підземних вод вилуговування. Основне джерело постачання солей в поровий розчин – глинисті породи, що містять первинний і вторинний гіпс, розсіяні сульфіди, органічну речовину, карбонатні мінерали. Вони визначають загальну мінералізацію та іонно-сольовий склад порових розчинів, збагачуючи їх сульфатами і гідрокарбонатами основних катіонів.
Провідна роль процесів розчинення і вилуговування підтверджується помітним підвищенням загальної мінералізації підземних вод при їх фільтрації крізь глинисті шари: прісні підземні води переходять в солонуваті порові розчини, причому найбільш інтенсивно загальна мінералізація збільшується за рахунок сульфатів кальцію і натрію. Перехід в поровий розчин водно-розчинних солей підтверджується також створенням штучних порових розчинів в лабораторних умовах. Їх хімічний склад формується в процесі розчинення, причому він ідентичний такому в природних порових розчинах. Формування мікроелементного складу порових розчинів також пов`язане з вилуговуванням мікроелементів із мінеральної частини глинистих порід.
Поглинутий комплекс обмінних катіонів і процеси іонообміну, за нашими даними, грають другорядну роль на інфільтраційному етапі. Склад обмінних катіонів глинистих порід Дніпровського артезіанського басейну: Ca2+>Mg2+> K+> Na+; в інших басейнах – Ca2+>Mg2+>Na+>К+; загальна ємність поглинання складає від 10 до 60 мг-екв/100 г породи. Помітного впливу іоннообмінних процесів на хімічний склад порових розчинів не помічено, їх активність незначна в порівнянні з процесами вилуговування. Катіонний склад порових розчинів, як правило, відповідає такому підземних вод перетікання, що підтверджує їх спільний генезис на інфільтраційному етапі. Помітну роль іонообмін відіграє на стадії раннього діагенезу при формуванні хлор-кальцієвих розчинів.
Органічна речовина і біохімічні процеси. Органічна речовина, що міститься в морських породах, суттєво впливає на метаморфізацію седиментогенних порових розчинів стадії раннього діагенезу. На інфільтраційному етапі розсіяна органічна речовина глинистих порід є джерелом надходження в поровий розчин сорбованних мікроелементів, формуючи тим самим його мікрокомпонентний склад.
Біохімічні процеси відіграють помітну роль на стадії раннього діагенезу. Насамперед це сульфатредукція, в результаті якої муловий розчин десульфатизується і збагачується сірководнем, а також змінює свої кислотно-лужні властивості. В інфільтрогенних порових розчинах артезіанських басейнів також простежується утворення біогенного сірководню ( в значно меншій кількості, ніж в мулових розчинах) і формування слабовідновлюваних умов. Із сульфатредукцією пов’язане утворення десульфатизованих гідрокарбонатних натрієвих солонуватих порових розчинів в північно-східній частині Причорноморського артезіанського басейну.
Вертикальний водообмін і процеси масопереносу. В інфільтраційних водонапірних системах цей фактор має особливе значення. Темп вертикального водообміну контролює винос солей із глинистих порід, масоперенос визначає переміщення солей в слабопроникному шарі, змішування порових розчинів різної мінералізації, дифузію іонів в поровому розчині.
Інфільтраційний водообмін охоплює комплекс процесів масопереносу ( води і розчинної речовини), серед яких до головних можна віднести: змішування порових розчинів різного хімічного складу, фільтраційний перенос порового розчину в слабопроникних породах, молекулярно-дифузійний перенос розчинних компонентів. В інфільтра-ційній системі всі ці процеси проявляються сумарно, однак на окремих стадіях інфільтраційного етапу роль того чи іншого процесу різна.
Змішування порових розчинів різного генезису і хімічного складу найбільш помітне у початковій стадії інфільтраційного етапу, коли відбувається проникнення інфільтрогенних підземних вод в глинисті породи. Внаслідок змішування солоних і прісних порових розчинів формуються хлоридно-гідрокарбонатні ( гідрокарбонатно-хлоридні) порові розчини різної мінералізації (артезіанські басейни Криму). Фільтраційний масоперенос на інфільтраційному етапі є одним з головних процесів формування хімічного складу порових розчинів слабопроникних порід. З фільтраційним потоком в слабопроникні шари надходять слабомінералізовані підземні води, що сприяє процесам розчинення та вилуговування, транспортуються хімічні компоненти із суміжних водоносних горизонтів, виносяться солі із глинистих порід. Гідрогеохімічний розріз слабопроникного шару відображає характер фільтраційного солепереносу в глинистих породах: зони проточної (“наскрізної”) і уповільненої (порової) фільтрації відрізняються за мінералізацією і хімічним складом, що позначається на мікрозональності роздільного шару ( Дніпровський артезіанський басейн). Молекулярно-дифузійний масоперенос найбільш помітно проявляється в умовах уповільненої і застійної фільтрації і характерний для слабопроникного шару, який розділяє верхню (прісну) та нижню (солону) гідрогеохімічні зони (глиниста товща неоген-палеогену Причорноморського артезіанського басейну; донні відклади чорноморських лиманів).
Генетичні типи порових розчинів інфільтраційних систем артезіанських басейнів. Порові розчини слабопроникних порід зони інфільтраційного водообміну за походженням своєї водної частини відносяться до типу інфільтрогенних підземних вод. Локально розповсюджені мулові розчини седиментогенного типу в донних відкладах водойм ( морські та прісні). За формуванням хімічного складу інфільтрогенні порові розчини артезіанських басейнів відносяться до підземних вод вилуговування.
За величиною загальної мінералізації порові розчини слабопроникних порід платформних артезіанських басейнів підрозділяються на прісні (до 1 г/л), солонуваті (1-10 г/л) і солоні (10-35 г/л). Переважають солонуваті порові розчини з мінералізацією 1-5 г/л.
За головними аніонами, згідно класифікації О.А.Альокіна, порові розчини артезіанських басейнів відносяться до класу гідрокарбонатних, сульфатних і хлоридних вод. Переважають порові розчини сульфатного класу; хлоридні і гідрокарбонатні мають локальне розповсюдження. За катіонним складом в інфільтрогенних порових розчинах присутні всі три групи: кальцієва, магнієва і натрієва. Переважним розповсюдженням користуються кальцієва та натрієва групи.
Згідно класифікаціі М.С.Курнакова-М.Г.Валяшко інфільтрогенні порові розчини артезіанських басейнів відносяться до карбонатного і сульфатного типу природних вод. Для інфільтраційного етапу найбільш характерний сульфатно-натрієвий підтип сульфатного типу, який відповідає континентальним підземним і поверхневим водам.
Геохімічна еволюція порових розчинів. Зібраний автором матеріал дозволяє простежити геохімічну еволюцію порових розчинів слабопроникних порід на протязі повного гідрогеологічного циклу артезіанського басейну. Порові розчини проходять ту ж геохімічну еволюцію, що й підземні води – від солоних морських до прісних континентальних, підтверджуючи тим самим одне з головних положень вчення В.І.Вернадського про єдність всіх видів вод підземної гідросфери. Початкова стадія геохімічної еволюції порових розчинів припадає на стадію седиментогенезу і раннього діагенезу. На цій стадії формуються солоні хлоридно-натрієві мулові розчини седиментогенного типу і відбувається їх метаморфізація (десульфатизація, катіонний обмін, нітрифікація, збагачення біогенними компонентами, мікроелемен-тами і сірководнем). На наступному елізіонному етапі, пов’язаному із зануренням слабопроникних шарів і віджиманням із них зв’язаної води, в цілому зберігається хімічний склад порових розчинів стадії раннього діагенезу. Продовжується метаморфізація, яка пов’язана з процесами сульфатредукції та мінералізації органічної речовини (аж до повної десульфатизації порового розчину).
На інфільтраційному (континентальному) етапі гідрогеологічного циклу відбувається заміна седиментогенних порових розчинів інфільтрогенними, яку автор розглядає як сукупність процесів витіснення, змішування і вилуговування. Проникнення в глинисті шари прісних інфільтрогенних вод, збагачених розчинним киснем, порушує існуючу фізико-хімічну рівновагу системи вода – порода, що активізує не тількі процеси розчинення, але й катіонний обмін. На ранній стадії інфільтраційного етапу формуються слабо солоні і солонуваті порові розчини змішаного складу: хлоридно-сульфатні і хлоридно-гідрокарбонатні, які потім, в процесі інфільтраційного водообміну, змінюються солонуватими сульфатними і гідрокарбонатними. На пізніших стадіях інфільтраційного етапу морські седиментогенні порові розчини повністю змінюються солонуватими та прісними інфільтрогенними поровими розчинами. Відбувається повна хімічна еволюція порових розчинів – від хлоридних до сульфатних та гідрокарбонатних. Автор пропонує схему геохімічного розвитку артезіанської шаруватої системи, що враховує геохімічну еволюцію підземних вод і порових розчинів.

РОЗДІЛ 4. ГІДРОГЕОХІМІЧНА ЗОНАЛЬНІСТЬ ПОРОВИХ РОЗЧИНІВ СЛАБОПРОНИКНИХ ПОРІД ТА ІНФІЛЬТРАЦІЙНИХ ВОДОНАПІРНИХ СИСТЕМ АРТЕЗІАНСЬКИХ БАСЕЙНІВ.
Не дивлячись на значні зміни хімічного складу порових розчинів по площині і по розрізу слабопроникних шарів, простежується певна гідрогеохімічна зональність порових розчинів в зоні інфільтраційного водообміну платформних артезіанських басейнів.
Горизонтальна гідрогеохімічна зональність характерна для порових розчинів самих верхніх слабопроникних порід неоген-четвертинного віку, які залягають на відносно невеликій глибині, і пов’язана з кліматичними умовами артезіанської структури. Найбільш чітко регіональна горизонтальна зональність цих порових розчинів простежується на території України в південно-східному напрямі, при переході із області достатнього зволоження в область недостатнього зволоження. Так, у Дніпровському артезіанському басейні мінералізація порових розчинів четвертинних суглинків збільшується від 0,3-0,7 г/л в північно-західній частині до 3-4 г/л в південно-східній, а ще південніше, в Конксько-Ялинській западині – до 9-22 г/л. Така ж зональність простежується і в порових розчинах червоно-бурих глин верхньопліоцен-нижньочетвертинного віку: 0,5-0,9 г/л в північно-західній частині Дніпровського артезіанського басейна, 5-6 г/л в його південно-східній частині, в Конксько-Ялинській западині і на північному борту Причорноморського артезіанського басейну (Приазов’я). Хімічний склад порових розчинів змінюється разом із мінералізацією від гідрокарбонатного до сульфатного та хлоридного.
Порові розчини залягаючих нижче шарів мезо-кайнозойського віку відображають, в основному, гідродинамічні умови артезіанської структури. В Дніпровському артезіанському басейні для порових розчинів верхнього гідрогеологічного поверху відзначається та ж горизонтальна зональність, що й для підземних вод: збільшення загальної мінералізації в південно-східному напрямі та від бортів до центральної (грабенової) частини басейну. Регіональна горизонтальна зональність порових розчинів ускладнюється зміною їх мінералізації та хімічного складу на окремих ділянках з різним темпом вертикального водообміну та в районах соляної тектоніки.
На північному борту Причорноморського артезіанського басейну горизонтальна гідрогеохімічна зональність порових розчинів кайнозойських глинистих порід чітко простежується від області інтенсивної фільтрації до області уповільненої фільтрації: солонуваті порові розчини по простяганню пласта змінюються солоними поровими розчинами і поровими розсолами, гідрокарбонатний і сульфатний хімічний склад змінюється хлоридним.
Вертикальна гідрогеохімічна зональність порових розчинів у розрізі всієї артезіанської структури аналогічна зональності підземних вод (А.Є.Бабинець, В.В.Колодій. А.В.Кудельський, К.В.Філатов). Що до вертикальної гідрогеохімічної зональності верхнього гідрогеологічного поверху артезіанських басейнів, то вона вивчалася недостатньо. За нашими даними, в межах зони інфільтраційного водообміну платформних артезіанських басейнів не спостерігається закономірних змін мінералізації і хімічного складу порових розчинів в залежності від глибини залягання глинистих порід. В цій зоні зміна хімічного складу визначається не глибиною залягання слабопроникних шарів, а взаємодією розчину з породою. Від підземних вод інфільтрогенна гідрогеохімічна зона порових розчинів відрізняється більш високою мінералізацією і широким розповсюдженням порових розчинів сульфатного типу. Гідрогеохімічний розріз власне слабопроникної товщі має складний характер і являє собою чергування мікрозон з різною мінералізацією і часто з різним хімічним складом. В роботі наводяться приклади характерних гідрогеохімічних розрізів слабопроникних шарів.
Вертикальна гідрогеохімічна зональність шаруватих водонапірних систем розглядається автором як сукупність підземних вод і порових розчинів. З цих позицій вертикальна гідрогеохімічна зональність платформних артезіанських басейнів являє собою чергування гідрогеохімічних зон підземних вод та порових розчинів слабопроникних шарів. В умовах інфільтраційного водообміну таке чергування зводиться до перешаровування прісних гідрокарбонатних зон підземних вод із солонуватими сульфатними, рідше хлоридними зонами порових розчинів. В роботі представлені схеми вертикальної гідрогеохімічної зональності зони інфільтраційного водообміну Дніпровського артезіанського басейну, північного борту Причорноморського артезіанського басейну, артезіанських басейнів Конксько-Ялинської западини та Рівнинного Криму. Усі вони ілюструють шарувату гідрогеохімічну будову артезіанських басейнів, яка відображає гідрогеодинамічні особливості інфільтраційних водонапірних систем – різну інтенсивність горизонтальної і вертикальної фільтрації. В платформних артезіанських басейнах можлива обстановка, коли зона інтенсивного водообміну набуває гідрохімічної однорідності зі слабо виявленою зональністю підземних вод і порових розчинів; однак така обстановка – явище досить нечасте, типовим для шаруватих артезіанських систем можна вважати складну будову вертикальної гідрогеохімічної зональності.

РОЗДІЛ 5. ГІДРОГЕОХІМІЧНИЙ МЕТОД ОЦІНКИ ІНТЕНСИВНОСТІ ВОООБМІНУ В СЛАБОПРОНИКНИХ ШАРАХ ІНФІЛЬТРАЦІЙНИХ ВОДОНАПІРНИХ СИСТЕМ.

Безпосередня участь вертикального водообміну у формуванні хімічного складу інфільтрогенних порових розчинів (розділ 3) дозволяє використати гідрогеохімічну характеристику глинистих порід для оцінки перетікання (взаємозв’язку) підземних вод через слабопроникні шари. Перетікання підземних вод визначається на основі подібності їх хімічного складу з хімічним складом порових розчинів; основними гідрогеохімічними показниками є загальна мінералізація та іонно-сольовий склад.
В платформних артезіанських басейнах прісні порові розчини гідрокарбонатного складу можна вважати показником інтенсивного перетікання прісних підземних вод крізь слабопроникний шар; солонуваті порові розчини сульфатного складу характерні для уповільненої вертикальної фільтрації. За хімічним складом порових розчинів добре простежується перетікання хлоридних підземних вод в районах соляно-купольних структур Дніпровського артезіанського басейну. Мінералізація і аніонний склад порових розчинів дозволяють виділити ділянки і райони інтенсивного вертикального водообміну та оцінити ступінь відкритості артезіанської структури. Гідрогеохімічний розріз слабопроникного шару дає інформацію про фільтрацію через роздільний шар: чергування гідрогеохімічних мікрозон різної мінералізації та хімічного складу відображають перетікання підземних вод по застійним і проточним зонам (табл.2). Слід відмітити, що хімічний склад порових розчинів, його генетичний тип є прямим показником вертикального водообміну через слабопроникні шари або доводять його відсутність.
У розділі подані гідрогеохімічні розрізи поверхово залягаючих водоносних і слабопроникних шарів в Дніпровському артезіанському басейні, які підтверджують зв’язок хімічного складу порових розчинів з інфільтра ційним водообміном. Дається також методика кількісної оцінки інтенсивності водообміну за хімічним складом порових розчинів, яка зводиться до визначення швидкості фільтрації в слабопроникному шарі при розв’язанні рівняння масопереносу. По розрахованій швидкості фільтрації визначено темп інфільтраційного водообміну порових розчинів в основних слабопроникних шарах Дніпровського артезіанського басейну.

Зв’язок хімічного складу порових розчинів з умовами фільтрації через слабопроникні шари (Дніпровський артезіанський басейн).
Таблиця 2.
Вік слабопроникних порід
Порові розчини
Зони проточної фільтрації Зони уповільненої фільтрації
Мінералізація, г/л Хімічний склад Мінералізація, г/л Хімічний склад
vdQIII 0,3-0,5 HCO3-Ca 0,7-1,0 HCO3-Ca
N-Q1 0,5-1,0 HCO3-Ca 1,0-1,5 HCO3-Na
P2-3 0,7-1,5 HCO3-Ca(Na) 2,0-5,0 SO4-Ca(Na)
K2 0,5-1,0 HCO3-Ca 1,0-1,5 SO4-Ca
I1-3 0,7-1,5 SO4-Na 3,0-8,0 SO4-Ca

На основі гідрогеохімічних показників перетікання в роботі дається характеристика вертикального водообміну в інфільтраційних водонапірних системах артезіанських басейнів України. В Дніпровському артезіанському басейні інфільтраційний водообмін простежується по всій площі басейну через всі регіональні слабопроникні шари мезо-кайнозойського віку – від четвертинних до юрських. Глибина інфільтраційного водообміну в глинистих породах простежується за нашими данними до 800-1000 м і, очевидно, сягає більших значень. Інтенсивність перетікання через глинисті породи міняється як по площині, так і по розрізу слабопроникного шару. Північно-західну та бортові частини Дніпровського артезіанського басейну можна віднести до відкритих гідрогеологічних структур з інтенсивним вертикальним водообміном, південно-східну – до напіввідкритих.
У глинистому слабопроникному шарі водообмін відбувається шляхом фільтрації по проточним і застійним зонам (інтенсивна і уповільнена фільтрація), що підтверджується гідрогеохімічною будовою слабопроникного шару. Переважне розповсюдження в зоні інфільтраційного водообміну прісних підземних вод дозволяє вважати, що основне перетікання через слабопроникні шари відбувається шляхом “наскрізної” фільтрації на локальних ділянках, а також по проточним мікрозонам глинистих порід (зони активної пористості).
На північному борту Причорноморського артезіанського басейну інфільтраційний водообмін простежується, за гідрогеохімічними показниками, через усі слабопроникні шари кайнозойського віку. В малих артезіанських басейнах Українського кристалічного масиву він охоплює всю осадову товщу до кристалічного фундаменту, включаючи слабопроникні шари. В артезіанських басейнах Східного Криму в інфільтраційну водонапірну систему входять слабопроникні шари четвертинного та пліоценового віку. В розділі подана гідрогеохімічна характеристика водообміну (підземних вод і порових розчинів) на різних стадіях інфільтраційного етапу.
ВИСНОВКИ
Геохімічне дослідження порових розчинів глинистих порід є однією з найменш вивчених проблем в гідрогеології. Перш за все це стосується верхньої гідродинамічної частини артезіанського басейну, з якою пов’язана зона інфільтраційного водообміну. Робота автора має в певній мірі виправити цей недолік.
Узагальнення отриманих матеріалів по гідрохімії слабопроникних шарів дозволяє зробити такі основні висновки.
1. Природна інфільтраційна водонапірна система платформного артезіанського басейну являє собою сукупність підземних вод проникних колекторів і порових розчинів слабопроникних шарів, які пов’язані між собою інфільтраційним водообміном. При перетіканні підземних вод через слабопроникні шари в останніх формуються інфільтрогенні порові розчини, сингенетичні інфільтрогенним водам. Як складова частина підземної гідросфери, вони беруть активну участь в усіх гідрогеологічних процесах, що відбуваються в артезіанському басейні.
2. Інфільтрогенні порові розчини, так само, як і підземні води, відносяться до вод вилуговування. Основні фактори формування їх хімічного складу: іонно-сольовий комплекс підземних вод перетікання; вилуговування (розчинення) солей та окремих елементів з глинистих порід; інфільтраційний солеперенос, змішування порових розчинів різного хімічного складу. Другорядне значення мають такі процеси, як катіонний обмін, молекулярно-дифузійний солеперенос, біохімічні процеси, сорбція та десорбція. Для інфільтрогенних порових розчинів характерні такі геохімічні особливості: більш високі мінералізація та сульфатність в порівнянні з підземними водами; висока неоднорідність хімічного складу по площині та в розрізі слабопроникних шарів; слабо відновні умови, які сприяють накопиченню в порових розчинах амонійного азоту, сірководню, металів змінної валентності; більш високі в порівнянні з підземними водами концентрації мікрокомпонентів – металів і біогенних елементів. Кислотно-лужні властивості порових розчинів подібні до таких в підземних водах.
В платформних артезіанських басейнах України поширені інфільтрогенні порові розчини всіх трьох основних гідрохімічних класів: гідрокарбонатного, сульфатного та хлоридного. За мінералізацією вони відносяться до прісних, солонуватих і солоних вод. В артезіанських басейнах типу Дніпровського найбільш розповсюджені солонуваті сульфатні порові розчини, які можна вважати типовими для умов сталого інфільтраційного водообміну. Загалом на інфільтраційному етапі гідрогеологічного циклу формування хімічного складу порових розчинів слабопроникних глинистих порід проходить за тією ж геохімічною схемою, що й в підземних водах, підпорядковане тим же факторам і процесам.
3. Цілісна уява про гідрогеохімічні умови артезіанського басейну, зокрема, його вертикальної гідрохімічної зональності можлива лише з урахуванням геохімії порових розчинів. Гідрогеохімічна відмінність слабопроникних шарів від водоносних порід створює складну картину гідрогеохімічного розрізу артезіанського басейну, яка значно відрізняється від класичних схем, побудованих на основі лише підземних вод. За результатами наших досліджень, вертикальна гідрогеохімічна зональність шаруватої артезіанської структури являє собою сукупність (перешарування) гідрогеохімічних зон підземних вод і порових розчинів, різних за мінералізацією та хімічним складом. В зонах інфільтраційного водообміну платформних артезіанських басейнів з тривалим континентальним режимом (типу Дніпровського) прісні гідрокарбонатні зони підземних вод чергуються по розрізу басейну з солонуватими сульфатними зонами порових розчинів слабопроникних порід. У відносно молодих артезіанських басейнах спостерігається зміна по розрізу солонуватих хлоридних порових розчинів і прісних гідрокарбонатних підземних вод (Рівнинний Крим). Однорідна вертикальна гідрохімічна зональність інфільтраційної водонапірної системи можлива лише в кінці інфільтраційного етапу при повному розсоленні глинистих порід. Для платформних артезіанських басейнів України характерні різні стадії інфільтраційного етапу з добре вираженою складною вертикальною гідрохімічною зональністю, що відображає різ-ний темп водообміну підземних вод і порових розчинів.
В самих глинистих верствах гідрогеохімічний розріз відзначається незакономірними коливаннями мінералізації та вмісту окремих макрокомпонентів порових розчинів, які пов’язані з неоднаковим засоленням глинистих порід і різною інтенсивністю фільтрації по проточних і застійних зонах у слабопроникних шарах.
4. В процесі повного гідрогеологічного циклу порові розчини слабопроникних глинистих порід проходять ту ж геохімічну еволюцію, що й підземні води. Зібраний автором матеріал дозволяє простежити хімічний склад порових розчинів на всіх основних стадіях гідрогеологічного циклу: стадії осадконакопичення, елізійному та інфільтраційному етапах. З самого початку свого формування, знаходячись в донних відкладах водоймищ, седиментогенні мулові розчини метаморфізуються під впливом органічної і глинистої речовини та біохімічних процесів. Ця метаморфізація, в основному, зберігається на елізійному етапі артезіанського басейну в зонах застійного та уповільненого водообміну. Перехід на інфільтраційний (континентальний) етап пов’язаний перш за все із змішуванням морських седиментогенних та інфільтраційних (атмогенних) порових розчинів, що дає велику хімічну різноманітність порових розчинів. В подальшому, після заміщення первинних порових розчинів, провідну роль в їх геохімічній еволюції відіграють інфільтрогенні порові розчини вилуговування (здебільшого, сульфатні), які при довгостроковому інфільтраційному водообміні набувають хімічного складу, аналогічного складові інфільтрогенних підземних вод. Таким чином, порові розчини платформних артезіанських басейнів проходять повну геохімічну еволюцію – від солоних хлоридних до прісних гідрокарбонатних, відстаючи від підземних вод у темпі геохімічного перетворення.
5. Формування інфільтрогенних порових розчинів в процесі інфільтраційного водообміну обумовило безпосередній зв’язок їх хімічного складу з інтенсивністю фільтрації в слабопроникних породах. Хімічні особливості порових розчинів відображають характер вертикального водообміну (умов перетікання) в артезіанському басейні і в цьому відношенні можуть бути використані для оцінки фільтрації через слабопроникні шари. При цьому автор виходить з того, що іонно-сольовий комплекс інфільтрогенних порових розчинів формується як за рахунок підземних вод, так і при вилуговуванні хімічних елементів із глинистих порід, причому цей фактор, в основному, і змінює поровий розчин. Оцінка водообміну базується на принципі подібності хімічного складу підземних вод і порових розчинів слабопроникних шарів. Простежується чіткий зв’язок хімічного складу порового розчину з інтенсивністю фільтрації, який пов’язаний з різним вмістом розчинних солей в проточних і застійних зонах слабопроникних порід. Основні гідрогеохімічні показники інтенсивності водообміну: загальна мінералізація порового розчину; склад макрокомпонентів, зокрема, аніонів; вміст мікрокомпонентів і біогенних елементів, характерних для застійного режиму. За цими ознаками добре простежуються промиті та слабопромиті глинисті верстви, що обумовлено темпом водообміну, а також проточні та застійні зони в самих слабопроникних шарах, пов’язані з інтенсивною чи уповільненою фільтрацією. Таким чином, хімічний склад порових розчинів доводить існування “подвійної” фільтрації в глинистих породах (“наскрізної” і порової). В цілому гідрогеохімія слабопроникних шарів відповідає фільтраційній схемі для шаруватих артезіанських систем: інтенсивна горизонтальна та уповільнена вертикальна фільтрації.
Виконані автором дослідження порових розчинів доповнюють існуючі уявлення про водообмін в платформних артезіанських басейнах України. Хімічний склад порових розчинів мезо-кайнозойських глинистих порід підтверджує регіональне перетікання підземних вод через слабопроникні шари в межах усього верхнього гідрогеологічного поверху (зона інфільтраційного водообміну). Воно нерівномірне як по площині, так і в розрізі слабопроникних верств. Основне перетікання прісних підземних вод відбувається локально, на найбільш проникних ділянках, або там, де глинисті шари відсутні, а також шляхом “наскрізної” фільтрації, що і обумовило переважне розповсюдження в зоні інфільтраційного водообміну прісних підземних вод, не дивлячись на перевагу солонуватих порових розчинів у слабопроникних породах.
На закінчення слід відзначити, що вивчення порових розчинів так само необхідне для пізнання артезіанської структури в цілому, як і вивчення підземних вод. Геохімічні дослідження порових розчинів можна віднести до самостійного напрямку, який охоплює не лише проблеми регіональної гідрогеології та гідрогеохімії, що розглядаються в даній роботі, але й питання участі порових розчинів у процесах техногенезу, а також у палеогідрогеологічних реконструкціях і пошуках корисних копалин. Вагома роль порових розчинів при еколого-гідрогеологічних оцінках різних геохімічних ландшафтів. Тому вивчення порових розчинів глинистих порід має бути невід’ємною частиною всіх гідрогеологічних досліджень.

Основні положення дисертації викладено в таких публікаціях.

Монографії.
1. Водообмен в гидрогеологических структурахУкраины. Методы изучения водообмена.-Киев: Наукова думка, 1988- 272 с. (соавторы В.М.Шестопалов, А.Б.Ситников, В.И.Лялько и др.).
2. Водообмен в гидрогеологических структурахУкраины. Водообмен в естественных условиях. – Киев: Наукова думка, 1989. – 288 с. (соавторы В.М.Шестопалов, Н.И.Дробноход, В.И.Лялько и др.).
3. Водообмен в гидрогеологических структурахУкраины. Водообмен в нарушенных условиях. – Киев: Наукова думка, 1991.- 528 с. . (соавторы В.М.Шестопалов, Н.С.Огняник, Н.И.Дробноход и др.)

Наукові статті, препринти, тезиси наукових доповідей.

4. К методике прогноза гидрогеологической обстановки на орошаемых территориях // Материалы по геологии, гидрогеологии, геохимии и геофизики Украины и РСФСР. Сборник научных работ. – Киев: Вища школа, 1977. – Вып.13. – С.63-67 (соавторы Н.С.Огняник, А.Л.Брикс).
5. К вопросу о формировании химического состава поровых растворов грунтов зоны аэрации на орошаемых массивах Присивашской низменности.// Геол. журн., 1979.- т.39 , № 4.- С.131-137.
6. . О гидрогеологических особенностях донных отложений лиманов северо-западного Причерноморья. // Геол. журн. 1981.- т.41, № 2.- С.104-111. (соавтор А.Е.Бабинец).
7. Уран в поровых растворах четвертичных отложений лиманов Черного моря. // Геохимия ландшафтов и подземных вод.- Краснодар, 1981.- С.143-147 (соавтор В.В.Гудзенко).
8. Новые данные о распределении урана в жидкой фазе донных осадков Черного моря. // Докл. АН УССР. Сер Б. -1981.- №11.- С.7-10 (соавторы А.Е.Бабинец, А.Ю.Митропольский).
9. Геохимические особенности поровых растворов региональных водоупорных слоев зоны активного водообмена платформенных артезианских бассейнов// Формирование подземных вод как основа гидрогеологических прогнозов.-Материалы I Всесоюзной гидрогеологич. конференции.- Т.1.- Москва, Наука, 1982,- С.281-283.
10. Микроэлементы в поровых растворах черноморских лиманов (металлы) // Геол. журн. 1982.- Т.42, № 6.- С. 123-126.
11. Геологическая история северо-западного шельфа Черного моря по данным гидрогеохимических исследований лиманов// Тр.междун.симпоз. “Изучение геологической истории и процессов современного осадкообразования Черного и Балтийского морей”, ч. I.- Киев, Наукова думка, 1984.- С.113-116.
12. Химизм иловых растворов донных отложений Черного моря в связи с процессами современного осадкообразования// Тр. междун.симпоз. “Изучение геологической истории и процессов современного осадкообразования Черного и Балтийского морей”, ч.2.- Киев: Наукова думка, 1984.- С.84-88.
13. Инфильтрогенные поровые растворы платформенных артезианских бассейнов Украины в процессе литогенеза// Подземные воды и эволюция литосферы, т.2. Материалы Всесоюзной конференции.- Москва: Наук, 1985.- С.56-58.
14. Вертикальная гидрогеохимическая зональность ин-фильтрогенных подземных вод и поровых растворов Днепровского артезианского бассейна зоне интенсивного водообмена//Докл.АН УССР.Сер.Б.-1986.-№2.-С .17-19.
15. Формирование химического состава поровых растворов платформенных артезианских бассейнов в зоне интенсивного водообмена// Геол. журн.- 1986.- т.46, № 4.- С.96-105.
16. Поровые растворы кайнозойских слабопроницаемых пород северо-восточного Приазовья. // Геол. журн.- 1990.- № 4.- С. 32-37.
17. Цезий-137 в природной системе поровый раствор-порода// Радиоизотопы в экологических исследованиях.- Киев:: Наукова думка, 1993.- С.87-93. (соавтор В.В.Гудзенко).
18. Изучение взаимосвязи водоносних горизонтов по химическому составу поровых растворов слабопроницаемых слоев // Геол. журн. – 1995.- № 3-4.- С.74-78.
19. Поровые растворы слабопроницаемых пород платформенных артезианских бассейнов Украины.- Киев, 1993.- 57 с. (Препринт/ АН Украины. Ин-т геологических наук).
20. Иловые растворы донных отложений в природных водоемах// Состояние и перспективы развития методич.основ химич. и биолог. мониторинга поверхностных вод суши. Тезисы докл.- Ростов н/ Д.- 1987.- С.300-301.
21. Техногенные поровые растворы донных отложений Украины. // Проблемы инженерной геологии, гидрогеологии и геокриологии. Ч.2. Тезисы докл.- Киев: Наукова думка, 1988.- С. 151-152.
22. Гидрогеохимические исследования поровых растворов слабопроницаемых пород при изучении водообмена в артезианских бассейнах// Проблемы инженерной геологии, гидрогеологии и геокриологии, ч.4. Тезисы докл.- Киев: Наукова думка, 1988.- С. 185-186.

Сухоребрий А.О. Порові розчини слабопроникних порід плат-формних артезіанських басейнів України.
Дисертація на здобуття вченого ступіня доктора геологічних наук за спеціальністю 04.00.06- гідрогеологія, Інститут геологічних наук НАН України, м. Київ, 1997.
Дисертаційна робота присвячена проблемі вивчення хімічного складу порових розчинів глинистих порід артезіанських басейнів платформної України для одержання більш глибоких уявлень про гідрогеохімічні умови артезіанських басейнів. Одержані нові дані про хімічний склад інфільтрогенних порових розчинів, вивчені особливості його формування в умовах інфільтраційного водообміну, горизонтальна та вертикальна гідрогеохімічна зональність порових розчинів , а також гідрогеохімічна зональність артезіанських басейнів з поверхово залягаючими водоносними та слабопроникними шарами. Вивчені особливості вертикального перетікання підземних вод крізь слабопроникні породи, розроблені гідрогеохімічні показники вертикального водообміну , простежена геохімічна еволюція порових розчинів на протязі гідрогеологічного циклу.
Ключові слова: порові розчини, слабопроникний шар, артезіанський басейн, хімічний склад, водообмін, гідрогеохімічна зональність, геохімічна еволюція.

Сухоребрый А.А. Поровые растворы слабопроницаемых пород платформенных артезианских бассейнов Украины.
Диссертация на соискание ученой степени доктора геологических наук по специальности 04.00.06 – гидрогеология, Институт геологических наук НАН Украины, г.Киев, 1997.
Диссертационная работа посвящена проблеме изучения химического состава поровых растворов глинистых пород артезианских басейнов платформенной части Украины для получения более глубоких представлений о гидрогеохимических условиях артезианских бассейнов. Получены новые данные о химическом составе инфильтрогенных поровых растворов, изучены особенности его формирования в условиях инфильтрационного водообмена, горизонтальная и вертикальная гидрогеохимическая зональность поровых растворов, а также гидрогеохимическая зональность артезианских бассейнов с этажно залегающими водоносными и слабопроницаемыми слоями. Исследованы особенности вертикального перетекания подземных вод через слабопроницаемые породы, разработаны гидрогеохимические показатели вертикального водообмена, прослежена геохимическая эволюция поровых растворов в ходе гидрогеологического цикла.
В зоне инфильтрационного водообмена платформенных артезианских бассейнов Украины поровые растворы приурочены к глинистым породам четвертичного и мезо-кайнозойского возаастов и по условиям формирования относятся к инфильтрогенным, образовавшимся при перетекании подземных вод через слабопроницаемые слои. Среди них встречаются все три гидрохимических класса – гидрокарбонатный, сульфатный и хлоридный с минерализацией от пресных до соленых. Генетически инфильтрогенные поровые растворы относятся к карбонатному и сульфатному (сульфатно-натриевому) типам вод, характерным для инфильтрационного (континентального) этапа гидрогеологического цикла. В артезианских бассейнах типа Днепровского преобладают солоноватые сульфатные поровые растворы, которые можно считать типичными для условий инфильтрационного водообмена. По формированию химического состава инфильтрогенные поровые растворы относятся к водам выщелачивания. Основные факторы формирования: ионно-солевой комплекс подземных вод перетекания; выщелачивание (растворение) солей и микроэлементов из глинистых пород; фильтрационный перенос растворенных компонентов и смешение поровых растворов различного состава. Второстепенные факторы: конвективная диффузия, катионный обмен, сорбционные и биохимические процессы. Геохимические особенности инфильтрогенных поровых растворов: более высокая минерализация и сульфатность по сравнению с подземными водами; высокая степень неоднородности химического состава как по простиранию, так и по разрезу слабопроницаемых слоев; повышенная концентрация микрокомпонентов – металлов и биогенных элементов. Пестрота химического состава связана с неоднородной засоленностью глинистых пород и различной интенсивностью фильтрации поровых растворов в слабопроницаемых слоях.
Для поровых растворов неглубоко залегающих слабопроницаемых пород характерна горизонтальная гидрогеохимическая зональность, аналогичная зональности грунтовых вод, которая отражает климатические условия региона. Гидрогеохимический разрез глинистых толщ отличается частыми колебаниями минерализации и содержания отдельных компонентов химического состава. Вертикальная гидрогеохимическая зональность слоистых артезианских структур в зоне инфильтрационного водообмена (верхний гидрогеологический этаж) представляет собой чередование гидрогеохимических зон подземных вод и поровых растворов слабопроницаемых пород и имеет сложный характер, поскольку переслаиваются зоны различной минерализации и химического состава. Геохимическая эволюция поровых растворов в гидрогеологическом цикле артезианского бассейна аналогична эволюции подземных вод, но протекает медленнее, что заметно усложняет гидрохимические условия в артезианских бассейнах.
Связь инфильтрогенных поровых растворов с инфильтрационным водообменом позволяет рассматривать их химический состав в качестве показателя интенсивности вертикального водообмена и характера фильтрации в глинистых породах. Основной критерий – сходство химического состава поровых растворов и подземных вод перетекания. Гидрогеохимические показатели: общая минерализация, состав макро- и микрокомпонентов, генетический тип порового раствора, особенности гидрогеохимического разреза слабопроницаемой толщи. Полученные данные подтверждают существующие представления о замедленной поровой и интенсивной трещинной фильтрации в слабопроницаемых слоях (застойные и проточные зоны). В целом инфильтрационный водообмен в платформенных артезианских бассейнах Украины охватывает все слабопроницаемые слои мезо-кайнозойского возраста.
Ключевые слова: поровые растворы, слабопроницаемый слой, артезианский бассейн, химический состав, водообмен, гидрогеохимическая зональность, геохимическая эволюция.
Suhorebryj A.A. Porous solutions of the low permeable rocks from the platform artesian basins of the Ukraine.
The thesis manuscript for the competition for the scientific degree of the doctor of geological sciences by the speciality
04.00.06 – hydrogeology, the Institute of geological sciences of the Ukrainian NAS, Kyiv, 1996.
The dissertation work is dedicated to the problem of porous solutions from clayey rocks of the artesian basins of the platform part of Ukraine for the deeper comprehension of artesian basins’ hydrochemical conditions. New data about the chemical composition of the infiltration origin porous solution has been obtained, peculiarity of their formation under the infiltration water exchange conditions, as like as vertical and horizontal hydrochemical zonality of porous solutions and hydrochemical zonality of the artesian basins with storey like bedding of aquifers and aquicludes had been investigated. The specifics of vertical flux of the ground water through the low permeable rocks have been studied, hydrochemical factors of the vertical water exchange have been worked out, geochemial evolution of the porous solutions during the hydrogeological cycle has been observed.
Key words: porous solution, low permeable strata, artesian basin, chemical composition, water exchange, hydrochemical zonality, geochemical evolution.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019