CC BY
10НАУЧНЫЕ СТАТЬИ
Гидрометеорология и экология №3 2014
УДК 631.45.67
Канд. биол. наук С.Н. Досбергенов *
ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ГРУНТОВЫХ ВОД И ВОДЫ ИЗ НАГОНА КАСПИЯ НА ТЕРРИТОРИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ «КАРААРНА» И «ВОСТОЧНАЯ КОКАРНА»
ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ, РЕКУЛЬТИВАЦИОННЫЙ УЧАСТОК, МИНЕРАЛИЗАЦИЯ, МЕТАМОРФИЗАЦИЯ, ПОРОГ ТОКСИЧНОСТИ, ТОКСИЧНЫЕ СОЛИ
В данной статье рассмотрено изменение количественно-качественного состава солей в грунтовых водах на территории месторождений «Караарна» и «Восточная Кокарна». Токсичность солей в грунтовых водах зависит от соотношения токсичных и нетоксичных солей, а также механического состава почвы, её расположение по горизонтам почвы и от количества сочетающихся слоев. Наивысшая токсичность хлор-ионов отмечена на рекультивируемом участке 2012 г., где концентрация хлор-ионов превысила ПДК в 435 раз. На бурой солончаковой почве месторождения «Караарна» хлор-ионы превысили ПДК в 205 раз.
Гидрологические условия территории находятся в прямой зависимости от геологического строения, морфологических особенностей рельефа и климата. Циркуляция грунтовых вод, вследствие незначительных уклонов затруднена, и режим подземных вод имеет застойный характер.
Водовмещающими породами являются тонко- реже мелкозернистые пески, супеси, иногда легкие суглинки, обладающие низкой водоотдачей. Часто грунтовые воды приурочены к маломощным прослоям песков среди толщи глин. Мощность водосодержащих отложений изменяется от 2 до 12 м (вскрытая от 1,5 до 4,7 м).
По условиям питания грунтовые воды относятся к водам местного инфильтрационного питания, при котором основная роль в пополнении запасов принадлежит атмосферным осадкам и паводковым водам, а также нагонным водам Каспийского моря, которые очень близко подступили к территории месторождений «Караарна» и «Восточная Кокарна». Расход происходит за счет испарения через капилляры грунтов зоны аэрации с зеркала грунтовых вод и транспирацию растениями.
* КазНИИ почвоведения и агрохимии им. У.У. Успанова, г. Алматы 150
Преобладающим распространением на территории пользуются воды, залегающие на глубине 1... 2 м. Грунтовые воды, залегающие на глубине до 1,0 м приурочены в основном к озеровидным понижениям, к руслам временных водотоков, к западной слабопониженной части территории, где происходит незначительное подпитывание грунтовых вод водами Каспия (нагонные воды). Накопление солей в грунтовых, пластовых, а также, в значительной мере и в поверхностных водах подчинено общим закономерностям соленако-пления между различными компонентами ландшафта. На подчиненность химизма не только почвенно-грунтовых, но и поверхностных вод, и глубоко скрытых в недрах пластовых вод зональным условиям впервые указал В.И. Вернадский (1934. 1936 гг.) [6]. Позднее эти воззрения стали проникать в работы других гидрогеологов (Овчинников, 1949 [9], Алекин 1948 [1], При-клонский В.А., Лаптев, 1949 [10] и др.).
На территории месторождении были отобраны пробы грунтовой воды из почвенных разрезов №6, 8, 10, 17, 18, 19, рекультивационного участка 2010 г., рекультивационного участка 2012 г. - р-2 и р-4, прикопки 2 - участок подготовлен для рекультивации, и с поля нефтяной эмульсии, а также из воды нагона Каспия. Обработанные данные результатов химического анализа проб воды приводится в табл. 1.
Грунтовые воды имеют высокую минерализацию рассольного типа. Диапазон типов химизма и степени минерализации вод достаточно широк: от сильно соленых (30.50 г/дм3) до крепких (100.150 г/дм3) и весьма крепких рассолов [3]. По данным анализов грунтовую воду рекультивационного участка 2010 г. можно отнести к сильно соленым. Воды ре-культивационного участка 2012 г. (р-2), поля нефтяной эмульсии и воды участка подготовленного для рекультивации (прикопка-2) можно отнести к весьма крепким рассолам. Остальные грунтовые воды разрезов - 4, 6, 8, 10, 17, 18 можно отнести к крепким рассолам. Воду из нагонов Каспия можно отнести к слабым рассолам (табл. 1).
Высокая минерализация грунтовых вод объясняется бессточностью бассейна и возможностью разгрузки подземных вод преимущественно в вертикальном их медленном погружении и переливании. Влияние надземных факторов обусловлено особенностью химизма. Формирование химического состава вод и процессы их метаморфизации происходят при росте их минерализации. Область транзита солей («Караарна») характеризуется высокой минерализацией от 130,8 до 260,1 г/дм3. Наиболее высокая минерализация грунтовых вод отмечена на рекультивационных участках 2012 г. (р-2).
151
ю
Таблица 1
Изменение гидрохимического режима грунтовых вод и воды из нагона Каспия, мг-экв/дм3
Уровень грунтовых вод, см
Минерализация, г/дм
яса
а
да
Са
Иа
К
ш С1
С1
ю,
Ыа
Са+М%
Са + Ыа Мх
105 120 100
20 100 100 110
260,108
42,150
193,083
210,827
152,508
153,288
165,281
130,815
100 143,633 7,92 1790,14
100 131,95 8,88 1790,14
0 59,202 5,75 778,39
100 131,017 6,0 1790,14
Месторождение «Караарна»
р-2. рекультивационный участок 2012 г.
36 4202,93 380,98 71,40 1333,27 3174,04 24,56
рекультивационный участок около скважины 7, 2010 г.
39 583,74 135,0 59,50 261,93 408,71 4,99
р-4. рекультивационный участок 2012 г.
88 2412,79 871,28 71,40 1047,57 2174,0 9,98
поле нефтяной эмульсии
52 3366,23 264,94 214,20 428,5 5 2978,38 13,56
прикопка 2, участок подготовлен для рекультивации
08 2315,50 314,12 214,20 571,40 1852,25 9,85
р-6, бурая солончаковая
88 2023,63 597,74 190,40 761,87 1669,63 13,30
р-8, солончак
14 1790,14 959,15 285,60 690,49 1765,29 15,35
р-10. Бурая солончаковая с навеянными песками
Месторождение «Восточная Кокарна» р-17
0,29 595,0 190,47 р-18
7,48 333,20 476,17
вода из нагона Каспия
9,10 95,20 261,93 р-19
0,75 11,03 2,26 0,77
0,70 4,32 1,27 0,67
0,90 2,77 1,94 0,23
0,88 12,7 4,63 0,90
0,80 7,37 2,35 0,81
0,82 3,38 1,75 0,46
0,99 1,88 1,81 0,04
0,82 4,61 2,11 0,75
1587,02 15,80 0,88 3,03 2,02 1,06
1434,85 12,28 0,80 3,91 1,77 0,74
645,68 15,36 0,83 3,39 1,80 0,50
1504,41 16,37 0,84 3,87 2,70 0,44
При уровне грунтовых вод (УГВ) 105 см минерализация ее достигла максимума 260,1 г/дм3. По типу химизма по аниону собственно хло-ридные, по катиону - натриевые с повышенным содержанием магния. На месторождении «Восточная Кокарна» степень минерализации грунтовых вод понижена по сравнению с месторождением «Караарна». Снижение минерализации грунтовой воды связано с разбавляющим действием Каспийского моря. Минерализация грунтовых вод колеблется от 131,0 г/дм3 до 143,6 г/дм3. Содержание хлор-иона остается без изменения, несмотря на повышение минерализации грунтовой воды до 143,6 г/дм3. Содержания сульфат-иона, кальция и натрия уменьшились, по-видимому, связано с образованием Na2SO4 • 10Н20 глауберовой соли - мирабилита. При температуре выше 33 °С он превращается в безводный сульфат натрия - тенардит, выпадает в осадок и накапливается в почве. Кроме того, образуются соли CaSO4 • 10Н20, которые также выпадает в осадок. По-видимому, ионы сульфата, натрия, кальция и магния играют определенную роль в снижении минерализации грунтовой воды. Метаморфизация грунтовых вод протекает под влиянием наземных факторов (климата, рельефа, наслоение пресных атмосферных вод, растительности, а также загрязнения) участвующих в формировании солевого состава элементов и их сочетаний. На месторождении «Караарна» под влиянием антропогенных факторов наблюдается постепенное увеличение доли с участием ионов О^О4 у грунтовых вод рекультивационных участков 2012 г. (р-2), а также в водах поля нефтяной эмульсии, которые расширяются соответственно 11,03 и 12,70 (табл. 1). На участке подготовленном для рекультивации (прикопка 2) эти соотношения сузились до 7,37. На рекультивационных участках 2010 г. и 2012 г. (р-4), эти отношения сужаются соответственно 4,32 и 2,77. Отношения N8/0 то расширяются, то сужаются в зависимости от вида и степени метаморфизации грунтовых вод. Отношение О^О4 у грунтовых вод всегда больше единицы, это является следствием солеобмена между природными водами и почвами, грунтами и нефтяными загрязнителями. На солончаке (р-8) отношение О^О4 сужается до 1,88, затем расширяется в бурой солончаковой почве (р-6) до 3,38, а в бурой солончаковой почве с навеянным песчаным наносом до 4,61 (р-10). Отношение N8/0 в солончаке приморском доходит до 0,99, находясь в переходной стадии от морского происхождения к континентальному. В бурой солончаковой почве с навеянным песчаным наносом (р-6, р-10) они сужаются до 0,82.
153
На «Восточной Кокарне» отношение С1^О4 претерпевают незначительные изменения. Лишь в приморской примитивной почве (р-17), которая расположена приблизительно в 100 м восточнее дамбы, эти отношения сужались до 3,03. Отношение N8/0 остаются почти без изменения.
Как вытекает из анализа грунтовых вод, все грунтовые воды обоих месторождений являются по происхождению морскими. Отношение О^О4 расширяются до 12,7.
Метаморфизация грунтовой воды происходит из-за увеличения содержания всех входящих ионов, а также изменения их соотношения во времени. Соотношение анионов характеризуются таким неравенством: О > SО4 > HCO3, а катионы N8 > Mg >Ca > ^ Предельно допустимая концентрация (ПДК) (составлено по ГОСТу 2874-82 «Вода питьевая» и Сан ПиН 4630-88) поверхностных и подземных источников водоснабжения по сульфатам составляет 500 мг/дм3, а по хлоридам 350 мг/дм3. Сульфат-ионы в грунтовых водах на рекультивационном участке 2012 г. (р-2) превысили ПДК в 36 раз. На рекультивированном участке 2012 г. (р-4) ПДК превышена в 12 раз. На другом рекультивационном участке 2012 г. превышение ПДК достигло 83. В поле нефтяной эмульсии сульфат-ионы превысили ПДК в 25 раз. На участке подготовленном для рекультивации превышение сульфат-ионов в 30 раз. В грунтовых водах в бурой солончаковой почве месторождения «Караарна» превышение сульфат-ионов составило 57ПДК, а в бурой солончаковой почве с навеянным песчаным наносом она снизилась до 38. На солончаке приморском сульфат-ионов превысили ПДК в 92 раза.
На месторождении «Восточная Кокарна» на приморских примитивных солончаковых почвах превышение ПДК сульфат-ионов колебалось от 43 до 56 раз. В водах из нагона Каспия превышение составило 21ПДК. В грунтовых водах месторождений «Караарна» и «Восточная Кокарна» также отмечается превышение ПДК по хлор-ионам.
На рекультивационном участке 2012 г. хлор-ионы превысили ПДК в 425 раз. На рекультивационном участке 2010 г. превышение хлор-иона составило 59,14ПДК. На другом рекультивационном участке 2012 г. (р-4) хлор-ионы превысили ПДК в 244 раза. В поле нефтяной эмульсии превышение хлор-иона составило уже 341. На участке подготовленном для рекультивации (прикопка-2) хлор-ионы превысили ПДК в 234 раза.
На бурой солончаковой почве (р-6) месторождения «Караарна» хлор-ионы превысили ПДК в 205 раз. На бурой солончаковой почве с на-154
веянным песчаным наносом хлор-ионы превысили ПДК в 185 раз. А в солончаке приморском хлор-ионы превысили ПДК в 181 раз. В грунтовых водах «Восточной Кокарны» на приморских примитивных солончаковых почвах хлор-ионы превысили ПДК в 181 раз. В водах из нагона Каспия превышение ПДК по хлор-иона составило 78 раз.
Рассмотрим изменение соотношения катионов в связи с метамор-физацией грунтовых вод. На рекультивационном участке 2012 г. (р-2) соотношение катионов Ca : Mg : Na выглядело следующим образом: 1,0 : 18 : 44. На рекультивированном участке 2010 г. эти соотношения выражаются таким образом: 1,0 : 4,4 : 6,86. На рекультивационном участке 2012 г. (р-4) эти соотношения представлены как: 1,0 : 14,67 : 30,44. В поле нефтяной эмульсии наблюдались следующие соотношения 1 : 2,0 : 13,9. На участке подготовленном для рекультивации (прикопка-2) соотношения катионов выражались так: 1,0 : 2,66 : 8,64. На бурой солончаковой почве месторождения «Караарна» (р-6) соотношение катионов Ca : Mg : Na выглядят следующим образом: 1,0 : 4 : 8,76. На бурой солончаковой почве с навеянным песчаным наносом (р-10) эти соотношения принимают следующий вид: 1,0 : 1,5 : 5,28. На солончаке приморском (р-8) соотношения катионов выглядят следующим образом: 1,0 : 2,40 : 6,18. В грунтовых водах «Восточной Кокарны» соотношения катионов Ca : Mg : Na на приморской примитивной солончаковой почве (р-17) принимают вид: 1,0 : 0,32 : 2,66. В другой примитивной солончаковой почве (р-18) эти соотношения катионов выражаются как: 1,0 : 1,43 : 4,30. В третьей пробе приморской примитивной солончаковой почвы соотношение катионов Ca : Mg : Na выражаются следующими пропорциями: 1,0 : 6,75 : 15,80. В водах из нагона Каспия это соотношение катионов представлено следующим образом: 1,0 : 2,75 : 6,78.
Метаморфизация грунтовой воды связана с её концентрацией и гидрохимическими особенностями, соотношениями хлора и сульфат-ионов в процентах от суммы мг-экв/л (табл. 1). При снижении хлор-ионов и при повышении содержания сульфат-ионов в процентах от суммы мг-экв-тов метаморфизация грунтовых вод идет в обратном направлении. Наоборот, при повышении доли хлор-ионов метаморфизация грунтовых вод идет в прямом направлении [5]. Если преобладают хлор-ионы, над натрием, то метаморфизация грунтовых вод идет в прямом направлении. При преобладании натрия над хлор-ионом, метаморфизация идет в обратном направлении [12]. Метаморфизация рекультивационных участков шла в
155
прямом направлении со значением от 0,23 до 0,90. На бурых солончаковых почвах с навеянным песчаным наносом также шла метаморфизация грунтовой воды в прямом направлении. Лишь в солончаке соровом мета-морфизация грунтовой воды переходит в обратное направление со значением 0,04. В приморских примитивных солончаковых почвах метаморфизация грунтовой воды также шла в прямом направлении, со значениями от 0,44 до 1,06. В водах из нагона Каспия метаморфизация грунтовой воды шла в прямом направлении со значением 0,50.
Сумма катионов Ca+Mg на рекультивационных участках 2012 г. (р-2) составила 1404,67 мг-экв/дм3. А на другом рекультивационном участке (р-4) этого же года - 1118,97. На участке подготовленном для рекультивации - 785,60. В поле нефтяной эмульсии снизилась до 642,75 мг-экв/дм3. Самый низкий показатель на рекультивированном участке 2010 г., где сумма катионов Ca+Mg составляет 321,43 мг-экв/дм3. Отсюда вытекает, что по мере завершения рекультивационных мероприятий сумма катионов Ca+Mg снижается. По-видимому, в процессе рекультивации щелочноземельные катионы Ca++ и Mg++ вступают в реакцию с функциональными группами реагентов и выпадают в осадок.
На бурых солончаковых почвах с навеянным песчаным наносом (р-6, р-10) они составляют 952,27 и 714,15 соответственно. На солончаке соровом (р-8) - 976,09 мг-экв/дм3.
На месторождении «Восточная Кокарна» в приморских примитивных солончаковых почвах (р-17, р-18, р-19) сумма катионов Ca+Mg колеблется в пределах 785,0.809,4 мг-экв/дм3. А в водах из нагона Каспия составляет всего лишь - 357,13 мг-экв/дм3.
Отношение Na/Ca+Mg на рекультивационных участках оказалось выше, чем не тронутых почвах обеих месторождений. Здесь надо отметить одну важную сторону процесса - во всех разрезах обоих месторождений отношение Na/Ca+Mg выше единицы. Самый высокий показатель отмечен в поле нефтяных эмульсий и составляет 4,63. На участке, подготовленном для рекультивации снижается до 2,35. На рекультивационных участках 2012 г. (р-2) и (р-4) равняется 2,26 и 1,94 соответственно. Самый низкий показатель имеет рекультивированный участок 2010 г. - 1,27. На бурых солончаковых почвах с навеянным наносом (р-6, р-10) отношение Na/Ca+Mg колеблется от 1,75 до 2,11.
А на соровом солончаке (р-8) это отношение составило - 1,81. На приморских примитивных солончаковых почвах «Восточной Кокарны» 156
отношение Na/Ca+Mg оказалось выше, чем на месторождении «Караарна» на 0,20. В воде из нагона Каспия Na/Ca+Mg оказалось равным 1,80. При загрязнении грунтовой воды и воды из нагона Каспия происходит увеличение содержания всех входящих ионов, а также изменение их соотношения во времени и пространстве. В результате изменяется видовой состав солей [11]. По степени токсичности по Ковде [8] они располагаются в следующем порядке: Na2CO3 > NaHCO > NaCl > Na2SO4 > MgCl2 > MgSO4. Порог токсичности Na2CO3 - 0,005 %, NaCl - 0,03 %, NaSO4 - 0,3 %, CaCO3 и CaSO4 являются для растений нетоксичными.
Теперь рассмотрим изменения видового состава солей грунтовых вод месторождений «Караарна» и «Восточная Кокарна» и воды из нагона Каспия в процессе метаморфизации этих вод в результате загрязнения и засоления нефтепромыслом (табл. 2). В видовом составе грунтовых вод соли Na2SO4 отсутствуют. По мере роста минерализации возрастают преимущественно NaCl и MgCl2. Из-за действия температурного геохимического барьера сульфаты натрия задерживаются в почве, так как при понижении температуры воды растворимость хлоридов существенно не изменяется, а сульфаты натрия при снижении температуры от 30 °С до 0 °С уменьшаются во много раз (от 400 до 50 г/дм3). Это способствует сбросу хлоридов в грунтовую воду в виде NaCl и MgCl2 и задержке сульфатов в виде Na2SO4 в почве. Труднорастворимые соли CaSO4 выпадают в осадок при достижении концентрации насыщения 43.45 г/дм3.
Таким образом, соли Na2SO4 увеличиваются в почве из-за испарения, а также температурного барьера. Соль Na2SO4 оставаясь в почве, уходит для образования сульфатного пухлого солончака [4]. На рекультивационном участке 2012 г. (р-2) видовой состав солей соответствует следующему неравенству: NaCl > MgCl2 > MgSO4 > CaSO4 > KCl > Ca(HCO3)2. Из водорастворимых солей доминирующими являются хлористый натрий, составляющий 71,32 % от общего содержания солей. Токсичный для растений хлористый магний составляет 18,38 %, содержание сульфата магния доходит до 7,62 %. Содержание нетоксичных для растений бикарбоната и сульфата кальция составляют 0,62 и 1,36 % соответственно Хлористый калий не превышает 0,70 %. Таким образом, 97,32 % водорастворимых солей составляют токсичные соли, которые расположены в первой тройке неравенства. В поле нефтяной эмульсии видовой состав солей выражается следующим неравенством: NaCl > MgCl2 > CaSO4 > MgSO4 > KCl > Ca(HCO3)2.
157
Таблица 2
Минерализация и гипотетические соли грунтовых вод и воды из нагона Каспия
Место отбора пробы воды Уровень грунтовых вод, см Минерализация, г/дм3 Гипотетические соли (по Курнакову) % в 1 ООО мл воды % соотношение
Са(НС03)2 СаЮА м&о, МёС12 ЫаС1 КС1
Месторождение «Караарна»
р-2, участок рекультивации 2012 г. 105 260,108 1.63 0,62 3.54 1,36 19.80 7,62 47.82 18,38 185.52 71,32 1.83 0,70
р-2, рекультивационный участок 120 42,150 1.37 2.93 5.53 8.10 23.88 0.37
около скважины 7, 2010 г. 3,27 6,92 13,12 19,21 56,60 0,88
р-4, рекультивационный участок 100 193,089 1.58 3.57 49.29 10.90 127.07 0.74
2012 г. 0,82 1,85 25,52 5,64 65,81 0,39
поле нефтяной эмульсии - 210,827 0.30 0,14 14.34 6,80 3.27 1,55 17.82 8,45 174.08 82,57 1.01 0,47
прикопка 2, участок подготовлен 20 152,508 1.52 13.35 7.10 21.59 108.26 0.73
для рекультивации 1,05 8,75 4,66 14,16 70,98 0,48
100 153,288 1.16 12.02 25.35 16.22 97.58 0.99
р-6 0,76 7,83 16,53 10,58 63,65 0,65
р-8, солончак приморский 100 165,281 0.63 0,38 18.93 11,44 40.99 24,80 0.45 0,27 103.18 62,42 1.14 0,69
р-10 110 130,815 1.02 18.62 7.40 14.55 88.13 1.08
0,77 14,22 5,65 11,13 67,40 0,83
Гипотетические соли (по Курнакову)
Место отбора пробы воды Уровень грунтовых вод, см Минер ал из ация, г/дм3 % в 1000 мл воды % соотношение
Са(НСОъ)2 СаЮ^ МёС12 ШС1 КС1
Месторождение «Восточная Кокарна»
р-17 100 143,633 0.66 39.96 0.19 8.92 92.76 1.18
0,46 27,82 0,13 6,20 64,57 0,82
р-18 100 131,915 0.75 22.07 8.02 16.33 83.86 0.92
0,57 16,73 6,07 12,38 63,57 0,68
вода из нагона Каспия 0 59,202 0.48 0,82 5.75 9,71 8.70 14,38 5.58 9,42 37.74 63.75 1.14 1,92
р-19 100 131,017 0.50 6.07 22.48 12.82 87.93 1.22
0,38 4,63 17,16 9,79 67,11 0,93
Анализируя динамику солей в грунтовых водах, можно отметить, что из водорастворимых солей доминирующим является хлористый натрий, у которого наибольший процент приурочен в поле нефтяной эмульсии. При минерализации 210,8 г/дм3, NaCl составил 82,5 % от общего содержания солей. Токсичный для растений хлористый магний составляет 8,4 %. В первую тройку неравенства входит также нетоксичный для растений сульфат кальция. Вторую тройку неравенства возглавляет токсичная соль MgSO4 - 1,55. Бикарбонат кальция и хлористый калий составляют ничтожное количество. Токсичные соли составляют 92,6 %. Токсичность грунтовой воды понизилась за счет нетоксичного для растений сульфата кальция. На участке, подготовленном для рекультивации (прикопка-2), видовой сосав выражается следующим неравенством: NaCl > MgSO4 > MgCl2 > CaSO4 > Ca(HCO3)2 > KCl. Здесь доминирующим является хлористый натрий, который составляет 70,98 %. Токсичный для растений хлористый магний - 14,16 %. Доля нетоксичного CaSO4 - 8,75 %. Токсичной соли сульфату магния принадлежит - 4,66 %. Ничтожные доли принадлежат бикарбонату кальция и хлористому калию. Здесь CaSO4 переместился в первую тройку неравенства, благодаря этому снизилась токсичность грунтовой воды качественно и количественно. Водорастворимые токсичные соли составляют - 89,80 %. На рекультивационном участке 2012 г. (р-4) видовой состав солей соответствует неравенству: NaCl > MgSO4 > MgCl2 > CaSO4 > Ca(HCO3)2 > KCl. Доминирующим является хлористый натрий - 65,81 %. Токсичная соль сульфат магния -25,52 %, а хлористый магний - 5,64. Нетоксичные для растений соли бикарбонат и сульфат кальция, а также хлористый калий составляют ничтожные проценты от общего содержания солей. Располагаясь в первой тройке неравенства, они повышают токсичность грунтовых вод участка качественно и количественно. Токсичные соли грунтовой воды участка составляет - 96,97 %.
На рекультивированном участке 2010 г. видовой состав солей выражается следующим неравенством: NaCl > MgCl2 > MgSO4 > CaSO4 > Ca(HCO3)2 > KCl. Доминирующий хлористый натрий составляет - 56,60 %. Токсичный для растений MgCl2 занимает второе место - 19,2 %. Менее токсичный MgSO4 замыкает первую тройку, и доля его составляет - 13,12 %. Бикарбонату и сульфату кальция принадлежат 3,27 и 6,92 % соответственно. Мизерный процент принадлежит хлористому калию - 0,88 %. Водорастворимые токсичные соли составляют - 88,93 %. Нетоксичные для растений соли - 11,07 %. В первой тройке неравенства расположены ток-160
сичные соли, но несмотря на это, токсичность грунтовых вод снижается, по мере проведения рекультивационных работ. Самая высокая токсичность грунтовой воды наблюдается на рекультивационных участках, особенно в начале проведения рекультивации, где токсичность соответствуют - 96,97 и 97,32 %. В поле нефтяной эмульсии токсичность грунтовых вод снижается до 92,57 %. На участке подготовки почвы для рекультивации, токсичность грунтовых вод снизилась до 89,80 %. На рекультивированном участке 2010 г. токсичность грунтовой воды снизилась до 88,93 %. По мере завершения рекультивационных работ, токсичность грунтовой воды снижается и приближается к минерализации воды из нагона Каспия.
На нетронутой рекультивацией бурой солончаковой почве (р-6) с координатами N: 46о13'45,7"; E: 53о23'19,7"; h = -25 м состав солей грунтовой воды выражается следующим неравенством: NaCl > MgSÜ4 > MgCl2 > CaSÜ4 > Са(НСОз)2 > KCl. Водорастворимые соли расположены по степени токсичности. Доминирующим является хлористый натрий, составляющий - 63,65 % от общего содержания солей. Токсичный для растений сульфат магния составляет - 16,53 %. На долю хлористого магния выпадает - 10,58 %. Нетоксичные соли составляют -9,24 %. Таким образом, 90,76 % составляют водорастворимые токсичные соли. На бурой солончаковатой почве (р-6) верхний 60 см слой состоит из тяжелого суглинка, который с глубиной переходит в тонкозернистый песок. Почвы тяжелого механического состава имеют более высокую влаго-емкость и емкость поглощения. Скорость испарения этой почвы выше, чем у почвы легкого механического состава, особенно песчаной почвы, благодаря водоподъемной способности. В результате испарения изменяется минерализация и соответственно соотношения ионов. Увеличиваются содержания катионов натрия и магния и анионов хлора и сульфатов.
На солончаке приморском (р-8) с координатами N: 46о14'03,3"; E: 53о21'53,2"; h = -23 м видовой состав солей грунтовой воды выражаются следующими неравенствами: NaCl > MgSO4 > CaSO4 > KCl > Ca(HCO3)2> MgCl2. Водорастворимые соли расположены несколько иначе. Доминирующей является хлористый натрий, составляющий - 62,42 % от общего содержания солей. Затем идет сульфат магния. Отмечается возрастание сульфатных солей, которые влияют на метаморфизацию грунтовой воды, переводя их в обратное направление. Нетоксичный сульфат кальция на третьем месте первой тройки, снижает токсичность грунтовой воды. Токсичный хлористый магний переместился на последнее место неравенства, также способствует снижению токсичности грунтовой воды. В результате нетоксичные соли составляют - 12,46 %.
161
Токсичные - 87,54 % от общего содержания солей. На солончаке приморском (р-8) верхний 30 см слой состоит из среднего суглинка, переходящего в супесь. В глубину от 30 см слой переходит в тонкозернистый песок. Водоподъемная способность песка ниже, чем суглинка или глины. Поэтому, чем ближе расположен песчаный слой к поверхности почв, тем меньше испаряется влага с поверхности почвы, доставляя меньше влаги из грунтовых вод. У бурой солончаковой почвы с навеянным песчаным наносом слой песка расположен на глубине 50 см, а у бурой солончаковатой почвы этот слой расположен уже в 60 см от поверхности почвы.
На бурой солончаковатой почве с навеянным песчаным наносом (р-10) с координатами N: 46о13'03,7"; E: 53о22'01,0"; h = -26 м видовой состав солей выражается следующим неравенством: NaCl > CaSO4 > MgCl2 > MgSO4 > KCl > Ca(HCO3)2. По расположению в неравенстве водорастворимых солей произошла инверсия. Доминирующим стал хлористый натрий. Токсичный хлористый магний переместился на третье место первой тройки неравенства, а токсичный сульфат магния переместился во вторую тройку, возглавляя ее. Нетоксичный сульфат кальция расположился после хлористого натрия, способствуя снижению токсичности грунтовой воды. В снижении токсичности грунтовой воды соли KCl и Ca(HCO3)2 не играют особо важной роли. В итоге нетоксичные соли составляют - 15,82 %. Токсичным солям принадлежат - 84,18% от общего содержания солей. На бурой солончаковой почве с навеянным песчаным наносом (р-10) токсичность грунтовой воды снизилась до 84,18 %. Здесь механический состав почвы играют главную роль. Особенно имеет значение расположение слоев в почвенных горизонтах и их чередование.
В условиях слоистых почвогрунтов изменяется высота подъема капиллярной влаги. Это главным образом зависит от количества сочетающихся слоев и их механического состава. Она меньше, чем больше слоев и больше разницы между их механическим составом [2]. Все это отражается на ионном составе и на минерализации грунтовой воды.
На приморской примитивной солончаковой почве (р-17) «Восточной Кокарны» с координатами N: 46о13'10,6"; E: 53о17'04,0"; h= -29 м видовой состав солей грунтовой воды выражается следующим неравенством: NaCl > CaSO4> MgCb > KCl > Ca(HCO3)2 > MgSO4. Изменение соотношения ионов в грунтовой воде повлияло на качество и количество гипотетических солей. В первой тройке после хлористого натрия расположилась нетоксичная соль сульфат кальция, способствуя снижению токсичности грунтовой воды. Токсичная соль сульфат магния замыкает неравенство. В результате неток-162
сичные соли составляют - 29,10 %. Токсичным солям принадлежат - 70,9 % от общего содержания солей. Дело в том, что приморская примитивная солончаковая почва (р-17), расположенная в 100 м восточнее дамбы обвалования, состоит из легкого механического состава. Легкий суглинок переходит в желтый песок. Насыщенные в воздухе водяные пары при снижении температуры в ночное время, конденсируясь в слое песка, превращаются в воду. Эти воды, разбавляя грунтовые, снижают их токсичность. В результате, токсичность грунтовых вод снизилась до 70,9 %.
В другой приморской примитивной солончаковой почве (р-18) «Восточной Кокарны» с координатами N: 46о13'37,2"; E: 53о16'58,3"; h = -29 м видовой состав солей грунтовой воды выражается следующим неравенством: NaCl > CaSÜ4 > MgCl2 > MgSÜ4 > KCl > Ca(HCÜ3)2. При сравнении с предыдущей приморской примитивной солончаковой почвой вытекает, что в первой тройке неравенства не произошло никаких изменений. Токсичный сульфат магния переместился во вторую тройку и занимает в неравенстве четвертое место. Хлористый калий и бикарбонат кальция, не разлучаясь друг с другом, замыкают неравенство. Сульфат кальция, находясь на втором месте, снижает токсичность грунтовой воды. В результате нетоксичные соли составляют - 17,92 %. К токсичным солям принадлежит -82,08 % от общего содержания солей.
В самой низкой точке «Восточной Кокарны» на приморской примитивной солончаковой почве (р-19) с координатами N: 46о13'51,3"; E: 53о17'0,05"; h = -33 м видовой состав солей грунтовой воды выражается следующим неравенством: NaCl > MgSÜ4 > MgCl2 > CaSÜ4 > KCl > Ca(HCÜ3)2. Соли по степени токсичности расположились в первой тройке неравенства. Это усиливает токсичность грунтовой воды. Во второй тройке неравенства располагаются нетоксичные для растений соли. Во второй тройке доминирующим является сульфат кальция. Замыкает неравенство бикарбонат кальция. В результате нетоксичные соли составляют лишь - 5,94 %. Токсичным солям принадлежит - 94,06 % от общего содержания солей. Это состояние почвы можно объяснить следующим образом: разрез приморской примитивной солончаковой почвы заложен (р-19) в 360 м восточнее дамбы обвалования. Участок после перепланировки. Плоская влажная равнина. В пределах полуметрового слоя почвы супесь переходит в легкий, затем в средний суглинок. Далее полуметровый слой переходит в ржаво-желтый песок. Здесь самая низкая отметка по абсолютной высоте h = -33 м. Грунтовая вода установилась на отметке 90 см. Капиллярная кайма расположена близко к
163
поверхности, так как при планировке почва уплотняется, увеличивая капиллярные поры, которые способствуют поднятию грунтовой воды к поверхности. При испарении минерализация грунтовой воды повышается. Изменяются соотношения солей, которые влияют на токсичность грунтовой воды, которая составляет - 94,06 %.
Метаморфизация воды из нагона Каспия происходит при увеличении суммарной концентрации солей, а также изменения их соотношения во времени [7]. Видовой состав солей при минерализации 59,20 г/дм3 выражается неравенством: NaCl > MgSO4 > CaSO4 > MgCb > KCl > Ca(HCO3b Происходит преобразование свойства нагонной воды. Повышается содержание сульфатных солей. Сульфат кальция расположился на третьей ступеньке первой тройки. Хлористый магний попал во вторую тройку, занимая четвертую ступень по химическому содержанию. Замыкает неравенство бикарбонат кальция. В результате нетоксичные для растений соли составляют лишь 12,45 %. Токсичным принадлежат 87,55 % от общего содержания солей.
В заключении отметим, что в динамике видового состава солей грунтовых вод и вод из нагона Каспия доминирующим является NaCl. Высокое значение NaCl отмечено на рекультивационных участках, где содержание его колеблется от 108,26 до 185,52 г/дм3. Лишь на рекультивированном участке 2010 г. его содержание снижается до 23,88 г/дм3. На нетронутых рекультивацией почвах месторождений «Караарна» содержание NaCl колеблется от 88,13 г/дм3 до 103,18 г/дм3. Притом, высокое значение отмечено в солончаке приморском. На месторождении «Восточная Кокарна» содержание NaCl незначительно снижается в связи со снижением минерализации грунтовых вод. Как известно, содержание натрия и хлора возрастает с повышением минерализации грунтовых вод. В водах из нагона Каспия хлористый натрий составляет 37,74 г/дм3. На рекультивационных участках второе место в неравенстве занимает соль MgCl2. Лишь на рекультивационном участке (р-4) 2012 г. MgCl2 перешел в MgSO4. На нетронутых рекультивацией почвах месторождения «Кара-арна» второе место в порядке неравенства, чередуясь занимают соли MgSO4 и CaSO4. Такая обстановка наблюдается и на месторождении «Восточная Кокар-на» и в воде из нагона Каспия. По-видимому, это связано со снижением минерализации грунтовых вод и вод из нагона Каспия. Как известно, с изменением минерализации воды происходит метаморфизация в ионном составе воды. На рекультивационных участках третью ступень в неравенстве занимают токсичные для растений соли. Лишь в поле нефтяной эмульсии, на участке подготовленном для рекультивации, на этих местах расположен нетоксичный CaSO4. 164
На нетронутых рекультивацией участках месторождения «Караар-на» третье место в неравенстве занимают токсичные соли MgQ2. Лишь на солончаке приморском на третьем месте располагается нетоксичный Са804. В грунтовых водах «Восточной Кокарны» третье место в неравенстве занимают токсичные соли MgCl2.. В водах из нагона Каспия третье место занимает нетоксичный CaSO4. Во второй тройке неравенства токсичными солями являются MgSO4, а в водах из нагона Каспия токсичной для растений солью является MgCl2.
Выводы
1. В зависимости от природных и техногенных факторов минерализация грунтовых вод повышается, что ведет к их метаморфизации, так же это закономерно и для воды из нагона Каспия. В зависимости от концентрации метаморфизация грунтовой воды идет то в прямом, то в обратном направлении.
2. Грунтовые воды по происхождению являются морскими. Отношение N8/0 то расширяются, то сужаются в зависимости от вида и степени метаморфизации грунтовых вод, но эти отношения всегда меньше единицы. Отношение 0/804 расширяется до 12,70.
3. Самый низкий показатель суммы катионов Ca+Mg отмечен на рекультивированном участке 2010 г. По мере завершения рекультивационных работ сумма катионов Ca+Mg снижается. По-видимому, в процессе рекультивации щелочноземельные элементы Са и Mg вступают в реакцию с функциональными группами примененных реагентов и выпадают в осадок. Такая же закономерность прослеживается для щелочного элемента натрия.
4. Доминирующий гипотетической солью в обоих месторождениях является токсичный для растений хлористый натрий, у которого большой процент приурочен в поле нефтяной эмульсии. По мере завершения ре-культивационных работ токсичность грунтовых вод снижается за счет нетоксичного для растений сульфата кальция. В снижении токсичности гипотетических солей немаловажную роль играет механический состав почвы, ее расположение по горизонтам и количество сочетающихся слоев.
5. Наивысшая токсичность хлор-иона отмечена на рекультивируемом участке 2012 г., где концентрация хлор-иона превысила ПДК в 425 раз. На бурой солончаковой почве месторождения «Караарна» хлор-ионы превысили ПДК в 205 раз, а на солончаке приморском концентрация составила 181ПДК.
165
6. В грунтовых водах «Восточной Кокарны» на приморских примитивных солончаковых почвах хлор-ионы превысили ПДК в 181 раз. В
воде из нагона Каспия превышение ПДК наблюдалось 78 раз.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алекин О.А. Общая гидрохимия. - Л.: Гидрометеоиздат, 1948. - 208 с.
2. Аханов Ж.У. Движение капиллярной влаги в условиях слоистых поч-вогрунтов низовьев р. Чу // Проблемы мелиорации земель республик Средней Азии и Казахстана. - Алма-Ата. 1970. С. 309-314.
3. Базилевич Н.И. Геохимия почв содового засоления. - М.: Наука, 1965. - 47 с.
4. Боровский В.М. Формирование засоленных почв и геохимические провинции Казахстана. - Алма-Ата: Гылым, 1982. - 254 с.
5. Валяшко М.Г. Некоторые общие закономерности формирования химического состава природных вод. // Труды лаборатории гидрогеологических проблем им. Ф.И. Саварянского». - 1958. - Т. 16. - С. 127-140.
6. Вернадский В.И. История минералов земной коры. История природных вод. / Ч.1. Вып. II. III. ОНТИ. 1934-1936
7. Досбергенов С.Н. Изменение гидрохимического режима и грунтовых вод осушенного дна Аральского моря // Проблемы освоения пустынь. - 2001. - № 4. - С. 59-63.
8. Ковда В.А. Происхождение и режим засоленных почв. / Т.1 - М-Л.: Изд. АНСССР, 1946. - 568 с.
9. Овчинников А.М. Общая гидрогеология. - М.: Госгеолиздат, 1949. - С. 36-52.
10. Приклонский В.А., Лаптев Ф.Ф. Физические свойства и химический состав подземных вод. - М.: Госгеолиздат, 1949. - С. 12-32.
11. Сапаров А.С., Фаизов К.Ш., Асанбаев И.К. Почвенно-экологическое состояние Прикаспийского нефтегазового региона и пути его улучшения. - Алматы: 2006. - 146 с.
12. Сулин В.А. Условия образования, основы классификации и состав природных вод. / Часть 1. - М-Л.: Изд. АНСССР, 1948. - 108 с.
Поступила 16.04.2014 Биол. гылымд. канд. С.Н. Досбергенов
ЦАРАРНА ЖЭНЕ ШЫГЫС КвКАРНА М¥НАЙ КЕН ОРЫНДАРЫНДАГЫ ЖЕР АСТЫ СУЛАРЫ МЕН КАСПИЙЩ ТОЛЦЫНДЫ БАСПА СУЛАРЫНЫЦ ГИДРОХИМИЯЛЬЩ РЕЖИМ1
Бул мацалада К^арарна жэне Шыгыс Квкарна мунай кен орындарынъщ аумагына царасты жер асты суларындагы туздардыц
166
сaндъщ жэж тптыц взгeрiстeрi vppacmbipbrngaH. Жeрaсты cyлapындaгы тYздapдыц yыттъlлыгы oндaгы yытты жэж yытты eMec тYздaрдыц e3apa apaцaтынacынa, coH^iMeH цртлр мeхaникaлыц ЦYрaмы MeH оныц топы^ц цaбaттapындa opHaMacy жaгдaйынa бaйлaныcты бoлaды. Хлop-иoндapыныц жoгapы yыттъlлыгы 2012 жыглы peкyлътивaциялaнгaн y49CKede тipкeлiндi. Ол ШРК-daH 425 ece a^m mYcmi. Шелдщ цоцыр copтaцдaнгaн тoпыpaцтapындa бул шaмa ШРК-daH 205 eceгe apтты.
167
