CC BY
4
системе, были [специально сконструированы \ так как выпускаемые промышленностью вентиляторы не обеспечивают достаточного разряжения.
Более чем 2-летняя эксплуатация устройства свидетельствует о том, что оно позволяет одномоментно осуществлять отбор до 140 проб воздуха, причем при переходе от отбора малого количества проб (1—10) к большему (100—120) объемная скорость в каждом из поглотителей, включенных в работу ранее, изменяется незначительно.
При использовании этой системы отбор проб воздуха осуществляется бесшумно, исключается возможность загрязнения воздуха в помещениях, так как аспирационный воздух выбрасывается в атмосферу.
Аспирационная система может быть рекомендована для использования в лабораториях по гигиене и токсикологии полимерных строительных материалов.
Поступила 6/ХИ 1972 г УДК 614.445:551.491
П. М. Виндюков, К. В. Кутаков, К■ И. Акулов, Т. В. Созинова,
И. Н. Яницкий
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННОГО ПОДВИЖНОГО ГЕЛИЯ ДЛЯ САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Всесоюзный научно-исследовательский институт минерального сырья, Москва. Московские областная и городская санэпидстанции, I Московский медицинский институт им. И. М. Сеченова
Причины ухудшения качественных показателей подземных вод весьма многочисленны. Среди них особое место занимает увеличение источников загрязнения на поверхности и условия проникновения этого загрязнения в подземные водоносные горизонты. Если потенциальный источник загрязнения подземных вод, находящийся на поверхности, выявить и оценить сравнительно легко, то определить природные или искусственно созданные условия для проникновения загрязнений в артезианские горизонты достаточно сложнее. В целях разработки и осуществления мероприятий по санитарной охране подземных вод чрезвычайно важно установить области распространения повышенной проницаемости пород и размещение этих областей относительно эксплуатируемых водоносных горизонтов. Для этого может быть использован повсеместно присутствующий в воде природный подвижный гелий.
Гелиевый метод контроля герметичных систем широко применяют в науке и технике. При этом обычно в исследуемый корпус накачивают газо-гелиевую смесь, а с наружной стороны чувствительными приемниками фиксируют интенсивность и место разгерметизации. В геологии получил развитие вариант исследований с использованием естественного поля гелия Земли (А. Н. Еремеев и соавт.), внешние оболочки которой в нормальных условиях слабопроницаемы. При нарушении структуры слоев-экранов, что может быть вызвано как тектоническими (трещины, разрывы), так и фациальнолитологическими (замена по пласту плотных глинистых пород песками) факторами, в приповерхностной области появляются гелиевые аномалии (рис. 1).
Применительно к задачам санитарной охраны водоемов Всесоюзным институтом минерального сырья совместно с Московскими областной и городской санэпидстанциями в 1972 г. были выполнены исследования распределения концентраций гелия.
1 Конструктивная разработка вентиляторов и их изготовление осуществлены К. Д. Ко-
яля.
200 400 600 800 10ОО
о
0.001 0,0! 0.1 1.0
"ч
ДнеИная поверхность
1500
Глубинный источник гелия
Положение фундамента
^Щ/ ШШг Г~7Г\з
Рис. 1. Схема возмущенного поля гелия в подземных водах при фа-циальном (/4) и тектоническом (Б) нарушении экранирующих слоев.
Рис. 2. Кривая распределения гелия по вертикали в подземных водах Московской синеклизы.
1 — непроницаемые слон: 2 — проницаемые водоносные горизонты; 3 — , системы повышенной трещиноватостн
тектонической природы.
При опробовании водоразборных скважин фиксировали растворенный в воде естественный подвижный газ. Зондирование произведено по 320 скважинам, включая и глубокие (более 1000 м). Распределение концентраций гелия по вертикали показано на рис. 2. В развитие прежних представлений (В. С. Голубев и соавт.) вертикальный концентрационный профиль оказался весьма сложным и соответствующим установленной геохимической зональности артезианских вод Московской синеклизы, где выделена область гидрокарбонатных, сульфатных и сильно минерализованных хлоридных вод. Концентрация гелия по разрезу изменяется от 1 • Ю-6 мл/л (приповерхностная часть) до 1 мл]л (глубина около 1000 м), т. е. в пределах 5 порядков.
Наибольший интерес имеет изучение распределения гелия в приповерхностных слоях, т. е. в области низких концентраций, близких равновесным атмосферному воздуху. Эта область совпадает с распространением наиболее ценных, слабо минерализованных вод. Мощность ее в Подмосковье составляет около 200 м (см. рис. 2). Исследования показали, что концентрации гелия здесь в условиях надежных перекрытий между горизонтами слабо отличаются от фоновых (1-10-5—2,5-Ю-4 мл/л1). Примером подобного нормального поля гелия может служить район г. Пушкина, где в Верхнегжельском горизонте (60—80 м от поверхности) фиксируется только 2,5-Ю-5 мл/л, а в Нижнегжельском (120—140 м) — 1,5-Ю-4 мл/л. При наличии зон вертикальной гидравлической связи в тех же горизонтах концентрации в несколько раз возрастают. Так, в районе г. Щелкова, находящегося в зоне влияния Клязьминского разлома, концентрации соответственно составляют 5-Ю-5 и 1,5- Ю-3 мл/л.
Подобные концентрации обнаружены на ряде участков Балашихин-ского, Ногинского, Люберецкого и Ленинского районов, где экранирующие перекрытия артезианских вод обладают малой мощностью или где возможно их тектоническое нарушение. В целом можно отметить, что значительная мощность зоны низких концентраций гелия свидетельствует о благоприятных условиях сохранности и эксплуатации артезианских вод, тогда как малая мощность зоны сигнализирует о естественном утоньшении слоя или о его эксплуатационном истощении.
1 Анализ микроконцентраций проводится на оригинальной аппаратуре, позволяющей фиксировать упругость гелия непосредственно в воде (А. Н. Еремеев и соавт., 1971).
Сн.
Рис. 3. Распределение гелия по эксплуатируемым водоносным горизонтам Подмосковья.
/ — в Верхнегжельском горизонте; 2 — в Нижнегжельском горизонте; 3 — в Мячковско-Подоль-ском горизонте: 4 — в Серпуховско-Окско-Протвинском горизонте; 5 — общая кривая концентраций гелия для глубины 100 ±20 м; А — область; Б — зоны вертикальной гидравлической связи.
Вариации гелия в 4 основных эксплуатирующихся горизонтах артезианских вод — Верхне- и Нижнегжельском, Мячковско-Подольском и Серпуховско-Окско-Протвинском по профилю Загорск — Москва — Ма-лино схематически показаны на рис. 3. В связи с тем что концентрации гелия в верхней области осадочных пород изменяются в больших пределах, для изображения их на графике принят логарифмический масштаб. Кривые послойного распределения отражают наклонное залегание слоев, выходящих на поверхность в южной части профиля, что приводит к общей асимметрии графиков. В ряде пунктов эти плавные кривые возмущены аномалиями. При общем характере аномалий по нижним слоям можно выделить «провалы» по верхнему горизонту, что, вероятно, вызвано нисходящей фильтрацией на него речных вод в зоне рек Клязьмы и Москвы. Такое явление доподлинно зафиксировано, в частности, при опробовании насосной станции № 2 г. Щелкова, расположенной примерно в 0,5 км от русла р. Клязьмы. Отмеченные аномальные возмущения и «провалы» кривых служат признаком разломов или зон вертикальной гидравлической связи. Контрастность поля гелия на уровне 200 м (2,5-102) превосходит многие геохимические индикаторы. Например, концентрации фтора в этой же об-, ласти варьируют от десятых долей до 1—3 мг/л, т. е. примерно только в 10 раз, а общая минерализация воды — в 10—15 раз.
Кроме описанных выше, на рис. 3 помещена кривая изменения концентрации, построенная по равноудаленным от поверхности точкам. Эта
кривая показывает вариации поля гелия по разным водоносным горизонтам Подмосковья на глубине 100±20 м. Приближение горизонтов к поверх- ( ности, как известно, обусловлено их моноклинальным залеганием с погру- 4 жением в северо-восточном направлении. Удовлетворительное совпадение максимумов общей кривой с аномалиями в монослоях подтверждает установленную ранее (А. Н. Еремеев и соавт., 1972) возможность выполнения гелиевой съемки по единому, наиболее информативному уровню.
На указанную закономерную структуру поля гелия, возмущенную аномалиями, иногда накладываются явно техногенные факторы, вероятнее всего, связанные с оборудованием скважин. Так, при обследовании артезианских скважин ЗИЛ (Москва), пробуренных до глубины 250 м и находящихся в аномальной области Московского грабена, в части скважин обнаружены низкие содержания гелия: в том числе определены кон- * центрации его, характерные для вод р. Москвы и для зон инфильтрации в четвертичных отложениях. Это возможно только при дефектах колонн обсадных труб или каналов в затрубном пространстве, которыми связаны различные водоносные горизонты.
Результаты исследований сопоставлены с данными, полученными в течение последних лет рядом учреждений Московской области. Так, инсти- « тутом «Мосгражданпроект», гидрогеологами и другими специалистами на основе длительных наблюдений был зафиксирован ряд участков частыми случаями нестандартности добываемой артезианской воды по бактериальным и физико-химическим свойствам. Это было связано с существованием источников загрязнения на поверхности или в открытых водоемах и обус= ловлено проникновением загрязнений как через естественные зоны (линзы песков, системы трещин), так и через многочисленные искусственные дрены, создаваемые некоторыми организациями при неправильном ведении изыскательных и поисково-разведочных буровых работ. На выявление таких очагов и установление их причин нередко требовались годы. Примером тому служит ранее изученное влияние на подземные воды Люберецких полей фильтрации, сточных вод завода «Акрихин» в Ногинском районе и др. Подобные участки естественной или искусственно созданной вертикальной гидравлической связи в короткий срок были зафиксированы водно-гелиевой съемкой.
Полученные предварительные данные не вскрывают всех возможностей гелиевого метода. Вероятно, этот метод информативен в определении и обосновании санитарно-охранных мер при добыче и использовании минеральных вод и подземных вод для бальнеологических целей. Можно, по-видимому, ориентироваться на применение метода и для определения зон повышенных скоростей движения артезианских вод, проверки качества технического исполнения вновь пробуренных скважин (их заделки, герметизации), а также определения состояния изношенности обсадных колонн действующих скважин. В этом случае для исследований в верхних водоносных горизонтах наряду с естественным полем целесообразно прибегать также к искусственным водно-гелиевым индикаторам. Есть основания полагать, что в практике санитарной охраны подземных вод метод гелиевой съемки в ближайшее время найдет широкое применение. Выполнение подобных <
работ в мировой практике отмечается впервые.
Таким образом, нами предложен оригинальный способ контроля за эксплуатацией подземных водоносных горизонтов, позволяющий устанавливать причины изменения санитарных показателей качества подземных вод, зависящих как от поверхностных загрязнений, так и от усиленного водообмена в водовмещающих породах. Этим методом можно также контролировать качество технического исполнения артезианских скважин.
ЛИТЕРАТУРА. Еремеев А. Н. и др. Изобретения, 1969, № 35. — Е р е -м е е в А. Н., Ершов А. Д., Я н и ц к и й И. Н. В кн.: Геохимические методы при поисках и разведке рудных месторождений. М., 1971, в. 5, с. 49. — Голубев В. С., О с н п о в Ю. Г., Я и и ц к н й И. Н. Геохимия, 1970, № 11, с. 1341.
Поступила 9/1 1973 г.
