CC BY
1
УДК 556.3; 550.46; 550.424.6
doi: 10.55959/MSU0579-9406-4-2024-63-4-61-69
ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД ИЖОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (ЛЕНИНГРАДСКАЯ ОБЛАСТЬ)
1 2 Елена Павловна Каюкова , Сергей Витальевич Жданов ,
Елена Александровна Филимонова3
1 Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия; [email protected]
2 АО «Полиметалл Инжиниринг», Санкт-Петербург, Россия; [email protected]
3 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия; [email protected], https://orcid.org/0000-0001-5915-6278
Аннотация. Качество питьевой воды определяется химическим составом воды и регулируется санитарным законодательством. Ижорское месторождение подземных вод, самое крупное в Ленинградской области, расположено к югу от Санкт-Петербурга на Ижорском плато. Водовмещающие породы сложены трещиноватыми и закарстованными известняками и доломитами (О1-3). Определены и проанализированы приоритетные вещества для оценки качества подземных вод ордовикского водоносного горизонта: общая жесткость, железо, марганец, барий, нитраты. Построена карта нитратного загрязнения подземных вод Ижорского плато.
Ключевые слова: качество питьевых вод, Ижорское месторождение подземных вод, нитратное загрязнение, миграционные формы
Для цитирования: Каюкова Е.П., Жданов С.В., Филимонова Е.А. Особенности химического состава подземных вод Ижорского месторождения (Ленинградская область) // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2024. № 4. С. 61-69.
CHEMICAL COMPOSITION FEATURES OF THE IZHORA GROUNDWATER FIELD (LENINGRAD REGION)
Elena P. Kayukova1, Sergey V. Zhdanov2, Elena A. Filimonova3
1 St. Petersburg State University, St. Petersburg, Russia; [email protected]
2 JSC Polymetal Engineering, St. Petersburg, Russia; [email protected]
3 Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia; [email protected], https://orcid.org/0000-0001-5915-6278
Abstract. Drinking water quality is determined by the chemical composition of water and is regulated by sanitary legislation. Izhora field, located south of St. Petersburg on the Izhora Plateau, is the largest in the Leningrad region. The sediments contain fractured and karst limestones and dolomites (O1-3). The priority indicators of Ordovician aquifer quality in the Izhora groundwater field have been identified. Hardness, iron, manganese, barium, nitrates have been analyzed for assessing the Ordovician aquifer quality. A map of nitrate contamination of groundwater in the Izhora plateau has been constructed.
Keywords: quality of drinking water, Izhora groundwater field, nitrate pollution, transport forms
For citation: Kayukova E.P., Zhdanov S.V, Filimonova E.A. Chemical composition features of the Izhora groundwater field (Leningrad Region). Moscow University Geol. Bull. 2024; 4: 61-69. (In Russ.).
Введение. Основным источником водоснабжения Санкт-Петербурга и ряда населенных пунктов Ленинградской области являются поверхностные воды. Подземные воды являются стратегическим ресурсом, служат альтернативным и резервным источником водоснабжения. В некоторых городах Санкт-Петербургского региона — Пушкин, Гатчина, Ломоносов, Красное Село и др., где позволяют гидрогеологические условия, подземные воды используют для централизованного водоснабжения. К югу от Санкт-Петербурга эксплуатируются четыре участка подземных вод ордовикского горизонта Ижорского месторождения: Красносельский, Варваринский, Гостилицкий и Вильповицкий. Возможны антро-
погенные загрязнения подземных вод, поскольку территория находится в зоне повышенной сельскохозяйственной нагрузки.
Ижорское месторождение подземных вод (площадь — 2300 км2) является самым крупным месторождением в Ленинградской области. На территории Ижорской возвышенности располагаются множество водозаборных скважин, каптажей источников и одиночных скважин, водоотбор из которых составляет около 200 тыс. м3/сут. [Ку-риленко, Жданов, 2013]. Целью работы является изучение химического состава подземных вод Ижорского месторождения, оценка возможности их использования для хозяйственно-питьевого
назначения, выявление территорий, на которых некоторые физико-химические параметры подземных вод не соответствуют современным санитарным нормам. В статье приведены данные геохимического опробования подземных вод Ижорского плато, проведенного авторами; представлены результаты геохимического моделирования миграционных форм, проанализирована их токсичность, построена карта нитратного загрязнения рассматриваемой территории на основе собственных и литературных данных.
Район исследования. Физико-географические условия. Формирование современного рельефа юго-западной части Ленинградской области связано с аккумулятивной денудационной деятельностью древних ледников и их талых вод. Ордовикское плато приурочено к слабо- и неравномерно дренированной Прибалтийской низменности. Для Ижорской возвышенности, расположенной в западной части плато, характерен холмисто-моренный рельеф пла-стово-денудационного типа. Поверхность плоская и достаточно однообразная, с трендом снижения от центра к периферии. Наибольшие абсолютные отметки отмечены на Дудергофских высотах у станции Можайская: горы Воронья (175,9 м) и Ореховая (146,9 м) с крутизной склонов до 30°.
На Ижорском плато в карбонатных породах ордовика, залегающих под валунными суглинками, развит карст. Карстовая денудация составляет около 15,5 м3/год. Наиболее закарстованы участки, приуроченные к зонам тектонических нарушений. Плотность карста на водоразделах Ижорского плато примерно 0,5-1 воронки на 1 км2, в долинах рек — 4-10 воронок на 1 км2, а на отдельных участках Волосовского района — до 150 воронок на 1 км2 [Информационный..., 2023]. Диаметр карстовых воронок — от 0,5 до 30 м, глубина около 0,5-15 м. Дебит карстовых источников в течение года варьирует (до 100 и более раз). Интенсивное развитие карстовых форм способствует инфильтрации атмосферных осадков, поэтому гидрографическая сеть во внутренней части Ижорского плато полностью отсутствует.
Ижорское плато играет роль водораздела правых притоков р. Луги и ряда малых рек, впадающих в Финский залив. Все эти речки генетически связаны с карстовыми источниками плато, разгрузка которых осуществляется в краевых частях плато (например, источники у станции Можайская).
В административном отношении территория Ижорского плато включает Волосовский, Гатчинский, южную часть Ломоносовского, восточную Кингисеппского и северо-западную часть Сланцев-ского районов.
Климат территории умеренно-холодный, переходящий от континентального к морскому, с избыточным увлажнением. Он формируется под воздействием морских атлантических и континентальных воздушных масс, периодических вторжений арктического воздуха и активной циклонической
деятельности. Преобладают ветры юго-западного направления, несущие влажный воздух атлантического происхождения. Наибольшее количество осадков выпадает с апреля по октябрь.
Из публикации [Грейсер, 1991] известно, что за период с 1951-1988 гг. среднемноголетние осадки на Ижорском плато составляли 684 мм, на испарение тратилось 362 мм, т.е. количество осадков превышало испарение. По данным метеостанции г. Во-лосово [Погода., 27.08.2023] за последние 20 лет среднегодовые температуры приземного воздуха составили 4,9 °С (варьируя в диапазоне 1,2-6,7 °С). Среднегодовые количества атмосферных осадков в XXI в. менялись в пределах 189-887 мм, составляя в среднем 659 мм. Конец прошлого столетия характеризуется меньшими количествами осадков и большим разбросом среднегодовых температур приземного воздуха. Тогда же наметилась и сохранилась тенденция к увеличению количества атмосферных осадков с повышением температур приземного воздуха.
В настоящее время количество атмосферных осадков на Ижорском плато около 660 мм/год, примерно 125 дней в году лежит снег до 50 см. До 50% приходной части идет на формирование подземного стока (поверхностный отсутствует), остальное тратится на испарение или питает более глубокие водоносные горизонты.
Геолого-гидрогеологические условия. В северной части Ижорского плато кристаллический фундамент, сложенный гранитами, гнейсо-гранитами и грано-диоритами (AR-PR), залегает на глубине 200 м, в южной — 400 м. Фундамент моноклинально перекрывается осадочным чехлом, который в нижней части состоит из вендских отложений (У^-уг) общей мощностью 150-170 м. Это песчаники с прослоями аргиллитов, алевролитов и тонкослоистых плотных глин в верхней части: от старорусской свиты редкинского горизонта до воронковской и ва-силеостровской свит котлинского горизонта. Выше залегает маломощный (2-10 м) слой нижнекембрийских ломоносовских песчаников (ех1ш). Мощный слой (около 80-120 м) нижнекембрийских сиверских (е^у) гидросдюдистых голубых глин изолирует этот песчаник от карбонатных отложений ордовика (О1-3) [Вербицкий и др., 2012а, 2012б].
Тонкий маркирующий слой нижнеордовикских диктионемовых сланцев (Охкр) и подстилающие оболовые песчаники (О^в) образуют горизонт мощностью от 0,2 до 5 м. Слой содержит много органических веществ и имеет черный цвет. Отличительная особенность сланца — наличие урана, ванадия, молибдена и ряда других элементов.
Ордовикские карбонатные отложения распространены южнее глинта в виде полосы широтного направления (от 3 до 50 км). Они трансгрессивно с неравномерным стратиграфическим перерывом залегают на кембрийских породах. Отложения ордовикской системы представлены тремя отделами.
Рис. 1. Геологическая карта Ижорского плато [Вербицкий и др., 2012б]
Мощность пород нижнего ордовика колеблется от 5 до 15 м, среднего от 70 м до 140 м и верхнего от 0 до 50 м. Это однородная толща различной степени доло-митизированных известняков и доломитов, крепких, трещиноватых, участками закарстованных. Карст развит в известняках ордовика в западной части Силурийского плато на Ижорская возвышенности. В толще известняков встречаются прослои глин и мергелей мощностью от 1-2 до 20-50 см. Нижний отдел представлен песками, песчаниками и глинами. Мощность их возрастает в южном направлении от 0,1-0,2 до 10 м [Гидрогеология..., 1967].
На геологической карте дочетвертичных образований [Вербицкий и др., 2012б] на Ижорском плато выделены следующие подразделения ордовика (рис. 1): объединенные волховская и обуховская свиты (О2у1+оЬ), медниковская свита (02ш^, селецкая свита (03з1), грязновская свита (0^г), шундоровская свита (038и), хревицкая свита (03Ьг), елизаветинская свита (03е1), врудская свита (03уг), изварская свита(031г).
Четвертичные отложения маломощны, неравномерны и хорошо проницаемы.
Согласно гидрогеологическому районированию Ижорское плато является частью Ижорско-Вол-ховского подрайона, примыкающего с юга к Пред-глинтовому подрайону в виде субширотной полосы неправильной формы, оконтуривающей ордовикские отложения на дочетвертичной поверхности. Ижорско-Волховский подрайон входит в состав структуры III порядка Прибалтийско-Ладожского гидрогеологического района, который с Латвийским и Западно-Московским районами располагается в пределах Московского артезианского бассейна (II порядка), занимая северо-западную часть Рус-
ского (Восточно-Европейского) сложного артезианского бассейна I порядка.
Гидрогеологические условия и стратификация рассмотрены по материалам ВСЕГЕИ [Вербицкий и др., 2012а] с привлечением [Гидрогеология., 1967].
На территории в зависимости от геологии и литологии водовмещающих пород существуют различные типы вод: поровые, трещинные, трещин-но-поровые, порово-пластовые, порово-трещинные, карстовые, трещинно-карстовые и прочие. В условиях избыточного увлажнения здесь формируется ряд водоносных горизонтов, которые имеют свои особенности.
Региональным водоупором выступает толща глин верхневендского водоупорного горизонта (У2). Роль другого мощного водоупора играет нижнекембрийский водоупорный горизонт (б^у). Таким образом, в гидрогеологическом разрезе Ижорского плато выделены следующие гидрогеологические подразделения: четвертичный водоносный комплекс, ордовикско-силурийский водоносный горизонт, кембрийско-ордовикский водоносный горизонт, нижнекембрийский водоупорный горизонт, верхне-вендско-нижнекембрийский водоносный горизонт, верхневендский водоупорный горизонт, вендский водоносный комплекс.
Четвертичный водоносный комплекс маломощен, представлен четвертичными наносами, ледниковыми валунными суглинками, глинистыми разностями. Это эоловые, морские, аллювиальные, торфяно-болотные, озерно-ледниковые и другие отложения.
Ордовикско-силурийский водоносный горизонт (О-8) развит под четвертичными отложениями на глубинах не более 30 м (рис. 2). Он приурочен к из-
Финский залив Приневская низменность
Уровень моря
Глинт Ижорское плато
' "-УХ-^0-? Li! Li X
-150 м
100
-0--
+ + + + +
AR-PR
+ + + + + + + + +
+ + + + + TTV + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
Т~г
Известняк
Песчаник
Глина
/ Сланец
-100
I + I Кристаллический L+—+ фундамент
200 1 0 1 КМ
Рис. 2. Гидрогеологический разрез Ижорского плато
вестнякам и доломитам среднего и верхнего ордовика (от волховского до поркунисского горизонта), имеет напорно-безнапорный характер. Питание горизонта осуществляется по всей площади плато за счет инфильтрации атмосферных осадков.
Для толщи карбонатов Ижорского плато характерны трещиноватость разного генезиса и за-карстованность, наиболее интенсивно проявленная в приповерхностной зоне (до глубины 40 м), где развит как древний, так и современный карст. Именно с этими отложениями связаны основные водные ресурсы Ижорского плато.
В предглинтовой полосе горизонт отсутствует. Вдоль глинта ордовикско-силурийский водоносный горизонт дренируется, здесь существует большое количество родников и пластовых выходов подземных вод с дебитами до 20-35 л/с. Родники дают начало многим ручьям и рекам, протекающим по Предглинтовой низменности (реки Черная, Ижора, Дудергофка и др.).
Проводимость ордовикского комплекса неравномерна по площади. Нисходящая разгрузка осуществляется вдоль полосы глинта, напорная — вдоль рек в восточной и южной частях плато. Существуют многочисленные пластовые выходы и источники, к числу последних относятся родники пос. Можайский. По химическому составу подземные воды, как правило, пресные гидрокарбонатные магниево-кальциевые или кальциево-магниевые, умеренно жесткие с рН около 7,5.
На Ижорском плато подземные воды ордовик-ско-силурийского водоносного горизонта — основной источник хозяйственно-питьевого водоснабжения, их также транспортируют на значительные расстояния по водоводам в города Ломоносов, Петергоф, Кронштадт и др.
Методы. В работе использованы данные по химическому составу подземных вод, включающие результаты опробования 2005-2012 гг. Температура, рН, Eh, удельная электропроводность (УЭП) были измерены с использованием портативных приборов фирмы «HANNA» непосредственно на месте отбора пробы. Пробы воды на макрокомпоненты были ото-
браны в литровые пластиковые бутылки, на микрокомпоненты — в пробирки 10-20 мл и подкислены азотной кислотой (2%) для консервации. Пределы обнаружения (в мг/л) для катионов Na+, K+, Ca2+, Mg2+ — 0,001; 0,005; 0,005; 0,0001 соответственно. Концентрация нитратов определялась электрохимическим методом на портативном иономере «И-500» с помощью ионоселективного электрода (предел допускаемой относительной погрешности измерения концентрации — 2 ед. рХ) в лаборатории кафедры гидрогеологии СПбГУ. Радон и радий в подземных водах определяли в лаборатории радиационного контроля кафедры гидрогеологии СПбГУ на сцин-тилляционном аналитическом комплексе «Радэк» по активности у-излучающих радионуклидов.
Гидрохимическое моделирование (расчет миграционных форм растворенных в воде химических элементов) было проведено с использованием программного комплекса The Geochemist's Workbench. Исходными данными для гидрохимического моделирования были результаты опробования химического состава подземных вод. При моделировании миграционных форм использовались стандартные зависимости используемого программного обеспечения [Bethke, et al., 2022].
Построение схемы нитратного загрязнения подземных вод Ижорского плато выполнено в Программном продукте Surfer v. 15.0. Построение изолиний концентрации нитратов в подземных водах строилось методом интерполяции Kriging [Surfer..., 2023].
Результаты и их обсуждение. Всего изучено на макро- и микрокомпоненты 20 образцов подземных вод Ижорского плато, из них 13 проб получено при опробовании скважин, остальные приходятся на источники. Некоторые данные химического состава подземных вод (около 70 образцов) получены из опубликованных материалов [Степанян и др., 2022а, 2022б]. Эти данные использованы для оценки антропогенного загрязнения.
В табл. 1 и 2 приведены данные химического состава изученных подземных вод. Схема на рис. 3 показывает расположение точек полевого опробования, а также циклограммы химического состава
Таблица 1
Макрокомпоненты и некоторые показатели (температура, рН, Eh) в подземных водах ордовикского горизонта
Ижорского плато
Место объекта Тип объекта Глубина, м № на карте (рис. 3) т, °С рН, ед ЕЬ, мВ Ж*, мг-экв./л М**, г/л Ыа К Са Мд нсо3 С1 804
мг/л мг-экв./л
Ключъ*** ист. - 1 7,8 7,3 168 8,4 0,8 31,0 1,35 13,0 0,33 80,0 4,0 54,0 4,44 498,0 8,7 57,5 1,62 60,0 1,25
Вилози*** ист. - 2 8,8 7,2 128 7,2 0,7 15,0 0,65 3,8 0,1 75,0 3,75 42,0 3,45 457,5 7,5 37,6 1,06 38,4 0,8
Пудость ист. - 3 7,7 7,4 109 8,0 0,62 5,4 0,23 3,3 0,09 86,8 4,34 44,0 3,64 429,4 7,04 8,5 0,24 38,4 0,80
Ропша ист. - 4 9,8 7,4 179 7,5 0,60 11,0 0,48 7,5 0,19 79,3 3,97 42,0 3,49 405,0 6,64 11,6 0,33 48,0 1,00
Гостилицы скв. 24 5 7,6 7,4 179 6,1 0,53 15,0 0,65 15,0 0,38 74,0 3,70 28,8 2,37 341,6 5,60 11,4 0,32 47,7 0,99
Верхние Рудицы ист. - 6 7,0 7,5 223 6,2 0,49 3,8 0,17 3,2 0,08 67,7 3,38 34,0 2,80 370,9 6,08 5,7 0,16 5,8 0,12
Воронино ист. - 7 7,6 7,6 195 6,3 0,58 8,0 0,35 44,0 1,13 78,4 3,92 29,0 2,41 395,3 6,48 4,3 0,12 24,5 0,51
Копорье скв. 25 8 10,0 7,5 164 7,8 0,60 6,5 0,28 4,9 0,12 93,5 4,68 38,0 3,09 439,2 7,20 8,8 0,25 14,4 0,30
Ломаха скв. 23 9 11,1 7,3 206 8,9 0,71 16,0 0,70 6,6 0,17 102,2 5,11 46,0 3,77 483,1 7,92 8,5 0,24 50,4 1,05
Савольщина скв. 31 10 10,2 7,5 158 7,0 0,55 1,8 0,08 1,2 0,03 93,8 4,69 28,0 2,29 390,4 6,40 14,2 0,40 19,7 0,41
Сумино скв. 27 11 8,3 7,6 72 6,4 0,60 16,0 0,68 49,0 1,26 84,0 4,20 26,4 2,17 385,5 6,32 8,5 0,24 29,2 0,61
Большая Вруда колодец 5 12 10,1 7,8 158 6,1 0,47 8,2 0,36 3,7 0,10 65,2 3,26 35,0 2,87 336,7 5,52 6,0 0,17 12,5 0,26
Каложицы ист. - 13 7,5 7,6 203 6,8 0,55 3,3 0,14 1,4 0,04 73,2 3,66 38,0 3,10 390,4 6,40 11,4 0,32 33,6 0,70
Федоровка скв. 31 14 11,7 7,6 181 8,0 0,71 3,6 0,16 1,3 0,03 95,2 4,76 38,9 3,20 561,2 9,20 5,1 0,14 7,2 0,15
Алексеевка скв. 29 15 11,1 7,8 134 6,2 0,49 3,3 0,15 1,5 0,04 65,6 3,28 36,0 2,97 351,4 5,76 5,7 0,16 25,0 0,52
Старые Низковицы скв. 27 16 7,8 7,5 143 8,3 0,65 6,4 0,28 3,1 0,08 94,1 4,71 43,0 3,56 458,7 7,52 5,4 0,15 36,5 0,76
Рутелицы скв. 36 17 11,4 7,7 177 7,4 0,58 2,2 0,09 1,8 0,04 77,5 3,88 43,0 3,56 419,7 6,88 5,7 0,16 29,3 0,61
Бегуницы скв. 21 18 10,7 7,6 165 7,5 0,58 19,0 0,83 5,6 0,14 87,1 4,35 38,0 3,10 405,0 6,64 17,0 0,48 7,7 0,16
Зимитицы скв. 27 19 9,3 7,7 154 7,2 0,56 5,7 0,25 2,0 0,05 79,3 3,96 39,0 3,19 390,4 6,40 13,9 0,39 31,7 0,66
Домошово скв. 24 20 8,1 7,7 134 6,7 0,50 5,3 0,25 2,0 0,05 76,8 3,84 34,0 2,81 341,6 5,60 9,4 0,26 27,9 0,58
ПДК - - - - 6-9 - 7,0 1,0 200 - - 50 - 350 500
Примечание. *Жесткость; **Минерализация; ***Источники пос. Можайский. ПДК — предельно допустимые концентрации согласно СанПиН 1.2.3685-21.
Таблица 2
Микрокомпонентный состав подземных вод Ижорского плато, мг/л
№ пробы (рис. 3, табл. 2) 81 8г Бе А1 В Ва Мп Zn Li Т1 Rb А8 РЬ V Сг Си Мо 8е и
1 5,3 0,09 0,01 0,01 0,03 0,16 < 0,003 0,004 < 0,002 0,0002 < 0,0001 0,0006 0,0005 0,0003 0,0005 0,003
2 5,3 0,19 0,04 0,02 0,08 0,18 < 0,007 0,010 0,001 0,002 0,0003 < 0,0002 0,0029 0,0009 0,0009 0,0009 0,012
3 4,6 0,08 0,03 0,01 0,04 0,096 < 0,010 0,004 < 0,002 0,0003 < 0,0002 0,0022 0,0010 0,0005 0,0001 0,001
4 5,1 0,08 0,03 0,01 0,03 0,082 < 0,046 0,004 0,001 0,002 0,0004 < 0,0004 0,0029 0,0020 0,0008 0,0003 0,002
5 4,6 0,09 0,14 0,08 0,04 0,10 0,0005 0,040 0,007 0,003 0,003 0,0004 0,0004 0,0003 0,0024 0,0044 0,0007 0,0005 0,002
6 4,7 0,08 0,19 0,12 0,02 0,078 0,0081 0,193 0,005 0,005 0,002 0,0002 0,0004 0,0005 0,0026 0,0015 0,0000 0,0004 0,002
7 5,1 0,09 0,09 0,05 0,05 0,077 0,0004 0,045 0,003 0,003 0,006 0,0008 0,0001 0,0006 0,0030 0,0029 0,0028 0,0003 0,002
8 4,2 0,08 0,11 0,03 0,02 0,029 0,0035 0,162 0,002 0,002 0,001 0,0002 0,0030 0,0003 0,0032 0,1125 0,0003 0,0001 0,001
9 4,5 0,07 0,00 0,01 0,03 0,28 < 0,040 0,001 < 0,002 0,0001 0,0006 0,0001 < 0,0282 0,0009 0,0008 0,012
10 3,7 0,07 0,06 0,01 0,02 0,042 < 0,366 0,002 < 0,001 0,0001 0,0003 0,0001 0,0018 0,0035 0,0003 0,0000 0,001
11 8,2 0,09 0,74 0,07 0,05 0,040 0,0053 0,026 0,003 0,004 0,006 0,0004 0,0003 0,0005 0,0027 0,0030 0,0005 0,0001 0,001
12 5,2 0,05 0,17 0,02 0,02 0,063 0,0090 0,079 0,002 0,001 0,002 0,0002 0,0002 0,0003 0,0017 0,0020 0,0002 < 0,001
13 4,7 0,04 0,02 0,02 < 0,051 < 0,014 0,001 0,001 0,001 0,0002 < 0,0003 < < < 0,0001 0,001
14 4,3 0,06 0,05 0,01 0,01 0,068 < 0,005 0,002 < 0,001 < 0,0002 0,0001 0,0026 0,0053 0,0004 0,0002 0,001
15 4,4 0,03 0,18 0,10 0,01 0,054 0,0022 0,095 0,001 0,047 0,001 0,0001 0,0011 0,0004 0,0017 0,0011 0,0001 0,0001 0,001
16 4,6 0,09 0,05 0,02 0,04 0,077 < 0,318 0,003 0,001 0,001 0,0002 0,0001 0,0001 0,0027 0,0026 0,0005 0,0000 0,001
17 3,9 0,03 0,04 0,02 0,01 0,017 < 0,126 < 0,001 0,000 0,0004 0,0013 0,0001 0,0014 0,0624 0,0001 < 0,001
18 4,2 0,06 0,06 0,01 0,02 0,037 < 0,030 0,002 0,001 0,003 0,0001 0,0003 < 0,0010 0,0067 0,0000 0,0001 0,001
19 4,3 0,04 0,02 0,01 0,01 0,037 < 0,033 0,002 < 0,001 < < 0,0001 0,0006 0,0009 < 0,0000 0,001
20 5,0 0,05 1,18 0,44 0,01 0,064 0,0475 0,074 0,002 0,011 0,002 0,0006 0,0013 0,0008 0,0021 0,0015 0,0006 0,0001 0,001
ПДК 20 7 0,3 0.2 0,5 0,7 0,1 5 0,03 0,1 0,1 0,1 0,01 0,1 0,05 1,0 0,07 0,01 0,015
Примечание. ПДК — предельно допустимые концентрации согласно СанПиН 1.2.3685-21; < — меньше предела обнаружения.
воды. В результате анализа гидрохимических данных получены формулы Курлова.
Для скважин Ижорского плато (13 образцов):
М (0,5 - 0,7)
НС03 (81 - 97)8Р4(12 -14) С1 (1 - 7) Са(49 - 66) Mg(26 - 47) Ыа(1 -10)
для источников (7 образцов):
М (0,5 - 0,8)
НС03 (75 - 96) Б04(2 -13) С1 (2 -14) Са(40 - 53) Mg(31 - 45) Ыа(2 -13)
рН(7,3 - 7,8
рН(7,2 - 7,6).
Судя по данным (табл. 1) все изученные подземные воды являются жесткими или очень жесткими, более половины образцов не соответствуют современным нормативам по жесткости. Присутствуют отдельные пробы с превышением по магнию. Тем не менее, состав макрокомпонентов достаточно стабилен (рис. 4). Анализ микрокомпонентов выявил превышения ПДК по железу и алюминию (согласно СанПиН 1.2.3685-21). Полученные данные вполне согласуются с проведенными ранее исследованиями
[Шварц, 2005], по данным которых 57% (41 образец) не соответствовали санитарным нормам по железу. На Ижорском месторождении встречаются участки с достаточно высокими концентрациями бария (в трех пробах из 21), что объясняется наличием барий-содержащих минералов [Шварц, 2005].
В процессе работ изучалась естественная радиоактивность подземных вод региона. Особенно тщательно исследовался источник «Ключъ», который активно используется населением в питьевых целях. В результате выяснено, что подземные воды большинства источников п. Можайский не соответствует радиационной безопасности по радону [Каюкова, 2018; Жданов и Каюкова, 2006], самым неблагополучным в этом отношении оказался «Ключъ». Высокие уровни вмешательства радона объясняются поступлением подземных вод, насыщенных радоном из эманирующих ураноносных диктионемовых сланцев. Среднее содержание урана в породе составляет 240 г/т (в 20% случаев содержание урана превышает 300 г/т) [Лебедев и др., 2018].
Рис. 3. Карта фактического материала с циклограммами химического состава
100 100
Рис. 4. Химический состав подземных вод Ижорского месторождения на диаграмме Пайпера
Согласно нормам [СанПиН 1.2.3685-21] и НРБ-99/2009 допускается не более 60 Бк/л. В источнике «Ключъ» выявлены высокие активности радона (табл. 3) [Каюкова, 2018]. На Дудергофской станции осуществляют смешение очищенной невской воды и подземных вод ордовикского водоносного горизонта для достижения соответствия качества водопроводной воды г. Красное село нормам по жесткости и радиационной безопасности.
При оценке качества питьевых вод в Российской Федерации опираются на СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обе-
Таблица 3
Содержание радона и радия (Бк/л) в источниках пос. Можайский (2003-2005)
22^п, Бк/л Уровень вмешательства*
№ пробы Количество определений среднее шт шах Бк/л
21. Ключъ (ул.25 октября) 22 120 ± 15 103 130 60
22. Вилози 2 72 ± 12 70 73
Примечание. *Уровень вмешательства (УВ) — уровень радиационного фактора, при превышении которого следует проводить определенные защитные мероприятия [СанПиН 2.6.1.2523-09].
спечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания», в котором представлены предельно-допустимые концентрации (ПДК) нормируемых компонентов.
Природной особенностью вод ордовикского горизонта являются их повышенная жесткость (медиана 7,3 мг-экв./л), при ПДК 7 мг-экв./л [СанПиН 1.2.3685-21].
Относительно фоновых показателей выявлены повышенные значения минерализации, хлора, сульфатов и нитратов. На некоторых участках содержания нитратов превышают ПДК (45 мг/л). На рис. 5 представлена схема нитратного загрязнения, построенная по авторским и литературным данным [Степанян и др., 2022а, 2022б]. Антропогенное загрязнение связано, главным образом, с влиянием сельского хозяйства.
Рис. 5. Схема нитратного загрязнения подземных вод Ижорского плато
Большое значение при исследовании химического состава и оценке качества питьевых вод имеет изучение миграционных форм химических элементов, поскольку разные формы миграции одного и того же элемента могут оказывать и разное воздействие на организм человека вследствие их различной токсичности. Этим вопросам посвящены работы [Крайнов и др., 2004; Линник и др., 2007; Каюкова и Филимонова, 2022].
Токсичность определяется не общей концентрацией металла в воде, а состоянием, в котором металл обычно мигрирует. Более токсичной является та форма, которая отвечает большей биологической и химической активности металла. Гидратированные (свободные) ионы металлов токсичны [Линник и др., 2007]. Токсичность растворимых в воде веществ обладает большей реакционной способностью и, следовательно, более пропорциональна их растворимости. Например, растворимые соли бария (особенно ВаС12) очень токсичны, нерастворимый BaSO4 нетоксичен совершенно.
Ряд тяжелых металлов (Hg, Pb, Sn, Cd и др.) являются токсичными для человека. Установлено, что наибольшей токсичностью обладают их металлоргани-ческие соединения, которые обладают даже большей токсичностью, чем их свободные (гидратированные) ионы [Крайнов и др., 2004; Линник и др., 2007].
Результаты расчета форм миграции химических элементов в воде (в программе Geochemist's Workbench) показали преобладающие формы. Так, 80-82% миграционных форм кальция и магния присутствуют в водном растворе в форме свободных катионов Ca2+ и Mg2+ (не связанных в комплексные соединения), 10-13% приходится на гидрокарбонатные комплексы CaHCO+ и MgHCO+. Преобладающие миграционные формы щелочных металлов натрия
и калия: (96-97%) и К+ (97%). Основными миграционными формами главных анионов являются: 804- (70%), С1- (98%), НСО- (96%).
Главным образом в виде свободных катионов мигрируют в подземных водах такие металлы как Ва2+ (93%), Li+ (99%), Мп2+ (80%), 8г2+ (90%), Zn2+ (96%). Эти формы токсичны, однако в случае низких массовых концентраций, влияние на организм человека этих форм незначительно. Поскольку в ордовикском горизонте возможны на отдельных участках превышения ПДК по барию и марганцу, необходимо помнить, что формы, в которых мигрируют эти элементы, будут оказывать токсичный эффект на здоровье человека.
Заключение. По химическому составу подземные воды ордовикского горизонта Ижорского плато главным образом пресные щелочные гидрокарбонатные магниево-кальциевые инфильтрационного генезиса. По жесткости в 60% случаев изученных образцов воды выявлено несоответствие современным санитарным нормам. Вода по компонентам общего химического состава и микрокомпонентам, в основном, соответствует требованиям СанПиН 1.2.3685-21, кроме содержаний некоторых микрокомпонентов, в первую очередь железа, а также алюминия и бария. Относительно фоновых уровней выявлены повышенные значения минерализации, хлора, сульфатов и нитратов, что связано с антропогенной деятельностью, в основном за счет сельского хозяйства. Обнаруженные очаги нитратного загрязнения (с концентрациями более 45 мг/л) показали, что они также приурочены к районам ведения сельского хозяйства и животноводства.
Преобладающие миграционные формы главных элементов в подземных водах в основном представлены в виде свободных форм, это справедливо как
для анионов, так и для катионов. Незакомлексованы катионы металлов Ва2+, Li+, Мп2+, 8г2+, Zn2+. В случае высоких массовых концентраций этих элементов в питьевых водах, они будут оказывать токсичный эффект на организм человека.
Воды Дудергофских источников, которые активно используются в нецентрализованном водоснабжении, обладают естественной радиоактивностью за счет контакта подземных вод с диктионемовыми сланцами. Это делает их употребление опасным для здоровья человека. Повышенной радиоактивностью в отличие от других участков обладают подземные
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Вербицкий В.Р., Вербицкий И.В., Васильева О.В., Саванин В.В. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1 : 1 000 000 (третье поколение). Серия Центрально-Европейская. Листы О-35 (Псков), О-36 (Санкт-Петербург). Объяснительная записка. СПб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2012а. 510 с.
Вербицкий В.Р., Яновский А.С., Вербицкий И.В., Васильева О.В. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1 : 1 000 000 (третье поколение). Центрально-Европейская серия. Геологическая карта дочетвертичных образований. Листы О-35 (Псков), О-36 (Санкт-Петербург). СПб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2012б.
Гидрогеология СССР. Том 3. Ленинградская, Псковская и Новгородская области / Под ред. И.К. Зайцева // Сев.-Зап. терр. геол. управление. М.: Недра, 1967. 325 с.
Грейсер Л.Е. Формирование ресурсов подземных вод Ижорского месторождения // Записки Ленинградского горного института им. Г.В. Плеханова. 1991. Т. 129. С. 62-70.
Жданов С.В., Каюкова Е.П. Условия формирования радоновых вод Северо-Западного региона России // Школа экологической геологии и рационального недропользования: Мат-лы конференции. СПб.: СПбГУ, 2006. С. 194-196.
Информационный бюллетень о состоянии недр на территории Российской Федерации в 2022 году. Вып. 45. М.: Гидроспецгеология, 2023. 424 с.
Каюкова Е.П. Дудергофские источники (у Вороньей горы): Памяти А.Н. Воронова / Под ред. Е.П. Каюковой. СПб.: ВВМ, 2018. С. 99-109.
Каюкова Е.П., Филимонова Е.А. Качество пресных подземных вод Горного Крыма (долина р. Бодрак) // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2022. № 1. С. 79-88.
Крайнов С.Р., Рыженко Б.Н., Швец В.М. Геохимия подземных вод. Теоретические, прикладные и экологические аспекты. М.: Наука, 2004. 677 с.
Куриленко В.В., Жданов С.В. Проблемы водопользования Ижорского месторождения подземных вод // Записки Горного института. 2013. Т. 200. С. 216-221.
Лебедев С.В., Рубаник А.В., Климова Л.А. Дудергоф-ские высоты, высокорадиоактивные геологические тела
воды Красносельского участка Ижорского месторождения. На стадии водоподготовки ее разбавляют водой реки Невы, чтобы вода соответствовала современным стандартам качества по жесткости и показателям радиации.
Пресные подземные воды ордовикских отложений — настоящее богатство Санкт-Петербургского региона и его стратегический запас. Подземные воды обладают хорошими питьевыми качествами, однако необходим постоянный мониторинг химического состава вод Ижорского месторождения для своевременного выявления возможных очагов загрязнений.
и экологический риск // Геология, геоэкология, эволюционная география: Колл. монография / Под ред. Е.М. Нестерова, В.А. Снытко. Т. XVII. СПб.: РГПУ им. А.И. Герцена, 2018. С. 153-161.
Линник П.Н., Васильчук Т.А., Линник Р.П. и др. Сосуществующие формы тяжелых металлов в поверхностных водах Украины и роль органических веществ в их миграции // Методы и объекты химического анализа. 2007. Т. 2, № 2. С. 130-145.
Погода и Климат. Справочно-информационный портал. URL: http://www.pogodaiklimat.ru/archive.php (дата обращения: 27.08.2023).
СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».
СанПиН 2.6.1.2523-09. Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009.
Степанян А.А., Еремин Г.Б., Шварц А.А. Гигиеническая оценка качества воды подземных источников питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения Волховского района Ленинградской области // Здоровье населения и качество жизни: Мат-лы IX Всеросс. научно-практ. конф. СПб., 30 марта 2022 г. Т. 2. СПб.: Сев.-Зап. гос. мед. ун-т им. И.И. Мечникова, 2022а. С. 156-162.
Степанян А.А., Исаев Д.С., Еремин Г.Б. и др. Оценка риска здоровью населения при употреблении питьевой воды из подземных источников в Ломоносовском районе Ленинградской области // Фундаментальные и прикладные аспекты анализа риска здоровью населения: Мат-лы научно-практ. конф. Пермь, 2022б. С. 118-127.
Шварц А.А. Химический состав подземных вод Санкт-Петербургского региона в свете новых требований к качеству питьевой воды // Вестник СПбГУ. Серия 7. 2005. Вып. 1. С. 85-93.
Bethke C.M., Farrell B., Yeakel S. The Geochemist's Workbench GWB Essentials Guide. 2022. https://www.gwb.com/ pdf/GWB12/GWBessentials.pdf
Surfer User's Guide Contouring and 3D Surface Mapping for Scientists and Engineers, 2023. https://downloads.golden-software.com/guides/Surfer17UserGuide.pdf
Статья поступила в редакцию 16.12.2023, одобрена после рецензирования 21.03.2024, принята к публикации 18.08.2024
