CC BY
146
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2009 Геология Вып.11 (37)
УДК 556.314; 624.131.1
Пространственное соотношение химического состава вод иренского водоносного горизонта и карстовых форм (на примере территории г. Кунгура)
В.Н. Катаев, О.М. Лихая, Т.Г. Ковалева, Д.Р. Золотарев, С.В. Щербаков
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15.
E-mail: [email protected]
Приведены результаты качественно-количественного анализа распространения основных морфологических типов карстовых форм (воронок, провалов, полостей), развитых в условиях покрыто-перекрытого сульфатно-карбонатного карста, на фоне пространственной изменчивости залегания и химизма вод иренского водоносного горизонта. Выявленные особенности распространения форм карста могут быть использованы в качестве дополнительных оценочных критериев в комплексе прогнозных показателей карстоопасности при решении вопросов инженерногеологического (карстологического) районирования и вопросов обоснования системы карстомониторинга.
Ключевые слова: карст; полости; провалы; воронки; гидрогеология; химический состав подземных вод.
Введение
Современная концепция безопасной эксплуатации и развития территорий градопромышленных комплексов основана на идее принятия и внедрения «опережающей стратегии безопасного развития» данной территории.
В основе стратегии - градостроительное планирование с учетом природных рисков, управление развитием природно-техногенных процессов и явлений, принятие оперативных решений, основанных на системе прогнозирования возникновения ситуаций снижения устойчивости территории - ситуаций, связанных в основном с возникновением и развитием опасных природных процессов. Предупреждение и прогнозирование, а не ликвидация последствий процессов и явлений - базовый тезис стратегии [10].
1. Особенности гидрогеологической ситуации
В массивах горных пород, сложенных за-карстованными породами, существует эффект
локальных динамичных изменений гидрогеологических и гидрохимических параметров, пространственно связанный с зонами и участками повышенной плотности трещин, дробления пород, зонами разломов. Эффект усиливается в пределах площадей неотектониче-ской активности. Здесь удельные водопритоки достигают максимумов, резко повышается минерализация подземных вод, химический состав вод изменчив во времени. Гидрохимические изменения (изменения содержания основных катионов и анионов) имеют широкий диапазон периодов, в том числе и внутрису-точный. Химический состав подземных вод на таких участках характеризуется наличием широкого спектра гидрохимических фаций, что свидетельствует о наличии зон перетоков подземных вод (вертикальных и латеральных) и, как следствие, о смешении вод различных водоносных горизонтов (водоносных комплексов в перекрывающих и коренных отложениях).
Динамичные изменения параметров водо-обильности и химического состава подземных вод являются показателем локальной активности гидрогеологических процессов, в том
© Катаев В.Н., Лихая О.М., Ковалева Т.Г., Золотарев Д.Р., Щербаков С.В., 2009
66
числе относительно активных процессов подземной эрозии и растворения в результате появления и воздействия эффекта коррозии смешивания. Участки и зоны динамичного изменения гидрогеологических параметров -это места потенциального развития подземных карстовых пустот и провальных карстовых явлений, которые должны быть выявлены и учтены как при проведении прогнозных мероприятий при оценке степени карстоопасно-сти, так и при организации наблюдательной сети мониторинга [7].
2. Г еолого-карстологическое положение
Кунгур находится на юго-востоке Пермского края (рис.1). Он располагается на востоке Восточно-Европейской равнины и входит в состав денудационной равнины Среднего Предуралья, в которой выделяются Сылвин-ско-Иренская наклонно-карстовая низина и Уфимский вал. В строении осадочного чехла территории принимают участие породы пермской, неогеновой и четверичной систем. Кун-гурский ярус пермской системы представлен филипповским и иренским горизонтами. Пер-
вый сложен известняками и доломитами. Иренский горизонт включает семь чередующихся пачек, четыре из которых являются сульфатными и три - карбонатными. Сульфатные породы (гипсы и ангидриты, мощностью от 25 до 90 м) интенсивно закарстованы, а карбонатные (известняки и доломиты мощностью от 50 до 80 м) являются относительным водоупором. Практически повсеместно пермские породы перекрыты рыхлыми четвертичными осадками разного генезиса мощностью от 4 до 40 м, представленными песчано-галечными и суглинистыми отложениями, а также неоген-четвертичными образованиями карстово-обвальных отложений [9].
В соответствии с карстологическим районированием Пермской области исследуемая территория относится к Кунгурскому карстовому участку Нижнесылвенского района гипсового и карбонатно-гипсового карста [3].
Характер литологии пород, слагающих подземное пространство урбанизированной территории, определяет и особенности развития тех или иных типов подземных вод. Территория г. Кунгура входит в провинцию под-
Рис. 1. Местоположение г. Кунгура на карте карстологического районирования Пермской области (фрагмент карты)
земных вод восточной окраины ВосточноЕвропейской платформы и относится к гидрогеологической области карстовых вод Уфимского плато [1,13]. Подземные воды приурочены к четвертичным аллювиальным песчаногалечным и суглинистым отложениям, ирен-ским карбонатно-сульфатным и артинско-филлиповским карбонатным образованиям пермского возраста. Отсутствие региональных водоупоров, а также развитые системы трещин, рассекающих массив и подземные карстовые формы, способствуют гидравлической связи подземных вод. Различная степень проницаемости и различный литологический состав водовмещающих пород обуславливает разную гидродинамику и химический состав как грунтовых, так и трещинно-карстовых вод
[2, 4].
3. Общая характеристика карстовых явлений
На исследуемой территории развиты как поверхностные, так и подземные карстовые формы. Первые представлены карстово-суффозионными деформациями поверхности, выраженными в рельефе двумя морфологическими типами: провалами и воронками. В пределах городской черты обнаружено, зафиксировано и проведено описание 393 карстовых провалов. Большинство (143 шт.) провалов на застроенной территории г. Кун-гура приурочено к площадям распространения третьих надпойменных террас рек Сылвы и Ирени. Линейные размеры зафиксированных карстовых провалов изменяются в пределах от 0.1 до 20.0 м. Большая часть этих форм имеет радиус менее 2.5 м (249 шт.). Глубина провалов изменяется от первых десятков сантиметров до 13 м, но большая часть имеет глубину не более 1 м (184 шт.). Провальные деформации были сформированы в различных литологических типах покровных отложений: суглинках, карстовообвальных, техногенных суглинистых грунтах.
Также на территории города зафиксировано 408 карстовых воронок, абсолютное большинство которых распространено в пределах высоких террас (359 шт.). Площадь воронок изменяется в пределах от 11.5 м2 до 999.99 м2 и в среднем составляет 239.5 м2. Суммарная площадь, занятая воронками на территории Кунгура, составляет 97731.0 м2. Наиболее
крупные воронки приурочены к высоким террасам рек Сылвы и Ирени.
Вскрытые бурением подземные карстовые формы в основном представлены полостями различных размеров и различной степени заполнения [11]. С 1930 по 2006 гг. различными организациями на территории г. Кунгура пробурено 3717 скважин, из которых 297 вскрыли 483 карстовые полости, из них 345 заполнены различными терригенными отложениями, остальные 138 - не заполнены. Большинство (479 шт.) полостей образовано в карбонатно-сульфатных породах иренского горизонта кунгурского яруса нижней перми. Морфометрические параметры (вертикальная мощность) встреченных подземных полостей изменяются от 0.1 до 17.8 м при средней величине 2.2 м. Большая часть карстовых пустот (163 шт.) имеет вертикальную мощность менее 1.0 м. Обнаружено 11 полостей с размером более 10 м. Глубина вскрытия полостей изменяется от 10.0 до 88.2 м (средняя 34.5 м). Преобладающее количество карстовых полостей находится в интервале глубин 20.040.0 м (308 шт.).
4. Подземные воды иренского водоносного горизонта
Определенную роль в формировании закономерностей развития и распределения поверхностных и подземных карстопроявлений играют пространственные особенности залегания, динамики и химизма подземных вод иренского водоносного горизонта. Обводненность пород иренского горизонта имеет спорадический характер. Для горизонта типичны изолированные подземные водотоки. Водо-обильность пород горизонта различна, состав вод преимущественно сульфатный кальциевый с минерализацией до 3.0 г/дм3 [1, 13]. В гидродинамическом отношении воды преимущественно отнесены к двум зонам: вертикальной и горизонтальной циркуляции. Питание вод зоны вертикальной циркуляции происходит за счет атмосферных осадков, скорость движения воды различна и зависит от фильтрационных свойств покровных отложений и заполнителей карстовых каналов, что в конечном итоге определяет и различную минерализацию вод. В зоне вертикальной циркуляции происходит почти полное насыщение воды солями, формирование полостей в бортах долин происходит, главным образом, за счет слабоминерализованных речных вод,
вторгающихся в периоды весенних паводков. Глубина этого внедрения может достигать 1.5—2.0 км. Значительный подъем уровня вод иренских отложений происходит во время бурного снеготаяния, достигая 2-3 м, на приречных сильно закарстованных участках не более 1 м, и во время поводкового периода, когда повышение уровня воды на приречных участках достигает 5-6 м. Относительно слабоминерализованные воды филипповских отложений являются еще одним источником питания вод иренского водоносного горизонта и интенсивно разрушают гипсы и ангидриты в зоне горизонтальной циркуляции. Вследствие этого в приконтактной полосе образуется депрессия на уровне подземных вод. Разгрузка вод иренских отложений происходит в виде многочисленных донных и прирусловых источников [9]. Существенные изменения в условиях питания водоносных горизонтов произошли после сооружения дамб. Однако этот вопрос требует специального изучения.
5. Соотношение глубин залегания уровней подземных вод иренского водоносного горизонта и карстопроявлений
Результаты бурения свидетельствуют о том, что глубина залегания подземных вод иренского водоносного горизонта на территории г. Кунгура в среднем колеблется в интер-
вале 25-40 м, увеличиваясь по направлению к высоким террасам до 70 м и более. Наиболее близко к поверхности земли воды иренского горизонта залегают в междуречье рр. Сылва и Ирень (значения гидроизобат 20 м и менее). Данные о соотношении глубин залегания уровня подземных вод иренского горизонта и карстопроявлений представлены на рис. 2 и 3.
Следует отметить, что максимальное количество зафиксированных карстопроявлений тяготеет к участкам глубинного положения уровня подземных вод в двух интервалах: 2040 м (для карстовых провалов) и 20-40 м и 50-70 м (для карстовых полостей).
Сопоставление абсолютных отметок кровли полостей, поверхностей участков с различной плотностью проявлений провалов и воронок, установившихся уровней подземных вод иренского горизонта и уровней уреза р.Сылвы показывает, что глубинный интервал колебаний уровня подземных вод от меженных к паводковым периодам года является интервалом наиболее оптимальных условий развития подземных форм карста [5].
Этот интервал заключен между абсолютными отметками 95-125 м. В данном интервале сосредоточено 70% вскрытых карстовых полостей. Помимо полостей в отложениях участков, характеризующихся положением уровней подземных вод в указанном глубинном интервале, встречаются также воронки (свыше 30%) и провалы (свыше 50%).
140
120
100
80
60
40
20
0
о"-4
Глубина залегания подземных вод иренского водоносного горизонта, м
□ карстовые провалы
□ карстовые воронки
□ карстовые полости
Рис. 2. Частота встречаемости карстовых форм в пределах территорий с различными глубинами залегания подземных вод отложений иренского горизонта
200
н
Э. 180 I 160
0
¡3 140
1 120
g 100
0
и 80 »
g 60
£ 40
т
1 20 О
^ 0
|-|
Г
ТГ ' т
п П П
ni*
□ карстовые провалы
□ карстовые воронки
□ карстовые полости
Абсолютные отметки уровня залегания подземных вод иренского водоносного горизонта, абс. м
Рис. 3. Частота встречаемости карстовых форм в пределах территорий с различными абсолютными отметками уровней подземных вод иренского водоносного горизонта
6. Химический состав вод иренского горизонта. Общая характеристика
Главной особенностью химизма вод, развитых в толще сульфатно-карбонатного сложения, перекрытых литологически изменчивыми переменной мощности с различной степенью проницаемости терригенными отложениями, является его поликомпонентность и количественная изменчивость анионнокатионного состава во времени. При этом качественно-количественные вариации химического состава вод, особенно в зоне гипергенеза и особенно в пределах урбанизированных территорий, могут иметь как кратковременный (суточный), так и более длительный (годовой, многолетний) циклы, что отмечалось нами ранее для аналогичных геологических условий развития карста [6, 8].
Следствием поликомпонентности вод является полифациальность, проявляющаяся как во времени, так и пространственно. Причины разнообразия химического состава вод имеют природный, техногенный (антропогенный) и смешанный характер. Соподчиненность основных факторов формирования состава подземных вод в зоне гипергенеза применительно к анализируемой территории в данной работе не рассматривается. Следует отметить, что авторы придерживаются общей структуры соподчиненности факторов формирования химического состава подземных вод, сформулированной С.Л. Шварцевым в 1996г. [12].
Анализ изменений усредненных значений общей минерализации вод иренского водоносного горизонта в пределах исследуемой территории явно свидетельствует о прогрессирующем процессе опреснения этих вод в последние 20 лет (рис. 4).
Рис. 4. Диаграмма изменения значений общей минерализации подземных вод иренского водоносного горизонта
На фоне общей тенденции снижения значений минерализации вод, вероятно подчиняющейся многолетнему («вековому») циклу, достаточно четко выделяются 9-11-летние циклы вариаций значений минерализации. Установление характеристических показателей кратковременной цикличности и их связей с факторами процесса карстообразования требуют более детального анализа имеющихся данных.
Причины этого явления окончательно не выявлены. Вместе с тем, на уровне гипотезы, одной из причин тенденции опреснения подземных вод иренского горизонта может быть возрастающая во времени степень «промыто-сти» трещинно-карстовой дренажной системы, обеспечивающей внутримассивные, в данном случае междолинные (Сылва - Ирень) и межпластовые перетоки подземных вод.
Геоморфологическая обстановка наиболее проблемной с позиций карстоопасности территории - узкое и низкое междуречье. Гидродинамическая связь вод речных потоков и подземных вод иренского и верхов филиппов-ского горизонтов определила неустойчивость уровенного режима подземных вод, особенно в периоды нарастания паводков и сброса паводковых вод. Такие периоды возникали и возникают с середины апреля и до начала ледостава - до начала ноября ежегодно.
Достаточно высокая трещинная и трещин-но-каверновая (трещинно-карстовая) проницаемость коренных пород, поровая и трещин-но-поровая проницаемость четвертичных, преимущественно аллювиальных и неоген-четвертичных обвально-карстовых покровов явились дополнительным фактором неустойчивости не только уровенного, гидродинамического, но и гидрохимического режима подземных вод. На данной территории литологическим, геоморфологическим и структурнотектоническим комплексом факторов созданы все условия для смешения и разбавления высокоминерализованных сульфатных и сульфатно-гидрокарбонатных подземных вод речными водами. Здесь созданы природные условия для субгоризонтальных (локализованых и пластовых) и вертикальных напорных перетоков подземных вод из филипповских отложений в иренские и свободных (гравитационных) из иренских отложений в филипповские, а в ряде случаев из рыхлых или сцементированных некарстующихся покровов в кар-стующиеся. При этом атмосферные осадки и антропогенно-техногенные воды практически
беспрепятственно с поверхности проникают в более глубокие горизонты, осложняя как гидродинамическую, так и гидрохимическую ситуацию. Дополнительное осложнение при решении вопросов оценки гидродинамической и гидрохимической ситуации с карстогенетических позиций представляет тот факт, что при разном уровенном режиме речного стока (паводок, межень) одни и те же зоны вертикальных перетоков могут быть напорными (восходящие потоки) и безнапорными (нисходящие потоки).
Все перечисленные условия и факторы прямо или косвенно отражаются в особенностях площадного распределения формационного, фациального, покомпонентного состава и минерализации подземных вод различных водоносных комплексов.
Территория междуречья рр. Сылвы и Ире-ни приурочена к I надпойменной террасе р. Сылвы. Абсолютные отметки поверхности составляют 117-120 м. Превышение над меженным уровнем р. Сылвы (абс. отметка 111.6 м) около 5.5-8.5 м. В периоды весенних паводков (и наводнений) данная территория до сооружения защитных дамб периодически затоплялась. В последнее катастрофическое наводнение 1979 г. высотой 7.8 м наивысший уровень в р.Сылве по створу железнодорожного моста наблюдался 08.05.1979 и соответствовал отметке 119.55 м [4].
По результатам сравнительного анализа химического состава вод водоносных горизонтов, развитых в пределах исследуемой территории, по пятилетним временным интервалам выявлен факт значительного снижения минерализации подземных вод как в перекрывающих делювиально-аллювиальных толщах, так и в водах карстующегося ирен-ского водоносного горизонта. Особенно ярко этот факт проявился после наводнения 1979г. Очевидно, что подобное явление происходило и ранее после наводнений (например, 1902, 1926гг.). Наряду с опреснением подземных вод происходит тотальная и фрагментарная смена преобладающих гидрохимических фаций (рис. 5). Компенсационный период восстановления степени минерализации и частичного восстановления предыдущего фаци-ального спектра наблюдается в последующие за наводнением 5 лет. Однако данные анализа свидетельствуют о том, что полное восстановление степени минерализации (на уровне
и
ч
о
ш
го
■&
к
го
3 2 ги
4 го с ю о и а. П
1966-1975
1976-1985
1986-1995
Периоды наблюдений, гг.
□ С!-804-Ыа+К
□ 804-С!-Ыа+К
□ 804-ИС03-Са
□ 804-Са-С!
□ 804-Са-НС03
□ 804-Са-Ыа+К
□ 804-Са-Ы03
Рис. 5. Диаграмма изменения фациального состава подземных вод иренского водоносного горизонта
предыдущего пятилетнего периода) не происходит.
Выявленное изменение во времени представительности элементов спектра преобладающих гидрофаций происходит на фоне не меняющейся сульфатной формации и характеризуется доминированием 804-Са-ИС0з фации за весь анализируемый период времени. Представительность водных проб, характеризующихся данным фациальным составом, составляет от 47 до 54% в течение всего анализируемого периода.
Меньшим представительством обладают остальные выявленные гидрохимические фации. Особо следует отметить возрастающее от 11 до 21% содержание в водах горизонта иона хлора в составе хлорсодержащей фации (804-Са-С1), как индикатора возрастающего техногенного загрязнения и индикатора снижения степени естественной защищенности вод в результате техногенного преобразования рельефа в границах города.
7. Минерализация вод иренского водоносного горизонта и закарстованность
Минимальные значения минерализации вод иренского водоносного горизонта (от 2 г/дм3 и менее) характерны для вод в прирусловых участках рр. Сылвы и Ирени и в левом
склоне долин р. Сылвы, что обусловлено их разбавлением пресными речными водами. Достаточно высокие значения минерализации (до 16 г/дм3) отмечены в западной части исследованной территории на участках высоких террас с глубиной залегания уровня иренско-го водоносного горизонта более 60 м, где геологический разрез представлен переслаивающимися карбонатно-сульфатными отложениями, перекрытыми обвально-карстовыми отложениями неоген-четвертичного возраста, которые, в свою очередь, покрыты четвертичными аллювиально-делювиальными отложениями. Значения минерализации до 18 г/дм3 зафиксированы в северо-восточной части территории, вблизи массива Ледяная гора. Глубина залегания иренского водоносного горизонта на этих участках 30-40 м, геологический разрез представлен сульфатными отложениями иренского горизонта, которые перекрыты обвально-карстовыми отложениями неоген-четвертичного возраста, покрытыми четвертичными аллювиально-делювиальными отложениями. Максимальные значения минерализации (до 20 г/дм3 и более) зафиксированы в водных пробах, отобранных из скважин, оборудованных на небольшом участке в междуречье рр. Сылвы и Ирени. Глубина залегания вод иренских отложений здесь составляет 20-30 м, в геологическом отношении участок аналогичен предыдущему.
350
300
250
200
150
О
CÛ
Б 100 ф
50
- 1-
г 1
I I
I I
I I
I I
< 2 2-4 4-6 6-8 8-10 10- 12- 14- 16- 18- >20
12 14 16 18 20
Средние значения минерализации подземных вод иренского водоносного горизонта, мг/дм3
0
□ карстовые провалы
□ карстовые воронки
□ карстовые полости
Рис. б. Частота встречаемости карстовых форм в пределах территорий с различными значениями минерализации вод иренского водоносного горизонта
Пространственное сопоставление участков с различной интенсивностью развития карстовых полостей и участков, характеризующихся различной степенью минерализации вод иренского горизонта свидетельствует о том, что большинство вскрытых карстовых полостей выявлено в пределах участков, где распространены воды с минерализацией от 2 до 4 г/дм3 (рис. 6). Количество фиксируемых при бурении полостей резко снижается на участках с более высокими или более низкими значениями минерализации.
Аналогичная закономерность характерна и для распространения карстовых провалов.
Территориальное распространение карстовых воронок также подчиняется данной закономерности, но в менее явном виде. Количество карстовых деформаций в виде воронок изменяется в сторону относительного увеличения на участках, где воды иренского горизонта характеризуются значениями общей минерализации в интервале от 2 до 4 г/дм3.
Корреляционный анализ между площадями участков распространения вод иренского горизонта с различными интервалами значений минерализации и количеством зафиксированных в их пределах карстовых провалов и полостей показывает их тесную связь. Коэффициенты корреляции равны соответственно
0.98 и 0.97. Меньшая степень зависимости наблюдается по отношению к интенсивности развития карстовых воронок, что выражается коэффициентом корреляции, равным 0.76.
S. Фациальный состав вод и закарстованность
Фациальный состав подземных вод ирен-ского водоносного горизонта весьма разнообразен. По результатам химического опробования подземных вод выделено 18 типов фаций, из которых преобладающей в площадном соотношении является гидрохимическая фация SO4-Ca-HCO3, занимающая большую часть обследованной территории (табл. 1).
Такое разнообразие фаций подземных вод во многом объясняется как выщелачивающей деятельностью карстовых вод, так и влиянием на химический состав вод иренского горизонта промышленных и бытовых стоков.
Следует отметить преобладание в подземных водах иренского водоносного горизонта таких анионов, как SO4 и HCO3, а также катионов Са, что очевидно из состава растворимых пород (табл. 1, рис. 7).
Из приведенных данных пространственного сопоставления местоположения карстопро-явлений и участков развития вод того или иного фациального состава очевидна относительно четкая приуроченность преобладающего большинства карстовых провалов и карстовых полостей к территориям с распространением подземных вод SO4-Ca-HCO3 состава. Анализ показывает, что достаточно часто в площадном отношении местоположение про-
вальных деформаций, вскрытых полостей и двух фаций - сульфатно-кальциевые, каль-участков, характеризующихся изменчивостью циево-сульфатные воды), совпадает.
химического состава (спектр как минимум
Таблица 1. Распределение поверхностных и подземных карстовых форм по участкам с различным фациальным составом подземных вод иренского водоносного горизонта
№ п/п Фациальный состав Площадь, км2 Количество карстовых провалов Количество карстовых воронок Количество карстовых полостей
шт. % шт. % шт. %
1 2 3 4 5 б 7 8 9
і SO4-Ca-HCOs 8.3000 155 Só. 1 19 7б.О 2б1 75.4
2 SO4-Cl-Na+K О.О7ОО 1О 5.б О О.О 35 1О.1
3 SO4-Ca-Na+K О.О3ОО 1 О.б О О.О 3 О.9
4 SO4-Ca-NOs О.ОО4О О О.О О О.О О О.О
5 SO4-Cl-Ca О.ОО3О О О.О О О.О О О.О
б SO4-Na+K-Ca О.О1ОО О О.О О О.О О О.О
7 SO4-Ca-Cl О.4ООО 9 5.О О О.О 34 9.S
S SO4-Na+K-Cl О.ОО1О О О.О О О.О О О.О
9 SO4-HCOs-Ca О.15ОО 5 2.S О О.О б 1.7
1О SO4-HCO3-CI О.ОООб О О.О О О.О О О.О
іі Cl-Na+K-SO4 О.О2ОО О О.О б 24.О 1 О.3
12 Cl-SO4-Na+K О.О4ОО О О.О О О.О 3 О.9
13 Cl-SO4-Ca О.ООО4 О О.О О О.О О О.О
14 Ca-HCO3-SO4 О.ОО2О О О.О О О.О О О.О
15 HCO3-SO4-Ca О.ОО1О О О.О О О.О 2 О.б
іб HCO3-Cl-Na+K О.О3ОО О О.О О О.О О О.О
17 HCO3-SO4-Mg О.ОО7О О О.О О О.О О О.О
1S HCO3-SO4-CI О.О1ОО О О.О О О.О 1 О.3
ВСЕГО 9.O79O 18O 1OO.O 25 1OO.O 346 1OO.O
300
250
К
О
а
2 150
и
а
100
50
_а
П -nil
□ карстовые провалы
□ карстовые воронки
□ карстовые полости
SO4- SO4- SO4- SO4- SO4- Cl- Cl- HCO3- HCO3-
Ca- Cl- Ca- Ca-Cl HCO3- Na+K- SO4- SO4- SO4-
HCO3 Na+K Na+K Ca SO4 Na+K Ca Cl
Фациальный состав подземных вод иренского водоносного горизонта
0
Рис. T. Частота встречаемости карстовых форм в пределах территорий с различным фациальным составом подземных вод иренского водоносного горизонта
Участки, где данное совпадение имеет место, могут быть идентифицированы как потенциально опасные с точки зрения интенсивности развития процессов растворения сульфатной толщи. Объясняется это тем, что смена гидрохимической фации может произойти только в том случае, если периодиче-
Выводы
Приведенные результаты пространственного сопоставления гидрохимических особенностей вод иренского водоносного горизонта и основных форм карста, развитых в пределах исследованной территории, позво-
Библиографический список
1. Гидрогеология СССР. Т. XIV. Урал. М.: Недра, 1972. 648 с.
2. Горбунова К.А. Морфология и гидрогеология гипсового карста. Пермь. 1979.
3. Горбунова К.А., Андрейчук В.Н., Костарев
В.П., Максимович Н.Г. Карст и пещеры Пермской области. Пермь: Изд-во Перм. унта, 1992. 200 с.
4. Ежов Ю.А., Дорофеев Е.П., Лукин B.C. Наводнения в районе г. Кунгура (их причины, динамика, прогнозирование и меры борьбы
ски (вероятно, сезонно) концентрация сульфат-иона изменяется - увеличивается или уменьшается, что в свою очередь предполагает периодическое недосыщение водных растворов по сульфат-иону и их соответственную периодически меняющуюся агрессивность по отношению к гипсоангидритам.
ляют сделать вывод о возможности использования подобного анализа в комплексе прогностических мероприятий карстоопасности. Характеристики иренского водоносного горизонта, соответствующие наибольшей интенсивности развития карста, приведены в табл.
2.
с ними). Препринт. Свердловск: УрО АН СССР, 1990. 50 с.
5. Катаев В.Н. Структурно-тектонические условия формирования Кунгурской пещеры // Пещеры. Итоги исследований: межвуз. сб. науч. тр. / Перм. ун-т. Пермь, 1993. С. 121— 130.
6. Катаев В.Н. Гидрогеологические условия Красноясыльского полигона: типы вод, во-допроявления и их химизм // Г идрогеология и карстоведение: межвуз. сб. науч. тр. / Перм. ун-т. Пермь, 2000. Вып. 13. С. 127136.
Таблица 2. Характеристики иренского водоносного горизонта с максимальным развитием карстовых форм (на примере территории г. Кунгура)
Характеристики иренского водоносного горизонта Интервал значений Площадь, км2 Количество карстовых форм, шт.
Карстовые провальные формы
Г лубины зафиксированных установившихся уровней, м 30-40 4.01 99
Абсолютные отметки глубин зафиксированных установившихся уровней, м 105-115 7.41 143
Минерализация вод, г/дм3 2-4 12.78 159
Фациальный состав вод (по Г.А. Максимовичу) SO4-Ca- HCO3 8.30 155
Карстовые воронки
Г лубины зафиксированных установившихся уровней, м >70 1.13 76
Абсолютые отметки глубин зафиксированных установившихся уровней, м 115-125 3.67 86
Минерализация вод, г/дм3 2-4 12.78 66
Фациальный состав вод (по Г.А. Максимовичу) SO4-Ca- HCO3 8.30 19
Карстовые полости
Г лубины зафиксированных установившихся уровней, м 50-60 3.80 118
Абсолютые отметки глубин зафиксированных установившихся уровней, м 105-115 7.41 178
Минерализация вод, г/дм3 2-4 12.78 332
Фациальный состав вод (по Г.А. Максимовичу) SO4-Ca- HCO3 8.30 261
7. Катаев В.Н., Мокрушина О.Ю. Проблемы оценки карстоопасности и организации мероприятий карстомониторинга в пределах градопромышленных агломераций // Город и геологические опасности: материалы ме-ждунар. конф. СПб, 2006. Ч.І С. 90-98.
8. Катаев В.Н., Аксарин В.В. Гидрогеологические факторы карстологического прогноза в пределах центральной части территории г. Кунгура // Геология и полезные ископаемые Западного Урала: материалы регион. науч.-практ. конф. / Перм. ун-т. Пермь, 2007.
С.199-202.
9. Лукин В.С., Ежов Ю.А. Карст и строительство в районе г. Кунгура. Пермь: Перм. кн.
изд-во, 1975. 118 с.
10.Москва: геология и город / под ред. В.И. Осипова, О.П. Медведева. М.: АО «Московские учебники и картолитография», 1997. 400с.
11. СП 11-105-97. Часть II. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов. М.: ПНИИИС, 2000. 93с.
12. Шварцев С.Л. Общая гидрогеология: учеб. для вузов. М.: Недра, 1996. 423с.
13. Шимановский Л.А., Шимановская И.А. Пресные подземные воды Пермской области. Пермь: Перм. книжное изд-во, 1973. 197 с.
Features of chemical composition of water irenskiy water-bearing horizon and distribution of the karst forms (on an example of Kungur territory)
V.N. Kataev, O.M. Likhaya, T.G. Kovaleva, D.R. Zolotarev, S.V. Scherbakov
Perm state university, 614990, Perm, Bukireva St., 15, Email: [email protected]
In this article the results of qualitative-quantitative analysis of the basic morphological types of karst forms distribution, developed in conditions of sulphatic-calcareous karst, on background of spatial variability of site and chemical composition of waters of Irenskiy water-bearing horizon are resulted. The revealed features of distribution of the karst forms can be used as additional estimated criteria in a complex of the forecast parameters of karst dangerous, for solution of questions of engineering-geological zonings and questions of substantiation of karstmonitoring system.
Key words: karst; cavities; falls; sinks; hydrogeologic structure; features of distribution; chemical composition of ground waters.
Рецензент - кандидат геолого-минералогических наук М.Ш. Димухаметов
