Артезианские бассейны и долины крупных рек
Территория Нижнего Приамурья входит в провинцию железосодержащих и марганецсодержащих пресных подземных вод артезианских бассейнов [4, 7, 13]. Площади распространения подземных вод с повышенными концентрациями железа (до 30 мг/дм3) и марганца (до 2,5 мг/дм3) на территории приурочены к артезианским бассейнам и долинам рек, выполненным рыхлыми осадочными отложениями. Именно с водами этого качества, не удовлетворяющего нормативным показателям для питьевых вод и требующего проведения водоподготовки, связаны крупные месторождения подземных вод, используемые для обеспечения питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения населения.
Формируются эти некондиционные подземные воды в верхних частях геологических разрезов, сложенных четвертичными и неогеновыми аллювиальными отложениями. Благодаря периодическому избыточному увлажнению почв и наличию значительных по размерам заболоченных площадей во впадинах юга Дальнего Востока создаются условия, благоприятные для образования подвижных соединений железа, а сочетание переувлажнения с нисходящими потоками просачивающихся в почву атмосферных осадков определяет условия для миграции таких соединений как по профилю почв через зону аэрации, так и в более глубоко залегающие подземные воды.
В горном обрамлении артезианских бассейнов распространены безжелезистые, до 1 мг/дм3, подземные воды. Количество железа в водах увеличивается мере движения от границ артезианских бассейнов к их центральным частям, где его концентрация местами достигает 50-100 мг/дм3. Одновременно устанавливается закономерный переход от гидрокарбонатных натриевых вод в краевых частях бассейнов через гидрокарбонатные магниево-натриевые к гидрокарбонатным кальциево-железистым в центральных частях. Наблюдается и вертикальная зональность, заключающаяся в закономерном уменьшении концентраций железа с глубиной.
Наиболее крупным артезианским бассейном описываемой территории является Среднеамурский. Здесь установлена широтная зональность концентраций кремния [4, 7]: с юга на север его содержание уменьшается с 10-24 до 5-15 мг/дм3. В других межгорных артезианских бассейнах концентрации кремния в пресных подземных водах достигают 10-20 мг/дм3, а в вулканогенных гидрогеологических бассейнах - 10-33 мг/дм3.
Основной причиной резкого увеличения стока железа в Амуре и ряде рек его бассейна в 1990-е годы [13], по-видимому, являются изменения климатических условий, повлиявших на формирование химического состава подземных вод, - рост температур воздуха и атмосферного увлажнения, которые привели к деградации многолетней мерзлоты в районах близ южной границы ее распространения и, как следствие, к увеличению площади талых почвогрунтов, где были законсервированы подвижные в растворах формы железа. Кроме того, повышение температуры инфильтрующихся атмосферных осадков ускоряет физико-химические процессы растворения минералов и выноса растворимых форм железа из почв и горных пород.
Среди растворенных газов в артезианских водах преобладают газы воздушного происхождения [10]. В ряде депрессий обнаруживается метан, пространственно приуроченный к пластам бурых углей, широко развитым в разрезе чехла артезианских бассейнов. Значительна среди растворенных газов доля углекислого газа. Встречается он как в пределах равнины, так и в горной части, будучи наиболее распространен в переходной зоне (Запад- но-Сихотэ-Алинский вулканогенный бассейн), где имеются многочисленные минеральные углекислые источники.
Зона пресных вод в центральных частях Среднеамурского артезианского бассейна достигает мощности более 500 м. В Удыль-Кизинском и Амуро-Амгуньском артезианских бассейнах она прослеживается, вероятно, вплоть до фундамента, а на периферии крупных артезианских бассейнов распространена до глубины 700-1000 м.
Если среди вод с низкой минерализацией (до 0,2 г/дм3) встречаются воды различного катионного состава (с преобладанием ионов Са2+, Na+, Mg2+ или чаще смешанные), то среди вод с относительно повышенной минерализацией (свыше 0,2 г/дм3) заметно преобладают натриевые. Другая закономерность наблюдается в том, что более глубоко залегающие подземные воды являются и относительно более минерализованными. Воды с минерализацией порядка 0,2-0,3 г/дм3 встречаются и в неглубоких слоях водоносного горизонта (на первых десятках метров), но обратной картины, т.е. наличия вод с минерализацией порядка 0,1 г/дм3 на глубинах 100 м и более, не наблюдается. В единичных скважинах, вскрывающих глубокие водоносные горизонты в чехле артезианских бассейнов, минерализация воды достигает 0,9 г/дм3.
Большой интерес представляют скважины в пос. Маго и с. Орель-Чля в Амуро- Амгуньском артезианском бассейне, вскрывшие высокоминерализованные хлоридные подземные воды в аллювиальных отложениях долины Амура, генетически связанные с влиянием морских вод со стороны Амурского лимана.
Изучение многолетнего гидрохимического режима подземных вод в пределах Среднеамурского артезианского бассейна (в городах Хабаровск и Комсомольск-на-Амуре) показало, что на отдельных участках действующих водозаборов могут происходить преобразования химического состава подземных вод, выраженные в увеличении концентрации железа и марганца. Наиболее интенсивно эти процессы происходят в течение 1-3 мес.
с начала пуска водозабора в эксплуатацию. Механизм увеличения концентраций железа и марганца в подземных водах на участках их эксплуатации связан с увеличением в воде растворенного CO2 за счет активизации процессов окисления органических веществ при снижении уровней подземных вод. Более значительные изменения происходят на участках длительной эксплуатации подземных вод, в результате чего наблюдаются рост общей минерализации, частичное изменение анионного и катионного составов, а также повышение содержаний нормируемых компонентов. подземный вода гидрогеологический бассейн
Водозабор подземных вод Северный в Хабаровске - инфильтрационного типа в аллювиальных отложениях долины Амура. В процессе работы водозабора с 1940-х годов до настоящего времени средняя концентрация железа в эксплуатационных скважинах уменьшилась с 5-20 до 0,1--0,3 мг/дм3, а марганца - с 1,5 - 2,5 до 0,1--0,5 мг/дм3. Из опыта эксплуатации водозабора в течение 30 лет замечено, что средние концентрации железа и марганца в водозаборных скважинах закономерно снижаются, а минерализация воды (сухой остаток) стабильно находится на уровне 60-110 мг/дм3.
На участке Чкаловского месторождения подземных вод в долине горной р. Силинка с начала 1990-х годов работает водозабор ТЭЦ-3 Комсомольска-на-Амуре. За время эксплуатации водозабора концентрация железа в отбираемой подземной воде находится в интервале от 0,1 до 0,5 мг/дм3, тогда как содержание марганца выросло с 0,55 до 0,75 мг/дм3.
Вулканогенные бассейны
Питьевые подземные воды Восточно-Сихотэ-Алинского вулканогенного бассейна прибрежно-морской зоны восточного склона Сихотэ-Алиня служат основным источником питьевого, хозяйственно-бытового и технического водоснабжения населенных пунктов на побережье Татарского пролива.
На этой территории развиты эффузивные и вулканогенно-осадочные образования преимущественно кайнозойского возраста, в составе которых преобладают излияния базальтов [2, 6, 9]. Они образуют Приморскую систему вулканогенных гидрогеологических бассейнов. Общая мощность накопившихся вулканических продуктов колеблется от нескольких сотен метров до 4-5 км [2]. Разгружаются подземные воды на суше в русла рек по речным долинам, а также в акватории Татарского пролива, где существуют мощные субаквальные выходы пресных подземных вод. Субаквальная разгрузка пресных подземных вод была закартирована в прибрежной зоне в бухтах Табо и Чихачева Татарского пролива на глубинах от 1 до 12 м на расстоянии до 1000 м от берега вдоль береговой линии длиной 32 км. В бухте Табо такая разгрузка на дне фиксировалась в виде грифонов высотой до 1 см. Минерализация морских вод в бухте Табо составляет 26,1-29,6 г/дм3 при минерализации в Татарском проливе 31-33 г/дм3.
В пос. Маго под мелкозернистыми песками мощностью 37,5 м были вскрыты миоценовые трещиноватые базальты, содержащие подземную воду хлоридного кальциево-натриевого состава с минерализацией 16,7 г/дм3. Вторая скважина в поселке на глубине 20-25 м в мелкозернистых песках верхнечетвертичного возраста вскрыла воду с содержанием хлоридов 395 мг/дм3 и общей минерализацией до 3 г/дм3.
По химическому составу подземные воды вулканогенных образований гидрокарбонатные кальциево-магниевые или магниево-кальциевые с минерализацией до 0,2 г/дм3. В прибрежной полосе моря минерализация подземных вод в базальтах увеличивается до 0,3-0,7 г/дм3, а химический состав вод становится гидрокарбонатно-хлоридным или хло- ридно-гидрокарбонатным со смешанным катионным составом.
Сложные гидрогеохимические условия участков некоторых водозаборов питьевых подземных вод в населенных пунктах на побережье Татарского пролива обусловлены близостью к морскому побережью. В районе г. Советская Гавань и пос. Де-Кастри зафиксированы случаи интрузии соленых вод к водозаборам питьевых подземных вод, в результате чего эксплуатация скважин была прекращена [9].
Гидрогеологические массивы
В пределах горно-складчатых районов региона, на долю которых приходится более 75 % рассматриваемой территории, широко развиты разломы с выходом по ним трещинно-жильных подземных вод [3, 4]. Тектонически нарушенными являются как осадочные, так и изверженные и метаморфические породы разного возраста. Особенно густая сеть разломов наблюдается в зоне развития мезозойских структур Сихотэ-Алинской ГСО.
Формирование качественного состава подземных вод в трещиноватых породах происходит в зоне свободного гравитационного стока к ближайшим дренам и участках фильтрации напорных вод, приуроченных к тектоническим нарушениям. На участках напорного режима фильтрации подземных вод формирование химического состава происходит в результате смешения вод приповерхностного стока с глубинными минерализованными водами, поднимающимися к поверхности по локальным участкам повышенной трещиноватости пород, приуроченных к тектоническим нарушениям глубокого заложения. Как правило, таким водам присущи аномальные химический и микрокомпонентный составы, а также более высокие параметры минерализации.
Трещинные и трещинно-жильные воды интрузивных образований (верхнемеловых гранодиоритов) формируются в зонах интенсивного водообмена. Наблюдается рост минерализации подземных вод от 0,01 г/дм3 в пределах интенсивно расчлененных массивов до 0,2 г/дм3 в пределах слабо расчлененных массивов. Соответственно меняется и химический состав вод от хлоридно-гидрокарбонатного натриево-кальциевого до гидрокарбонатного магниево-кальциевого. Трещинно-жильные воды зон разломов на участках рудных месторождений часто в связи с окислением сульфидов имеют повышенное содержание сульфатов, железа и микрокомпонентов.
Уникальные материалы по качественному составу подземных вод получены при проходке Кузнецовского тоннеля, пересекающего осевую часть хр. Сихотэ-Алинь. Тоннель располагается в зоне (поясе) питания (поглощения) инфильтрующихся атмосферных осадков, а подходы к нему находятся в зоне постоянной разгрузки подземных вод в днищах долин водотоков [15].
Формирование химического состава подземных вод, обеспечивающих водоприто- ки в систему подземных горных выработок Кузнецовского тоннеля, происходит только в зоне инфильтрационного питания. Питание подземных вод осуществляется в периоды дождей, таяния снега или за счет конденсации водных паров из воздуха в породном массиве. Движение просочившихся вод через зону аэрации вертикально нисходящее в пределах породного массива трещиноватых пород и наклонное при формировании кратковременных потоков подповерхностных подземных вод типа верховодки в щебенчато-глыбовых отложениях водоразделов и склонов.
Минерализация и химический состав подземных вод на восточных (восточный портал Кузнецовского тоннеля) и западных (западный портал тоннеля) склонах хр. Сихотэ-Алинь несколько различаются [15]. Это обусловлено влиянием летних муссонов с Тихого океана, при которых основное количество жидких атмосферных осадков выпадает на восточных склонах хребта. Поэтому минерализация подземных вод в скважинах в зоне постоянной разгрузки подземных вод вблизи восточного портала немного ниже и составляет 123-175 мг/дм3, а у западного портала - 164-229 мг/дм3.
Экологические проблемы использования подземных вод
Фактором, определяющим экологическую безопасность питьевых подземных вод при использовании в городах и населенных пунктах, при прочих равных условиях является структура зоны свободного водообмена, в границах которой происходит формирование ресурсов и качественного состава вод.
Безопасность подземных вод оценивается по следующим параметрам: природное качество подземных вод; защитные свойства и уязвимость горных пород и подземных вод зоны аэрации, перекрывающих и подстилающих водоносных и водоупорных горизонтов и непосредственно объекта исследования - самого водоносного пласта; биогеохимические характеристики активности взаимодействия подземных вод и горных пород в естественных условиях, а также при антропогенном воздействии на систему вода-порода.
Техногенное загрязнение подземных вод установлено в основном в крупных промышленных центрах территории: городах Комсомольск-на-Амуре, Хабаровск и Амурск, поселках Солнечный и Де-Кастри [1, 3, 7]. К площадным источникам загрязнения подземных вод можно отнести крупные золоотвалы Хабаровска, Комсомольска-на-Амуре, Амурска, из которых возможен перенос в подземные воды мышьяка, селена, меди, цинка и серы. К этой же категории источников загрязнения подземных вод относятся илохрани- лища очистных сооружений населенных пунктов.