Содержание к диссертации
Стр.
Введение , 4
Глава 1. Природные условия и антропогенная нагрузка района исследований 9
1.1, Общая физико-географическая характеристика 9
Геоморфологические особенности 14
Геологическое строение и геохимическая специализация пород 16
Тектонические движения 25
Гидрогеологические условия 27
1.6. Антропогенная нагрузка 29
Глава 2. Результаты предшествующих исследований 3S
Глава 3. Методика проведения эколого-геохимических исследований 44
Основные принципы выбора природных сред 46
Методика сбора и обработки информации 48
Полевые исследования 49
Химико-аналитические работы 50
Статистическая обработка геохимических данных 52
Глава 4. Классификация геохимических ландшафтов 59
Глава 5. Геохимические характеристики почв и донных осадков 75
Почвы 75
Донные осадки 90
Донные осадки поверхностных водотоков 92
Донные осадки юго-восточной части Финского залива 104
Глава 6. Оценка эколого-геохимических параметров геологической среды 121
6.1. Геохимическое районирование 121
Природно-техногенные ландшафты 123
Техногенные ландшафты 132
6.2. Экологическая оценка с использованием геохимических данных 136
Основные выводы 151
Список использованной литературы 153
Приложения 1-4 165
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
КЗС - комплекс защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений
ПКЭСА - приближенно-количественный эмиссионный спектральный анализ
AAC - атомно-абсорбционная спектрометрия
РФСА - рентгеноспектральный флуоресцентный анализ
ICP-MS - метод масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой
ICP-AES - метод атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой
ЭГП - экзогенные геологические процессы
Сгарм - среднее гармоническое содержание элемента
С - среднее арифметическое содержание элемента
С - среднее геометрическое содержание элемента
Cj- фактическое содержание элемента
Са-нижнее аномальное содержание элемента
Cmin - минимальное содержание элемента
є - стандартный множитель
Кр - коэффициент расхождения среднего арифметического и среднего гармонического
Кс-коэффициент концентрации элемента
КК - кларк концентрации элемента
г - коэффициент корреляции Пирсона
ПДК - предельно допустимая концентрация элемента
ПДКрх - предельно допустимая концентрация элемента для рыбохозяйственных водоемов
ОДК - ориентировочно допустимая концентрация элемента
ПС - предельное содержание элемента
ДС - допустимое содержание элемента
ДУЗ - допустимый уровень загрязнения химическим элементом
Кпдк - коэффициент концентрации элемента относительно ПДК
Кду, - коэффициент концентрации элемента относительно ДУЗ
Ь„ - геохимический фон содержания элемента
Igeo - геоиндекс Мюллера
Сп - концентрация элемента
2С - суммарный показатель загрязнения
Бср- интегральный оценочный балл
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время территория юго-запада Ленинградской области привлекает внимание в связи с перспективами хозяйственного использования, поисками, разведкой и эксплуатацией месторождений полезных ископаемых. Кроме традиционных видов минерального сырья, применяемого в промышленности (карбонатные породы, торф, сапропель и др.), известны месторождения горючих сланцев и фосфоритов, прогнозируется вкрапленное комплексное оруденение золото-молибден-уран-ванадий-никелевого геохимического типа, обнаружены минералы-спутники алмазов (Информационный отчет..., 2002ф). Широким развитием на территории пользуются породы, содержащие сидерит. В пределах акватории Финского залива распространены железо-марганцевые конкреции (Жамойда и др., 2000ф и др.).
Экономическому развитию юго-запада Ленинградской области способствует хорошо развитая инфраструктура и близость Санкт-Петербурга. Увеличение роста промышленного производства ведет к возрастанию антропогенной нагрузки на рассматриваемую территорию и сопредельные площади. В совокупности с антропогенным воздействием значительное влияние на состояние геологической среды оказывают специфичный состав горных пород и структурно-тектонические особенности района исследований.
Своеобразие юго-запада Ленинградской области определяется наличием уникальных рекреационных зон. Здесь расположены комплексные заказники регионального значения: Кургальский, Котельский, Лебяжий, Гостилицкий, дубрава у д. Велькота, а также радоновые источники и озёра в д. Лопухинка. На южном побережье Финского залива в городах Ломоносов и Петродворец находятся неповторимые садово-парковые комплексы, имеющие большое культурно-историческое значение.
На протяжении почти 30 лет сотрудниками ФГУП «Петербургская комплексная геологическая экспедиция», «ВСЕГЕИ», ГГП «Севзапгеология», «Невскгеология», ГГУШМинерал» проводятся исследования эколого-геохимической направленности в Санкт-Петербургском регионе. Важный вклад в решение проблем, связанных с анализом и оценкой эколого-геохимических параметров геологической среды, внесли Ф.Я.Сапрыкин (1984), А.В.Лапо (1989ф), В.П. Бугылин (1989ф), Э.Я. Яхнин (1994ф), Л.Д. Насонова, Э.Ю. Саммет (1995ф), В.А.Шахвердов (1995ф), Б.Г. Дверницкий (1999ф) и др. Однако, несмотря на значительную изученность, недостаточно внимания уделялось выяснению поведения химических элементов в депонирующих средах, дискуссионными остаются причины возникновения литогеохимических аномалий.
Актуальность работы определяется научно-практической необходимостью обобщения и уточнения обширного геохимического материала по почвам и донным осадкам, а также специального изучения процессов и явлений в геологической среде с целью разработки рекомендаций для проведения оценочных, контрольных, рациональных, восстановительных и оптимизационных мероприятий, которые могут и должны быть применены для территории юго-запада Ленинградской области,
Цель работы состоит в установлении эколого-геохимических закономерностей геологической среды на юго-западе Ленинградской области. Для этого поставлены и решены следующие задачи: 1) уточнение ландшафтно-геохимических условий; 2) выявление ассоциаций химических элементов в почвах и донных осадках и выяснение их пространственного распределения, а также определение уровня содержания элементов в депонирующих средах; 3) обнаружение возможных причин возникновения литогеохимических аномалий; 4) анализ и оценка эколого-геохимических параметров геологической среды.
Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации положен материал, полученный автором в 2000, 2003 и 2004 гг. при полевых работах на юго-западе Ленинградской области, а также любезно предоставленный сотрудниками Л.Б.Скибиной и Е.С.Федотовой (Петербургская комплексная геологическая экспедиция), В.А.Шахвердовым (ВСЕГЕИ) и ОЗ.Тамилиной («Минерал»). Химико-аналитические исследования осуществлялись в лабораториях ОМЭ «Севзапгеология», ВСЕГЕИ, Института минералогии Фрайбергской Горной Академии (Германия). Выполнено более 200 приближенно-количественных эмиссионных спектральных анализов (ПКЭСА) почв и донных осадков (Севзапгеология: спектрограф ДФС-8, О.Ю.Вальтер; ВСЕГЕИ: спектрограф СТЭ-1, Н.П.Баландина). Определен химический состав донных осадков и поверхностных вод р. Луга (9 проб) методами атомно-эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (Институт минералогии ФГА: масс-спектрометр ELAN 1000; масс-спектрометр ELAN 9000, W. Klemm). В рамках работы обработаны результаты более 1000 ПКЭСА почв и донных осадков, около 80 атомно-абсорбционных анализов донных осадков, 613 рентгеноспектральных анализов почв, 65 стандартных химических анализов воды. Обработка аналитических данных производилась с применением пакетов программ Microsoft Excel, Statistica 6.0, Surfer 7.0.
Научная новизна работы. Впервые изучение закономерностей поведения химических элементов в геологической среде проведено с учетом сформировавшихся ландшафтно-геохимических условий на юго-западе Ленинградской области.
На основе полученных геохимических характеристик почв и донных осадков впервые выполнено геохимическое районирование изучаемой площади.
В ходе исследований на современном уровне обозначены и решены некоторые важные с научно-практической точки зрения вопросы о эколого-геохимических особенностях природных сред территории юго-запада Ленинградской области.
Полученная информация позволила сформулировать геохимические принципы эколого-геологического изучения и картирования совмещенных площадей в пределах территорий суши и прилегающих частей акваторий.
На основе ГИС технологий создана специализированная база данных для юго-запада Ленинградской области. База представлена в электронном виде и доступна для эффективного поиска и использования в научных и практических целях имеющейся информации о местоположении пунктов опробования природных сред, результаты химико-аналитических исследований, а также данные статистической обработки для почв, донных осадков и поверхностных вод.
Имеющиеся результаты сопоставлялись с отечественными и зарубежными аналогами (Beuge u.a., 1999; Папин и др., 2000ф; Шахвердов, 2002; Klemm u.a., 2004). В работе использованы современные методические рекомендации и требования к проведению эколого-геохимических исследований ВСЕГИНГЕО (Методические рекомендации..., 1998), ВСЕГЕИ (Камеральная обработка..., 1999), ИМГРЭ (Требования к производствам и результатам..., 2002).
Практическая значимость работы определяется уровнем внедрения целого ряда результатов выполненных исследований в геохимические, геоэкологические, эколого-геологические работы ПКГЭ и ВСЕГЕИ. Полученные данные рекомендуется использовать для дальнейшего изучения процессов и явлений в геологической среде с целью предотвращения или минимизации ее негативных изменений, вызванных природными процессами и под воздействием антропогенной нагрузки, а также для планирования мероприятий, направленных на обеспечение экологической безопасности территории юго-запада Ленинградской области.
Достоверность полученных результатов, выводов и рекомендаций определяется представительностью фактического материала, всесторонними эколого-геохимическими исследованиями с применением современных методов и подходов изучения почвенного покрова и донных осадков, а также подробным анализом опубликованных и фондовых материалов по исследуемой тематике.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на заседаниях отдела Региональной геоэкологии и морской геологии ВСЕГЕИ. Результаты исследований докладывались на Всероссийских и Международных конференциях: научная конференция молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2000), Н-ая Международная Конференция «Геология в Школе и Вузе» (Санкт-Петербург, 200!); в Институте минералогии Фрайбергской Горной Академии (Фрайберг, 2005); на кафедре геохимии геологического факультета СПбГУ (Санкт-Петербург, 2005).
Значительная часть результатов исследований вошла в Информационный отчет о составлении и подготовке к изданию комплектов Госгеолкарты-200 РФ масштаба 1:200 000 (Информационный отчет..., 2002ф).
Исследования проводились в рамках НИР по проекту «Экология поверхностных водотоков» при поддержке программы Леонарда Эйлера, Института минералогии Фрайбергской Горной Академии и кафедры минералогии, кристаллографии и петрографии СПбГГИ (ТУ).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и содержит 196 страниц, включая 25 рисунков, 33 таблицы и 4 приложения. Список литературы содержит 168 наименований. Во введении определены цели, задачи и актуальность работы. В главе 1 дана характеристика природных условий и антропогенной нагрузки изучаемой площади. В главе 2 выполнен обзор предшествующих исследований. В Главе 3 приведена методика эколого-геохимических исследований. Глава 4 посвящена ландшафтно-геохимическим условиям территории юго-запада Ленинградской области. Глава 5 содержит геохимические характеристики почв и донных осадков. В главе 6 выполнено геохимическое районирование и дана экологическая оценка параметров геологической среды с использованием геохимических данных. В заключении представлены основные выводы эколого-геохимических исследований и охарактеризована их научная и практическая значимость.
Благодарности. Диссертационная работа выполнена под руководством кандидата географических наук М.А.Спиридонова, которому автор выражает глубокую признательность. Руководство по геохимической части работы осуществлял кандидат геолого-минералогических наук В.А Шахвердов, которого автор благодарит за ценные критические замечания и советы. Автор сердечно благодарит проф. В.В. Гавриленко (СПбГУ), проф. Ю.Б. Марина (СПбГГИ), Л.Б. Скибину, Е.С. Федотову (ПКГЭ) за предоставление материалов, поддержку при выполнении исследований и текущее
8 обсуждение основных положений диссертации. Автор признателен А.С.Иванскому («ЭКОИНЖИНИРИНГ»), В.О.Ильченко, В.А.Жамойде, Д.В.Рябчук, А.Г.Григорьеву, П.Е.Москаленко, Г.А.Суслову, Н.П. Баландиной, Н.В. Мышкиной, О.И.Евсеевой (ВСЕГЕИ), ЛДНасоновой, Э.Ю.Саммет, А.СЯновскому (ПКГЭ), А.С.Духанину («КАД-КОПИ Сервис») за помощь в оформлении работы и полезные консультации. Особую благодарность автор выражает доктору геолого-минералогических наук, профессору В.Клемму (W.Klemm) за предоставленную научную литературу, ценные советы, возможность обмена опытом с зарубежными специалистами, обеспечение комплекса аналитических исследований в химико-аналитической лаборатории Института минералогии Фрайбергской Горной Академии. Исследования поддержаны фондом Леонарда Эйлера, которому автор также искренне благодарен.
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Под влиянием природных процессов и хозяйственной деятельности человека на юго-западе Ленинградской области сформировались природно-техногенные и техногенные ландшафты, которые по гидрохимическим свойствам природных вод подразделяются на ландшафты кальциевого кислородного, кислого кислородного и кислого глеевого классов. Техногенные ландшафты в соответствии с формой антропогенного воздействия разделяются на три типа: горнопромышленный, городской и транспортно-технический.
Состав и закономерности распределения ассоциаций химических элементов в почвах и донных осадках свидетельствуют о сопоставимом влиянии природных и антропогенных процессов на геологическую среду юго-запада Ленинградской области. Наиболее широким спектром элементов характеризуются антропогенные ассоциации, что обусловлено различными типами источников поступления элементов-загрязнителей в верхнюю часть геологического разреза.
По особенностям поведения химических элементов в почвах и донных осадках выделено 9 геохимических районов, приуроченных к природи о-техногенным ландшафтам, и 5 геохимических районов, - к техногенным ландшафтам. К типоморфным элементам антропогенной деятельности относятся Zn, Pb, Ag, Cr, Cu, Sn, Ni, Sr и Ba. Природные содержания U, P, Mn, Ті, V и Co сопоставимы с концентрациями этих элементов, поступающими в компоненты геологической среды от антропогенных источников, а в отдельных случаях даже их превышают.
