Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Гидрогеологические особенности развития карбонатного карста Ижорской возвышенности Жданов, Сергей Витальевич

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Жданов, Сергей Витальевич. Гидрогеологические особенности развития карбонатного карста Ижорской возвышенности : диссертация ... кандидата геолого-минералогических наук : 25.00.07 / Жданов Сергей Витальевич; [Место защиты: Нац. минерально-сырьевой ун-т "Горный"].- Санкт-Петербург, 2013.- 179 с.: ил. РГБ ОД, 61 14-4/36

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Изученность территории Ижорской возвышенности и современное состояние проблемы 13

Глава 2 Физико-географические условия Ижорской возвышенности 21

Глава 3 Геологическое строение Ижорской возвышенности . 26

Глава 4 Гидрогеологические условия Ижорской возвышенности 40

4.1 Подземные воды четвертичных отложений 43

4.2 Верхнеэйфельско-нижнефранский водоносный горизонт (D2ef2 - D2fi) 48

4.3 Ордовикский водоносный горизонт (Ог-з) 50

4.4 Кембро-ордовикский водоносный горизонт (CpOi) 61

Глава 5 Развитие карстовых процессов на территории Ижорской возвышенности 63

5.1 Геоморфология 63

5.2 История развития карстовых процессов на территории Ижорской возвышенности 64

5.3 Тектоника и трещиноватость 69

5.4 Типология и морфология карстовых форм 76

5.5 Моделирование фильтрации подземных вод на Ижорской возвышенности 82

5.6 Роль антропогенных факторов в карстообразовании 86

5.7 Закономерности распространения карста 92

Глава 6 Растворение карбонатных горных пород 96

6.1 Обзор ранее произведенных исследований в области гетерогенных взаимодействий 96

6.2 Характеристика гетерогенных процессов 100

6.3 Механизм растворения карбонатов (Модель Пламера) 118

6.4 Равновесная термодинамика карбонатной системы применительно к известнякам Ижорской возвышенности 122

6.5 Расчет скорости денудации Ижорской возвышенности 132

6.6 Гидрогеохимическое моделирование растворения карбонатных горных пород на Ижорской возвышенности 133

Глава 7 Экологически риски развития карстовых процессов на территории Ижорской возвышенности 140

Заключение 154

Список литературы 157

Список иллюстративного материала 169

Введение к работе

Актуальность темы

Территория Ижорской возвышенности включает крупнейшее
в Ленинградской области Ижорское месторождений подземных вод,
приуроченное к ордовикскому водоносному горизонту,
водовмещающими породами являются карстующиеся органогенные,
пелитоморфные известняки, местами неравномерно

доломитизированные. Развитие современных карстовых процессов приурочено к зоне аэрации и верхней части зоны полного водонасыщения. Использования подземных вод для водоснабжения, развитие депрессионных понижений, методичное загрязнение агрессивными стоками приводят к усилению техногенного карбонатного карста, наряду с природным карстообразованием. Каждый год на территории в 1 км образуется от 0,01 до 0,4 нового карстового провала, который может нанести ущерб инфраструктуре, сооружениям и человеческим жизням.

Научно-методическое обоснование и оценка процессов, определяющих развитие поверхностного карбонатного карста, широко представленного в пределах территории Ижорской возвышенности, представляет теоретический и практический интерес для безопасного освоения и проживания на исследуемой территории.

Большой вклад в изучение карстовых процессов, геологического строения и гидрогеологических условий на территории Ижорской возвышенности в различные года внесли: А.С. Николаев, А. И. Коротков, , Г.С. Шарошкина, А.А. Тимонин, В.Г. Богачев, Г.Б. Савенкова, И.В. Баскова, И.М. Кривилевич, В.В. Антонов, Е.Л. Грейсер, Л.Е. Грейсер, В.В. Селадьина, П.К. Коносавский, Р.Э. Дашко, В.А. Кальм, А.А. Рошаль, В.Г. Румынии, Д. Л. Устюгов, А.Н. Воронов, Р.А. Филин др.

Исследователи не уделяли достаточного внимания рассмотрению термодинамики, кинетики растворения карбонатных горных пород и гетерогенных взаимодействий на Ижорской возвышенности. Не была рассчитана скорость растворения карбонатных горных пород, не определялась равновесная

концентрация иона кальция в воде относительно горной породы. Не
учитывался вклад зоны аэрации и зоны полного насыщения в
процесс растворения карбонатных горных пород. Отсутствовала
оценка рисков развития карстовых процессов. Таким образом,
необходимы дополнительные гидрогеохимические и

гидродинамические исследования для выяснения условий карстообразования.

Цель работы является изучение гидрогеологических особенностей и совершенствование научно-методических основ прогноза развития карстовых процессов на территории Ижорской возвышенности, основанной на подсчете рисков.

Основные задачи исследований: 1. Количественная характеристика ордовикского водоносного горизонта, основанная на численной модели фильтрации. 2. Установление факторов обуславливающих развитие карстовых процессов на территории Ижорской возвышенности. 3. Гидрохимическая оценка агрессивности инфильтрационных, подземных вод зоны полного насыщения. 4. Физико-химическое моделирование процесса растворения карбонатных пород 5. Оценка рисков развития карстовых процессов. 6. Совершенствование научно - методических основ прогнозирования карстовых процессов. 7. Научно-методическое обоснование принципов для построения схемы рисков.

Фактический материал и личный вклад автора

В основе работы использован материал, собранный при непосредственном участии автора в совместных работах с ГУП «Водоканал» 2004- 2007 годах и собственных исследованиях в 2012 году, включающих химическое опробование подземных вод.

Личный вклад автора состоит в сборе, анализе и обобщении материалов по геологическим, гидрогеологическим эколого-геологическим и гидрохимическим особенностям территории Ижорской возвышенности, включающие многочисленные литературные и фондовые источники. Автором произведены термодинамические и кинетические расчеты для определения глубины инфильтрации вод и определения доли растворения в зоне

аэрации и зоне полного водонасыщения. На основании установленных закономерностей развития карстовых процессов построена схема факторов обуславливающих развитие карста на Ижорской возвышенности. Рассчитаны риски развития карстовых процессов, на основании которых, построена схема рисков для территории Ижорской возвышенности.

Основные методы исследований

Экспериментальным опробованием подземных вод установлена гидрохимическая зональность инфильтрационных вод и вод зоны насыщения. Для установления термодинамических факторов растворения карбонатных горных пород и развития карстовых процессов использовались расчетные методы равновесной термодинамики. Проведен теоретический анализ минералогического состава, фильтрационных характеристик карстующихся карбонатных горных пород. Контроль термодинамических расчетов и осуществлялся в программах Geochemist's Workbench Essentials и PHREEQC версия 3. Динамика подземных вод моделировалась методом конечных разностей в Modflow (реализовано в рамках пакета Processing Modflow 5.3). Гидрохимическим моделированием определялась глубина инфильтрации агрессивных вод, и устанавливался вклад зоны аэрации и зоны насыщения в растворение карбонатных горных пород. На основе анализа рисков развития карстовых процессов совершенствовались научно - методические основы прогнозирования развития карстовых процессов, оценки ущербов и картирования рисков.

Объект исследований. Процесс развития карбонатного карста на территории Ижорской возвышенности, располагающейся на юго-западе Ленинградской области (Ломоносовский, Гатчинский, Волосовский, Кингисеппский районы).

Организации внедрения результатов исследований. Установленные закономерности развития карстовых процессов на территории Ижорской возвышенности, схема рисков, а также рекомендации по снижению рисков развития карстовых процессов будут использоваться при подготовке проектов строительства новых

сооружений, реконструкции и реставрации зданий организациями: числе ООО «ПИ Геореконструкция». ЗАО «ЛенТИСИЗ», НИИ «Бента», 000 «Геолстрой» установили, что проведенные в диссертации исследования будут учитываться при проведении инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий для строительства на территориях с наибольшим риском образования карста. «Комитет государственного контроля природопользования и экологической безопасности Ленинградской области» рассмотрел и рекомендовал своим сотрудникам учитывать результаты работ при проведении природоохранной деятельности. Результаты работы будут использованы для дальнейших научно-практических исследований и при проведении лекционных и практических занятий в ФГБОУВПО «Санкт-Петербургский государственный университет».

Научная новизна работы. Количественно определен вклад растворения в зоне аэрации и верхней части зоны полного насыщения в общее растворение карбонатных горных пород. Разработан метод определения глубины инфильтрации агрессивных вод на территориях с активным проявлением карстовых процессов и на не закарстованных территориях. Установлены факторы и условия, контролирующие развитие техногенного и природного современного карста. Для территории Ижорской возвышенности рассчитаны экологические риски развития карстовых процессов. Построена схема рисков.

Защищаемые положения

1. На основе полевых наблюдений и гидродинамического моделирования установлено, что природные и техногенные факторы, а именно: наличие систем трещиноватости, повышенное инфильтрационное питание, развитая зона аэрации, наличие в подземных водах повышенных концентраций углекислоты, развитие депрессионных понижений и загрязнения водоносного горизонта органическими кислотами, определили районы развития карбонатного карста в северной и центральной части Ижорской возвышенности.

  1. Термодинамическим и кинетическим моделированием установлено, что инфильтрационное питание, в пределах гетерогенной системы карбонатных горных пород Ижорской возвышенности, сохраняет агрессивность и способность к растворению карбонатных пород до глубины 50 м в сильнотрещиноватых породах и до глубины 5 м в породах с фоновой трещиноватостью, при этом в зоне аэрации растворяется 53 %, а в верхней части зоны полного насыщения 47% растворяемых горных пород.

  2. На основании оценки и картирования развития рисков карстовых процессов на территории Ижорской возвышенности в центральной и северной части были выделены 3 области, характеризующиеся наибольшими значениями рисков проявления карста.

Практическая значимость работы. 1. Установлена мощность преобладающей зоны растворения и выщелачивания карбонатных горных пород на территории Ижорской возвышенности. 2.Оценены риски развития карстовых процессов. 3.Построена схема факторов отвечающих за развитие карстовых процессов на территории Ижорской возвышенности. 4. Построена схема рисков развития карстовых процессов. 5. На основании проведенных исследований составлены рекомендации снижения рисков развития карстовых процессов.

Достоверность научных положений и выводов определяется большим объемом полевых, аналитических и лабораторных исследований с применением современного оборудования, а также близкой сходимостью аналитических данных с результатами других исследователей.

Апробация работы

Изученность территории Ижорской возвышенности и современное состояние проблемы

На территории Ижорской возвышенности в разные годы были проведены исследования подземных вод, геологического строения и экологических особенностей территории. Геологическое строение и гидрогеологические особенности территории, изучались при геолого-гидрогеологических съемочных работах различных масштабов, поисковых и разведочных работах для водоснабжения, мониторинга подземных вод.

История геологических исследований района Санкт-Петербурга и прилегающих территорий начинается с XIX века. Работами Ф.Б. Шмидта в период 1858-1908 гг. была создана классическая стратиграфическая схема верхнего докембрия, кембрия и раннего силура, в настоящее время ордовика, северо-запада русской платформы. В дальнейшем она развивалась и уточнялась в работах В.В. Ламанского (1905 г.), А.П. Карпинского (1919 г.), М.Э. Янишевского (1924 г., 1935г.), Л.Б. Рухина (1939 г.), Т.Н. Алиховой (1949г., 1956 г.) и других при проведении одноверстной геологической съемке в западной части Ленинградской области до станции Копорье.

Первые гидрогеологические работы были проведены М.П. Алтуховым и М.Б. Фейгиным с целью изыскания источников водоснабжения Санкт-Петербурга. Эти исследования были продолжены А.А. Козыревым в 1905 г. и Н.Ф. Погребовым в 1913 г. «Изыскания ключевой воды», была охвачена северозападная часть Ижорской возвышенности (бассейны рек Шингарка, Стрелка, Дудерговка, Ижора). Эти работы сопровождались бурением, опытно-фильтрационными работами и гидрометрическими исследованиями, аналитическими исследованиями химического состава и качества подземных и поверхностных вод. С 1932 г. на рассматриваемой территории 1-ая Силурийская пария проводила режимные наблюдения за уровнями подземных вод, а также на основе детальных гидрогеологических исследований составлена гидрогеологическая карта масштаба 1:42000. Позднее 1-ая Силурийская партия вошла в состав «Севзапгеологии», которая регулярно выпускает информационные бюллетени отражающие результаты мониторинга подземных вод.

Б.П. Асаткин составил в 1941 г. Геологическую карту масштаба 1:1000000 западной части Ленинградской области.

В 1956 г опубликована Госгеолкарта и карта полезных ископаемых (В.А. Селиванова и др.) листов 0-34П и 0-35 в которых был обобщен весь накопленный к тому времени материал. На всей территории проведена комплексная государственная геологическая и гидрогеологическая съемка масштаба 1:200000, примерно на 30% площади Ижорской возвышенности выполнена специализированная гидрогеологическая съемка масштаба 1:50000. Основные работы проводились в 60-80 годах. Территория Ижорской возвышенности располагается на двух листах Государственной геологической съемки - O-35-VI и O-36-I.

Ленинградская геологическая экспедиция Северо-Западного геологического управления провела съемку листа O-35-VI в 1958-1960 г. Была составлена того же масштаба гидрогеологическая карта. По материалам этих работ была издана Госгеолкарта масштаба 1:200000 в 1964 г.

В 1958-1966 г площадь листа O-35-VI была покрыта инженерно-геологической съемкой масштаба 1:50000 с составлением геологических карт дочетвертичных и четвертичных отложений, полезных ископаемых.

Петербургской комплексной геологической экспедицией была проведена работа по составлению и подготовке Государственной гидрогеологической карты СССР серия Ильменская, лист O-36-I к изданию в 1979 г. Карта составлена по материалам гидрогеологических работ: региональных, разведочных, режимных наблюдений. В 1969 г. Павловым Л.Н. дана оценка прогнозных запасов подземных промышленный вод. Позже в 1985-1988 гг. Богдановой Г.И. дана региональная оценка и составлена карта прогнозных эксплуатационных запасов подземных промышленных вод Ленинградской области, в том числе и рассматривались водоносные комплексы Ижорской возвышенности.

В 70-е гг. Северо-Западной гидрогеологической партией по данным многолетнего изучения режима подземных вод подсчитаны эксплуатационные запасы ордовикского водоносного горизонта Ижорского плато (Гасе П.М., Сидельников Е.И. Подсчет эксплуатационных запасов подземных вод ломоносовского горизонта по состоянию на 01.01.1974 западная часть Ленинградской области).

Произведен подсчет запасов ордовикского, кембро-ордовикского, гдовского и межморенного водоносных комплексов (Сапожникова О.П., Алексеева И.А. Подсчет эксплуатационных запасов подземных вод ордовикского и кембро-ордовикского водоносных комплексов 1976г.).

В 1982 г. завершены работы по региональной оценке эксплуатационных запасов подземных вод Ленинградского артезианского бассейна за 1972-1982 гг (Селадина В.В., Рошаль А.А. Отчет по оценке региональных эксплуатационных запасов подземных вод Ленинградского артезианского бассейна за 1972-1982 гг.). Запасы подземных вод основных водоносных горизонтов и комплексов были апробированы в ГКЗ СССР, которые были уточнены в 2001 году. Уточняющий отчет составила Соболева Н.С. Кальм В.А., Шарошкина Н.С. - «Оценка обеспеченности населения Северо-Запада РФ ресурсами подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

В 1989 г. опубликована Госгеолкарта-1000 (новая серия) территория листа 0-35, 36, составленная Ленинградской экспедицией ПГО «Севзапгеология». В комплект геолкарты этих листов входили геологические карты четвертичных и дочетвертичных отложений, полезных ископаемых и подземных вод с обобщенными и проанализированными материалами по состоянию на 1984 г. С 1979 года по 1990 год Николаев А.С, Шарошкина Г.С. и Тимонин А.А. исследовали развитие экзогенных процессов на территории Ижорской возвышенности. Особое внимание уделялось исследованиям карстовых процессов.

В период 1988-1994 гг. на площади листа 035-VI проведено геологическое доизучение с буровыми, гидрогеологическими, геоэкологическими, наземными, геофизическими работами, охватившими весь разрез осадочного чехла. На основании полученных материалов в 1999 г. Петербургская Комплексная Геологическая Экспедиция составила новую Ильменскую легенду второго поколения, в соответствии с которой и последними к ним изменениями и дополнениями составлена актуализированная геологическая основа геологической и гидрогеологической карты по листу O-35-VI.

С 1970 и по настоящее время на всей территории проводились работы по разведке подземных вод для целей водоснабжения населенных пунктов. Работы проводились Грейсером Е.Л., Сорокиной Т.А., Вербовой, Корнеевой и другими. За это время были разведаны эксплуатационные запасы подземных вод, а также спроектированы системы водоснабжения для ряда поселков и городов: Гатчина, Копорье, Гостилицы, Волосово, Сельцо и др.

В 2002 г. составлена гидрогеологическая карта основных водоносных горизонтов (масштаб 1:5 00000) по территории Ленинградской области. Использован геолого-гидродинамический принцип - приоритетом в выделении горизонтов являются тип коллектора и характер циркуляции подземных вод (Саванин B.C. Составление комплекта карт состояния и использования ресурсов подземных вод Ленинградской области масштаба 1:500000).

В 2001 г. в работе Кальм В.А., Шарошкина Н.С. «Оценка обеспеченности населения Северо-Запада РФ ресурсами подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения» для ООО «Атлант», проведено уточнение данных предыдущих работы и приведены прогнозные ресурсы. Также работа содержит оценку прогнозных эксплуатационных ресурсов подземных вод и обеспеченности ими потребностей населения.

Ордовикский водоносный горизонт (Ог-з)

Водоносный горизонт широко распространен на Ижорском плато южнее Ладожско - Балтийского уступа. Он охватывает карбонатную толщу от волховского до оандуского стратиграфических горизонтов.

На большей части территории водоносный горизонт залегает непосредственно под четвертичными образованиями на глубине 1,5-3,0 м, редко 10 м и лишь на небольших площадях в восточной и юго-восточной частях территории погружается под средне и верхнедевонские образования на глубину 25 - 60 м . От нижележащего кембро-ордовикского водоносного горизонта он отделен тремадокским (копорско-леэтским) относительным водоупором.

Мощность горизонта увеличивается по падению от 5-10 м в приглинтовой полосе до 120 м в южной части территории за счет наращивания более молодых слоев ордовика. Водовмещающие породы представлены известняками и доломитами в различной степени трещиноватыми и закарстованными с редкими прослоями мергелей и глин (Грейсер Е.Л Отчет о предварительной и детальной разведке подземных вод для водоснабжения г. Ломоносов, Кронштадт, Петродворец, 1989// ФБУ «ТФГИ по СЗФО» ф. 26325).

На территории Ижорского плато широко развит карст, который представлен различными поверхностными формами: воронки, долины и ложбины. Степень закарстованности карбонатных пород, как по площади, так и в вертикальном разрезе неравномерная. В результате проведенных многими авторами разведочных работ на воду на территории Ижорского плато установлено, что наиболее трещиноватая и закарстованная «активная зона» выделяется в верхней части водоносного горизонта до глубины 20-30 м, причем максимально трещиноватой является верхняя 5-10 метровая зона. Ниже трещиноватость затухает, что подтверждается данными керна скважин и опытно-фильтрационными работами.

Ордовикский горизонт содержит, как правило, безнапорные воды. Уровненная поверхность в сглаженной форме повторяет рельеф дневной поверхности. Глубина залегания уровня изменяется от 1 до 30 м (абс. отм. 90-135 м). Движение потока подземных вод на территории плато происходит от его центральной части к периферии. Абсолютные отметки уменьшаются от 135 до 90 м. В юго-восточной части территории, где ордовикский водоносный горизонт погружается под среднедевонские образования, подземные воды приобретают напор до 40 м.

Питание водоносного горизонта происходит на всей площади его распространения за счет инфильтрации атмосферных осадков. Дренирование осуществляется вдоль глинта, о чем свидетельствуют многочисленные родники и пластовые выходы подземных вод. Дебиты отдельных родников составляют 20-35 л/с, а суммарный дебит групп родников достигает 150-280 л/с. Родники дают начало многим ручьям и рекам, протекающим по Предглинтовой низменности (реки Черная, Ижора, Дудергофка и др.). Среди них р. Шингарка, каптированный сток которой используется для питания Петергофских фонтанов и водоснабжения г. Петродворца.

Неравномерная трещиноватость и закарстованность карбонатных пород обуславливает изменения их фильтрационных свойств. Удельный дебит скважин колеблется от 0,2 до 20,0 л/с, чаще 0,3-0,5 л/с, величина водопроводимости по площади изменяется от 100 до 5000 и более м /сут.

Защищенность ордовикского водоносного горизонта. Степень естественной защищенности от загрязнений подземных вод, определялась по методике разработанной В.М. Гольдбергом, которая основана на бальной системе оценке глубины залегания зеркала грунтовых вод, фильтрационным характеристикам и мощности покрывающих легких суглинков. Глубина залегания подземных вод ордовикского водоносного горизонта составляет 10 м -20 м - 2 балла по методике В.М Гольдберга. Мощность перекрывающих суглинков в среднем по Ижорской возвышенности составляет 1-4 м (исключение Дудергофские высоты), их фильтрационные свойства соответствуют классу а, что составляет 2 балла по методике оценки защищенности подземных вод. Суммарное количество баллов 4. Подземные воды ордовикского горизонта относятся к I категории защищенности, т.е. подземные воды не защищены от загрязнения с поверхности (Жданов СВ., Куриленко В.В. Проблемы водопользования Ижорского месторождения подземных вод // Записки Горного института. 2013. №200. С. 216-221.).

Загрязнение с большей скоростью распространяется по закарстованным, трещиноватым карбонатным горным породам.

Гидрохимический состав подземных вод Ижорской возвышенности по данным опробования в 2007 и 2012 годах. Территория Ижорской возвышенности относится к районам интенсивного хозяйственного освоения. На территории Ижорской возвышенности находятся объекты сельского хозяйства: птицефабрики, хранилища удобрений, подземные газохранилища, полигоны ТБО, химические предприятия, свалки, склады ГСМ, полигоны, разветвленная сеть автодорог с АЗС. Приведенные выше объекты хозяйственной деятельности человека во многих случаях располагаются поблизости от водозаборов подземных вод. Интенсивное влияние на состояние окружающей среды оказывает агломерация г. Санкт-Петербург с размещенными производствами. Для территории Ижорской возвышенности, учитывая розу ветров (преимущественно северо-западное и западное направление), значимое влияние имеет трансграничный перенос. Воздействие на подземные воды «кислотных дождей» и загрязняющих веществ - атмосферных мигрантов опосредовано буферной способностью биоты и почв. На территории Ижорской возвышенности развита авто и железнодорожная сеть. Наиболее интенсивное движение автотранспорта осуществляется по трассе «Нарва». Вокруг дорог формируются геохимические аномалии свинца в почвах в связи с широким использованием тетраэтилсвинца, как присадки к топливу. Ширина влияния основных автотрасс составляет около 200 м.

На исследуемой территории активно развивается садоводческое строительство, в результате которого образуется дополнительный объем мусора, использование на территории удобрений, влияет на загрязнение подземных вод. В 2007 и 2012 годах на территории Ижорской возвышенности автором было произведено опробование подземных вод ордовикского комплекса на территории Ижорской возвышенности для определения химического состава и выявления возможных загрязнителей.

В июле 2007 году было опробовано 50 водопунктов - скважин, водозаборов, источников, колодцев. Пробы отбирались на общий анализ, анализ микрокомпонентов, определялось содержание нитрат иона и радиоактивного газа - радона. В августе 2012 году был опробован 21 водопункт - скважины и источники. Пробы отбирались на общий анализ и анализ микрокомпонентов (Жданов СВ. Записки Горного института. 2013. №200. с. 216-221).

Подземные воды ордовикского комплекса преимущественно гидрокарбонатно-кальциевого состава в соответствии с рисунком 4.1 и рисунком 4.2. Минерализация варьирует в диапазоне значений от 450 мг/л до 927 мг/л, воды пресные. Жесткость варьирует в диапазоне значений от 5,7 до 10,7 мг-экв/л, подземные воды жесткие или очень жесткие. Значения рН варьируют в диапазоне 7,24-7,8. Значения Eh варьируют в диапазоне 72 - 223 мВ, что свидетельствует о восстановительной обстановке среды. Вариации химического состава подземных вод опробованных в 2012 году относительно 2007 года составили не более 15%.

Закономерности распространения карста

Распространение карста на Ижорской возвышенности связано с особенностями строения территории, обусловленными историей геологического развития. Наиболее важными закономерностями распространения карста являются следующие:

1. Повышенная закарстованность отмечается на возвышенных в рельефе участках холмисто-грядовой равнины.

2. На ледниковой слабоволнистой равнине отмечается широкое распространение, в основном, блюдцеобразных карстовых воронок, в пределах же холмисто моренной равнины, чаще встречаются конусообразные и чашеобразные воронки.

3. Наибольшее скопление карстовых форм приурочено к участкам, где четвертичные отложения представлены породами повышенной водопроницаемости - песчаными и суесчаными разностями, в наибольшей степени склонными к суффозии.

4. С уменьшением мощности рыхлых отложений, при прочих равных условиях, увеличивается пораженность поверхности карстовыми формами.

5. К областям развития локальной морены напора приурочена высокая закарстованность.

6. На участках с небольшой мощностью суглинистой морены обычно формируются мелкие воронки блюдцеобразной формы, а в областях развития локальной известняковой морены - воронки конусообразной и чашеобразной форм (Николаев А.С. Отчет ФБУ «ТФГИ по СЗФО» 1990 г).

7. Повышенная закарстованность наблюдается в зоне выклинивания карбонатных пород на склоне Ордовикского глинта.

8. Процессы карстообразования, выражающиеся в приуроченности свежих карстовых провалов к участкам, интенсивно пораженным более древними карстовыми формами.

9. Наиболее важную и определяющую роль на развитие карста Ижорского плато оказывают тектонические трещины, которые четко проявляются в линейных элементах рельефа (линеаментах) и фиксируются прямыми наблюдениями в обнажениях.

10. Ориентировка длинных осей воронок и их цепочек совпадает с направлениями господствующей трещиноватости - СЗ- 320-330 и СВ - 30-50.

11. При пересечении линеаменты нередко образуют в плане ромбовидные отдельности с длиной сторон, достигающей 4 км.

12. Наиболее крупные поверхностные и глубинные формы карста часто приурочены к узлам пересечения тектонических трещин, выраженных в плане линеаментами.

13. Интенсивная поверхностная закарстованность отмечается в зоне дренажа и разгрузки вдоль склона - глинта Ижорского плато, для которой характерно: сезонное осушение больших площадей, значительная амплитуда колебания уровней подземных и трещинно-карстовых вод.

14. Наиболее трещиноватой и закарстованной является верхняя часть карбонатной толщи, вне зависимости от ее стратиграфической принадлежности, мощностью от 20 до 50 м (зона аэрации и сезонного колебания уровней).

15. Процессы карстообразования наиболее интенсивно развиваются по крупным тектоническим трещинам, являющимся магистральными путями движения подземных вод.

16. Глубинные карстовые формы являются не только следствием трещиноватости горных пород, и различной их растворимости, но и результатом палеокарстовых процессов, происходивших в периоды субаэрального развития территории.

17. Процессы карстообразования интенсифицируются в зонах техногенного влияния под воздействием общего загрязнения атмосферы, сброса агрессивных неочищенных стоков животноводческих ферм и птицефабрик, мелиорации земель, водоотбора подземных вод, строительной подготовки территорий (Николаев А.С. Тимонин А.А. Отчет по изучению и прогнозированию экзогенных геологических процессов. ФБУ «ТФГИ по СЗФО» 1986 г).

На основании анализа имеющегося материала, фондовых источников, численного моделирования фильтрации была построена Схема факторов обуславливающих развитие карстовых процессов на Ижорской возвышенности (рисунок 5.3.)

Экологически риски развития карстовых процессов на территории Ижорской возвышенности

Проявление опасного события неразрывно связано с понятием опасность, которое представляет собой вероятностною категорию. Обычно, под характеристикой опасности, связанной с конкретным событием (процессом), понимается вероятность пространственно- временного проявления этого процесса (события). Тогда вероятность опасности Р можно представить в виде произведения

P=PsxPt (7.1)

где Ps и Pt соответственно вероятности опасности, зависящие от пространственных и временных характеристик.

Риск, в отличие от опасности, обязательно рассматривается во взаимосвязи с возможными последствиями проявления данной опасности, т.е. является количественной мерой опасности с учетом ее последствий. Понятие риска объединяет два понятия - «вероятность опасности» и «ущерб». Поэтому риск может быть представлен как произведение вероятности опасности рассматриваемого события (процесса) Р на магнитуду ожидаемого ущерба Z:

R=PxZ (7.2)

В данном выражении под магнитудой понимается величина ожидаемого ущерба, выраженная в стоимостном выражении (Куриленко, В.В. Основы управления природо- и недропользованием. Экологический менеджмент, 2000. 208 с).

Вероятность неблагоприятного события или процесса является только одним из компонентов риска, другим же компонентом выступает мера последствий, представленная в стоимостном выражении, т.е. экономическая оценка ущерба, возникающего в результате реализации этого процесса (события).

По характеру вызванных риском последствий выделяют последствия, характеризуемые количественной оценкой вероятностных человеческих жертв, разрушений инженерных сооружений, экономических потерь, деградированных экосистем, каждое их которых кроме натурального выражения, может иметь также и вероятностную экономическую оценку в монетарном выражении. При этом, в случае когда риск проявления случайного события или явления связан с вероятностными человеческими жертвами, то обычно вводится понятие индивидуального риска. Индивидуальный риск определяется вероятностью гибели индивидуума в связи с реализацией опасного события, рассчитываемого для всей его жизни или для одного года (Куриленко, В.В. Основы управления природо- и недропользованием. Экологический менеджмент, 2000. 208 с).

Экологический риск - произведение вероятности проявления экологически неблагоприятного события (процесса) и магнитуды экологического ущерба, связанного с этим событием (процессом), и выраженного в стоимостном измерении.

На территории Ижорской возвышенности рассматриваются риски связанные с проявлением карстовых процессов, которые могут привести к возникновению ряда угроз:

деградация почв и плодородных земель

образование провалов и оседаний, которые могут приводить к разрушению зданий и сооружений.

разрушение автомобильных дорог, железнодорожного полотна, газопроводов и других линейных сооружений.

повышение риска здоровья людей и человеческим жизням.

Кроме того, на сильно закарстованных, трещиноватых территориях значительно сильнее проявляются процессы миграции загрязнения за счет повышенной скважности горных пород (Куриленко, В.В. Основы управления природо- и недропользованием. Экологический менеджмент, 2000. 208 с).

Оценка ущерба связанного с деградацией почв и земель. Под степенью деградации (деградированности) почв и земель понимается характеристика их состояния, отражающая ухудшение состава и свойств.

Крайней степенью деградации является уничтожение почвенного покрова и порча земель. Деградация почв и земель по каждому индикаторному показателю характеризуется пятью степенями: 0 - недеградированные (ненарушенные); 1 -ел або деградированные; 2 - среднедеградированные; 3 - сильнодеградированные; 4 - очень сильнодеградированные (разрушенные).

Оценка деградации почв происходит согласно «Методике определения размеров ущерба от деградации почв и земель, утвержденной Минприроды России и Роскомземом, М: 1994 г.».

Размер ущерба рассчитывается для деградированных почв и земель по формуле:

Ущ = Не х S х Кэ х Кс х Кп + Дх х S х Кв, (7.3)

где Ущ - размер ущерба от деградации почв и земель (млн. руб.);

Не - Нормативы стоимости освоения новых земель взамен изымаемых сельскохозяйственных угодий для несельскохозяйственных нужд (введены с 1 января 1996 г.);

S - площадь деградированных почв и земель (га);

Кэ - коэффициент экологической ситуации территории;

Кв - коэффициент пересчета в зависимости от периода времени по восстановлению деградированных почв и земель;

Кс - коэффициент пересчета в зависимости от изменения степени деградации почв и земель;

Кп - коэффициент для особо охраняемых территорий.

Определение степени деградации производится в соответствии показателями степени деградации почв и земель представленных в нормативном документе. Установление степени деградации почв и земель возможно по любому из предложенных индикаторных и/или дополнительных показателей. В методике выделены курсивом негативные факторы, развитие которых прогнозируется в данном районе в связи с интенсификацией карстовых процессов. Предполагаемая степень деградации - 4,0, очень сильно деградированные территории.

Норматив стоимости освоения новых земель взамен изымаемых сельскохозяйственных угодий для несельскохозяйственных нужд (Не) (введенный с 1 января 1996 года), устанавливается равным 263 млн. руб/га.

При деградации почв и земель в пределах особо охраняемых территорий органами исполнительной власти могут вводиться повышающие коэффициенты (Кп) к нормативам стоимости: на земли природно-заповедного фонда 3; на земли природоохранного, оздоровительного и историко-культурного назначения - 2; на земли рекреационного назначения - 1,5. Для пахотных земель и земель прочего назначения они устанавливаются равными 1.

Коэффициенты экологической ситуации и экологической значимости территории (Кэ), приведенные в таблице 2 действующих рекомендаций, вводятся для учета суммарного воздействия, оказываемого деградацией почв и земель на экологическую обстановку. Для северо-западного региона устанавливается значение 1,3.

Коэффициент пересчета в зависимости от изменения степени деградации почв и земель (Кс) согласно таблицы 4 принимается равным 0,2.

Территориальные органы Минприроды России и Роскомзема совместным решением осуществляют корректировку коэффициентов, а также вводят необходимые показатели по типам деградации почв и земель, исходя из природно-климатических условий (Методика определения размеров ущерба от деградации почв и земель, М. 1994 г).

Похожие диссертации на Гидрогеологические особенности развития карбонатного карста Ижорской возвышенности