Роль системы "вода-порода" в процессах формирования состава природных вод Севастопольской городской агломерации

Abstract

Актуальность исследования связана с получением новых данных по геохимии природных родников и подземных вод Севастопольской городской агломерации как источников питьевого водоснабжения и оценки их качества с использованием современных аналитических методов. Цель: выявить роль процессов взаимодействия в системе "вода-горная порода", континентального засоления и антропогенного загрязнения в формировании состава питьевых подземных вод Севастопольской городской агломерации. Методы. Отбор проб выполнялся в соответствии с общепринятыми методиками. Лабораторное изучение химического состава методами титриметрии, ионной хроматографии, масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой проводилось в ПНИЛ гидрогеохимии ИШПР ТПУ. Теоретические основы к решению поставленных в настоящем исследовании задач разработаны профессором С.Л. Шварцевым в Сибирской гидрогеохимической школе. Результаты. В 2018-2019 гг. в пределах Севастопольской городской агломерации были проведены полевые работы по изучению особенностей геохимии природных вод с целью оценки перспектив их использования для питьевого водоснабжения. Изученные воды преимущественно слабощелочные с рН от 7,52 до 8,39, характеризуются значительным геохимическим разнообразием по минерализации - от ультрапресных 207,4 до солоноватых 1268,8 мг/дм3, и химическому составу. Применение коэффициентов (Ca/Si, Mg/Si, Na/Si, Si/Na, Ca/Na, Ca/Mg, rNa/rCl и SO4/Cl) позволило впервые выделить однородные геохимические совокупности по процессам формирования состава питьевых вод. Наряду с ключевой ролью системы "вода-порода" в формировании их состава оказывают существенное влияние процессы континентального засоления и антропогенного загрязнения. Изученные воды находятся на начальных стадиях формирования химического состава с позиции геологической эволюции системы "вода-порода". Состояние равновесия вод с карбонатными минералами достигается уже в маломинерализованных поверхностных водах и насыщенность ими природных вод повышается с увеличением времени взаимодействия с существенно-карбонатными и карбонатно-терригенными образованиями. Состав равновесных минералов в поверхностных водах представлен кальцитом и доломитом. В трещинно-жильных водах и водах зоны региональной трещиноватости карбонатных и карбонатно-терригенных образований он значительно усложняется до насыщения доломитом, кальцитом, сидеритом, родохрозитом и магнезитом. Равновесие вод с сульфатными минералами прослеживается только в отдельных водопунктах (колодец южный с. Колхозное, источник Фонтан Варналы, источник Странный) и в водах с антропогенной нагрузкой (с. Колхозное, Инкерманский и Орловский водозаборы).

The relevance of the research consists in obtaining data on the geochemistry of springs and groundwater of the Sevastopol area as sources of drinking water supply and assessing their quality using modern analytical methods. The aim of the research is to reveal the role of interaction in the «water-rock» system, processes of continental salinization and anthropogenic pollution in formation of drinking water composition in the Sevastopol urban agglomeration. Methods. Sampling was carried out in accordance with generally accepted techniques. The laboratory study of the chemical composition by methods of titrimetry, ion chromatography, mass spectrometry with inductively coupled plasma, was carried out at the Problem Research Laboratory of Hydrogeochemistry of the Engineering School of Natural Resources of the Tomsk Polytechnic University. The theoretical foundations for solving the assigned tasks in this study were developed by professor S.L. Shvartsev at the Siberian Hydrogeochemical School. Results. During 2018-2019, field work was carried out on the territory of the Sevastopol city agglomeration to study the geochemistry of natural waters in order to assess the prospects for their use for drinking water supply. The studied waters are predominantly slightly alkaline (pH from 7,52 to 8,39), characterized by significant geochemical diversity in mineralization (from ultra-fresh 207,4 to brackish 1268,8 mg/dm3) and chemical composition. The application of the coefficients (Ca/Si, Mg/Si, Na/Si, Ca/Na, Ca/Mg, Si/Na, rNa/rCl and SO4/Cl) made it possible to identify homogeneous geochemical groups according to the formation of drinking water composition. The formation of their composition is influenced not only by the «water-rock» system, but also by the processes of continental salinization and anthropogenic pollution. The formation of the chemical composition from the perspective of the geological evolution of the water-rock system is in the initial stages. The equilibrium state of waters with carbonate minerals is achieved already in low-mineralized surface waters and the saturation of natural waters increases with the time of interaction with carbonate and carbonate-terrigenous formations. The composition of equilibrium minerals varies from calcite and dolomite in surface waters to their saturation in fissure-vein waters. For the waters of the regional fracture zone of carbonate and carbonate-terrigenous formations, the composition of the equilibrium minerals includes dolomite, calcite, siderite, rhodochrosite and magnesite. The equilibrium of waters with sulfate minerals can be traced only in some water points (the southern well in Kolkhoznoe, the Varnaly Fountain source, Stranny spring) and in waters with anthropogenic effect (Kolkhoznoe, Inkermansky and Orlovskii water intakes).