Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
-

И.И. Силин
Экология и экономика природных ресурсов бассейна р. Протва
(Калужская и Московская области)

Обнинск, 2003. - 302 с.

Предыдущая

10. Изменение геологической среды и прогноз её развития

Оценка устойчивости геологической среды и прогноз её развития

 В настоящей главе сделана попытка охарактеризовать устойчивость геологической среды от антропогенного  загрязнения путем создания схематической картографической модели.

По опыту исследований  Московского  региона [17, 27, 34]  различные виды инженерного воздействия на среду по разному  влияют на природные экзогенные геологические процессы, указывающие на характер техногенного воздействия.

Реакция геологической среды на техногенное возмущение может быть оценена на основе учета и изучения следующих типов экзогенных  процессов:

- экзогенные геологические процессы и явления: заболачивание, овражная эрозия, плоскостная эрозия, карст, оползни, речная (боковая) эрозия, аккумуляция (речная, озерная, водохранилищ), суффозия, развевание, абразия, гравитационные процессы, морозное пучение, обводнение, заозеривание (выемок, котлованов), гравитационный выпор, оседание поверхности, болотная солифлюкция, техногенная денудация;

- гидрогеологические процессы:  подтопление, боковая фильтрация из водохранилищ, засоление, изменение уровня грунтовых вод;

- геофизические изменения: электромагнитное загрязнение, шумовое загрязнение, вибрация;

- радиационное загрязнение: радоновые поля, природные радиоактивные поля, поля искусственных радиоизотопов, радиоактивные аномалии;

химическое, биохимическое загрязнение среды: поверхностное, неглубокое, глубокое загрязнение среды (атмосферы, поверхностных

вод, поземных вод, донных отложений,  почв, растительности, животного мира).

Частично указанные в перечне экзогенные процессы в районе г. Обнинска зафиксированы при геологическом картировании масштаба 1:50 000. Более подробно принципы районирования территорий для обоснования объектов мониторинга рассмотрены в печатных изданиях  (7, 27, 34 и др.).

 На рис. 10.2 изображена карта  районирования территории  по степени устойчивости геологической среды к инженерно-хозяйственному воздействию.

Рис. 10.2. Схематическая карта устойчивости геологической среды:
Гидроизопьезы естественного положения уровней. 2. Гидроизопьезы уровней подземных вод при эксплуатации.  3. Участки проявления карста. 4. Зоны  неотектонических трещин. .5. Хранилища радиоактивных отходов.  6-7. Контур древнечетвертичной долины, в том числе:  6 – в границах выклинивания стешевского водоупора (изопахита стешевского горизонта 0 м), 7 – в границах мощности стешевского горизонта 15 м (изопахита 15 м). 8. Групповые водозаборы. 9 – 12. Районирование территории по устойчивости геологической среды, в том числе: 9 – участки с незащищенной геологической средой (Речной аллювий залегает непосредственно на водоносных карбонатных породах. Фильтрация атмосферных осадков и стоков преимущественно горизонтальная.) 10 – Участки с неустойчивой геологической средой ( Песчаные отложения, залегающие на водоносных карбонатных породах, полностью сдренированы. Глубина залегания грунтовах вод более 10 м. Преобладает вертикальная инфильтрация атмосферных осадков и стоков). 11 Участки со слабо устойчивой геологической средой ( Песчано – глинистые отложения с прослоями глинистых водоупоров залегают на водоносных карбонатных породах. Глубина залегания грунтовых вод более 5 м. Фильтрация атмосферных осадков и стоков смешанная горизонтально-вертикальная). 12.  Участки с относительно устойчивой геологической средой ( Тяжелые моренные суглинки и глины слабо сдренированы. Глубина залегания грунтовых вод 2-3 м. Преобладает горизонтальная миграция атмосферных осадков и стоков). 13. Ореолы рассеяния трития в окско-тарусском водоносном горизонте. 14. Зоны состояния геологической среды, в том числе: I – состояние критическое (Зона незащищенных подземных вод от вертикальной инфильтрации загрязнений. Стешевский водоупор отсутствует. Величина водопотребления максимальная –более 1000 м3 на км2/сут. Превышение нормативов ПДК по многим компонентам в несколько раз. Уровень загрязнения прямо коррелируется с объемом водопотребления. Границы зоны – в контуре палеодолины на участке максимального водопотребления. Необходимо сокращение техногенной нагрузки.).  II – состояние напряженное (Зона незащищенных подземных вод на участках слабой техногенной нагрузки , а также слабо защищенных подземных вод от вертикальной и горизонтальной фильтрации загрязнений на участках с высокой техногенной нагрузкой..  Непосредственно примыкает к зоне критического состояния, Активно проявлен карст и неотектоническая трещиноватость пород. Величина водопотребления высокая – 100 – 1000 м3 на км2/сут. Загрязнение подземных вод  в отдельных скважинах превышает нормативы ПДК по отдельным  компонентам. Границы зоны – в контуре участков с неустойчивой геологической средой и высоким уровнем водопотребления. Увеличение техногенной нагрузки  при существующих технологиях нежелательно. III –  состояние удовлетворительное  ( Зона защищенных подземных вод от вертикальной и горизонтальной фильтрации загрязнений.  Водопотребление невысокое: 100 м3 на км2/сут и менее. Загрязнение подземных вод не наблюдается. Границы зоны – остальная территория.  Должна охраняться как естественный резервуар чистой воды).

 На ней выделены три морфогенетических типа рельефа: аккумулятивно – эрозионные речные террасы; районы развития среднечетвертичных водно-ледниковых отложений времени максимального распространения и отступления московского ледника; плоский, полого – волнистый и грязево – холмистый аккумулятивный рельеф. Каждый из типов рельефа подразделляется на таксоны более мелкого  ранга с характерными структурно-вещественными признаками и характерными для них экзогенными геологическими процессами.

Ниже приводится краткая характеристика использованных при составлении  карты таксонов.

 1. Районы развития современных аллювиальных отложений отложений пойменных террас. Сложены они песками разнозернистыми, а в основании разреза – гравелитами. Верхняя часть разреза часто выполнена суглинками, супесями, торфами. Мощность террас 2-4м до 16м. Подстилаются породами различных структурно – геологических комплексов (СГК).

Экзогенные геологические процессы выражены в боковом подмыве поймы, которая осложнена старицами. На участках близкого залегания карбонатных пород наблюдаются западины суффозионно-карстового происхождения. В местах близкого залегания юрской глины отмечается заболачивание пойм.

Участки весьма слабо дренированные с глубиной залегания грунтовых вод до 2 м. Грунтовые воды гидравлически связаны с рекой водоносными горизонтами и комплексами. Подземный сток регулируется режимом реки. На дренированных участках не рекомендуется размещать склады и производства, опасные по загрязнению подземных вод ливневыми стоками. Не рекомендуется использовать пестициды и ограниченно использовать химические удобрения.

2.  Районы развития верхнечетвертичных отложений первой и второй надпойменных террас. Сложены песками разной зернистости. Верхняя часть разреза часто сложена супесями и суглинками. Мощность – от  5-7м  до 16м. Подстилается породами различных структурно-геологических комплексов.

Экзогенные геологические процессы проявлены в боковом подмыве склонов; на участках близкого залегания карбонатных пород поверхность террас осложнена суффозионно-карстовыми воронками.

Участки слабо дренированные.  Грунтовые воды залегают на глубине 2-5 м, до 5 м. и гидравлически связаны с подстилающими водоносными горизонтами и комплексами. Изменение уровня грунтовых вод подчиняется периодичности действия климатических факторов и синхронно выпадению атмосферных осадков. Аллювиальные отложения сдренированы. Воды содержатся в подстилающих водоносных горизонтах и комплексах

На дренированных участках не рекомендуется размещать склады и производства, опасные по загрязнению подземных вод ливневыми стоками. Не рекомендуется использовать пестициды и ограниченно использовать химические удобрения.

3. Районы развития среднечетвертичных аллювиально-флювиогляциальных отложений третьей и четвертой надпойменных террас. Сложены они  преимущественно песками, мощностью 8-10м (до 17м). Перекрыты повсеместно маломощными  (до 2м) покровными суглинками. Подстилаются комплексами четвертичных отложений.

Экзогенные геологические процессы проявлены на участках близкого залегания карбонатных пород, где  отмечены воронки карстового происхождения. Наблюдается  оползание песчаных отложений по моренным суглинкам.

Выделяются  участки слабо дренированные, дренированные и интенсивно дренированные. Грунтовые воды залегают на глубине 2-5 .- 10 м и гидравлически связаны с подстилающими водоносными горизонтами и комплексами. На участках глубокого залегания грунтовых вод воды содержатся в каменноугольных отложениях.

На участках,  где уровень грунтовых вод залегает на глубине 2-5 м, возможно подтопление подвальных помещений. Рекомендуется применять гидроизоляцию подвальных помещений. При строительстве необходимо обратить внимание на проявления карста.

На интенсивно дренированных участках не  рекомендуется размещать скотные дворы, свалки ТБО, склады ядохимикатов, ГСМ,  машинно-тракторные станции  и другие виды производства с грязными дворами.

4. Районы развития среднечетвертичных водно-ледниковых отложений времени максимального распространения и отступления московского ледника. Сложены разнозернистыми, преимущественно мелкозернистыми песками, реже – легкими и средними суглинками. Перекрыты  почти повсеместно маломощными покровными суглинками, редко – биогенными отложениями. Подстилаются структурно-геологическим комплексом четвертичных отложений.

Экзогенные геологические процессы проявлены в оврагообразовании; широком развитии бдюдцеобразных западин, предположительно просадочных. На выположенных водораздельных участках имеются понижения предположительно термокарстового происхождения, часто заболоченные. На участках близкого залегания относительно водоупорных пород наблюдается заболачивание.

Выделяются участки весьма слабо сдренированные, где грунтовые воды залегают на глубине до 2 м в биогенных отложениях; слабо дренированные, где грунтовые воды, залегающие на глубине 2-5 м, гидравлически связаны с подстилающими водоносными горизонтами и комплексами;  и дренированные, где грунтовые воды залегают на глубине 5-10 м.

На участках близкого залегания грунтовых вод и небольшой мощности водно-ледниковых отложений при орошении может происходить заболачивание. На дренированных участках наблюдаются  термокарстовые западины. На интенсивно дренированных участках грунтовые воды залегают на глубине 10 м в каменноугольных отложениях. 

На слабо дренированных участках с близким уровнем залегания грунтовых вод возможно очаговое загрязнение атмосферными выбросами предприятий, ядохимикатами. На интенсивно дренированных участках не рекомендуется размещать экологически опасные производства, на прочих объектах необходимо обращать повышенное внимание на ливневую канализацию.

5.  Районы развития ледниковых отложений московского и перекшинского оледенения. Сложены преимущественно тяжелыми суглинками, реже - супесями с небольшими линзами грубозернистого песка, с большим количеством щебня и гальки, с редкими валунами. Мощность отложений от 1 до 35 м. Перекрыты маломощными покровными суглинками, реже современными биогенными отложениями; подстилаются – различными структурно-геологическими комплексами.

Экзогенные геологические процессы проявлены в  оврагообразовании, оползании песчано-глинистых склонов по более глинистым разностям, развитии термокарстовых западин. Широко развиты блюдцеобразные западины предположительно просадочные. На пониженных участках наблюдается заболачивание.

На участках весьма слабо сдренированных грунтовые воды залегают на глубине 2 м  в современных биогенных отложениях.

На участках слабо дренированных грунтовые воды залегают на глубине 2-5 м и  гидравлически связаны с подстилающими водоносными горизонтами и комплексами. На них возможно появление геохимических аномалий за счет атмосферных выпадений.

На  участках дренированных и интенсивно дренированных грунтовые воды залегают на глубине 5-10м и более в подстилающих горизонтах и комплексах. Участки, где наблюдается овражная эрозия необходимо закреплять растительными посадками. Необходимо обращать внимание на возможность проявления термокарстовых просадок.

На рисунке  карты  устойчивости геологической среды (рис. 59) вышеуказанные  таксоны, объединены в три группы по признаку проницаемости (сдренированности) с глубиной залегания грунтовых вод: более 10 м., 5-10 м., 2-3м.

Другим признаком, по которому произведена оценка устойчивости геологической среды, является защищенность окско-тарусского водоносного горизонта от антропогенного загрязнения. Выделены три уровня защищенности.  Графическим отображением границ зон защищенности на карте условно являются   изопахиты стешевского водоупора «0» ; «0 +15»;  «> (+15)» м. Фактическими границами зон являются геологические границы соответствующих геологических образований в пределах вышеуказанных зон естественной защищенности от инфильтрации поверхностных загрязнений. Другие учтенные критерии районирования, отражающие общую антропогенную нагрузку представлены рисунками  карты районирования по величине водопотребления, карты стоков и карты  загрязнения подземных вод окско-тарусского горизонта.

На  карте устойчивости геологической среды выделены  зоны трех уровней:

I. - Зона критического состояния геологической среды – это территория незащищенных подземных вод от вертикальной инфильтрации загрязнений. К ней относится практически вся территория древней палеодолины р. Протвы с нулевой изопахитой стешевского водоупора в районе гг. Обнинск, Балабаново, Ермолино, Боровск. Величина водопотребления  в этом районе  в пределах палеодолины максимальная. В пределах зоны расположены водозаборы гг. Боровска, Балабаново, Ермолино, п. Кривского, Вашутинский водозабор г. Обнинска и др. Загрязнение подземных вод пространственно отчетливо коррелируется с участками наибольшего водоотбора. Уровень загрязнения подземных вод  в ряде скважин превышает ПДК по многим  компонентам в несколько раз.   В этой зоне необходимо постепенно сокращать техногенную нагрузку  путем выноса предприятий за её территорию.

II. - Зона напряженного состояния геологической среды – это зона слабо защищенных подземных вод от вертикальной  и горизонтальной инверсионной фильтрации антропогенных загрязнений. Здесь активно проявлен карст и неотектонические зоны трещин. Она непосредственно прилегает к территории палеодолины р. Протвы на интервале критического состояния среды. Кроме того, к территории напряженного состояния геологической среды относится часть палеодолины р. Протвы, не испытывающая высоких техногенных нагрузок (бассейн р. Городнянки). В  пределах  зоны напряженного состояния среды сосредоточено большинство водозаборов гг.  Обнинска, Белоусово, Жукова. Величина водопотребления высокая. Загрязнение подземных вод в отдельных скважинах превышает нормативы ПДК по некоторым компонентам. На территории зоны  сосредоточены основные промышленные и сельскохозяйственные предприятия района. Дальнейшее увеличение техногенной нагрузки (при существующих технологиях) в её пределах  нежелательно.

III - Зона удовлетворительного (терпимого) состояния геологической среды – это зона защищенных подземных вод окско - тарусского промышленного водоносного горизонта. Она должна охраняться как естественный резервуар чистой природной воды.

В пределах каждой из зон устойчивости геологической среды выделены локальные участки разной устойчивости.

Анализ указанных на карте типов геологической среды позволяет выделять участки, подверженные процессам подтопления из-за близкого к поверхности залегания грунтовых вод или присутствия в разрезе вблизи дневной поверхности слабопроницаемых прослоев  пород, или иных вышеперечисленных условий.

 Анализ данных о защищенности подземных вод глубоких горизонтов, сработке пьезометрических уровней, отрыве их от кровли (водоупора) и перетекании поверхностных и приповерхностных вод в нижележащие водоносные слои  дает возможность выделить на прогнозной карте участки вероятного переосушения и вторичной консолидации  пород поверхности и  вызванных этим процессов просадки, проседания, усыхания болот и снижения водности рек и озер.

При оценке вероятных процессов изменения геологической среды особую роль играет анализ защищенности как грунтовых, так и подземных вод глубоких горизонтов. Зоны тектонических трещин, разрывы, окна, эрозионные «пропилы» в водоупорах создают условия для вертикального загрязнения. Здесь наблюдаются наиболее существенные экологические изменения  в ландшафте при активном водопотреблении, снижении пьезометрических уровней, а тем более при отрыве уровней от кровли (водоупора) и инверсии перетекания подземных вод.

Геологическая среда со слабой устойчивостью отличается быстротой и активностью реакции на техногенное воздействие, а загрязнение с поверхности легко проникает на значительные глубины и достигает водоносных горизонтов нижнекаменноугольных отложений. Главная особенность экзогенных геологических процессов в этом случае заключается в том, что они грозят наиболее серьезными последствиями.

К категории неустойчивых относятся участки доледниковых погребенных долин, врезанные в закарстованные породы карбона  и заполненные аллювиальными и флювиогляциальными песками, перекрытые отложениями современных речных долин. На таких участках воды четвертичных отложений имеют прямую гидравлическую связь с глубокими водоносными горизонтами. Активный водоотбор и сопутствующая ему инверсия перетекания подземных вод сопровождаются возрастанием мутности воды, карстово-суффозионными  провальными явлениями, суффозией и загрязнением глубоких горизонтов подземных вод.

На интервале долины р. Протвы от г. Боровска до п. Протва положение усугубляется возникшей депрессионной воронкой в продуктивном и вышележащих водоносных горизонтах.

Все крупные водозаборы на этом участке относятся к прибрежному типу и располагаются они либо в центре палеодолины, либо на её границе. Водопотребление здесь  столь велико, что питание крупных  групповых водозаборов происходит в основном за счет вод, поступающих в палеодолину и в значительной мере за счет русловых вод,  вод вышележащих водоносных горизонтов, в том числе и грунтовых вод.

На границе выклинивания стешевского водоупора  (показана его нулевая изопахита) вблизи групповых водозаборов происходит инверсия направления движения грунтовых вод. Грунтовые воды  «засасываются» по окско-тарусскому водоносному горизонту в сторону водозаборов и поглощаются скважинами. Вследствие этого происходит постепенное осушение долины в нижней части склона. Уже сегодня на значительных участках левого склона долины р. Протвы протвинский водоносный горизонт полностью осушен,  почти все наблюдательные скважины на могильнике ФЭИ обезвожены, увеличивается врезание оврагов на левом склоне долины р. Протвы и т. д. 

На левом склоне долины р. Протвы, где располагается г. Обнинск и основные  прибрежные водозаборы, питающие город, значительные участки представлены надпойменными террасами, сложенными мелкозернистыми песками, перекрытыми маломощными суглинками. Как уже отмечалось, пески хорошо сдренированы,  естественная глубина залегания грунтовых вод составляет здесь порядка 10 м. Атмосферные осадки, выпадающие на эту территорию, а также все неорганизованные сбросные воды, легко проникают сквозь толщу песка, частично очищаясь и соответственно загрязняя естественный «песчаный фильтр». С дождевыми водами с промышленных территорий в толщу песка попадают все нечистоты, которые в последующем являются  активными долговременными источниками техногенного загрязнения грунтовых и питьевых вод.

Фактический уровень загрязнения подземных вод на водозаборах Самсоновский и, особенно,  Центральный указывает на то, что естественные ливнестоки  ГНЦ  РФ ФЭИ, ОСПАО и других расположенных здесь предприятий превысили сорбционные возможности песчаной толщи  и в настоящее время загрязнения достигли водозаборов. О росте загрязнения подземных вод на этом участке свидетельствует непрерывный рост мутности (до 30 мг\л при норме 1.5 мг\л) и цветности воды водозабора Центральный, которая в 1994 г. составляла 5 баллов, в 1995 г –20 баллов, в 1996 г – 40 баллов.

К неустойчивым следует отнести также участки, сложенные среднечетвертичными флювиогляциальными песками и моренными суглинками маломощными, залегающими на сильно трещиноватых закарстованных известняках. Широкое развитие карстовых воронок на этих участках предопределяется неотектонической  трещиноватостью. Отдельные карсты достигают 30 м в поперечнике и 10 в глубину. Скопление карстовых воронок  сильно ослабляет на этих участках защитные возможности водоупоров, тем более, что  карстовые воронки часто используются для захоронения отходов ферм или мусора.

Описанные выше явления характерны для района Кочетовского водозабора, закрытого из-за истощения протвинского водоносного горизонта  и сильного загрязнения  железом и другими компонентами. Здесь уместно отметить, что Кочетовский водозабор не ликвидирован, как положено, а брошен самым бесхозяйственым образом: скважины водозабора не затомпонированы, устья их остались открытыми, ЗСО отсутствуют. Бывший водозабор превращен в крупный полигон загрязнения подземных вод.

К относительно устойчивым участкам следует отнести районы развития ледниковых отложений московского и перекшинского оледенения, сложенные преимущественно тяжелыми суглинками, реже - супесями с небольшими линзами грубозернистого песка, с большим количеством щебня и гальки, с редкими валунами. Мощность отложений от 1 до 35 м. Перекрыты они маломощными покровными суглинками, реже современными биогенными отложениями; подстилаются – различными структурно-геологическими комплексами. Принято считать, что мощная толща суглинков надежно изолирует карстоопасные карбонатные породы.  К устойчивым следует отнести также участки, приуроченные к аллювиальным и флювиогляциальным равнинам с грунтовыми водами, залегающими на глубине порядка 2.5 м.  Водоносные и карстоопасные зоны карбона здесь надежно изолированы юрскими глинами.

На всех вышеуказанных участках преобладает горизонтальный сток атмосферных осадков и биогенная очистка сточных вод. Мощная зона аэрации, свободно фильтрующая поступающие с поверхности воды и движущиеся грунтовые воды, разбавляющие и выводящие загрязнение на естественные фильтраты, создают благоприятные условия для самоочищения среды. Этому способствует и развитый почвенный слой.

Надо отметить, что устойчивые участки являются фактически единственным резервом чистой воды в долине р. Протвы. Поэтому сокращение их или изменение их экологии крайне нежелательно. И уж совсем недопустимо использование болот в качестве полигонов для сброса производственных стоков, как это происходит в Боровском районе, когда  стоки автоколонны 1364 и завода «Вега»  соответственно поступают в Щукинское и Козье болото. Остальные территории  бассейна р. Протвы характеризуются промежуточными свойствами и могут быть отнесены к  слабо устойчивым.

В целом оценка изменений геологической среды может быть выполнена по трехуровневой системе. Слабо нарушенные земли наследуют состав, структуру и геологические процессы природной системы. Проникновение загрязняющих веществ ограничено покровом четвертичных отложений или юрским водоупором. Техногенное влияние  ограниченно. К таким участкам относятся лесные массивы, заповедники, охотничьи угодья, обширные болота, памятники природы.

Средне нарушенные  условия характеризуются почти повсеместным загрязнением грунтовых вод, ликвидацией болот, искусственным осушением при мелиорации, посадками лесов с целью защиты сельскохозяйственных земель, сведением лесов для высвобождения земель под распашку, искусственным обводнением полей и другими видами преобразований в зависимости от хозяйственной деятельности.  При этом глубокие горизонты практически не затрагиваются техногенезом, а в пределах селитебных, сельскохозяйственных и промышленных территорий преобладает естественная составляющая природной среды. На нарушенных участках устойчивость геологической среды снижена, но не разрушена и поддается восстановлению.

Сильно нарушенная геологическая среда основательно реконструирована. В процессе инженерной реконструкции территории возникают новые геологические процессы, которые поддерживаются энергией антропогенной деятельности. Эти условия и процессы часто зависят не от природных сил, а от энергии, структуры и функций техносферы. Устойчивость геологической среды в этом случае зависит от вида техносферы,  от технологии производства, от глубины проникновения её составляющих в литосферу. Техногенное воздействие на природу возбуждает целую генерацию процессов – геологических по характеру, но  техногенных по условиям  возникновения.

Измененные техногенезом участки делятся на две группы.

К первой относятся территории, урбанизированные или преобразованные добычей полезных ископаемых в карьерах. При этом сильно преобразуется ландшафт, но гидродинамика и экзогеодинамика территории  не претерпевает коренных изменений. Примером этого могут служить действующие и заброшенные карьеры района, на которых не проведена рекультивация, а также территории современных поселков городского  типа.

На участках второй группы интенсивные преобразования связаны с комплексом инженерных мероприятий, главным из которых является создание долговременных источников загрязнения поверхностных и подземных геологических сфер и гидротехнических сооружений (водозаборов, ОС, прудов-отстойников и др.), которые влекут за собой перестройку всего комплекса парагенетически связанных экзогенных геологических процессов в долине р. Протвы. При этом ландшафт заметно не изменяется, а остается близок к естественному, но гидродинамика и экзогеодинамика территории претерпевает заметные и необратимые изменения. Примеры такого рода преобразований описаны выше.

Предыдущая