Связь химического и изотопного состава природных вод с новейшей тектонической структурой в районе оз. Глубокое (Московская область)

Полный текст

Введение

Тектонический фактор оказывает влияние на гидрогеологические условия региона. Формирование разломов приводит к изменению фильтрационных свойств водовмещающих и водоупорных отложений, при этом одни разрывные нарушения могут выступать в качестве областей повышенной проницаемости, а другие – играть роль экранов на пути фильтрации подземных вод [1-3]. Установление взаимосвязи между тектоникой и гидрогеологическими условиями является сложной задачей, для решения которой необходимо использовать комплексный подход. Так, например, для анализа условий формирования подземных вод, приуроченных к антиклинали на юго-западе Франции, была разработана программа, включающая бурение, измерения уровня подземных вод, гидрогеохимический анализ и петрофизические исследования [4].

В данной статье рассмотрены геохимические условия подземных вод, циркулирующих в области развития новейшей тектонической структуры – Тростенской впадины. Предыдущие исследования выявили локальную куполообразную пьезометрическую поверхность подольско-мячковского водоносного комплекса (С₂pd-mc) на западе Московской области, центральная часть поверхности которой пространственно совпадает с вытянутой заболоченной впадиной [5]. Результаты морфоструктурного и геолого-структурного анализов показали, что впадина может иметь тектоническое происхождение. Ограничение впадины разрывными нарушениями, S-образная форма, кулисообразное строение и асимметрия бортов указывают на то, что впадина может быть образована в условиях присдвигового раздвига. При помощи метода математического моделирования показано, что формирование куполообразной пьезометрической поверхности возможно только за счет наличия зоны повышенной проницаемости келловей-кимериджского водоупорного комплекса (J₂k-km), отделяющего подольско-мячковский водоносный комплекс (С₂pd-mc) от вышезалегающих водоносных горизонтов четвертичных отложений (Q_I-IV) и волжско-мелового горизонта (J₃v-K₁). Таким образом, установлено, что образование Тростенской впадины могло привести к формированию «гидрогеологического окна», обуславливающего наличие локальной области питания подземных вод.

Определение области питания также возможно на основе изотопного анализа природных вод, который широко используется для решения подобных задач [6-13]. Таким образом, основной целью работы является выявление изотопно-химических особенностей подземных вод, обусловленных влиянием новейшей тектонической структуры района.

Материалы и методы исследования

Мониторинговые исследования природных вод района исследования были проведены в 2022–2023 гг. Всего было отобрано 24 пробы подземных вод подольско-мячковского водоносного комплекса (С₂pd-mc), 12 проб подземных вод четвертичного водоносного комплекса (Q_I-IV), 7 проб из поверхностных водных объектов (Рузское и Озернинское вдхр., оз. Глубокое, р. Москва) и 1 проба атмосферных осадков (снег) (рис. 1). Для проб был определен химический (52 компонента) и изотопный (δ¹⁸O, δ²Н и δ¹⁷O) составы.

Химический анализ был выполнен в Лаборатории аналитической химии ДВГИ ДВО РАН. Определение содержания макрокомпонентов выполнено методом ионной хроматографии на высокоэффективном ионном жидкостном хроматографе LC-20 (Shimadzu, Япония). Определение содержание микрокомпонентов, включая редкоземельные элементы, выполнено методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на спектрометре Agilent 7700 х (Agilent Techn., США).

Изотопный состав определялся методом лазерной спектроскопии по затуханию света с кольцевой многоходовой кюветой на анализаторе Picarro L2140i в лаборатории тепломассопереноса ГИН РАН.

Дополнительно для анализа состава природных вод в районе исследования была использована фондовая информация, полученная при проведении геологоразведочных работ с целью оценки запасов подземных вод, а также результаты проведения геолого-экологических исследований и гидрогеологического, инженерно-геологического и геоэкологического картографирования масштаба 1:200000 на территории листов N-37-I, II и O-37-XXXII (Московская и Тверская области РФ), выполненных «Геоцентр-Москва» в 1999 г. На основании результатов гидрогеохимического опробования подземных вод при проведении картографирования была построена карта изменения сухого остатка для объединенного каширско-мячковского (C₂pd-mc+ks) и четвертичного (Q_I-IV) водоносных комплексов. Следует отметить, что в пределах района исследования подольско-мячковский (C₂pd-mc) и каширский (C₂ks) водоносные комплексы имеют схожий химический состав подземных вод. Также в пределах данного района в основном эксплуатируется подольско-мячковский водоносный комплекс, что позволяет использовать полученные результаты для характеристики химического состава исследуемого водоносного комплекса.

Результаты исследования и их обсуждения

Макрокомпонентный состав. По результатам гидрогеохимического опробования, а также анализа фондовых материалов, в районе исследования подземные воды подольско-мячковского водоносного комплекса (C₂pd-mc) преимущественно гидрокарбонатные магниево-кальциевые, пресные с минерализацией 441–631 мг/л (табл. 1). Пробы, отобранные в области развития Тростенской впадины характеризуются значениями минерализации 512–631 мг/л при среднем 560 мг/л. Содержание гидрокарбонатов изменяется от 388 до 458 мг/л, при среднем 416 мг/л. Содержание кальция составило 72,8–114,0 мг/л (при среднем 89,2 мг/л), магния – 24,3–35,8 мг/л (при среднем 26,3 мг/л). По направлению движения подземных вод к долине р. Москвы значения минерализации снижаются до 441–502 мг/л, при среднем 469 мг/л. Также отмечаются более низкие значения содержания гидрокарбонатов 315–355 мг/л (при среднем 338 мг/л), кальция от 73,9 до 87,2 мг/л (при среднем 78,3 мг/л) и магния 17,7–22,0 мг/л (среднее – 21,2 мг/л) (рис. 1). В восточном направлении в районе г. Истры минерализация подземных вод составила 494 мг/л, содержание гидрокарбонатов – 354 мг/л и кальция – 64,1 мг/л, что также ниже значений, полученных в области развития структуры. Содержание магния на востоке в количестве 31,6 мг/л несколько выше среднего значения для центральной части впадины. Северо-западнее структуры минерализация подземных вод составляет 557–591 мг/л, что близко к значениям в центральной части Тростенской впадины. Содержание гидрокарбонатов в количестве 409–432 мг/л, кальция 90,8–96,2 мг/л и магния 23,1–33,0 мг/л также близко со значениями, полученными в центральной части области развития Тростенской впадины. В юго-восточном направлении в районе г. Звенигорода минерализация подземных вод составила 610 мг/л. Следует отметить, что подземные воды в данной пробе характеризуются гидрокарбонатным кальциево-магниевым составом и отличаются по катионному составу от остальных проб в районе исследования, что, возможно, связано с высоким содержанием доломита в водовмещающих отложениях, на что также указывает высокое содержание магния в количестве 52,9 мг/л [14].

Анализ карты изменения сухого остатка в подземных водах каширско-мячковского (C₂pd-mc+ks) водоносного комплекса, полученной на основании результатов картографирования масштаба 1:200000 (Отчет о проведении геолого-экологических исследований…, «Геоцентр-Москва», 1999), показывает, что в районе развития Тростенской впадины выделяется область со значениями 424–460 мг/л, при этом севернее и южнее выделяются области с более низкими значениями сухого остатка 280–340 и 262–358 мг/л соответственно. Северо-западнее отмечаются области со значениями сухого остатка 410–496 мг/л, близкие со значениями в центральной части структуры. Восточнее изучаемой структуры, в районе г. Истры, отмечается область со значениями 376–456 мг/л, снижаясь до значения 318 мг/л в районе Истринского вдхр. На юго-востоке района исследования, около г. Звенигорода, отмечено единичное значение 538 мг/л, относительно повышенное по сравнению с центральной частью структуры.

 

Таблица 1. Химический состав природных вод в районе Тростенской впадины, мг/л

Table 1. Chemical composition of natural waters in the area of the Trostenskaya depression, mg/l

№ пробы sample no.	Место отбора проб Sampling location	М	Ca2+	Mg2+	Na+	K+	НСO3–	SO42–	Cl–	NO2–	NO3–	NH4+	F–	Li+
Подольско-мячковский водоносный комплекс/Podolsko-Myachkovsky aquifer complex (C₂pd-mc)
1/22	п. Колюбакино Kolyubakino village	481	79,3	21,9	5,9	2,6	355	9,7	2,0	<0,5	4,0	0,3	<0,3	<0,01
2/22	д. Глухово/Glukhovo village	441	74,6	17,7	6,5	1,9	330	3,6	1,0	3,0	2,6	<0,1	<0,3	<0,01
4/22	д. Нововолково Novovolkovo village	465	73,9	21,3	8,3	3,7	345	9,0	1,5	<0,5	0,8	0,5	<0,3	<0,01
5/22	д. Михайловское Mikhailovskoe village	538	82,8	25,2	11,5	3,9	404	7,5	0,9	<0,5	1,9	<0,1	<0,3	<0,01
6/22	с. Покровское Pokrovskoe village	525	83,5	25,0	8,5	3,1	391	10,1	1,3	<0,5	0,8	<0,1	<0,3	<0,01
7/22	с. Никольское Nikolskoe village	550	88,7	24,8	7,5	3,8	415	2,1	1,3	<0,5	6,2	<0,1	<0,3	<0,01
10/22	д. Мамошино Mamoshino village	516	76,8	24,3	12,7	3,8	388	3,3	1,7	<0,5	3,8	0,1	0,8	<0,01
11/22	ЗАО «Мансуровское карьероуправление» CJSC Mansurovskoe karieroypravlenie	574	96,5	25,2	7,7	3,3	430	<0,1	9,1	2,6	<0,1	<0,1	<0,3	<0,01
12/22	д. Петрово/Petrovo village	512	72,8	26,5	13,1	4,5	389	1,0	3,5	<0,5	<0,1	0,7	<0,3	0,02
–	*ООО «Газпром»/Gazprom LLC	611	87,2	35,8	9,9	5,4	451	16,0	4,3	0,0	0,6	<0,4	0,9	0,03
–	*СНТ «Совет»/SNT «Sovet»	557	96,2	23,1	7,4	2,5	409	14,0	3,2	0,0	0,6	0,5	0,8	0,01
–	*ЗАО «Богаевский карьер» Bogaevsky Quarry CJSC	475	80,0	22,0	4,1	1,7	350	12,0	4,0	<0,01	<1	<0,1	–	0,01
–	*ООО «ОКНСМ»/OKNSM LLC	450	74,8	21,9	6,0	1,4	315	25,1	5,1	0,0	0,3	0,1	0,3	0,01
–	*ООО «РотаК»/RotaK LLC	579	91,0	33,0	5,5	-	409	26,0	13,0	0,0	1,2	–	0,4	0,01
–	*г. Руза/Ruza	502	87,2	22,5	7,8	1,8	336	29,6	16,7	0,1	0,6	0,2	–	0,01
–	*ООО «Белая Руза»/Belaya Ruza LLC	582	100,2	24,3	10,5	3,3	415	19,3	7,1	0,0	1,9	0,5	0,3	0,01
–	*ЗАО «Компания «Нутритек» CJSC Nutritek Company	494	64,1	31,6	8,0	8,4	354	20,0	4,3	<0,02	<2	0,1	1,1	0,05
–	*ФГУП Пансионат «Звенигородский» УД РАН FSUE Pension «Zvenigorodsky» UD RAS	610	71,1	52,9	10,0	2,9	427	27,2	16,5	0,0	2,4	–	0,4	0,01
–	*КП «Приозерье» KP «Priozerye»	631	114,0	26,0	6,6	2,7	458	12,8	9,2	0,0	0,5	0,9	0,3	0,01
–	*ОАО «РЖД» JSC Russian Railways	591	90,8	23,6	18,0	3,0	432	20,0	1,5	<0,02	<0,6	0,6	0,5	–
Поверхностные воды/Surface waters
13/22	Снег/Snow	38	4,3	0,6	3,3	1,4	21	0,9	2,8	<0,5	1,2	1,0	<0,3	<0,01
14/22	оз. Глубокое/Lake Glubokoe	60	9,0	2,6	1,6	1,1	41	2,7	1,1	<0,5	<0,1	<0,1	<0,3	<0,01
15/22	оз. Глубокое/Lake Glubokoe	63	9,2	2,6	1,9	1,0	41	3,2	1,4	<0,5	1,5	0,1	<0,3	<0,01
16/22	оз. Глубокое/Lake Glubokoe	62	9,1	2,6	2,0	1,1	41	2,9	1,5	<0,5	0,5	0,1	<0,3	<0,01
17/22	Озернинское вдхр. Ozerninskoe reservoir	218	36,1	8,4	6,9	1,8	145	7,4	11,0	<0,5	0,9	<0,1	<0,3	<0,01
18/22	Рузское вдхр. Ruzskoe reservoir	216	34,4	9,1	5,7	2,1	146	6,8	8,0	<0,5	2,4	0,2	<0,3	<0,01
19/22	р. Москва/Moscow River	252	41,1	10,0	8,0	1,8	166	9,7	12,1	<0,5	1,9	0,3	<0,3	<0,01

Примечание/Note: «*» на основании фондовых материалов ФГБУ «Росгеолфонд»/based on the stock materials of the Federal State Budgetary Institution Rosgeolfond.

 

Анализ карты позволяет выявить закономерности, подобные ранее полученному результату гидрогеохимического опробования и анализа фондовых материалов. Повышенные значения сухого остатка согласуются с положением Тростенской впадины и с ранее полученной куполообразной пьезометрической поверхностью подольско-мячковского водоносного комплекса в районе исследования (рис. 1).

 

Рис. 1. Схема отбора проб природных вод с результатами опробования

Fig. 1. Map showing natural water sampling with the results of testing

 

Таким образом, можно сделать вывод, что по результатам макрокомпонентного анализа подземные воды подольско-мячковского водоносного комплекса в центральной части Тростенской впадины и север-северо-западнее нее характеризуются относительно повышенной минерализацией и более высоким содержанием гидрокарбонатов и кальция, по сравнению с подземными водами, распространенными в периферийных частях.

Анализ карты изменения сухого остатка в родниках и колодцах, полученной на основании результатов картографирования масштаба 1:200000 (Отчет о проведении геолого-экологических исследований…, «Геоцентр-Москва», 1999) показывает, что значения показателя изменяются от 314 до 986 мг/л. В северной части Тростенской впадины значения сухого остатка изменяются от 440 до 502 мг/л, а в центральной и южной – от 590 до 710 мг/л. Следовательно, формирование более минерализованных подземных вод подольско-мячковского водоносного комплекса в районе структуры по сравнению с периферийной частью возможно за счет перетока подземных вод из вышезалегающего четвертичного водоносного комплекса через разделяющий келловей-кимериджский водоупорный горизонт.

По результатам опробования поверхностных водных объектов р. Москвы, Озернинского и Рузского вдхр. и оз. Глубокое воды по химическому составу гидрокарбонатные магниево-кальциевые. Однако поверхностные воды р. Москвы, Озернинского и Рузского вдхр. характеризуются минерализацией 215–251 мг/л, а поверхностные воды оз. Глубокое имеют минерализацию 56–62 мг/л, что в свою очередь может свидетельствовать о том, что роль подземного питания при формировании оз. Глубокое значительно ниже, чем в других водных объектах. Вероятно, состав поверхностных вод оз. Глубокое формируется в основном за счет атмосферных осадков. Результаты опробования снега показывают, что по химическому составу воды гидрокарбонатные натриево-кальциевые с минерализацией 37 мг/л.

Микрокомпонентный состав. Анализ содержания микрокомпонентов в подземных водах подольско-мячковского водоносного комплекса показывает, что по ряду компонентов наблюдаются относительно повышенные значения в центральной части района исследования по сравнению с периферией. Так, например, концентрация стронция в центральной части составляет 567–746 мг/л, в северо-западной и южной части отмечаются относительно низкие значения 148–398 мкг/л. Подобные закономерности также отмечаются по скандию, барию, рубидию, цезию, лантану, самарию, европию и гадолинию [14].

Таким образом, можно отметить, что в центральной части района исследования, в области развития Тростенской впадины, и северо-западнее нее отмечаются более высокие содержания микрокомпонентов, чем на прилегающей территории.

Изотопный состав. Результаты анализа изотопного состава показывают, что значение δ¹⁸O в подземных водах подольско-мячковского водоносного комплекса в пределах области исследования изменяется от –12,91 до –11,64 ‰. Воды, характеризующиеся более тяжелым изотопным составом, отмечаются в северной части Тростенской впадины (от –11,64 до –11,70 ‰) и северо-западнее ее (от –11,65 до –11,79 ‰) (табл. 2, рис. 1, 2) [14].

Значение δ²Н в подземных водах подольско-мячковского водоносного комплекса в районе исследования изменяется от –91,04 до –82,51 ‰. Также подобно распределению величины δ¹⁸O воды с более тяжелым изотопным составом отмечаются в северной части Тростенской впадины (–82,83 ‰) и в северо-западной части района исследования (от –82,69 до –82,51 ‰).

Благодаря недавним аналитическим достижениям в области измерения малых содержаний изотопа кислорода-17 δ¹⁷O стал использоваться в качестве нового трассера в исследованиях по региональной гидрологии и поверхностной гидрологии, климата и палеоклиматологии. Небольшие вариации в соотношении ¹⁷O/¹⁸O могут быть результатом термодинамического и кинетического фракционирования [15]. Параметр Δ¹⁷O дает информацию о переносе влаги, а также относительной влажности и скорости ветра в области источника влаги [16]. Этот параметр очень чувствителен к относительной влажности и менее чувствителен к температуре и рэлеевской дистилляции во время переноса влаги и выпадения осадков. Основной сферой применения данного маркера является изучение изменений относительной влажности в области источника влаги. По результатам опробования значение δ¹⁷O в подземных водах в районе исследования изменяется от –6,82 до –6,13 ‰, повторяя поведение, отмеченное для δ¹⁸O (табл. 2, рис. 2).

Можно сделать вывод, что к северной части Тростенской впадины приурочены подземные воды, характеризующиеся более тяжелым изотопным составом (δ¹⁸O, δ²Н, δ¹⁷O), чем на прилегающей территории. Облегчение изотопного состава происходит в соответствии с направлением движения подземных вод (на юг к р. Москве и на восток, юго-восток к г. Истре, г. Москве) (рис. 1). Можно предположить, что облегчение изотопного состава на периферии связано с прохладным климатом ледникового периода московского возраста. В то время как в центральной и северо-западной части в постледниковый период происходит поступление подземных вод с более тяжелым изотопным отношением в области развития Тростенской впадины.

Полученные результаты изотопного состава подземных и поверхностных вод сопоставимы с данными опробования, выполненного на территории центральной части Московского артезианского бассейна.

 

Таблица 2. Изотопный состав подземных и поверхностных вод в районе исследования, ‰

Table 2. Isotopic composition of groundwater and surface waters in the study area, ‰

№ пробы Sample no.	Место отбора проб/Sampling location	δ17O	δ18O	δ2H
Поверхностные воды/Surface waters
13/22	Снег/Snow	–6,81	–12,95	–92,81
14/22	оз. Глубокое/Lake Glubokoe	–2,32	–4,45	–48,36
15/22	оз. Глубокое/Lake Glubokoe	–2,44	–4,65	–49,22
16/22	оз. Глубокое/Lake Glubokoe	–2,33	–4,44	–48,18
25/23	оз. Глубокое/Lake Glubokoe	–2,37	–4,50	–48,83
17/22	Озернинское вдхр./Ozerninskoe reservoir	–5,92	–11,23	–83,79
18/22	Рузское вдхр./Ruzskoe reservoir	–6,02	–11,44	–84,93
19/22	р. Москва/Moscow River	–6,10	–11,62	–85,69
Четвертичный водоносный комплекс/Quaternary aquifer complex (QI-IV)
9/22	д. Мамошино/Mamoshino village	–6,46	–12,25	–87,13
10/23	д. Крюково/Kryukovo village	–6,01	–11,45	–82,54
11/23	д. Старо/Staro village	–6,24	–11,90	–83,44
14/23	СНТ «Лесной поселок»/SNT «Lesnoy poselok»	–6,68	–12,67	–88,83
15/23	СНТ «Каскад Плюс»/SNT «Cascade Plus»	–6,49	–12,33	–86,44
16/23	п. Хуторки/Khytorki village	–6,41	–12,19	–85,16
17/23	с. Рождествено/Rozhdestveno village	–6,32	–12,03	–83,77
18/23	д. Ивойлово/Ivoylovo village	–6,29	–11,95	–83,49
19/23	СНТ «Осинки»/SNT «Osinki»	–6,23	–11,83	–83,30
21/23	д. Андреевское (го. Истра)/Andreevskoe village (Istra)	–6,66	–12,63	–88,80
Подольско-мячковский водоносный комплекс/Podolsko-Myachkovsky aquifer complex (С2pd-mc)
1/22	п. Колюбакино/Kolyubakino village	–6,75	–12,74	–89,28
2/22	д. Глухово/Glukhovo village	–6,63	–12,56	–89,03
4/22	д. Нововолково/Novovolkovo village	–6,66	–12,63	–89,40
5/22	д. Михайловское/Mikhailovskoe village	–6,44	–12,14	–85,55
6/22	с. Покровское/Pokrovskoe village	–6,30	–11,97	–84,67
7/22	с. Никольское/Nikolskoe village	–6,13	–11,64	–82,83
10/22	д. Мамошино/Mamoshino village	–6,41	–12,18	–86,85
11/22	ЗАО «Мансуровское карьероуправление» CJSC Mansurovskoe karieroypravlenie	–6,14	–11,70	–84,81
12/22	д. Петрово/Petrovo village	–6,35	–12,09	–86,29
1/23	ООО «Газпром»/Gazprom LLC	–6,55	–12,45	–87,98
2/23	д. Судниково/Sudnikovo village	–6,20	–11,79	–82,69
4/23	д. Нелидово/Nelidovo village	–6,31	–12,01	–84,77
5/23	СНТ «Совет»/SNT «Sovet»	–6,13	–11,65	–82,51
6/23	ЗАО «Богаевский карьер»/Bogaevsky Quarry CJSC	–6,39	–12,13	–86,92
7/23	ООО «ОКНСМ»/OKNSM LLC	–6,58	–12,54	–89,21
13/23	СНТ «Лесной поселок»/SNT «Lesnoy poselok»	–6,47	–12,24	–85,99
20/23	СНТ «Осинки»/SNT «Osinki»	–6,78	–12,88	–90,30
22/23	д. Андреевское (го. Истра)/Andreevskoe village (Istra)	–6,82	–12,91	–91,04
23/23	с. Андреевское/Andreevskoe village	–6,53	–12,38	–86,76
24/23	д. Улитино/Ulitino village	–6,44	–12,20	–85,41
41/23	д. Старо/Staro village	–6,31	–11,94	–83,66

 

Так, в районе Звенигородской биологической станции им. С.Н. Скадовского, расположенной в юго-восточной части области исследования, значение δ¹⁸O для грунтовых, напорных вод и вод р. Москвы изменяется от –13 до –11 ‰, для δ²Н – от –90 до –83 ‰ [17]. По результатам опробования на участке в районе г. Кашина (Тверская область), на расстоянии около 180 км северо-восточнее Тростенской впадины, значение δ²Н и δ¹⁸O в подземных водах четвертичного водоносного горизонта составило –81 и –11,3 ‰ соответственно. В средне- и верхнекаменноугольных отложениях, опробованных до глубины 168 м, содержание δ²Н изменяется от –81 до –92 ‰, δ¹⁸O – от –11,5 до –12,0 ‰ [18].

Для четвертичного водоносного комплекса (Q_I-IV) по результатам опробования значение δ¹⁸O изменяется от –12,67 до –11,45 ‰, δ²Н – от –88,83 до –82,54 ‰ и δ¹⁷O – от –6,68 до –6,01 ‰. Для поверхностных водных объектов (Озернинское вдхр., Рузское вдхр., р. Москва) отношение δ¹⁸O изменяется от –11,62 до –11,23 ‰, δ²Н – от –85,69 до –83,79 ‰ и δ¹⁷O – от –6,10 до –5,92 ‰. По результатам анализа пробы снега отношение δ¹⁸O от –12,95 ‰, δ²Н –92,81 и δ¹⁷O составило –6,81‰ (табл. 2, рис. 2).

Уравнение линии тренда, полученное для четвертичного водоносного комплекса в районе Тростенской впадины, имеет вид δ²Н=7,29*δ¹⁸О+3,3 (рис. 2).

 

Рис. 2. График зависимости δ²Н от δ¹⁸O в природных водах района исследования [14]: 1 – снег; 2 – поверхностные воды; 3 – четвертичный водоносный комплекс, опробованный в марте 2022 и 2023 гг.; 4 – четвертичный водоносный комплекс, опробованный в июне 2023 г.; 5 – подольско-мячковский водоносный комплекс, опробованный в марте 2022 и 2023 гг.; 6 – подольско-мячковский водоносный комплекс, опробованный в июне 2023 г.

Fig. 2. Graph of the dependence of δ²H on δ¹⁸O in the natural waters of the study area [14]: 1 – snow; 2 – surface waters; 3 – quaternary aquifer tested in March 2022 and 2023; 4 – quaternary aquifer tested in June 2023; 5 – Podolsk-Myachkovsky aquifer tested in March 2022 and 2023; 6 – Podolsk-Myachkovsky aquifer complex tested in June 2023

 

По данным [19] локальная линия метеорных вод для осадков в г. Москве в 2017–2018 гг. (для всех исследуемых образцов) имеет вид δ²Н=7,83*δ¹⁸О+8,7. Результаты анализа атмосферных осадков в г. Москве за 2005–2014 гг. описываются соотношением δ²Н=6,93*δ¹⁸О+11,3 [20].

В центральной части района исследования в пробе № 41/23 (C₂pd-mc), отобранной в д. Старо, значение δ¹⁸O составляет –11,94 ‰, а в пробе № 11/23 (Q_I–IV) –11,90 ‰. Северо-западнее исследуемой структуры содержание δ¹⁸O в пробе № 6/22 (C₂pd-mc) составляет –11,97 ‰, а пробе № 18/23 (Q_I–IV) –11,95 ‰. В пределах «области смешивания», изображенной на рис. 2, в пробе № 10/22 значение δ¹⁸O составляет –12,18 ‰, а пробе № 9/22 (Q_I-IV) –12,25 ‰. В пробе № 12/22 (C₂pd-mc) значение δ¹⁸O составляет –12,09 ‰, а пробе № 15/23 (Q_I–IV) –12,33 ‰. Восточнее в районе г. Истры в пробе № 22/23 (C₂pd-mc) содержание δ¹⁸O составляет –12,91 ‰, а пробе № 21/23 (Q_I–IV) –12,63 ‰ (табл. 2, рис. 2). Наибольшая разница в изотопном составе подземных вод между подольско-мячковским и четверичным водоносным комплексом отмечается в периферийной части области исследования и составляет 0,28 ‰, а близкий состав – в районе развития Тростенской впадины и северо-западнее нее (0,02–0,04 ‰).

При проведении исследования [5] был рассмотрен вопрос о генезисе оз. Глубокое и его возможной приуроченности к тектонической структуре. Выдвинуто предположение, что озеро, помимо ледникового происхождения, может иметь также и тектоническое.

По результатам анализа поверхностных вод озера его изотопный состав весьма отличается от состава других поверхностных водных объектов, опробованных в пределах района исследования (р. Москва, Рузское и Озернинское вдхр.). Значение δ¹⁸O изменяется от –4,65 до –4,44 ‰, δ²Н – от –49,22 до –48,18‰ и δ¹⁷O – от –2,44 до –2,32 ‰. Изотопный состав поверхностных вод оз. Глубокое аналогичен по отношению δ¹⁸O и δ²Н составу атмосферных осадков летнего периода, что свидетельствует о преимущественном летнем питании озера [21]. При этом сопоставление результатов опробования оз. Глубокое с результатами опробования оз. Белое карстового происхождения, расположенного в Рязанской области, показывает идентичный изотопный состав. Сочетание таких признаков, как большая глубина озера (до 32 м), воронкообразная форма и преимущественное питание атмосферными осадками, позволяют предположить, что оз. Глубокое по происхождению может быть отнесено к карстовому типу. Преимущественное питание озера за счет атмосферных осадков подтверждается также результатами измерения электропроводности по глубине озера [22]. Так, за период наблюдений с 2017 по 2018 гг. электропроводность воды изменялась от 86 до 99 мкСм/см в основной толще воды и до 121 мкСм/см у дна, что свидетельствует о низкой величине питания озера за счет подземных вод. Наличие карстового процесса является признаком как современной активности исследуемой тектонической структуры, так и возможных условий ее формирования – присдвигового раздвига.

Заключение

По результатам выполненного анализа подземные воды подольско-мячковского водоносного комплекса в области развития Тростенской впадины характеризуются повышенной минерализацией (512–631 мг/л), а также более высоким содержанием гидрокарбонатов (388–458 мг/л) и кальция (72,8–114,0 мг/л), по сравнению с подземными водами, распространенными в периферийных частях области исследования. В пределах изучаемой структуры зафиксированы более высокие содержания стронция, бария, серы, скандия, рубидия, цезия, лантана, самария и европия, чем на прилегающей территории.

К Тростенской впадине приурочены подземные воды, характеризующиеся более тяжелым изотопным составом (δ¹⁸O, δ²Н, δ¹⁷O). Так, значение δ¹⁸O составило от –11,64 до –11,70 ‰, δ²Н –82,83 ‰ и δ¹⁷O – от –6,13 до –6,14 ‰. Облегчение изотопного состава происходит в соответствии с направлением движения подземных вод (на юг к р. Москве и на восток, юго-восток к г. Истре, г. Москве). Вероятно, облегчение изотопного состава на периферии связано с прохладным климатом ледникового периода московского возраста. В центральной и северо-западной части в постледниковый период происходит поступление подземных вод с более тяжелым изотопным составом. Наибольшая разница в изотопном составе подземных вод между подольско-мячковским и четверичным водоносным комплексом отмечается в периферийной части области исследования и составляет 0,28 ‰, а близкий состав – в районе развития Тростенской впадины и северо-западнее нее (0,02–0,04 ‰).

Таким образом, выявленная площадная неоднородность гидрогеохимического состава позволила установить влияние Тростенской впадины на формирование химического состава подземных вод в районе исследования.

Схожесть химического состава подземных вод подольско-мячковского водоносного комплекса, распространенных северо-западнее структуры, с составом вод в ее центральной части указывает на возможное развитие исследуемой структуры в северо-западном направлении.

 

***

Благодарности: Выражаем благодарность организациям, предоставившим возможность выполнить отбор проб подземных вод на водозаборах, лабораториям ФГБУН «Дальневосточный геологический институт Дальневосточного отделения Российской академии наук» и ФГБУН «Геологический институт Российской академии наук», а также сотрудникам Гидробиологической станции «Глубокое озеро».

Acknowledgements: We express our gratitude to the organizations that provided the opportunity to conduct groundwater sampling at water intakes, the laboratories of the Far Eastern Geological Institute of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences and the Geological Institute of the Russian Academy of Sciences, as well as the Hydrobiological station «Lake Glubokoe».

Об авторах

Светлана Алексеевна Глухова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: koval.sa95@yandex.ru

аспирант, инженер кафедры гидрогеологии геологического факультета

Россия, 119991, г. Москва, Ленинские горы, 1

Наталья Александровна Харитонова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Дальневосточный геологический институт Дальневосточного отделения Российской академии наук

Email: tchenat@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0855-3385

доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры гидрогеологии геологического факультета, главный научный сотрудник

Россия, 119991, г. Москва, Ленинские горы, 1; 690022, г. Владивосток, пр. 100 летия Владивостока, 159

Александр Валерьевич Ермаков

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Геологический институт Российской академии наук

Email: a.v.ermakov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8125-1789

кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник лаборатории тепломассопереноса, ведущий специалист кафедры гидрогеологии геологического факультета

Россия, 119991, г. Москва, Ленинские горы, 1; Lomonosov Moscow State University

Список литературы

Дополнительные файлы