Гідрогеохімія розсолів Калуш-Голинського родовища калійних солей у зоні дренажного впливу Домбровського кар’єру

Малькова Я. О. Гідрогеохімія розсолів Калуш-Голинського родовища калійних солей у зоні дренажного впливу Домбровського кар’єру : дис. ... кандидата геологічних наук : 04.00.06 – Гідрогеологія. Київ, 2025. 195 с.

Малькова Я.О. Гідрогеохімія розсолів Калуш-Голинського родовища калійних солей у зоні дренажного впливу Домбровського кар’єру. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.06 – гідрогеологія. Київський національний університет імені Тараса Шевченка, МОН України, Київ, 2025.
Захист дисертаційного дослідження відбудеться у спеціалізованій вченій раді Д26.001.32 ННІ «Інститут геології» Київського національного університету імені Тараса Шевченка, Київ, 2025.
Домбровський кар'єр, який експлуатувався з 1967 р., єдиний у світі, де відкритим способом видобувалася калійна руда. За період експлуатації Калуш- Голинського родовища калійних солей на його базі сформувалися гірничопромислові геокомплекси, що включають ряд об’єктів гірничо-видобувного і переробного профілю, які уже тривалий час створюють техногенне навантаження і потенційно здійснюватимуть такий вплив у майбутньому. Дисертаційне дослідження з обраної тематики є актуальним, оскільки загроза забруднення джерел питного водопостачання Калуського регіону істотною мірою визначається затопленням Домбровського кар’єру (52.5 млн. м3) та можливим витоком високомінералізованих розсолів в гравійно-гальковий водоносний горизонт та річкову мережу з поверхневих техногенних водойм. Об’єм розсолів у кар’єрі на початок 2020 р. становив 26,89 млн. м3. Мінералізація розсолів у його придонній частині 400 000 мг/дм3. Унаслідок взаємодії атмосферних опадів та підземних вод з соленосними породами зростає об’єм розсолів: рівень щорічно піднімається на два- три метри, а кількість збільшується на два-три мільйони тонн. Наразі рівень розсолів з концентрацією до 20 000 мг/дм3 досягнув підошви прісного гравійно-галькового водоносного горизонту, який використовується для питного водопостачання, що загрожує погіршенням якості питної води та техногенною катастрофою.
Особливо актуальним є дослідження закономірностей формування гідрогеохімічної обстановки в зоні дренажного впливу Домбровського кар’єру Калуш-Голинського родовища калійних солей, а також теоретичних і практичних засад техногенної еволюції гідрогеологічного середовища внаслідок його експлуатації та пост-майнінгу. Такі дослідження ґрунтуються на експериментальних даних, моделюванні та прогнозуванні розвитку забруднення підземних вод у зоні техногенезу солевидобувного родовища.
У роботі описано геолого-гідрогеологічні особливості соляних родовищ Прикарпаття, охарактеризовано геологічну будову, гідрогеологічні умови району досліджень та проаналізовано геолого-екологічні наслідки експлуатації Калуш- Голинського родовища калійних солей. Основними породоутворюючими мінералами родовища є галіт, каїніт, сильвін, лангбейніт. У межах родовища містяться верховодка, гравійно-гальковий водоносний горизонт і розсільний горизонт на контакті солей з гіпсо-глинистою «шапкою» (води соляного дзеркала). Наведено короткий огляд еколого-геологічних наслідків експлуатації родовища, зокрема виникнення численних карсто-провальних процесів, активізацію просадкових явищ, підтоплення житлових масивів, забруднення підземних вод тощо, що в сукупності створює загрозливу екологічну ситуацію.
Основними потенційними джерелами засолення підземних вод є Домбровський кар’єр, хвостосховища, шламонакопичувач, солевідвали кар’єру, дамби, які є нестійкими та зони мульд просідання, в яких утворились солені озера.
Основним джерелом водопостачання м. Калуш є Добрівлянський водозабір, розташований за кілька кілометрів на південний захід від міста, на лівому березі річки Лімниця. Водозабір налічує 64 свердловини. Спостережних свердловин для відслідковування депресійної лійки та, відповідно, радіуса впливу роботи водозабору не існує. Спостереження за рівнями води в експлуатаційних свердловинах не проводяться. До цього часу забруднення Добрівлянському водозабору міста Калуш не загрожувало. Проте наразі рівень розсолів у Домбровському кар’єрі досяг підошви водоносного горизонту, що створює загрозу забруднення гравійно-галькового горизонту питних вод розсолами та визначає актуальність даного дослідження.
У дисертаційній роботі представлено характеристику зони дренажного впливу Домбровського кар’єру та динаміку його заповнення розсолами. Проаналізовано зміну абсолютних відміток рівня розсолів у кар’єрі та виокремлено кілька часових періодів експлуатації:
1. Перший період — від початку експлуатації (1967 р.), коли рівень розсолів на південній дільниці становив 175 м, до повені 2008 р., після якої рівні південної та північної дільниць зрівнялися і досягли відмітки 255,4 м.
2. Другий період розпочався після повені 2008 р., гідравлічного з’єднання південного і північного кар’єрних полів, до початку 2017 р.
3. Третій період – квазістабільне наповнення кар’єру, що визначається зміною умов водного балансу об’єкта.
В умовах експлуатації та пост-майнінгу Калуш-Голинського родовища калійних солей, під впливом гірничих виробок, відвалів, хвостосховищ і шламонакопичувача, відбувається інтенсивне засолення гравійно-галькового горизонту. За таких умов для основного водоносного горизонту питних вод особливо актуальною є розробка заходів щодо його захисту від забруднення. Саме тому дослідження гідрогеологічних умов гравійно-галькового водоносного горизонту є вкрай важливим завданням. З метою визначення рівнів та напрямків розповсюдження засолення, а також прогнозування змін гідрогеологічних і гідрогеохімічних умов, здійснено пробовідбирання та ряд гідрогеологічних спостережнь в зоні дренажного впливу Домбровського кар’єру, визначено рівні грунтових вод.
Уперше за останні десятиліття побудовано карту гідроізогіпс гравійно- галькового водоносного горизонту, що дало змогу на основі фактичних експериментальних даних сформувати уявлення про сучасні гідрогеологічні умови території дослідження. Отримані результати стали основою для створення математичної моделі гідрогеологічних умов і можуть бути використані під час розробки заходів захисту гравійно-галькового водоносного горизонту від забруднення.
У дисертаційній роботі визначено динаміку зміни мінералізації та джерела забруднення гравійно-галькового водоносного горизонту. Побудовано карту мінералізації об’єкта дослідження. Встановлено, що потужними джерелами забруднення підземних вод є солевідвали №1 та №4. Загалом, виявлено, що підвищені значення мінералізації спостерігаються у групі свердловин, які перебувають у зоні безпосереднього впливу поверхнево-техногенних водойм (хвостосховища, шламонакопичувача та ін).
Проаналізовано всі наявні літературні джерела та застосовано комплексний підхід щодо визначення коефіцієнта фільтрації (Кф) гравійно-галькового водоносного горизонту. Для визначення усередненого Кф для значної території використано балансові методи інструментального визначення надходження води в кар’єр та знайдено параметри для його розрахунку. З використанням рівняння Дарсі у дисертаційній роботі встановлено, що Кф становить 5,3 м/добу. Вперше отримано коефіцієнт фільтрації гравійно-галькового водоносного горизонту I, II та III надзаплавних терас, що усереднює фільтраційні властивості грунтів на великий території і може бути застосований для пронозування засолення підземних вод.
Проаналізовано динаміку хімічного складу розсолів поверхневого шару Домбровського кар’єру в період розробки калійної руди та після виведення Калуш- Голинського родовища з експлуатації. Спрогнозовано зміну гідрохімічних умов у гірничій виїмці. Виявлено стійку тенденцію опріснення води в гірничій виїмці. Зроблено прогноз щодо мінералізації поверхневого шару через 2-3 роки при досягненні кар’єрних вод максимальної відмітки наповнення – 295 м.
Запропоновано експрес-метод визначення хімічного складу розсолів за фізичними властивостями (густиною та мінералізацією) з уточненням розрахованих концентрацій за співвідношенням еквівалентного вмісту компонентів.
Доведено, що Домбровський кар’єр – природно-техногенна квазірівноважна система у внутрішньорічному плані в багаторічному циклі, яка залежить від гідрометеорологічних регіону.
У дисертаційній роботі представлено гідрогеологічний та гідрогеохімічний взаємозв’язок поверхневих та підземних вод. Вперше досліджено ізотопний склад вод у районі Домбровського кар’єру в межах об’єкта дослідження. Доведено, що за ізотопним складом води вплив надходження поверхневих техногенних вод зі сховищ можна фіксувати ще до появи в пробах підвищених концентрацій забруднювальних компонентів. Це проявляється у підвищених концентраціях 18О, D та 3Н у пробах із спостережних свердловин.
Досліджено, що концентрації 3Н у підземних водах змінюються від фонових значень 1,1-1,6 Бк/л, до рівнів < 0,5-0,6 Бк/л, які характерні для поверхневих природних вод (ППВ) (рр. Сівка та Лімниця), а також поверхневих техногенних вод (ПТВ) (хвостосховища, шламонакопичувача, Домбровського кар’єру та інші). Встановлено вплив ПТВ хвостосховища № 2 та шламонакопичувача на хімічне забруднення гравійно-галькового водоносного горизонту. Значний вплив на мінералізацію підземних вод справляють розсоли Солоного озера.
У дисертаційній роботі виконано просторову схематизацію граничних умов та визначено межі області фільтрації. Визначено граничні умови, проведено аналіз гідрогеологічних даних, що відображають сучасний стан території досліджень, та розроблено базу геологічних, гідрогеологічних і геохімічних даних. На цій основі побудовано цифрову тривимірну математичну модель гідрогеологічних умов для прогнозування засолення гравійно-галькового водоносного горизонту території Калуш-Голинського родовища калійних солей. Побудовано карту розподілу напорів та рівней ґрунтових вод станом на 15.08.2022 року, а також прогнозну карту гідроізогіпс і траєкторій руху засолених підземних вод під впливом надходження розсолів із Домбровського кар’єру. Зроблено прогноз забруднення гравійно- галькового водоносного горизону впродовж 40 років.
Розраховано зростання мінералізації підземних вод під впливом витоків розсолів із Домбровського кар’єру за умов досягнення рівня води в ньому позначки 295 м.
Встановлено, що вплив витоків розсолів із Домбровського кар’єру не спричинять забруднення Добрівлянського водозабору – єдиного джерела питного водопостачання м. Калуш та прилеглих населених пунктів.
Досліджено можливі шляхи подолання екологічної кризи, які можуть підвищити рівень екологічної безпеки Калуського регіону та сприяти сталому економічному розвитку країни загалом шляхом переробки розсолів.
Практичне значення дисертаційної роботи полягає у можливості застосування її наукових положень і висновків для розроблення заходів захисту гравійно- галькового водоносного горизонту від сольового забруднення та усунення додаткової загрози забруднення джерел водопостачання в межах регіону досліджень. Отримані результати можуть бути використані при розробленні комплексної, науково обґрунтованої системи заходів із мінімізації екологічних загроз і ризиків для здоров’я населення, пов’язаних із розвитком небезпечних геологічних процесів, що суттєво підвищить рівень безпеки життєдіяльності у регіоні.