Малькова, Яна ОлександрівнаЯна ОлександрівнаМальковаДолін, Віктор Володимирович2026-01-282026-01-282025Малькова 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.УДК 556,550.461https://ir.library.knu.ua/handle/15071834/9963Малькова 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.Malkova Y.О. Hydrogeochemistry of brines at the Kalush-Golinsky potassium salt deposit in the drainage influence zone of the Dombrovsky quarry. - Qualification scientific work with the manuscript copyright. The thesis for a candidate of geological sciences degree in speciality 04.00.06 - "Hydrogeology" – Taras Shevchenko National University of Kyiv, Ministry of Education and Science of Ukraine. The presentation of the dissertation will be at the Specialized Academic Council of the Taras Shevchenko National University of Kyiv, ERI «Institute of Geology», Kyiv, 2025. The Dombrovsky quarry, which has been in operation since 1967, is the only one in the world where potash ore has been mined through open-pit methods. Over the course of the Kalush-Golynsky potash deposit’s exploitation, mining geocomplexes have developed, including several mining and processing facilities. These have long been creating a technogenic load, and this impact is expected to continue in the future. The relevance of the dissertation research is clear, as the threat to drinking water sources in the Kalush region is largely determined by the flooding of the Dombrovsky quarry (52.5 million m³) and the potential leakage of highly mineralised brines into the gravel and pebble aquifer, as well as the river system, from surface man-made reservoirs. As of early 2020, the volume of brines in the quarry was 26.89 million m³, with mineralisation in its bottom part reaching 400 g/l. Due to the interaction between precipitation, groundwater, and saline rocks, the brine volume is increasing—the level rises by two to three metres annually, with the amount increasing by two to three million tonnes. Currently, the brine level, with a concentration of up to 20 g/l, has reached the bottom of the gravel and pebble aquifer used for drinking water supply, threatening to deteriorate the quality of drinking water and potentially causing a man-made disaster.Of particular relevance is the study of the formation mechanisms of the hydrogeochemical situation in the drainage zone of the Dombrovsky open pit of the Kalush-Golynsky potash deposit, the theoretical and practical principles of the technogenic evolution of the hydrogeological environment as a result of the operation and post-mining of the deposit, based on experimental data, modelling and forecasting the development of groundwater pollution in the area of the salt deposit's technogenesis. The thesis describes the geological and hydrogeological features of the salt deposits in the Carpathian region, characterises the geological structure and hydrogeological conditions of the study area, and analyses the geological and environmental impacts of the Kalush-Golynsky potassium salt deposit. The main rock-forming minerals of the deposit include halite, cainite, sylvite, and langbeinite. The deposit contains a top-water aquifer, a gravel-pebble aquifer, and a brine aquifer at the contact between the salts and a gypsum- clay "cap" (salt mirror waters). The article provides a brief overview of the environmental and geological consequences of the deposit’s exploitation, particularly the emergence of numerous karst processes, intensification of subsidence phenomena, flooding of residential areas, groundwater pollution, and other issues. The main potential sources of groundwater salinity include the Dombrovsky open-pit mine, tailings ponds, sludge ponds, salt dumps from the quarry, unstable dams, and mudflats where salt lakes have formed. The main source of water supply for Kalush city is the Dobrivlyansky water intake, which is located several kilometres south-west of Kalush on the left bank of the Limnytsia River. It has 64 wells. There are no observation wells to monitor the depression funnel and, accordingly, the radius of influence of the water intake operation. Levels in production wells are not monitored. So far, the Dobrivlyansky water intake in Kalush has not been threatened by contamination. However, the level of brines in the Dombrovsky quarry has now reached the bottom of the aquifer, which poses a threat of contamination of the gravel and pebble horizon of drinking water with brines and determines the relevance of this study. The thesis describes the characteristics of the drainage zone of the Dombrovsky quarry and the dynamics of filling the quarry with brines, analyses the dynamics of the absolute marks of the Dombrovsky quarry brine level and identifies several time periods during its operation. The first period is from the beginning of operation (1967) - the level of +175 m in the southern section - until the flood of 2008, when the levels of the southern and northern sections were equal - the level of 255.4 m. The second period began after the 2008 flood and hydraulic connection of the southern and northern quarry fields and lasted until early 2017. The third period is quasi-stable quarry filling, which is determined by changes in the water balance of the facility. During the operation and post-mining of the Kalush-Golynsky potash deposit, the gravel and pebble horizon is significantly salinised by mine excavations, dumps, tailings and sludge ponds. Under these conditions, it is important to develop measures to protect the main drinking water aquifer from pollution. That is why the study of hydrogeological conditions of the gravel and pebble aquifer is an extremely urgent task. Samples were taken and a number of hydrogeological observations were made in the drainage area of the Dombrovsky open pit, groundwater levels were measured to determine the levels and directions of salinity spread, and to predict changes in hydrogeological and hydrogeochemical conditions. For the first time in recent decades, a hydroisohypsum map of the gravel and pebble aquifer was created, which allowed to provide an idea of the current hydrogeological conditions of the study area based on actual experimental data. These data formed the basis for the creation of a mathematical model of hydrogeological conditions and can be used to develop measures to protect the gravel and pebble aquifer from pollution. The dynamics of mineralisation changes and sources of contamination of the gravel and pebble aquifer were determined in the thesis. A mineralisation map of the study area was constructed. It has been established that salt dumps No. 1 and No. 4 are a powerful source of groundwater pollution. In general, it was found that elevated mineralisation values are observed in a group of wells located in the area of direct influence of surface- man-made water reservoirs (tailings, sludge ponds, etc.). All available literature sources have been analysed and a comprehensive approach to determining the filtration coefficient of the gravel and pebble aquifer had been developed. To determine the average filtration coefficient for a large area, balance methods of instrumental determination of water inflow to the quarry were used and parameters for its calculation were found. Using Darcy's equation, the thesis determined that the filtration coefficient is 5.3 m/day. For the first time, the filtration coefficient of the gravel and pebble aquifers of the I, II and III floodplain terraces was obtained, which averages the filtration properties of soils over a large area and can be used to make predictions of groundwater salinity. The dynamics of the brines chemical composition of the surface layer of the Dombrovsky quarry during the potash ore mining and after the decommissioning of the Kalush-Golynsky deposit was analysed. Changes in the hydrochemical conditions in the mine excavation were predicted. A steady trend of desalination of water in the mine workings was identified. A forecast is made for the mineralisation of the surface layer in 4 years when the quarry water reaches the maximum filling level of 295 m. An express method for determining the chemical composition of brines by physical properties (density and mineralisation) with the refinement of the calculated concentrations by the ratio of equivalent content of components was proposed. It is proved that the Dombrovsky quarry is a natural and man-made quasi-equilibrium system in the annual cycle, which depends on the hydrometeorological conditions of the region. This thesis presents the hydrogeological and hydrogeochemical interrelation of surface and groundwater. For the first time, the isotopic composition of surface and groundwater in the area of the Dombrovsky quarry within the study area was investigated. It is proved that the isotopic composition of water can be used to detect the effect of surface anthropogenic water inflow from the storage facilities even before the appearance of increased concentrations of pollutants in the samples, which is manifested in increased concentrations of 18О, D and 3Н in samples from observation wells. It was found that 3H concentrations in groundwater vary from background values of 1.1-1.6 Bq/l to levels < 0.5-0.6 Bq/l, which are typical for surface natural waters (Sivka and Limnytsia rivers) and surface anthropogenic waters (tailings, sludge ponds, Dombrovsky quarry, etc.). The influence of the tailing dump No. 2 and sludge pond on the chemical contamination of the gravel and pebble aquifer was determined. The salts of the Salt Lake have a significant impact on groundwater salinity. A spatial schematisation of boundary conditions was performed and the boundaries of the filtration area were determined, boundary conditions were determined, hydrogeological data reflecting the current state of the research area were analysed, and a database of geological, hydrological and geochemical data was developed in the dissertation work. A digital 3-dimensional mathematical model of hydrogeological conditions was built to predict the salinisation of the gravel-pebble aquifer of the Kalush- Golynsky potash deposit. A map of the distribution of groundwater heads and levels as of 15.08.2022, as well as a predictive map of the groundwater hydroisohypsis and trajectories of saline groundwater movement under the influence of brine inflow from the Dombrovsky quarry were constructed. A forecast of contamination of the gravel and pebble aquifer over 40 years was made. The growth of groundwater salinity under the influence of brine leakage from the Dombrovsky quarry at a water level of 295 m was calculated. It was found that the impact of brine leaks from the Dombrovsky quarry will not affect the pollution of the Dobrivliansky water intake, the only source of drinking water supply for Kalush and nearby settlements. Ways of solving the environmental crisis that could improve the environmental safety of the Kalush region and contribute to the sustainable economic development of the country as a whole through brine processing was investigated. The practical significance of the thesis consists in the possibility of applying the scientific provisions and conclusions of the thesis in the development of means of protecting the gravel and pebble aquifer from salt pollution and eliminating an additional threat of pollution of water sources in the research region. The results of the study can be applied in the development of a comprehensive scientifically based system of measures to minimise environmental threats and risks to public health due to the development of hazardous geological processes, which will significantly improve the safety of life in the region.ukДомбровський кар’єрзона дренажного впливуграничні умовигравійно-гальковий водоносний горизонтрозсолисольове забрудненняматематична модельмінералізаціяКалуш-Голинське родовищеKalush-Golynsky depositDombrovsky quarrydrainage impact zoneboundary conditiongravel and pebble aquiferbrinesalt pollutionmodelmineralisationДисертація