CC BY
120
Известия Томского политехнического университета. 2011. Т. 319. № 1
ные комплексы, которые можно в течение длительного времени использовать одновременно в качестве источника термальных вод и как объект их возвратной закачки, что является оптимальным вариантом, исходя из природоохранных соображений использования геотермальных ресурсов.
Моделирование показало, что при любом сценарии эксплуатации термальных вод постепенно развивается снижение их температуры во времени. Поэтому в процессе поисков, разведки и строи-
тельства малых энергоснабжающих геотермальных систем необходимо добиваться оптимального соотношения фильтрационно-ёмкостных свойств пород, мощности эксплуатируемых водоносных толщ, времени эксплуатации и расстояния между фильтровыми зонами добывающей и нагнетательной скважин с целью минимизации изменений исходного геотемпературного поля.
Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мищенко М.В. Гидрогеологические условия Южно-Черем-шанской площади Томской области // Проблемы геологии и освоения недр: Труды XI Междунар. симп. им. акад. М.А. Усова. - Томск, 2007. - С. 153-155.
2. Данченко А.М., Заде Г.О., Земцов А.А. и др. Кадастр возможностей. - Томск: Изд-во НТЛ, 2002. - 280 с.
3. Назаров А.Д. Нефтегазовая гидрогеохимия юго-восточной части Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции. - М.: Идея-Пресс, 2004. - 288 с.
4. Кирюхин А.В., Москалев Л.К., Поляков А.Ю., Чернев И.И. Изменения термогидродинамического и газогидрохимического режима резервуара в процессе эксплуатации мутновского
геотермального месторождения // Всероссийское совещание по подземным водам Востока России: Матер. XVIII Совещ. по подземным водам Сибири и Дальнего Востока. - г. Иркутск, 19-23 июня 2006 г. - Иркутск, 2006. - С. 267-270.
5. Букаты М.Б. Разработка программного обеспечения для решения гидрогеологических задач // Известия Томского политехнического университета. - 2002. - Т. 305. - № 6. - С. 348-365.
6. Курчиков А.Р., Ставицкий Б.П. Геотермия нефегазоносных областей Западной Сибири. - М.: Недра, 1987. - 134 с.
7. Гидрогеодинамические расчеты на ЭВМ / под ред. Р.С. Штен-гелова. - М.: Изд-во МГУ, 1994. - 335 с.
Поступила 24.02.2011 г.
УДК 556.314
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МИНЕРАЛЬНОЙ ВОДЫ «ОМЕГА» (ТОМСКАЯ ОБЛАСТЬ)
О.Е. Лепокурова*, О.Ф. Зятева
*Томский филиал Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН Томский политехнический университет E-mail: [email protected]
Приведены данные по газовому, макро- и микрокомпонентному составу некоторых минеральных вод Томской области. Исследованы гидрогеологические условия и химический состав месторождения минеральной воды «Омега». Прослежено изменение основных показателей состава вод на протяжении 15лет. Приведено сравнение сдругими минеральными водами региона. Показана уникальность «Омеги» на их фоне благодаря низкой минерализации и высокому показателю рН.
Ключевые слова:
Щелочная слабоминерализованная вода «Омега», гидрогеологические условия, месторождения вод, химический состав, минерализация, рН. Key words:
Alkaline low-mineralized water «Omega», hydro-geological conditions, waters deposits, chemical composition, salinity, рН.
Минеральные воды Томской области изучались на протяжении многих лет [1]. Расположение скважин, вскрывших основные типы минеральных вод, представлено на рис. 1. По бальнеологическим свойствам здесь выделяются следующие группы вод: обогащенные органическим веществом, железистые, борные, йодо-бромные и воды, действие которых определяется ионным составом (табл. 1).
Несмотря на многочисленные публикации по минеральным водам региона, работы, посвященные слабоминерализованным минеральным водам, представлены крайне скудно. Такие воды
вскрыты в пределах Тегульдетского месторождения питьевой лечебно-столовой воды, относящейся к группе, обогащенной органическим веществом. Минеральная вода, добываемая скважиной 1-Р, разливается под названием «Омега» и характеризуется уникальным химическим составом вследствие исключительно низкой ее минерализации и резко щелочной реакции среды. Между тем известно, общая закономерность для подземных вод различных регионов [2]: чем выше соленость вод, тем выше и рН. Отклонения возможны и связаны с локальными факторами (наличие или отсутствие углеки-
-1 045п*
• -2
Рис. 1. Схема расположения скважин, вскрывших основные типы минеральных вод: 1) граница Томской области; 2) крупные населенные пункты; 3) скважины и их номер; 4) Тегульдетский район
Рис. 2. Схематический гидрохимический профиль. Составлен на основе [4]: (1-10) - площади распространения вод с минерализацией (в г/л) различного ионно-солевого и газового состава: 1) до1 (НСС3-Ыа Ы2); 2)до3 (НСС3-Ыа и С1-НСС-Ыа Ы2-СН4 и СН-N2);3)до 3 (НСО--С1-Ыа ^-Щ); 4) до 3 (О-Ыа СН4); 5) 3...10 (НСО--С1-Ыа СН4); 6) 3...10 (НСО--С1-Ыа ^-Щ); 7) 3...10 (С1-Ыа СН4); 8) 10.35 (С1-Ыэ СН4); 9) 10.35 (С-Са-Ыа); 10) 35.80 (С1-Ыэ СН4); 11) глинистые практически неводоносные породы; 12) граница между водами различного состава и минерализации; 13) стратиграфические границы; 14) изотермы; 15) интервалы опробования (в кружке минерализация воды в г/л); 16) линия тектонических разломов в фундаменте; 17) направление движения трещинно-жильных вод Алтае-Саянского горного обрамления; 18) скважина и ее номер
№№ Скважин 98™ 121Т 2гп 2' 1" 19пс 1ч(5р) 3-Р б-Р 45™ 385-Р *| бя 10-Р Воды [5], Диапазон среднее
Глубина,м 209...249 325...334 1226...1230 744...760 271...279 111...122 2122...2126 2143...2148 Б89...Б94 372...392 230...240 1997...2005 1245...1255 130...1820 430
Возраст пород К21р К21р К,-2рк К,-2рк КгБГПБ Рг-^иг № К^г К,-2рк Кг5тп+ ¡р КгБГПП К,Н К,рк К
Температура, °С 8 11 24 10 9 7 38...41 БЗ 16 12 8 40 37 4...11 6,9
рн 8.5...9.3 7,4...8,6 7,5...8,8 7Д..9.9 6,5...8,1 7,2...7,6 7,6...7,9 7,3 7,9...8,9 8,1 б,б 8,29 7,3 ...8,0 6.8...8.4 7,7
НСО:Г 354...464 Б67...6Б9 370,5...5б7,б 403...622 152...195 122...198 159...220 - 325...451 366...402.7 160 205 208 305...817 520
БСУ" 0...30 0...5.2 0...2.5 0...3.5 - - 0,1.18 - 0,5...4,5 0...3.3 - 2,6 - 0.1...11.2 3,8
СГ 26,6...45,7 133...152 106...354 175...259 1382...1526 1461...1737 3301...3550 8000 432...639 1418...1489 825 873 12000 13...1266.6 180,8
Са2+ 1,0...12,5 6...10 6...8 3...12 140...156 206...228 220...255 - 4...17 39...50 162 2...4 544 2...138 71
Мд2+ 1.2...31.8 0...3.7 0...2.4 1,2...7,9 75,3-109,3 72,9...109,8 3...27 - 1.2...40 12...52 107 0...3 41 1.0...40.3 18,7
N3+ 165...190 300...323 236...380 315...370 б78...б99 ББ0...742 1910...2100 4820 412...570 954...988 344 625 7137 7.5...900.0 208,7
К+ 1,0:2,3 2.0...3.7 1.4...3.4 2...6,2 10,3...11,1 б,0...9,7 5...10 - 3.2...9.6 11,8...29,5 11 0...3 - 0.6...6.0 2,2
Ре0бЩ 0,04...0,55 0,02...0,46 0...0.48 0.24...6.8 1,8...11,5 5,5...24,б 0...1.7 - 0,05...0,85 0,3...0,бб 10 0,3 - 0.17...6.0 2,1
Сумма солей 408...681 788...1192 815...1111 999...1208 2362...2592 2Б23...289Б 57Б4...6266 13000...14000 1333...1737 2728...2813 1640 1700 19900 640...2710 1028
Бальнеологическая группа Вода, обогащенная органическим веществом Железистая Борная Вода, действие которой определяется ионным составом Иодо-бромная -
Количество анализов 8 Б 7 10 б б 4 5 18 5 1 1 1 9
слого газа, щелочных магматических пород и др.). Например, слабоминерализованные щелочные радоновые воды в пределах Горного Алтая, Новосибирского Приобья и Колывань-Томской складчатой зоны [3], т. е. горно-складчатых систем. Поэтому выявление локальных факторов, предопределяющих формирование подобных вод в пределах Западно-Сибирского артезианского бассейна, представляет научный и практический интерес. На данном этапе исследований мы рассмотрим особенности гидрогеологических условий и химического состава вод «Омега».
Общая характеристика месторождения вод «Омега»
Месторождение находится в Тегульдетском районе Томской области. Скважина 1-Р находится в 1,5 км от с. Тегульдет и в 200 км от г. Томска. Скважина пробурена в 1956 г. буровой бригадой Чулымской партии треста «Запсибнефтегеология» с поисково-разведочной (нефть, газ) целью. Глубина скважины 2886 м. Продуктивный водоносный горизонт залегает в интервале глубин 1266...1277 м.
Геоморфологически Тегульдетское месторождение минеральной воды расположено в юго-восточной части Западно-Сибирской равнины, в пределах Чулымо-Енисейского плато. В геолого-структурном отношении территория исследований относится к Тегульдетской впадине на сочленении Западно-Сибирской плиты и Алтае-Саянской складчатой системы, расположенной в зоне прогиба фундамента. Здесь проходит крупный разлом, разграничивающий структурно-формационные зоны [3]. Геологический разрез вскрывает палеозойские отложения (Рг) в интервале 2550.3000 м, представленные известняками и аргиллитами. Юрские отложения №-21т, Jзtg-ms) залегают в интервале 1750.2550 м. Они представлены известняками, аргиллитами, глинами. Меловые отложения (К[П, К1-2, К^тп, K2sms) залегают в интервале 150.1750 м и представлены песчаниками, алевролитами, глинами, известняками. В верхней части разреза распространены палеогеновые и неоген-четвертичные отложения.
В гидрогеологическом отношении участок приурочен к Чулымскому бассейну юго-восточной части Западно-Сибирского артезианского бассейна. В строении бассейна обособляются два гидро-
геологических этажа, разделенных мощным мел-палеогеновым водоупором (мощность более 1 км).
Верхний гидрогеологический этаж включает в себя палеоген-четвертичные и, частично, верхнемеловые водоносные отложения (рис. 2). Заключенные в нем подземные воды находятся в условиях активного, в нижней части - замедленного водообмена. На глубине 50 м опробован водоносный горизонт олигоценовых отложений -3 (табл. 2) верхнего гидрогеологического этажа. Воды холодные (температура 4 °С) пресные (минерализация 0,6 г/л) гидрокарбонатные кальциевые с нейтральной реакцией среды (рН 6,8).
Нижний гидрогеологический этаж объединяет водоносные комплексы палеозойских, юрских и нижнемеловых отложений. Заключенные в нем подземные воды находятся, как правило, в обстановке замедленного и весьма замедленного режима. Продуктивным водоносный горизонт приурочен к илекской свите нижнего гидрогеологического этажа, представленной осадочными обломочными породами (песчаниками и алевролитами) нижнемелового возраста (К^). Производительность скважины равна 0,9 л/с (разовый замер в ноябре 1995 г. по данным Томского НИИ курортологии и физиотерапии). Далее по разрезу, еще через 1 км, в юрских и палеозойских отложениях происходит резкое увеличение минерализации вод в 10.50 раз [6], повышение температуры до 60.75 0С (табл. 2). Показатель рН вод юрско-палеозойских отложений в скважине 1-Р не известен, но в водах близ расположенных скважин на глубинах 1,5.2,5 км он равен примерно 7,1.7,9. С глубиной отмечается закономерная смена состава от гидрокарбонатных натриевых, затем к гидрокарбонатно-хлоридным и хлоридно-гидрокарбонатным натриевым до хло-ридных и хлоридно-сульфатных натриевых и нат-риево-кальциевых (рис. 2).
Химический состав вод «Омега»
Отбор проб из скважины 1-Р проводился при участии авторов в период с 1994 по 2000 гг. сотрудниками Томского НИИ курортологии и физиотерапии, в 2006 г. - сотрудниками Томского политехнического университета ив 2010 г. - Томского филиала Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН. Всего изучено 12 проб воды.
Глубина, м Возраст пород Температура, °С рн нсо37 БО/ сг Са2+ №+ Сумма солей
0...50 - 4 6,8 421 4,2 0,9 98 11 554
1266...1277 К,Н 21.23 9,3.10,3 «Омега», см. табл. 3
2172.2181 J1-2tm 56 ~7,1.7,9 1296 - 432 36 1764 3600
2287.2292 60 943 41 1066 41 2009 4100
2318.2322 60 817 43 1290 43 2107 4300
2435.2440 63 434 186 2418 62 3038 6200
2647.2652 Р7 70 714 714 10472 238 11662 23800
2831.2839 74 588 1764 7448 196 9604 19600
Таблица 2. Физические свойства и химический состав подземных вод, вскрытых скважиной 1-Р. Концентрация ионов и сумма солей дана в мг/л
Известия Томского политехнического университета. 2011. Т. 319. № 1
Таблица 3. Физические свойства и химический состав воды «Омега» с 1994 по 2010 гг., скважина 1-Р. Концентрация ионов дана в мг/л. Прочерк означает «нетданных»
Дата отбора 26.12. 1994 28.04. 1995 29.09. 1995 21.11. 1995 23.02. 2000 24.02. 2000 19.06. 2000 28.06. 2000 23.08. 2000 7.10. 2000 28.09. 2006 11.08. 2010
рн 9,5 9,5 9,6 9,8 9,1 10,3 7,7 9,8 9,5 8,0 9,6 9,3
нсо3- 177 159 134 177 220 110 220 91 104 232 171 159
СОз2- 45 60 33 8 54 66 0 67 60 8 32 119
БО42" - 4,4 20,4 14,8 6,0 2,0 - 2,5 8,8 13,2 9,6 8,3
С1- 7,1 7,1 7,1 10,6 4,9 4,9 4,6 4,2 4,2 17,7 1,5 1,8
1\1О2- 0 - - - 0,04 0,02 0,005 0,003 0,007 0,01
1\1О3- 0 - - - 0,15 0,45 0,45 0,60 0,45 0,10 1,10 0,60
1\1Н4+ 0 0 0,1 0 - 0,1 0,1 0,1 0,2 0,05 0,05 0,33
Са2+ 2 2 2 3 2 4 2 2 2 5 0,44 1,2
Мд2+ - - - - 2,0 2,0 2,0 1,0 2,0 0,2 0,01 0,49
№+ 85,2 87,2 94,9 95,7 85,6 89,2 86,9 92,3 87,9 99,4 94 85
К+ 0,1 0,3
Реобщ 0,11 0,18 0,66 0,11 0,05 0,10 0,27 0,05 0,05
Н2БЮ3 34,6 34,3 26,8 34,3 - - - - - 34,0 20,9 28,7
Н3ВО3 - 1,5 1,5 1,5 - - - - - 3,1 0,02 -
Н2Б - 1,20 1,30 0,002 - 0,08 0,04 0,002 0,44 - - -
Сумма солей 364 358 372 385 371 280 314 261 268 404 309 316
Сорг - 6,5 5,8 9,8 - - - 4,1 - - - 5,6
Химический состав минеральной воды «Омега» представлен в табл. 3. По полученным данным вода является теплой (на устье температура равна 21...23 °С), слабоминерализованной, с общей минерализацией 0,2...0,4 г/л, щелочной (рН 9,1.10,3) и с ЕЙ (-86 мВ). По химическому составу вода относится к гидрокарбонатному натриевому (содовому) типу. Из специфических компонентов в воде содержатся метакремневая кислота в количестве 27.35 мг/л (при кондиции отнесения к минеральным водам 50 мг/л [7]) и водорастворимые органические вещества до 10 мг/л по Сорг (кондиция 5 мг/л). В разные годы и по отдельным сезонам года изменения состава незначительные. Резкое уменьшение значения рН в двух пробах 2000 г. свидетельствует, скорее всего, об ошибке при отборе или при анализе. При этом смещается равновесие
в карбонатной системе: при уменьшении значений рН, уменьшается содержание СО2-, увеличивается НСО- и соответственно увеличивается общая минерализация вод.
По газовому составу воды азотные (99 %), в небольших количествах присутствует метан (0,5 %). До 1994 г. в воде отмечалось присутствие сероводорода, в дальнейшем он не обнаруживался.
Микрокомпонентный состав воды определялся масс-спектральным методом с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) в химико-аналитическом центре «Плазма» и приведен в табл. 4. В воде присутствует ионы цинка (14мкг/л), свинца (0,4 мкг/л), меди (1,6 мкг/л).
Таким образом, минеральная вода «Омега» от выше и ниже залегающих подземных вод отличается высоким значением рН и низкой минерализа-
Таблица 4. Микрокомпонентный состав воды «Омега», скважина 1-Р, мкг/л
Компонент Содержание Компонент Содержание Компонент Содержание Компонент Содержание
1\1Н4+ <50 Бс 3,7 1\1Ь 0,002 Ш 0,002
1\1О2- 7 Т1 0,64 Мо 0,43 Бт 0,0016
1\1О3- 1100 V 4,6 Ад 0,011 Еи 0,0000
РО43- 80 Сг 4,1 Са 0,0011 Gd 0,0004
Р 180 Со 0,003 1п 0,0001 ТЬ 0,0003
В 3,4 1\И 0,13 Бп 0,0035 Dy 0,0004
J 22 Си 1,59 БЬ 0,022 Но 0,0004
Вг 66 Ga 0,31 Те 0,006 Ег 0,0001
А1 20 Ge 1,1 РЬ 0,39 Тт 0,0003
Мп 112 А5 0,91 С5 0,0067 Yb <0,001
Zn 14,1 Бе 0,13 Ва 0,88 Lu <0,001
Бг 21 Rb 0,14 La 0,0050 ^ 0,0002
и 1,9 Y 0,006 Се 0,0081
Ве 0,049 Zr 0,019 Рг 0,0019
цией, что не вписывает в нормальную гидрогеохимическую вертикальную зональность вод (рис. 3): с увеличением глубины, увеличивается соленость и рН вод.
]§А
О 2 4 6 8 10
3000
Рис. 3. Закономерности изменения свойств подземных вод с глубиной в скважине 1-Р. А - концентрация соответствующего компонента в мг/л
По своим характеристикам данную минеральную воду можно отнести к бальнеологической группе вод с повышенным содержанием органического вещества (>5 мг/л). На территории Томской области имеются воды аналогичных бальнеологических групп [1], но, как видно из табл. 1 и 3, «Омега» заметно отличается низкой величиной минерализации и высоким значением рН.
Если сравнивать минеральную воду «Омега» с другими водами меловых отложений Томской области (табл. 1, последний столбец), то видно, что они также заметно различаются. По составу воды тоже содовые, но минерализация больше в 2...10 раз, чем у изучаемой воды, рН меньше на 1...3 единицы, присутствует хлор в больших количестве (в «Омеге» его практически нет), температура ниже на 10.15 °С (что связано с небольшой глубиной отбора).
Низкая минерализация вод на глубине более 1 км может быть вызвана различными причинами: влиянием инфильтрационных вод, поступлением дегидратационных, ювенильных вод или развитием конденсационных вод. Многие авторы указывают в качестве причины влияние на воды терриген-но-осадочных отложений данного участка длительного опреснительного бескислородного гидроли-
тического воздействие метеоинфильтрационных вод [8, 9]. Дело в том, что, как уже говорилось, месторождение относится к юго-восточной окраинной части Западно-Сибирского артезианского (нефтегазоносного) бассейна на сочленении с Ал-тае-Саянским горным обрамлением. По зоне глубинных разломов осуществляется концентрированный сток метеорных пресных трещинно-жиль-ных вод Алтая-Саянского горного обрамления в сторону артезианского бассейна.
Для точного установления причин опреснения вод, необходимо применить метод изотопной диагностики происхождения вод. Зная химический состав вод и концентрации дейтерия и 18О, можно определить генезис вод: инфильтрационные, седи-ментационные или конденсатогенные. Это и будет дальнейшим этапом наших исследований.
Выводы
Показано, что на территории Томской области имеются разнообразные по составу и качеству минеральные воды. Наибольший интерес представляет слабоминерализованная питьевая лечебно-столовая вода «Омега», относящейся к бальнеологической группе вод, обогащенной органическим веществом. Уникальность ее выражается в особенностях состава: при низкой минерализации резко щелочная среда. Нигде больше в области такая вода не обнаружена, только в пределах Чулымо-Ени-сейского плато и на глубинах около 1.1,5 км. Выше и ниже залегающие воды подчинены нормальной гидрогеохимической зональности: с глубиной увеличивается минерализация и рН вод. По составу вода относится к гидрокарбонатному натриевому (содовому) типу. В разные годы и по отдельным сезонам года за последние 15 лет изменения состава незначительны. Причина низкой минерализации на такой глубине объясняется опреснительным влиянием трещинно-жильных вод Алтая-Саянского горного обрамления, которые по зоне глубинных разломов стекают в сторону артезианского бассейна. Причину высокого значения рН при низкой минерализации предстоит рассмотреть на дальнейшем этапе исследований.
Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ № 09-05-99034-р_офи, № 09-05-00647_а и № 11-05-98016-р_сибирь_а.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Курортно-рекреационный потенциал Западной Сибири / под ред. Е.Ф. Левицкого, В.Б. Адилова. - Томск: Красное знамя, 2002. - 227 с.
2. Шварцев С.Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза. - М.: Недра, 1998. - 366 с.
3. Гидрогеология СССР. Том XVI. Западно-Сибирская равнина (Тюменская, Омская, Новосибирская и Томская области). -М.: Недра, 1970. - 368 с.
4. Учителева Л.Г. Минеральные воды Западно-Сибирского артезианского бассейна. - М.: Недра, 1974. - 167 с.
5. Иванова И.С., Лепокурова О.Е., Шварцев С.Л. Железосодержащие воды Томской области // Разведка и охрана недр. -2010. - № 11. - С. 58-62.
6. Розин А.А. Подземные воды Западно-Сибирского артезианского бассейна и их формирование. - Новосибирск: Наука, 1977. - 102 с.
7. ГОСТ 13273-88. Воды минеральные питьевые лечебные и лечебно-столовые. - М.: Изд-во стандартов, 1994. - 29 с.
8. Ресурсы пресных и маломинерализованных подземных вод южной части Западно-Сибирского артезианского бассейна / под ред. Е.В. Пиннекера и др. - М.: Наука, 1991. - 262 с.
9. Назаров А.Д. Нефтегазовая гидрогеохимия юго-восточной части Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции. - М.: Идея-Пресс, 2004. - 288 с.
Поступила 09.03.2011 г.
