CC BY
109
УДК 556.314:553.7:556,364(470.45)
Мязина Н.Г.
Оренбургский государственный университет E-mail: [email protected]
ОСОБЕННОСТИ ГИДРОГЕОХИМИИ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД БАЛЬНЕОЛОГИЧЕСКОЙ ГРУППЫ БЕЗ «СПЕЦИФИЧЕСКИХ» КОМПОНЕНТОВ И СВОЙСТВ В АРТЕЗИАНСКИХ СТРУКТУРАХ ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
В статье рассмотрены основные закономерности формирования и размещения подземных вод бальнеологической группы без «специфических» компонентов и свойств классификационной схемы В.В. Иванова и Г.А. Невраева в артезианских структурах Волгоградской области. Исследован качественный состав подземных минеральных вод осадочного чехла. Проанализированы результаты минерализации, ионно-солевого состава, проведена типизация и выявлены аналоги. Выявлена вертикальная зональность изменения ионносолевого состава с глубиной. Обоснована возможность комплексного использования минеральных вод Волгоградской области.
Ключевые слова: водоносный горизонт, минеральные воды, химический состав, минерализация, аналог минеральной воды, бальнеологическая группа.
Подземные воды человек начал использовать и изучать с глубокой древности. Интерес к изучению химического состава подземных вод проявился в эпоху Римской а позднее и Византийской империи в связи с широким использованием термальных вод. Самая известная минеральная вода Нижнего Поволжья - Ергенинс-кая имела всероссийскую известность за 25 лет до официального признания Кавказских минеральных вод. Дореволюционные работы носили описательный характер. Ергенинский минеральный источник известен в литературе более 200 лет [1]. Источник пользовался известностью и использовался в качестве лечебно-столовой минеральной воды с XVIII в. В ХУШ-Х1Х вв. он использовался также в бальнеологических целях. В настоящее время нашел отражение в классификации минеральных вод В.В. Иванова и Г.А. Невраева и в ГОСТ 13273-88, ГОСТ Р 54316-2011 в качестве типового в группе минеральных вод без «специфических» компонентов и свойств. Впервые он исследован и широко использован с лечебной целью в 1775 г. сарептским врачом И.Я. Виром, который первым определил неполный химический состав воды.
Территория Волгоградской области в структурно-гидрогеологическом отношении неоднородна. Она представлена юго-восточным склоном Воронежской антеклизы на юге сочленяется с частью складчатого Донбасса переходящего в погребенный вал Карпинского а на востоке и юго-востоке с Прикаспийской впадиной. Эти структуры разделяются между собой окончанием Пачелмско-Саратовского прогиба, а на юге
области выделяется погребенная часть Донбас-са-краевая часть Скифско-Туранской плиты.
В подземной гидросфере Волгоградской области обнаружено 23 типа минеральных лечебных вод которые относятся к бальнеологической группе без «специфических» компонентов и свойств и эту группу можно расширить поиском новых аналогов. В этой группе наиболее широко представлены кислородно-азотные воды. Большое разнообразие типов отмечается в сульфатно-хлоридном и хлоридно-сульфатном классе минеральных питьевых вод. Здесь установлены близкие аналоги Анапского, Иркутского, Чартакско-го, Каспийского, Алма-Атинского, Ергенинского, Хиловского, Феодосийского, Угличского, Ижевского типов и т. д. Типы хлоридных соленых вод и рассолов представлены Миргородским, Минским, Друскининкайским. Рассолы бальнеологического назначения представлены Уссольским и Чартакским гидрогеохимическими типами.
Группа минеральных вод без «специфических» компонентов и свойств имеют широкое распространение в регионе Нижнего Поволжья, а также в России и за ее пределами. Это холодные воды, минерализация их изменяется от 1-2 до 15 г/дм3 (питьевые) и от 10 до 40 г/дм3 (для наружного применения).
Цель исследования
Изучить подземную гидросферу выяснить закономерности формирования и размещения различных геохимических типов подземных минеральных вод в вертикальном разрезе осадочного чехла.
Задачи:
1. Изучить химический состав минеральных вод, выявить гидрогеохимические классы.
2. Провести типизацию минеральных вод, выявить аналоги сравнить и сопоставить с российскими и зарубежными курортами.
Материалы и методы
Материалом исследования служат подземные воды с разным химическим составом и минерализацией, опробованные скважинами различного назначения в осадочном чехле Волгоградской области.
Для изучения минерализованных подземных вод были использованы следующие методы:
1) Анализ фондовых и литературных источников, выполнены химические анализы проб воды.
2) Для определения химического состава подземных вод был проведен сокращенный химический анализ проб воды который производится в целях получения подробной характеристики состава по окончании бурения разведоч-но-эксплуатационных скважин, в конце опытных откачек для общей характеристике качества минеральных вод.
3) Систематизация и типизация подземных вод по химическому составу произведена на базе классификации Иванова-Невраева. Установление аналогов отдельных типов минеральных вод, обнаруженных на исследуемой территории, выполнялось с помощью классификационной таблицы В.В. Иванова и Г.А. Невраева [4]. Поиск аналогов минеральных вод сводился к последовательному определению подгруппы (по газовому составу), класса (по анионному составу), подкласса (по катионному составу) и гидрогеохимического типа (по совокупности гидрогеохимических показателей) [2]. При определении последнего учитывались минерализация вод, ее температура, рН и концентрация специфических компонентов. Для выявления гидрогеохимических типов минеральных вод были использованы ГОСТ 13273-88 «Воды минеральные питьевые лечебные и лечебно-столовые» [3], ГОСТ Р 54316-2011 ВОДЫ «Минеральные природные питьевые»[2], и «Основные критерии оценки химического состава минеральных вод» [5] «Кадастр подземных минеральных вод [6].
4) Для характеристики химического состава подземных вод в работе также используется
формула Курлова, представляющая собой псевдодробь, в числителе которой в убывающем порядке указывается процентное содержание анионов, а в знаменателе - катионов. Наименование водам дается по преобладающим анионам и катионам. Преобладающими считаются ионы, содержащиеся в количестве 20% и более при условии, что сумма анионов и катионов равна 100% в отдельности.
Результаты исследования
Исследуемые подземные минеральные воды по химическому составу это преимущественно сульфатные, сульфатно-хлоридные, хлоридно-сульфатные, хлоридные, гидрокарбо-натно-хлоридные воды, по газовому составу кислородно-азотные. Они распространены по всей территории Волгоградской области в При-волжско-Хоперском, Донецко-Донском, СевероКаспийском, Ергенинском артбассейнах. Широко используются курортами, санаториями и заводами розлива в пределах Восточно-Европейской платформы и за ее пределами.
Лечебное воздействие вод группы определяется основным ионно-солевым составом и минерализацией. Группа вод занимает доминирующее положение по числу относящихся к ней типов, и по их распространенности в регионе. В первую очередь, это обусловлено разнообразием ионно-солевого состава пород.
Формирование химического состава группы минеральных вод без «специфических» компонентов и свойств» осуществляется под влиянием общих гидрогеохимических процессов, таких как химическое выветривание пород (растворение и выщелачивание, гидролиз, окисление), катионного обмена в системе вода-порода, процессов смешения и др.
В результате исследования проведено сопоставление по химическому составу классов и подклассов аналогов минеральных вод выявленных в артезианских бассейнах Волгоградской области с используемыми отечественными и зарубежными курортами, представленные в таблице 1.
Воды этой бальнеологической группы содержатся в верхнем гидрогеохимическом и гидродинамическом этаже, занимают верхнюю часть осадочного чехла. Выявленные аналоги минеральных вод представлены в таблице 1. и сопоставлены с водами курортов России и ближнего зарубежья.
Минеральные воды смешанного анионного состава гидрокарбонатно-хлоридные, гидро-карбонатно-сульфатные образуются в результате смешения и отображают незавершившие-ся процессы растворения и выщелачивания в зоне переходов от пресных вод к солоноватым. Эти воды имеют локальное распространение.
Минеральные воды гидрокарбонатно-суль-фатного класса приурочены к терригенным отложениям мезозойско-кайнозойского возраста. Они встречаются среди вод как источников-родников, колодцев так и неглубоких (до 50-220 м) скважин, вскрывающих верхние горизонты зоны интенсивного водообмена. Они встречены на территории Приволжско-Хоперского и Донецко-Донского артезианских бассейнов.
Геохимические особенности гидрокарбо-натно-сульфатных натриево-кальциевых вод иллюстрирует формула состава воды из колодца глубиной 10,7м (К^) в хут. Буерак-Сенют-кин, Серафимовичского района:
М1.5 46НС03 36С/ -16 рН7,2Т8,5 Са59(К + Na)26Mg15
В России минеральные воды аналоги Кишиневского типа используются ограниченно.
Минеральные воды гидрокарбонатно-хлоридного класса приурочены в основном к терригенным мезозойским отложениям мела, юры, триаса. Они встречаются в водах скважин на глубине 199-580 м в районе г. Волгограда. В Волгоградской области воды этого класса ис-
Таблица 1. Сопоставление составов сульфатно-хлоридных, хлоридно- сульфатных, хлоридных, гидрокарбонатно-хлоридных исследуемых вод Волгоградской области (I) с используемыми отечественными
и зарубежными курортами (II)
I
II
Орлиновская площадь скв.№5, C2pd (123 м)
М 1,3
С/74НС03 20504 6 (N0 + К )78Ca14Mg8
Карачинский (Айвазовский) гидрохимический тип минеральной воды курорт, завод розлива:
рН 7.2
М 2.0-
С/50НС03 45504 5 (К + Na)98Ca1Mg1
рН8,2Т 28,5
Сморогдинский источник, Эльтон QIIhz-N2ap (Прикаспийская впадина):
С/675С4 24НСС 9
М8.1-
Солониха, курорт, скв.:
М 7.3- С162'°' 37
(К + Na)72Mg17Ca11
Na83Mg10Ca7
Скв. 8738, Светлоярский р-н, п. Северный N2er (16-23м) .С/56Б0, 31НС013
М1.6-
Na44Ca40Mg16
Курорт Арчман, Туркмения, источник:
,,, „ С/448° 434ЯС°319
М1.9-4-3—
(Na + К )55Са27
Скв.3 (водяная) Привольненская площадь, N2er (50-58 м) С/51Б0Л 42НС0 7
M 4.1-
Хиловский гидромический тип воды (курорт Хилово)
„ ™ С/50 - 7550,20 - 40НС0310 M 2,.0 - 5,0- 4 3
Nа44Cа36Mg20
Na35 - 55Ca25 - 50Mg20 - 40
Ергенинский источник (завод розлива) ^ег (45-51 м):
^ „ С/47Б0446НС037 гг„ „
5.4-— рН 7.2
Na58Ca23Mg19
Ергенинский гидрохимический тип
^ „ С/47Б0446НС037 гг„ „
5.4-— рН 7.2
Na58Ca23Mg19
Скв.743, с. Гончаровское, Октябрьский район, N2er (25-32 м)
3.2-
,Б0452С/37НС0311 Na64Ca20Mg16
-рН 8.4Т12
Ижевские минеральные воды, курорт, завод розлива: 1.7-
62С138
Ca39Na38Mg23
Скв. 532, х. Калиновский, Фроловский р-н, С3, (103-166 м):
2,45 С/86НС0395045 рН7
(Ш + К )61Ca20Mg19
4.2
Курорт Пярну, Эстония:
С/95
- рН7,2 Т14°
(Na + К )65Ca26
Скв. х. Уваровский, Урюпинский р-н, (92-146м), D3zd-el С/89НС0,6Б0Л 5
2.9-
(т + К )62Ca20Mg18
рН6,7
Курорт Пярну, Эстония:
С/95
4 2----рН7,2 Т14°
(Na + К )65Ca26
пользуются в технических целях, являются аналогом Карачинского, Айвазовского гидрохимического типа минеральной воды. На территории области эти воды не используются для лечебно-питьевых целей. В таблице 1 представлен выявленный аналог минеральной воды этого класса на Орлиновской площади. С глубины 123 м скважиной №5 выведены гидрокарбонат-но-хлоридные натриевые воды с минерализацией 1,3 г/дм3 из подольских известняков сред-некаменноугольного возраста.
Минеральные воды зоны сульфатно-хло-ридных, хлоридно-сульфатных и реже сульфатных солоноватых и соленых вод, характеризуется условиями затрудненного гидрогеоди-намического режима. Она развита почти повсеместно, и в общем виде характеризуется нейтральной реакцией среды и переходной окислительно-восстановительной обстановкой (рН 6,7-8,1 и ЕЬ от+100 до -180), газами атмосферного (О2, и биохимического (Н^) происхождения. Минерализация сульфатно-хлорид-ных и хлоридно-сульфатных вод изменяется от 1,3 до 22 г/дм3. По условиям залегания и газогид-рогеохимической характеристике зона занимает промежуточное положение между пресными и хлоридными водами. Воды этой зоны, как правило принадлежат на большей части территории к верхнему гидрогеохимическому этажу.
Подземные воды зоны связаны в основном с терригенными реже карбонатными отложениями карбона, юры, мела, палеогена, неогена. Эти воды могут быть использованы для технических, лечебно-питьевых и бальнеологических целей. Сульфатно-хлоридные натриевые, натриево-кальциевые, магниево-кальциево-натриевые воды встречаются повсеместно на правобережье р. Волги от северных районов до прибортовой зоны Прикаспийской синеклизы. Мощность зоны на севере области достигает 50-100 м, в прибортовой части 300 м. Хлоридно-сульфатные и сульфатно-хлоридные воды различного кати-онного состава установлены на глубинах порядка 20-50 м в плиоценовых отложениях неогена, а в прибортовой части до глубины 480-500 м. По условиям формирования сульфатно-хлоридные воды являются типичными водами выщелачивания загипсованных и соленосных отложений, но приурочены к менее промытым горизонтам.
Минеральные воды зоны хлоридных вод занимает наибольшую часть гидрогеохимичес-
кого разреза. Она связана с осадочными отложениями мезозойского, палеозойского и позднеп-ротерозойского возрастов. Минерализация вод изменяется от 1,2 г/дм3 на Хоперской моноклинали до 200-300 г/дм3 и более по мере погружения к Прикаспийской впадине и на ее территории. Солевой состав представлен хлоридами натрия, кальция и магния. Отличительной чертой вод является восстановительная геохимическая обстановка (ЕЬ до -430) и рН = 4,4 ^ 8,4 со свойственными ей газами: сероводородом, метаном, азотом, тяжелыми углеводородами, двуокисью углерода. На правобережье рассолы связаны в основном с палеозойскими ф-С) и подсолевы-ми (подкунгурскими) отложеними (в области распространения пермской галогенной формации). Глубина залегания кровли зоны частично контролируется гипсометрическим положением кунгура, а мощность зоны - положением кровли кристаллического фундамента. Она также зависит от степени влияния вод вышележащих зон и процессов восходящей миграции рассолов.
В составе зоны выделяется подзона нади подсолевых хлоридных, натриевых соленых вод и рассолов, в средней - внутрисолевых хлоридных магниевых рассолов, а в нижней, основной части хлоридных натриево-кальци-евых и кальциево-натриевых рассолов (М до 330 г/дм3). Хлоридные рассолы с минерализацией ниже 150 г/дм3 или при разбавлении могут использоваться для приготовления лечебных бальнеотерапевтических ванн.
Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы:
1) минеральные воды палеозойско-мезозой-ско-кайнозойских водоносных горизонтов с минерализацией 1-3 г/дм3 в основном смешанного состава, двух-трехкомпонентные от гидрокарбо-натно-хлоридных, гидрокарбонатно-сульфат-ных реже сульфатно-хлоридно-гидрокарбонат-ных до гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридных, натриевого, натриевого-кальциевого состава занимают верхнюю часть зоны интенсивного водообмена и залегают под пресными водами. Минеральные воды зоны сульфатно-хлоридных, хлоридно-сульфатных и реже сульфатных соленых вод с минерализацией 3-36 г/дм3, по условиям залегания и газогидрогеохимической характеристике зона занимает промежуточное положение между пресными и хлоридными водами. Хлоридные воды и рассолы доминируют и за-
нимают основную часть осадочного чехла с минерализацией 1,2 до 330 г/дм3. Выявлена вертикальная зональность изменения гидрохимических классов минеральных вод с глубиной.
2) типизацией вод для использования в качестве источников минеральных вод, выявлены аналоги минеральных вод в классе гидрокарбо-натно-хлоридных, гидрокарбонатно-сульфат-ных смешанного анионного состава: Кишиневского, Карачинского, Айвазовского; сульфатно-хлоридных и хлоридно-сульфатных: Анапский,
Иркутский, Угличский, Хиловский и тд; хлоридных: Миргородским, Минским, Друскининкай-ским и т. д. гидрохимических типов. В классе хлоридных натриевых и кальциево-натриевых минеральных вод выявлены аналоги рассолов: Усольского, Чартакского типов.
Установленные аналоги минеральных вод в артезианских структурах могут способствовать более целенаправленному прогнозированию и ведению геолого-разведочных работ на минеральную воду.
25.06.2014
Список литературы:
1. Мязина, Н.Г. Закономерности формирования и распространения минеральных вод в гидрогеологических структурах Волгоградской области [монография] / Н.Г. Мязина. - Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2008. - 212 с. - ISBN 978-59669-0469-2.
2. ГОСТ Р 54316-2011 «Воды минеральные природные питьевые».- М.: Стандартинформ, 2011.
3. ГОСТ 13273-88 «Воды минеральные питьевые, лечебные и лечебно-столовые». - М.: Издательство стандартов, 1988. -29 с.
4. Иванов, В.В. Классификация подземных минеральных вод / В.В. Иванов, Г.А. Невраев. - М.: Недра, 1964. - 167 с.
5. Иванов, В.В. Основные критерии оценки химического состава минеральных вод / В.В. Иванов. - М.: Центрсоветкурорт, 1982. - 93 с.
6. Кадастр минеральных вод СССР. - М.: Центрсоветкурорт, 1987. - 111 с.
Сведения об авторах:
Мязина Наталья Григорьевна, доцент кафедры геологии, геолого-географического факультета Оренбургского государственного университета, кандидат геолого-минералогических наук
460018, г. Оренбург, пр. Победы 13, ауд. 3207, тел. (3532) 372543, е-шаИ: [email protected]
