CC BY
83
УДК: 550.42:550.46:551.2:556.3
Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2012. Вып. 4
И. В. Токарев
РЕКОНСТРУКЦИЯ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ СЕВЕРОДВИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЙОДНЫХ ВОД ПО ИЗОТОПНЫМ ДАННЫМ
Введение
Образование месторождения йодных вод в Северодвинской впадине — уникальное природное явление, поскольку месторождение расположено на глубинах всего около 100 м в зоне непретерпевавшей термометаморфизма. Месторождение приурочено к эрозионному врезу в терригенных отложениях венда, заполненному четвертичными отложениями (рис. 1 и 2). В различные годы на данной площади был выполнен ком-
Рис. 1. Схема расположения точек опробования (гидрогеологические условия даны по [1], с изменениями).
1 — скважина: а) использованная для построения схемы гидроизогипс и геологического разреза (номер соответствует номеру на разрезе рис. 2), б) использованная для изотопного опробования (номер соответствует номеру в таблице); 2 — родник; 3 — гидроизогипсы, метры над уровнем моря; 4 — изолинии содержания йода в водах падунской свиты на Бобровском участке месторождения йодных вод, мг/л; 5 — линия разреза.
© И. В. Токарев, 2012
Рис. 2. Региональный гидрогеологический разрез по линии А-Б на рис. 1 (по [1] с изменениями).
1 — терригенные падунские отложения венда; 2 — терригенно-карбонатные породы карбона и четвертичные отложения; 3 — уровень подземных вод; 4 — изолинии минерализации подземных вод, г/л; 5 — область распространения йодной минерализации в водах падунской свиты.
плекс стандартных гидрогеологических исследований для питьевого водоснабжения и для оценки перспектив промышленной эксплуатации участка с повышенной йодной минерализацией. В данной работе для оценки условий формирования и сохранения йодных вод впервые использованы данные по изотопному составу воды (62H и 618O), четным изотопам урана (234U/238U) и тритию (3H).
Общие сведения о геологическом строении и гидрогеологических условиях района даны по [1].
Падунская свита венда, с которой связаны йодные воды, сложена терригенными отложениями. Песчаники и алевролиты доминируют в средней части разреза, а в верхней и нижней частях выделяется несколько пачек водоупорных аргиллитов. Полная мощность свиты достигает 180 м; в северо-западном направлении отложения выклиниваются в устье р. Сев. Двины. Коэффициенты фильтрации составляют 0,1-6 м/сут, водопроводимость — около 100 м2/сут. В долине р. Сев. Двины свита перекрыта мику-линскими глинами и горизонт имеет напор до +16 м над дневной поверхностью. В долине реки минерализация воды у кровли вендского горизонта достигает 15-25 г/л, ниже наблюдается инверсия солености с минимумом около 10-12 г/л на глубине около 150170 м. В бортах долины имеет место нормальная гидрохимическая зональность. Воды по составу хлоридные натриевые.
Максимальные концентрации йода до 40 мг/л и брома до 60 мг/л в водах падунской свиты наблюдаются в долине р. Сев. Двины на Бобровском участке месторождения (см. рис. 1 и 2). Содержание йода постепенно снижается к бортам впадины, составляя 0,3-0,4 мг/л за пределами впадины. Распределение концентраций йода по разрезу венда имеет инверсионный характер — от 25-30 мг/л в кровле до десятых долей мг/л на глубинах более 120-150 м.
Четвертичные отложения залегают на денудированной поверхности венда, их мощность меняется от первых метров в бортах Северодвинской впадины до ~ 190 м
в центральной части долины. Ледниковые и ледниково-морские отложения московского стадиала составляют основание четвертичного разреза и представлены красно-бурыми валунными суглинками с включением щебня, гальки, валунов и линзами разнозернистых песков. Мощность горизонта 2-14 м, водообильность низкая, воды хлоридные натриевые с минерализацией 3-15 г/л.
Морские отложения микулинского межледниковья представлены глинами и распространены только в пределах долины р. Сев. Двины на отметках от -60 до +40 м. Глины пластичные с раковинами морских моллюсков и разложившимися растительными остатками. В верхней и средней части пачки отмечаются прослои мелкозернистых песков мощностью 0,1-5 м, содержащие напорные воды. Дебиты скважин 0,001-0,3 л/с, коэффициент фильтрации песков не превышает 1 м/сут. Вода в песчаных линзах хло-ридного натриевого состава с минерализацией 5-25 г/л; содержание сульфат-иона не превышает 50 мг/л; содержание брома до 15 мг/л, йода до 38 мг/л.
Ледниковые, водно-ледниковые, озерно-ледниковые отложения валдайского ста-диала мощностью 2-30 м сложены суглинками с прослоями песков. Водообильность пород низкая, воды — гидрокарбонатные кальциево-магниевые и хлоридные натриевые с минерализацией 0,3-3,6 г/л. С поверхности залегают слабо обводненные аллювиальные, аллювиально-морские, морские, озерные, болотные голоценовые отложения. Максимальная мощность аллювиальных отложений в переуглубленной части долины р. Сев. Двины — 50 м, коэффициент фильтрации в среднем около 3-5 м/сут. Воды пресные, за исключением участка внедрения (интрузии) морских вод.
Анализ представлений о генезисе северодвинского месторождения
йодных вод
Общая схема накопления йода в подземных водах предлагает протекание следующих процессов [2, 3]:
а) захоронение йода в морских осадках с рассеянным органическим веществом в связанном состоянии;
б) термокаталитическая деструкция рассеянного органического вещества при температурах 100-600 оС с образованием водорастворимых форм йода и его переход в поровые воды.
Рассмотрим условия формирования йодных вод в случае северодвинского месторождения.
В период микулинского межледниковья северодвинская впадина представляла собой эстуарий единого беломоро-балтийского бассейна (рис. 3). Морские отложения в современной губе р. Сев. Двины можно рассматривать как аналог микулинских отложений [4]. В низовьях р. Сев. Двины обнаружена интрузия морской воды с минерализацией до 21 г/л; соотношением катионов, близким морской воде и средним хлор-бромным коэффициентом ~ 267 (в морской воде ~ 290), которую можно рассматривать как аналог интрузий морских вод в эстуарии палео-Двины в микулинское межледни-ковье [5].
Концентрация йода в воде современного Белого и Баренцева морей составляет около 5 х 10-6 %. Он концентрируется водорослями, в которых обнаружены содержания йода порядка 0,1-1 % [6]. Следовательно, источником йода в водоносном горизонте венда является толща микулинских морских отложений, содержащих большую
О 1 д 2 3 4 5
Рис. 3. Беломорско-Балтийский палеобассейн в период микулинского межледниковья и последующее оледенение территории (адаптировано из [5]): (а) Микулинское море (область с косой штриховкой) и (б) границы ледового щита в период трех основных максимумов валдайского оледенения.
1 — участок работ; 2 — акватория Беломорско-Балтийского палеобассейна в период около 115-130 тыс. лет назад; границы оледенения в максимумы Валдайского стадиала: 3 — 85, 4 — 60, 5 — 18 тыс. лет назад.
долю рассеянного органического материала. Об этом свидетельствует снижение концентраций йода в геологическом разрезе с глубиной и исчезновение йодных аномалий за пределами площади развития микулинских глин [1]. Однако температура водоносных горизонтов, содержащих йодные воды, на протяжении всего плейстоцена не превышала 10 °С, следовательно, этап термической деструкции отсутствовал и выход йода определялся каким-то другим процессом.
Считается, что переход йода из четвертичных отложений в водоносный горизонт венда происходил во время валдайского оледенения, когда поровые воды механически отжимались из микулинских глин [1, 7]. Освобождение территории от ледяного покрова (около пяти тысяч лет назад) сопровождалось ее изостатическим поднятием и развитием эрозионной сети, по которой осуществлялся сток поверхностных и подземных пресных вод в Двинский залив [8]. С этого момента начинается разрушение месторождения йодных вод, связанное с движением пресных инфильтрационных вод от бортов впадины к реке и вытеснением соленых вод, формирующих «линзу» йодных вод под р. Сев. Двиной (см. рис. 2). Предполагается, что поступление йода из микулин-ских глин в подземные воды вендского комплекса возможно и в настоящее время за счет диффузии [9].
Несмотря на большое количество исследований и экспериментальных данных, не вполне выясненными остаются важные вопросы формирования месторождения йодных вод. Во-первых, чем обусловлена сохранность йода при захоронении органического вещества в микулинском море? Во-вторых, каков механизм перехода йода, оставшегося после этапа диагенеза, из рассеянного органического вещества в поровую воду
микулинских глин при отсутствии термометаморфизма? В-третьих, каковы пути поступления отжатых поровых вод из залегающих с поверхности глин в подстилающий водоносный горизонт венда?
Поставленные вопросы связаны с несколькими проблемами.
Во-первых, уже на ранних этапах захоронения морских осадков в современной губе р. Сев. Двины концентрации йода в поровых водах илов достигают 4-6 мг/л [7], то есть йод количественно теряется органическим веществом, а затем и поровыми водами илов еще на стадии диагенеза.
Во-вторых, отжатие поровых вод микулинских глин ледником представляется сомнительным в связи с отсутствием следов ледовой переработки микулинских отложений [1, 4], незначительной толщиной и относительно коротким временем существования ледового щита (см. рис. 3 [5]). Если допустить отжатие поровых вод ледником из молодых, относительно неуплотненных осадков микулинского моря, то, как известно из гидродинамики, поток воды при этом должен быть направлен вверх, в сторону подошвы ледника (в сторону падения гидравлического градиента). Соленые воды должны были образовывать каналы в подошве ледника за счет растворения льда. Затем эта вода должна была стекать в подледниковые озера, где разбавлялась талой ледниковой водой, а затем поступала в море, уровень которого был значительно ниже современного.
В-третьих, отжатие должно было наиболее интенсивно проявиться на тех участках, где длина пути фильтрации (толщина слоя глин) в слабопроницаемых отложениях минимальна. Однако в микулинских отложениях наблюдается обратная картина — йодные воды сохраняются лишь на удалении от р. Сев. Двины, а вблизи реки, где мощность глин максимальна, в них обнаружено уменьшение концентраций йода [1]. Наконец, при отжатии концентрации йода в поровых водах по разрезу глин должны были выравниваться, между тем, увеличение его концентраций происходит при движении сверху вниз (рис. 4 [9]).
Рис. 4. Распределение йода в разрезе микулинских глин и в падунском горизонте по данным водных вытяжек [9].
1 — профили относительных концентраций йода в поровых водах, вычисленные как взвешенное на среднее для каждого из профилей; 2 — подошва микулинских глин.
Результаты и обсуждение
Для изучения условий формирования йодной аномалии было выполнено изотопное опробование подземных вод на Бобровском участке месторождения йодных вод, а также подземных, речных вод и атмосферных осадков на прилегающих площадях Архангельской области. Опробовались восходящие родники, самоизливающиеся скважины и скважины, оборудованные электрическими насосами. Изотопный состав воды измерялся масс-спектрометрически на приборе МИ-1201, точность измерения изотопного состава кислорода составляла 0,1 %о, водорода — 0,5 %о (оба измерены относительно венского стандарта средней океанической воды). Тритий измерялся после электролитического обогащения на низкофоновом бета-спектрометре ТпСагЬ. Результаты измерений приведены в таблице.
На диаграмме 52И 4- 6180 все точки четко разделяются на две группы (рис. 5). В пределах Бобровского участка месторождения в вендском горизонте обнаруживаются воды с относительно тяжелым изотопным составом, который варьирует в довольно широких пределах — от 52И = -38 и 6180 = -5,2 %о до 52И = -69 и 6180 = -10,1 %о и несколько фракционирован относительно глобальной линии метеорных вод (ГЛМВ). К этой же группе тяготеет вода из скважины 22 ВП дренажа карьера на трубке им. В. Гриба. Все остальные точки характеризуются существенно более легким изотопным составом, варьирующим в относительно более узких пределах — от 52И = -96 и 6180 = -13,2 %о до 52И = -115 и 6180 = -15,0 % и лежат вблизи ГЛМВ.
При детальном рассмотрении данных по Бобровскому участку обнаруживается три особенности. Во-первых, вода из продуктивных скважин 2ц, 2ц/1, 3ц/1 с концентрациями йода больше 25 мг/л изотопически тяжелее воды из непродуктивных скважин 104, 111, в которых концентрации йода меньше 25 мг/л и которые находятся на периферии месторождения (таблица и см. рис. 1 и 5). Во-вторых, в нижней части падунской свиты, где наблюдается инверсия минерализации и содержание йода снижается до фона (скважины 2н/1 и 2нк), изотопный состав воды резко облегчен, так же как и в роднике из аллювиальных отложений на территории месторождения. В-третьих, имели место значимые изменения изотопного состава воды во время откачки из продуктивных скважин, причем направление изменений различны. В скважине 3ц/1 происходило утяжеление, а в скважине 2ц/1 — облегчение изотопного состава. Первые два обстоятельства указывают на разбавление йодных вод региональным потоком, а последнее — на чувствительность химического состава к структуре водопритоков к скважинам.
Вне йодной аномалии опробовались подземные воды, которые характеризуются пробами из скважин 2н/1 и 2нк на Бобровском участке и пробами из скважин, эксплуатирующих минеральные воды Беломорского месторождения. Эти воды существенно легче по изотопному составу, чем йодные воды, и близки к современным атмосферным осадкам, которые по наблюдениям на станции Архангельск за 1980-2006 гг. имеют среднегодовой состав 52И = -96 и 6180 = -13,8 % (база данных МАГАТЭ и [10]). Это означает, что процессы смешения вод регионального потока и йодных вод могут быть легко идентифицированы по изотопному составу смесей.
В некоторых случаях выполнены измерения трития. Предполагалось, что йодные воды имеют значительный возраст, то есть должны быть «мертвыми» по тритию. Действительно, содержания трития в них близки к нулю. Исключение составляет проба из скважины 2ц, отобранная пробоотборником без прокачки скважины, поэтому в ней
Результаты изотопных определений природных вод на Бобровском участке месторождения йодных вод и прилегающих площадях
№ точки 518о, %% б2Ы, % 3Ы, ТЕ 234и/234и
Место отбора (способ пробоотбора) по активностям
Бобровский участок месторождения йодных вод
Продуктивные скважины
1 3ц/1 (откачка) 24.03.2003 -5,7 -48 — —
— «--« — 28.03.2003 -5,7 -44 — —
— «--« — 01.04.2003 -5,2 -38 — —
2 2ц (пробоотборник) -9,4 -66 2±2 —
3 2ц/1 (откачка) 24.03.2003 -7,1 -59 — 5,21
— «--« — 01.04.2003 -7,9 -64 — —
Непродуктивные скважины — —
4 111 (самоизлив) -10,1 -69 <1 5,39
5 104 (самоизлив) Скважины в зоне гидрохимической инверсии -8,7 -65 <1 4,51
6 2н/1 (пробоотборник) -14,9 -114 — —
7 2нк(пробоотборник) -14,2 -110 <1 —
8 Родник из четвертичных отложений -15,0 -115 — —
Скважины Беломорского месторождения минеральных вод вне линзы йодных вод
9 Архангельск, ул. Воронина, д. 32/2 -13,2 -96 8±2 2,81
10 Архангельск, ул. Холмогорская, д. 16/2 техническая вода -13,8 -104 2±2 4,33
Архангельск, ул. Холмогорская, д. 16/2 питьевая вода -13,7 -103 <1 6,84
11 Новодвинск, ул. Советская, д. 2 -13,6 -105 2±2 5,75 (6,2)
Трубка им. В. Гриба
12 Фоновое болото -14,0 -107 — —
13 Река Светлая Скважины системы дренажа -14,3 -109 — —
14 16 ВП (борт карьера) -14,0 -108 — —
15 18 ВП (борт карьера) -13,9 -104 — —
16 19 Г(карьер) -14,4 -110 — —
17 22 ВП (борт карьера) -7,7 -74 — —
Архангельск, атмосферные осадки -13,76 -96,3 35
Примечания: а) изотопный состав осадков в г. Архангельске приводится по базе данных МАГАТЭ и [10]; б) содержания трития в атмосферных осадках — по [11]; в) прочерк — нет данных; г) концентрация трития <1 означает, что его содержания были ниже порога обнаружения, составлявшего 0,7 ТЕ (тритиевых единиц); д) курсивом приведены отношения 234и/234и, взятые из [12].
*
^|01.04.03
28.03.03 - ЗЦ/1 24.03.03
- 2 ц/1
-120
-15 -13 -11
-9
-7
-5
518 О, %>
+ 1 О 2 ШЗ П 4 □ 5 А б О 7 /8
Рис. 5. Изотопный состав подземных вод Бобровского участка месторождения йодных вод и прилегающих площадей.
Условные обозначения: Бобровский участок (номера скважин соответствуют таблице); 1 — воды с концентрациями йода более 25 мг/л; 2 — воды с концентрациями йода менее 25 мг/л; 3 — воды из скважин, вскрывающих горизонт минеральных вод, залегающий ниже йодных вод (зона гидрохимической инверсии);
4 — родник из четвертичных отложений. Участки вне месторождения йодных вод:
5 — скважины, эксплуатирующие воды Беломорского месторождения минеральных вод; 6 — дренажные воды карьера на кимберлитовой трубке им. Гриба; 7 — современные атмосферные осадки; 8 — глобальная линия метеорных вод.
возможно присутствие современной воды. Значимые содержания трития обнаружены только в пробе из скважины по адресу Архангельск, ул. Воронина, 32/2, что, возможно, указывает на неудовлетворительное техническое состояние скважины.
Полученные изотопные данные могут быть интерпретированы на базе реконструкций геологического развития и палеоклимата севера Европы в плейстоцене и голоцене. Как уже указывалось, микулинские глины, являющиеся источником йода, отлагались в предыдущее межледниковье, которое датируется периодом 115-130 тыс. лет назад [5]. Микулинское межледниковье было несколько более теплым, чем современное [13], но, в целом, похожим по климатическим и физико-географическим условиям, что позволяет использовать прямые аналогии при интерпретации изотопных характеристик. В период накопления микулинских глин из-за подъема уровня океана долина Сев. Двины представляла собой эстуарий Микулинского моря (см. рис. 3 [5]), который характеризовался повышенной биопродуктивностью [14]. Ураганные темпы осадконакопления [4, 8] приводили к быстрому захоронению илов без существенной потери йода.
В современном Балтийском море средний изотопный состав воды имеет значения 52И = -48 и 6180 = -6,1 %о при солености 5 = 4-10 г/л [15]. Наши измерения в Финском заливе дают среднюю величину изотопного состава около 52И = -55 и 6180 = -6,8 % при солености 5 = 2-4 г/л. Отличия между открытым морем и заливом обусловлены влиянием р. Невы. В современном северодвинском эстуарии Белого моря соленость воды составляет около 5 = 25 г/л (в открытом море Б = 32-33 г/л). Средний изотопный состав
кислорода воды в Белом море около 6180 = -1,8 %о, а в р. Сев. Двина 6180 = -15,5 %о. Для смесей связь между изотопным составом и соленостью воды описывается уравнением 6180 = 0,362 х 5-13 [16].
Учитывая прямую связь Балтийского и Белого морей в прошлом и размеры эстуария палео-Двины, для участка исследования можно принять, что соленость воды была сопоставима с современным Белым морем (5 = 20-25 г/л), откуда изотопный состав кислорода захораниваемой морской воды оценивается величиной от -4 до -6 %. Эта оценка хорошо согласуется с измеренным изотопным составом кислорода в подземных водах с максимальными содержаниями йода (см. таблицу). Следовательно, воды падунского горизонта, имеющие йодную минерализацию, ведут свое происхождение от Микулинского моря.
Валдайское оледенение, по-видимому, повлияло на изотопный состав подземных вод. Как известно, при частичном замерзании воды изотопный состав льда утяжеляется, что отражается в смешении точек вправо от ГЛМВ [17]. Поэтому заметное смещение точек изотопного состава вод с высокой минерализацией по йоду вправо от ГЛМВ на графике 52И + 6180 (см. рис. 5), возможно, указывает на наличие частичного замерзания этих вод в прошлом. Основные максимумы Валдайского оледенения относят к периодам около 85, 60 и 18 тыс. лет назад [5, 18]. В периоды 60 и 18 тыс. лет назад ледники могли покрывать палеодолину р. Сев. Двины (см. рис. 3), а их мощность не превышала 0,5 и 1 км [19], однако, обнаружено, что никаких мореноподобных отложений, перекрывающих микулинский разрез, не установлено [4], что делает тезис о покровном оледенении сомнительным. Между осцилляциями ледников происходило промораживание подстилающих пород на территориях, прилегающих к фронту ледника, а в период наступления ледников — таяние субстрата (рис. 6 [5]).
Наличие промораживания геологического разреза в прошлом подтверждается соотношением между четными изотопами растворенного урана (234и и 234и). Смещение равновесия в сторону обогащения ураном-234 указывает на наличие «возрожденных» вод, образовавшихся при таянии мерзлоты [20]. На исследованном участ-
Время, тыс. лет назад
П1 Ш 2 1113
Рис. 6. Модельные оценки промерзания геологического разреза в период валдайского оледенения (адаптировано из [5]).
1 — мерзлые породы, 2 — криопеги, 3 — периоды максимумов похолодания 85, 60 и 18 тыс. лет назад.
ке отношение 234и/ 234и варьирует от 4,33 до 6,84 (по активностям), за исключением скважины по адресу Архангельск, ул. Воронина, 32/2, где 234и/ 234и = 2,81 и где по повышенным содержаниям трития предполагается присутствие современных вод. При этом во вмещающих породах отношение 234и/ 234и не превышает 1,6 [21, 22], а в подземных водах мезенской синеклизы и прилегающих площадей оно варьирует от 1,1 (практически равновесное значение) до 15,92, обнаруживая гигантские обогащения по 234и [12, 23].
Предположение о вытеснении йодсодержащих вод фронтом вымораживания к подошве микулинских глин подтверждается увеличением йодной минерализации в подошве глин (см. рис. 4). Теоретически это возможно также при промывании глин инфильтрационными водами. Однако, гидравлические градиенты на участке йодной аномалии в долине р. Сев. Двины, являющейся региональным базисом дренажа, направлены снизу вверх и только в прибортовых частях долины — сверху вниз. Поэтому наблюдаемый гидрохимический профиль формировался, скорее все же, при вымораживании, когда начиная с поверхности формируется опресненная льдистая зона, а более минерализованные воды отжимаются вниз по разрезу. Глубина продвижения фронта промерзания, по-видимому, была невысока и лимитировалась высокой соленостью подземных вод в микулинских глинах и в падунском горизонте. При этом эпизоды промерзания должны были повторяться неоднократно (см. рис. 6).
Выводы
В Северодвинской впадине (Архангельская область) в падунском горизонте тер-ригенных пород венда на глубинах 100-120 м расположено уникальное месторождение йодных вод, условия формирования которого являются весьма дискуссионными. Для уточнения факторов, приведших к формированию месторождения йодных вод, было выполнено изотопное опробование. В пределах йодной аномалии подземные воды характеризуются повышенной соленостью 5 = 20 - 25 г/л и относительно тяжелым изотопным составом воды: от б2И = -38 и 6180 = -5,2 % до б2И = -69 и 6180 = -10,1 %. Вне месторождения на аналогичных глубинах и до глубин 150-170 м воды падунского горизонта имеют более низкую ~ 10-12 г/л минерализацию и более легкие изотопные составы: от б2И = -96 и 6180 = -13,2 % до б2И = -115 и 6180 = -15,0 %, которые близки к современным атмосферным осадкам б2И = -96 и 6180 = -13,8 %. На периферии месторождения эти воды смешиваются. В подземных водах на месторождении обнаружен неравновесный состав растворенного урана 234и/234и = 4,33 - 6,84.
Интерпретация изотопных данных выполнена на основе сопоставления их с опубликованными гидрохимическими данными и палеореконструкциями для Северной Европы. На основании высокой солености, инверсионного характера гидрохимического разреза, тяжелого изотопного состава воды и отсутствия трития йодные воды можно идентифицировать как реликтовую линзу вод Микулинского моря. В этой части интерпретация данной работы совпадает с ранее сформулированными предположениями о генезисе йодных вод.
Однако изотопные данные дают основания для рассмотрения еще одного важного процесса, который ранее не учитывался. Фракционированный изотопный состав воды и значительные обогащения по 234и в пределах реликтовой линзы позволяют предполагать, что ключевым при формировании месторождения йодных вод был процесс
образования мерзлоты после окончания микулинского потепления. С криогенной ме-таморфизацией поровых вод микулинских глин связана, по-видимому, мобилизация йода из рассеянной органики, аналогично концентрированию других микроэлементов в зонах современной мерзлоты [24, 25]. Неоднократное замерзание должно было приводить к постепенному опреснению верхней части разреза глин [26], продвижению фронта замерзания вниз по разрезу и отжатию поровых вод из глин в подстилающий падунский горизонт. При наступлении ледника (если таковой существовал на данной территории) за счет дополнительной механической нагрузки поровая вода микулин-ских глин должна была отжиматься в падунский горизонт, так как верхняя часть глин оказывалась замороженной. После формирования ледового щита должно было происходить оттаивание подстилающего субстрата и восполнение дефицита воды в оттаивающей зоне глин за счет инфильтрационного питания не содержащей йода пресной водой, образующейся при таянии подошвы ледника [26]. Этот процесс мог повторяться неоднократно (см. рис. 6).
В настоящее время линза древних реликтовых вод, содержащих йод, разрушается региональным потоком подземных вод, поступающих с периферии пятна микулин-ских глин. Сохранению линзы способствует низкая проницаемость верхней части па-дунского горизонта на участке йодной аномалии, где коэффициенты фильтрации не превышают десятых долей метров в сутки, что доказано опытно-фильтрационными работами и режимными наблюдениями [9].
При расчете запасов йода для промышленной эксплуатации месторождения следует учитывать только его содержания в линзе подземных вод в пределах аномалии, а диффузией йода из микулинских глин следует пренебречь. Форсированная откачка, как показывает изменение изотопного состава воды в ходе опытных работ, может привести к быстрому разрушению месторождения за счет прорывов к эксплуатационным скважинам «забалансовых» вод по наиболее проницаемым пропласткам.
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ 12-05-01004 «Мониторинг изотопного состава атмосферных осадков (62H, 618O) на территории Российской Федерации»; СПбГУ 3.37.89.2011 «Прогноз последствий захоронения радиоактивных отходов (РАО) в геологических формациях Российской Федерации на основе изотопно-геохимических и геомиграционных исследований»; СПбГУ 3.0.95.2010 «Разработка математических моделей для исследования миграции загрязнения в подземной гидросфере»). Автор благодарит Хархордина И. Л., Потапова А. А. и Другова Д. А. за помощь в выполнении полевых работ.
Литература
1. Малов А. И. Подземные воды Юго-Восточного Беломорья: формирование, роль в геологических процессах. Екатеринбург, Ур РАН. 2003. 234 с.
2. Кирюхин В. А., Швец В. М. Процессы формирования йодных вод. М.: Недра, 1980. 95 с.
3. Комракова С. Г., Лукашев К. И. Йод в природных водах и почвах Белорусского полесья. Минск: Наука и техника, 1985. 128 с.
4. Филиппов В. В. Стратиграфия верхнего кайнозоя бассейнов Мезени и Северной Двины: сб. научн. трудов Критерии прогноза минерального сырья в приповерхностных образованиях севера Западной Сибири и Урала. Тюмень, ЗапСибНИГНИ, 1989. С. 97-112.
5. Climate and climate-related issues for the safety assessment SR-Site. Svensk Karnbranslehantering AB, Technical Report TR-10-49, 2010. 322 p.
6. Коровкина Н. В. Исследование условий заготовки, консервирования бурых водорослей Бе-
лого моря и извлечения йодсодержащих веществ: автореф. дис. ... канд. техн. наук: Архангельск, 2007. 197 с.
7. Кобокова А. А. Гидрогеохимия йода в подземных водах северо-запада Русской платформы: автореф. дис. ... канд. геол.-мин. наук: СПб., 2002. 141 с.
8. Дементьева Т.А. Формирование и эволюция ландшафтов Северо-Двинской впадины в позднеледниковье и голоцене: автореф. дис. ... канд. геогр. наук. СПб., 2002. 257 с.
9. Коротков А. И., Румынин В. Г., Потапов А. А. и др. Редкие типы минеральных вод Среднерусского артезианского бассейна. СПб., Наука. 217 с. (в печати).
10. Власова Л. С., Ферронский В. И. Влагоперенос над западной Европой и его связь с колебаниями климата по данным об изотопном составе осадков // Водные ресурсы. 2008. Т. 35, № 5. С. 525-545.
11. Власова Л. С., Ферронский В. И. Тритий в атмосферных осадках над Европейской территорией СНГ как индикатор изменения климатических условий // Водные ресурсы. 2005. Т. 32, № 2. С. 247-253.
12. Малов А. И., Киселев Г. П., Рудик Г. П., Зыков С. Б. Изотопы урана в подземных водах венда Мезенской синеклизы // Водные ресурсы. 2009. Т. 36, № 6. С. 711-721.
13. Kaspar F., Kuhl N., Cubasch U. and Litt T. A model-data comparison of European temperatures in the Eemian interglacial // Geophysical Research Letters. 2005. Vol. 32, L11703 (5 p.), doi:10.1029/2005GL022456.
14. Наумов А. Д. Двустворчатые моллюски Белого моря. Опыт эколого-фаунистического анализа. СПб.: ЗИН РАН. 2006. 367 с.
15. Frohlich K., Grabczak J. and Rozanski K. Deuterium and oxygen-18 in the Baltic Sea. Chemical Geology. 1988. Vol. 72. P. 77-83.
16. Зайко В. А. Экологические закономерности биогеохимической реконструкции на примере двустворчатых моллюсков: автореф. дис. ... докт. биол. наук. Махачкала, 2004. 397 с.
17. Ферронский В. И., Поляков В. А. Изотопия гидросферы Земли. М.: Научный мир, 2009. 632 с.
18. Оледенение Северной Евразии в недавнем прошлом и ближайшем будущем / под ред. академика В. М. Котлякова. М.: Наука, 2007. 366 с.
19. Lokrantz H., Sohlenius G. Ice marginal fluctuations during the Weichselian glaciation in Fen-noscandia, a literature review. Geological Survey of Sweden (SGU). Technical Report TR-06-36. Stockholm, 2006. 53 p.
20. Origin of high 234U/238U ratio in post-permafrost aquifers / Tokarev I. V., Zubkov A. A., Ru-mynin V. G., Polyakov V. A., Kuznetsov V. Yu., Maksimov F. E. In «Uranium in the Environment (Mining Impact and Consequences)». Merkel B. J. and Hasche-Berger A. edit, Springer, 2005. P. 847-856.
21. Киселев Г. П., Зыков С. Б., Утузикова Л. В., Суетина Е. А. Неравновесный уран в горных породах мезенской синеклизы // Экология-2011, Архангельск, 06-11 июня 2011 г. Материалы докладов IV Международной молодежной научной конференции. Архангельск, 2011. С. 29-30.
22. Утузикова Л. В., Киселев Г.П. Изотопы урана во вмещающих породах трубки Пионерской месторождения им. М. В. Ломоносова. // Экология-2011, Архангельск, 06-11 июня 2011 г. Материалы докладов IV Международной молодежной научной конференции. Архангельск, 2011. С. 76-77.
23. Малов А. И., Киселев Г. П., Рудик Г. П. Уран в подземных водах Мезенской синеклизы // Доклады РАН. 2008. Т. 421, № 5. С. 666-669.
24. Валуконис Г. Ю., Ходьков А. Е. Роль подземных вод в образовании месторождений полезных ископаемых. Л.: Недра, 1978. 309 с.
25. Птицын А. Б. Геохимические основы геотехнологии металлов в условиях мерзлоты. Новосибирск: Наука, 1992. 120 с.
26. Radionuclide transport in clay during climate change / Wildenborg A. F. B., Orlic B., Thimus J. F., de Lange G., de Cock S., de Leeuw C. S. and Veling E. J. M. // Netherlands Journal of Geosciences. 2003. Vol. 82, N 1. P. 19-30.
Статья поступила в редакцию 29 июня 2012 г.
