CC BY
112
УДК: 553.7:556.3 (470.57)
Р.Ф. Абдрахманов
Институт геологии Уфимского научного центра РАН, Уфа
РЕСУРСЫ ПРЕСНЫХ ПОДЗЕМНЫХ И МИНЕРАЛЬНЫХ ЛЕЧЕБНЫХ ВОД БАШКОРТОСТАНА
В статье рассмотрены гидрогеологические условия распространения пресных и минеральных лечебных подземных вод региона, их геохимические особенности, показаны ресурсы пресных подземных вод и прогнозные запасы минеральных лечебных вод, приводятся аналоги используемых минеральных лечебных вод. Отмечено, что происходит интенсивная техногенная деградация природных экосистем, в том числе подземной гидросферы.
Ключевые слова: пресные подземные воды, минеральные лечебные воды, геохимия, ресурсы, аналоги минеральных вод.
Формирование подземных вод Башкортостана определяется природно-климатическими, геолого-тектоническими условиями и историей развития геологических структур региона. В соответствии с принципами структурно-гидрогеологического районирования (Рис. 1) на территории Башкортостана выделяется Волго-Уральский сложный артезианский бассейн, относящийся к системе бассейнов Восточно-Европейской артезианской области, и Уральская гидрогеологическая складчатая область.
В целом для Волго-Уральского бассейна свойственна тесная парагенетическая связь ионно-солевого состава вод и водорастворенных газов, взаимосвязь газогидрогеохими-ческих и гидрогеодинамических параметров (Попов, 1985). Градиентно-упорядоченное распределение с глубиной показателей общего ионно-солевого, микрокомпонентного и газового состава вод соответствует прямому типу зональности и позволяет использовать их в качестве критерия региональной гидрогеодинамики (Таблица).
Распределение подземных вод в осадочной толще Волго-Уральского бассейна контролируется вертикальной гидрогеодинамической и газогидрогеохимической зональностями, отражающими историю его гидрогеологического развития и современные процессы в системе вода - порода - газ - органическое вещество. Суть их заключается в последовательном замещении с глубиной (Рис. 2) гидрокарбонатных пресных вод (до 1 г/л) сульфатными (1-20 г/л), сульфатно-хлоридными (5-35 г/л) и хлоридными (35-400 г/л).
Зона пресных (до 1 г/л) гидрокарбонатных (питьевых) вод приурочена к породам широкого возрастного диапазона (от четвертичных на платформе до силуро-девонс-ких на Урале) и в гидрогеодинамическом отношении соответствует зоне интенсивной циркуляции. На значительной части территории республики пресные воды отсутствуют или они имеют спорадическое распространение (Рис. 3, 4). Основными причинами слабой обеспеченности пресными подземными водами (Аургазинский, Благо-варский, Буздякский, Давлекановский, Кармаскалинский, Туймазинский, Хайбуллинский и др.) являются геолого-гидрогеологические условия и интенсивное техногенное влияние на подземные воды.
Мощность зоны питьевых гидрокарбонатных кальциевых, кальциево-натриевых вод в Башкирском Предура-лье колеблется от 10-20 до 300 м (Рис. 3). Минерализация
их от 0,2 до 0,7 г/л, а газовый состав отвечает окислительной геохимической обстановке: N 30-35, С02 5-30, 02 до 10 мг/л. Газонасыщенность обычно 15-50 мл/л, ЕЙ +100.. .+650 мВ, рН 6,7-8,8, Т 4-6°С. Дебиты источников и скважин составляют от 0,1-2,0 до 15-20 л/с, а аллювиальных отложений в долинах рек достигают 50-100 л/с.
Пресные воды бассейна трещинно-жильных и трещин-но-карстовых вод складчатого Урала в геоструктурном от-Гх
Рис. 1. Гидрогеологическое районирование Республики Башкортостан. 1 - граница между Волго-Уралъским артезианским бассейном (АБ) и Уралъской гидрогеологической складчатой областъю; 2 -границы между гидрогеологическими структурами второго и третъего порядка: I - Волго-Камский АБ, II - Предуралъс-кий АБ: II1 - Юрюзано-Сылвинский АБ, II2 - Белъский АБ, III -Западно-Уралъский АБ, IV - Уралъская гидрогеологическая складчатая областъ: IV' - бассейн трещинно-жилъных вод Централъно-Уралъского поднятия, IV2 - то же, Магнитогорского мегасинклинория; 3 - границы между тектоническими структурами Волго-Камского АБ: I - Пермско-Баш-кирский свод, I2 - Татарский свод, I - юго-восточный склон Русской плиты, I - Бирская и Верхнее-Камская впадины; 4 -линия гидрогеохимического разреза.
Рис. 2. Гидрогеохимическая зональность по линии I-I. 1-7 - химический состав и минерализация подземных вод (г/л): 1 - гидрокарбонатные, реже сульфатно-гидрокарбонатные и хлоридно-гидрокарбонатные разнообразного катионного состава (до 1), 2 - сульфатные кальциевые (1-3), 3 - сульфатные натриевые и кальциево-натриевые (3-10, редко более), 4 - сульфатно-хлоридные кальциево-натриевые (3-10), 5 - сульфатно-хлоридные кальциево-натриевые и хлоридные натриевые (10-36), 6 - хлоридные натриевые (36-310), 7 - хлоридные кальциево-натриевые и натриево-кальциевые (250-330); 8 - гидрогеохимические границы; 9 - стратиграфические границы; 10 - скважина: цифры слева - минерализация (г/л), справа - содержание йода в опробованном интервале (мг/л), наверху номер скважины и название нефтеразведочной площади; 11 - изолинии содержания брома (г/л); 12 - гидроизотермы.
ношении охватывает Центрально-Уральское поднятие и Магнитогорский прогиб (Рис. 1). Водоносность сильно дислоцированных метаморфических и осадочно-вулкано-генных пород с жесткими связями обусловлена их трещи-новатостью, которая обычно не подчиняется возрастным границам, часто их пересекает. Обводненность карбонатных пород, кроме трещиноватости, связана и с их закар-
стованностью. Динамика вод определяется рельефом местности и сложной гидравлически связанной между собой системой трещин. Разгрузка подземных вод происходит в речную сеть. Мощность зоны региональной трещиноватости составляет 100 м, иногда достигает 250-300 м.
Сложные гидрогеологические условия Восточного Башкортостана обусловлены разнообразием веществен-
Этажи гд ГЗ ГХ T°C P, ат
Зоны Н, м V, м/год t, 106 лет Генезис вод Зоны Газосодержание, см3/л АгхЮО N2 Не/Аг Зоны Подзоны M, г/л PH Eh, mB
Верхний Интенсивного водообмена 50-250 п1О3—10п 10-5-10-з Инфильтрационный O2-N2 15-50 >1,2 <0,4 НСОз Мд-Са 0,3-1,0 6,7-8,5 +100... 4650 4-10 1 50
Na 0,5-1,7 7,3-8,5 +100...+300
Затрудненного водообмена 50-350 п 10-3-10"1 S04 Vlg-Ca 1-3 7,3-8,4 +250... 150
Na 1,5-20 7,4-8,8
S04-CI Ca-Na 5-36 6,7-7,5 +100...-180 10-35 50-180
Нижний Весьма затрудненного водообмена Инфильтрационно-седиментационный H2S-N2 H2S-CO2-N2-CH4 50-800 0,3-1,0 0,4-3
Mg 300-390 5,4-7,0 -100...-430
CI Na 36-320
Застойного режима 3005000 п10-3-10- 5 150-500 Седимен-тационный N2-CH4 250-1500 0,15-0,5 3-15 Na-Ca 200-330 5,9-7,3 -100...-300 35-150 180-500
Таблица. Сопоставление гидрогеодинамической (ГД), гидрогеохимической (ГХ) и газовой (ГЗ) зональностей.
—гж научно-технический журнал
^^ Георесурсы 8 (50) 2012
Рис. 3. Гидрогеохимический разрез по линии II-II. Условные обозначения см. на рис. 2.
ного состава магматических, метаморфических и осадочных пород, различной степенью их тектонической дисло-цированности и трещиноватости, своеобразием условий питания, движения и разгрузки подземных вод. Дебиты источников здесь достигают 3-5 л/с и более, а удельные дебиты неглубоких скважин (до 50-80 м) - 1-2 л/с. С глубиной удельные дебиты скважин уменьшаются.
Распределены ресурсы пресных подземных вод по территории Республики крайне неравномерно: модули подземного стока колеблются от 5-10 (Уфимское плато) до 1,5 (Белебеевская возвышенность) - 0,3-0,1 л/с-км2 (Зауралье) и почти полного отсутствия (значительная часть Уршак-Бельского междуречья и др.).
Общие водные ресурсы (поверхностные и подземные воды) Республики оцениваются около 25 км3, а с привлекаемыми из других регионов (Свердловская, Челябинская области, Пермский край) они достигают 32 км3. Ресурсы определяются речным стоком, складывающимся из подземного и поверхностного. Естественные ресурсы пресных подземных вод составляют 4,8 км3/год, а эксплуатационные достигают 6,4 км3/год (Абдрахманов и др., 2007).
Количество утвержденных эксплуатационных запасов подземных вод составляет 2569,2 тыс. м3/сут, в том числе подготовленных для освоения 1705,9 тыс. м3/сут; текущий водо-отбор подземных вод - 1288,5 тыс. м3/сут, на участках с утвержденными запасами - 610,4 тыс. м3/сут, на участках с неутвержденными запасами - 656,8 тыс. м3/сут, при водоотливе 21,3 тыс. м3/сут.
Общее использование подземных вод составляет 1160,4 тыс. м3/сут, из них для хозяйственно-питьевого водоснабжения 793,9 тыс. м3/сут, в том числе для городского населения 685,4 тыс. м3/сут, сельского - 108,5 тыс. м3/сут, для технического и сельскохозяйственного производства - 365,9 тыс. м3/сут. Четыре города (Уфа, Бело-рецк, Дюртюли, Агидель) используют для водоснабжения дополнительно поверхностные воды в количестве 139,9 тыс. м3/сут.
Суммарный водоотбор подземных вод на 1 человека по республике составляет (с учетом транспортировки из соседних областей) 308 л/сут, использование на ХПВ и коммунальные нужды по городам 256 л/сут, по сельским пунктам на ХПВ - 75 л/сут; удельное водопотребление на 1 человека для ХПВ - 193 л/сут.
Республика Башкортостан обладает значительными ресурсами разнообразных минеральных лечебных вод. Основная их часть заключена в осадочной толще Волго-Уральского артезианского бассейна, территориально относящегося к Предуралью, где проживает 90%: населения республики. Естественно, что в этом наиболее обжитом, богатом минеральными водами регионе и находится большинство здравниц (Рис. 5).
В артезианских структурах Предуралья, занимающих более 2/3 площади всего региона, они доминируют в осадочной толще мощностью до 3 км и более. Здесь уста-
Рис.4. Карта мощности пре-сныгх гидрокарбонатныгх вод Башкортостана. 1 - изолиния мощности гидрокарбонатныгх вод,
м; 2 - область распространения трещинныгх, трещинно-жилъных и трещин-но-карстовыгх вод Урала; 3 - участки спорадического распространения гидрокарбонатныгх вод; 4 - участки интенсивного техногенного воздействия на подземные водыг; 5 - граница между Волго-Уралъским артезианским бассейном и Уральской гидрогеологической складчатой областью; 6 - линия гидрогеохимического разреза.
новлено свыше сорока типов минеральных вод, различающихся по степени минерализации, ионно-солевому, микрокомпонентному и газовому составу, температуре, радиоактивности и условиям формирования. Многие из них по своим физико-химическим показателям имеют большое сходство с известными отечественными и зарубежными типами лечебных вод, являясь их близкими аналогами.
В Предуралье распространение отдельных типов минеральных вод в подземной гидросфере носит упорядоченный характер и подчинено вертикальной гидрогеохимической зональности. Поэтому в одном пункте можно получить несколько (до 4-5) типов вод как для внутреннего (аналоги Алма-Атинский, Ачалукский, Ергенинский,
/\
<ч' N л V' Ъл?—>
1(8Г
л». Николо-Березовка
-V "О
с '
Болыиеустьжинское
Рис. 5. Карта месторождений минеральных лечебныгх вод Башкортостана (Абдрахманов, Попов, 1999). Водыг состава: 1 - гидрокарбонатного, 2 - гидрокарбонатно-сулъфатного, 3 - сульфатного, 4 - гидрокарбонатно-сулъфатно-хлоридного, 5 - гидрокарбонатно-хло-ридного, 6 - сульфатно-хлоридного, 7 - хлоридного (< 36 г/л), 8 - хлоридного (> 36 г/л); 913 - специфические компонентыг: 9 - сероводород, 10 - бром, бор, иод, 11 - фтор, 12 -железо, «полиметаллы!», 13 - радон; 14-16 - использование минеральныгх вод: 14 - курорт, 15 - бальнеолечебница, 16 - розлив;17-19 - границыI между гидрогеологическими структурами (Рис. 1).
Ижевский, Казанский, Краинский, Кишиневский, Московский, Нижне-Ивкинский I, Черновицкий, Феодосийский и др.), так и наружного (Ишимбайский, Усольский, Тамис-кий, Усть-Качкинские и др.) применения. Это, с одной стороны, позволяет достаточно обоснованно использовать метод аналогии для прогнозирования условий их залегания, а с другой - создает благоприятные предпосылки для создания многопрофильных здравниц, действующих на базе минеральных лечебных вод различных типов.
Эксплуатационные запасы лечебно-питьевых вод Волго-Уральского бассейна связаны с его верхним этажом, представленным нижнепермским (кунгурским) и верхнепермским водоносными комплексами, а вод бальнеологического назначения (наружного применения) -с нижним (подкунгурским) этажом. Выявленные суммарные эксплуатационные запасы минеральных лечебных вод республики составляют 1,825 тыс. м3/сут. Кунгурский и уфимский комплексы являются первыми от поверхности коллекторами минеральных вод, залегая на глубине от 3050 до 200-300 м. Водообильность их намного превышает существующую и перспективную потребности здравниц республики в лечебно-питьевых водах. Деби-ты скважин в зависимости от литологии геологических образований (гипсы, песчаники, алевролиты, известняки и др.) колеблются от 0,1-0,5 до 10-15 л/с, де-биты наиболее крупных источников достигают десятков и даже сотен литров в секунду. Так, эксплуатационные запасы Крас-ноусольского месторождения (ист. 12) определены по категории «А» в количестве 854 м3/сут при перспективной потребности 110 м3/сут (10-15% запасов).
Водообильность комплексов, содержащих бальнеологические сероводородные, бромные (йо-добромные) и борные воды, весьма различна, что хорошо прослеживается на примере нефтегазоносных районов Башкирского Предуралья. На севере Бирской седловины и юге Верх-не-Камской впадины дебиты скважин глубиной 200-500 м при самоизливе сероводородных вод из карбонатных ассельско-артинских пород достигают 1000-1300 м3/сут, а из верхнекаменноугольных не превышают десятков кубических метров в сутки. Высокопроизводительные карбонатные карстогенные коллекторы, судя по значительным поглощениям воды в сква-
I-^ научно-технический журнал
Георесурсы в (50) 2012
жинах (до 5-10 тыс. м3/сут), развиты в башкирском и на-мюрском ярусах платформенной части территории. Они залегают на глубине свыше 900-1000 м. В Прикаратауской части Пермско-Башкирского свода известна скважина, переливающаяся сероводородным рассолом из башкирских отложений с дебитом 5 тыс. м3/сут. Поглощающие палео-карстовые зоны, заключающие бромные рассолы, характерны и для фаменско-турнейских карбонатных отложений, однако особенности их пространственного размещения, так же как и в намюрско-башкирском комплексе, изучены не-достаточйо. При обнаружении этих зон дебиты скважин глубиной 1000-1500 м могут достигать 500-800 м3/сут и более при глубине их уровня до 600-700 м.
В зоне экзогенной трещиноватости гидрогеологических массивов Центрально-Уральского поднятия содержатся экологически чистые питьевые воды, которые, как указывалось, к минеральным не относятся. Последние могут быть вскрыты только скважинами под долинами рек в локальных зонах тектонических нарушений. В пределах этого обширного региона известен лишь один выход минеральных вод - Ассинские источники, используемые для бальнеологических и лечебно-питьевых целей в санатории «Ассы».
Имеются значительные перспективы расширения санаторно-курортной сети в Зауральской части республики (Хайбуллинский, Баймакский, Абзелиловский районы) на базе имеющихся минеральных вод. Они вскрываются скважинами на глубине до 100 м, обладают хорошими дебита-ми (от 0,2-0,5 до 5-8 л/с), характеризуются пяти-шестиком-понентным составом и относятся к ценным хиловскому, луганскому и другим типам минеральных вод без специфических компонентов.
В районах окисляющихся медноколчеданных месторождений (Учалинское, Сибайское, Бурибайское и др.) формируются кислые сульфатные (купоросные) воды с высокими концентрациями железа и других металлов, относящиеся к гайскому, блявинскому и дегтярскому типам. Для лечения их пока не используют, хотя опыт применения их для бальнеологии имеется на Гайском курорте в Оренбургской области.
В Зауралье, в дополнение к известным радоновым источникам, расположенным в южном Предуралье («Кур-газак» и Красноусольский источник 11), путем проведения специальных исследований могут быть обнаружены и радоновые воды, наиболее перспективен в этом отношении Ахуновский массив, сложенный кислыми интрузивными породами.
Таким образом, анализ природных условий, закономерностей распространения и формирования минеральных вод, их использования, позволяет с полной уверенностью утверждать, что большая часть территории Башкортостана перспективна для развития санаторно-курортного дела на базе гидроминеральных ресурсов. В первую очередь это относится к экономически наиболее развитым районам Предуралья и Зауралья.
В последние 50-60 лет в Башкортостане происходит интенсивная техногенная деградация природных экосистем, в том числе подземной гидросферы (Абдрахманов, 2005). Этот процесс превратился из локального в региональный. В связи с этим дальнейшее развитие производственных сил региона определяется не столько количе-
ственным, сколько качественным состоянием водных ресурсов. Первостепенное значение при этом играют ресурсы пресных подземных вод, сосредоточенные в самой верхней части осадочной толщи бассейна и являющиеся основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения. Вместе с тем большую ценность представляют и залегающие в более глубоких частях седимен-тационного бассейна минеральные (лечебные и промышленные) воды, которые также испытывают негативное воздействие процессов техногенеза.
Наиболее интенсивные изменения в подземной гидросфере Башкортостана происходят, главным образом, в районах деятельности нефтедобывающих, нефтехимических, химических и горнодобывающих предприятий, сельскохозяйственного производства с крупными животноводческими комплексами и химизацией земель, в пределах городских агломераций. Все это ведет к прогрессирующему истощению ресурсов и загрязнению подземных вод (как пресных, так и минеральных), большим затруднениям в обеспечении населения качественной питьевой водой, ухудшению геоэкологической обстановке в регионе в целом.
Работа выполнена при финансовой поддержке АНРБ.
Литература
Абдрахманов Р.Ф. Гидрогеоэкология Башкортостана. Уфа: Информреклама. 2005. 344.
Абдрахманов Р.Ф., Чалов Ю.Н., Абдрахманова Е.Р. Пресные подземные воды Башкортостана. Уфа: Информреклама. 2007. 184.
Попов В.Г. Гидрогеохимия и гидрогеодинамика Предуралья. М.: Наука. 1985. 278.
R.Ph. Abdrahmanov. The resources of underground fresh and mineral medicinal waters of Bashkortostan (Russia).
The article describes hydrogeological conditions of fresh and mineral medicinal ground waters distribution in the region, their geochemical properties, as well as the resources of fresh ground waters and prospective reserves of mineral medicinal waters. Analogues of used mineral medicinal waters are represented. It is noted that intensive technogenic degradation of natural ecosystems including underground hydrosphere takes place.
Keywords: underground fresh waters, mineral medicinal waters, geochemistry, mineral waters analogues.
Рафия Фазылович
Абдрахманов
Доктор геол.-мин. наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ и РБ, заведующий лабораторией гидрогеологии и геоэкологии Института геологии Уфимского научного центра РАН. Область научных исследований: познание гидрогеодинамической и газогидрогеохимической структуры верхней части подземной гидросферы Южного Урала и Предуралья, закономерностей размещения и формирования пресных и минеральных лечебных вод, охрана поверхностных и подземных вод от загрязнения и истощения.
450077 Уфа, Башкортостан, ул. Карла Маркса, 16/2.
Тел. сл. 8 (347) 272-82-56, тел. моб. 8 905 181 78 05.
