ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2009, том 36, № 6, с. 711-721
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ^^^^^^^^^^ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 55046:551.49
ИЗОТОПЫ УРАНА В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ ВЕНДА МЕЗЕНСКОЙ СИНЕКЛИЗЫ © 2009 г. А. И. Малов, Г. П. Киселев, Г. П. Рудик, С. Б. Зыков
Институт экологических проблем Севера Уральского отделения Российской академии наук 163061 Архангельск, наб. Северной Двины, 23 Поступила в редакцию 11.01.2009 г.
Установлено, что в районах развития красноцветных песчаников венда повышенные активности изотопов и наблюдаются в пресных водах гидрокарбонатного состава на водоразделах. Содержания железа в воде здесь минимальны. Для высокоминерализованных вод под палеодолинами характерны минимальные активности изотопов урана и максимальные концентрации железа. Максимальные активности изотопов И отмечены в зонах внедрения пресных гидрокарбонатных вод в соленые на склонах палеодо-лин. Минеральные и пресные воды, приуроченные к водоносному комплексу песчаников венда, можно использовать для питья и бальнеологических целей.
Для живых организмов вода - первостепенный "стратегический" компонент, обеспечивающий их жизнедеятельность, поэтому состав воды определяет "качество жизни" человека. Качество подземных вод зачастую не соответствует требованиям, предъявляемым Санитарными правилами и нормами. В частности, встречаются отклонения по альфа-активности, норматив для показателя которой установлен в размере 0.1 Бк/дм3.
В результате выполненных в 2002-2008 гг. исследований изотопного состава подземных вод Мезенской синеклизы установлены повышенные (до 2.6 Бк/дм3) значения альфа-активности изотопов И в подземных водах водоносного комплекса песчаников падунской свиты венда (Урё на рис. 1) и в слабопроницаемых кимберлитовых породах трубок взрыва, прорывающих эти отложения (1Б3-С2 на рис. 1) в краевой северо-западной части синеклизы, граничащей с Балтийским щитом. Для этих вод характерны также высокие (до 7.2 и выше) значения отношения активностей 234И и 238И [9].
На рис. 1 показано изменение активностей 234И и 238И в подземных водах Мезенской синеклизы.
Минимальные активности изотопов И и минимальные значения отношения 234И к 238И характерны для верхних частей зоны активного водообмена с высокой фильтрационной проницаемостью вмещающих горных пород и высокой их растворимостью. Это объясняется следующими причинами. В урансодержащих породах наблюдается как правило равновесное соотношение между изотопами 234И и 238И. Их отношение составляет 1 к 17000, что соответствует единице отношений их активностей. При полном разложении этих пород изотопы И также переходят в раствор в равновесных соотношениях. Это характерно для хорошо растворимых карбонатных и сульфатных пород карбона и перми
(С и Р на рис. 1). Если же растворение пород замедлено, что имеет место на глубинах ~100 м и ниже, при взаимодействии воды с алюмосиликатами венда, то в подземных водах наблюдается избыток 234И. Это связано с тем, что при а-распа-де 238И в алюмосиликатах образуется нарушенная (разупорядоченная) область, образованная атомом отдачи. В ней происходит сдвиг соотношения между активностями изотопов 234И и 238И в сторону увеличения. Оно становится больше единицы. Эта нарушенная область при подключении к тре-щинно-поровому пространству более проницаема для воздействия подземных вод по сравнению с монолитной породой. В результате происходит опережающий вынос изотопов И из нарушенных областей урансодержащих песчаников венда с переходом избытка изотопов 234И в подземные воды.
Геологический возраст водовмещающих пород
Рис. 1. Изменение активностей И-238 1 и И-234 2 в подземных водах Мезенской синеклизы.
БЕЛОЕ О МОРЕ
Рис. 2. Карта-схема опробования подземных вод падунской свиты венда на территории Северо-Двинской впадины. 1 - граница Северо-Двинской впадины; 2 - точки опробования с нанесением суммарных значений альфа-активности и, Бк/дм3; 3 - контур области повышенных активностей и, перераспределяющегося к зоне разгрузки в долину р. Северной Двины.
Рис. 3. Схематический гидрогеологический разрез через Северо-Двинскую впадину. 1 - изолинии минерализации подземных вод; 2 - пьезометрический уровень в водоносном комплексе песчаников падунской свиты венда. Обозначения стратиграфических подразделений - на рис. 5.
Распределение изотопов И в подземных водах венда неравномерное и подчиняется определенным закономерностям, для изучения которых авторами были выделены два ключевых участка - территория Северо-Двинской впадины и район месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова, расположенный на ее борту.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
На территориях ключевых участков пробы воды из водоносного комплекса песчаников падунской свиты венда отбирались из скважин и источников, расположение которых показано на рис. 2-5.
ф 1 2
Рис. 4. Карта-схема отбора проб на месторождении алмазов им. М.В. Ломоносова. 1 - трубки взрыва месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова, 2 - палеодолины с мощностью четвертичных отложений 50 - 200 м, 3 - точки отбора проб.
Как видно из таблицы и рис. 5, в районе месторождения алмазов развиты, в основном, пресные воды. Их состав изменяется от гидрокарбонатного магниево-кальциевого с рН ~ 7 до гидрокарбонатного натриевого с рН 8-9. Солоноватые воды появляются под палеодолинами и в кимберлитовых трубках [8].
На территории Северо-Двинской впадины основными процессами формирования химического состава подземных вод в водоносном комплексе песчаников падунской свиты венда являются [7] отжим соленых вод морского генезиса в водоносный комплекс песчаников падунской свиты венда из вышележащей толщи глин микулинского межледни-
1 - - -10 - - 2 glllvd 3 тШтк 4 еп 5
а1Щ-а1 6 С^иг 7 Урй 8 Утг 9 Уир 10
Рис. 5. Схематический гидрогеологический разрез через долину р. Золотица. 1 - геологические границы, 2 - изолинии минерализации подземных вод; стратиграфические подразделения: 3 - отложения валдайского ледниковья, 4 - отложения микулинского межледниковья, 5 - среднечетвертичные отложения, 6 - аллювиально-озерные верхненеоген-нижнечетвертичные отложения, 7 - урзугская свита среднего карбона, 8 - падунская свита венда, 9 - мезенская свита венда, 10 - усть-пинежская свита венда.
ковья в процессе их осадконакопления и уплотнения; подток пресных вод из областей питания на бортах Северо-Двинской впадины; перетекание соленых вод в вышележащий водоносный комплекс песчано-глинистых четвертичных отложений долины р. Северной Двины и ее притоков через гидрогеологические "окна".
Соответственно, здесь преобладают солоноватые и соленые воды хлоридного натриевого состава (таблица, рис. 3).
тр. Архангельская §
Ч
■¡а р
л н о о м я к н
м <
0.15
0.10
0.05
-о-2
тр. Поморская
тр. Ломоносовская
9. ■"
тр. КольцовскаяЯ
; Ь'
Водозабор
3 5 7 9 11 13 151719212325272931 33
Номера проб
Рис. 6. Распределение активностей изотопов и в подземных водах на территории месторождения алмазов имени М.В. Ломоносова и карьера Ломоносовского ГОКа. Здесь и на рис. 7 1 - и-238, 2 - и-234.
Химические анализы проб воды и определения изотопов и в концентратах осуществлялись в стационарных лабораториях; определения рН, ЕИ, минерализации, О2, СО2, Бе - непосредственно на само-изливаюших, реже - эксплуатируемых скважинах и природных источниках подземных вод с использованием полевой экспресс-лаборатории.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Результаты исследований приведены в таблице и показаны на рис. 2, 6. На рис. 7 представлены графические зависимости активности изотопов и от параметров химического состава подземных вод.
Из анализа этих материалов следует, что минимальные активности преобладают в наиболее минерализованных водах (15-27 г/л), развитых под наиболее погруженными участками Северо-Двинской впадины, тяготеющими к ее тальвегу (рис. 7а). Для этих вод характерно некоторое снижение значений рН и ЕИ и содержаний гидрокарбонат-иона и повышенные концентрации Бе (рис. 76, 7в, 7д, 7з).
Несколько повышаются активности изотопов и в пресных водах, превышая предельно допустимые значения альфа-активности для питьевых вод (рис. 7а). Эти воды выделяются повышенными значениями рН (до 9), ЕИ (до 300 мв), содержаний гидрокар-
Результаты измерений БЬ, рН, СО2, НС03, О2, Бе, М, И-238, И-234, И-235 в подземных водах венда (н.о. - не определялось; скв. - скважина, тр. - трубка взрыва)
Места отбора проб рН ЕЬ СО2, мг/дм3 НС03, мг/дм3 О2, мг/дм3 Бе, мг/дм3 И-234/И-238 Активность изотопов в пробах воды, Бк/дм3 Минерализация мг/дм3
И-238 И-234 И-235
Северо-Двинская впадина
Скв. 2ц. Боброво 7 н.о. н.о. 242 н.о. 0.4 5.21 0.419 2.184 0.0355 20619
Скв. 2н. Боброво 7 н.о. н.о. 124 н.о. 0.4 7.2 0.0966 0.696 0.00594 4968
Скв. 1. Беломорье 6.9 +260 13 303 0.6 1.6 5 0.0838 0.419 0.0164 8672
То же 7 +300 0 300 0.7 1.5 4.91 0.125 0.616 0 7800
» 6.9 +300 13 301 0.7 0.8 1.1 0.00166 0.00182 0 9030
Скв. 1д. Беломорье 6.9 +225 13 305 0.6 0.2 5.53 0.0544 0.301 0.0114 7958
Скв. 2. Беломорье 7 +188 н.о. 40 н.о. 3.2 6.34 0.0104 0.0656 0.0012 25220
То же 7.6 +174 114 40 0.6 1.6 5.39 0.00598 0.0322 0 16800
» 7.4 +227 н.о. 41 н.о. 1.6 3.92 0.00876 0.0343 0.00066 19950
Скв. 1. Куртяево 8.1 +170 15 648 3.6 1.5 1.86 0.0450 0.0836 0.00556 3113
То же 8.1 +207 11.4 638 4.1 1.4 1.83 0.0439 0.0821 0.00327 3620
Родник 1. Куртяево 8 +130 н.о. 651 0.7 0.6 3.09 0.00108 0.00334 0 1750
Родник 2. Куртяево 7.8 +113 н.о. 624 1 2.4 2.77 0.00676 0.0187 0.00043 3840
То же 7.8 +168 н.о. 620 1 1 2.48 0.0103 0.0256 0.00095 3450
Родник 3. Куртяево 7.4 +213 н.о. 611 2.1 1 4.1 0.00201 0.00825 0 4400
То же 7.5 н.о. н.о. 621 0.7 0.7 3.89 0.00523 0.0204 0 4200
Родник 4. Куртяево 7.4 +200 н.о. 603 0.7 1 4.88 0.00416 0.0203 0.00122 4940
То же 7.4 +300 н.о. 618 2.1 0.6 2.69 0.00492 0.0132 0.0114 4400
Скв. 2. Новодвинск 7.5 +83 н.о. 38 н.о. 0.6 4.4 0.00396 0.0174 0.0008 8954
Скв. 2. Новодвинск 7.6 + 158 26 38 3.4 0.6 8.03 0.00338 0.0271 0 8700
Скв. 6. "Лазурный" 8 +50 н.о. 36 н.о. 1.8 1.92 0.00470 0.00904 0 9192
То же 8 + 64 1 36 0.3 1.8 7.13 0.00135 0.00961 0 9100
» 8.3 -42 н.о. 41 0.3 3.5 15.92 0.00014 0.0023 0 9200
С
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.