ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2010, том 37, № 6, с. 650-656
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 556.53:615.83
О ФОРМИРОВАНИИ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД В ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ЧЕБОКСАРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ © 2010 г. А. Ф. Иванов, А. И. Тихонов, Н. Е. Миронова
Научно-исследовательский институт геологических и геоэкологических проблем 428023 Чебоксары, ул. Академика Королева, 1 Поступила в редакцию 17.04.2009 г.
По результатам комплексных уран-изотопных и микроэлементных гидрохимических исследований установлено, что минеральные воды в восточной части Чебоксарского месторождения образованы в результате смешения пластовых вод татарских отложений с глубинными водами, поступающими на трещиновато-ослабленных участках глубинных разломов Горьковско-Кильмезской линеаментной зоны.
Ключевые слова: минеральные воды, гидрохимические исследования, уран-изотопный метод.
Чебоксарское месторождение минеральных вод расположено на северном склоне Токмовского свода и занимает северную часть Приволжской возвышенности. В пределах рассматриваемой площади, принадлежащей в структурном отношении к Чебоксарскому прогибу, верхняя часть геологического разреза представлена отложениями татарского и казанского ярусов верхней перми и локально — юрской системы. Кристаллический фундамент на территории района сложен гранитами и гнейсами нижнего протерозоя, залегает на глубине ~1750 м и разрывается глубинными разломами Горьковско— Кильмезской линеаментной зоны, которые прорывают осадочный чехол и по которым поступают глубинные воды в пределы верхних водоносных горизонтов и даже разгружаются в родниках, смешиваясь с пластовыми водами [3—4].
В гидрогеологическом отношении рассматриваемый район относится к северо-восточной части Волго-Сурского артезианского бассейна. Скважинами эксплуатируются водоносные горизонты и комплексы в верхнеуржумских-сакмарских карбо-натно-терригенных отложениях (Р2иг2-Р^) татарского, казанского и сакмарского ярусов, залегающих в интервалах глубин от 30 до 255 м, колодцами вскрыты четвертичные отложения в интервалах глубин 2—7 м. Водовмещающие породы — песчаники, алевролиты, прослои трещиноватых известняков и мергелей, гипсы, ангидриты суммарной мощностью до 40 м.
В районе городов Чебоксары и Новочебоксар-ска в настоящее время известны пять типов минеральных вод: слабоминерализованные пресные гидрокарбонатные натриевые с минерализацией 0.4—0.8 г/л, используемые для природно-столовых целей и розлива; маломинерализованные сульфатные натриевые с минерализацией 3.1—5.0 г/л, ис-
пользуемые для лечебного питья и розлива; средне-минерализованные сульфатные натриевые с минерализацией 7—9 г/л, используемые для лечебного питья и розлива; хлоридные натриевые рассолы с минерализацией 200—230 г/л бальнеологического назначения; крепкие сероводородные, высокоминерализованные хлоридные натриевые воды с минерализацией 32—35 г/л (содержание сероводорода 230-280 мг/л).
Гидрогеологи считают, что минеральные воды в районе Чебоксарского месторождения распространены практически повсеместно в отложениях, залегающих ниже татарской свиты верхней перми. Согласно этим концепциям минеральные воды должны распространяться и на смежные участки или, по крайней мере, на всем побережье Чебоксарского водохранилища. При этом предполагается, что питание водоносных горизонтов происходит за счет перетока из смежных водоносных горизонтов, а также за счет инфильтрации атмосферных осадков в местах выхода татарских отложений на дневную поверхность. Разгружаются подземные воды в долинах рек в виде подземного стока в русла рек и путем перетока в смежные водоносные горизонты и комплексы.
Однако в работах [1, 2] было установлено, что минеральные воды Сюктерского участка образованы в результате смешения глубинных вод, поступающих по трещинам неотектонических зон Горьков-ско-Кильмезской линеаментной зоны, с пластовыми водами татарских отложений. Показано, что минеральные воды не повсеместно распространены, а образуют куполовидные изотопно-гидрохимические ореолы на локальных участках, что свидетельствует об их частичном поступлении из глубоких горизонтов земной коры.
О ФОРМИРОВАНИИ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД В ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ
651
Режим подземных вод эксплуатируемых водоносных горизонтов на участках минеральных вод формируется, в основном, под влиянием водоотбо-ров и, в меньшей степени, под влиянием метеорологических и гидрологических факторов. Качество подземных минеральных вод в целом соответствует нормативным требованиям, за исключенем повышенного содержания в отдельных пробах бора и лития. Ухудшение качества минеральных вод наблюдается только на одном участке — в районе д. Черга-ши в связи с увеличением водоотбора.
Таким образом, в восточной части Чебоксарского месторождения минеральных вод в настоящее время выделяются различные типы минеральных вод, но отсутствуют достоверные сведения о процессах их образования, т. к. минеральные воды вскрыты практически на тех же глубинах, что и пресные воды на соседних участках. В этих условиях важно изучить пространственное распространение минеральных вод и возможные процессы гидродинамической связи между горизонтами пресных и минеральных вод для своевременного предотвращения их взаимодействия между собой и нежелательных изменений качественных характеристик каждого горизонта. Кроме того, интерес представляет также оценка точности определения их запасов, а также их защищенности от загрязнения и истощения при дальнейшей эксплуатации водозаборных скважин.
Наиболее эффективно эти вопросы решаются с помощью индикаторных методов с использованием в качестве трассера природных изотопов, позволяющих трассировать процессы движения и взаимодействия вод различных горизонтов. Поэтому для решения этих задач были проведены изотопно-гидрохимические исследования на территории восточной части Чебоксарского месторождения, включающие одновременную уран-изотопную и микроэлементную съемку пресных и минеральных подземных вод [1-4].
Уран-изотопный метод основан на использовании в качестве стабильного индикатора неравновесного природного урана (отношение альфа-активностей изотопов 234и/238и Ф 1), содержащегося во всех типах вод гидросферы Земли [5].
В результате исследований установлено, что максимальным изотопным сдвигом урана, достигающим в условиях Восточно-Европейской платформы 10-20 единиц относительно равновесного состояния, характеризуются глубинные воды, поступающие в зонах тектонических нарушений. Минимальные значения у (1.0-1.4) характерны для атмосферных осадков, поверхностных и грунтовых вод. Результаты исследований на Восточно-Европейской платформе показали, что пресные пластовые воды верхнего гидрогеологического этажа (юрские, меловые и пермские отложения) также имеют небольшие изотопные сдвиги урана (1.4-1.6), что объ-
ясняется их преимущественным питанием за счет поверхностных вод.
Для изучения подземных вод указанными методами проводится комплексная уран-изотопная и многоэлементная гидрогеохимическая съемка в пределах изучаемой территории. При этом проводится выбор водопунктов, представляющих именно изучаемый объект; отбор проб воды из них; работы по концентрированию урана из больших объемов природных вод, радиохимической очистке и получению электролитическим путем бесконечно тонких слоев урана для физических измерений активностей изотопов урана 232U (трассер-искусственный изотоп), 234U, 238U для вычисления изотопного отношения 234U/ 238U = у и концентрации урана. Затем проводится обработка и интерпретация полученной информации на основе изучения закономерностей пространственных изменений величины у в подземных водах.
По данным уран-изотопной съемки, в процессе которой опробованы 64 скважины и 26 родников, установлено, что величина отношения 234U/238U = у в подземных водах в районе исследований изменяется от 0.80 ± 0.01 до 6.22 ± 0.10 относительных единиц при значительных колебаниях концентрации урана (от 0.01 до 8.29 мкг/л). Это свидетельствует о существовании в районе исследуемой территории отчетливой дифференциации уран-изотопных показателей, что создает условия для разделения вод различных источников по величине у.
Приведенная на рис. 1 карта формирования минеральных вод в районе городов Чебоксары и Ново-чебоксарска и пригородов по уран-изотопным данным показывает, что на большей части территории распространены пресные пластовые воды татарских отложений, образующие подземные потоки, движущиеся в северном и северо-восточном направлении. Вместе с тем, можно видеть обширное поступление на тектонически ослабленных участках Горьковско-Кильмезской линеаментной зоны глубинных вод, образующих аномальные зоны с повышенными значениями у. Такие участки преимущественно приурочены к береговой части и акватории Чебоксарского водохранилища, вдоль которого простираются глубинные разломы. Аномальные участки на рисунке пронумерованы. Можно отметить, что все известные источники минеральных вод приурочены к этим аномальным участкам. Локальные участки внедрения глубинных вод наблюдаются также южнее водохранилища: в районе д. Чергаши (аномальный участок 1), а также южнее г. Новоче-боксарска, в районе деревень Чемурша, Юраково, Кодеркасы (аномальные участки 4 и 5). Эти участки также находятся на территории линеаментной зоны, ширина которой по геологическим данным составляет ~25—30 км, и приурочены к участкам пересечения глубинных разломов с оперяющими суб-
0 1 2 3 4 5 км
Рис. 1. Карта-схема формирования минеральных вод в районе городов Чебоксары и Новочебоксарска и пригородов по уран-изотопным данным. 1 — изолиния 234и/238и = у относительных единиц, 2 — скважина, 3 — родник, 4 — река, 5 — населенный пункт, 6 — пластовые воды татарских отложений (у < 1.6) (стрелки — направление движения подземных вод), 7 — области распространения смешанных вод (1.6 < у < 2.0), 8 — участки внедрения глубинных вод (у > 2.0), 9 — тектоническое нарушение, 10 — линия разреза. Цифры в круге — номер аномальной зоны с повышенным содержанием у.
широтными тектоническими нарушениями северовосточного направления.
Рис. 2а иллюстрирует изолинией у куполовидной конфигурации процессы внедрения глубинн
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.