Минеральные источники и их бальнеологическое применение
Условно-минеральные воды г. Воронежа. Воронежская область богата минерально-сырьевыми ресурсами, сосредоточенными в древних осадочных и кристаллических породах.
В последние годы нами выделяется новая бальнеологическая группа — условно-минеральные воды. Эти воды отличаются от других щелочной реакцией среды, ничтожно малой жесткостью, невысокой минерализацией, менее 1 г/дм3, малым содержанием органических веществ (до 4О2 мг/дм3). Они вскрываются скважинами в песчаниках верхне — и среднедевонского возраста на глубине свыше 90 м от земной поверхности в районах г. Воронежа (Советский, Центральный, Острогожские сады и др.). Клинические исследования Воронежского государственного медицинского института и Воронежского госуниверситета этой воды показали на оздоровительное действие при лечении урологических заболеваний населения [11]. Минеральная вода получила название "Клиническая". Лечебный эффект ее был подтвержден заключением Центрального научно-исследовательского института курортологии и физиотерапии (г. Москва).
Повышенный интерес к этой воде вызван и тем обстоятельством, что циркулируя на глубине свыше 90-100 м от земной поверхности в водоносных горизонтах девона, она надежно защищена от поверхностного загрязнения вышерасположенным буферным эксплуатационным горизонтом грунтовых вод, используемым для водоснабжения населения г. Воронежа, и 25-метровым слоем щигровских глин верхнего девона. В связи с этим вода "Клиническая" относится к экологически чистым и с успехом может быть использована для питьевого водоснабжения населения г. Воронежа (рис. 7).
Для оценки питьевого качества воды типа "Клиническая" исследовался водозабор станции Воронеж-1 ЮВЖД, где эти воды извлекаются из недр. Водозабор расположен на набережной правового берега Воронежского водохранилища в 100 м к северу от окончания ул. Коммунаров. Воды девонских отложений вскрываются двумя скважинами: № 3 и № 12 в интервале глубин 79,2-164,0 м от поверхности земли, абсолютная отметка — 17,2 (-67,6) м. Геологический разрез скважины № 3 представлен следующими отложениями по данным бурения скважины СУ «Промбурвод» 1994 г.
Общая глубина вскрытого разреза составляет 169,5 м (аналогичный разрез прослеживается по скважине № 12, которая располагается в 10 м к югу от скважины №3). Исследуемые воды являются напорными. Вскрытые разными скважинами на глубине 72 м, воды поднимаются вверх по трубе и устанавливаются на 0,5 м ниже поверхности земли. Здесь отмечается ее пьезометрический уровень. Вода подается из скважины 3 для хозяйственно-питьевых целей ст. Воронеж-1 насосом ЭЦВ 8-25. При этом пьезометрический (статистический) уровень понижен до глубины 21,5 м. В этих условиях дебит скважины составляет 48 м3/час или 13,3 л/сек; удельный дебит равен 0,62 л/сек (рис. 8).
В г. Воронеже и прилегающих к нему районах пробурено еще четыре скважины на воду из девонских отложений для хозяйствено-питъевых целей. Они располагаются: на территории профилактория "Дон" у пос. Первомайский (скв. П-3); на территории школы № 64 в поселке Боровое (скв. З); на площадке базы отдыха "Пески" что у лесного кордона "Пески" в Воронежском заповеднике в 14км к северо-востоку от г. Воронежа (скв.1), на ст. Графская, в пос. Чертовицкое и др. Все геологические разрезы скважин аналогичны и технически оснащены примерно одинаково.
Имеющиеся сведения о дебите этих скважин, указывают, что максимальная производительность отмечается на водозаборе ст. Воронеж-1 в скв. № 3 (таблица 3). В вязи с этим производилось исследование органолептических свойств воды, ее химического состава в целях оценки качества, экологической чистоты и лечебных свойств. Нами отбирались пробы воды в два срока для диагностирования постоянства химического состава и органолептических свойств. Для определения химических, терапевтически активных элементов использовались аналитические методы по Ю. Лурье и применялся атомно-абсорбционный метод определения микроэлементов.
Рис. 7. Гидрогеологический разрез и конструкция скважины № П-1 2-я клиническая больница г. Воронежа (составила А. Я. Смирнова по материалам ЮВЖД). |
Рис. 8. Гидрогеологический разрез скважины №3 водозабора ЮВЖД.
Характеристика геологического разреза скв. № 3.
|
№ п/п |
Адрес водозаборной скважины |
№ скв. |
Дебит л/сек |
Понижение, м |
Удел. дебит, л/сек |
1 |
Водозабор ст. Воронеж-1 ЮВЖД |
3 |
13,3 |
21,5 |
0,62 |
2 |
II |
13 |
11,1 |
20 |
0,55 |
3 |
II |
13 |
7,2 |
13 |
0,55 |
4 |
Профилакторий "Дон" |
П-3 |
3,88 |
22 |
0,18 |
5 |
Поселок Боровое, школа № 64 |
3 |
4,17 |
32,5 |
0,35 |
6 |
База отдыха "Пески" |
1 |
3,3 |
7 |
0,48 |
7 |
Станция Графская водозабор "Кордон" |
18 |
4,4 |
26 |
0,17 |
Таблица 3 |
Производительность скважин водозаборов |
Предложенные методы отличаются высокой чувствительностью к определению компонентов воды, хорошо себя зарекомендовали в практике эколого-гидрогеохимических работ.
Подземные воды, вскрываемые скважинами в девонских отложениях на глубинах свыше 90-100 м, существенно отличаются по химическому составу и качеству от вод плиоцен-четвертичных отложений, используемых для водоснабжения населения г. Воронежа [12,13].
Минеральные воды также относятся к категории пресных вод, с минерализацией 0,3-0,6 г/дм3, но по набору химических компонентов выделяется класс хлоридно-гидрокарбонатный натриевый или гидрокарбо — натно-хлоридный натриевый.
Соотношение анионов таково: С1 > НСОз > S04 а для катионов: Са < Mg. Воды, как правило, щелочные и по водородному показателю рН изменяются от 7,4 до 8,5, ведут себя вполне устойчиво, обеспечивая щелочную реакцию среды. Воды исключительно мягкие, так как общая жесткость находится в интервалах изменения от 1.6 до 3,5 ммоль/дм3. Соотношение калия к натрию изменяется как 1:12 или 1:15. В воде девонских отложений наблюдается несколько повышенное содержание магния по сравнению с водами вышележащих плиоценА rCP
определяется более 1.0, что говорит о процес- |
четвертичных отложений. Генетический коэффициент
v rNa у
сах метаморфизации воды в условиях ослабленного инфильтрационного питания грунтовыми водами вышележащих отложений.
Химический состав подземных минеральных вод |
Воды девонских отложений по набору макрокомпонентов аналогичны широко известным водам курорта Ессентуки (табл.4).
Водопункты |
М г/дм3 |
Формула ионного состава |
рН |
г. Воронеж, скв. "Клиническая", поликлиника № 2 |
0,6 — 0,7 |
HC036C157 |
8,0 |
Mg14Ca17 (Na + K)69 |
|||
г. Воронеж, водозабор ст. Воронеж-1 ЮВЖД |
0,8 |
HCO25CI51 |
8,05 |
Mg62Ca16 (Na + K)77 |
|||
г. Ессентуки, источник № 17 |
12 |
C0 HCO60CI40 2Ca4Mg33(Na + |
6,8 |
Таблица 4. |
Как видно из таблицы 4 прослеживается сходство по ряду компонентов состава вод и химическому классу, но отсутствует природный диоксид углерода (СО2).
Химический состав воды скв. "Клиническая" изучался для использования ее в практике лечения урологических заболеваний. Клиническое обоснование ее использования проводилось в ВГУ и в Воронежском государственном медицинском институте. Научным центром медицинской реабилитации и физической терапии (г. Москва) выдано бальнеологическое заключение на минеральную воду "Клиническая" горбольницы № 2 г. Воронежа (Прил.3). В нем указывается, что по данным полных физико-химических анализов, выполненных в лабораториях "Лечминресурсы" в 1990 г., вода, выведенная скважиной П-I из терригенных отложений верхнего девона в интервале глубин 114-145 м является азотно-углекислой (N2 — 65 v — %, СО2 — 13 v — %), слабоминерализованной (М — 0,5-1,0 г/дм3), гидрокарбонатно-хлоридной кальциево-натриевой (С1 — 50-55 %-экв, НС03 — 42 %-экв, (Ыа+К) 55-65 %-экв, Са — 23-27 %-экв) со слабо щелочной реакцией среды (рН 7,8-7,9).
Характерной особенностью микрокомпонентного состава воды является повышенное содержание органических веществ — Сорг — 4,7 мг/дм3. Токсичные элементы, в том числе и тяжелые металлы, не обнаружены, санитарно-микробиологические показатели в пределах установленных нормативов. В соответствии с ГОСТ 13273-88 "Воды минеральные питьевые лечебные и лечебно-столовые" данная вода относится к группе лечебно-столовых слабоминерализованных вод с повышенным содержанием органических веществ, которые являются весьма ценным бальнеотерапевтическим средством и широко используются в практическом здравоохранении.
При изыскании источника водоснабжения экологически чистой слабоминерализованной воды нами проводились информационно-поисковые и полевые исследования вод девонских отложений, вскрытых скважинами в г. Воронеже и прилегающих районах. Анализ и сопоставление результатов химического состава вод изученных скважин указывает, что из конкурирующего ряда скважин по глубине водопроявления и производительности выделяется вода скважины № 3 водозабора ст. Воронеж-1 ЮВЖД. Опробование воды из этой сква
жины и аналитические исследования ее состава показали, что характеристика органолептических (физических) свойств заключается в следующем: 1 — температура воды составляет -7°С, вкус — О6 (ноль баллов), запах — О5, прозрачность — прозрачная, цвет — бесцветная.
Бактериологический анализ колли-индекс 3, коллилитр 333. Вода бактериологически — безупречночистая.
Вода, выведенная скважиной из песчаников верхнего и среднего девона, в интервале глубин 79,2-169,0 м, относится к азотно-углекислым водам и повидимому аналогична "Клинической", так как в обеих скважинах вскрывается один и тот же среднедевонский водоносный комплекс. В воде находится растворенный газ примерно в следующих количествах: СО2 — 12,65 v-%, СО 0,001 v-%, СН4 — 0,04 v-%, N2 — 65,25 v-%, Н2 — 0,001 v-%, Аг — 0,83 v-%, Не — 0,001 v-%, О2 — 21,22 v-%. Как видно из приведенного состава, основные газы: кислород, углекислый газ и азот — это газы воздушного происхождения -.
Макрокомпонентный состав определяется преобладанием хлоридов, гидрокарбонатов и натрия в сумме с калием (табл. 5).
Химический состав воды девонских отложений скважины №3 водозабора ЮВЖД |
Окисляемость перманганатная — 4 О 2/мг-дм3, общая жесткость — 2,8 ммол/дм3.
Мине рали- зация |
рН |
анионы мг/дм3, ммоль/дм3, ммоль-% |
катионы мг/дм3, ммоль/дм3, ммоль-% |
||||||||
СО3 |
НСО3 |
С1 |
SО4 |
NO3 |
Юг |
NH4 |
Са |
Mg |
N+К |
||
0,86 |
8,05 |
н/о |
189,1 |
230,8 |
150,0 |
н/о |
н/о |
н/о |
40 |
19,6 |
232,5 |
3,10 |
6,5 |
3,0 |
2,0 |
0,8 |
9,85 |
||||||
24,62 |
51,58 |
23,8 |
15,78 |
6,34 |
77,76 |
Таблица 5 |
Как видно из химического состава пробы воды, отобранной 14.02.97 г., минерализация составляет 0,86 г/дм3 и, следовательно, вода является слабоминерализованной, по величине водородного показателя она относится к щелочным водам и отличается повышенной мягкостью, общая жесткость находится на уровне 2,8 ммоль/дм3. Что касается ее химического класса, то он выделяется как гидрокарбонатно-хлоридный кальциевонатриевый
HCO3 Cl
Формула Курлова: M08——————— 25—— 52—— pH8,05t°C7
Са 25 (Na + K)78
Таким образом из приведенных данных следует, что вода по составу соответствует слабоминерализованной воде ‘Клиническая", отличаясь от нее несколько пониженным содержанием гидрокарбонатов и магния.
Обычно воды такого состава, минерализации и жесткости отличаются благоприятными вкусовыми характеристиками. Следует указать, что данная вода, циркулируя в породах, залегающих ниже водоносного горизонта грунтовых вод, определяется как надежно защищенная от поверхностного загрязнения, что подтверждается ее экологическими характеристиками. Требованиями ГОСТа № 2874-82 "Вода питьевая" предусматривается при употреблении воды для водоснабжения населения ограничение в содержании тяжелых металлов, железа, азотных соединений, минерализации, хлоридов, сульфатов и др. в одном литре воды.
Проведенный нами химический анализ на элементы, ограниченные питьевым ГОСТом позволяют провести экологическую экспертизу качества воды скв. № 3 водозабора ЮВЖД.
Воды без «специфических» компонентов и свойств — это вода скв. №3 с некоторыми отклонениями (по минерализации) может быть признана экологически чистой, лечебно-столовой. Вода характеризуется чрезвычайно низкой жесткостью, слабой щелочностью, практически полным отсутствием нитратных соединений. Она может быть рекомендована к широкому использованию в качестве питьевой и условно-минеральной лечебностоловой.
Вода скв. 1/84, расположенной территории санатория им. М. Горького, имеет несколько иной химический состав (табл. 6).
В процессе проведенных работ была изучена кора выветривания протерозоя, залегающая в интервале 173-191 м. Для определения гидродинамических параметров проводилась откачка, продолжительность которой составляла 256 часов. В процессе откачки отбирались пробы для определения химического состава подземных вод: в первой половине откачки на сокращенный анализ (сухой остаток, Cl, SO4, Ca, Mg), во второй половине — на полный химический анализ, результаты которого приведены в таблице 6.
Рис. 9. Санаторий им. Горького: а — один из корпусов; б — питьевая галерея. |
Таблица 6 Химический состав минеральной воды СКВ. 1/84 на площади санатория им. М. Горького.
|
Результаты анализов показали, что в течение откачки произошло постепенное увеличение сухого остатка от 0,75 до 0,91 г/дм3 (при минерализации от 0,85 до 1,01). Откачка закончена после того, как минерализация подземных вод превысила 1 г/дм. При длительной откачке не исключен дальнейший рост величины минерализации. Дополнительно в конце откачки были отобраны пробы на бактериологический и бальнеологический анализы. По результатам бактериологического анализа (прил. 4) — воды здоровые. По результатам бальнеологического анализа они являются минеральными лечебно-столовыми водами Чартакского типа (XIX группа согласно ГОСТ 13273-88), сульфатно-хлоридного натриевого состава с величиной минерализации 1,05 г/дм3, со слабо щелочной реакцией среды (рН 7,9). Токсичные и нормируемые для питьевых минеральных вод элементы отсутствуют или их содержание не превышает предельно допустимой концентрации (ПДК). Данная вода может быть использована, как для питьевого курсового лечения болезней органов пищеварения, эндокринной и мочеполовой систем, так и для целей промышленного розлива.
Клинический санаторий имени Горького — это прежде всего, климатическая здравница. Природная красота смешанного леса с обилием цветов и трав, с благоустроенной территорией, цветниками, уголками отдыха, туевыми и березовыми аллеями, огромное зеркало Воронежского моря в сочетании с мягким умеренным континентальным климатом Воронежской области создают благоприятные условия, не требующие адаптации для широкого профиля больных из разных регионов страны.
Солнечные и воздушные ванны, дозированная ходьба и прогулки по живописным окрестностям, водные процедуры, плавание и гребля, лечебная гимнастика в спортивных залах и плавательном бассейне под контролем опытных врачей и инструкторов способствуют профилактике и лечению многих заболеваний (рис 9).
Минеральный источник скв. № 2/84, «Углянец» расположен на территории санатория «Углянец» в 1,5 км от железнодорожной станции Углянец. В тектоническом отношении источник находится на северном крыле Воронежской антеклизы со спокойным падением пластов пород в северном направлении к зоне сочленения с Московской синеклизой.
В геологическом строении принимают участие отложения палеозойского и мезокайнозойского возраста. Кристаллический фундамент, представленный комплексом пород архейско-протерозойского возраста, вскрывается скважиной на глубине 284,5 м.
Вверх по разрезу на неровной поверхности фундамента располагаются терригенно-карбонатные породы среднего и верхнего девона (песчаники, известняки, глины, алевролиты, аргиллиты) общей мощностью 223 м. Выше залегают песчано-глинистые отложения нижнего мела и четвертичные мощностью 52 м (рис. 10).
Рис. 10. Сокращенный геологический разрез скв. 2/84 с минеральной водой «Углянец» (составила А. Я. Смирнова по материалам ВГГЭ). 1 — глины аргиллитоподобные; 2 — известняки; 3 — песчаники; 4 — алевролиты; 5 — аргиллиты; 6 — кора выветривания мигматитов; 7 — мигматиты слабовыветрелые; 8 — мигматиты выветрелые; 9 — интервалы опробования минеральных вод, стрелка у скважины — напор воды и его абсолютная отметка. Цифра справа — минерализация воды, г/дм3. |
В интервале глубин 247,4 — 307,0 м в мосоловских известняках и морсовских песчаниках среднего девона в кристаллических породах фундамента вскрыты слабощелочные воды с минерализацией 3,2 г/л, которые по своим химическим особенностям, соотношению ионов относятся к бальнеологической группе минеральных вод без «специфических» компонентов и свойств. Оценочным критерием для выделения данной воды в качестве минеральной является только ее минерализация (3,2 г/л).
Мосоловский и морсовский горизонты, к которым приурочены минеральные воды, имеют напорный характер. Напор над кровлей мосоловского горизонта составляет 209,2 м; мощность водовмещающих пород составляет 54,4 м; верхним водоупором его служат среднедевонские аргиллиты ардатовского горизонта, которые играют роль гидрогеологического экрана и обусловливают относительно замедленное латеральное движение вод от области питания к очагам разгрузки. Основная область питания водоносных горизонтов размещается в южном направлении — район Давыдовки — Ново — Воронеж — Георгиу-Деж. Здесь пласты приподняты к сводовой части ВКМ, перекрываются маломощным чехлом кайнозойских осадков. Вдоль границ распространения мосоловского и морсовского горизонтов происходит инфильтрация атмосферных осадков, переток вод из вышележащих более молодых водоносных горизонтов неогенового и четвертичного возраста. Разгрузка минеральных вод происходит в области распространения горизонта, где под влиянием напора идет фильтрация вод в вышезалегающие горизонты среднего и верхнего девона через гидрогеологические «окна». Однако, в местах сочленения мосоловского и морсовского горизонтов с трещиноватой зоной кристаллических пород фундамента при условии отсутствия разделяющего водоупора, минеральные воды имеют возможность проникать в кору выветривания кристаллических пород, а в местах дроблений пород тектоническими разломами — в зону повышенной трещиноватости, создавая высокообильные продуктивные очаги.
Характерные параметры воды скважины № 2-84. |
Минеральная вода «Углянец» является холодной с температурой, не превышающей 15°С. По химическому составу она относится к хлоридно-сульфатной магниево-кальциево-натриевой маломинерализованной со слабощелочной реакцией (табл. 7).
Возраст водовмещающих пород |
Литологи ческий состав |
Интервал глубины опробований, м |
Br J мг/л |
М, г/дм3 |
Формула ионного состава |
pH oC |
Дебит, л/с понижение, м уд. дебит. л/сек |
D2ms-mr |
известняк, песчаник |
247.4 — 284.5 |
— |
— |
7,15 15 |
2,5/17,5 0,14 |
|
D2mr |
песчаник мигмати |
274.0 — 307.0 |
4 |
so40ci27hco3 |
72 |
2,7/17,5 0,15 |
|
АЯ-РЯ |
ты |
— |
3,2 |
(Na + K)48 Ca32Mg20 |
Таблица 7. |
В воде в малых концентрациях содержится бром (4 мг/дм3), фтор (0,7 мг/дм3), литий (0,1 мг/дм3), стронций (5 мг/дм3) и марганец (0,1 мг/дм3). Общая жесткость воды довольно высокая — 24,0 ммоль/дм3. Сероводород в воде не обнаружен, карбонаты — отсутствуют. Имеется кремневая (6,5 мг/дм3) и борная (25 мг/дм3) кислоты. Азотные соединения присутствуют в ничтожно малых количествах.
Как следует из приведенных данных сульфатный ион (SO4) имеет высокое значение.
Факт накопления сульфатов в природных водах и, в частности, в минеральной воде «Углянец» зависит от многих физико-химических процессов, а именно — растворения сульфатных солей горных пород, ионнообменных и окислительно-восстановительных реакций, адсорбционных процессов. По мнению большинства исследователей в области геохимии вод основным источником появления и накопления сульфатов в подземных водах является окисление сульфидов горных пород, например пирита, широко распространенного в терриген — ных породах в виде скоплений или рассеянном виде. При окислении сульфидов пород в подземной воде возможно появление сульфатов натрия или магния. Эти соединения могут поступать в воду из зон сульфидного окисления. По данным литологического анализа пиритизация пород в рассматриваемом районе отмечается в старооскольском и мосоловском горизонтах. В свою очередь, сульфаты в водном растворе могут образоваться в результате сернокислотного выветривания полевошпатовых включений, которыми, как известно, обогащены кристаллические породы архея и протерозоя ВКМ.
Na2O — AI2O36SiO2 + H2SO4 = H4AI2Si2O9 + 4SiO2 + Na2SO4
По нашему мнению такой процесс вполне возможен в результате действия пресных инфильтрационных вод на терригенные породы морсовского горизонта и при взаимодействии воды с вулканомиктовыми песчаниками, гранитами, диоритами, плагиогранитами в зонах дробления кристаллического фундамента и его коры выветривания.
Появление хлоридов кальция и магния в заметном количестве возможно является результатом процесса смешения седи- ментационных вод среднедевонских пород с пресными ин — фильтрационными водами, поступающими в мосоловский и мор — совский водоносные горизонты в гидрогеологических «окнах».
б |
Рис. 11. Санаторий “Углянец”: а — внешний вид павильона-галереи минеральной воды; б — питьевые бюветы для приема минеральной воды. |
ральной м3/сут) |
Минеральная вода «Углянец» бальнеологическим заключением (прил. 6) рекомендована для лечения заболеваний обмена веществ и желудочно-кишечного тракта. В связи с этим на месторождении минеральной воды придонской комплексной геолого-гео — физической экспедицией (ПКГГЭ) производился подсчет эксплуатационных запасов. Расчеты показали, что на территории санатория «Углянец» эксплуатационные запасы воды месторождения составляют 311 м3/сут. Заявленная потребность в мине — воде (20 со стороны санатория «Углянец» может полностью реализоваться.
Санаторий «Углянец» находится в 42 километрах от г. Воронежа. Расположен в лесостепной зоне. В комплексном лечении многих заболеваний сердечно-сосудистой, нервной
систем, органов желудочно-кишечного тракта и дыхания, кожи применяется широкий спектр бальнеолечения: душ-массаж, жемчужные, травяные, медовые ванны, грязелечение, различные виды физиолечения, массаж, ЛФК, и все это сочетается с приемом природно-минеральной воды целебного источника «Углянческая» (рис. 11).