ПРОЦЕССЫ, ПРИВОДЯЩИЕ К ОБОГАЩЕНИЮ ВОД МИКРОЭЛЕМЕНТАМИ
В минеральных водах часто встречается ФТОР. Обогащение подземных вод фтором происходит в результате разрушения фторосодержащих минералов и фторосодержащих органических веществ. Известны воды, содержащие фтор до 15-20 мг/дм3. Это воды обычно малой минерализации, приуроченные к гранитным интрузиям, содержащим флюорит. В кристаллических породах ВКМ циркулирующие воды малой минерализации содержат фтора до 10 мг/дм3. В водах осадочных отложений его количество составляет 2-4 мг/дм3. В водах Молдавии в осадочных отложениях в последнее время наблюдается весьма высокое содержание фтора, вызванное перетоком вод из одних горизонтов в другие в результате интенсивной эксплуатации нефтяных месторождений. В термальных водах кристаллических массивов также наблюдается высокое содержание фтора за счет ювенильного подтока газов по зонам дробления пород, содержащих фтористый водород, с последующим его растворением в воде.
ЖЕЛЕЗО — один из самых распространенных элементов в земной коре. Основная масса железа заключена в горных породах в двухвалентной форме. Это железо в результате процесса углекислотного выветривания переходит в водный раствор и мигрирует с подземными водами. В присутствии кислорода двухвалентное железо легко переходит в трехвалентное. Железо может мигрировать в форме гуминовых соединений, коллоидных растворов, сульфатов и др. Выделяют железистые сульфатные воды, приуроченные к зонам окисления сульфидных месторождений. В минеральных водах ВКМ по химическому составу выделяют сульфатно-хлоридные воды с железом. Нередко они тяготеют к очагам сульфидного оруденения. Эти воды сопровождаются другими металлами: А1, Ou, Zn.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Закономерности формирования минеральных вод Воронежской антеклизы определяются геологоструктурными особенностями, литологическим составом водовмещающих пород, и генетически связаны с физико-химическими процессами в системе порода — вода — газ — органическое вещество, протекающими в восстановительной генетической обстановке с невысоким содержанием органических веществ. Пространственное размещение бальнеологических групп носит зональный характер и обосновывается, с одной стороны, доминирующим влиянием инфильтрации вод верхнего структурно-гидрогеологического этажа в средний и нижний, с другой стороны — влиянием слабо засоленных терригенно-карбонатных пород и геоструктурными условиями: погружением слоев пород, осложненное тектоническими разломами, к оси Московмкого артезианского бассейна на глубину более 0,5 км.
К настоящему времени накоплен значительный фактический материал по геолого-структурным, литологическим, геохимическим особенностям геологической среды, фильтрации подземных вод в региональном плане позволяющий выявить закономерности распространения, основные факторы и процессы формирования минеральных вод.
Минеральные воды г. Воронежа распространены в основном в девонских и докембрийских отложениях.
В зависимости от состава, содержащихся в водах специфических, терапевтически активных компонентов, в том числе газов и ионного состава, опираясь на геохимические критерии, клинически обоснованные и закрепленные ГОСТом N13273-88 "Воды минеральные, питьевые, лечебные и лечебно-столовые", классификационную схему Иванова В. В. и Невраева Г. А. с дополнениями Г. В. Куликова (1991 г.), нами выделяются следующие бальнеологические группы вод на исследуемой территории г. Воронежа и его окрестностей.
Воды без "специфических" компонентов и свойств. Лечебное действие обусловлено ионным, газовым составом и величиной минерализации.
В последние годы учеными геологического факультета Воронежского государственного университета и Воронежской государственной медицинской академии было клинически обосновано и доказано положительное физиологическое действие на организм человека при урологических заболеваниях гидрокарбонатно — хлоридных натриевых вод с минерализацией менее 1 г/дм3, со слабощелочной реакцией, с небольшим содержанием органического вещества, распространенных в верхнедевонских отложениях. В связи с этим нами выделяется бальнеологическая группа условно минеральных вод, слабоминерализованных, слабощелочных, с невысоким содержанием органического вещества.
По анионному составу воды разделяются на классы:
1 — гидрокарбонатные, 2 — хлоридно-гидрокарбонатные, 3 — сульфатно — хлоридные.
В пределах классов по катионному составу выделяются подклассы: натриевые, натриево-кальциевые, натриево-кальциево-магниевые. Установлены градации минерализации вод: до 1; 1-5 г/дм3.
Закономерности распространения и формирования минеральных вод определяются геологоструктурными условиями, литологическим составом водовмещающих пород, гидрогеохимической обстановкой, гидродинамическими и гидротермическими условиями краевой части МАБ.
Южная краевая зона МАБ, примерно от широты поселка Давыдовка Лискинского района, сложенная осадками среднего и верхнего девона и перекрываемая породами мелового, неогенового и четвертичного возраста со спокойным или слабо нарушенным залеганием пород с общим падением их в северном направлении, характеризуется пластовыми условиями циркуляции напорных вод, в основном пресных с минерализацией 0,7 — 1 г/дм3.
Особенности пространственного размещения бальнеологических групп минеральных вод являются следствием процессов взаимодействия вод и минерального состава пород в сложившихся естественноисторических условиях, протекающих в форме углекислотного, сернокислотного выщелачивания карбонатных, песчано-глинистых пород, гидролиза полевых шпатов, гранитоидных пород ионного обмена между водой и дисперсной частью пород. Важнейшая роль принадлежит сульфатредукции. Совокупное действие этих процессов, определяет метаморфизацию вод в прямом направлении.
Взаимодействие вод и пород активно развивается в районах открытых гидрогеологических структур на высокой отметке ВКМ, при инфильтрации атмосферных осадков и поверхностных вод в водоносные горизонты терригенно-карбонатных отложений верхнего и нижнего девона. В результате в водоносных горизонтах формируются слабоминеральные и маломинеральные воды: хлоридно-гидрокарбонатные натриевые, сульфат — но-хлоридные натриево-кальциевые и натриево-кальциево-магниевые, и хлоридно-сульфатные кальциевонатриевые.
Обращает на себя внимание факт широкого распространения на территории загипсованных пород среднего девона, являющихся главным источником поступления в минеральные воды сульфатов кальция и натрия. Загипсованные породы характерны старооскольским, мосоловским, морсовским осадкам.
В этих породах формируются хлоридно-сульфатные магниево-кальциево-натриевые классы минеральных вод.
Наряду с этим минеральные воды, приуроченные к кислым магматическим и метаморфическим породам, формируются в полузакрытых гидрогеологических структурах, экранированных от непосредственного воздействия инфильтрационных вод слабопроницаемыми отложениями. В этих породах заключены воды хло —
ридно-сульфатного натриевого или хлоридного кальциево-натриевого класса с небольшим содержанием гидрокарбонатов.
Отличительные черты гидрогеохимической обстановки формирования минеральных вод складываются из комплексной оценки иоино-солевого, микроэлементного и газового составов, а также характерных показателей среды: концентрации ионов водорода и органического вещества.
Анализ ионно-солевого состава, рН, условий фильтрации минеральных вод и других показателей указывает, что в водоносных горизонтах, распространенных на приподнятых участках ВКМ (Ново-усманский, Се — милукский районы), преобладает окислительная гидрогеохимическая обстановка. Это районы, где докембрий — ские и девонские породы с минеральными водами близко подходят к земной поверхности, перекрываются маломощным чехлом осадочных пород плиоцен-четвертичного возраста, активно дренируются эрозионной сетью. Водоносные горизонты этих пород находятся под постоянным воздействием ин-фильтрующихся атмосферных осадков, ультрапресных по минерализации, гидрокарбонатного кальциево-магниевого типа.
Согласно фактическим данным анализов вод, численные значения водородного показателя (рН) указывают на слабощелочную среду. Качественное определение кислорода в воде диагностируется как положительное.
Изучение закономерностей распространения минеральных вод по районам и на территории месторождений минеральных вод приводит к заключению, что распределение в плане и в разрезе минерализации, химических классов и подклассов, газового состава, специфических элементов, подчиняется законам гидрогеохимической, гидродинамической зональности. Гидрогеохимическая зональность проявляется в региональном плане.
Результаты исследования показали, что в области питания подземных вод, расположенной на своде ВКМ, развиты гидрокарбонатные кальциевые и гидрокарбонатно-хлоридные натриевые, или сложного состава воды с минерализацией от 0,6 до 1,1 мг/дм3, используемые в настоящее время для хозяйственно-питьевого водоснабжения и в меньшей степени в лечебных целях.
В области стока, совпадающей со склоновыми частями свода па мере постепенного погружения водоносных горизонтов девона эти воды сменяются маломинерализованными сульфатно-хлоридными натриевыми и натриево-кальциевыми. Их минерализация возрастает от 1,8 до 2,1 мг/дм3. При этом рост содержания сульфатов в воде более контрастен, чем хлоридов. В основном формируются воды сульфатно-хлоридного натриевокальциевого класса и подкласса.
Рассматриваемые минеральные воды, являясь водами артезианских бассейнов, характеризуются в общем теми же закономерностями формирования химического состава, что и воды других артезианских бассейнов. Однако специфическая особенность их образования связана с процессами перетекания вод из вышележащих горизонтов в нижележащие в условиях гидравлической взаимосвязи на участках области питания, совпадающей со сводовой частью ВКМ, и его ближайшего обрамления к зоне разгрузки, располагающейся в районе дренирования горизонтов реками Дона и Воронежа, а также на участках гидрогеологических "окон". Последнее активно себя проявляет на водоразделах, что подтверждается анализом соотношения уровней различных напорных горизонтов девона и карбона.
Последовательная смена залегания пластов пород по их простиранию от свода ВКМ к краевым частям, по возрасту от более молодых до более древних в девоне, носит ступенчатый характер, что, в свою очередь, создает условия перетекания вод вдоль границ их выклинивания на склонах ВКМ из более молодых в древние водоносные горизонты, гидрохимический режим которых сформировался, возможно, в далекие геологические эпохи.
Миграция химических компонентов, их концентрирование или рассеяние зависит прежде всего от скорости водообмена. При этом движение воды играет немаловажную роль в процессе формирования группы вод без «специфических» компонентов и свойств маломинеральных (2-4 г/дм3), хлоридно-сульфатных натриевокальциевых и гидрокарбонатно-хлоридных натриевых, широко распространенных на ВКМ с повышенными абсолютными отметками в отложениях девона и вскрытых группой скважин в трещиноватой зоне докембрия в центральном блоке г. Воронежа. В гидродинамическом отношении эти участки находятся на уровне переходных к полузакрытым структурам. Здесь, судя по минерализации, заметно влияние инфильтрационных вод. Активный водообмен обеспечивается дренированными речными системами водоносных горизонтов девона.
Территориальный анализ гидрогеологических условий исследуемой территории свидетельствует о том, что среди минеральных вод широко распространены воды инфильтрационного генезиса, размещенные на высоких отметках ВКМ. Постепенно вдоль погруженных склонов массива они смешиваются с седиментационными водами и преобразуются в воды смешанного генезиса Московского артезианского бассейна.
Геотермические условия формирования минеральных вод не отличаются разнообразием. Залегая на глубине от 90 до 200 м, температура воды колеблется от 11 до 18°С. В целом минеральные воды характеризуются низкими температурами (менее 20°С) и относятся к классу холодных. Температура воды подвержена колебаниям в области питания, на участках распространения пресных гидрокарбонатно-хлоридных натриевых вод, где водоносные горизонты залегают ближе всего к земной поверхности. Здесь годовая амплитуда колебания температуры достигает 7-8°С. По мере погружения водоносных горизонтов к северу и северо-востоку их температура подчиняется закону геотермического градиента.
Закономерности распространения бальнеологических групп минеральных вод показаны на схематической карте минеральных вод (рис. 6). Составленная карта характеризует распространение минеральных вод различного состава, залегающих на различных глубинах.
Представленная карта минеральных вод построена впервые для г. Воронежа. Она освещает широкий круг вопросов формирования, и закономерности распространения минеральных вод, а также дает характеристику химического состава месторождений. Она показывает условия распространения различных химических типов минеральных вод, выделенных по комплексу основных признаков, определяющих их состав и лечебную ценность (ионный состав, минерализация, терапевтически активные компоненты).
Представленная карта является одновременно гидрогеохимической и бальнеологической картой г. Воронежа.
Геохимические закономерности распространения минеральных вод показаны путем выделения гидроминеральных (гидрогеохимических) зон с основным типом месторождений и участков. Под гидроминеральной зоной понимается территория, характеризующаяся однотипностью химического состава и единством процессов образования минеральных вод. На карте показаны две гидроминеральные зоны:
1. Зона условно минеральных вод группы гидрокарбонатно-хлоридного или хлоридно — гидрокарбонатного класса кальциево-натриевого или натриево-кальциевого подкласса с минерализацией 0,6 — 1 ,0 мг/дм3. Это слабощелочные холодные воды с невысоким содержанием органического вещества, сходные с бальнеологической группой вод без "специфических" компонентов и свойств, и отличающиеся только величиной минерализации и химическим классом. Представителем гидроминеральной зоны является вода "Клиническая", вскрытая скважиной на территории поликлиники № 2 г. Воронежа. Экспериментальными исследованиями сотрудников Воронежской медицинской академии и Воронежского государственного университета показано успешное ее применение при лечении урологических заболеваний. Минеральные воды обнаружены в песчано-глинистых отложениях среднего и верхнего девона на глубине от 76,2 до 164 м. при абсолютных отметках 13,79 — (-62,18). По химическому составу рассматриваемой воды найден ее близкий аналог — воды минеральных источников "Березовская" и "Ессентуки". Бальнеологическим заключением центрального научноисследовательского института курортологии и физиотерапии "Клиническая" вода рекомендуется как лечебностоловая для лечения хронических желудочных и урологических заболеваний.
2. Зона вод без "специфических" компонентов и свойств хлоридно-сульфатного класса и, преимущественно, кальциевого или натриево-кальциевого подкласса с минерализацией от 1,0 до 4,0 мг/дм3. Представителями минеральных вод являются широко известная минеральные воды «Углянческая» и вода скважин санатория им. М Горького, пансионата Дзержинского. Воды циркулируют в песчаниках старооскольского горизонта среднего девона, вскрыты на глубине 68,8-86,0 м, и в трещиноватых архейско-протерозойских кристаллических породах коры выветривания фундамента на глубине 99 -122 м. Воды с пьезометрическим напором 67,3 м над кровлей горизонта вскрываются скважиной с удельным дебитом 0,26 л/с. По результатам анализов вод, проведенных конторой «Геокаптаж Минвод» (г. Москва), следует, что воды слабощелочные с минерализацией 1,89 — 2,3 мг/дм3, класса — хдоридно-сульфатные натриево-кальциевые. В воде присутствует тяжелые металлы — железо, марганец, кобальт и цинк, литий. Имеется стронций.
Бальнеологическим заключением указанная вода рекомендуется для употребления как лечебностоловая для лечения хронических заболеваний желудочно-кишечного тракта.
Минеральная вода "Углянческая" приурочена к мосоловским песчаникам среднего девона и к трещиноватой зоне докембрииских кристаллических пород фундамента. Эти воды напорные, вскрываются скважинами на глубине 247,4 — 307,0 м на территории санатория "Углянец", Воды слабощелочные, с минерализацией 3,2 мг/дм3, по химическому типу — сульфатно-хлоридные смешанного катионного состава. В воде в малых концентрациях имеется бром (4 мг/дм3), фтор (0.7 мг/дм3), литий (0,1 мг/дм3), стронций (5 мг/дм3). Вода очень жесткая (24 моль/л), присутствует кремневая (6,6 мг/дм3) и борная (25 мг/дм3) кислоты. Углянческая вода рекомендуется для лечения заболеваний, связанных с обменом веществ и желудочно-кишечного тракта.
Условно минеральные воды первой зоны показаны на карте голубой окраской. Территориально она размещается на сводовой части ВКМ и объединяет районы водоносных горизонтов, активно дренируемые системой рек бассейна Дона. Вторая зона минеральных вод без «специфических» компонентов и свойств. Эта зона занимает обширную территорию, располагаясь на склоновых участках ВКМ. Она показана желтой окраской. Она следует за первой зоной вниз по потоку напорных вод от области питания к погруженным участкам Московского артезианского бассейна.
Помимо характеристики регионального распространения бальнеологических типов минеральных вод на карте показаны особым знаком отдельные месторождения с утвержденными запасами и минеральные источники, вскрытые скважинами. Всего отмечено 37 пунктов. Эти пункты включают почти все используемые и перспективные для использования минеральные воды.
Особыми черными знаками на карте указано современное использование минеральных вод бальнеологическими курортами и санаториями, бальнеолечебницами и заводами розлива.
Закономерности пространственного размещения и формирования бальнеологических групп минеральных вод, отраженные на карте минеральных вод г. Воронежа демонстрируют возможности экспрессной экспертной оценки промышленного потенциала перспективных участков, их стратиграфо-литологической принадлежности, гидрогеохимической специализации, терапевтическо-фармалогических свойств. Этим определяются практическое значение выполненных исследований.