Геохимия минеральных вод Кузбасса

Токаренко, Ольга Григорьевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геохимия минеральных вод Кузбасса
ВАК РФ 25.00.07, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Геохимия минеральных вод Кузбасса"

На правах рукописи

Токаренко Ольга Григорьевна ГЕОХИМИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД КУЗБАССА

Специальность 25.00.07 - Гидрогеология

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук

1 О ДЕК 2009

Томск - 2009

003487610

Работа выполнена в Томском политехническом университете

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор, Лауреат Государственной премии СССР, Заслуженный деятель науки РФ Шварцев Степан Львович

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор

Покровский Дмитрий Сергеевич

кандидат геолого-минералогических наук, доцент Новиков Дмитрий Анатольевич

Ведущая организация:

ОАО «Томскгеомониторинг»

Защита диссертации состоится « 22 » декабря 2009 года в 14 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций ДМ 212.269.03 при Томском политехническом университете

Адрес: 634034, г. Томск, ул. Советская, 73,1 корпус, 111 аудитория

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-технической библиотеке Томского политехнического университета

Автореферат разослан « 14 » ноября 2009 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций,

кандидат геолого-минералогических наук

О.Е. Лепокурова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Минеральные воды давно привлекают внимание исследователей, потому что обладают уникальным составом и лечебными свойствами. Изучением формирования состава таких вод занимались многие ученые -А.М.Овчинников, Н.И.Толстихин, И.К.Зайцев, В.В.Иванов, Г.А.Невраев, Е.В.Посохов, Е.В.Пиннекер, Г.С.Вартанян, Л.А.Яроцкий, Б.И.Писарский, В.А.Кирюхин, О.В.Чудаев, А.М.Плюспин и др., среди зарубежных исследователей отметим А.Добре, Л.Морэ, К.Кейльгака. Непосредственно в Кузбассе работы велись П.А.Удодовым, Г.М.Роговым, В.К.Поповым, Г.М.Плевако, С.Л.Шварцевым, Д.С.Покровским, М.А.Кузнецовой, О.В.Постниковой, В.М.Людвигом, В.П.Шинкаренко, Ю.В.Макушиным, О.Е.Лепокуровой, Е.В.Домрочевой и др.

Несмотря на длительность изучения минеральных вод Кузбасса многие проблемы остаются нерешенными. Среди них вопросы их генезиса, возраста, состава, включая микрокомпоненты, в том числе редкоземельные элементы, газы, органическое вещество, изотопный и микробиологический состав, механизм формирования их состава. С появлением современных высокочувствительных методов анализа и усовершенствованных методик исследования природных вод в совокупности с новыми теоретическими положениями решение этих вопросов значительно облегчается.

Объектом научного исследования являются минеральные воды центральной части Кузбасса, в первую очередь месторождений Березовоярское, Борисовское и Терсинское; предметом исследования являются процессы и механизмы формирования состава минеральных вод.

Цель работы. Изучение геохимических особенностей и условий формирования химического состава минеральных вод основных месторождений Кузбасса.

Задачи исследования: 1) изучить химический, микробиологический, газовый, изотопный состав минеральных вод центральной части Кузбасса; 2) установить генезис С02 и СН4; 3) определить степень равновесия минеральных вод с основными карбонатными и алюмосиликатными минералами; 4) выявить ведущие процессы и механизмы формирования химического состава минеральных вод.

«Томскгеомониторинг», проводимых по этой тематике. В работе также использованы данные предыдущих исследований.

Химический анализ проб минеральной воды проводился в проблемной научно-исследовательской лаборатории гидрогеохимии (ПНИЛ) Научно-учебно-производственного центра «Вода» ИГНД ТПУ. Быстроменяющиеся компоненты (pH, Eh, СО2, НСО3") замерялись непосредственно на скважине. Были использованы следующие методы определения макро- и микрокомпонентного состава: титриметрия, фотоколориметрия, пламенная фотометрия, потенциометрия, турбидиметрия, беспламенная атомно-абсорбционная спектрометрия, инверсионная

вольтамперометрия, масс-спектрометрический метод с индуктивно-связанной плазмой - ICP-MS (ООО «Плазма», г. Томск), атомно-эмиссионный метод с индуктивно-связанной плазмой — ICP—AEm (НАЦ ТПУ). Состав газов определялся хроматографическим методом на приборе «Кристалл 2000М», а изотопный состав -двулучевым методом на масс-спектрометре «МИ-1201В» и бета-спектрометрическим методом на приборе «Tri Carb 2700» (НТЦ «ВСЕГИНГЕО», г. Москва).

Всего в работе использовано более 600 анализов подземных вод Березовоярского, Борисовского и Терсинского месторождений и более 50 анализов грунтовых вод центральной части Кузбасса. Из них 440 анализов химического состава, 38 - микробиологического, 39 - газового, 41 - изотопного соответственно.

Личный вклад автора. Всего за период исследования автором было отобрано более 60 проб минеральной воды. Данные обрабатывались с помощью компьютерных программных комплексов StatSoft Statistica, Microsoft Excel, CorelDREW, ArcGis. Автором выявлены основные геохимические особенности изучаемых вод, проведена сравнительная оценка концентраций микрокомпонентов вод с кларками гидросферы; установлены пределы содержаний микроорганизмов; установлен генезис углекислого газа и метана; определен характер равновесия системы минеральная вода-горная порода; составлена схема формирования состава минеральных вод Кузбасса.

Научная новизна: 1) впервые для минеральных вод Кузбасса идентифицированы многие микрокомпоненты, включая редкоземельные, установлены и проанализированы их пределы содержаний, оценена микрофлора, уточнено содержание органических веществ; 2) по изотопным данным установлен генезис COj и СН4; 3) определен характер равновесия минеральных вод с первичными и вторичными

породообразующими минералами; 4) впервые разработана постадийная модель формирования минеральных вод Кузбасса отдельно по месторождениям с обоснованием источников химических элементов и газа.

Практическая значимость. Материалы исследований использовались в процессе выполнения научно-исследовательских работ в рамках г/б темы № 2.18.2004 «Исследование процессов вторичного минералообразовапия и формирования геохимических типов вод (на примере юга Западной Сибири)», выполняемых по межвузовской научно-технической программе «Университеты России фундаментальные исследования» (проект УР.09.01.2004 г.), г/б темы № 2.3.2009 тематического плана ТПУ «Исследование геологической эволюции системы вода-порода-органическое вещество как основы решения фундаментальных проблем гидрогеохимии». Часть материалов диссертации использована ОАО «Томскгеомониторинг» при подготовке отчетной документации, а также ТФ ИНГГ СО РАН и ТПУ, где внедрены в учебный процесс. Разработанная модель формирования состава вод может быть использована научными и производственными организациями, занимающимися изучением и практическим использованием минеральных вод (бальнеологические институты и др.).

Апробация работы. Основные положения и отдельные разделы и подразделы выполненной работы докладывались и обсуждались на научно-практическом семинаре на кафедре гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии ИГНД ТПУ. Результаты работы были доложены на XVIII и Х1Х-ом Всероссийском совещании по подземным водам Востока России (Иркутск, 2006; Тюмень, 2009), на У-й, У1-Й Международной научной конференции студентов и аспирантов (Днепропетровск, 2008, 2009), на ХН-й Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2005), на П-й Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности...» (Санкт-Петербург, 2006), на Международном научном симпозиуме студентов и молодых ученых имени академика М.А.Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2004-2008) и др.

Публикации. Основные результаты проведенной работы изложены в 25 статьях, в том числе 2 статьи опубликованы в центральных изданиях, включенных в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Настоящая кандидатская диссертация состоит из

введения, 7 глав, заключения и списка литературных источников, состоящего из 154 наименований. Работа изложена на 143 страницах, включая 24 рисунка, 55 таблиц.

Благодарности. Автор выражает благодарность своему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору С.Л.Шварцеву за высокие требования, ценные советы, оказанную помощь и содействие в выполнении работы. Глубокую признательность автор выражает Ю.Г.Копыловой за консультации, помощь в проведении исследований, возможность участия в работе гидрогеохимической лаборатории ИГНД, а также в получении данных химического состава минеральных вод Кузбасса. За тесное сотрудничество и за действенную помощь в предоставлении данных автор благодарит ОАО «Томскгеомониторинг» в лице В.А.Льготина, Ю.В.Макушина, В.П.Шинкаренко, Т.Л.Степановой, а также отдел геологии Территориального агентства по недропользованию Кемеровской области в лице В.М.Людвига. Автор признателен за помощь и полезные консультации сотрудникам кафедры ГИГЭ ИГНД ТПУ А.Д.Назарову, О.Ф.Зятевой, О.Е.Лепокуровой, а также сотрудникам ПНИЛ А.А.Хващевской, В.А.Шушариной, Н.И.Шердаковой, Л.Д.Власкиной, Н.Г.Наливайко, Р.Ф.Зарубиной.

Первое защищаемое положение.

Все минеральные воды центральной части Кузбасса являются содовыми и залегают в зоне замедленного водообмена. Минеральные воды Борисовского и Березовоярского месторождений являются щелочными с повышенным содержанием хлор-иона в последних, метановыми с примесью азота и минерализацией не более 4 г/л. Терсинские воды отличаются повышенным содержанием природного СО2, слабокислой средой, более высокими значениями минерализсп/ии и концентраций многих компонентов за счет процессовуглекислотного выщелачивания.

Березовоярское и Борисовское месторождения (рис.1) расположены в Крапивинском районе Кемеровской области, Терсинское - юго-восточнее в Новокузнецком районе. Первые сосредоточены в пределах Кузнецкой котловины с отметками рельефа не более 250 м, Терсинское месторождение - в зоне сочленения Кузнецкой котловины с Кузнецким Алатау с отметками рельефа до 700 м.

Уникальное для данного региона Терсинское месторождение углекислых минеральных вод открыто более 50 лет назад (1957 г.), позже были разведаны Бори-

Колывань-Томская складчатая зона ]

--Границы решена Знзченяп а&цей

минерализации* "/п

пюграфк>1еша»с

щ Шслороядаиие ШМерйЛЬКЫХ ЙОД Ориентировочные / / фаницы проявления - вод (заеиой минерал»*

Терсинское

ю щ Ш ю

Л.. «Л

\ \

У*

/ ногхжушецк

Рисунок I - Схематическая карта района исследований с нанесением данных по общей минерализации вод зоны активного водообмена

совское (1965 г.) и Березовоярское (1993 г.). Запасы минеральных вод утверждены в ГКЗ: Березовоярское — 138 м3/сут (2001 г.), Борисовское - 65 м3/сут (2005 г.), Терсинское — 172 м3/сут (1965 г.). В настоящее время вода месторождений активно используется в лечебных целях и для розлива из скважин №110о"с (Березовоярское, глубина 201 м), №11 (Борисовское, глубина 302 м) и №1011 (Терсинское, глубина 345

С гидрогеологической позиции Борисовское и Березовоярское месторождения расположены в центральной части Кузнецкого адартезианского бассейна, северовосточная часть района исследований захватывает небольшой участок Кузнецко-Алатаусского гидрогеологического массива, в пределах которого расположено Терсинское месторождение. Гидрогеологические условия территории месторождений, в целом, являются схожими: водовмещающие палеозойские (пермские и пермо-

карбоновые) отложения перекрыты рыхлыми кайнозойскими (четвертичными). Подземные минеральные воды этих месторождений залегают в переслаивающихся отложениях, представленных песчаниками, алевролитами, аргиллитами с пластами каменных углей небольшой мощности. Для Терсинского месторождения также характерно наличие силлов и даек диабазовых порфиритов триасового возраста.

В пределах месторождений, как и в целом в регионе, наблюдается нормальная гидрогеохимическая зональность. Верхняя зона - активного водообмена, характеризуется наиболее разнообразным составом подземных вод, обусловленным процессами окисления и выщелачивания пород различной степени литификации [Рогов, 1985]. Воды здесь, в основном, нейтральные или слабощелочные (рН 6,9-8,3), пресные с минерализацией до 1 г/дм3, но в зоне открытой степи за счет преобладания процессов испарительного концентрирования сумма солей может достигать 1,9 г/дм3 (рис.1). Воды зоны замедленного водообмена, залегающие на глубине более 120 м [Домрочева,2005], являются преимущественно щелочными (рН 7,8-9,5), более минерализованными (2-9 г/дм3), часто с повышенным содержанием газа. Именно в этой зоне сосредоточены основные запасы минеральных вод Кузбасса.

В табл. 1 приведен средний химический состав минеральных вод основных месторождений Кузбасса.

Таблица 1 — Средний химический состав минеральных вод Кузбасса, мг/дм3

Месторождение Число проб I солей рН С02 раств. СОз2' HCOf SO„2~ сг Na+ ьс+ Са2+ Mg2t Si F®o6iu

Березовоярское 77 2337 8,9 <1,0 120,0 1098 0,3 263,0 850,0 0,3 1,2 0,8 4,0 0,6

Борисовское 75 2976 8,5 <1,0 64,0 2175 7,8 97,0 922,0 3,0 1,5 2,5 3,0 1,6

Терсинское 85 5250 6,8 2160 <1,0 3637 3,0 164,0 970,0 20,0 287,0 86,0 29,0 13,0

Формулы Курлова для минеральных вод Кузбасса за многолетний период выглядят

следующим образом, мг—экв%: Березовоярское—

(НСО3+СО3) 70-73 С127-30

М 2,3-2,6--------------------------------------Т°С 7-8; рН 8,6-8,9,

Na 98-99

Борисовское —

(НС0}+С03) 87-93

М 2,6-4,0---------------------------Т°С 7-9; рН 8,2-8,6,

Na 97-99

Терсинское -

НСО} 91-94

М 4,7-5,5--------------------------------------------ГС 11-12; рН 6,4-6,8;

Na 61-66 Са 20-24 Mg 11-14 H2SiOs 0,09-0,12; С02 1,6-3,0.

Видно, что все минеральные воды являются холодными и согласно классификации О.К.Ланге [Толстихин и др., 1975] относятся к мезопэгам, но их химический состав при этом различен. Минеральные воды Борисовского и Терсинского месторождений являются гидрокарбонатными натриевыми (содовыми), в воде Березовоярского отмечается более высокое содержание СГ (более 260 мг/дм3), воды здесь гидрокарбонатно-хлоридные натриевые. На Борисовском и Березовоярском месторождении воды являются щелочными (рН 8,2-8,9), отличаются крайне низкими содержаниями Са2+ и М§2+(не более 5 мг/дм3). Наиболее минерализованными являются воды Терсинского месторождения с самым высоким содержанием НС03~, Са2+ и но самым низким рН (6,5-6,8). Отличие этих вод от других также заключается в повышенном содержании в них природного СО? (1,5-3,0 г/дм3), в более высоком содержании кремниевой кислоты (до 90 г/дм3) и железа общего (до 16 г/дм3), то есть эти воды являются одновременно углекислыми, кремнистыми и железистыми.

В табл. 2 приведен микрокомпонентный состав минеральных вод, полученный по результатам анализа методом 1С1'-М5, который показывает различие концентраций микрокомпонентов как в отношении друг друга, так и в отношении кларков вод зоны гипергенеза и морских вод. Часть элементов, например В, 8г, Ш), Мо, Вг и и, в минеральных водах находится в гораздо меньших концентрациях, чем в морской воде, а концентрации А1, Т\, Си, Zn, Мо, 8Ь, РЬ, и в минеральной воде даже ниже, чем в пресных водах зоны гипергенеза. Но есть и элементы, такие как 1л, Ва, Бе, Ъх, концентрации которых в минеральных водах Кузбасса более высокие, чем в морских, несмотря на более низкую минерализацию первых. Концентрации этих же элементов намного выше, чем в водах зоны гипергенеза. Подобное неравномерное распределение элементов в минеральных водах связано со способностью элементов концентрироваться в щелочных, или, наоборот, в кислых условиях раствора при отсутствии геохимических барьеров.

В минеральных водах также идентифицирован ряд редкоземельных элементов, концентрации которых также зависят от геохимической обстановки минеральных вод: в щелочных водах Березовоярского месторождения их концентрации, как правило, не превышают 0,005 мкг/дм3, тогда как в водах Терсинского их концентрации заметно выше и достигают 0,3 мкг/дм3. Среди этих элементов резко выделяется Ей, концентрация которого составляет 1,3 мкг/дм3.

Таблица 2 - Микрокомпонентный состав минеральных вод Кузбасса, мкг/дм3

Компонент Березовоярское | Борисовское Терсинское Кларки вод зоны гипергенеза по С.Л.Шварцеву Кларки морской воды по А.П.Виноградову Компонент Березовоярское Борисовское Терсинское Кларки вод зоны гипергенеза по С.Л.Шварцеву Кларки морской воды по А.П.Виноградову

X солей* 2337 2976 5250 469 35500 8Ь 0,01 0,18 0,02 0,68 0,003

рН 8,9 8,2 6,5 6,9 8,2 I 370,0 25,00 30,00 8,02 50,00

и* 0,19 0,85 0,99 0,001 2-Ю-4 Сэ 0,28 0,060 3,27 0,26 0,30

в* 2,83 0,36 2,39 0,08 4,40 Ьа 0,003 0,010 0,26 0,67 30,0-10"4

8г* 0,15 0,18 3,30 0,18 7,90 Се 0,002 0,020 0,34 - 12,0-Ю-4

Ва* 0,22 4,28 0,02 0,02 Рг 0,001 0,002 0,05 - 6,4-Ю4

Вг* 3,05 -0,40 0,12 0,09 67,0 N(1 <0,002 0,010 0,25 - 25,0-10^

Ве <0,01 0,01 0,63 0,19 0,005 Бт <0,001 0,003 0,01 - 4,5- 1С4

А1 2,00 32,0 59,0 226,0 1,00 Ни <0,001 0,030 1,34 - 1,2-10"4

8с <2,00 0,49 10,9 0,07 мо-4 ва <0,002 - 0,11 - 7,0-10"4

Т1 2,00 0,88 11,8 17,4 1,00 ТЬ 0,001 - 0,01 - 1,4-Ю-4

V 2,00 0,76 0,20 1,34 2,00 Оу 0,002 0,005 0,14 - 8,2-Ю-4

Сг 18,0 0,63 0,06 3,03 0,25 Но 0,001 0,002 0,03 - 2,2-10"4

Мп 6,50 3,80 419,3 54,5 0,10 Ег 0,002 0,003 0,10 - 7,4-10"4

Со 0,16 0,03 0,96 0,39 0,03 Тт 0,001 0,001 0,02 - 1,5-Ю"4

N1 4,40 0,30 13,9 3,58 0,50 УЬ 0,004 0,010 0,16 - 30,0-10"4

Си 3,00 0,95 2,10 5,58 0,25 1Д1 0,001 0,001 0,07 - 12,0-10"

Ъл 14,0 4,00 1,60 41,4 1,00 Ш 0,01 0,14 0,23 - -

Са 0,14 0,43 0,01 0,37 0,02 Та 0,05 0,04 0,002 - -

Ое 1,80 - 7,31 - 0,05 V/ 1,20 0,25 0,013 - 0,10

АБ 1,10 7,70 10,9 1,46 2,00 Яе <0,05 - 0,002 - 0,01

8е 3,50 2,10 2,70 0,72 0,10 Оз <0,05 _ 4-10"4 - 0,001

аь 3,40 0,80 0,02 1,86 120,0 1г <0,05 - 0,003 - -

У 0,25 0,06 1,40 - 0,013 Р1 <0,05 - 0,01 - -

Хт 4,50 56,0 33,8 1,20 0,030 Аи <0,05 - 0,001 0,01 0,004

1мь 0,02 0,06 0,10 0,45 0,005 нЕ <0,004 0,06 0,06 0,04 0,03

Мо 0,43 0,22 0,50 1,75 10,00 Т1 0,01 0,002 0,001 - 0,01

ра <0,10 - 0,10 - - РЬ 0,58 0,52 0,08 2,97 0,03

АК 0,002 0,10 0,001 0,26 0,10 В1 0,002 0,02 0,01 - 0,03

са <0,003 0,10 0,01 0,24 0,07 ТЬ 0,004 0,01 0,01 0,24 0,0001

вп 0,50 0,13 0,09 0,39 0,01 и 0,08 0,41 0,001 1,31 3,00

* мг/дм3

Анализ газового состава минеральных вод (табл.3) показал, что воды

Терсинского месторождения естественно являются углекислыми, Березовоярского и Борисовского - метановыми с повышенным содержанием азота. Кроме того, в последних отмечено повышенное содержание этана и пропана, что, вероятно, связано с метаморфизацией органических веществ и древними нефтегазогенерационными процессами [Шинкаренко, 2005].

Таблица 3 - Средний состав растворенного газа минеральных вод Кузбасса, об.%

Месторождение Число проб N2 С02 сн4 СгНб с3н8

Бсрсзовоярскос 4 12,7 0,8 86,4 0,03 -

Борисовское 15 8,5/1,7* 3,2/0,5* 83,6/95,6* 4,1/1,9* 0,6/0,2*

Тсрсиискос 28 1,4/0,5* 97,2/93,7* 1,3/5,7* 0,002/0,012* 0,0003/0,0004*

* свободный газ

Микробиологический состав минеральных вод разнообразен и представлен микроорганизмами геохимического цикла углерода, серы и железа. Минеральные воды Березовоярского и Борисовского месторождений характеризуются более высоким содержанием сапрофитов (в среднем 2890 и 9,65-Ю4 кл/мл соответственно) и олиготрофов (1,45-10 и 1,2-105 кл/мл), чего не наблюдается в водах Терсинского месторождения.

Таблица 4 - Среднее содержание органических Отличительной

веществ в минеральных водах Кузбасса, мг/дм3 особенностью метановых вод

также является более низкое содержание в них органических веществ и почти полное отсутствие фульво- и гуминовых кислот (табл.4). В Терсинских водах содержание Сорг достигает 3,5 мг/дм3, из них 12,5 мкг/дм3 составляют органические микропримеси, в которых максимальная доля приходится на карбоновые кислоты (3-4 мкг/дм3) и парафины (6—7 мкг/дм3).

Таким образом, все минеральные воды Кузбасса являются содовыми, но при этом имеют отличия в газовом, микрокомпонентном и микробиологическом составах. В отличие от щелочных метановых вод Березовоярского и Борисовского месторождений, воды Терсинского отличаются повышенным содержанием С02, слабокислой средой, более высокой минерализацией и т.д.

Второе защищаемое положение.

Все минеральные воды Кузбасса по генезису являются и/фильтрационными, но различаются по газовому составу и его происхождению: СОг является метаморфическим, СН4 - биохимическим, N2 - воздушным. Газовый состав определяется характером геохимической среды и степенью взаимодействия вод с горными породами.

Месторождение Число проб с ^орг ФК ГК

Бсрсзовоярскос 5 1,5 0,3 0

Борисовское 25 3,3 0 0

Терснпскос 5 3,5 2,2 0,9

Среднее для вод зоны гипергенеза [Шварцев, 1998] 66 8,3 - -

В целях установления генезиса минеральных вод и растворенных в них газов нами изучался изотопный состав водорода, кислорода и углерода, входящего в состав СО,, СН4 и НС03" (табл.5).

Таблица 5 - Средний изотопный состав минеральных вод Кузбасса, %о

Месторождение Число проб Т, ТЕ 5Э 5180 8иС

НСОГ СИ, со2

Березовоярское 3 8,0 -126 -17,1 +0,3 - -

Борисовское 6 5,0 -126 -16,5 —4,1 * ^0,6* -3,9*

Терсинское 10 3,7 -129 -17,6 +3,3 - -6,2*

* по данным О.Е.Лепокуровой, 2005

-110

-115

-120

гй о

-125

' -130

-135

-МО

-145

-23

-19

• — Березовоярское О —Борисовское + — Терсинское

-13

Из табл. видно, что для вод

Березовоярского и Борисовского

месторождений характерны

одинаковые значения 80, но в

последних наблюдается небольшой

кислородный сдвиг в сторону

утяжеления (рис.3). Все точки

расположены в непосредственной

близости от глобальной линии

Крейга, характеризующей средний

1 изотопный состав метеорных и

поверхностных вод земного шара. Рисунок 3 - График зависимости изотопного

состава кислорода (5180) от водорода (50) Это ГОВОРИТ 0 том' что воды по минеральных вод Кузбасса своему генетическому типу

Области изотопного состава: 1 - воды

Березовоярского местороиедения; 2 - Борисовского являются инфильтрационными месторождения; 3 - Терсинского месторождения; 4 мехеорпого происхождения.

-Линия Г.Крейга 80 = 8-5,80+Ю%о

Согласно обобщенной диаграмме изотопного состава различных генетических типов природных вод [Основы гидрогеологии, 1982] значения точек вод Терсинского месторождения попадают в область значений представителей холодных углекислых вод Восточной Сибири.

Распределение трития, как и следовало ожидать, обнаруживает тенденцию уменьшения содержаний с глубиной.

По значениям 513С иона НСОз", который формируется за счет СО, и гидроксилыюй группы ОН", видно, что воды Березовоярского и Терсинского

месторождений значительно обогащены тяжелыми изотопами углерода (табл.3). Предел содержания 5|3С в воде Березовоярского месторождения составляет от +0,1 до +0,7%о, в Терсинских водах - от +2,8 до +4,3%о. Известно, что значения 813С атмосферной углекислоты находится в пределах от -11 до -5%о, метаморфогенной углекислоты, образованной в результате разложения карбонатных пород, — от —10 [Ве^еЫ и др., 2001] до +3%о, при окислении органического вещества, нефтей и углей, — от -20 до 0%о и биогенной (почвенной) углекислоты — от -28 до -18%о [Галимов, 1968]. Согласно этому, очевидно, что в минеральной воде Терсинского месторождения имеет место глубинный (метаморфогениый) генезис ССЬ, источником которого служат, вероятно, карбонатные породы, подвергшиеся метаморфизации.

Изотопный состав С, входящего в СЬЦ, выявленного в подземных водах Сибирского региона, достаточно хорошо изучен многими авторами [Валяев,1997 и др.; Калябин,2004]. В работе С.Л.Шварцева и др. (2006) приведены значения 513С СН4 для подземных вод Ерунаковского района Кузбасса, которые колеблются в пределах от -51 до —38%о. В соответствие с этим, мы предполагаем, что в водах Борисовского месторождения источником поступления метана служат, в большинстве своем, угольные отложения Кузбасса средней стадии метаморфизма.

Таким образом, все минеральные воды Кузбасса являются инфильтрационными, но имеют различный генезис газа: метан минеральных вод Борисовского и Березовоярского месторождений биохимического (угольного), а углекислый газ вод Терсинского месторождения глубинного (метаморфического) происхождения.

Третье защищаемое положение.

Минеральные воды Кузбасса равновесны с вторичными карбонатными (кальцитом, доломитом, сидеритом) и алюмостикатными минералами (гишитом, каолинитом, монтмориллонитом), иногда с альбитом, но в то же время неравновесны с эндогенной породой (анортитом, оливином и др.). Равновесно-неравновесный характер системы вода-порода служит основой для объяснения механизма формирования содовых вод.

Для того, чтобы разобраться в условиях формирования состава минеральных вод, необходимо знать состояние их равновесия с горными породами. На основе

имеющихся данных химического состава минеральных вод (табл. 1, 2) нами была исследована система взаимодействия вода-порода.

В первую очередь было оценено состояние равновесия этих вод с карбонатными породами в стандартных условиях (Т=25°С, Р=1 атм). При расчете учитывались следующие минералы: доломит - СаГУ^(СОз)2, витерит - ВаСОз, стронцианит - 8гС03, кальцит - СаС03, родохрозит - МпС03 и сидерит - РеСОз. В основу расчетов положена реакция взаимодействия МС03 = М2++С032~. При изучении степени насыщенности минеральных вод к карбонатным минералам нами использован индекс неравновесности А=1^'(К/0). При отрицательном значении А вода является насыщенной относительно рассматриваемого минерала, нулевое значение характеризует состояние равновесия, а положительное - недонасыщение вод по отношению к данному минералу. Результаты расчета, в основу которых положена методика Р.М.Гаррелса и Ч.Л.Крайста (1968), приведены в табл.6. Таблица 6 - Основные термодинамические параметры реакций растворения некоторых

карбонатных минералов

Минерал АР°обр.в-ва, ккал ^ПР* Минеральные воды месторождений

Березовоярское | Борисовское | Тсрсииское

Индекс неравновесности А=1й( КУС))

СаМг(СОз)2 -520,5 -17,09 -0,89 -0,24 -1,59

ВаСОз -272,2 -8,32** +1,59 + 1,45 +1,64

БгСОз -271,9 -9,27 +0,61 +0,41 +0,61

СаСОз -269,9 -8,48 -0,36 -0,20 -0,85

МпСОз -195,7 -10,39 +2,51 +0,72 -0,51

РеСОз -161,1 -10,89 -1,45 -0,53 -1,82

* по данным С.Л.Шварцева; ** - по данным Б.Н.Рыженко

Видно, что все минеральные воды равновесны с доломитом, кальцитом и сидеритом, а воды Терсинского месторождения, кроме того, равновесны с родохрозитом.

Располагая полученными значениями А, нами был построен график зависимости этого показателя от минерализации минеральных вод Кузбасса (рис.4), на котором прослеживается рост насыщенности вод к кальциту, сидериту и доломиту в зависимости от величины минерализации. Видно, что для минеральных вод региона характерна высокая степень насыщенности к сидериту, который теоретически в минеральных водах может формироваться в первую очередь. Наиболее насыщенными к сидериту являются воды Терсинского месторождения, восстановительная и кислая среда которых способствует миграции Ре2+ в растворе в форме иона.

6 -

"Ч 5 -

3 4

2. з -

2 2 1 о

Из рис.5 видно, что минеральные воды Кузбасса равновесны и с вторичными

алюмосиликатными

\гл \<5 \ О

\"о '.'г, минералами, в частности, с

49. ■ о

\о.

каолинитом и различными по

+ " л, ; составу монтмориллонитами.

► 4\4

Наибольшая степень ; 5 . насыщенности с Са, Мя и К-

• — Березовоярское ^ ^ .

О -Борисовское МОНТМОРИЛЛОНИТОМ (б, В, е)

+ -Тсрс„нское ^^^^ наблюдается в водах .................................'................................'................................'................................' Терсинского месторождения,

-4-3-2-10 1 2

Рисунок 4 - Зависимость значений индекса с ^-монтмориллонитом (а) неравновесности от общей минерализации _ в водах БОРИСОВСКОГО; минеральных вод Кузбасса

которые также насыщены относительно мусковита и гидромусковита (д, е). Длительное взаимодействие воды с горными породами в конечном итоге приводит к равновесию раствора не только с глинами, но и иногда с Г^-хлоритом и альбитом как, например, на Борисовском месторождении. На Терсинском месторождении минеральные воды, несмотря на слабокислую среду, так же достигают равновесия с альбитом. В отличие от щелочных, эти воды также равновесны и с калиевым полевым шпатом.

Вместе с тем, минеральные воды находятся в глубоко неравновесном состоянии с эндогенными минералами (анортитом, оливином и др.), что связано с наличием карбонатного барьера, который всегда встречается на пути установления равновесия с первичными алюмосиликатами [Шварцев, 1998]. Как было отмечено выше, минеральные воды Кузбасса в разной степени равновесны с кальцитом. Источником кальция, а также других элементов, выступают, главным образом, алюмосиликатные породы. Это взаимодействие протекает по схеме:

2Са[А128ь08] + 6Н20 + 4С02 = АЬ^дОк^ОН^ + 4НС03~+ 2Са:+ (1), Са2+ + 2НС03" = СаСОз + Н20 + СО, (2).

Зная степень равновесия вод с горными породами можно решить проблему формирования содовых вод, которая до сих пор вызывает споры. По данному вопросу существует множество гипотез, основными из которых является геологическая и ионно-обменная. Однако в последнее время показано [Шварцев,2007], что содовые

ВДН.КО,! 1ц|1Ь5КЫ ЩИ^О,]

Рисунок 5 - Диаграммы равновесия основных алюмосиликатных минералов при 25°С с нанесением данных по составу минеральных вод Кузбасса: (а) - система ЦО-НО-АЬОз-СаОЧЧагО-СОг-БЮг; (б) - система Н20-НС1-Са0-С02-5Ю2-А120з; (в) -система H20-HCl-Mg0-C02-Si0z-Al20з; (г) - НгО-На-ЫагО-СО^Юг-АЬОз; (д) -система НгО-НСП-КгО-ЗЮг-АЬОз; (е) - система Н20-НС1-К20-С02-5\О^-А 12 03

воды - это продукт определенной стадии взаимодействия воды с горной породой и именно равновесно-неравновесное состояние этой системы определяет непрерывную её эволюцию. Согласно данной гипотезе, образование содовых вод происходит с момента насыщения вод кальцитом. Такое насыщение обычно наступает при минерализации вод >0,6 г/дм3 и при рН>7,4. С появлением в составе вторичного СаСОз рост Са2+ в водном растворе крайне затруднен. Глины связывают большую часть и К+ из раствора. Таким образом, предпочтение для концентрирования получает №+, содержание которого непрерывно растёт. Воды, пересыщенные к СаСОз, остаются неравновесными с первичными алюмосиликатами, в результате чего Са2+, попадая в раствор, сразу же высаживается в виде СаСОз и других карбонатных минералов. Формирующийся в этих условиях геохимический тип вод называется щелочным карбонатно-кальциевым.

На основе данных по изотопному составу минеральных вод, а также результатов оценки состояния их равновесия с горными породами, нами составлена схема формирования химического и газового состава исследуемых вод (рис.6).

ЩЪ да

Г -ур Насыщение*^"

ЧСОз-Ыа | воды '

' [>|'СИ4^ »1 «о/

, кЕеСО\ I СлС0г, к!и I

Метаморфизацня угле й, // образование СН4 V 5'80 = -16,5%о

С* М» К- й \ . -Ю В

/им, гад/, о/ V \ч>— .

Углекисттное \

вьщеличивание Са!+.

5;ю» яЛ гаэ

, Л, Cn.Mg.Na- \

. сн4

4=3 в» я",

НСОз-Ма воды

8 0+0,3 I I

8 С=-4,1

со2\

Метаморфизация карбонатных пород при Г -200°С, образование С02

чш 1 2 3 о ? о о о 4 1 \ 1 \ 5 ____я___ 6 I 7 II 8 >

Рисунок 6 - Схема формирования состава минеральных вод Кузбасса: 1 -Направление движения инфильтрационных вод; 2 - Направление движения и пути поступления газа; 3 - Направление движения содовых вод региона; 4 - Воды с высокой газонасыщенностью, образование свободного газа; 5 - Трещины, тектонические разломы; 6 - Уровень грунтовых вод; 7 - Зона активного водообмена в верхнепермских отложениях; 8 -Зона замедленного водообмена отложений пермо-карбона; 9 - Образование карбонатных отложений (травертинов); 10 —Залежи углей.

Процесс формирования состава вод Борисовского месторождения, как уже было отмечено выше, предполагает участие биохимических газов. Метан, образованный в результате метаморфизма углей, смешивается с щелочными содовыми водами, залегающими в зоне замедленного водообмена. Поднимаясь вместе с содовыми водами выше по разлому, растворенный в воде газ стремится мигрировать из зон пьезомаксимумов в зоны пьезоминимумов и с момента появления в воде кислорода, метан может окисляться с образованием углекислого газа и воды по реакции:

СН4+202 = СО, + 2Н:0.

В зоне активного водообмена к содовым высокогазонасыщенным метановым водам

могут подмешиваться воды неглубокого залегания с более низкими значениями рН и минерализации, в газовом составе которых доминирует азот.

Подобная схема формирования применима и к водам Березовоярского месторождения. Отличие от Борисовского лишь в том, что в формировании состава вод участвуют более щелочные содовые воды с большим содержанием хлор-иона.

На Терсинском месторождении предполагается несколько иная схема формирования состава вод (рис.6). Углекислый газ, образующийся при разложении карбонатных пород на значительных глубинах при температурах выше 200°С, поднимаясь по разлому из зоны весьма замедленного водообмена, смешивается с щелочными содовыми водами зоны замедленного водообмена. Это ведет к понижению рН и нарушению установившегося термодинамического равновесия. Все это ускоряет процесс углекислотного выщелачивания алюмосиликатов в условиях повышенного парциального давления СО2. В результате формируется новое равновесно-неравновесное состояние, которое в случае вод Терсинского месторождения отличается более кислой средой, более высокой соленостью воды, содержанием НСО3-, Са2+, Ре2+, 5102 и др. Поскольку в условиях новой геохимической среды неравновесный характер системы минеральная вода-первичные алюмосиликаты сохраняется, растворение последних восстанавливает равновесие с кальцитом, который и формируется в этих условиях при рН 6,4-6,8. Поскольку содержание СОг в данных водах превышает его растворимость, он выделяется в свободную газовую фазу и вместе с водой стремится к поверхности земли в область более низких давлений.

В целях изучения изменений химического состава вод Терсинского месторождения во времени нами были проанализированы результаты многолетних наблюдений (рис. 7). К сожалению, из-за недостаточного количества данных по содержанию в воде СОг мы не можем точно проследить уменьшается ли его содержание со временем. Однако по более ранним данным известно, что его концентрации могли достигать 8,0 г/дм3 [Овчинников, 1964], в настоящее же время они колеблются в пределах 1,5-3,0 г/дм3. Видно, что поведение СО2 носит скачкообразный характер, что говорит о неравномерности поступления углекислого газа из глубины.

Поведение системы С02-р11-НС03 в целом, согласуется с общепринятыми гидрогеохимическими правилами: при повышенном содержании СО2 значение рН воды и концентрация НСО3 снижаются.

Вместе с тем, с уверенностью можно сказать, что в минеральной воде Терсин-

Сашин на (сюаоднынгатии!*!!!

В/рхтйя/ыдчПК'Т Ш'З-ЯН )

____ г ^ - > Мннсриншци

| Нижи ш ¡¡гш

Рисунок 7 - Динамика изменения химического

состава минеральных вод Терсинского месторождения во времени

Линии: 1 - пределы показателей согласно ГОСТ 13273-88 (стрелка вверх/вниз - нахождение фактических концентраций

относительно верхнего и нижнего предела); 2 - нижний предел обнаружения компонента; 3 -граница разделения режимов эксплуатации

ского месторождения со временем произошло снижение общей минерализации, значения которой, начиная с 1999 г. и по настоящее время, сохраняются на уровне 4,7-5,2 г/дм3. Концентрации НС03~, и СГ так же со временем заметно снизились. Данное явление трудно объяснить, но предположительно снижение могло произойти либо в результате сильного

подкисления воды из-за более мощного, чем обычно, поступления ССЬ из глубины, либо в результате резкого разубоживания минеральных вод в зоне активного водообмена, либо просто в результате появления более точных методов определения содержаний 11С03~, Ыа+ и СГ. В любом случае данный вопрос, а также наличие неравномерности поступления ССЬ из глубины, пока остается открытым, что требует дополнительных исследований.

.........тгтт

________________________________

V ! ГI

------------------------- Р -------

.....- - -2 .............1 ь 1С • г1 » . /11 | |

......

Мгсяц И ГОД К((.|Г.]1*1'Н

Таким образом, минеральные воды Кузбасса при наличии существенных различий в химическом составе имеют определенное геохимическое сходство: все они в той или иной степени равновесны с карбонатными минералами (доломитом, кальцитом, сидеритом), которые выпадают из раствора, но в то же время наравновесны с некоторыми эндогенными породами. Содержание химических элементов в минеральных водах является более низким, чем это требуется для установления равновесия, например, с анортитом, но уже достаточным для насыщения вод относительно глин, иллита, кальцита, альбита и КПШ. Равновесно-неравновесное состояние системы вода-порода и является отправной точкой в понимании условий формирования содовых вод.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации: Центральные издания, входящие в перечень ВАК

1. Геохимия минеральных вод Терсинского месторождения Кемеровской области // Записки горного института. - 2007. - Т.170. - 4.II. - С.38^П

2. Условия формирования химического состава Терсинских углекислых минеральных вод // Водные ресурсы. - 2009. -Т.36. -№5. - С.606-614 (соавторы Копылова Ю.Г., Лепокурова O.E.; переведена на английский язык)

Издания за рубежом

3. Равновесие минеральных вод Кузбасса с алюмосиликатными минералами // География, геоэкология, геология: опыт научных исследований. — Днепропетровск, 2008.-С.113-117

4. Изотопный состав метановых минеральных вод Кузбасса // География, геоэкология, геология: опыт научных исследований. - Днепропетровск, 2009. - С. 155-160

Всероссийские конференции и совещания 5. Выделение геохимических типов минеральных вод Кузбасса как развитие учения

- В.И.Вернадского // Материалы региональной научно-практической конференции. -

Омск, 2009.-С. 186-189 7. К вопросу о распространенности микроорганизмов в минеральных водах Кузбасса на основе учения В.И.Вернадского о живом веществе // Материалы региональной научно-практической конференции. - Омск, 2009. - С. 189-193

8. Новые данные о микрокомпонентном составе Березовоярских минеральных вод // Проблемы геологии и освоения недр. - Томск, 2009. - С.272-274

9. Влияние режима эксплуатации Терсинского месторождения минеральных вод на качество добываемого сырья // Всероссийское совещание по подземным водам востока России. - Тюмень, 2009. -С.З 80-3 83

10. Степень насыщенности минеральных вод Кузбасса к карбонатным минералам // Проблемы геологии и освоения недр. - Томск: ТПУ, 2008. - С.282-285

11. Геохимия Борисовских минеральных вод Кузбасса // Современные проблемы геохимии. - Иркутск, 2007. - С.103-105 (соавторы Копылова Ю.Г., Лепокурова O.E.)

12. Особенности экологического состояния подземных вод центральной части Кузбасса // Экология и безопасность жизнедеятельности. - Пенза, 2007. - С. 183-185

13. Особенности экологического состояния минеральных вод Терсинского месторождения Кузбасса // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности (научно-технические, экономические, юридические, политологические, социальные и международные аспекты). - Санкт-Петербург, 2006. -С.269-271

14. Микробиологический состав минеральных вод Терсинского месторождения // Севергеоэкотех. - Ухта, 2006. - С.384-387

15. Новые данные о микрокомпонентном составе углекислых минеральных вод Терсинского месторождения (Кузбасс) // XVIII Совещание по подземным водам Сибири и Дальнего Востока. - Иркутск, 2006. - С. 274-277 (соавторы Копылова Ю.Г., Табатчикова Т.Н.)

16.Эколого-геохимические особенности формирования углекислых минеральных вод Терсинского месторождения Кемеровской области // Рациональное природопользование. - Ярославль, 2005. - С.300-304

17. Ecological and geochemical peculiarities of Tersin deposit mineral waters territory of Kuzbass // Проблемы геологии, экологии и рационального природопользования. -Новочеркасск, 2005. -С.10-13

18. Особенности геохимического состава Терсинского месторождения углекислых минеральных вод // Ломоносов-2005. - Москва: МГУ, 2005. - С.82-83

19. Экологический мониторинг углекислых минеральных вод Терсинского месторождения // Молодежь и наука - третье тысячелетие. - Красноярск, 2005. -С.386-388

20. Микрокомпонентный состав минеральных вод Терсинского месторождения как показатель их экологического состояния // Проблемы геологии и освоения недр. -Томск: ТПУ, 2005. - С.256-258

21. Литий в углекислых минеральных водах Терсинского месторождения // Экология Южной Сибири и сопредельных территорий. - Абакан, 2004. - С. 172-173

22. Характеристика Терсинского месторождения минеральных вод // Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ. - Новосибирск, 2003. - С.110-112

Подписано к печати 13.11.2009. Формат 60x84/16. Бумага «Снегурочка». Печать XEROX. Усл. печ. л. 1,28. Уч.-изд. л. 1,16. Заказ 1379-09. Тираж 120 экз.

Томский политехнический университет Система менеджмента качества Томского политехнического университета сертифицирована NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO 9001:2008

издательство if тпу . 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30 Тел./факс: 8(3822)56-35-35, www.tpu.ru

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Токаренко, Ольга Григорьевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИЗУЧЕННОСТЬ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД КУЗБАССА

1.1 Степень изученности пресных и минерализованных 9 подземных вод

1.2 Современные критерии оценки минеральных вод - •

ГЛАВА 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ КУЗБАССА

2.1 Рельеф территории

2.2 Климатические условия территории

2.3 Геологическое строение 21 : 2.4 Гидрогеологические условия

2.4.1 Особенности химического состава подземных вод

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Методика полевого анализа быстроменяющихся компонентов

3.2 Методика лабораторного анализа устойчивых компонентов 35 3.2.1 Методика ICP-MS 3.2.2 Метод ICP-AEm : , 3.3 Методика микробиологического анализа

3.4 Метод определения водорастворенных газов/;,.,,., v/,,

3.5 Определение органических микропримесей в подземных водах

3.6 Методика определения изотопного состава 2Н, 3Н, 180 и С

3.7 Специальные геохимические исследования

3.8 Методика численного моделирования

ГЛАВА 4. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД

БЕРЕЗОВОЯРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

4.1 Общая характеристика гидрогеологических условий

4.2 Химический состав минеральных вод 53 " • 4.3 Микрокомпонентный состав

4.4 Микробиологический состав : i ;

4.5 Газовый состав ; 60 . 4.6 Изотопный состав : '

4.6.1 Источники поступления СН4 минеральных вод

ГЛАВА 5. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД

БОРИСОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ 1 ; ' : ;

5.1 Общая характеристика гидрогеологических условий

5.2 Химический состав минеральных вод

5.3 Микрокомпонентный состав

5.4 Микробиологический состав

5.5 Газовый состав

5.6 Изотопный состав

5.6.1 Источники поступления СЩ минеральных вод

ГЛАВА 6. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД

ТЕРСИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

6.1 Общая характеристика гидрогеологических условий

6.2 Химический состав минеральных вод

6.2.1 Динамика изменения химического состава при различных режимах эксплуатации месторождения

6.3 Микрокомпонентный состав

6.4 Наличие органики и органических микропримесей

6.5 Микробиологический состав

6.6 Газовый состав

6.7 Изотопный состав

6.7.1 Источники поступления СОг минеральных вод

ГЛАВА 7. ФОРМИРОВАНИЕ СОСТАВА МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД

КУЗБАССА

7.1 Общая характеристика геохимических особенностей минеральных вод Кузбасса

7.2 Формы миграции основных ионов и некоторых микрокомпонентов

7.3 Равновесие минеральных вод к карбонатным минералам

7.4 Равновесие минеральных вод к алюмосиликатным минералам

7.5 Условия формирования химического состава минеральных вод "

7.5.1 Факторы, контролирующие формирование геохимического типа минеральных вод 126 ' 7.5.2 Основные геохимические процессы, формирующие состав минеральных вод. Источники химических элементов

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геохимия минеральных вод Кузбасса"

Минеральные воды давно привлекают к себе внимание исследователей, потому что часто обладают уникальным составом и лечебными свойствами и поэтому рассматриваются как альтернативное средство немедикаментозного лечения [115]. Подземные минеральные воды являются очень сложными динамичными многофазными системами, в которых содержатся растворенные минеральные и органические вещества, а также газы. Лечебными являются природные подземные воды, оказывающие на организм человека лечебное действие за счет повышенных содержаний полезных биологически активных компонентов, газов или ионно-солевого состава.

Кузнецкий угольный бассейн (Кузбасс) является источником не только топливно-энергетических ресурсов России, но и уникальных для региона минеральных вод высокой газонасыщенности. Удаленность данного региона от известных бальнеологических здравниц России и ближнего зарубежья особенно подчеркивает значимость изучения условий и механизмов формирования состава минеральных вод на данной территории.

Изучением формирования состава таких вод занимались многие ученые - А.М.Овчинников, Н.И.Толстихин, И.К.Зайцев, В.В.Иванов, Г.А.Невраев, Е.В.Посохов, Е.В.Пиннекер, Г.С.Вартанян, Л.АЛроцкий, Б.И.Писарский, В.А.Кирюхин, О.В.Чудаев, А.М.Плюснин и др., среди зарубежных исследователей отметим А.Добре, Делоне, Л.Морэ, К.Кейльгака [72]. Непосредственно в Кузбассе работы велись П.А.Удодовым, Г.М.Роговым, В.К.Поповым, Г.М.Плевако, С.Л.Шварцевым, Д.С.Покровским, М.А.Кузнецовой, О.В.Постниковой, В.М.Людвигом, В.П.Шинкаренко, Ю.В.Макушиным, О.Е.Лепокуровой, Е.В.Домрочевой и др. Сложность изучения этого вопроса заключается в более глубоком залегании минеральных вод, ресурсы которых, как правило, сосредоточены в зоне замедленного водообмена, наличием более сложной динамической системы по сравнению с зоной активного водообмена, что и определяет особый интерес к ним.

Объектом научного исследования являются минеральные воды центральной части Кузбасса, в первую очередь месторождения Березовоярское, Борисовское и Терсинское; предметом исследования являются процессы и механизмы формирования состава минеральных вод.

Цель работы. Изучение геохимических: особенностей и условий формирования 'химического состава минеральных вод основных месторождений Кузбасса. . ^

Задачи исследования: • 1) изучить химический, микробиологический; тазовый, изотопный состав минеральных вод центральной части Кузбасса;

2) установить генезис С02 и СН4;

3) определить степень равновесия минеральных вод с основными карбонатными и алюмосиликатными минералами;

4) определить ведущие процессы и механизмы. . формирования химического состава минеральных вод.

Исходный материал и методы исследований. Для решения поставленных задач в период с 2003 по 2008 гг. автор принимал участие в работах Томского филиала Института нефтегазовой геологии и геофизики (ТФ ИНГГ) СО РАН, ТПУ и ОАО «Томскгеомониторинг», проводимых по этой тематике. В работе также использованы данные предыдущих исследований.

Автор являлся соисполнителем следующих работ на хоздоговорной основе: х/д 2—135/03«Изучение геохимии природных вод»1 (заказчик - ТФ ИГНГ СО РАН), работа проходила в рамках выполнения научных исследований по гранту Президента РФ № НШ 1566.2003.05 на поддержку молодых1 российских ученых и ведущих научных школ.' Автор являлся исполнителем работ: х/д 2-523/05 «Отбор проб и проведение хроматографического анализа природного газа из воды» в 2 пробах (спонтанный и растворенный газ) скважины БА-43 в г.Татарске. (заказчик -ООО «Стрелец»); х/д № 2-517/05у «Проведение хроматографического анализа природного газа из воды» (заказчик — ООО «Карачинский источник»); х/д № 2-148/05 (05-нт/2005) «Микробиологические и химические исследования подземных вод, определение тазового состава подземных;! вод»;: Договор от 01.07.2005 г. «Предварительный анализ изменения J :: качественного ' состава природных • вод1'- Терсинского месторождения за период работы водозабора»; Договор от 21.05.2007 г. «Полевые 1 анализы на Терсинском ММПВ» (заказчик - ОАО «Томскгеомониторинг») и др.

Химический анализ проб минеральной воды / проводился в проблемной научно-исследовательской лаборатории гйдрогеохимии (ГШИЛ) Научно-учебно-производственного центра «Вода» ИГНД ТПУ. Быстроменяющиеся компоненты (рН, У Eh, С02, НС03~); замерялись непосредственно на скважине. Были использованы следующие методы определения макро- и микрокомпонентного состава:' титриметрия, фотоколориметрия, пламенная фотометрия, потенциометрия, турбидиметрия, беспламенная атомно-абсорбционная -^спектрометрия, инверсионная вольтамперометрия, масс-спектрбметрическйй метод с индуктивно-связанной плазмой — ICP-MS (ООО «Плазма», - f. Томск), к:*мг-:i:;:г,i; .• v - .* ■ '"'-^i' . ' • 'i':■i;:'0*i0J.tv"'4

->И'! Г'!СС '': к 'Ч/.'•>■'•:•:'■; Г1-. -'О •• t ;: , :;.;ic •:' Ir^O-.li; \ ! ■-'< • ■ 5

ГЧ"' i;

О''!.'- '.vr.C^.l:1; атомно-эмиссионный метод с индуктивно-связанной плазмой - ICP-AEm (Научно-аналитический центр ТПУ). Состав газов - - определялся хроматографическим методом на приборе «Кристалл 2000М», а изотопный состав - двулучевым методом на масс-спектрометре «МИ-1201В» и бета-спектрометрическим методом на приборе «Tri Carb 2700» (НТЦ «ВСЕГИНГЕО», г. Москва).

Всего в работе использовано более 600 анализов подземных вод Березовоярского, Борисовского и Терсинского месторождений и более 50 анализов грунтовых вод центральной части Кузбасса. Из них 440 по химическому составу, 38 — микробиологическому, 39 — газовому, 41 — изотопному соответственно.

Личный вклад автора. Всего за период исследования автором было отобрано более 60 проб минеральной воды для исследования их химического и газового состава, в некоторых пробах дополнительно изучался микробиологический и изотопный составы, а также определялось содержание многих микрокомпонентов. Автором проведена оценка и сравнительная характеристика содержаний микрокомпонентов минеральных вод и кларков гидросферы, выявлены их закономерности поведения в зависимости от1 рН водных растворов; выявлены пределы содержаний микроорганизмов различного типа; установлен генезис углекислого .газа и метана; установлен характер равновесия системы минеральная вода-горная порода; составлена схема формирования состава минеральных вод Кузбасса отдельно по месторождениям.

Данные обрабатывались с помощью компьютерных программных комплексов HydroGeo, StatSoft Statistica, Microsoft Excel," CorelDREW, ArcGisV Photoshop. Для верификации и интерпретации полученных результатов был использован графоаналитический и графический метод. Для' решения поставленных в работе задач применялись регионально-гидрогеологические, сравнительные, термодинамические, изотопные и др. методы. 1 Научная новизна:

J! 1) 'впервые для минеральных вод Кузбасса идентифицированы многие1 микрокомпоненты, включая редкоземельные, -установлены и проанализированы их пределы содержаний, оценена микрофлора, уточнено содержание органических веществ; 1 1

2)'по изотопным данным установлен генезис газа; J " 3) определен характер равновесия минеральных вод с первичными и вторичными породообразующими минералами; 4) впервые разработана постадийная ■ модель' формирования минеральных вод Кузбасса отдельно по месторождениям с обоснованием источников химических элементов и газа.

В диссертации изложены данные исследования ~ геохимических особенностей минеральных вод' Кузбасса, полученные1' в результате исследовательских и экспериментальных работ, посредством которых i >41»' ^ J " И 1\ - 'г С' . 6 I X * » > решались задачи, имеющие большое значение для понимания условий и механизмов формирования химического состава минеральных вод. Вскрытые ; при этом закономерности при наложении на основу общепринятой гидрогеохимической теории взаимодействия! системы вода-порода послужили более глубокому пониманию процессов, происходящих в изучаемых минеральных водах.

Практическая значимость. Материалы исследований использовались в процессе выполнения научно-исследовательских работ в рамках г/б темы № 2.18.2004 «Исследование процессов вторичного минералообразования и формирования геохимических . типов вод (на примере юга Западной Сибири)»,: выполняемых по межвузовской научно-технической программе «Университеты России — фундаментальные исследования» . проекта (УР.09.01.2004 г.), г/б темы № 2.3.2009 тематического плана ТПУ «Исследование геологической эволюции системы вода-порода-органическое вещество как основы решения фундаментальных проблем гидрогеохимии», г/б темы № 2.320.2009 проекта № 2.1.1/2021 «Исследование механизмов формирования состава природных вод в провинции аридного климата (на примере минеральных вод Хакасии)» Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие - научного потенциала Высшей школы (2009-2010 гг.)». Часть материалов диссертации использована ОАО «Томскгеомониторинг» при " подготовке отчетной документации, а также ТФ ИНГТ СО РАН и ТПУ, где внедрены в учебный процесс. Разработанная модель формирования состава вод может быть использована "научными и производственными организациями, занимающимися изучением и практическим 'использованием минеральных вод (бальнеологические институты и др.). 1 . : • м-'

Апробация работы. Основные положения и отдельные разделы и подразделы выполненной работы докладывались и обсуждались на научно-практическом семинаре на кафедре гидрогеологии,' инженерной геологии и гидрогеоэкологии ИГНД ТПУ. Результаты работы были доложены на XVIII и XIX-OM Всероссийском совещании по подземным водам Востока России (Иркутску 2006; Тюмень/ 2009), на V-й, VI-й ' Международной ; научной конференции студентов и аспирантов (Днепропетровск, 2008, 2009), на XII-й Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученыхи:«Ломоносов1 — 2005» (Москва,- 2005),'^'на Т1-й':Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких.технологий в промышленности. '.>> (Санкт-Петербург, 2006),' на; - Международном-.-." научном симпозиуме студентов" :и Молодых ученых имени академика М.А.Усова Проблемы теологии и'1 освоения недр» (Томск, 2004-2008) и др. . Публикации. Основные результаты проведенной работы, изложены в 25 :стата!ях,. в том: числе 2• • статьи • опублйко'ваньпв :-цёв^альных-' изданиях, включенных в перечень ВАК. р^лч'^чгЛ':';--.-' .'.V'; \.- У . ■' . . ; ; -:. 7

Ирь;уТСК:. * ■. ■'•'.' :Т. ' \ •*! У ■ /Vie; i^i'v ! 'j И ■ К'л'Л.^-v." ■' ■'■

Структура и объем работы. Настоящая кандидатская диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения и списка литературных источников, состоящего из 154 наименований. Работа изложена на .143 страницах, включая 24 рисунка, 55 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Гидрогеология", Токаренко, Ольга Григорьевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работы были рассмотрены природные, геологические, гидрогеологические условия центральной части Кузбасса, проанализированы как ранее известные, так и новейшие данные по химическому, газовому, микробиологическому, изотопному составам минеральных вод центральной части Кузбасса на примере Березовоярского, Борисовского и Терсинского месторождений.

Нами выявлено, что гидрогеологические условия территории месторождений, в целом, являются схожими и представлены палеозойскими (пермскими и пермо-карбоновыми) отложениями, сверху перекрытые рыхлыми кайнозойскими (четвертичными). Подземные минеральные воды этих месторождений залегают в переслаивающихся отложениях, представленных песчаниками, алевролитами, аргиллитами с пластами каменных углей небольшой мощности. Для Терсинского месторождения также характерно наличие силлов и даек диабазовых порфиритов триасового возраста.

В пределах месторождений, как и в целом в регионе, наблюдается нормальная гидрогеохимическая зональность. Верхняя зона — интенсивного водообмена, характеризуется наиболее разнообразным составом подземных вод: воды здесь, в основном, нейтральные или слабощелочные (рН 6,9-8,3), о л пресные с минерализацией до 1 г/дм , иногда до 1,9 г/дм . Воды зоны замедленного водообмена (более 120 м), являются щелочными (рН 7,8—9,5), более минерализованными (2-9 г/дм3), часто с повышенным содержанием газа и именно в этой зоне сосредоточены запасы минеральных вод Кузбасса.

При оценке особенностей химического состава было установлено, что все минеральные воды Кузбасса являются содовыми, но при этом отличаются друг от друга. Воды Борисовского и Березовоярского месторождения являются гидрокарбонатными натриевыми, но в последних отмечается более высокое содержание СГ (более 260 мг/дм3), воды здесь уже гидрокарбонатно-хлоридные натриевые. Эти воды являются метановыми с повышенным содержанием азота, щелочными (рН 8,2-8,9), отличаются крайне низкими содержаниями Са2+ и Mg2+ (не более 5 мг/дм3). Наиболее минерализованными являются воды Терсинского месторождения с самым высоким содержанием НСОз", Са2+ и Mg2+, но самым низким рН (6,5-6,8). Отличие этих вод от других также заключается в повышенном содержании в них природного С02 (1,1-3,1 г/л), в более высоком содержании кремниевой кислоты (до 90 мг/л) и железа общего (до 16 мг/л), то есть эти воды являются одновременно углекислыми, кремнистыми и железистыми.

В работе также приводятся новейшие данные по содержанию микрокомпонентов, включая редкоземельные элементы. При анализе полученных данных было обращено внимание на различие концентраций микрокомпонентов как в отношении друг друга, так и в отношении кларков вод зоны гипергенеза и морских вод. Часть элементов, например В, Sr, Rb,

Mo, Br и U, в минеральных водах находится в гораздо меньших концентрациях, чем в морской воде, а концентрации Al, Ti, Си, Zn, Nb, Mo, Sb, Pb, U в минеральной воде даже ниже, чем в пресных водах зоны гипергенеза. Но концентрация ряда элементов, таких как Li, Ва, Se, Zr, оказалась намного выше, чем в морских, несмотря на более низкую минерализацию первых. Концентрации этих же элементов намного выше, чем в пресных водах зоны гипергенеза. Отмечено, в щелочных водах наблюдаются более высокие концентрации Br, Cr, Zn, Ga и др., а в слабокислых Li, Ва, Sr, Be, Al, Sc, Mn, Fe, редкоземельных элементов и др. Подобное неравномерное распределение элементов в минеральных водах, что может быть связано со способностью элементов концентрироваться в щелочных, или, наоборот, в кислых условиях раствора при отсутствии геохимических барьеров.

При изучении изотопного состава водорода, кислорода и углерода было установлено, что все минеральные воды Кузбасса являются

1Ч инфильтрационными метеорного происхождения. Генезис 5 С, входящего в состав НСОз", при этом различен: в щелочных метановых водах источником служат угольные отложения средней стадии метаморфизма, в углекислых — карбонатные породы, из которых образуется глубинный (метаморфогенный) С02.

Для1 изучения форм миграции основных компонентов в растворе минеральных нами был проведен расчет модели комплексообразования на примере вод Борисовского и Терсинского месторождений. Установлено, что в щелочных водах, как и в слабокислых, главные ионы (Na+, К+, Са2+ и Mg2+), а также некоторые микрокомпоненты, такие как Ва2+, мигрируют преимущественно в ионной форме. Формой миграции А13+, - входящего в состав' алюмосиликатных пород, является его дигидроксидная, оксидная и гидрофосфатная форма, соотношение которых в растворе почти пропорционально: 36, 33 и 27 % соответственно. Большая доля Fe3+ находится в растворе в виде Fe(OH)3 и (Fe(OH)4)~, тогда как для Fe2+ характерно его присутствие в виде комплекса FeC03. Анионогенный элемент Мп2+ находится в растворе преимущественно в виде соединения с МпСОз, Sr2+ — в соединении с продуктами диссоциации фосфорной кислоты и в форме свободного иона. В слабокислой' воде ' Терсинского месторождения большая часть Fe3+ находится в растворе в виде гидроксокомплексов Fe(OHb и (Fe(OH)2)+, тогда как для Fe2+ характерно его о I о j присутствие в виде свободного иона Fe . Такой компонент, как А1 , находится в растворе преимущественно в виде карбонатных соединений. Доминирующей формой миграции Si, как в щелочных, так и в слабокислых минеральных водах, является форма H4Si04 и Si02- После проведения расчетов полученные данные были систематизированы в виде градаций основных форм миграции компонентов раствора, по которым наглядно видно- влияние геохимической! обстановки раствора на способность миграции компонентов и их соединений. ' Для определения условий формирования, состава минеральных вод, нами проведена оценка равновесия минеральных вод. с горными породами. После расчетов стало очевидно, что минеральные воды Кузбасса при наличии существенных различий в химическом составе имеют определенное геохимическое сходство: все они в той или иной степени равновесны с карбонатными минералами (доломитом, кальцитом, сидеритом, а в случае вод Терсинского месторождения и к родохрозиту), которые выпадают из раствора,. но в то же время не равновесны, к стронцианиту и витериту. Также воды равновесны с вторичными алюмосиликатами (карбонатами, глинами и др.), но не равновесны с первичной породой (анортитом, оливином и др.). Содержание химических элементов в минеральных водах является более низким, чем это требуется для установления равновесия с анортитом, но уже достаточными для насыщения вод относительно монтмориллонитов и кальцита, что способствует накоплению натрия в водах и ведет к формированию содового типа вод.

Согласно предлагаемой нами модели, формирование состава минеральных вод основных месторождений Кузбасса происходит путем смешения : содовых: вод региона инфильтрационного: происхождения с газами различного генезиса. В случае вод Борисовского и Березовоярского месторождения к содовым водам по зонам тектонических "нарушений подмешивается мётан, источником которого служат угольные отложения средней стадии метаморфизма. Выщелачивание элементов из горных пород происходит вследствие гидролиза алюмосиликатов. При: формировании состава вод Терсинского месторождения к содовым водам подмешивается глубинный углекислый газ, образовавшийся в результате метаморфизации карбонатных пород, присутствие которого снижает рН воды с щелочной до слабокислой. Процесс гидролиза алюмосиликатов здесь происходят уже с участием1 СОг, что заметно ускоряет выщелачивание элементов из горных пород, поэтому здесь мы наблюдаем более высокую минерализацию и концентрации многих компонентов, таких как Са2+, Mg2+, Si, Fe2+, редкоземельных элементов и др.

1 ; -'{В результате оценки динамики поведёния химического состава минеральной воды Терсинского месторождения выявлена; тенденция снижёния общей минерализации со временем до значений 4,7—5,2 г/дм , а также основных ионов НСОз , Na' и СГ. Данное явление нами объясняется как результат сильного подкисления воды из-за более мощного, чем обычно, поступления С02 из глубины, или резкого разубоживания минеральных вод в зоне интенсивного водообмена, либо: как результат: появления более точных методов определения содержаний HC03~,"Na+ H СГ. В любом случае данный вопрос, а также наличие неравномерности поступления С02 из глубины, ';' пока •' остается'- открытым, что 'требует исследований."'

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Токаренко, Ольга Григорьевна, Томск

1. Опубликованные издания

2. Абашина Л.Я., Будник В.В. Минеральные лечебные питьевые воды лечебных месторождений Сибири Л Актуальные вопросы Сибири и Дальнего Востока. Белокуриха, 1988. - С.53-54.

3. Адилов В.Б., Бережнов Е.С., Бобровницкий И.П. Классификация минеральных вод и лечебных грязей для целей их сертификации. Методические указания. М.: 2000. - 40 с.

4. Андреева М.П. Эколого-геохимические состояние подземных вод зоны активного водообмена юга Кузбасса: автореф. дис. . канд. геол.-мин. наук / М.П.Андреева. Томск: ТПУ, 2007. - 18 с.

5. Аникин А.И., Зятева О.Ф. Березовоярское месторождение минеральных вод. // Материалы региональной конференции геологов Сибири и Дальнего востока и северо-востока России. Т. 1. Томск, 2000. — С.360-361.

6. Аникин А.И., Людвиг В.М., Шварцев С.Л. Геохимия подземных вод давсонитоносных пород Березовоярского участка (Кузбасс) // Обской вестник. 2001. - № 1. - С.65-69.

7. Арбузов С.И., Ершов В.В., Поцелуев А.А., Рихванов Л.П. Редкие элементы в углях Кузнецкого бассейна. Кемерово, 2000. - 248 с.

8. Балашов Ю.А. Геохимия редкоземельных элементов. М.: Недра, 1976. -268 с. 1

9. Баранов Л.Н. Изотопный состав минеральных вод как показатель их генезиса // Вопросы изучения лечебных минеральных вод, грязей и климата. Гидрогеология и геохимия минеральных вод СССР. М.: ЦНИИКИФ, 1980. -С.24-41.

10. Боревский Б.В., Боревский Л.В., Закутин В.П. Экологически чистые подземные воды (минеральные, природные, столовые). Рекомендации по обоснованию перспективных участков для добычи с целью промышленного розлива. ГИДЭК: Москва, 1998. - 31 с.

11. Букаты М.Б. Разработка программного обеспечения для решения гидрогеологических задач // Известия ТПУ. Геология поиски и разведка полезных ископаемых Сибири. — 2002. Т.305. — В.6. — С.348-365

12. Букаты М.Б. Рекламно-техническое описание программного комплекса HydroGeo. М.: ВНТИЦ, 1999. - 5 с. - Номер государственный регистрации алгоритмов и программ во Всероссийском научно-техническом информационном центре (ВНТИЦ) № 50980000051 ПК

13. Букаты М.Б. Шварцев С.Л. Методы обработки гидрогеохимической информации. — Томск: Изд. ТПИ, 1987. 95 с.

14. Быкова В.В., Иванов В.Г. Основные направления использования минеральных вод Томской области // Курортные ресурсы и санаторно-курортное лечение в Сибири. Томск, 1982. - С. 18-23.

15. Вартанян Г.С. Месторождения углекислых вод горно-складчатых регионов. М.: Недра, 1977. - 288 с.

16. Вартанян Г.С., Плотникова Р.И., Соустова Т.Н., Петрова Н.Г. Ресурсы и экологическое состояние минеральных вод на месторождениях локального типа // Геоэкологические исследования и охрана недр. № 4. - М.: АОЗТ «Геоинформмарк», 1996. - С.76-88.

17. Вернадский В.И. История минералов земной коры. История природных вод. JL: Госхимиздат, 1933. - 4.1. - 202 с.

18. Вернадский В.И. История природных вод. М.: Наука, 2003. - 750 с.

19. Галимов Э.М. Геохимия стабильных изотопов углерода. -~М.: Недра, 1968.-226 с.

20. Гаррелс P.M., Крайст 4.JI. Растворы, минералы, равновесия. М.: Мир, 1968.-292 с.

21. Геологическая эволюция и самоорганизация системы вода-порода: в 5 томах! Т.1: Система вода — порода в земной коре: взаимодействие, кинетика, равновесие, моделирование / В.А. Алексеев и. др.. — Изд-во СО РАН, 2005.- 244 с.

22. Геологическая эволюция и самоорганизация • системы вода-порода: в 5 томах. Т.2: Система'вода порода в условиях зоны гипергенеза / C.JT. Шварцев и др.. - Изд-во СО РАН, 2007. - 389 с.

23. Гидрогеология СССР. Т. 17. Кемеровская область и Алтайский край. -М.1: Недра; 1972: " 1

24. Гольдберг В.М. Взаимосвязь загрязнения подземных вод и природной среды.'—JT.: Гидромётеоиздат, 1987.-228 с. ' 1 ■ ' ' ''

25. ГОСТ 13273-88 Воды минеральные; питьевые лечебные и лечебно-столовые. Технические условия.

26. ГОСТ 23268.2-91 Воды минеральные, питьевые, лечебно-столовые и природные столовые. Методы определения двуокиси углерода.

27. Государственный контроль качества воды. 2-е изд., 'перераб и доп. -М.: ИПК издательство стандартов, 2003. - 776 с.

28. Государственный контроль качества минеральной воды и напитков. -М.: ИПК издательство стандартов, 2003. —'840 с: '

29. Дегтярев В.П. Экологические проблемы геологической среды Кузбасса и развитие опасных техногенных процессов: автореф. дис. . канд. геол.-мин. наук / В.П.Дегтярев. Томск: ТГАСУ, 2004. - 21 с. 1 1,v'-4

30. Дривер Дж. Геохимия природных вод. -М.: Мир, 1985. -'440 с.31Домрочева Е.В. Гидрогеохимические особенности угольных районов юга'Кузбасса: автореф. дис. . канд. геол.-минер. наук / Е.В^Домрочева. -Томск, ИГНГ СО РАН, 2005. 21 с.

31. Дубинин А.В. Геохимия редкоземельных элементов в океане. М.:1. Недра, 2006. 360 с. ')', 1 '., . : '! л i I Ч' !' ,- 4 ' I 1351 • ; ' I^ 1 ~ 'ч ! > . ! '

32. Дубинчук В.Т., Поляков В.А., Корниенко Н.Д. Дцерно-геофизические методы в гидрогеологии и инженерной геологии. М.: Недра, 1988. - 223 с.

33. Зверев В.П. Гидрогеохимические исследования системы гипсы -подземные воды. М.: Наука, 1967. - 98 с.

34. Зеленовский П.И. Гидрогеология центральной части Кузбасса (Баланс и особенности формирования состава подземных вод): дис. . канд. геол.-минер. наук / П.И.Зеленовский. Томск: ТПИ, 1969. - 240 с.

35. Иванов В.В., Невраев Г.А. Классификация подземных минеральных вод. -М.: Недра, 1964.-167 с.

36. Иванов В.В. Основные критерии оценки химического состава минеральных вод. Москва, 1982. — 92 с.

37. Карасева А.П. Химический состав и основные типы углекислых вод // Углекислые воды СССР, состав, формирование, ресурсы. Москва, 1980. -T.XLIV. — B.II. - С.5-76 '!'1

38. Кашик С.А., Мазилов В.Н. Равновесная физико-химическая модель байкальской воды // ДАН. 1991. - Т. 316. - №4. - С.966-969

39. Киссин И.Г. Землетрясения и подземные воды. -'М.: Наука, 1982. 176г

40. Контроль качества и безопасности минеральных вод по химическим и микробиологическим показателям. Методические рекомендации № 96/225. -Москва, 1997.

41. Копылова Ю.Г., Табатчикова Т.Н., Токаренко О.Г. Новые данные о микрокомпонентном составе углекислых минеральных вод Терсинского месторождения (Кузбасс) // Всероссийское совещание по подземным водам Востока России. Иркутск, 2006. - С.274-277

42. Копылова Ю.Г., Лепокурова О.Е., Токаренко О.Г. Геохимия Борисовских минеральных вод Кузбасса // Современные проблемы геохимии. -Иркутск, 2007. С. 103-105

43. Копылова Ю.Г., Лепокурова О.Е., Токаренко О.Г: Условияу I } 4 1формирования Терсинских углекислых минеральных вод // Водные ресурсы. 2009. - Т.36. - №5. — С.606-614 (переведена на английский язык)

44. Крайнов С.Р., Рыженко Б.Н. Причины геохимического разнообразия углекислых вод в массивах кристаллических пород // Водные ресурсы. — 2002. Т.29. — №1.' — С.26-38 1 ' .

45. Крайнов С.Р., Рыженко Б.Н. Физико-химическое моделирование системы вода-порода как метод прогноза качества подземных вод // Проблемы поисковой и экологической геохимии Сибири. -- Томск: Изд-во1.I I136- I ' .^'Лл* '! 4 Г " ' ' " "1. ТПУ, 2003. С.81-86

46. Крайнов С.Р., Рыженко Б.Н., Швец В.М. Геохимия подземных вод. Теоретические, прикладные и экологические аспекты. — М.: Наука, 2004. — 677 с.

47. Крамаренко JI.E. Геохимическое и поисковое значение микроорганизмов подземных вод. Д.: Недра, 1983.

48. Кузнецова З.И. Органическое вещество и микрофлора подземных вод. -М.: ВСЕГИНГЕО, 1963.

49. Кузнецов С.И. Роль микроорганизмов в геохимических процессах передвижения элементов в земной коре // Труды биохимической лаборатории. М.: Ин-т микробиологии АН СССР, 1979. - Т. 17. - С.91-100

50. Куликов Г.В., Жевлаков А.В., Бондаренко С.С. Минеральные лечебные воды СССР: Справочник. М.: Недра, 1991. - 399 с.

51. Курортно-рекреационный потенциал Западной Сибири / Под ред. Е.Ф.Левицкого, В.Б.Адилова. Томск, 2002. — 227 с.

52. Курлов М.Г. Классификация сибирских целебных минеральных вод. -Томск: издание Физиотерапевтического института, 1928. — 74 с.

53. Кусковский B.C., Кашеваров А.А., Рассказов Н.М., Рыбакова С.Т. Гидрогеологические условия Кузбасса и прогнозы их изменений при ликвидации шахт // Водные ресурсы. 2001. — Т.28. — №3. — С.288-296

54. Левицкий Е.Ф., Джабарова Н.К., Слуцкая Г.Ф. Развитие санаторно-курортной службы Сибири в современных условиях природопользования // Актуальные вопросы курортологии и физиотерапии. Томск: Изд-во НТЛ, 1997.-С.7-9

55. Левицкий Е.Ф. Сибирская курортология на рубеже тысячелетия // Современные технологии в физиотерапии и курортологии (достижения и перспективы). Томск: Изд-во «Красное Знамя», 2000. — С.3-9

56. Лепокурова О.Е. Геохимия вод Алтае-Саянской области, образующих травертины: автореф. дис. . канд. геол.-мин. наук / О.Е.Лепокурова. -Томск: ТПУ, 2005. 25 с.

57. Лифшиц В.М., Сидельников В.И. Биохимические анализы в клинике: Справочник. — Изд-во Воронежского ун-та, 1996. — 280 с.

58. Людвиг В.М., Дегтярев В.П. Соответствие ресурсного потенциала подземных вод как элемент хозяйственной емкости биосферы потребностям населения Кемеровской области // Материалы научной конференции. -Томск: Изд-во ТПУ, 2003. С.224-231

59. Людвиг В.М. Геоэкологические последствия затопления шахт в Кузбассе (на примере шахты им. Орджоникидзе) // Материалы научной конференции. Томск: Изд-во ТПУ, 2003. - С.242-243

60. Малофеева Р.Г., Грачева Н.Г., Осинцева Л.А., Тронова Т.М. Физико-химические показатели минеральной воды «Терсинка» // Вопросы курортологии и физиотерапии, Вып. 5. Томск: Изд-во ТГУ, 1970. - С. 3841

61. Максимович К.А. Роль микроорганизмов в формировании химического состава минеральных вод // Взаимодействие между водой и живым веществом. М.: Наука, 1979. - Т. 1. - С. 181-187

62. Мачкасова О.А. Геохимия основных типов подземных минеральных вод Хакасии и их бальнеологическое значение: дис. . канд. геол.-минер, наук / О.А.Мачкасова. Томск: ТПУ, 2003. - 200 с.

63. Методические рекомендации по отбору, обработке и хранению проб подземных вод. Москва.: ВСЕГИНГЕО, 1990. - 35 с.

64. Методы геохимического моделирования и прогнозирования в гидрогеологии / Под ред. С.Р.Крайнова. М.: Недра, 1988. - 254 с.

65. Михальченко Б.Ф. Чажемтовский минеральный источник в Колпашевском районе Томской области и перспективы его использования в бальнеологических целях // Курортные ресурсы Сибири и задачи их освоения. Томск: Изд-во Томского ун-та, 1970. - С. 51-56

66. Наливайко Н.Г., Кузеванов К.И., Копылова Ю.Г. Атлас бактериальных пейзажей родников города Томска. Томск: STT, 2002. - 52 с.

67. Наливайко Н.Г. Микробиология воды: учебное пособие Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2006. — 139 с.

68. Овчинников A.M. Минеральные воды. М.: ГОСГЕОЛТЕХИЗДАТ, 1947.-243 с.

69. Овчинников A.M., Рогов Г.М., Соломко Л.А. Новая область развития углекислых минеральных вод Кузнецкого бассейна //v Известия Вузов. Геология и разведка. — 1964. № 11. — С.71—76

70. Оформление курсовых, дипломных, диссертационных работ: метод, рекомендации / сост. В.С.Крылова, Е.Ю.Кичигина; Том. гос. ун-т, науч. б-ка, Библиогр.'информ. центр. 2-е изд., доп. и перераб. - Томск,'2002. — 37 с.

71. Перельман А.И. Геохимия природных вод. М.: Наука, 1982. - 152 с.

72. Перельман А.И. Геохимия элементов в зоне гипергенеза. М: Недра, 1972. — 288 с. 1 1 " * ' " ,,м

73. Петрова О.Е. Источник углерода в углекислых минеральных водах Терсинки // Проблемы геологии и освоения недр. Изд-во ТПУ, 2005. — С.342-3441,1 1 11 U t

74. Пиннекер Е.В. Минеральные воды Тувы. — Кызыл: Тувинское книжное издательство, 1968. — 105 с.

75. Пиннекер Е.В., Назаров А.Д. Изотопный состав воды и растворенных веществ как генетический индикатор. Основы 1 гидрогеологии. Геологическая деятельность и история воды в земных недрах.

76. Новосибирск: Наука, 1982. С. 196-219. м

77. Питьева К.Е. Гидрогеохимия (формирование химического состава подземных вод).-М.; МГУ, 1978.-325 с. ;

78. Плевако Г.М./ Гидрогеология Осиновского района Кузбасса и условия обработки углей под обводненными юрскими отложениями: дис. . канд. геол.-мин. наук / Г.М. Плевако. Томск: ТПУ, 1965.-385 е. . .

79. Плотникова Р.И., Соустова Т.Н. Минеральное сырье. Минеральные подземные воды // Справочник. М.: ЗАО «Геоинформмарк», 1998. - 57 с.

80. Поляков В.А, Дубинчук В.Т., Голубкова Е.В., Льготин В.А., Макушин Ю.В. Макарова К.М. Изотопные исследованйя подземных вод на полигоне Томский // Разведка и охрана недр. 2008. — № 11. - С. 47-52

81. Посохов Е.В., Толстихин Н.И. Минеральные воды (лечебные, промышленные, энергетические). — Л.: Недра, 1977. — 240 с.

82. Разведка месторождений минеральных подземных вод / Под ред. Г.С. Вартаняна. М.: Недра, 1990. - 224 с.

83. Рассказов Н.М. Вертикальная гидрогеологическая зональность центрального и южного Кузбасса в связи с формированием месторождений угольного! метана // Гидрогеология, инженерная геология и гидрогеоэкология. -Томск: ТПУ, 2005. -С. 107-112 .

84. Рогов Г.М. Гидрогеология и геоэкология Кузнецкого- угольногобассейна; -Томск: Изд-во ТГАСУ2000. -167 си; 4 ~ ';': L: : 1' °л ! •- •- .,",'.' | . . . . '. ' . ., • | 1 : .; ■ 1

85. Родина А.Г. Методы водной микробиологии Л.: Наука, 1963. - 363 с.

86. Романенко В.И., Кузнецов С.И. Экология микроорганизмов пресных водоёмов (практическое руководство). Л.: Наука, 1974. -193 с.

87. Рыженко Б.Н., Крайнов С.Р., Шваров Ю.В. Физико-химические1 факторы формирования состава природных вод (верификация модели вода-порода) // Геохимия. 2003. - №5. - С.630-640 ; '

88. СанПиН 2.1.4,1074-01. 'Питьевая вода.( Тигйенйчёскйе"5требования :к качёству'" воды'г: централизованных ~ систем : питьевого-'1 водоснабжения. Контроль качества.- Мин. здрав. РФ, 2001.

89. Справочник по геохимическим методам поисков полезных ископаемых / А.ПСоловов, А.Я.Архипов, В .А.Бугров идр. М.:' Недра, 1990.-335 с. J

90. Стариков Н.М. Перспективные зоны курортного строительства Западной Сибири // Курортные ресурсы Сибири и задачи их. освоения. Томск: Изд-во ТГУ, 1970. -С.64-67' \у ——.

91. Г- i. : , V. ' . . . . . :: л: r ;'.'•■:'. i. V ^' ' ^ 139l.'L!. !1 !,:'.!■,''См; '! '■ ■ "!''"i: ; ;!.!'. ' : KJ ::>. -M!'"1'r г'ггс'У ' i,-

92. P-V^/' ;. .-.:■.' ■.-•.■■?••i ;i 'v ■ >.ч-л::; i ii^'P'.;-.;

93. Стариков Н.М., Джабарова Н.К. Итоги изучения курортных ресурсов Сибири // Курортные ресурсы и санаторно-курортное лечение в Сибири. — Томск, 1982.-С.З-8 ■ v; ;--х;

94. Токаренко О.Г. Влияние режима . эксплуатации , Терсинского месторождения минеральных вод на качество добываемого сырья // Всероссийское совещание по подземным водам востока России. — Тюмень, 2009. С.З 80—383• . . ^ \

95. Токаренко О.Г. Выделение геохимических : типов, минеральных, вод Кузбасса как развитие учения В.И.Вернадского // Материалы региональной научно-практической конференции. Омск, 2009. — С. 186-189

96. Токаренко О.Г. Геохимия минеральных вод Терсинского месторождения Кемеровской области // Записки горного института. 2007. -Т.170.-Ч.И.-с.з8—41 7

97. Токаренко О.Г. Изотопный состав метановых минеральных вод Кузбасса // География, геоэкология, геология: опыт научных исследований. Днепропетровск, 2009. - С. 155-160

98. Токаренко О.Г. К вопросу о распространенности микроорганизмов в минеральных водах Кузбасса на основе учения'В.И.Вернадского о живом веществе // Материалы региональной научно-практической конференции. — Омск, 2009. С. 189-193

99. Токаренко О.Г. Литий в углекислых минеральных водах Терсинского месторождения // Экология Южной Сибири и сопредельных территорий. — Абакан,' 2004. С. 172-173 -"7

100. Токаренко' О.Г. Микробиологический состав минеральных вод Терсинского месторождения // Севергеоэкотех. — Ухта, 2006.1— С.384—387

101. Токаренко : OX. Равновесие минеральных вод v Кузбасса с алюмосиликатными минералами И География, геоэкология, геология: опыт научньк исследований.- Днепропетровск, 2008. ^ С.Г13-Г17

102. Токаренко О.Г. Развитие учения В .И. Вернадского о видах; природных вод7/ Проблемы геологии и освоения недр. Томск:';ТПУ^2005'С.258-260

103. Токаренко О.Г. Степень насыщенности минеральных вод Кузбасса к карбонатным минералам // Проблемы геологии и освоения недр. — Томск: ТПУ, 2008. ;- С.282-285 , ■ >

104. Г10'.! Толстихин Н.И., Посохов Е.В. Минеральные воды. Учебное пособие. -Л.: ЛГИ; 1975.- 169 с. ' / ' "; ч

105. Фаращук Н.Ф., Яснецов B.C., Якушев П.Ф., Коляно С.Д. Медицинское значение химических элементов и неорганических соединений. Учебно-методическое пособие. Смоленск: Изд-во СГМИ, 1988. — 69 с.

106. Ферронский В.И., Поляков В.А. Изотопия, гидросферы. — М.: Наука, 1983. 280 с.

107. Ферронский В.И., Поляков В.А., Романов В.В. Космогенные изотопы гидросферы. М.: Наука, 1984. - 269 с.

108. Хавин П.П. Применение минеральной хлоридно-гидрокарбонатно-натриевой воды в комплексной терапии больных с заболеваниями.сердечнососудистой системы и органов дыхания: автореф. дис. . канд. мед.наук / П.П.Хавин. Новосибирск, 2004. - 31 с.

109. Челноков Г.А. Углекислые минеральные воды Сихотэ-Алиня (состав и условия формирования): автореф. дис. . канд. геол.-минер. наук / Г.А.Челноков. Томск, 2005. - 21 с.

110. Шваров Ю.В. Методы геохимического моделирования и прогнозирования в гидрогеологии / Под ред. С;Р. Крайнова. М.;. Недра, 1988. - Глава 7. - С. 109-154

111. Шварцев С.Л. Гидрогеохимические условия формирования давсонитового оруденения на примере Березовоярского участка (Кузбасс) // Геохимия. -2004. -№10. С. 1068-1080 ; , . . л :

112. Шварцев СШ. Гидрогеохимия процессов, образования давсонита // ДАН. 2004. - Т.394. - №6. - С.818-821 ■

113. Шварцев :: С. Л. * Прогрессивно самоорганизующиеся абиогенные диссипативные структуры в геологической истории Земли. Литосфера. — №1. -2007. — С.65-89 ' ' '': 1:;uП;г 1

114. Шварцев С.Л. Содовые воды как зеркало противоречий в современной гйдрогеохимии // Фундаментальные проблемы современной гидрогеохимии. Томск: Изд-во НТЛ2004.- С.70-75 . ь ; -!!!' V ■ ■

115. Шварцев С.Л, Фундаментальный механизм взаимодействия в системе вода-горная порода как основа ее внутренней геологической эволюции. — Литосфера. — № 6. — 2008. — С.3-24 \ : . ^

116. Шварцев СЛ., Янсин Ван. Геохимия содовых вод межгорного бассейна Датун провинции Шаньси, северо-западный Китай. — Геохимия. 2006. — № 10. - С. 1097-1109

117. Экологическая геохимия элементов: Справочник: В 6 кн./Под ред. Э.К.Буренкова. М.: Экология; 1997. — Кн. 5: Редкие d-элементы. - 576 с.

118. Aires-Barros L., Marques J.M., Gra?a R.C., Matias M.J., Van der Weijden C.H., Kleuren R., Eggenkamp H.G.M. Hot and cold C02-rich mineral waters in Chaves geothermal area (northern Portugal); Geothermics. - 1998. - V.27. -P.89-107 ^

119. Hutcheon I., Shevalier M., Abercrombie H.J. pH buffering by mefastable mineral-fluid equilibria and evolution of carbon dioxide fugacity during burial diagenesis // Geochem. Cosmochem. Akta. 1993. - V.57. - P. 1017-1027

120. Shvartsev S.L. Geochemistry of Fresh Groundwater in the Main Landscape Zones of the Earth. Geochemistry International. - 2008. - Vol.46. - № 13. -РЛ-114 M ; : ■■ ' ' ' " ■ : • '1. Фондовые материалы

121. Берри ИЛ. Программа мониторинга состояния недр на Березовоярском месторождении минеральных вод. — Москва, 2005: —47 с. '

122. Зубков А.А. Технический .отчет. Оценка технического- состояния развёдочно-эксплуатационных скважин' Борисовского v (Месторождения минеральных вод. Томск, 2003. — 17 с.гД:;-: ■>■ v ' ■.•=■.•.■■-у.--.-. ■ , . шI1. Yu-rroMn^oli '

123. Проект временной технологической схемы разработки Терсинского месторождения минеральных подземных вод. — Том 7 II.- Текстовые приложения. Новокузнецк, 2002. - 87 с.

124. Протокол ГКЗ № 4635. Терсинское месторождение углекислых вод. Фонды КУР, 1965. "

125. Соломко Л.А., Гнетнев Н.И. Макарьевское . месторождение минеральных углекислых вод. Поисковые работы 1961-1963 гг. по состоянию геологоразведочных работ на 1.05.1963г. — Ленинск-Кузнецкий, 1963.-32 с. v.;,;- V-.■■.■■• •

126. Чикунков Г.К. Отчет о результатах разведочного бурения на Борисовской площади Кузбасса. — Новосибирск, 1959.

127. Шинкаренко В.П. Программа по переоценке эксплуатационных запасов минеральных вод Терсинского месторождения:—Томск, 2005. — 60 с.

128. Http://rec.ipoc!rsu.ru/education/Int conf2001/p 159.Htni' 1 • ' !• i . !к:.!i \;.; ■. ■ . : ■ '• ■ : ■ . •'■■•.■■■■; -- •■•mv' : ■/ •:• '■; •:' ■■ . j ' - J ; - V ; ■ •■ I .■'■:.; 'v'." ■ • ' ' •■•.• -.'-.:.".■" •. :■. . i A/i.: . ■■ ч: : . ; . ^

129. V ■ '. • i'.! . •■ -i ■ j'-'-'-^fO \r; ' .1. H":^:^ ' ": ■:• ." i = * . ' .;■•■'.:.' ' ЛИГ;:.'."1-^V">>■' i Ы-'ОО ,.;. ' :■ v i . . ■. -■•■•-• . • •

Информация о работе

Токаренко, Ольга Григорьевна
кандидата геолого-минералогических наук
Томск, 2009
ВАК 25.00.07

Диссертация

Геохимия минеральных вод Кузбасса - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно