Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Комплексное использование ресурсов подземных минерализованных вод севера Русской платформы

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Комплексное использование ресурсов подземных минерализованных вод севера Русской платформы"

На правах рукописи

ВИНОГРАД Наталия Анатольеврр £ 0 д

- , 2 О НОЯ 2000

КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫХ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОД СЕВЕРА РУССКОЙ ПЛАТФОРМЫ

Специальность 04.00.06 - Гидрогеология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2000

Работа выполнена на кафедре гидрогеологии геологического факультета Санкт-Петербургского государственного университета.

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук,

профессор Аркадий Николаевич Воронов

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук,

Логин Назарьевич Капченко,

кандидат геолого-минералогических наук, Юрий Владимирович Николаев

Ведущее предприятие: Всероссийский геологический институт (ВСЕГЕИ).

^Защита диссертации состоится июня 2000 г.

в /6 ч 3& мин на заседании диссертационного Совета Д.063.15.07 в Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В.Плеханова по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. 7217.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан

мая 2000 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного Совета

к.г.-м.н, доцент "— А.И.АРНАУТОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Принцип единства природных вод Земли может быть практически реализован путем внедрения комплексного подхода к оценке ресурсов подземных вод России и мира. Важность этого принципа для России обусловлена наличием огромных ресурсов подземной гидросферы, представленных питьевыми и лечебными водами, гидроминеральным сырьем и тепловой энергией. Не исключено, что суммарная ценность этих ресурсов во много раз превосходит ценность углеводородного сырья, в особенности для будущих поколений. С другой стороны, изменение методов хозяйствования и геополитической обстановки привело к необходимости серьезного пересмотра концепции водопользования. Необходимость комплексного использования ресурсов подземных вод требует пересмотра и уточнения их качества и ценности. Особый интерес вызывает север европейской территории России вследствие выгодного географического положения и гидрогеологических условий, благоприятных для нахождения минеральных и термальных вод. Регион богат ценными ресурсами лечебных вод, которые исследованы недостаточно и используются не повсеместно. Подземные рассолы региона -крупнейший источник брома, йода, различных солей и некоторых других компонентов, дефицит которых ощущается на российском рынке. Потенциальные возможности использования гидроминерального сырья не до конца изучены и оценены. Существуют пути освоения ресурсов термальных вод региона. В связи с этим разработка единых подходов к оценке ценности минеральных лечебных, промышленных и термальных подземных вод на основе изучения закономерностей распространения и условий формирования этих типов подземных вод, выполненная в данной работе, имеет большое научное и практическое значение. Определение потенциальной ценности ресурсов подземной гидросферы дает возможность создать научную базу мониторинга и охраны водных ресурсов.

Цель работы - обобщение имеющейся гидрогеологической информации о подземных минерализованных водах севера Русской платформы и создание на этой основе системы интегральной

комплексной оценки минеральных лечебных, промышленных и термальных вод, применимой как для изучаемого региона, так и для любой другой территории, и районирование изучаемой территории на основе предложенной методики.

Основные задачи исследований:

• Сбор информации по всем известным проявлениям подземных минерализованных вод изучаемого региона;

• Анализ состояния освоения гидроминерального сырья в России и за рубежом;

• Изучение вопросов формирования повышенных концентраций ряда лечебных и промышленно ценных компонентов в подземных водах изучаемой территории;

• Выработка критериев балльной оценки подземных минерализованных вод;

• Районирование изучаемого региона на основе системы комплексной оценки потенциальной ценности подземных минерализованных вод;

• Выделение перспективных площадей для комплексного освоения ресурсов подземных вод.

Фактический материал. В основу работы положен разнообразный фактический материал, собранный автором в результате полевых работ, проводимых кафедрой гидрогеологии СПбГУ, а также фондовые материалы, предоставленные НГДУ "Тэбукнефть" (пос. Нижний Одес), институтом ПечорНИПИнефть (г. Ухта), НШУ "Яреганефть" (пос. Ярега), Валдайским филиалом ГГИ (г. Валдай), Центральным НИИ Курортологии и Физиотерапии Минздрава России и рядом других организаций, и опубликованные материалы по гидрогеологическим условиям изучаемой территории и экономике минерального сырья.

Научная новизна. 1. Впервые за последние десятилетия произведено обобщение данных о качестве и ресурсах подземных минерализованных вод севера Европейскойчасти России; -2^__Выявлены, систематизированы и оценены факторы, определяющие—ценность^ ресурсов минеральных лечебных,

промышленных и термальных вод на примере севера европейской части России.

3. Предложена система сравнительной комплексной оценки потенциальной ценности подземных минерализованных вод как лечебного, промышленного и теплоэнергетического сырья.

4. Показана возможность и разработаны принципы, применения данной системы на региональном, зональном и локальном уровне.

5. Проведено районирование изучаемой территории на основе предложенной методики, составлена карта перспективности подземных минерализованных вод европейского севера России как лечебного, промышленного и теплоэнергетического сырья. На основе разработанной методики выявлены наиболее перспективные для освоения площади.

Практическая значимость. Разработанные в диссертации положения и полученные результаты позволят административным органам решить задачи перспективного планирования, и рационального использования недр путем выбора перспективных площадей для комплексного освоения подземных минерализованных вод, а также вопросы разработки схем рационального водопользования. Работа имеет значение для оценки ценности земель и систематизации данных о составе и ресурсах недр и дает возможность как органам власти, так и отдельным предприятиям и организациям, выбрать участки для первоочередного освоения как для добычи промышленно ценных компонентов, так и для организации курортного дела и строительства заводов розлива.

Апробация результатов. Основные положения работы были доложены на Международной конференции «Закономерности эволюции земной коры» (С-Петербург, 1996), Ирландско-российском семинаре «Аспекты текущей гидрогеологической работы на Северо-Западе России и в Ирландии» (Дублин, Ирландия, 1997), итальянско-российской конференции «Охрана окружающей среды городских территорий» (Равенна, Италия, 1998), конференции, посвященной 85-летию со дня рождения Г.В.Короткевича (С-Петербург, 1999), международной конференции

«Полезные ископаемые: формирование, прогноз, ресурсы» (С-Петербург, 1999), польско-российском семинаре по геологии и гидрогеологии (Вроцлав, Польша, 1999).

Основные результаты опубликованы в 9 работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав и заключения. Имеет объем 200 страниц, сопровождается 5 таблицами и иллюстрирована 20 рисунками. Список использованной литературы состоит из 84 наименований.

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете, научный руководитель - доктор геолого-минералогических наук, профессор А.Н.Воронов, которому автор выражает глубокую благодарность. Автор также благодарит сотрудников научных и производственных организаций - начальника ГО НГДУ "Тэбукнефть" (пос. Нижний Одес) Ю.П.Зырянова, зав. отделом физико-химических исследований нефти, газа и воды института "ПечорНИПИнефть" (г. Ухта) В.И.Литвиненко, зав. сектором нефтяной гидрогеологии и литогидрогеохимии института "БелНИПИнефть" (Беларусь, г. Гомель) д. г.-м.н. В.Д.Порошина за содействие в сборе материалов для данной работы, заведующего кафедрой гидрогеологии московского Открытого Университета, профессора, президента Международной академии минеральных ресурсов С.С.Бондаренко, профессора кафедры гидрогеологии и инженерной геологии СПбГИ А.И.Короткова за консультации, а также сотрудников кафедры гидрогеологии геологического факультета СПбГУ, способствовавших выполнению и оформлению диссертации.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1. Определена сравнительная ценность основных про-мышлешю значимых компонентов в подземных водах путем анализа мировой конъюнктуры гидроминсрального сырья.

Анализ данных о добыче и потреблении гидроминерального сырья во многих промышленно развитых странах мира показал, что -природные минерализованные воды в настоящее время являются ценным Тюточникомт1011уч

различных элементов и химических 6

соединений. С каждым годом значение гидроминерального сырья возрастает в связи с расширением сферы его применения и истощением традиционных источников добычи. За рубежом накоплен большой опыт использования гидроминерального сырья. Оно стало основным источником брома, йода, поваренной соли, сульфата натрия, бора и т.д. В последние годы разрабатывается новая технология добычи из гидроминерального сырья и многих других элементов.

В России и за рубежом используются как поверхностные, так и подземные высокоминерализованные воды и рассолы, которые относятся к различным генетическим типам.

Наиболее распространенный и перспективный тип гидроминеральных месторождений России - это воды и рассолы артезианских бассейнов. В нашей стране они имеют широкое региональное распространение и обладают значительными ресурсами ряда промышленно ценных компонентов. Здесь же могут рассматриваться попутные воды нефтяных месторождений. В промышленных масштабах из гидроминерального сырья в России добывается только бром и йод. Существующие месторождения приурочены к артезианским бассейнам.

Подробное рассмотрение состояния добычи и использования гидроминерального сырья за рубежом показало, что наиболее важные компоненты, извлекаемые из минерализованных вод, — поваренная соль, калийные соли, кальцинированная сода, хлорид кальция, магний, бор, бром, йод, литий, стронций, вольфрам. Вышеперечисленные элементы и соединения наиболее перспективны для получения из гидроминерального сырья, однако осуществляются разработки по извлечению и таких элементов, как германий, рубидий, цезий, уран, серебро, медь, цинк, свинец, ртуть, газы.

Установлено, что в России в ближайшее время может ощущаться дефицит таких элементов, как медь, цинк, свинец, вольфрам, серебро, бром, йод, рассеянные элементы. Имеются технологии получения некоторых из этих компонентов из гидроминерального сырья. Их применение, вероятно, сможет частично удовлетворить спрос на данные виды сырья и уменьшить

сырьевую зависимость России от стран ближнего и дальнего зарубежья по ряду компонентов. Использование природных рассолов глубоких водоносных горизонтов выгодно экономически и технологически, а также обосновано с точки зрения экологической безопасности.

Таким образом, выявлены наиболее ценные компоненты промышленных вод, пользующиеся спросом на мировом рынке.

2. Уточнены ранее выявленные и установлены новые закономерности распределения лечебных и промышленно ценных компонентов в подземных минерализованных водах артезианских бассейнов севера Русской платформы.

Выявлено, что подземные рассолы, пригодные для комплексного использования в качестве минеральных лечебных, термальных и промышленных, развиты повсеместно на изучаемой территории. Во многих структурах обнаружены и сравнительно хорошо изучены месторождения минеральных вод различных бальнеологических типов, теплоэнергетических ресурсов и промышленных вод, где основными промышленными компонентами являются соли, бром, йод, бор, литий, стронций и т.д. Многие виды гидроминерального сырья имеют достаточно широкое региональное распространение и поистине неисчерпаемые ресурсы.

Изучаемая территория относится к провинции преимущественно азотно-гметановых и метановых минеральных вод. Воды преимущественно хлоридно-сульфатной и хлоридно-сульфатно-гидрокарбонатной группы распространены повсеместно. Наряду с ними на некоторых территориях распространены рассолы сульфатной, хлоридной, хлоридно-сульфатной и хлоридно-сульфатно-гидрокарбонатной группы без специфических компонентов и свойств, также имеются рассолы с высоким содержанием брома, иногда йода. Локально присутствуют холодные железистые , и радоновые воды. На всей территории имеется возможность получения лечебных минеральных вод двух типов -питьевого и бальнеологического в объемах, достаточных для Обеспечения—рабщъ1__сацаториев, бальнеолечебниц и заводов розлива. " -------

В частности, следует отнести к перспективным на минеральные лечебные воды в пределах Ленинградского артезианского бассейна: четвертичный межморенный водоносный комплекс, содержащий железистые воды, водоносный комплекс; девонских отложений (02+з аг-эу), эксплуатируемый курортом «Старая Русса», водоносные комплексы отложений верхнего девона и ордовика, содержащие сульфатные натриевые воды, имеющие повышенную лечебную ценность, нижнекотлинский водоносный комплекс (V к^), минерализация и содержание брома в котором увеличивается с погружением по падению поверхности фундамента. В Северодвинском артезианском бассейне наибольшую ценность представляет четвертичный водоносный комплекс Усть-Двинской впадины, содержащий йодистые и йодные воды, а также водоносные комплексы отложений верхней перми (Р2 I, Р2 кг), содержащие повышенные концентрации брома и сероводорода. В Печорском артезианском бассейне бром и йод в лечебных концентрациях присутствуют практически во всех водоносных комплексах, но наиболее часто с лечебной целью используются воды каменноугольно-нижнепермского водоносного комплекса, а также сероводородные воды девонских отложений, которые применяются для бальнеологических целей в районе г.Ухты. Особую лечебную ценность имеют сероводородные воды водоносного комплекса отложений нижней перми, развитые в пределах Тиманской ветви Тимано-Уральской гидрогеологической складчатой области (Канино-Тиманский бассейн трещинных вод).

Изучаемый регион включает три артезианских бассейна платформенного типа, где потенциальные ресурсы минеральных вод максимальны. Наиболее широко распространены воды и'рассолы «без специфических компонентов», йодные, бромные и "йодо-бромные рассолы. Сероводородные воды также имеют весьма значительные ресурсы, но распространены более локально;11 Еще менее значительные ресурсы в пределах платформенных областей имеют железистые, радоновые и борные воды.

На изучаемой территории имеются значительные ресурсы промышленных вод, распространенных в Северодвинском, Московском, Печорском артезианских бассейнах, а также на юго-

востоке Ленинградского артезианского бассейна. Участки скопления промышленных вод приурочены к впадинам, выделяемым в складчатом докембрийском фундаменте, а также к предгорным платформенным прогибам. Наиболее широко распространенными и типичными элементами для промышленных вод ВосточноЕвропейской артезианской области являются бром и стронций, часто в сочетании с литием. Присутствует также йод в комплексе с другими рассеянными элементами - бором, литием, рубидием.

В Ленинградском артезианском бассейне интерес представляют подземные воды нижнекотлинского водоносного комплекса (V к^) (на участке по линии Великие Луки - Валдай -Боровичи - Пестово), где наиболее рациональным было бы совместное извлечение брома и магния (а, возможно, и кальция). Положительное значение имеет повышенная температура рассолов (30 - 60 0 С), незначительная щелочность, отсутствие нефти и нефтепродуктов. Отрицательные факторы - глубокое залегание продуктивных горизонтов, малая вероятность фонтанного способа добычи, незначительная водообильность. Добыча будет рентабельной только при одновременной эксплуатации нескольких водоносных комплексов (на отдельных участках перспективны кембро-ордовикский и ломоносовский комплексы). В Северодвинском артезианском бассейне промышленные воды распространены по всему разрезу начиная с глубины 200 - 400 м. В Печорском артезианском бассейне каменноугольно-нижнепермский, верхнедевонско-нижнекаменноугольный, среднедевонско-

нижнефранский, ордовикско-силурийско-нижнедевонский

водоносные комплексы содержат кондиционные концентрации брома, йода, лития, стронция. В пределах южной части Предуральского артезианского бассейна галогенные породы нижней перми содержат калийно-магниевые и натриевые соли. Рассолы, обогащенные калием и магнием, могут быть выведены на поверхность с глубины 250 - 450 м.

Гидроминеральные ресурсы региона могут быть эффективно использованы для добычи не только таких традиционно ювлекаемыхизподземных вод элементов, как бром и йод, но и ряда редких металлов, рассеяшшх-элеменшалсолей.

Наряду с этим изучаемая территория в настоящее время рассматривается как потенциальный источник тепловой энергии. Современные технологии использования глубинного тепла Земли позволяют извлекать тепловую энергию даже из подземных вод с температурой выше +20°С. Это требует переоценки тепловые ресурсов водоносных горизонтов как потенциального источника энергии. Кроме того, в изучаемом регионе термальные воды почти всегда являются минеральными, что позволяет использовать некоторые из них в качестве гидроминерального сырья, тем более что стоимость получения промышленно ценных компонентов из подземных вод значительно уменьшается при их повышенной температуре.

Установленные закономерности позволяют рассматривать артезианские бассейны севера Русской платформы как высокоперспективные на разные виды гидроминерального сырья.

3. Закономерности распределения лечебных и промышленно ценных компонентов, их сравнительная ценность, геологические и гидрогеологические особенности распределения ресурсов минеральных лечебных, промышленных и термальных вод позволяют выделить факторы, определяющие их потенциальную ценность.

Для лечебных вод к ним относятся, прежде всего, концентрация компонента, его распространенность в природных водах (средняя и максимально известная концентрация компонента в подземных водах), число эксплуатируемых на данный компонент месторождений минеральных вод, а также значимость компонента для медицины. Учитывается также опыт применения воды для лечебных целей (например, минимальные концентрации для наружного и внутреннего применения).

Для промышленных вод такими факторами' является распространенность компонента в воде, значение добычи элемента или соединения из гидроминерального сырья (процентное соотношение их добычи из твердого сырья и воды, распространенность месторождений этого вида твердого и

гидроминерального сырья в стране и мире, развитие новых технологий, делающих добычу из гидроминерального сырья более рентабельной, истощение традиционных типов месторождений и т.д.).

Для термальных вод главным фактором является температура.

Для всех перечисленных видов гидроминерального сырья значимыми являются такие факторы, как глубина залегания и мощность водоносного комплекса, гидродинамические параметры, величина запасов подземных вод.

4. Разработана методология сравнительной комплексной оценки потенциальной ценности подземных минерализованных вод, сформулированная на основе гидрохимических, бальнеологических, экономических критериев и принципа единства природных вод Земли.

Интегральная комплексная оценка подземных вод должна охватывать весь спектр их возможного применения. Питьевые воды имеют самостоятельные достаточно сложные критерии оценки, регламентируемые в том числе государственными и международными нормативами, в связи с чем в настоящей работе затронуты вопросы только комплексной оценки вод нижнего гидродинамического этажа (минеральных, термальных и промышленных вод).

При разработке методологии оценки были использованы существующие классификации минеральных и термальных вод, а также промышленные кондиции и кондиционные требования к некоторым параметрам водоносной системы, применяемые при геолого-экономической оценке месторождений промышленных подземных вод. Согласно разработанной методологии, экспертная балльная оценка проводится по трем группам - «А» - лечебные воды, «В» - промышленные воды, «С» - термальные воды (табл. 1). Сначала воды подвергаются балльной оценке отдельно по каждой группе исходя из параметров, значимых для данного типа воды. Затсмрсуммируя^количсство баллов, набранных по трем группам, получаем общую потешдаальную ценность-воды,^^^^

Балльная оценка минеральных лечебных, промышленных и термальных вод

Компонент Группа А - лечебные Группа В - промышленные Группа С - термальные

СО;, мг/л 500 3 | 1400 4

Н23, мг/л 10 2 50 3 100 4 7" . . ' -

Яп. Бк/л 185 2 1480 3 7400 4

81, мг/л 50 2 100 3 150 4

ре!*+ Реэ\ мг/л 10 3 40 4 100 5

С орг. мг/л >10 5

Аэ, мг/л 0,7 2 5 3 10 4

В(НзВОз), мг/л 35 2 150 3 700 4 250 1 500 2

М, г/л 1 1 35 2 150 3 50 1

Вг, мг/л 25 1 100 2 250 3 500 4 1000 5 - . ■

I, мг/л 5 3 20 4 10 2 20 3 50 4

Мр, мг/л 1000 1 5000 2 10000 3

К, мг/л 1000 1 | 3000 2

1л, мг/л 10 2 1 20 3 1 100 4

Эг, мг/л 300 1 1500 2

ЯЬ, мг/л 3 1 10 2

Сэ, мг/л 0,5 1

20-35° С 1

35-50° С - ." '• ■ г.:. 2

50-70° С 3

70-100° С 4

>100°С л: ."... У .■„•. ■ .•.. '.■■:•.-' -;-••-■- - 5

500 - концентрация компонента, 4 - число баллов

5. Предложена методика балльной оценки потенциальной ценности подземных минерализованных вод. Ее применение возможно на региональном, зональном и локальном уровне.

Для балльной оценки подземных вод в группе А (минеральные воды) может быть применена классификация Иванова-Невраева, широко известная и удобная для использования. Водам, содержащим полезный компонент в концентрациях выше минимально допустимых, дается стартовая оценка от 1 до 3 баллов, определяемая комплексом установленных факторов. Количество баллов увеличивается с ростом концентраций.

В группе В оцениваются все воды, содержащие один или несколько промышленно ценных компонентов в кондиционных концентрациях. При начислении баллов по шкале для промышленных вод учитываются установленные факторы, значимые для промышленных вод.

Термальные воды оцениваются только по одному параметру - температуре. Кроме непосредственной ценности таких вод как термальных это позволяет учесть значение температуры воды для лечебных и промышленных вод, так как в обоих случаях она играет существенную положительную роль.

Суммируя баллы, набранные в группах А, В и С после введения поправочных коэффициентов, которые устанавливаются на основе выделенных факторов, получаем общую потенциальную ценность воды V: У=А+В+С, где А, В, С - сумма баллов, набранная, соответственно, в группах А, В и С. Это результат интегральной оценки потенциальной ценности того или иного водоносного горизонта или комплекса, распространенного на некоторой территории.

В случае использования приведенной схемы для районирования на региональном уровне происходит генерализация данных, так как суммируются баллы, полученные всеми водоносными комплексами оцениваемой территории У0бщ. = У1+\'2+\;з+...+У„. Результаты такой оценки могут быть представлены в виде карты потенциальной ценности ресурсов подземных-вод_тер|п™рии^гдс разными цветами показываются 4 -5 категорий ценности подземных~вод.-Интервалы_сумм баллов для

каждой категории устанавливаются исходя из их максимальных и минимальных значений.

Предлагаемая схема позволяет как детально оценивать качество подземных вод, так и обобщать результаты оценки в региональном масштабе. Конкретные величины потенциальной ценности V могут сильно различаться в зависимости от оцениваемой территории, но в перспективе возможна выработка некоторых общих для всех регионов пограничных значений этого параметра.

В зависимости от степени изученности территории, масштабов объекта, а также целей оценки может быть предложен один из трех уровней оценки - региональный, зональный или локальный. Несмотря на то, что принципы оценки остаются неизменными не всех уровнях, каждый из них имеет свои специфические особенности.

Региональная оценка проводится при необходимости сравнения перспективности на гидроминеральное сырье отдельных крупных регионов. В региональном масштабе в основу методики могут быть положены наиболее общие закономерности изменения свойств подземной гидросферы по разрезу осадочного чехла, мощность осадочной толщи, характер развития верхней гидродинамической зоны. Осадочный чехол разбивается в вертикальном разрезе на три оценочные зоны в соответствии с гидрохимической зональностью, и оценивается содержание основных лечебных и промышленно ценных компонентов и общая минерализация подземных вод в каждой из расчетных зон. Для них согласно предложенной шкале балльной оценки определяется средний оценочный балл. Тогда суммарная оценка территории будет складываться из средних баллов развитых в вертикальном разрезе зон. При наличии более конкретных данных по содержанию лечебных или промышленных компонентов представляется возможность значительно уточнить и конкретизировать балльную оценку. В данной работе это сделано для брома, йода и общей минерализации по трем зонам и некоторых лечебных компонентов (сероводород, железо) для зоны значительного водообмена.

На зональном уровне оценки основным объектом служат отдельные тектонические элементы гидрогеологических структур,

выделяемые по площади. По разрезу выделяются основные водоносные комплексы или гидрогеологические этажи, обладающие общностью гидрохимических показателей. В этом случае происходит разделение площади распространения каждого водоносного комплекса по концентрациям оцениваемых компонентов, каждому участку присваивается количество баллов, определенное для тех или иных концентраций (табл. 1). Сумма баллов по всем водоносным комплексам дает общую потенциальную ценность подземных минерализованных вод оцениваемой территории.

На локальном уровне сравнительная оценка применяется для отдельных перспективных структур, месторождений минеральных лечебных и промышленных вод, наиболее перспективных площадей в пределах этих месторождений, или даже скважин, подготовленных к эксплуатации. Такая оценка нужна при лицензировании, выделении объектов для промышленной эксплуатации, определения экономической целесообразности начала или возобновления эксплуатации того или иного участка, выбора оптимального пути использования территории. На результаты локальной оценки оказывает влияние химический состав, ресурсы, температура и экологическое состояние подземных вод. Точечная балльная оценка дополняется технико-экономическими показателями, предложенными в работах С.С.Бондаренко. Для этого вида оценки необходимо достаточно большое количество информации о гидродинамических условиях месторождения, его эксплуатационных запасах и экономико-географических условиях региона. Эти параметры используются для введения соответствующих поправочных коэффищ^ггов.

В работе рассмотрены особенности методики локальной балльной оценки месторождений минеральных лечебных вод. Основными факторами, определяющими рентабельность его эксплуатации, являются глубина залегания водоносной толщн, положение статического уровня, величина эксплуатационных запасов, ряд экономико-географических условий, важнейшими из~которых-явдя10тся_климат, наличие развитой инфраструктуры, цутей сообщения, б л из о сть~к~потрёб ител ю -В -со ах_в етствии с этим к

сумме баллов, присваиваемых согласно таблице 1, вводится система поправочных коэффициентов.

Методика оценки на локальном уровне позволяет сравнивать потенциальную ценность разных месторождений минеральных лечебных и промышленных вод. Так, путем сравнения с действующими месторождениями могут быть выявлены перспективы освоения новых месторождений или целесообразность возобновления эксплуатации законсервированных.

6. По предложенной методике произведено районирование территории севера европейской части России на разных уровнях и выделены перспективные площади.

В работе выполнена региональная оценка территории севера Русской платформы по предлагаемой методике. Выделено три категории зон - с высокой, средней и низкой потенциальной ценностью водных ресурсов. Дополнительно выделяются территории с высокой бальнеологической ценностью ресурсов зоны значительного водообмена и зоны с мощностью осадочного чехла более 7 км.

Зона высокой ценности приурочена к областям распространения в вертикальном разрезе всех трех гидродинамических зон и значительной мощности осадочного чехла и зоны застойного режима. Она занимает большую часть рассматриваемой территории. В пределах Печорского артезианского бассейна дополнительно выделены участки со сверхглубоким залеганием кристаллического фундамента - более 6 км. На этих участках ценность ресурсов минерализованных вод потенциально высока, но в настоящее время и в течение ближайших 20 - 30 лет освоение подземных рассолов глубоких частей разреза вряд ли будет рентабельно, это возможно лишь в отдаленной перспективе.

Зона средней потенциальной ценности протягивается узкой полосой с северо-востока на юго-запад (Чешская губа Усть-Пинега - Няндома - Новгород - Старая Русса - Порхов - Локно) и приурочена к областям распространения зон значительного и замедленного водообмена и отсутствия зоны застойного режима.

Наконец, зона низкой потенциальной ценности ресурсов

минеральных лечебных и промышленных вод охватывает Тиманский кряж, а также небольшую площадь на северо-западе территории с малой мощностью осадочного чехла и распространением в вертикальном разрезе только зоны значительного водообмена. Дополнительно выделяются территории с высокой бальнеологической ценностью ресурсов зоны значительного водообмена.

Наибольшее количество баллов (15 - 21) зафиксировано в точках опробования, расположенных а пределах Печорского артезианского бассейна, территория которого была выбрана для зональной оценки. В 8 - 9 баллов оценена потенциальная ценность вод четвертичных отложений берегов Белого моря в районе г. Архангельска, что связано с повышенным содержанием в этих водах железа и йода, которые имеют относительно малую распространенность и ценные бальнеологические свойства. В Ленинградском артезианском бассейне распространены, в основном, минеральные лечебные воды разного состава. Они оцениваются в 5 -10 баллов. От 10 до 15 баллов получили точки в северо-западной части Московского артезианского бассейна. На территории Северодвинского бассейна опробойаны, в основном, водопункты в долине ре:кй Северная Двина и Сухоны' (9 - 18 баллов). Потенциально богата ресурсами минеральных вод Мезенская синеклиза (11 - 14 баллов), о чем свидетельствуют немногочисленные данные опробования.

Зональная оценка потенциальной ценности гидроминерального сырья выполнена для Тимано-Печорской провинции. В 1 гидрогеологическом отношении территория в основном расположена в пределах Печорской системы артезианских бассейнов. Несмотря на значительную площадь оцениваемой территории, зональная оценка стала возможной из-за высокой степе™ гидрогеологической изученности в связи с освоением нефтегазовых месторождений.

На территории выделяется четыре перспективных "водоносных—комщкжса^ордовикско-силурийско-нижнсдсвонский,

среднедевонско-нюкнефранскийт__________верхнедевонско-

нижнекаменноугольный, каменноугольно-нижнепермский).--Ца

основе карт минерализации и содержания брома, йода, бора, калия, лития и стронция для каждого водоносного комплекса была выполнена балльная оценка ресурсов гидроминерального сырья и выделены наиболее перспективные для комплексного освоения площади (оценка проводилась по тектоническим структурам).

Так, для ордовикско-силурийско-нижнедевонского водоносного комплекса, который в целом наименее перспективен, это Варандей-Адзьвинская структурная зона (6-7 баллов), центральная часть Малоземельско-Колгуевской моноклинали (7 баллов) и Омра-Лузская седловина (6-8 баллов). Все эти структуры находятся в пределах Печорской синеклизы.

Для среднедевонско-нижнефранского водоносного комплекса наиболее перспективными оказались следующие структуры: южная часть Печоро-Кожвинского мегавала, южная часть Омра-Лузской седловины, южная часть Денисовского прогиба и Лодминская седловина (10 - 11 баллов). Все эти структуры находятся в пределах Печорской синеклизы.

В пределах верхнедевонско-нижнекаменноугольного водоносного комплекса выделены следующие перспективные площади: Хорейверская впадина (особенно центральная часть), Тибейвисская депрессия в пределах Денисовского прогиба (15 - 17 баллов).

Каменноугольно-нижнепермский водоносный комплекс включает следующие перспективные участки: южная и северовосточная часть Хорейверской впадины (16 - 19 баллов), южная часть Денисовского прогиба (Тибейвисская депрессия) (14 баллов).

По количеству набранных баллов и перспективных структур наибольшую ценность с точки зрения комплексного освоения ресурсов подземных вод представляют верхнедевонско-нижнекаменноугольный и каменноугольно-нижнепермский водоносные комплексы.

Для совместной эксплуатации нескольких водоносных комплексов наиболее перспективны следующие структуры: южная часть Денисовского прогиба (Тибейвисская депрессия) - 38 - 40 баллов; Колвинский мегавал (Ярейюский и Харьягинский валы) - 38 - 42 балла; центральная часть Хорейверской впадины

(Колвависовская ступень) - 35 - 38 баллов; западная часть Варандей-Адзьвинской структурной зоны (центральная часть вала Сорокина)-41 балл.

В качестве примера, сравнительная локальная оценка проводилась для двух месторождений минеральных лечебных вод Ленинградского артезианского бассейна - действующего курорта Старая Русса и законсервированного Лужского месторождения минеральных вод.

В настоящее время Лужское месторождение минеральных вод не используется. Нижнекотлинские (гдовские) песчаники верхнего протерозоя мощностью 80 м залегают на глубине свыше 560 м и содержат бромные воды (около 70 мг/л брома) с минерализацией 36,8 — 37,5 г/л хлоридного натриевого состава. Водоносный горизонт надежно изолирован от вышележащих горизонтов и проникновения загрязнения "с поверхности водоупорными глинами котлинского горизонта верхнего протерозоя и лонтоваского горизонта нижнего кембрия общей мощностью 220 м. Горизонт имеет региональное распространение в пределах Ленинградского артезианского бассейна Пьезометрический уровень устанавливается на абсолютной отметке +56 м (абсолютные отметки рельефа - 35 - 60 м).

Перспективная потребность в минеральных водах - 600 м3/сут. Эксплуатационные запасы месторождения" по категории А составляют 720 м3/сут.

Согласно предложенной методике, общая потенциальная ценность вод месторождения составляет 20,25 балла.

Бальнеологический курорт Старая Русса эксплуатирует для лечебного питья и ванн воды двух водоносных комплексов -саргаевско-семилукского верхнего девона и старооскольско-швентойского среднего и верхнего девона.

Саргаевско-семилукский водоносный комплекс залегает на глубинах, от 40 до 60 м и перекрыт мощной (12 - 24 м) толщей ильменских глин.. Сложен он карбонатными породами общей -мощносхью^около 50 м. Пьезометрические уровни в скважинах

устанавливались выШе тювсрхносхи__земли. Водообильность

неравномерная, удельный дебит скважин колеблется в пределах-0,02—

- 0,8 л/с. Дебит скважин при самоизливе - 0,09 - 0,24 л/с. Воды хлоридные натриевые, минерализация - 9 - 10 г/л, воды содержат до 24 мг/л брома, 3,5 - 4,3 мг/л железа. Используются как питьевые лечебные. Балансовые эксплуатационные запасы, подсчитанные на 01.01.1989, составляют 2,5 м'/сут. и полностью обеспечивают потребности курорта в данном типе лечебных вод.

Старооскольско-швентойский водоносный комплекс мощностью около 200 м залегает на глубине около 100 м. Сложен он песками и песчаниками с прослоями глин. Подземные воды напорные, все скважины фонтанируют с дебитом при самоизливе 10 -100 л/с. Минерализация вод комплекса - 19-20 г/л, они содержат 38 - 48 мг/л брома, 3,6 - 6,7 мг/л железа, 2,9 мг/л бора и т.д. Балансовые эксплуатационные запасы, подсчитанные на 15.08.1975, составили 22860 м3/сут„ что полностью удовлетворяет потребности курорта.

Общая потенциальная ценность вод месторождения складывается из суммарной оценки двух водоносных комплексов и составляет 27 баллов.

Как видно из приведенной оценки, Лужское месторождение минеральных вод имеет хорошие перспективы в случае возобновления его эксплуатации.

Итак, различная детальность рассмотрения объектов и неравномерность обеспеченности фактическим материалом делает практически невозможным создание и использование единой методики оценки на разных уровнях. Однако методы оценки должны быть сопряженными и основанными на единых при ртцип и ал ь ны х положениях. Как показано в настоящей работе, балльный принцип позволяет использовать сходную методику, адаптированную для разных масштабов оценки, но основанную на единой шкале потенциальной ценности подземных вод разной минерализации и химического состава.

Заключение

1. В работе дан обзор состояния и перспектив освоения гидроминерального сырья в России и за рубежом, на основе которого определена сравнительная ценность различных промышленно значимых компонентов, присутствующих в подземных водах.

2. Впервые за последние десятилетия произведено обобщение материалов по минеральным лечебным, термальным и промышленным водам артезианских бассейнов севера Русской платформы.

3. Выявлены закономерности распределения лечебных и промышленно ценных компонентов в подземных водах изучаемой территории.

4. Освещены гидрохимические особенности нахождения в подземных водах таких компонентов, как калий, бор, литий, рубидий, цезий, йод.

5. На основе существующих классификаций минеральных лечебных вод, использования результатов бальнеологических исследований, промышленных кондиций на содержание ценных компонентов в подземных водах, анализа конъюнктуры минерального сырья и тенденций его потребления на мировом рынке разработана методология и методика интегральной экспертной балльной оценки потенциальной ценности подземных вод, относящихся к минеральным лечебным, промышленным и термальным, на трех уровнях.

6. Согласно разработанной методике, произведена оценка потенциальной ценности подземных минерализованных вод севера Русской платформы на региональном уровне, Печорского артезианского бассейна - на зональном уровне и, в качестве примера, сравнительная оценка Лужского и Старорусского месторождений на локальном уровне.

7. Выделены наиболее перспективные площади с наивысшей потенциальной ценностью подземных минерализованных вод в регшнальном-и^нщальном^масштабах, определена сравнительная ценность некоторых типов подземных—вод_^енинградского артезианского бассейна.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Освоение гидроминерального сырья за рубежом// Вестник Санкт-Петербургского университета/СПГУ, СПб., 1995. Сер. 7, № 1, с. 10-12.

2. Использование природных минерализованных вод в народном хозяйстве России// Вестник Санкт-Петербургского университета/СПГУ, СПб., 1999. Сер. 7, № 1, с. 15-20.

3. Comprehensive utilization of mineral waters and brines of European north of Russia// Abstr. XXYIII 1AH Congress/Las Vegas, Nevada, USA, 1998, p. 270.

4. Гидротермальное сырье севера части России// Межд. конференция «Закономерности эволюции земной коры»: Тезисы докл./СПГУ, СПб., 1996. Т.1, с. 38.

5. Prospects of groundwater utilization for the extraction of useful of Northern regions of Russia// Abstr. Of 30th International Congress/Beijing, China, 1996, V.3, p. 285.

6. Комплексная оценка ресурсов подземных минерализованных вод севера Русской платформ ы//Межд. конференция «Полезные ископаемые: формирование, прогноз, ресурсы»: Тезисы докл./СПГУ, СПб., 1999, с. 45.

7. Комплексное использование ресурсов подземной гидросферы Ленинградского артезианского бассейна// Международный конгресс «Вода: экология и технология»: Тезисы докл./М., 1998, с. 37. (соавтор Воронов А.Н.).

8. Mineral, thermal and industrially useful waters of Leningrad artesian basin// Proc. of XXIX IAH Congress «Hydrogeology and land use management»/ Bratislava, 1999, p.217. (The co-author Voronov A.N.).