Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Особенности формирования ресурсов и режима азотно-кремнистых терм Белокурихинского месторождения

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Логинов, Александр Андреевич, Томск

л .

/ /

(>1

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

на правах рукописи

Логинов Александр Андреевич

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ РЕСУРСОВ И РЕЖИМА АЗОТНО-КРЕМНИСТЫХ ТЕРМ БЕЛОКУХИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Специальность 04.00.06 - гидрогеология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научные руководители:

доктор геолого-минералогических наук, профессор С.Л. Шварцев, доктор геолого-минералогических наук, профессор Н.М. Рассказов.

Томск, 1999.

СОДЕРЖАНИЕ

СТР.

ВВЕДЕНИЕ 4

Глава 1. ИЗУЧЕННОСТЬ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ РЕСУРСОВ ТЕРМАЛЬНЫХ ВОД БЕЛОКУРИХИНСКОГО ГРАНИТОИДНОГО МАССИВА. 9

1.1. Состояние изученности вопросов формирования ресурсов азотно - кремнистых термальных вод. 9

1.2. История изучения и освоения Белокурихинских терм. 13

1.3. Основные бальнеологические группы и типы минеральных вод Алтайского края. Место среди них Белокурихинских

терм. 15

1.4. Анализ методик оценки ресурсов азотных кремнистых термальных вод. 20

Глава 2. ХАРАКТЕРИСТИКА РЕГИОНА РАСПОЛОЖЕНИЯ БЕЛОКУРИХИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД. 25

2.1. Природно - климатическая характеристика. 26

2.2 Геологическое строение и гидрогеологические условия региона. 32

Глава 3. ГЕОЛОГО - ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА БЕЛОКУРИХИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ АЗОТНО -КРЕМНИСТЫХ ТЕРМАЛЬНЫХ ВОД. 44

Глава 4. АНАЛИЗ РЕЖИМА ЭКСПЛУАТАЦИИ БЕЛОКУРИХИНСКИХ ТЕРМ. 70

4.1. Характеристика Белокурихинского водозабора и состав

режимных наблюдений. 70

4.2. Режим эксплуатации Белокурихинского месторождения в различные периоды его освоения 73

4.3. Закономерности гидрогеодинамического режима Белокурихинских терм. 76 Глава 5. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ РЕСУРСОВ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД БЕЛОКУРИХИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ. 90

5.1. Общие условия формирования ресурсов азотных терм Белокурихинского гранитоидного массива. 90

5.2. Условия и закономерности формирования ресурсов минеральных вод Белокурихинского месторождения. 93

5.3. Оценка эксплуатационных и естественных ресурсов минеральных вод Белокурихинского месторождения. 97 Глава 6. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ГИДРОМИНЕРАЛЬНОЙ БАЗЫ РАЙОНА БЕЛОКУРИХИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ. 109 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 116 ЛИТЕРАТУРА 121

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность работы.

На протяжении многих десятков лет ресурсной базой расположенного на юге Алтайского края наиболее крупного в Западной Сибири курорта Белокуриха служит одноименное месторождение термальных лечебных вод. За время его длительной эксплуатации по результатам режимных наблюдений и данным многоэтапных разведочных работ получен большой фактический материал.

Обобщение этого материала с целью ревизии и переоценки эксплуатационных запасов минеральных вод Белокурихинского месторождения выполнено на основе теоретических положений, разработанных применительно к проблеме формирования ресурсов азотных терм под руководством автора специалистами гидрослужбы курорта Белокуриха в 1996 году [Логинов и др. 1996]. Основные результаты этой работы послужили базовой основой для проведения автором исследований, направленных на изучение естественных ресурсов Белокурихинских терм. При этом большое внимание уделялось вопросу оценки величины обеспеченности эксплуатационных запасов источниками восполнения. Этим, в частности, определяется актуальность исследований, так как анализ результатов режимных наблюдений свидетельствует о том, что величина эксплуатационных запасов минеральных вод Белокурихинского месторождения лимитируется величиной их естественной восполняемости, т. е. естественными ресурсами.

Таким образом, изучение закономерностей формирования ресурсов Белокурихинских терм и определение их количества позволяет реально оценить перспективы дальнейшего функционирования и развития курорта Белокуриха. Наряду с этим дано сравнение особенностей формирования ресурсов Белокурихинских терм и некоторых месторождений минеральных вод

Алтайского края с целью оценки перспектив развития гидроминеральной базы региона.

Актуальность работы заключается еще и в том, что результаты исследований в определенной степени способствуют совершенствованию методологии оценки естественных ресурсов минеральных вод таких сложны^ в гидрогеологическом отношении месторождений минеральных вод, каким является Белокурихинское. В этой связи, уместно заметить, что эта оценка до сих пор представляет значительную трудность.

Цель работы.

Целью работы является выявление закономерностей формирования и количественная оценка ресурсов азотных кремнистых терм Белокурихинского месторождения по результатам изучения их режима и использование этих закономерностей для выявления особенностей формирования ресурсов минеральных вод соседних с ним месторождений подобного генетического типа.

Задачи исследований.

1. Исследовать геолого-гидрогеологические особенности Белокурихинского месторождения

2. Выявить закономерности режима Белокурихинских терм и его изменений в процессе эксплуатации месторождения и на этой основе установить источники формирования ресурсов с оценкой обеспеченности ими эксплуатационных запасов.

3. Изучить условия и закономерности формирования ресурсов Белокурихинских терм.

4.Оценить перспективы увеличения запасов минеральных вод в регионе.

Методы исследований.

Методы исследований включают гидрогеологическое картирование территории, проведение режимных наблюдений, статистическую обработку

данных режимных наблюдений с помощью пакета программ информационной компьютерной системы, разработанной во ВСЕГИНГЕО для комплексного мониторинга Федерального курорта Белокуриха, оценку естественных ресурсов и эксплуатационных запасов минеральных вод и др.

Исходным материалом для проведения исследований послужили результаты ежедневных наблюдений за режимом минеральных вод по наблюдательным и эксплуатационным водопунктам (7 - 10 шт.) в период с 1949 по 1998г.г., а также результаты многоэтапных разведочных работ, проведенных на месторождении с 1931 по 1969г.г.

Научная новизна.

Впервые дана сравнительная характеристика всех известных в Алтайском крае месторождений кремнистых терм. Установлены геолого-структурные, гидрогеологические условия их формирования, распространения и залегания. Уточнен геоструктурный тип Белокурихинского месторождения, который по мнению автора, можно классифицировать как Белокурихинский подтип Кульдурского типа месторождений азотно - кремнистых терм гранитных массивов с концентрированными очагами разгрузки в современных структурно - эрозионных врезах рельефа. Изучен механизм и закономерности формирования ресурсов Белокурихинских терм. На основе изучения их режима выявлены источники, обеспечивающие эксплуатационные запасы этих минеральных вод. Впервые, по результатам интерпретации материалов режимных наблюдений, дана количественная оценка естественных ресурсов минеральных вод Белокурихинского месторождения. Рассмотрены перспективы развития гидроминеральной базы Алтайского края и курорта Белокуриха.

Защищаемые положения.

1. Белокурихинское месторождение - это уникальное по геолого -структурным и гидрогеологическим условиям формирования, составу и

генезису воды природное образование, требующее особого подхода при его эксплуатации.

2. Используемая в настоящее время минеральная вода Белокурихинского месторождения соответствует естественным ресурсам, определяемым природными факторами. Превышение водоотбора над величиной естественных ресурсов неминуемо приведет к потере этого уникального месторождения.

3. Прирост запасов азотно - кремнистых терм для санаторно - курортного лечения возможен только за счет вовлечения в эксплуатацию других месторождений региона.

Реализация и практическая значимость работы.

Практическая значимость работы заключается в возможности использования опыта оценки ресурсов минеральных вод Белокурихинского месторождения для других сложных по гидрогеологическим условиям месторождений. Установленные закономерности формирования ресурсов азотных кремнистых терм позволили реально оценить перспективы развития ресурсной базы курорта Белокуриха, в целом, Алтайского края и тем самым определить перспективы развития санаторно - курортного строительства этого обширного региона. Результаты исследований использованы при переоценке эксплуатационных запасов Белокурихинских терм, составлении проекта мониторинга геологической среды на участке Белокурихинского месторождения и новой технологической схемы разработки Белокурихинского месторождения.

Апробация работы.

Проведенная оценка эксплуатационных запасов Белокурихинских терм защищена в Государственной Комиссии по запасам полезных ископаемых. Некоторые результаты исследований по теме диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональных научно - практических конференциях, посвященных курортным ресурсам, курортному делу в

Алтайском крае и перспективах его развития, состоявшихся в г.Белокуриха в 1993, 1997, 1998 годах, а так же на научной сессии по проблемам экогеологии Сибири, проходившей в г. Томске в1998 году.

По теме диссертации опубликованы 4 научные статьи.

Объем работы.

Диссертации состоит из шести глав, введения и заключения.

Общий объем работы 123 страницы машинописного текста, включая 26 рисунков, 6 таблиц и список литературы из 86 наименований.

Автор выражает свою признательность и благодарность за действенную помощь в решении вопросов, рассматриваемых в работе, научным руководителям докторам геолого-минералогических наук, профессорам Н.М. Рассказову и СЛ. Шварцеву.

Автор благодарен Главному врачу ЗАО "Курорт Белокуриха" кандидату медицинских наук В.В. Бункову за производственную помощь, способствовавшую выполнению работы, специалистам и экспертам ГКЗ РФ и, прежде всего, доктору геолого-минералогических наук Л.С. Язвину, заместителю начальника отдела подземных вод и гидроминерального сырья ГКЗ Е.С. Ловчевой за тщательный анализ материалов по оценке запасов Белокурихинских терм, специалистам Томского НИИКиФ и особенно кандидату геолого - минералогических наук В.В. Быковой - за деятельное участие в прогнозных разработках, способствовавших выявлению новых месторождений азотно - кремнистых терм на Алтае и, соответственно, более реальной оценке перспектив расширения ресурсной базы Белокурихинского курорта.

Автор искренне признателен кандидатам геолого-минералогических наук Н.Г. Петровой, В.Н. Дислеру, В.В. Куренному, Р.И. Плотниковой с которыми он сотрудничал на разных этапах выполнения работы и всем коллегам по профессии, так или иначе помогавшим в работе над диссертацией.

Глава 1. ИЗУЧЕННОСТЬ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ РЕСУРСОВ ТЕРМАЛЬНЫХ ВОД БЕЛОКУРИХИНСКОГО ГРАНИТОИДНОГО МАССИВА.

1.1. Состояние изученности вопросов формирования ресурсов азотно-кремнистых термальных вод.

Азотные слабоминерализованные щелочные термы, представляющие собой одну из крупных бальнеогрупп минеральных вод, известны еще с прошлого столетия. В то время они идентифицировались как «акротермы» или « простые» термальные воды, индифферентные по отношению к человеческому организму. Последующее изучение этих вод позволило пересмотреть взгляды на их «индифферентность» и отнести азотные термы в разряд минеральных лечебных вод.

Планомерное, комплексное изучение гидроминеральных ресурсов (в том числе азотных терм) на территории СССР началось после 1919 года, когда все курорты и лечебные местности перешли в собственность государства.

Первой обобщающей работой по азотно-кремнистым термальным водам следует считать книгу, изданную АН СССР под редакцией H.H. Славянова -«Термы и газы Тянь-Шаня» (1938г). Работа отличается как широтой охваченной территории, так и разнообразием освещенных в ней вопросов, включающих и такие основополагающие, как закономерности распространения, условия формирования азотных терм на Тянь-Шане и генезис азотных терм вообще.

В последующие годы азотные термы на территории Тянь-Шаня и Памира, Алтая, Тувы, Саян, Прибайкалья и Забайкалья, Дальнего Востока и Кавказа изучались более детально и углубленно. По результатам этих исследований опубликованы обширнейшие материалы, в которых дается всесторонняя характеристика термопроявлений, освещаются наиболее актуальные вопросы природы, геохимической истории и деятельности азотных терм, их состава и свойств, условий формирования и распространения

[Толстихин,1938 ,1939,1958; Дзенс-Литовский и Толстихин, 1946; Михайлов и Толстихин, 1946; Посохов, 1947; Иванов, 1960,1964; Иванов, Овчинников, Яроцкий, 1960; Овчинников, 1963; Шварцев, 1982;Кучин, 1939; Богородицкий, 1957; Ткачук и др., 1959; Красинцева, 1955; Албагачиева, 1958, 1965; Басков идр., 1963,1975; Макаренко, 1948,1961; Пиннекер,1968; Барабанов, Дислер,1968; Ломоносов, 1974; Ломоносов и др., 1977; Посохов, Толстихин, 1977; и многие другие].

Исчерпывающие сведения по азотным термам на территории России и многих других стран мира приводятся в нескольких томах сводной работы по гидрогеологии [Основы гидрогеологии. 1982-1984].

В настоящее время большинство исследователей единодушны в вопросах, касающихся распространения, условий формирования состава и ресурсов азотных терм. Представлениям относительно закономерностей регионального их распределения в большой степени способствовали работы Н.И. Толстихина (1938, 1939), посвященные провинциям минеральных вод. Дальнейшие разработки в этом направлении привели к выделению самостоятельной провинции азотно-кремнистых термальных вод [Дзенс-Литовский, Толстихин, 1946; Иванов, Овчинников, Яроцкий, 1960; Барабанов, Дислер,1968; Маврицкий,1971], охватывающей как районы молодого орогенеза, так и древние кристаллические массивы, характеризующиеся процессами новейшего горообразования, высокой сейсмичностью и широким развитием разрывных ' дислокаций с оперяющими их зонами трещиноватости.

Образование ресурсов азотных терм подавляющее большинство исследователей объясняет проникновением по разломам глубокого заложения инфильтрогенных вод на значительную глубину (до 6 км.) и последующим выщелачиванием нагревающимися водами вмещяющих пород [Белоусов, 1937; Посохов, 1947; Иванов, 1956-1964; Басков, Климов,1963; Овчинников, 1963; Барабанов, Дислер,1968].

Инфильтрогенное происхождение азотных терм подтверждается слабой их газонасыщенностью, данными изотопных вариаций водорода и кислорода, изотопными отношениями Аг40 , Аг38, Аг36, обычно низкой степенью минерализации и особенностями ионно - солевого состава [Толстихин и др.. 1937; Шуколюков и Толстихин 1965; Барабанов и Дислер, 1968]. Тем не менее, многие исследователи не исключают участия в формировании химического и особенно газового состава азотных терм, флюидов из глубоких частей недр [Толстихин и др.,1937; Кучин,1939; Ткачук,1959; Богатков, 1962; Ломоносов, 1974], Следует заметить, что возможность глубинного происхождения некоторых компонентов химического и особенно газового состава азотных терм допускается большинством исследователей в связи с превышением содержаний этих компонентов в азотных термах над содержанием их в метеогенных водах. Однако, как показывают исследования С.Л.Шварцева (1975), выводы которого подтверждены результатами термодинамическим моделирование взаимодействия воды с гранитами [Крайнов, Рыженко, 1996], одной из причин роста серы, хлора, азота в азотных термах является концентрирование этих элементов за счет уменьшения объема воды при ее разложении в процессе гидролиза и поэтому вполне вероятно, что глубинная составляющая химического и газового составов азотно - кремнистых терм отсутствует. Во всяком случае, как указывает Е.В. Пиннекер (1982), «если магматогенные воды и участвовали в образовании азотных терм, то влияние их на газовый и ионно-солевой состав было незначительным». Таким образом, следует признать, что определяющее значение в формировании ресурсов азотно - кремнистых терм принадлежит инфильтрующимся метеогенным водам.

В последующие несколько десятков лет при проведении широкого комплекса исследований азотных терм, большое внимание уделялось методическим аспектам и особенно вопросам типизации месторождений этих вод, как основы для разработки рациональных методов их разведки и освоения.

Типизация месторождений азотных термальных вод основывалась, главным образом, на использовании геоструктурных, гидрогеохимических, гидрогеологических признаков и составе водовмещяющих пород. В этой связи следует отметить работы Л.Н. Барабанова и В.Н. Дислера (1968); Г.С. Вартаняна (1973); Г.С. Вартаняна и Л.А.Яроцкого (1972); Н.М. Елмановой (1971,1975,1977).

Разработанные классификации месторождений позволяют с достаточно высокой степенью вероятности прогнозировать их выявление и целенаправленно проводить разведочные работы. Однако сложные усл