Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Условия образования подземных минеральных вод и их изучение на основе изотопно-гидрохимических методов

ВАК РФ 25.00.07, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Условия образования подземных минеральных вод и их изучение на основе изотопно-гидрохимических методов"

На правах рукописи

ИВАНОВ Анатолий Федорович

УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД И ИХ ИЗУЧЕНИЕ НА ОСНОВЕ ИЗОТОПНО-ГИДРОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ (па примере Чувашской минеральной провинции)

Специальность 25.00.07 - «Гидрогеология»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

2 8 ЯНВ 2010

Пермь 2010

003490373

Работа выполнена в Пермском государственном университете на кафедре динамической геологии и гидрогеологии.

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Катаев Валерий Николаевич

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Гаев Аркадий Яковлевич

кандидат геолого-минералогических наук, Столова Ольга Георгиевна

Ведущая организация: ГБУ Институт проблем экологии и

недропользования Академии наук Республики Татарстан, г. Казань

Защита диссертации состоится « 21 » января 2010 г. в 1330 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.189.01 при Пермском государственном университете по адресу: г. Пермь, ул. Букирева, 15, корп. 1, зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного университета.

Автореферат разослан «43» декабря 2009 г.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью учреждения, просим отправлять по адресу: 614990, г. Пермь, ГСП, ул. Букирева, 15, ПГУ, ученому секретарю диссертационного совета.

Факс: (342) 237-16-11. E-mail: geophysic@psu.ru

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212 Л 89.01, доктор технических наук, профессор

В.А. Гершанок

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние годы Чувашия сформировалась в крупную минеральную провинцию России в результате выявления на её территории разнообразных типов минеральных вод и накопления большого количества фактического материала по результатам гидрогеологических исследований. В этой связи очевидна необходимость научного обоснования планирования нового и расширения существующего лечебного применения минеральных вод на всей территории республики, их планомерного изучения.

Указ Президента Чувашской Республики № 48 от 30.03.1995 года «О мерах по реализации федерального Закона «О природных лечебных ресурсах, лечебно-оздоровительных местностях и курортах» дал направление и определил активное развитие республики в организации исследований природных лечебных ресурсов. Употреблять в питьевых лечебных целях не только привозные, уже известные и популярные минеральные воды (Боржоми, Нарзан, Ессентуки и др.), но и свои -собственные чувашские минеральные воды.

Геолош-тектоническое строение и различные гидрогеологические условия правобережья р. Волги, обусловили разнообразие и неравномерное распространение минеральных вод в республике. Эти воды пока недостаточно изучены, хотя накопившийся фактический материал свидетельствует о том, что многие из них по своим физико-химическим показателям аналогичны известным, ставшим традиционными в России и ближнем зарубежье, типам минеральных лечебно-столовых вод. Сопоставление минеральных вод Чувашии и минеральных лечебно-столовых вод иных регионов России позволило выделить на территории республики не только 15 типов таких вод, но и выявить закономерности их формирования.

В работе изотопно-гидрохимический комплекс выбран за высокую информативность, экономичность и экспрессность. Оценку степени защищённости эксплуатируемых месторождений подземных пресных и минеральных вод от возможного природного загрязнения с глубины, и прогноз экологического состояния смешанных вод невозможно получить традиционными гидрогеологическими методами.

За разработку изотопно-гидрогеохимического метода выявления мест современного поступления в пределах древних разломов на Русской платформе глубинных вод с высоким содержанием тяжелых элементов и других токсичных химических элементов на выставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции», состоявшемся в 2003 году в г. Санкт-Петербург, научно-исследовательский институт геологических и геоэкологических проблем был награжден дипломом Министерства промышленности, науки и технологий Российской Федерации с вручением медали.

Основной целью работы явилось установление условий образования и пространственного размещения минеральных питьевых лечебно-столовых вод в гидрогеологических структурах северной части Токмовского свода и проведе-

ние типизации минеральных вод Чувашии сравнивая их с аналогами в России и за рубежом.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• провести анализ основных процессов формирования химического состава минеральных вод;

• исследовать закономерности размещения минеральных вод;

• осуществить процедуру типизации минеральных вод по их аналогам, используемым в России и СНГ;

• изучить структурно-тектонические и геолого-гидрогеологические условия залегания вод в региональном плане и на отдельных перспективных участках;

• разработать и обосновать прогнозные мероприятия по выявлению пространственного размещения минеральных вод;

• изучить проблемы охраны минеральных вод от истощения и загрязнения и наметить пути решения этих проблем.

Объектами исследований явились гидрогеологические структуры северной части Токмовского свода и минеральные лечебно-столовые воды, содержащиеся в них (северная и центральная части Чувашской Республики).

Предмет исследований - закономерности и процессы формирования минеральных лечебно-столовых вод в зоне активного водообмена.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы обеспечивается углубленным анализом состояния решаемых проблем, применением обоснованного исследовательского комплекса методов, большим объемом первичного материала - результатов лабораторного и натурного изучения минеральных вод, обобщенного автором в процессе 13-летних исследований. Теоретические обобщения, натурные наблюдения автора и результаты картографических построений характеризуются хорошей сходимостью с опубликованными материалами по сопредельным регионам.

Поставленные задачи решались путем обобщения и анализа гидрогеохимических и гидрогеологических материалов и сопоставлением результатов на 9 конкретных участках месторождений и проявлений минеральных вод Чувашской Республики, полученных автором в процессе полевых работ, а также заимствованных из фондовой и опубликованной литературы. В диссертационной работе использованы сведения по 420 скважинам. Использованы результаты испытаний более 400 химических анализов ионно-солевого, микрокомпонентного, уран-изотопного и газового состава подземных вод, включая 102 пробы, отобранные лично автором.

Современные химико-аналитические и уран-изотопные исследования выполнены в аттестованных лабораторно-испытательных центрах Российского научного центра восстановительной медицины и курортологии (РНЦ ВМиК) Росздрава России (г. Москва), в Институте проблем технологии микроэлек-

троники и особочистых материалов (ИПТМ) (г. Черноголовка) Российской академии наук (РАН), НИИГиГЭП (г. Чебоксары) и Чувашского республиканского радиологического центра (ЧРРЦ) Минприроды Чувашии (г. Чебоксары).

По исследованным территориям построены: карты-модели формирования и циркуляции подземных вод, отражающие процессы связей между различными водоносными горизонтами; гидрогеологические разрезы, отражающие пространственные изменения минерализации и элементного состава подземных вод.

Реализация работы. Исследования, положенные в основу диссертации, проводились в соответствии с рядом государственных и отраслевых программ. Нами были выполнены следующие исследования:

Тематическая работа: «Оценка современного состояния и перспектив использования минеральных вод на территории Чувашской Республики» была выполнена в 2002 году в соответствии с Программой геологоразведочных работ на территории Чувашской Республики на 2000 г., утвержденная постановлением Кабинета Министров Чувашской Республик от 17.04.2000 г. № 70, заказчик - Министерство природных ресурсов и экологии Чувашской Республики. Авторы - Николаев В.Н., Иванов А.Ф.

Научно-исследовательские работы по теме: «Определение процессов формирования подземных пресных и минеральных вод в районе ООО «Санаторий «Волжские Зори» и ОАО «Волжанка» и оценка защищенности их от загрязнения и истощения» были проведены в соответствии с постановлением Кабинета Министров Чувашской Республики от 18.07.2002 г. № 196 «Образование бальнеоклиматического курорта республиканского значения «Волжские Зори», 2007 г., заказчик - ООО «Санаторий «Волжские Зори». Авторы -Иванов А.Ф., Тихонов А.И., Миронова Н.Е.

В результате проведенных на территории Чувашской Республики комплексных уран-изотопных и многоэлементных гидрохимических исследований подземных минеральных вод:

выявлены шесть новых типов минеральных питьевых лечебно-столовых вод, что позволило значительно расширить гидроминеральную базу республики;

установлено, что известные месторождения и проявления минеральных вод на территории Чувашской Республики образованы в результате смешения пластовых вод уржумских отложений с глубинными водами, поступающими по трещинно-ослабленным зонам;

выданы рекомендации по выбору оптимального режима эксплуатации месторождений и проявлений минеральных вод.

уточнен их генезис, определены площади перспективные на выявление новых месторождений, выполнена оценка степени защищённости от возможного глубинного и поверхностного загрязнения.

По всем вышеперечисленным исследованиям результаты внедрены в производство.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• на уровне современных знаний обобщены и систематизированы обширные данные о состоянии и составе минеральных лечебно-столовых вод на территории Чувашской Республики;

• представлена пространственная модель взаимодействия процессов формирования и циркуляции различных потоков подземных вод, динамики и особенностей взаимодействия вод различных горизонтов;

• впервые выявлены участки поступления глубинных вод в пределы эксплуатируемых горизонтов пресных и минеральных вод;

• разработана система прогноза процессов истощения минеральных вод, а также процессов техногенного и природного загрязнения подземных вод.

Предметом защиты являются следующие положения:

1. Способ выделения участка внедрения глубинных вод на основе изотопно-гидрохимических методов исследований для выявления подземных минеральных вод в северной части Токмовского свода.

2. Компановка проявлений и месторождений минеральных вод на исследованных территориях имеет локальный характер в связи с точечным внедрением глубинных вод и смешением их с пластовыми водами.

3. Материалом образования минеральных лечебно-столовых вод уржумского водоносного комплекса являются пластовые и глубинные воды, поступающие из активных участков Горьковско-Кильмезской линеаментной и Чувашской региональной неотектонической зон.

Практическая значимость работы определяется следующими результатами:

1. Создана единая база данных минеральных лечебно-столовых и столовых вод по Чувашской Республике с результатами химических анализов, полученных за последние 30 лет.

2. Выполнена типизация 15 минеральных лечебно-столовых вод Чувашской Республики по их аналогам в России и за рубежом.

3. Выявленные закономерности формирования минеральных лечебно-столовых вод обеспечат:

- возможность оптимизации поисков и разведки месторождений минеральных вод;

- обоснованное использование методов типизации и аналогии минеральных лечебно-столовых вод для прогнозирования условий их залегания;

- выдачу научно обоснованных рекомендаций по дальнейшему расширению санаторно-курортной отрасли в Чувашской Республике и сети предприятий промышленного розлива столовых и лечебно-столовых минеральных вод питьевого назначения.

4. Результаты исследований рекомендуются к использованию в учебном процессе на геологических факультетах высших учебных заведений при чтении курсов "Минеральные воды", "Общая гидрогеология", "Динамика под-

земных вод" и других, читаемых для студентов по направлению "Геология" и специальности "Гидрогеология и инженерная геология".

Личный вклад автора. Автор диссертации в период своей производственной и научной деятельности, начиная с 1997 года и по настоящее время, являлся руководителем или ответственным исполнителем полевых экспедиционных и тематических научно-исследовательских работ.

Все материалы исследований, положенные в основу диссертации, обработаны автором лично. Все результаты и выводы получены им самостоятельно. В работах, написанных в соавторстве, выполнен сбор, обработка и обобщение материалов. Материалы, представленные в данной работе без библиографических ссылок, принадлежат автору.

В 2006 году за разработку проекта «Внедрение метода прогнозирования и процессов загрязнения подземных вод» коллективу НИИ (автор диссертации - один из соавторов внедрения этого метода) присуждено 1-е место на Республиканском (Чувашском) конкурсе за лучший инновационный проект и научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы Министерством экономического развития и торговли Чувашской Республики и Торгово-промышленной палаты Чувашской Республики.

В 2007 году коллективу сотрудников НИИ, в т.ч. Иванову А.Ф., за отличное представление научных разработок в области использования и охраны водных ресурсов, технологий водосбережения и вклад в сохранение национального богатства России - водных ресурсов, оргкомитетом IX Международного симпозиума и выставки «Чистая вода России-2007» вручен диплом Лауреата премии рыцаря науки A.M. Черняева.

Четыре сотрудника института (в т.ч. автор диссертации.) награждены дипломами Министерства природных ресурсов Российской Федерации за участие в конкурсе «Рациональное природопользование и охрана окружающей среды - стратегия устойчивого развития России в XXI веке» за работу «Изотопно-гидрогеохимическая технология выявления участков глубинной опасности загрязнения пресных подземных вод на Русской платформе».

Публикации и апробация результатов исследований. По теме диссертационных исследований опубликовано 11 печатных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, включенных в перечень ВАК.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 8 конференциях, симпозиумах и конгрессах различного ранга:

- республиканские научно-практические конференции Минприроды Чувашии (Чебоксары, 1998) и Минэкологии Чувашии (Чебоксары, 1998);

- межрегиональные научно-практические конференции "Санаторно-курортная система как важный фактор профилактики, реабилитации и оздоровления населения" (Чебоксары, 1999) и "Инновации в образовательном процессе" (Москва, 2006);

- Международная конференция "Устойчивое развитие: природа-общество-человек" (Москва, 2006);

- VII Международный конгресс "Вода: экология и технология" (Москва, 2006);

- IX Международный симпозиум и выставка "Чистая вода России-2007" (Екатеринбург, 2007);

- XII научной конференции "Памяти П.И. Чирвинского" (Пермь, 2009)

Полные тексты докладов опубликованы в материалах соответствующих

научных форумов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и библиографического списка, включающего 67 наименований. Объем диссертации 107 страниц машинописного текста, содержащего 27 рисунков и 10 таблиц.

Диссертационная работа написана под научным руководством профессора Пермского государственного университета, д.г.-м.н. В.Н. Катаева и научного консультанта, советника директора НИИГиГЭП, к.г.-м.н. А.И. Тихонова, которым автор выражает глубокую благодарность за ценные советы и рекомендации.

Автор благодарит докторов г.-м.н. В.Б. Адилова, А.И. Шевелева, О.Н. Грязнова, кандидатов г.-м.н. Н.Г. Петрову, O.K. Орфаниди, М.С. Голицина, Р.И. Плотникову за ценные советы и помощь на разных этапах работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, приведены сведения о методах и исходных материалах для их решения, дана оценка научной новизны и практической значимости результатов работы, приведен перечень положений выносимых на защиту.

Глава 1. Состояние изученности минеральных вод Чувашии

Данная глава отражена в опубликованных работах [3,4, 6, 7]. В диссертации кратко характеризуются работы, посвященные исследованиям минеральных вод на территории Чувашской Республики. Начиная с пятидесятых годов прошлого столетия, в СССР широко развернулись исследования минеральных вод. В Чувашии они связаны с именами И.Н. Илларионова, С.С. Бондаренко, A.JI. Гордиевской, И.К. Зайцева, Н.И. Толстихина, JI.A. Яроцко-го, В.В. Иванова и Г.С. Вартаняна. Благодаря этим работам получены важные результаты по оценке минерально-сырьевых ресурсов Чувашии. Позднее они изучались H.A. Остроумовой, Г.С. Ждановым, И.Г. Бахметьевой, И.Л. Бери и другими. Благодаря этим работам достигнуты современные результаты по оценке минеральных вод Чувашской Республики. Сведения по питьевым минеральным водам Чувашской Республики впервые обобщены В.Н. Николаевым и А.Ф. Ивановым.

Высоко оценивая имеющиеся сведения по минеральным водам, следует, однако признать недостаточность изученности минеральных вод иссле-

дуемой республики с позиции формирования химического состава минеральных вод, условий их формирования и закономерностей размещения, проблемы охраны минеральных вод от истощения и загрязнения.

Эти вопросы являются предметом исследования данной работы.

Глава 2. Методика и техника изотопно-гидрохимических исследований природных вод

Данная глава отражена в работах [3, 4, 9]. Для решения поставленных задач использовался индикаторный уран-изотопный метод, который основан на использовании в качестве индикатора неравновесного природного урана (отношение активностей изотопов 234и/238и * 1), содержащегося в водах гидросферы Земли. Благодаря этому он экологически безопасен и выгодно отличается от других индикаторных методов, в которых в качестве индикатора используются искусственные изотопы или красящие вещества.

В каждой гидрогеологической структуре циркулирующие воды приобретают свою характерную метку в виде определенного избытка (а в некоторых случаях - недостатка) 234и по отношению к 238и. Сформированный подземный поток в зоне транзита и разгрузки сохраняет свою метку (величину у) до смешения с другими (имеющими иное у) потоками. В условиях активного водообмена изменение изотопного отношения 234и/238и происходит только в результате смешения вод различных смежных потоков или внедрения в их пределы вод с другим изотопным составом урана из других горизонтов.

Основным методологическим подходом при проведении исследований динамики подземных вод с помощью неравновесного урана как индикатора является изучение пространственных и временных закономерностей изменения величины изотопного отношения 234и/238и= у в водах отдельного участка и моделирование на этой основе гидрогеологических процессов. Такой подход был реализован путем уран-изотопной съемки исследуемых районов.

Отбор проб природных вод и концентрирование урана из них производился по специальной методике с учетом существующих на местности водо-пунктов, характеризующих различные водоносные горизонты. С целью изучения процессов взаимосвязи подземных вод с поверхностными производился отбор проб из скважин, рек, колодцев и родников. Объем пробы воды составлял 33-72 л. Измерение изотопного состава и концентрации урана в пробах производилось с использованием ионизационного альфа-спектрометра.

Для определения микроэлементного состава вод отбирались пробы объемом 30-50 мл в полиэтиленовые бюксы, которые после подкисления воды хранились в холодильнике до отправки на анализ. В ИПТМ РАН, в лаборатории ядерно-физических и масс-спектральных методов анализа, входящей в Аналитико-сертификационный центр института проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН, проводился анализ проб во-

ды. Центр аккредитован Госстандартом РФ. В область аккредитации входит элементный анализ питьевых и природных вод.

Содержание элементов Li, Be, В, Na, Mg, Al, P, S, K, Ca, Se, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Со, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Mo, Nb, Ru, Rh, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Те, I, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, TI, Pb, Bi, Th и U в пробах определялся масс-спектральным (Plasma Quard, VG, Англия) и атомно-эмиссионным (ICAP-61, Thermo Jarrell Ash, США) методами анализа.

Для интерпретации полученных результатов уран-изотопных и многоэлементной гидрогеохимической съемки подземных вод, а также фондовых геолого-гидрогеологических материалов, строились изолинии по площади и в разрезе водоносных горизонтов с использованием компьютерной программы "Arc View".

Глава 3. Процессы формирования минеральных вод в районе линеаментной зоны по изотопно-гндрохимиическнм данным

Данная глава состоит из двух разделов и отражена в опубликованных работах [2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11]. В этой главе рассмотрены тектоническое строение, и гидрогеологическое районирование территории республики. Показана модель условий образования подземных минеральных вод, исследованных нами изотопно-гидрохимическим методом, при формировании лечебных радоновых и питьевых лечебно-столовых вод в районе линеаментной зоны г. Чебоксары.

3.1. Формирование радоновых вод в районе г. Чебоксары на основе изотопно-гидрохимических данных

В пределах линеаментной зоны в районе г. Чебоксары, в водоносных горизонтах четвертичных и пермских отложений левобережной части Чебоксарского водохранилища, впервые было установлено увеличение содержания радона в питьевых водах некоторых эксплуатационных скважин в районе п. Сосновка.

Нами было проведено изучение условий формирования радонсодержа-щих подземных вод в районе п. Сосновка уран-изотопным методом. В процессе уран-изотопной съемки опробовано 11 водопунктов, в том числе 8 эксплуатационных скважин, пробуренных для отбора подземных вод из водоносного горизонта уржумского яруса (P2ur), и 3 буровых колодца, оборудованных на нижний горизонт четвертичных отложений. В подземных водах пермских отложений величина изотопного отношения И4и/238и изменяется в значительных пределах: от 0.80 ± 0.01 до 3.26 ± 0.09. В скв. 16 содержание радона составляет 107.8 Бк/л.

Зона с повышенным содержанием урана и равновесным соотношением изотопов имеет тенденцию к распространению в отложениях под дном Че-

боксарского водохранилища. Это указывает на возможную связь указанной зоны с аномальными уран-изотопными показателями и геомагнитной аномалии, отмеченной в этом районе ранее по данным аэромагнитной съемки (Зан-дер, Воробьев, 1960).

3.2. Минеральные воды в бассейне р. Волга (на примере Сюктерс-кого участка Чебоксарского месторождения минеральных вод)

Защищаемые научные положения

1. Способ выделения участка внедрения глубинных вод на основе изотопно-гидрохимических методов для выявления подземных минеральных вод в северной части Токмовского свода.

2. Компановка проявлений и месторождений минеральных вод на исследованных территориях имеет локальный характер в связи с точечным внедрением глубинных вод и смешением их с пластовыми водами.

3. Материалом образования минеральных лечебно-столовых вод уржумского водоносного комплекса являются пластовые и глубинные воды, поступающие из активных участков Горьковско-Кильмезской линеаментной зоны.

В результате проведенных исследований были определены условия образования подземных пресных и минеральных вод в районе ООО "Санаторий "Волжские Зори" и ОАО "Волжанка" на основе изотопно-гидрохимических методов и проведена оценка защищенности подземных вод от загрязнения и истощения.

Территория исследований находится в пределах Волго-Уральской антек-лизы и приурочена к северному крылу входящего в нее Токмовского свода В гидрогеологическом отношении район относится к северо-восточной части Вол-го-Сурского артезианского бассейна. Основные водоносные комплексы приурочены к казанским, уржумским и четвертичным отложениям.

По утверждению Шатского Н.С. реки на Русской (ВосточноЕвропейской) платформе трассируют межблочные зоны, где и располагаются глубинные разломы. Космотектоническая карта, составленная на основе спутниковых наблюдений и космических снимков поверхности Земли, свидетельствует о достаточно напряженном тектоническом режиме района Чебоксарского Поволжья. На основе обобщающего анализа геологических и геофизических материалов Высоцкий К.А. и Калинин А.Т. пришли к выводу, что неотектоническая активизация разломов проявилась в фундаменте и в осадочном чехле. Они утверждают, что для фундамента характерна блоковая и разрывная тектоника, которая отражается на осадочном чехле различного рода дислокациями.

В районе курорта "Волжские Зори" в процессе исследований автором было опробовано 30 водопунктов для определения уран-изотопных и гидрохимических показателей. Также были проведены работы по сбору, систематизации, анализу геолого-гидрогеологической информации и проведен ана-

лиз распределения сульфат-ионов подземных вод эксплуатируемого водоносного горизонта уржумских отложений верхней перми (рис. 1), где видно, что сульфатные воды образуют локальный участок. В скв. 3/91 минеральных лечебно-столовых вод содержание сульфатов составляет 4.99 г/дм3, а в скв.5924- 1.87 г/дм3.

Рис. 1. Распределение концентрации сульфат-иона (8042~) в подземных водах уржумских отложений в районе санатория "Волжские Зори"

1 - изолиния концентрации Б042", г/дм3; 2 - скважины; 3 - населенные пункты; 4 - дороги; 5 - 7 - пределы изменения концентрации БОд2", г/дм3: менее 0.1 (5), от 0.1 до 0.5 (6) и более 0.5 (7); 8 - линия разреза; 9 - контур санатория "Волжские Зори".

Достоверность полученных данных иллюстрируется приведенным на рис. 2 графиком сопоставления концентрации урана в пробах, измеренных

альфа-спектрометрическим и масс-спектральным методами в независимых лабораториях ООО "НИИГиГЭП" и ИПТМ РАН. Приведенные данные показывают отсутствие влияния состава и возраста водовмещающих пород на изотопный состав урана вод, циркулирующих в этих породах.

иа, мкг/л

Рис. 2. График корреляции концентрации урана по данным альфа-спектрометрии и масс-спектрального анализа

В районе городов Чебоксары и Новочебоксарска нами было установлено ранее, что увеличение минерализации подземных вод уржумских отложений отмечается только на локальных участках и их распространение в разрезе имеет куполообразный вид. Это свидетельствует о том, что минеральные воды в районе Чувашского Поволжья образованы, в отличие от ранее существовавших представлений, в результате поступления на активных участках тектонических нарушений Горьковско-Кильмезской линеаментной зоны глубинных вод в пределы водоносных горизонтов верхнего гидрогеологического этажа. Эти воды содержат различные микроэлементы и, смешиваясь с пресными подземными водами верхних водоносных горизонтов, образуют минеральные лечебно-столовые воды.

На основе уран-изотопной съемки установлено, что величина отношения 234и/238и=у в подземных водах изменяется в пределах от 0.96±0.01 до 5.20±0.10 отн. ед. при значительных колебаниях концентрации урана от 0.12 до 7.93 мкг/дм3. Как видно из рисунка 3, наблюдается поступление глубинных вод, характеризующихся повышенными значениями у, в тектонически ослабленных зонах.

На участке пересечения Чувашской региональной неотектонической зоны с Горьковско-Кильмезской линеаментной зоной образовано месторождение минеральных вод на участке "Сюктерский" в районе ООО "Санаторий "Волжские Зори" за счет внедрения глубинных вод и смешения их с пласто-

выми водами уржумских отложений. Месторождение в плане занимает локальный прибрежный участок и простирается с запада на восток на протяже-

0 0.5 1 1.5 2км

1 |*а) Пб| 2 | 1 ¡3 4 5 О

□ 7 — 10 11 И [I

Рис. 3. Карта-модель образования подземных пресных и минеральных вод в районе санатория "Волжские Зори" по уран-изотопным данным 1 - изолиния 234и/238и = у; 2 - скважины (а), колодцы (б); 3 - родниковые речки; 4 - населенные пункты; 5 - дороги; 6 - контур санатория "Волжские Зори"; 7 - 9 — пределы изменения величины у; менее 1.6 - пластовые воды уржумских отложений (7), от 1.6 до 2.4 - смешанные воды (8) и более 2.4 - район поступления глубинных вод (9); 10 - направление потока пластовых вод; 11 - участки внедрения глубинных вод; 12 - линия разреза.

нии 6 км в виде полосы шириной 1.5 км. Полученные уран-изотопные данные позволили объяснить локальное увеличение концентрации сульфат-ионов в плане и разрезе в районе Сюктерского участка.

Существует четыре участка поступления глубинных вод: в районе санаториев-профилакториев "Волга" и "Березка", в районе санаторно-курортного комплекса "Солнечный берег", санатория "Волжские зори" и д. Хыркасы. О поступлении глубинных вод свидетельствует увеличение величины изотопного отношения урана до 4.40 в районе скв. ХЭ-Х12-343 и до 5.20 в районе скв. 558 и куполовидная форма пьезометрического уровня в районе скв. 343 санатория "Волжские Зори".Содержание бора в 17 из 25 исследованных скважин превышает ПДК (0,50 мг/дм3). Высокие концентрации бора наблюдаются в районах, в которых по уран-изотопным данным отмечается внедрение глубинных вод. Прослеживается достаточно хорошая корреляционная зависимость (К=0.84) между изотопным отношением урана и концентрацией бора, что свидетельствует о поступлении бора с глубинными водами. В то же время в районах распространения пластовых вод уржумских отложений содержание бора не превышает ПДК.

В центральных частях участков внедрения глубинных вод концентрация бора достигает 2.2 мг/дм3 (ДОЛ "Волга"). В скважинах 3/91 и 5924 санатория "Волжские зори" содержание бора составляет соответственно 2.30 и 2.50 мг/дм3, т.е. превышает ПДК до 4-5 раз.

Таким образом, обоснован и доказан способ выделения участка внедрения глубинных вод на основе изотопно-гидрохимических методов для выявления подземных минеральных вод в северной части Токмовского свода.

Выше показано, что компоновка Сюктерского участка Чебоксарского месторождения подземных минеральных вод имеет локальный характер в связи с точечным внедрением глубинных вод и смешением их с пластовыми водами.

Материалом образования минеральных лечебно-столовых вод уржумского водоносного комплекса являются пластовые и глубинные воды, поступающие из активных участков Горьковско-Кильмезской линеаментной зоны.

Глава 4. Условия образования минеральных вод в северной части Токмовского свода

4.1. Минеральные воды в районе Чувашской субмеридианальной региональной неотектонической зоны (на примере Вурнарского района)

Защищаемое научное положение

Материалом образования минеральных лечебно-столовых вод уржумского водоносного комплекса являются пластовые и глубинные воды, посту-

пающие из активных участков Чувашской субмеридианальной региональной неотектонической зоны.

Данный раздел отражен в опубликованных работах [1, 8]. В этом разделе описываются условия образования подземных минеральных вод в районе Чувашской субмеридианальной региональной неотектонической зоны (на примере Вурнарского района) и их изучение на основе изотопно-гидрохимических методов в пределах центральной части ЧРНТЗ. В качестве объектов исследований выбраны известные в настоящее время проявления минеральных вод на территории Вурнарского района - маломинерализованные сульфатные натриевые и гидрокарбонатно-сульфатные натриевые воды с минерализацией 1.6-3.2 г/дм3, используемые как питьевые лечебно-столовые. Режим подземных вод эксплуатируемых водоносных горизонтов на участках минеральных вод формируется, в основном, под влиянием водоотбора и, в меньшей степени, под влиянием метеорологических и гидрологических факторов. Качество подземных минеральных вод, в целом, соответствуют нормативным требованиям, за исключением повышенного содержания бора.

По данным уран-изотопной съемки установлено, что величина отношения 234и/238и=у в подземных водах Вурнарского района изменяется в пределах от 1.22±0,01 до 9.45±0.10 отн. ед. при значительных колебаниях концентрации урана (от 0.062 до 28.000 мкг/дм3). В результате исследований установлено, что на большей части территории района распространены воды с у более 3.0 отн. ед., что свидетельствует о существенном вкладе глубинных вод в эксплуатируемый водоносный горизонт уржумских отложений.

Выявленные семь участков поступления глубинных вод приурочены к наиболее ослабленным тектоническим зонам и рекам Большой и Малый Ци-виль, расположение которых также определено этими зонами. К ним же приурочены выявленные в настоящее время проявления минеральных вод в Вур-нарском районе. Все эти участки находятся на территории вышеназванной неотектонической зоны, ширина которой составляет около 30 км.

Проявления минеральных вод в населенных пунктах Калинине и Вур-нары приурочены к тектоническим нарушениям, что подтверждает их образование в результате смешения пластовых вод уржумских отложений с глубинными сульфатными водами. Участки поступления глубинных вод следует считать перспективными на выявление минеральных лечебно-столовых вод.

Глубинные воды являются сульфатными и придают воде лечебные свойства. Содержание сульфат-иона на большей части территории превышает 500 мг/дм3, что значительно выше требований ПДК для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Проведённые микроэлементные гидрохимические исследования с использованием высокоточных масс-спектральных методов установили, что на территории Вурнарского района практически во всех эксплуатационных скважинах наблюдается повышенное содержание бора от 0.5 до 2.5 мг/дм3.

В этом разделе обосновано и доказано третье защищаемое положение, что материалом образования минеральных лечебно-столовых вод уржумского водоносного комплекса являются пластовые и глубинные воды, поступающие из активных участков Чувашской региональной неотектонической зоны.

Глава 5. Прогнозирование новых месторождений минеральных вод на основе изотопно-гидрохимической информации

5.1. Прогноз месторождений и проявлений минеральных лечебно-столовых вод

Данный раздел отражен в опубликованных работах [10, 11]. Анализ результатов уран-изотопных и микроэлементных гидрохимических исследований свидетельствует, что минеральные воды на Сюктерском участке Чебоксарского месторождения минеральных вод и проявления минеральных вод в Вурнарском районе Чувашской Республики образованы в результате смешения пластовых вод уржумских отложений с глубинными водами, поступающими на трещиновато-ослабленных участках. Результаты исследований иллюстрируют высокую информативность уран-изотопных методов моделирования процессов формирования и циркуляции минеральных вод, образующихся путем внедрения глубинных вод в пределы водоносных горизонтов пресных вод и смешения их с пластовыми водами. Установленные выше закономерности изменения концентрации урана и изотопного отношения 234и/238и, на основе которых построены модели формирования и циркуляции минеральных лечебно-столовых вод в северной части Токмовского свода (Чувашская минеральная провинция), позволят определить сопредельные площади - перспективные на выявление новых участков месторождения минеральных вод. Автором предложен новый методический подход для выявления участков минеральных вод и оценки экологического состояния этих вод в северной части Токмовского свода.

Выявленные закономерности формирования минеральных лечебно-столовых вод также позволят обеспечить выбор оптимальных режимов эксплуатации участков месторождения минеральных вод, выполнить оценку степени защищённости минеральных вод от возможного глубинного и поверхностного загрязнения и определить объёмы предельно допустимого отбора минеральных вод.

Практическая реализация представленных положений является основой для дальнейшего расширения санаторно-курортной отрасли в Чувашской Республике и сети предприятий промышленного розлива лечебно-столовых минеральных вод.

5.2. Типизация минеральных вод Чувашской Республики

Данный раздел отражен в опубликованных работах [1, 7, 9]. На основании бальнеологических заключений и ГОСТ 13273-88 проведена типизация минеральных вод Чувашской Республики (таблица 1) и проведено их сравнение с минеральными водами "Боржоми", "Нарзан" и "Ессентуки" по показаниям лечебного (внутреннего) применения.

Таблица 1

Типизация минеральных вод Чувашской Республики_

Наименование чувашской воды и ее индекс Минерализация, г/дм3 Местонахождение скважины чувашской воды, (район, населенный пункт, № скв.) Аналог наименования типа воды Местонахождение аналога чувашской воды

"Волжские зори", С1-Б04Са^а 8.6 Чебоксарский, п. Сюктерка, 3/91 "Псковский" Псковская область

"Сывлах", а-БОдЫа 5.3 г. Новочебоксарск, 1/89 "Феодосийский" Республика Украина, Крым

"Чебоксарская-1", а-БС^Ми-Са-Ш 8.1 г. Чебоксары, А-163 "Нижне-Ивкинский" Кировская область

"Преображенская", С1-804-НС0 Ме-Са-Ыа 1.5 Комсомольский, д. Чурачики, С-162 "Варницкий" Республика Молдова

"Кудеснеры", С1-8041У^-№-Са 3.2 Урмарский, д. Кудеснеры, Н-43 "Ижевский" Республика Татарстан

"Буртаская", НС0-С1-804№ 1.7 Яльчикский, д. Пол. Буртасы, Т-183 "Махачкалинский" Республика Дагестан

"Элек", С1-804 Са-№ 2.3 Аликовский, с. Аликово, Е-364 "Кашинский" Тверская область

"Порецкая", Б04 М§-1Ча-Са 4.0 Порецкий, с. Порецкое, 1026 "Кашинский" Тверская область

"Жемчужный Залив" Б04 Са-№ 2.8 г. Чебоксары, 1/97 "Угличский" Ярославская область

"Норусовская", 3.3 Вурнарский, с. Калинине, Л-89 "Шаамбары" Республика Таджикистан

"Вурнарская", С1-804Ыа 1.6 Вурнарский, п. Вурнары, 1 "Анапский" Краснодарский край

"Козловская", 804-НС0Са-М& Ре=23.3 мг/дм3 0.4 Порецкий, д. Козловка, н.с. "Полюстров-ский" г. Санкт-Петербург

"Директорская", НС0-804 N8 1.7 Комсомольский, д. Ст. Сундырь, Т-78 "Ачалукский" Чеченская Республика

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Анализ результатов комплексных уран-изотопных и микроэлементных гидрохимических исследований свидетельствует, что минеральные воды на "Сюктерском" участке Чебоксарского месторождения минеральных вод и известные проявления минеральных вод в Вурнарском районе Чувашской Республики образованы в результате смешения пластовых вод уржумских отложений с глубинными водами, поступающими на трещиновато-ослабленных участках. Глубинные воды характеризуются повышенным содержанием сульфат-иона, бора и лития.

2. Автором предложен новый способ выделения участка внедрения глубинных вод на основе изотопно-гидрохимических методов, для выявления подземных минеральных вод в северной части Токмовского свода.

3. Выявленные закономерности формирования минеральных лечебно-столовых вод обеспечат: выбор оптимальных режимов эксплуатации участков месторождений минеральных вод; уточнение генезиса минеральных вод; определение сопредельных площадей - перспективных на выявление новых участков месторождений; выполнение оценки степени защищённости минеральных лечебно-столовых вод от природного и техногенного загрязнения.

4. На основе обобщения и систематизации обширных данных о состоянии и составе минеральных лечебно-столовых вод на территории Чувашии, автором впервые проведена типизация питьевых минеральных вод подземной гидросфере Чувашии VII, IX, XIII, XIV, XVII и XXX групп и выделено 15 типов их аналогов в России и за рубежом. На основе комплекса физико-химических, геологических и бальнеологических признаков проведено разделение их на отдельные группы и типы. Автором выявлены шесть новых типов минеральных питьевых лечебно-столовых вод (15 скважин) в Чувашской Республике, на основании ГОСТ 13273-88 и по аналогии, из которых 14 источников относятся к группе без «специфических» компонентов и свойств, а один источник отнесен к железистой группе лечебных минеральных вод По-люстровского типа, что позволило значительно расширить гидроминеральную базу республики.

5. Результаты исследований рекомендуются к использованию в учебном процессе на геологических факультетах высших учебных заведений при чтении курсов «Минеральные воды», «Общая гидрогеология», «Динамика подземных вод» и других, читаемых для студентов по направлению «Геология» и специальности «Гидрогеология и инженерная геология».

6. Развитие и практическая реализация представленных положений и идей, связанных с комплексным изучением минеральных вод Чувашии, является основой для дальнейшего расширения санаторно-курортной отрасли в Чувашской

Республике и сети предприятий промышленного розлива лечебно-столовых и

столовых минеральных вод питьевого назначения.

7. Выводы применительно к месторождениям минеральных вод Волго-

Сурского артезианского бассейна, могут быть использованы и для других артезианских бассейнов, аналогичных к рассматриваемому (Ветлужского, Сурско-

Хоперского, Московского и др.).

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией

1. Иванов А.Ф. Минеральные питьевые воды Чувашской Республики // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физкультуры. 1998. № 3. С. 38-41.

2. Тихонов А.И., Скворцов С.Е., Егоров С.П., Иванов А.Ф., Васильев A.B., Николаев А.К., Орлов С.А. Формирование радоновых вод в районе г. Чебоксары // Геохимия. 1999. № 2. С. 201-206.

3. Иванов А.Ф., Тихонов А.И., Миронова Н.Е., Тихонов В.П., Иванов В.П. Новый взгляд на генезис минеральных вод в бассейне р. Волга на основе уран-изотопных данных (на примере Чебоксарского месторождения) // Водное хозяйство России. Екатеринбург. 2007. № 3. С. 68-84.

4. Иванов А.Ф., Тихонов А.И., Егоров С.П., Миронова Н.Е. Современная неотектоническая активность Горьковско-Кильмезской линеаментной зоны в районе Чувашского Поволжья по изотопно-гидрогеохимическим данным // Отечественная геология. 2009. № 3. С. 78-85.

Статьи в иных изданиях

5. Иванов JI.H., Тихонов А.И., Скворцов С.Е., Егоров С.П., Иванов А.Ф. Радоновые воды в районе г. Чебоксары // Известия национальной академии наук и искусств Чувашской Республики. Чебоксары. 1997. № 2. С. 120-126.

6. Иванов А.Ф., Дринёв С.Э. Лечебные минеральные воды Чувашской Республики // Доклады научно-практической конференции посвященной 100-летию И.К.Илларионова "Перспективы развития минерально-сырьевой базы Чувашской Республики", Министерство природных ресурсов Чувашской Республики. Чебоксары. 1998. С. 36-38.

7. Иванов А.Ф. Новые минеральные воды Чувашской Республики // Известия Национальной академии наук и искусств Чувашской Республики. Чебоксары. 1998. № 3. С. 78-84.

8. Тихонов А.И., Тихонов В.П., Миронова Н.Е., Иванов А.Ф. Оценка эколо гического состояния и прогнозирование изменения качества подземных вод с помощью изотопно-гидрогеохимического метода (на примере Вур-нарского района Чувашской Республики) // VII Международный конгресс

"Вода: экология и технология". Москва. 2006. Сборник докладов, часть I. С. 222-223.

9. Тихонов А.И., Илларионов И.Е., Иванов А.Ф., Федоров П.М. Изотопно-гидрогеохимическое диагностирование изменений гидрогеологических условий эксплуатируемых месторождений (на примере Чергашинского месторождения) // Региональная научно-практическая конференция вузов Приволжского региона "Инновации в образовательном процессе". Чебоксары. 2006. С. 172-177.

10. Иванов А.Ф., Тихонов А.И., Миронова Н.Е., Тихонов В.П., Иванов В.П. Особенности формирования минеральных вод в районе санатория "Волжские зори" Чувашской Республики на основе изотопно-гидрогеохимических данных // IX Международный симпозиум и выставка "Чистая вода России-2007". Екатеринбург. 2007. С. 298-299.

П.Иванов А.Ф., Тихонов А.И., Тихонов В.П., Миронова Н.Е. Роль глубинных вод в загрязнении пресных подземных вод и формировании минеральных вод глубоких горизонтов по данным изотопно-гидрогеохимических исследований в районе г. Чебоксары // Сборник научных статей чтений памяти П.Н. Чирвинского "Проблемы минералогии, петрографии и металлогении". Выпуск 12. Пермь. 2009. С. 311-316.

Подписано в печать "14"декабря 2009 г. Формат 60 х 84/16 Печать офсетная. Уч. изд. л. 1,29. Тираж 100 экз. Заказ № 2005 ЗАО «ЦСП «Типография Брындиных» 428017 г. Чебоксары, ул. Мичмана Павлова, 14а

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Иванов, Анатолий Федорович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД

ЧУВАШИИ.

1Л. Оценка изученности минеральных вод Чувашии.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ИЗОТОПНО-ГИДРОХИМИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИРОДНЫХ ВОД.

2.1. Уран-изотопный метод изучения природных вод.

2.2. Многоэлементный гидрохимический метод.

ГЛАВА 3. ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД

В РАЙОНЕ ЛИНЕАМЕНТНОИ ЗОНЫ

ПО ИЗОТОПНО-ГИДРОХИМИЧЕСКИМ ДАННЫМ.

3.1. Формирование радоновых вод в районе г. Чебоксары на основе изотопно-гидрохимических данных.

3.2. Минеральные воды в бассейне р. Волга на примере Чебоксарского месторождения минеральных вод).

ГЛАВА 4. ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД

В СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ТОКМОВСКОГО СВОДА.

4.1. Минеральные воды в районе центральной части Чувашской субмеридиональной региональной неотектонической зоны на примере Вурпарского района).

ГЛАВА 5. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД НА ОСНОВЕ ИЗОТОПНО-ГИДРОХИМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ.

5.1. Прогноз месторождений и проявлений минеральных лечебно-столовых вод.

5.2. Типизация минеральных вод Чувашской Республики.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Условия образования подземных минеральных вод и их изучение на основе изотопно-гидрохимических методов"

Актуальность темы. В последние годы Чувашия сформировалась в крупную минеральную провинцию России в результате выявления на её территории разнообразных типов минеральных вод и накопления большого количества фактического материала по результатам гидрогеологических исследований. Гидрогеологические материалы и информация о минеральных водах убедительно свидетельствует о возможности расширения географии использования минеральных вод в Чувашской Республике. В этой связи очевидна необходимость научного обоснования планирования нового и расширения существующего лечебного применения минеральных вод на всей территории республики, их планомерного изучения.

Указ Президента Чувашской Республики № 48 от 30.03.1995 года «О мерах по реализации федерального Закона «О природных лечебных ресурсах, лечебно-оздоровительных местностях и курортах» дал направление и определил активное развитие республики в организации исследований природных лечебных ресурсов. Решение этой проблемы, ускоренного освоения минеральных ресурсов Чувашии, определяет в свою очередь и актуальность развития санаторно-курортной сети и цехов розлива, особенно на базе местных лечебных источников. Употреблять в питьевых целях не только привозные, уже известные и популярные минеральные воды (Боржоми, Нарзан, Ессентуки и др.), но и свои - собственные чувашские минеральные воды. Почти двадцатилетняя история использования минеральной воды «Волжские Зори» в Чувашской Республике свидетельствует о целесообразности и высокой эффективности ее применения в системе здравоохранения.

Геолого-текгоническое строение и различные гидрогеологические условия правобережья р. Волги, обусловили разнообразие и неравномерное распространение минеральных вод в республике. Эти воды пока недостаточно изучены, хотя накопившийся фактический материал свидетельствует о том, что многие из них по своим физико-химическим показателям аналогичны известным, ставшим традиционными в России и ближнем зарубежье, типам минеральных лечебно-столовых вод. Сопоставление минеральных вод Чувашии и минеральных лечебно-столовых вод иных регионов России, позволило выделить на территории республики не только 15 типов таких вод, но и выявить закономерности их формирования.

В работе изотопно-гидрохимический комплекс выбран за высокую информативность, экономичность и экспрессность. Оценку степени защищённости эксплуатируемых месторождений подземных пресных и минеральных вод, от возможного природного загрязнения с глубины, и прогноз экологического состояния смешанных вод, невозможно получить традиционными гидрогеологическими методами.

За разработку изотопно-гидрогеохимического метода выявления мест современного поступления в пределах древних разломов на Русской платформе глубинных вод с высоким содержанием токсичных химических элементов на выставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции», состоявшемся в 2003 году в г. Санкт-Петербург, научно-исследовательский институт геологических и геоэкологических проблем был награжден дипломом Министерства промышленности, науки и технологий Российской Федерации с вручением медали.

Основной целью работы явилось установление условий образования и пространственного распространения минеральных питьевых лечебно-столовых вод в гидрогеологических структурах северной части Токмовского свода и проведение типизации минеральных вод Чувашии, сравнивая их с аналогами в России и за рубежом.

Параллельно необходимо было оценить возможность комплексного использования вод в связи с дальнейшим расширением санаторно-курортной отрасли Чувашской Республики и сети предприятий промышленного розлива столовых и лечебно-столовых минеральных вод.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: о провести анализ основных процессов формирования химического состава минеральных вод; исследовать закономерности распространения минеральных вод; о осуществить процедуру типизации минеральных вод по их аналогам, используемым в России и СНГ; о изучить структурно-тектонические и геолого-гидрогеологические условия залегания вод в региональном плане и на отдельных перспективных участках; о разработать и обосновать прогнозные мероприятия по выявлению пространственного распространения минеральных вод; о изучить проблемы охраны минеральных вод от истощения и загрязнения и наметить пути решения этих проблем.

Объектами исследований явились гидрогеологические структуры северной части Токмовского свода и минеральные лечебно-столовые воды, содержащиеся в них (северная и центральная части Чувашской Республики).

Предмет исследований - закономерности и условия образования подземных минеральных лечебно-столовых вод в зоне активного водообмена.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы обеспечивается углубленным анализом состояния решаемых проблем, применением обоснованного исследовательского комплекса методов, большим объемом первичного материала — результатов лабораторного и натурного изучения минеральных вод, обобщенного автором в процессе 13-летних исследований. Теоретические обобщения, натурные наблюдения автора и результаты картографических построений характеризуются хорошей сходимостью с опубликованными материалами по сопредельным регионам.

Поставленные задачи решались путем обобщения и анализа гидрогеохимических и гидрогеологических материалов и сопоставлением результатов на 9 конкретных участках месторождений и проявлений минеральных вод Чувашской Республики, полученных автором в процессе полевых работ, а также заимствованных из опубликованной литературы. В диссертационной работе использованы сведения по 420 скважинам. Использованы результаты испытаний более 400 химических анализов ионпо-солевого, микрокомпонентного, уран-изотопного и газового состава подземных вод, включая 102 пробы, отобранные лично автором.

Современные химико-аналитические и уран-изотопные исследования выполнены в аттестованных лабораторно-испытательных центрах Российского научного центра восстановительной медицины и курортологии (РНЦ ВМиК) Росздрава России (г. Москва), в Институте проблем технологии микроэлектроники и особо-чистых материалов (ИПТМ) (г. Черноголовка) Российской академии паук (РАН),

НИИГиГЭП (г. Чебоксары) и Чувашского республиканского радиологического центра (ЧРРЦ) Минприроды Чувашии (г. Чебоксары).

По исследованным территориям построены: карты-модели формирования и циркуляции подземных вод, отражающие процессы связей между различными водоносными горизонтами; гидрогеологические разрезы, отражающие пространственные изменения минерализации и элементного состава подземных вод.

Реализация работы. Исследования, положенные в основу диссертации, проводились в соответствии с рядом государственных и отраслевых программ. Нами были выполнены следующие исследования:

Тематическая работа: «Оценка современного состояния и перспектив использования минеральных вод на территории Чувашской Республики» была выполнена в 2002 году в соответствии с Программой геологоразведочных работ на территории Чувашской Республики на 2000 г., утвержденная постановлением Кабинета Министров Чувашской Республик от 17.04.2000 г. № 70, заказчик -Министерство природных ресурсов и экологии Чувашской Республики. Авторы -Николаев В.Н., Иванов А.Ф.

Изотопно-гидрогеохимические исследования подземной воды из скважины № 1 на месторождении «Чергашинское» выполнялись на основании Республиканской целевой программы «Обеспечение населения Чувашской Республики качественной питьевой водой на 2005-2008 годы», 2006 г., заказчик - ООО «Союзпромцентр». Авторы - Тихонов А.И., Иванов А.Ф., Миронова Н.Е.

Научно-исследовательские работы по теме: «Определение процессов формирования подземных пресных и минеральных вод в районе ООО «Санаторий «Волжские Зори» и ОАО «Волжанка» и оценка защищенности их от загрязнения и истощения» были проведены в соответствии с постановлением Кабинета Министров Чувашской Республики от 18.07.2002 г. № 196 «Образование бальне-оклиматического курорта республиканского значения «Волжские Зори», 2007 г., заказчик — ООО «Санаторий «Волжские Зори». Авторы - Иванов А.Ф., Тихонов А.И., Миронова Н.Е.

В результате проведенных на территории Чувашской Республики комплексных уран-изотопных и мпогоэлементных гидрохимических исследований подземных минеральных вод и обобщения материалов: выявлены шесть новых типов минеральных питьевых лечебно-столовых вод, что позволило значительно расширить гидроминеральную базу республики; установлено, что известные месторождения и проявления минеральных вод на территории Чувашской Республики образованы в результате смешения пластовых вод уржумских отложений с глубинными водами, поступающими по трещинно-ослабленным зонам; выданы рекомендации по выбору оптимального режима эксплуатации месторождений и проявлений минеральных вод; уточнен их генезис, определены площади перспективные на выявление новых месторождений, выполнена оценка степени защищённости от возможного глубинного и поверхностного загрязнения.

По всем вышеперечисленным исследованиям результаты внедрены в производство.

Научная новизна работы заключается в следующем: на уровне современных знаний обобщены и систематизированы обширные данные о состоянии и составе минеральных лечебно-столовых вод на территории Чувашской Республики; о представлена пространственная модель взаимодействия процессов формирования и циркуляции различных потоков подземных вод. динамики и особенностей взаимодействия вод различных горизонтов; впервые выявлены участки поступления глубинных вод в пределы эксплуатируемых горизонтов пресных и минеральных вод; о разработана система прогноза процессов истощения минеральных вод, а также процессов техногенного и природного загрязнения подземных вод. Предметом защиты являются следующие положения:

1. Способ выделения участка внедрения глубинных вод на основе изотопно-гидрохимических методов исследований для выявления подземных минеральных вод в северной части Токмовского свода.

2. Компановка проявлений и месторождений минеральных вод на исследованных территориях имеет локальный характер в связи с точечным внедрением глубинных вод и смешением их с пластовыми водами.

3. Материалом образования минеральных лечебно-столовых вод уржумского водоносного комплекса являются пластовые и глубинные воды, поступающие из активных участков Горьковско-Кильмезской линеаментной и Чувашской региональной неотектонической зон.

Практическая значимость работы определяется следующими результатами:

1. Создана единая база данных минеральных лечебно-столовых и столовых вод по Чувашской Республике с результатами химических анализов, полученных за последние 30 лет.

2. Выполнена типизация 15 минеральных лечебно-столовых вод Чувашской Республики исследуемой территории по их аналогам в России и за рубежом.

3. Выявленные закономерности формирования минеральных лечебно-столовых вод обеспечат:

- возможность оптимизации поисков и разведки месторождений минеральных вод;

- обоснованное использование методов типизации и аналогии минеральных лечебно-столовых вод для прогнозирования условий их залегания;

- выдачу научно обоснованных рекомендаций по дальнейшему расширению санаторно-курортной отрасли в Чувашской Республике и сети предприятий промышленного розлива столовых и лечебно-столовых минеральных вод питьевого назначения.

4. Результаты исследований рекомендуются к использованию в учебном процессе на геологических факультетах высших учебных заведений при чтении курсов «Минеральные воды», «Общая гидрогеология», «Динамика подземных вод» и других, читаемых для студентов по направлению «Геология» и специальности «Гидрогеология и инженерная геология».

Личный вклад автора. Автор диссертации в период своей производственной и научной деятельности, начиная с 1997 года и по настоящее время, был руководителем или ответственным исполнителем тем во время полевых экспедиционных и тематических научно-исследовательских работах.

Все материалы исследований, положенные в основу диссертации, обработаны автором лично. Все результаты и выводы получены им самостоятельно. В работах, написанных в соавторстве, выполнен сбор, обработка и обобщение материалов. Материалы, представленные в данной работе без библиографических ссылок, принадлежат автору.

В 2006 году за разработку проекта «Внедрение метода прогнозирования и процессов загрязнения подземных вод» коллективу НИИ, (автор диссертации -один из соавторов внедрения этого метода) присуждено 1-е место на Республиканском (Чувашском) конкурсе за лучший инновационный проект и научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы Министерством экономического развития и торговли Чувашской Республики и Торгово-промышленной палаты Чувашской Республики.

В 2007 году коллективу сотрудников НИИ, в т.ч. Иванову А.Ф., за отличное представление научных разработок в области использования и охраны водных ресурсов, технологий водосбережения и вклад в сохранение национального богатства России — водных ресурсов, оргкомитетом IX Международного симпозиума и выставки «Чистая вода России-2007» вручен диплом Лауреата премии рыцаря науки A.M. Черняева.

Четыре сотрудника института (в т.ч. автор диссертации) награждены дипломами Министерства природных ресурсов Российской Федерации за участие в конкурсе «Рациональное природопользование и охрана окружающей среды — стратегия устойчивого развития России в XXI веке» за работу «Изотопно-гидрогеохимическая технология выявления участков глубинной опасности загрязнения пресных подземных вод на Русской платформе».

Публикации и апробация результатов исследований. По теме диссертационных исследований опубликовано 11 печатных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, включенных в перечень ВАК.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 8 конференциях, симпозиумах и конгрессах различного ранга:

- республиканские научно-практические конференции Минприроды Чувашии (Чебоксары, 1998) и Минэкологии Чувашии (Чебоксары, 1998); межрегиональные научно-практические конференции «Санаторно-курортная система как важный фактор профилактики, реабилитации и оздоровлепия населения» (Чебоксары, 1999) и «Инновации в образовательном процессе» (Москва, 2006);

- Международная конференция «Устойчивое развитие: природа-общество-человек» (Москва, 2006);

- VII Международный конгресс «Вода: экология и технология» (Москва,

2006);

- IX Международный симпозиум и выставка «Чистая вода России-2007» (Екатеринбург, 2007);

- XII научной конференции «Памяти П.И. Чирвинского» (Пермь, 2009)

Полные тексты докладов опубликованы в материалах соответствующих научных форумов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и библиографического списка, включающего 67 наименований. Объем диссертации 117 страниц машинописного текста, содержащего 27 рисунков и 10 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Гидрогеология", Иванов, Анатолий Федорович

7. Выводы, сделанные из результатов настоящей работы, применительно к месторождениям минеральных вод Волго-Сурского артезианского бассейна, могут быть использованы и для других артезианских бассейнов, близких к рассматриваемому (Ветлужского, Сурско-Хоперского, Московского и др.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате изучения условий образования подземных минеральных вод на основе изотопно-гидрохимических методов (на примере Чувашской минеральной провинции) получены следующие результаты:

1. Анализ результатов комплексных уран-изотопных и микроэлементных гидрохимических исследований свидетельствует, что минеральные воды на "Сюк-терском" (западном) участке Чебоксарского месторождения минеральных вод и известные проявления минеральных вод в Вурнарском районе Чувашской Республики образованы в результате смешения пластовых вод уржумских отложений с глубинными водами, поступающими на трещиновато-ослабленных участках. Глубинные воды характеризуются повышенным содержанием бора и лития.

2. Автором предложен новый методический подход, на основе комплексных уран-изотопных и микроэлементных гидрохимических методов, для получения пространственной модели условий образования и циркуляции подземных минеральных вод и оценки экологического состояния этих вод в северной части Ток-мовского свода.

3. Выявленные закономерности условий образования подземных минеральных лечебно-столовых вод обеспечат: выбор оптимальных режимов эксплуатации участков месторождений минеральных вод; уточнение генезиса минеральных вод; определение сопредельных площадей - перспективных на выявление новых участков месторождений; выполнение оценки степени защищённости минеральных лечебно-столовых вод от природного и техногенного загрязнения.

4. На основе обобщения и систематизации обширных данных о состоянии и составе минеральных лечебно-столовых вод па территории Чувашии, автором впервые проведена типизация питьевых минеральных вод подземной гидросфере Чувашии VII, IX, XIII, XIV, XVII и XXX групп и выделено 15 типов их аналогов в

России и за рубежом. На основе комплекса физико-химических, геологических и бальнеологических признаков проведено разделение их на отдельные группы и типы. Автором выявлены шесть новых типов минеральных питьевых лечебно-столовых вод (15 скважин), из которых 14 источников относятся к группе без «специфических» компонентов и свойств, а один источник отнесен к железистой группе лечебных минеральных вод, что позволило значительно расширить гидроминеральную базу республики.

5. Результаты исследований рекомендуются к использованию в учебном процессе на геологических факультетах высших учебных заведений при чтении курсов «Минеральные воды», «Общая гидрогеология», «Динамика подземных вод» и других, читаемых для студентов бакалавриата по направлению «Геология» или студентам, обучающимся по специальности «Гидрогеология и инженерная геология».

6. Развитие и практическая реализация представленных положений и идей, связанных с комплексным изучением минеральных вод Чувашии является основой для дальнейшего расширения санаторно-курортной отрасли в Чувашской Республике и сети предприятий промышленного розлива лечебно-столовых и столовых минеральных вод питьевого назначения.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Иванов, Анатолий Федорович, Пермь

1. Абдрахмаиов Р.Ф., Попов В.Г. Минеральные лечебные воды Башкортостана. Уфа.: "Гилем", 1999. 298 с.

2. Авцын А.П. Микроэлементозы человека: этология, классификация, органопа-тология / АМН СССР, М., Медицина, 1991. 496 с.

3. Аналитическая химия урана. Серия: Аналитическая химия элементов. М.: Изд-во АН СССР, 1962. - 431 с.

4. Аналитическая химия урана и тория. Серия: Аналитическая химия элементов. М.: Изд-во АН СССР, 1960. - 296 с.

5. Бондаренко С.С. Йодо-бромные воды Поволжья и Прикамья // Советская геология. 1959. № 12. С. 88-100.

6. Брылии О.П., Голева Р.В. Природная радиоактивность отложений осадочного чехла Русской платформы / В сб.:Геоэкол. иссл. и охр. недр. Вып.З. М., 1994. С.11-15.

7. Горбачев В.М., Замятин Ю.С., Лобов А.А. Основные характеристики изотопов тяжелых элементов. / Справочник. Изд-е 2-е. М.: Атомиздат, 1975.-208 с.

8. ГОСТ 13273-88 "Воды минеральные питьевые, лечебные и лечебно-столовые". М.: Издательство стандартов, 1988.

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

10. Иванов А.Ф. Минеральные питьевые воды Чувашской Республики // Научно-практический журнал Министерства здравоохранения Российской Федерации «Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физкультуры». 1998. №3. С. 38-41.

11. Иванов А.Ф. Новые минеральные воды Чувашской Республики // Известия Национальной академии наук и искусств Чувашской Республики, Чебоксары. 1998. №3. С. 78-84.

12. Иванов JI.H., Тихонов А.И., Скворцов С.Е., Егоров С.П., Иванов А.Ф. Радоновые воды в районе г. Чебоксары // Известия национальной академии наук и искусств Чувашской Республики. Чебоксары. 1997. № 2. С. 120-126.

13. Кадастр минеральных вод СССР. 1987.

14. Каледа К.Г., Цеховский Ю.Г., Муравьев В.И. БабушкинД.А. Следы разгрузки раннекайнозойских гидротерм на Русской платформе // Докл. РАН. Т. 349. № 1. С. 74-77.

15. Куликов В.Г., Жевлаков А.В., Бондаренко С.С. Минеральные лечебные воды СССР. М.: Недра, 1991.

16. Крайнов С.Р., Швец В.М. Основы геохимии подземных вод. М.: Недра, 1980. -285 с.

17. Методическое руководство по уран-изотопному моделированию динамики подземных вод в условиях активного водообмена / Сост.: Чалов П.И., Тихонов А.И., Васильев И.А., Светличная Н.А. Бишкек: Илим, 1991. 88 с.

18. Насолодин В.В., Дворкин В.А., Куркова М.Д. Биодоступность микроэлементов и взаимодействие их в процессе обмена в организме (обзор) // Гигиена и сан., 1994, № 9.- С. 12-15.

19. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных водосистем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Санитарные правила и нормы. СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода». М.: Госкомэпиднадзор России, 2001.

20. Пронин А.П. Активные глубинные разломы центральной части Русской платформы и их геоэкологическое значение / В сб.: Геоэкол. иссл. и охр. недр. -Вып.З. М.,1994. с.3-11.

21. Разведка месторождений минеральных подземных вод. Под редакцией Г.С.Вартаняна. М.: Недра, 1990.

22. Справочное руководство гидрогеолога. / Под редакцией В.М.Максимова/. Л.: Недра, 1979.

23. Справочник по радиометрии / Под ред. В.И. Баранова. М.: Госгеолиздат, 1957. 199 с.

24. Силин-Бекчурин А.И. О куполообразном залегании минерализованных вод в долинах рек Камы и Волги / Советская геология. 1954. № 4. С. 95-103.

25. Суворов JI.И. Глубинные разломы платформ и геосинклиналей. М.: Недра, 1973.-214с.

26. Сыромятников Н.Г. К вопросу использования изотопного отношениядля интерпретации урановых аномалий в рыхлых образованиях // Атомная энергия. 1965. Т. 19. Вып. 2. С. 23-30.

27. Тихонов А. И., Голицын М. С. Геоэкологическая ситуация в районе Чебоксарского месторождения подземных вод // Тез. докл. Всерос. науч. практ. конф. «Геоэкол. картографирование», 24-27 февраля 1998 г., ВСЕГИНГЕО, 1998, с. 61-63.

28. Тихонов А.И., Дуев Д.С., Васильев А.В. Закономерности пространственных изменений гидрохимических показателей подземных вод на территории Вурнарского района Чувашской Республики // Изв. НАНИ ЧР. Естеств. науки. 2000. №2, с. 168-182.

29. Тихонов А.И., Егоров С.П., Скворцов С.Е., Васильев А.В., Николаев А.К., Легкая М.М., Орлов С.А. Модель циркуляции подземных вод в зоне влияния равнинного водохранилища на основе уран-изотопных данных // Водные ресурсы, 1998. Том 25. № 4. С. 405-412.

30. Тихонов А.И., Скворцов С.Е., Егоров С.П., Иванов А.Ф., Васильев А.В., Николаев А.К., Орлов С.А. Формирование радоновых вод в районе г. Чебоксары // Журнал «Геохимия». 1999. № 2. С. 201-206.

31. Тихонов А.И., Толстихин Г.М., Чалов П.И. Уран-изотопный метод изучения процессов техногенного загрязнения подземных вод (на примере отстойника химического предприятия) // Водные Ресурсы. 1991. № 2. С. 196-203.

32. Тихонов А.И., Чалов П.И., Сухопаров А.И. Использование изотопов урана для изучения взаимосвязи водоносных горизонтов // Водные ресурсы, 1986, № 6, с. 28-36.

33. Чалов П.И. Изотопное фракционирование природного урана. Фрунзе: Илим, 1975.-236 с.

34. Чалов П.И., Тихонов А.И., Толстихин Г.М., Светличная Н.А., Васильев И.А. Региональные модели формирования и циркуляции подземных вод межгорных впадин на основе уран-изотопной информации //Водные Ресурсы. 1987. № .

35. Чалов П.И., Тузова Т.В., Тихонов А.И., Меркулова К.И., Свегличная Н.А. Неравновесный уран как индикатор при изучении процессов формирования и циркуляции подземных вод // Геохимия. 1979. № 10. С. 1499-1507.

36. Чердыпцев В.В. Уран-234. М.: Атомиздат, 1969. - 299 с.

37. Чердыпцев В.В., Чалов П.И. Естественное разделение 234U и 238U / Открытия в СССР (сборник кратких описаний открытий, внесенных в Государственный реестр СССР). М.: ЦНИИПИ. 1977.

38. Шатский Н.С. Тектоническая карта СССР. М.:Наука, 1953.

39. Brinkman J.A. On the nature of radiation damaga in metals //J.Appl. Rhys. 1954. V.25. № 8.

40. Fleischer R.L., Raabc O.G. Recoiling alpha-emitting nuclei mechanisms for uranium-series disequilibrium //Geochim. et Cosmochim. Acta. 1978. V.42. № 7.

41. Kaufman M.I., Rudell H.S., Osmond J.K. 234U/238U disequilibrium as an aid to hydrologic study of the Floridian aquifer // J. Hydrology, 1969, v.9. № 3, p.374-386.

42. Kronfeld J., Adams J.A.S. Hydrology investigation of Central Texas using 234U/238U disequilibrium // J. Hydrology. 1974. V. № 1-2. P. 77-88.

43. Osmond J.K., Gowart J.B. The theory and uses natural uranium isotopic Variations in hydrology // Atomic Energy Review, 1976. V. 144. P. 621-679.

44. Szabo B.J. Extreme fractionation of 234U/238U and 230Th/234Th in spring waters, sediments and fossile at the Pomme de Valley, Southwestern Missouri // Geochim. et Cosmochim. Acta, 1986. V. 46. № 9. P. 1675-1679.209 c.1. C.133-141.1. P.973-978.