Минеральные воды Хэнтэй-Даурского свода

Глава 1. История исследований минеральных вод Хэнтэй-Даурского свода
В главе дан исторический обзор исследований минеральных вод ХДС, отмечены ученые, внесшие наиболее значительный вклад в изучение данной проблемы.
Глава 2. Природные условия
В главе изложена обобщенная информация о ландшафтных факторах (климате, гид- рографии, распространении многолетнемерзлых пород) и геолого-структурных услови- ях территории, включая историю геологического развития и характеристику современ- ных гидрогеологических структур Хэнтэй-Даурского свода.
Глава 3. Условия формирования минеральных вод
Автором диссертации минеральные воды, распространенные в пределах Хэнтэй- Даурского свода, разделены, в первую очередь, по температурному признаку. Выделе- ны термальные и холодные воды. Холодные минеральные воды, в свою очередь, по га- зовому и химическому составу разделены на углекислые и сульфидные (с повышенным содержанием сероводорода). Кроме того, выделен тип субминеральных вод. К нему от- несены воды, которые пользуются популярностью у местного населения как целебные, но не содержат в своем составе значимых количеств бальнеологически активных ве- ществ. Такое разнообразие типов минеральных вод определяется сложностью геолого- структурных и физико-географических условий района. ХДС относится к территориям (Дислер В.Н., 1971), где трудно отчетливо выделить границы определенных гидроми- неральных провинций (рис. 1).
Рис. 1 Карта мине- ральных вод ХДС. Гидроминеральные области:
I – азотных тер- мальных вод;
II – углекислых хо- лодных вод;
III – предполагае- мого развития азот- ных вод.
Термальные азотные воды. К этому типу автором отнесены как воды с температурой выше 20 °С, так и ряд других источников с более низкой температурой, но названные «теплыми» исследователями прошлых лет. Наиболее высокая температура зафиксиро- вана в источнике Халуун-Ус (86 °С). Источники термальных вод разгружаются на абс. отметках 1070-1470 м и связаны с зонами тектонических нарушений (рис. 2).
Рис. 2. Схематическая карта и разрез места выхода вод Верхне-Ингодинского термального источника:
1 – четвертичные аллювиальные отложения. Галечники; 2 – нижний карбон. Уртуйская свита. Песчани- ки, алевролиты, конгломераты; 3 – пермо-триасовые интрузии. Граниты, гранодиориты; 4 – источник термальных вод; 5 – разломы, выделенные по геологическим предпосылкам; 6 – направление потока подземных вод; 7 – линия разреза.
По своему химическому составу акратотермы Хэнтэя гидрокарбонатные натриевые и относятся к былыринскому типу. Они являются аналогами термальных вод Хангай- ского сводового поднятия, относящегося к области кайнозойской тектоно- магматической активизации, формирование которой также происходит в условиях сжа- тия. Дебит источников термальных вод обычно небольшой, стабилен во времени и мало зависит от метеорологических условий, что свидетельствует о значительной глубине циркуляции этих вод. С использованием кремниевого геотермометра рассчитаны значе- ния глубинных температур азотных гидротерм (91-148 °С), а глубина их формирования составляет 3,4-5,5 км.
Характерным признаком термальных вод является повышенное содержание кремнекислоты (более 200 мг/л H4SiO4) и фтора (более 10 мг/л). Кроме того, важным компонентом, имеющим бальнеологическое значение, является сероводород, содержа- щийся в гидротермах ХДС в основном в виде гидросульфид-иона. Микроэлементный состав азотных термальных вод в целом отражает геохимические особенности вмеща- ющих пород.
В газовом составе термальных вод преобладает азот, имеющий в основном атмо- сферное происхождение, хотя возможность участия в этом эманаций глубоких недр не может исключаться.
Холодные углекислые воды. К углекислым водам отнесены воды, в составе которых содержится не менее 500 мг/л растворенного диоксида углерода. В настоящее время на изучаемой территории известно 28 проявлений вод данного типа. Они имеют низкую
температуру, что объясняется приуроченностью их выходов к пониженным участкам местности, где развиты многолетнемерзлые породы. Большинство углекислых вод тер- ритории приурочены к гранитам и гранодиоритам и связаны с зонами разломов (рис. 3).
Существует несколько гипотез генезиса углекислоты – термометаморфический, ор- ганический и глубинный. Для изучаемой территории автор, опираясь на результаты изотопного анализа углерода, предполагает глубинный характер происхождения СО2. Подробнее этот вопрос рассмотрен в 4 главе диссертации.
Рис. 3. Схема участка разведки углекислых вод Уланбаторского месторождения (Оргил) и геолого- гидрогеологический разрез по линии I-I [Писарский, Ганчимэг, 2007, с изменениями автора]: 1 – чет- вертичные отложения. Галечник, пески, суглинки; 2 – водоносные валунно-галечные прослои; 3 – сред- ний палеозой. Песчаники, сланцы; 4 – герцинские гранитоиды; 5 – блоковые тектонические смещения; 6 – пути движения углекислых вод; 7 – скважина (номер и глубина); 8 – линия разреза.
Углекислые источники имеют гидрокарбонатный состав. Среди катионов обыч- но преобладает кальций, т.е. данные воды являются аналогами дарасунов Восточно- го Забайкалья. При рассмотрении содержаний углекислоты и величин минерализа- ции отчетливой зависимости между этими параметрами не выявлено. Одним из ха- рактерных компонентов химического состава углекислых вод, определяющих их бальнеологическую ценность, является железо. Наибольшее содержание общего же- леза в водах изучаемой территории составило 39,3 мг/л. Кроме того, здесь отмеча- ются повышенные содержания марганца, лития и др. микроэлементов. Практически все они содержатся в виде комплексных соединений с органическими лигандами, поэтому, даже при незначительных концентрациях принимают активное участие в биохимических процессах. Это обусловливает бальнеологическую ценность минеральных вод данного типа (Шпейзер, 1992).
Холодные воды с повышенным содержанием сероводорода. В пределах изучаемой территории к типу холодных вод с повышенным содержанием сероводорода отнесены воды с относительно низкой температурой (т.е. не относящиеся к термальным), в кото- рых отмечено повышенное содержание сероводорода. На территории ХДС зафиксиро- вано 9 проявлений вод данного типа. К собственно сероводородным они не могут быть
отнесены, так как содержание сульфидной серы в них не превышает бальнеологической нормы 10 мг/л. Исключение представляет источник Бооролжут, где суммарное содер- жание H2S+HSˉ составляет 18,87 мг/л. В соответствии с величиной рН, сероводород в минеральных источниках территории содержится в основном в виде гидросульфид- иона. Минерализация воды варьирует от 0,17 до 1,9 г/л. Химический состав воды раз- нообразен. Для сульфидных вод ХДС характерно повышенное содержание бора, лития, вольфрама, меди, молибдена и некоторых других микроэлементов.
Генезис сероводорода, скорее всего, связан с деятельностью сульфатредуцирующих бактерий (Яроцкий, 1960; Плотникова, 1981). По-видимому, эти минеральные воды яв- ляются своеобразными реликтами гидротерм. В пользу этого предположения свиде- тельствуют повышенные содержания фтора и кремнекислоты, весьма своеобразный химический состав и высокая концентрация растворенного гелия. Так, например, в воде источника Нижний Салбартуй содержание гелия на дату обследования составило 1,9х10-1 мл/л (при величине атмосферного фона 5,2х10-5 мл/л). В целом, для территории Хэнтэй-Даурского свода, микроэлементному составу холодных вод с повышенным со- держанием сероводорода присущи те же специфические черты, что и для азотных тер- мальных вод. Это подтверждает сходство условий формирования обоих типов мине- ральных вод.
Холодные субминеральные воды. К данному типу отнесены воды, в составе которых, в соответствии с современной степенью изученности, не содержатся нормативные ко- личества бальнеологически активных компонентов. Тем не менее, источники таких вод пользуются большой популярностью у местного населения в качестве лечебных. Для определения бальнеологической ценности таких вод требуются серьёзные исследования специалистами-медиками. Воды этих источников пресные, различного химического со- става. Отмечено повышенное содержание некоторых микроэлементов (литий, цезий, бор, барий, стронций). Возможно, в дальнейшем, более детальные исследования позво- лят уточнить состав воды субминеральных источников и отнести их к какому-либо типу минеральных вод.
Разнообразие химического состава всех изученных типов минеральных вод показа- но на рисунке 4. Видно, что основным анионом во всех водах Хэнтэй-Даурского свода является гидрокарбонат, а катионный состав имеет широкие вариации. В термальных водах в основном преобладает натрий, а в холодных чаще всего основными катионами являются щелочноземельные металлы.
Газовый состав. Состав газов, содержащихся в минеральных водах, является одной из их важнейших характеристик, определяющих особенности взаимодействия в системе «вода-порода», формирование химического состава и, в практическом смысле, бальнео- логические свойства. На территории ХДС распространены минеральные воды 2х про- винций – азотных и углекислых с преобладанием соответствующих газов (Дзенс- Литовский, Толстихин, 1937). В отдельных водопунктах зафиксировано повышенное содержание метана и водорода.
Рис. 4 Совмещенный график химического состава подземных минеральных вод различных типов Хэнтэй-Даурского свода: ● – термальные азотные; ● – холодные углекислые; ● – с повышенным со- держанием сероводорода; ● – субминеральные
Отдельно рассмотрено содержание гелия (табл. 1), как индикатора связи подземных вод с тектоническими разломами.
Таблица 1. Содержание растворенного гелия в воде минеральных источников Дата опробо- Содержание Превышение
Источник вания Не, мл/л атмосферного фона *
1234 Термальные азотные воды
Их-Онон Верхне-Ингодинский Былыра (скважина) Семиозерский
12 ключей (Улуриский) Кыринский зимний Талачинский
Естий
Ероо
Куналейский-2
28.03.2007 08.07.2008 15.07.2008 10.02.2009 13.02.2009 13.02.2009 30.04.2010 02.08.2010 18.08.2011 19.09.2013
1,93 х 10-3 37,1 1,32 х 10-2 254 2,05 х 10-2 394 8,61 х 10-3 166 1,74 х 10-3 33,5 9,28 х 10-3 178 8,76 х 10-3 168 6,37 х 10-3 122 3,15 х 10-2 606 2,84 х 10-3 54,6
Шахта Бэрх Дашлинг
Шийр Овор-Жанчивлин Ар-Жанчивлин Оргил
Тарс Джильберийский
30.07.2001 02.08.2001 02.08.2001 08.08.2001 09.08.2001 19.08.2002 28.03.2007 28.06.2012
2,03 х 10-4 3,9 1,28 х 10-4 2,5 5,2 х 10-4 10
5,6 х 10-4 10,8 2,15 х 10-2 413 3,5 х 10-4 6,7 5,48 х 10-3 105
1,76 х 10-4 3,4
Холодные углекислые воды
10

Продолжение таблицы 1 1234
Ямаровка 18.09.2013 Мордойский 30.08.2014 Минж 08.08.2015
2,89 х 10-4 5,6 6,74 х 10-5 1,3 5,2 х 10-5 1
Холодные воды с повышенным содержанием сероводорода
Бооролжут
Ендинский
Нижний Салбартуй
Падь Нижний Дылбыркен
07.08.2001 12.07.2008 15.07.2008 29.08.2014
5,2 х 10-5 1 3,12 х 10-2 600 1,90 х 10-1 3654 3,14 х 10-3 60,4
Холодные субминеральные воды Шивычинские Талачи 14.07.2008 6,02 х 10-5 1,2
Яшновский 29.08.2014 2,85 х 10-3 54,8
* – величина атмосферного фона составляет 5,2х10-5 мл/л (Писарский, Ганчимэг, 2007).
Наиболее высокие содержания гелия отмечаются в азотных термах. Это объясняет- ся приуроченностью очагов разгрузки термальных источников к разломам глубокого заложения.
В холодных углекислых водах гелия содержится значительно меньше, хотя в от- дельных источниках отмечается значительное превышение атмосферного фона.
Исключительно высокая концентрация гелия отмечается в воде источника Нижний Салбартуй (превышение атм. фона в 3654 раза). В Ендинском источнике, также харак- теризующимся повышенным содержанием сероводорода, гелия содержится в 600 раз выше фона. Это может свидетельствовать о том, что воды этих источников, так же как и термы, связаны с глубокими разломами.
Результаты исследований, изложенные в главе 3, подтверждают первое защищае- мое положение о распространении в пределах Хэнтэй-Даурского свода четырех типов минеральных вод: термальные азотные, холодные углекислые, холодные с повышенным содержанием сероводорода и холодные субминеральные.
Глава 4. Изотопный состав минеральных вод
Изучение изотопного состава природных вод является одним из приоритетных направлений современной гидрогеохимии. При исследованиях условий формирования минеральных вод, наряду с изотопным составом элементов, непосредственно форми- рующих молекулу воды (кислород и водород), весьма информативными являются дан- ные об изотопах растворенных веществ, в частности гелия и углерода.
Изотопный состав водорода и кислорода может служить критерием для установле- ния генезиса минеральных вод. На рис. 3 показана зависимость содержания дейтерия от кислорода-18. Все точки изотопного состава лежат в непосредственной близости от линии метеорных вод Крейга. Это позволяет утверждать, что основная масса воды минеральных источников ХДС имеет атмосферное происхождение.
Тем не менее, существует мнение, что в мантийных, а возможно, и в более глубоких очагах могут формироваться ювенильные водные флюиды, а информация об относи- тельном содержании тяжелых изотопов дейтерия и кислорода-18 на современном этапе
11

не может служить четким диагностическим признаком генезиса природных вод (Хау- стов и др., 2010).
Рис. 3. Зависимость содержания δD от δ18О в минеральных водах ХДС
Определение изотопного состава углерода производилось в гидрокарбонат-ионе (δ13CDIC), а также в свободном углекислом газе (δ13ССО2) с целью выявления источников поступления углекислого газа. Из таблицы 2 видно, что значение δ13С для углекислых вод ХДС попадает в интервал, соответствующий глубинному генезису СО2 (Челноков, Харитонова, 2008). На основании полученных результатов автор настоящей работы склоняется к мнению о глубинном характере генезиса СО2 в углекислых источниках территории и согласен с авторами статьи [Шварцев и др., 2017], что дальнейшие иссле- дования покажут, является ли он коровым либо мантийным.
-80
-90 -100 -110 -120 -130
-19 -18
δ18О smow, ‰
-17 -16 -15 -14 -13 -12
y = 7,7411x + 6,7919 R2 = 0,9868
← Линия Крейга
Таблица 2. Изотопный состав углерода углекислых вод ХДС
Водопункт
t°воды, °C
СО2, мг/л
TDS, г/л
δ13ССО2, ‰ (PDB)
δ13СDIC, ‰ (PDB)
Мордойский кислый ключ Источник Джильберийский Скважина, курорт Ямаровка Скважина, курорт Оргил Источник Минж
13,0 293 4,7 537 4,5 2086 4,1 399 1,4 2112
0,229 0,637 1,61 1,03 0,709
–
–
–
–
– 13,2
– 10,0 – 8,7 – 8,4 -10,7 – 11,8
Гелий. По величине отношения 3Не/4Не можно оценивать долю глубинной (ман- тийной) составляющей в минеральных флюидах и рассчитывать значения теплового по- тока для различных регионов. Считается, что гелий является единственным компонен- том минеральных вод, в котором примесь ювенильного вещества устанавливается вполне однозначно (Кононов, Поляк, 1982). На территории Хэнтэй-Даурского свода при участии автора был отобран ряд проб для определения изотопного состава гелия. Кроме того, в пробах исследуемых водопунктов измерялось отношение 4Не/20Ne для введения поправки на контаминацию атмосферным воздухом (табл. 3).
δD smow, ‰

Таблица 3. Изотопный состав Не в растворенном газе минеральных вод й
Источник
3Не/4Не, измер.
4Не/20Nе, измер.
3Не/4Не, ис- прав-ленны
% мантий-
ного Не
Тепловой поток (q), мВт/м2
12 ключей Кыринский зимний Былыра, скв.
Былыра, ист. Семиозерский Шивычинские Талачи Верхне-Ингодинский Нижний Салбартуй Ендинский
Их-Онон, (t = 56°C) Их-Онон, (t = 86°C) Тарс
Урт
Оргил*
Ямаровка** Куналейский-2** Хохряковский**
3,75х10-7 2,72х10-7
3,4 65 2,4 62
1,9 60 0,8 53 1,0 55 3,0 64 1,7 60
0,5 50
0,6 51
0,4 47 0,3 45 2,8 63 17 78 10 73 8,6 72 0,7 52 0,4 48
4,05х10-7 11 2,76х10-7 92 2,16х10-7 109
9,4х10-8 61,8
1,2х10-7 78,4
9,6х10-7 0,54
2,0х10-7 51,6
6,0х10-8 330
8,0х10-8 46,1
4,4х10-8 100
3,4х10-8 233
3,3х10-7 31,7
1,9х10-6 — 1,1х10-6 — 9,6х10-7 244 9,6х10-7 8,1х10-8 54 7,4х10-8 4,5х10-8 412 4,4х10-8
2,13х10-7 8,73х10-8 1,15х10-7 3,34х10-7 1,93х10-7
5,87х10-8 7,09х10-8
3,97х10-8 3,21х10-8 3,19х10-7
* – (Хуторской М.Д. и др., 1991); ** – (Лаврушин В.Ю. и др., 1999).
Величины теплового потока были рассчитаны автором по формуле: q (мВт/м2) = 18,23 lgR + 181,82, где
R – отношение 3Не/4Не (Поляк и др., 1979).
Полученные результаты удовлетворительно согласуются с данными С.В. Лысак и
Р.П. Дорофеевой (2003).
Доля мантийной составляющей определена по формуле:
Нем (%) = 12,5 , где
Ra – атмосферное значение 3Не/4Не, равно 1,4х10-6 (Лысак, Писарский, 1999) Термальным азотным и холодным водам с повышенным содержанием сероводорода соответствуют меньшие значения R, чем углекислым водам. Это означает, что в первых двух типах вод преобладает коровый (радиогенный) гелий, а в углекислых водах ощу-
тимой становится доля мантийной составляющей.
Результаты изотопного анализа подтверждают второе защищаемое положение о
том, что содержание стабильных изотопов водорода и кислорода в минеральных водах свидетельствует об их метеогенном генезисе. Вариации значений изотопа углерода 13С указывают на глубинную природу углекислого газа. Гелий имеет, в основном, коровое происхождение, что подтверждается диапазоном значений отношения 3Не/4Не.
Глава 5. Использование и охрана минеральных вод Хэнтэй-Даурского свода
Основные области практического использования минеральных вод: Теплоэнергетика. По своим температурным характеристикам (более 70 °С) для ис- пользования воды с целью выработки электроэнергии на территории ХДС соответству- ют только гидротермы Халуун-Ус (Их-Онон и Бага-Онон), но их расположение в отда- ленных малонаселенных районах делают такое использование нецелесообразным. На других термальных источниках с температурой воды 35-45 °С может быть организова- но отопление местных зданий. Источники с более низкой (до 30 °С) температурой воды
еще менее перспективны в отношении теплоэнергетического использования.
Добыча гидроминерального сырья. На изучаемой территории экономическую вы- году может представлять добыча СО2 в проявлениях углекислых вод. Примером такого рационального использования природных ресурсов является извлечение углекислого газа из воды курорта Ямаровка с целью дополнительного насыщения им собственных питьевых минеральных вод. Добываемый из скважин, эксплуатирующих минеральные воды, углекислый газ вполне мог бы фасоваться в баллоны и поступать в продажу по- требителям. Добыча других полезных ископаемых (литий, бром и др.) из минеральных вод Хэнтэй-Даурского свода экономически нецелесообразна из-за малой степени соле-
ности.
Бальнеология. В настоящее время на территории Хэнтэй-Даурского свода эксплуа-
тация бальнеологических свойств минеральных вод идет с разной степенью интенсив- ности. Основными курортами, эксплуатирующими минеральные воды, являются дей- ствующие в настоящее время Оргил, Ар-Жанчивлин и Овор-Жанчивлин, расположен- ные в Монголии, а также практически прекратившие существование Ямаровка и Былы- ра – в России. Восстановление инфраструктуры этих знаменитых в недавнем прошлом здравниц должно стать одной из приоритетных задач местных органов власти. На остальных минеральных источниках лечение носит в основном стихийный характер. Отдыхающие посещают их либо круглогодично, либо в отдельные периоды года, что связано с условиями доступности мест выхода минеральных вод.
Охрана минеральных вод
Минеральные воды представляют собой уникальное природное явление, которое кроме бальнеологического применения имеет рекреационное и познавательное значе- ние. Не вызывает сомнения необходимость организации охраны минеральных источни- ков от загрязнения и истощения в условиях все возрастающего техногенного влияния. В диссертации предложена организация практического использования минеральных вод Хэнтэй-Даурского свода в соответствии с природоохранным статусом источников. С этой целью они разделены на 3 группы. В зоне строгого заповедного режима посеще- ние источников допускается лишь в исключительных случаях (проведение охранных мероприятий и научных исследований). В зоне ограниченного заповедного режима источники могут быть включены в туристические экологические маршруты, включаю- щие принятие бальнеологических процедур с обустройством минимальной инфраструк- туры. На базе источников, расположенных в зоне свободного доступа, необходимо раз-
вивать санаторно-курортную сеть, соблюдая весь комплекс природоохранных меропри- ятий.
Это сформулировано в третьем защищаемом положении: практическое использо- вание минеральных вод должно определяться статусом территории, на которой распо- ложены источники.
Заключение
Представляемая диссертационная работа посвящена рассмотрению условий форми- рования и пространственного распределения подземных минеральных вод на террито- рии Хэнтэй-Даурского свода, особенностей химического, газового и изотопного соста- ва, а также актуальным вопросам их современного состояния и перспективам практиче- ского использования. В результате проведенных исследований автор пришел к следу- ющим выводам:
1. Территория ХДС обладает большими запасами минеральных вод различных ти- пов, обладающих качественными характеристиками, соответствующими стандартам, предъявляемым к минеральным водам.
2. На основании данных об изотопном составе водорода и кислорода можно утвер- ждать, что вода всех изученных минеральных источников имеет инфильтрационное (атмосферное) происхождение. Результаты определений содержания стабильного изо- топа 13С свидетельствует о глубинном характере СО2 в холодных углекислых водах. Диапазон значений изотопных отношений 3Не/4Не указывает, в основном, на коровое происхождение водорастворенного гелия.
3. Хэнтэй-Даурский свод является регионом, в котором необходимо развивать ис- пользование гидроминеральных ресурсов, в том числе и в бальнеологии.
4. В условиях нарастающего антропогенного прессинга необходимо предусматри- вать меры по защите минеральных источников от загрязнения и истощения их запасов. Их использование должно определяться статусом территории, на которой расположен конкретный источник.
В Приложении к данной работе приведен каталог проявлений минеральных вод Хэнтэй-Даурского свода, поставленный в задачу исследований.