Минеральные воды Дальнего Востока
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт природных ресурсов
Направление – гидрогеология и инженерная геология
Кафедра ГИГЭ
РЕФЕРАТ
по дисциплине «Минеральные воды»
на тему «Минеральные воды Дальнего Востока»
Выполнил студент
гр. 2190
Проверил доцент
каф. ГИГЭ
Дата проверки ______ ____________ 20__г.
Оценка ___________
Подпись ___________
Томск 2013 г.
Содержание
Введение......................
1. Минеральные
воды Тихоокеанской провинции..
1.1. Корякско-Камчатская
область минеральных вод...........................
1.2. Курило-Камчатская
область минеральных вод...........................
1.3. Сахалинская
область минеральных вод.......
2. Основные
черты происхождения
3. Особенности
распределения элементов в
4. Формы нахождения
микроэлементов................
5. Микроэлементный
состав вод и стандарты
6. Термальные
источники и ключи Камчатки....
Заключение....................
Список литературы....................
Введение
Восточная окраина России изобилует разнообразными типами минеральных вод, в том числе термальными, изученными гидрогеологами в основном в 1960-1980 гг [3]. В данной работе рассмотрены минеральные воды Дальнего Востока, а в частности минеральные воды Тихоокеанской провинции. Интенсивная проявленность процессов молодой и современной вулканической деятельности создала благоприятные условия для формирования углекислых, железистых, купоросных, мышьяковистых, фторсодержащих, борных и кремнистых вод.
В мировой практике исследования минеральных вод все более концентрируются на закономерностях распределения и накопления в них редких и рассеянных элементов в связи с необходимостью соблюдения микроэлементного баланса человеческого организма при питьевом использовании вод. В оценке бальнеологических свойств дальневосточных минеральных вод исследователи опираются, как правило, на соотношение основных ионов и выделение условных групп, в то время как микроэлементный состав детально не рассматривается либо из-за недостаточного количества данных, либо по причине не очень высокой точности используемых до недавнего времени методов анализа.
Цель данной работы – дать развернутую характеристику особенностей микроэлементного состава генетически различных групп вод Дальнего Востока, в том числе и используемых в настоящее время в бальнеологических целях.
1.
Минеральные воды
Провинция занимает территорию складчатых сооружений Тихоокеанского пояса. В ее пределах выделяются Корякско-Камчатская, Курило-Камчатская и Сахалинская складчатые системы. Провинция минеральных вод Тихоокеанского пояса отличается от всех других провинций высокой активностью в мезозое и кайнозое, проявлением гипербазит-базитового магматизма.
Камчатская и курильская складчатые области отличаются наличием современных действующих вулканов, которые определяют особенности гидрогеологических условий этой провинции.
В пределах провинции выделяют Корякско-Камчатскую, Курило-Камчатскую и Сахалинскую области минеральных вод.
Интенсивная проявленность процессов молодой и современной вулканической деятельности создала благоприятные условия для формирования углекислых, железистых, купоросных, мышьяковистых, фторсодержащих, борных и кремнистых вод.
Отсутствие в пределах провинции эвапоритовых отложений определило неблагоприятные условия для формирования сероводородных вод (исключая фумаролы). По той же причине не получили развитие высококонцентрированные рассолы хлоридного натриевого состава. Преобладание в составе магматических пород базитов и гипербазитов не способствовало концентрированию радиоактивных элементов, что явилось основной причиной бедности провинции радоновыми водами [4].
1.1. Корякско-Камчатская область минеральных вод
Данная область включает в себя южную часть Корякского нагорья и западную половину Камчатки. От Монголо-Охотской складчатой системы на западе она отделяется глубинным разломом. Другой глубинный разлом вдоль Срединного хребта Камчатки (Главный Камчатский разлом) отделяет ее от Курило-Камчатской области.
Корякско-Камчатская область характеризуется большим разнообразием гидрогеологических условий. В пределах складчатого фундамента водоносны лишь зоны разломов и верхняя трещиноватая (до глубины 150 м) зона свободного водообмена.
В кристаллических, метаморфических и вулканических породах комплекса основания формируются углекислые воды и кремнистые термы, приуроченные к зонам глубинных разломов. На локальных участках формируются мышьяковистые, купоросные и фторсодержащие воды. По химическому составу они гидрокарбонатные или гидрокарбонатно-хлоридные кальциево-натриевые с минерализацией 1-5 г/л.
За счет внедрения молодых вулканитов водоносный комплекс геосинклинального этажа характеризуется наличием углекислых вод и кремнистых терм пластово-трещинного и пластово-порового типов [4].
1.2. Курило-Камчатская область минеральных вод
Данная область имеет домеловое складчатое основание, сложенное терригенными и кремнистыми породам, сланцами, роговиками и кварцитами, прорванными гранитоидами, габброидами и сиенитами.
Курило-Камчатская область характеризуется интенсивными проявлениями современной вулканической деятельности. Водоносный комплекс основания имеет выходы на поверхности лишь в пределах Восточно-Камчатского антиклинория. На большей ее части развит водоносный комплекс, приуроченный к породам геосинклинального этажа. В кристаллических и метаморфических породах основания источники углекислых и азотных кремнистых терм разгружаются по отдельным зонам разломов. В водоносном комплексе геосинклинального этажа состав минеральных вод наиболее разнообразный. Выделяются четыре основных генетических типа минеральных вод: сероводородно-углекислые (фумарольные), азотно-углекислые, углекислые и азотные щелочные термы.
Фумарольные термы формируются, как правило, вблизи активных вулканических очагов. Они находятся в кратерах, кальдерах и глубинных трещинах на склонах действующих вулканов. Процессы выщелачивания вулканических пород кислыми приводят к обогащению последних различными элементами.
Углекислые термальные воды формируются в пределах артезианских и адартезианских бассейнов с глубоким залеганием водоносных горизонтов. Они имеют пестрых химический состав относительно невысокую температуру. Азотные щелочные кремнистые термы формируются в зонах глубинных разломов за пределами очагов вулканизма [4].
1.3.
Сахалинская область
Данная область представляет собой кайнозойскую складчатую систему. Основанием ее служат мезозойские (доальбские) складчатые структуры, а также более древние сложнодислоцированные образования (сланцы, филлиты, кварциты). Мощность их достигает 3 км.
Сахалинская область представляет собой систему синклинорных и антиклинорных зон, протягивающихся в субмеридиональном направлении. Водоносный комплекс складчатого основания имеет локальное распространение в пределах Центрального и Восточно-Сахалинского антиклинориев и Сусунайского горста. Минеральные воды в этом комплексе встречаются довольно редко и приурочены к отдельным зонам разломов. Богатством типов минеральных вод отличатся водоносные комплексы геосинклинального и орогенного этажей. Они имеют большую мощность в пределах синклинорных зон, являющихся межгорными артезианскими бассейнами.
Наибольшим разнообразием минеральных вод отличаются верхнемеловой-палеогеновый (геосинклинальный) и неоген-четвертичный (орогенный) водоносные комплексы. В геосинклинальном водоносном комплексе наиболее известны углекислые гидрокарбонатные натриевые воды. Отдельными скважинами в верхнемеловом-палеогеновом водоносном комплексе вскрыты ходы хлоридного натриевого состава. Йодобромные воды распространены в прибрежно-морских отложениях миоцена Северо-Сахалинского артезианского бассейна.
В связи с проявленностью сульфидов железа, мышьяка, соединений фтора и бора, в орогенном водоносном комплексе имеют развитие железистые, купоросные, мышьяковистые, фторсодержащие и борные воды [4].
2. Основные черты происхождения минеральных вод Дальнего Востока
Большинство проявлений углекислых вод приурочено к трещинно-жильным системам, по которым они поступают в верхнюю трещиноватую зону, аллювиально-поровые отложения или к напорным горизонтам малых артезианских бассейнов. Воды могут иметь открытые выходы на поверхность или быть экранированы глинистыми отложениями. В последнем случае нередко наблюдаются выходы просачивающегося газа (например, на месторождении Ласточка, Приморье).
Низкая температура холодных углекислых вод (6-14 °С) с малыми амплитудами колебаний свидетельствует о поступлении их с глубин, не превышающих первые сотни метров. Состав газа в подавляющем количестве (90 %) представлен СО2 с высоким парциальным давлением. На основании анализа изотопных данных 13°С и геологического строения изученных территорий можно предположить, что источником СО2 являются мантийные газовые потоки, которые, поднимаясь вверх, смешиваются с водами относительно неглубокой циркуляции. Углекислые холодные воды Камчатки (Малки), имеющие более высокое парциальное давление углекислого газа, отличаются более высокими содержаниями всех химических компонентов [3]. Термальные воды Приморья (низкотемпературные, до 35 °С) поступают с глубин около 2 км (рассчитано по температурному градиенту и кварцевому геотермометру) из зоны недавних тектонических подвижек. Пространственно они ассоциируют прежде всего с меловыми гранитами и приурочены к крупным разломам и их оперению в пределах или на контакте интрузивных тел c меловыми эффузивами. В составе спонтанно выделяющегося или растворенного газа преобладает атмосферный азот (до 99 %). Сходный газовый состав имеют Чукотские термы (в частности Чаплинские), хотя их солевой состав связан, вероятно, с участием морских вод. Температурные вариации для камчатских и курильских терм значительны (от десятков до нескольких сотен °С) и обусловлены в основном воздействием на воды близповерхностных магматических очагов. Их газовый состав более разнообразен: SO3, H2S, HCl, CO2 и др [1].
3. Особенности распределения элементов в минеральных водах Дальнего Востока
Углекислые холодные минеральные воды имеют в основном гидрокарбонатно-кальциевый (НСО3-Са), гидрокарбонатно-натриевый (НСО3-Na) или смешанный катионный состав с преобладанием гидрокарбонат-иона во всех случаях.
Среди термальных вод Дальнего Востока нами рассмотрено несколько типов: хлоридно-натриевые (Cl-Na) термы Узон-Гейзерной системы, Мутновского вулкана (Камчатка), вулканов Менделеева и Эбеко (Курильские острова), а также береговых терм Чукотки (Чаплино); сульфатно-натриевые (SO4-Na) термы Паратунки (Камчатка); гидрокарбонатно-натриевые – Камчатки (например, Родниковое) и Приморья (Чистоводное, Амгу); кислые сульфатные преимущественно натриевые, связанные с фумарольными полями вулканов Менделеева, Головнина, Баранского и Эбеко (Курильские острова) и Узон-Гейзерной системы (Камчатка).
Миграцию и распределение химических элементов в подземных водах обусловливают разные факторы: рН, температура, газовый состав, глубина и интенсивность циркуляции (скорость водообмена), наличие органических веществ и др. Основной из них – кислотно-щелочные условия. В районах распространения холодных углекислых вод Приморья, Хабаровского края, Камчатки и о-ва Сахалин кислотные условия в подземных минеральных водах (рН 4-6,5) создаются в основном благодаря поступлению углекислоты из глубоких горизонтов и ее смешению с холодными водами неглубокой циркуляции. Эффект добавления СО2 увеличивает их способность к химическим реакциям и тем самым определяет интенсивное выщелачивание пород углекислыми водами по отношению к другим типам вод (рис. 1).
Щелочные термальные воды Приморья (рН 8-9) образуются без дополнительного поступления углекислоты, как и азотные термы Cl-Na состава Чукотки (рН 7). Хлоридные и сульфатные термальные воды Камчатки формируются с участием газов прежде всего вулканических эксгаляций и в зависимости от состава газов могут быть как щелочными, так и кислыми [1].
Рис. 1. Зависимость содержаний отдельных элементов и НСО3 от рН в различных группах минеральных вод Приморья. 1 – углекислые холодные, 2 – термальные, 3 – пресные, 4 – солоноватые [1]
С этими столь различными типами вод Дальнего Востока связаны различия в уровнях концентрации химических элементов. Так, для холодных углекислых вод, имеющих преимущественно НСО3-Са (Na) состав и большое количество газообразного СО2, характерны высокие по отношению к пресным водам прилегающих территорий содержания основных породообразующих элементов, элементов сульфидной группы, редкоземельных, редкощелочных. В щелочных Cl-Na термах Курильских островов отмечено максимальное содержание Ge; там же, а также в аналогичных водах Узон-Гейзерной системы Камчатки – высокие содержания Rb, Cs, Sr (см. таблицу 1).
Таблица 1. Распределение элементов в минеральных водах Дальнего Востока [1]
Примечание. Прочерк – отсутствие данных
В сульфатных термальных водах Курильских островов (Кунашир, Итуруп, Парамушир) распределение элементов указывает на существенную переработку вмещающих пород кислыми (рН до 1 и ниже) растворами с выносом большого количества редких, рассеянных и редкоземельных элементов. В кислых Курильских термальных водах встречено максимальное количество Al, Cr, Ni, Zn, Pb. В метаморфизованных соленых азотных термах Чукотки (рН около7) наиболее характерны Cs, Ga, Cr, Se, Cu, Ba, Ge, Li. Относительно высокое содержание В, Ga, Cu и в солоноватых водах Приморья.
Воды одного типа могут существенно различаться содержанием редких и рассеянных и других элементов. Например, в холодных углекислых Малкинских во-дах Камчатки и в воде Неробинского источника Приморья, как правило, отмечается максимальное содержание Sr, Li и ряда других элементов, а в Синегорских во дах Сахалина высоки содержания As, В, Cu. Эти особенности связаны, во-первых, с различным временем нахождения воды в подземном горизонте (скоростью водообмена), определяющим различную минерализацию вод; во-вторых, с различиями в материнском субстрате [1].
Широкий разброс кислотно-щелочных и температурных условий в разных типах вод позволил установить зависимости содержания некоторых элементов от рН и температуры вод, а также от концентрации основных ионов, в частности, для камчатских терм (рис. 2, 3).
Рис. 2. Взаимосвязь концентраций Sr и SO42- в Паратунских термах, Li и Cl - в Узон-Гейзерной гидротермальной системе [1]
Рис. 3. Зависимость содержания Mo от температуры в водах Мутновско-Вилючинского района [1]
4. Формы нахождения микроэлементов
Формы нахождения микроэлементов также необходимо учитывать при установлении возможных токсикологических свойств вод, хотя этот аспект изучен еще менее. Микроэлементы находятся в природных водах, в том числе и минеральных, не только в виде отдельных ионов, но прежде всего в виде комплексных соединений. Изучение форм нахождения ряда элементов в разных типах подземных вод показал, что формы миграции элементов заметно различаются в разных водах в зависимости от концентрации и связующей силы комплексообразователей (F-, HCO3-, SO42-, Cl-, ОН-).
Например, в кислых сульфатных водах сульфатные комплексы и ионные формы Li, Pb, Zn, Sr, Mn, Fe в процентном соотношении близки, а преимущественной формой нахождения алюминия является AlSO4+. В Cl-Na околонейтральных горячих водах Узона и Чукотки преобладают ионные формы большинства микроэлементов, в меньшей степени хлоридные, а алюминий находится в форме Al(OH)4-; в углекислых водах – наиболее характерны ионные формы и гидрокарбонатные комплексы микроэлементов, а алюминий представлен формами AlF2+; Al(OH)30 и Al(OH)4-. Имеющиеся методики позволяют рассчитать формы миграции только для ограниченного числа наиболее характерных элементов. Натурные наблюдения показывают, что одним из активных комплексообразователей для микроэлементов может служить фтор. Его связь с Li, Ge можно видеть, в частности, в сульфатных водах Паратунки (рис. 4).
Рис. 4. Связь концентраций Mo, Ge, Li с содержанием фтора в водах Паратунской гидротермальной системы. 1 - Нижняя Паратунка, 2 – Средняя Паратунка, 3 - Верхняя Паратунка, 4 - Карымшинская группа [1]
Возрастание содержаний редкоземельных элементов в углекислых водах Приморья напрямую связано с возрастанием концентрации HCO3-, что позволяет предполагать существование карбонатных комплексов редкоземельных элементов, прежде всего тяжелых. Наличие некоторой связи с фтором (в частности в Шетухинской группе углекислых вод Приморья) указывает на возможность их миграции и в виде фторидных комплексов. Возрастание роли фторидных комплексов в некоторых гидротермальных растворах от 40 до 90 % от легких к тяжелым РЗЭ зафиксировано экспериментальными исследованиями. В нашем случае для термальных вод островов Кунашир и Парамушир также отмечается прямая связь легких редкоземельных элементов с концентрацией SO42- иона (рис. 5), а тяжелых – с повышением содержания фтора.
Рис. 5. Связь наиболее легкого редкоземельного элемента лантана (а) и наиболее тяжелого лутеция (б) с сульфат-ионом в термальных водах Курильских островов. 1 – о-в Кунашир, 2 – о-в Парамушир [1]
Соотношение незакомплексованных форм микроэлементов, гидроокисных, карбонатных, хлоридных и сульфатных комплексов редкоземельных элементов может существенно меняться в зависимости от рН, температуры и общей минерализации вод [1].
5. Микроэлементный состав вод и стандарты качества
Исследование микроэлементного состава вод дает основание осторожнее относиться к использованию некоторых типов вод в качестве питьевых лечебных. В настоящее время существуют большие расхождения между устаревшими нормами, предъявляемыми к водам ГОСТом 13273-88 «Воды минеральные питьевые лечебные и лечебно-столовые» (срок его действия до 01.01.94, но им до сих пор пользуются практики) и санитарными нормами и правилами Госкомсанэпиднадзора РФ (СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем водоснабжения»), а также международными, в частности по минеральным водам Великобритании, например, по мышьяку (не выше 50 мкг/л). Иногда в водах, применяемых у нас как лечебные питьевые, содержание ряда микроэлементов может значительно превышать предельно-допустимые для питьевых вод значения. Например, нами отмечено превышение питьевых норм: в Синегорских водах (о-в Сахалин) - по бору более чем в 600 раз, по мышьяку более чем в 1000 раз, по литию в 80 раз, по барию в 5 раз; в Мухенских водах (Хабаровский край) – по бору более чем в 100 раз, литию в 35 раз, в обоих месторождениях повышены также содержания бериллия и стронция; в углекислых водах Малкинского месторождения (Камчатка) – по литию более чем в 500 раз, по бору в 200 раз, по барию более чем в 50 раз, по бериллию более чем в 30 раз. Ранее мы отмечали превышение величин СанПиН и для некоторых приморских углекислых вод, таких как Ласточка (по литию, барию), Лотос (по бору, барию), горноводненская (по бериллию), а также в ряде источников, активно используемых местным населением в качестве питьевых лечебных, например в Неробинском. По многим микроэлементам из-за их плохой изученности нормы не разработаны до настоящего времени.
Таким образом, изучение микроэлементного состава вод показало, что вариации содержаний микроэлементов в минеральных водах Дальнего Востока зависят от типа вод, их рН, температуры, общего солевого и газового состава, специфики водовмещающих пород. Эти же характеристики во многом определяют и формы миграции микроэлементов. Полученные данные желательно учитывать в бальнеологической практике при выборе для разных типов вод способа их применения и дозировки [1].
6. Термальные источники и ключи Камчатки
Термальные источники «Вилючинские»
Термальные источники «Вилючинские» состоят из двух групп источников с температурой воды от 40` до 60`С, расположенных в живописной долине реки Вилюча среди мелколиственных лесов и кустарников; источники украшены травертиновыми куполами и плотными колониями термофильных водорослей со специфическими биологическими сообществами; склоны долины реки удобны для занятий горнолыжным спортом; а чуть выше источников река образует красивый водопад высотой 40 м (рис. 6).
Рис. 6. Термальные источники «Вилючинские»
Налычевские термальные ключи
Налычевские термальные ключи - самые крупные на Камчатке термальные углекислые источники - разгружаются в междуречье Горячей и Желтой на площади более 2 км/2. У подножия горы Круглая отложения источников образовали огромный, площадью более 50000км/2 травертиновый щит с куполом, сложенным из карбонантных и железистомышьяковистых осадков (купол получил название "котел"). По его периферии выходит множество горячих источников, образующих ручей. Купол окружен термальными болотами (рис. 7).
Рис. 7. Налычевские термальные ключи
В пойме Горячей на протяжении 2,5 км сосредоточены выходы терм в виде коротких горячих ручьев, впадающих в холодную реку, а также в виде мелких озерков, луж и болот. В этих ручьях и озерках разрослись обширные колонии термофильных водорослей, образовавших разноцветные плотные маты - подушки. Такие же источники расположены на реке Желтая в 600 м от устья (рис. 8).
Рис. 8. Налычевские источники
От "котла" до реки Горячая в 1959 г. пробурены четыре скважины, одна из которых изливается до наших дней. Всего в этой группе насчитывается около 100 источников и высачиваний термальных вод с температурой от 14 до 75`С. Их суммарный видимый дебит около 80 л/сек, а вместе с самоизливом скважин - 110 л/сек. Воды Налычевских ключей относятся к весьма редкому гидрохимическому типу: "углекислые, мышьяковистые, борные, кремнистые хлоридно-натриево-кальциевые термальные воды средней минерализации". Источники отличаются друг от друга степенью разбавления холодными поверхностными водами. Они - слабокислые или слабощелочные (рН 5,9-7,8), с общей минерализацией от 3,7 до 12 г/л и содержат множество редких элементов (фтор, бром, йод, литий, рубидий, мышьяк, бор, стронций, сурьма, германий и другие). Эти же элементы в довольно высоких концентрациях присутствуют в осадках, которые отлагаются в местах выходов вод на поверхность.
Таловые термальные источники
Таловые горячие источники находятся в 6 км от Налычевских на левом борту долины Порожистой (рис. 9). Выходы прослеживаются на протяжении 1 км, их температура 31-38`С, суммарный видимый дебит 6 л/сек. Установлена скрытая разгрузка в аллювий. Основные выходы источников - так называемый "Таловый котел" - находятся на поляне в густом березовом лесу. Здесь, у подножия холма, образовались два ярко-оранжевых травертиновых конуса диаметром по 45 м и высотой 13 м. По поверхности травертинов стекают теплые ручьи. Пространство между куполами и у подножия заболочено.
Рис. 9. Таловые термальные источники
Вода Таловых горячих источников относится к тому же гидрохимическому типу, что и Налычевских, но содержание сульфата и гидрокарбоната в ней несколько выше. В травертинах таловых источников, кроме того, больше мышьяковистых осадков. Наконец, в отличие от воды Налычевских источников, вода Таловых – приятна на вкус.
Краеведческие термальные источники
Краеведческие термальные источники выходят по берегам реки Таловая в 2 км выше ее впадения в реку Шайбная (рис. 10). Расстояние до Налычевских источников 8 км. Выходы термальных вод в виде отдельных грифонов и слабых высачиваний прослеживаются в заболоченной пойме реки на протяжении 100 м. Температура воды 32-52`С, суммарный дебит 7л/сек, на вкус она горько-соленая, а ее состав подобен составу Налычевских терм, но с большей минерализацией. Краеведческие термы не отлагают травертинов; в их газовом составе больше азота.
Рис. 10. Краеведческие термальные источники
Больше-Банные термальные источники
Больше-Банные термальные источники известны со времени посещения их С.П.Крашенинниковым (1737-1740гг.). Расположены они на надпойменной террасе левого берега р.Банной и представлены 24 группами на термальной площади около 1,5 км. Здесь насчитывается более 550 кипящих, бурлящих, фонтанирующих, иногда с гейзерным режимом, сосредоточенных, реже - рассеянных выходов термальной воды, а также грязевые котлы. Стенки отдельных грифонов и площадки вокруг них покрыты гейзеритом. О былой деятельности этих источником свидетельствуют мощные плиты гейзерита, обнажающиеся над урезом воды в р.Банной. Химический состав воды источников преимущественно сульфатный натриевый с общей минерализацией 0,7-1,4 г/л с содержанием кремнекислоты до 300 мг/л. В составе спонтанного газа преобладают азот и СО2. В воде и гейзерите присутствуют в очень незначительных количествах бор и мышьяк.

- Минеральные воды и лечебные грязи
- Минеральные вяжущие вещества
- Минеральные источники
- Минеральные источники Забайкалья, их исцеляющие свойства
- Минеральные компоненты нефти
- Минеральные масла: классификация, характеристики, применяемость в системах смазки
- Минеральные ресурсы
- Минеральные вещества
- Минеральные вещества в молоке
- Минеральные вещества в молоке
- Минеральные вещества в молоке
- Минеральные воды
- Минеральные воды
- Минеральные воды Вологодчины