История изучения углекислых минеральных вод Ессентукского месторождения

РЕЗЮМЕ

К вопросу изменения округов горно-санитарной охраны курортов федерального значения Ессентуки, Железноводска, Кисловодска и Пятигорска.

Ефименко Н.В., Данилов С.Р., Ляшенко С.И., Потапов Е.Г.

Для решения вопроса о пересмотре границ округа горносанитарной охраны курортов федерального значения Кавказских Минеральных Вод, который активно дискутируется органами местного самоуправления, учеными и специалистами, необходимо проведение комплексных гидрогеологических, геофизических, геоэкологических исследований месторождений минеральных вод и лечебных грязей и отдельных скважин Кавминводского артезианского бассейна.

Ключевые слова: Кавказские Минеральные Воды, курорты федерального значения, границы округа горно-санитарной охраны, ситуационный анализ.

В регионе Кавказских Минеральных Вод углекислые минеральные воды типа Ессентуки

- 4 и Ессентуки - 17 («соляно-щелочные») сосредоточены в основном на Ессентукском и Нагутском месторождениях.

Несмотря на длительную историю изучения и эксплуатации этих месторождений до сих пор нет единого мнения о происхождении минеральных вод этого типа.

Первое описание Ессентукских минеральных вод сделано в 1811 году Ф.П.Гаазом. Им на территории современного курортного парка были открыты и описаны один сернощелочной и два соляно-щелочных источника.

Тринадцать лет спустя А.П.Нелюбин в ходе обследования долины ручья Кислуши обнаружил уже 23 источника [1].

Впервые вопросы генезиса ессентукских минеральных вод были рассмотрены в 1861 году Ф.А.Баталиным [2]. Он показал, что по химическому составу Ессентукские источники являются однотипными, а величина их минерализации колеблется в зависимости от степени разбавления высокоминерализованных вод маломинерализованными водами иного типа. Ф.А.Баталин высказал мнение о глубинном (ниже меловой формации) происхождении ессентукских минеральных вод.

Большой вклад в изучение ессентукских минеральных вод внес Г.В. Абих, который в 1874 году разделил все источники на три группы: 1 - щелочные сильно минерализованные, 2

- слабые серно-щелочные - поверхностного происхождения, 3 - серно-щелочные [3].

Вопросам происхождения ессентукских минеральных вод посвящена работа А.И. Не-

SUMMARY

On the subject of district changes in the mountain sanitary protection of federal resorts of Essentuki, Zheleznovodsk, Kislovodsk and Pyatigorsk.

Efimenko N.V., Danilov S.R.., Lyashenko S.I., Potapov E.G.

To address the question of revising the boarders of districtof mountain sanitary protection of the Caucasian Mineral Waters federal resorts which is actively being discussed by local governments, scientists and experts, the need for comprehensive hydro-geological, geophysical, geo-environmental studies of mineral waters and therapeutic muds and separate wells ofthe Caucasian Mineral Waters Artesian Basin is underlined.

Keywords: the Caucasian Mineral Waters, federal resorts, boarders of the districtof mountain sanitary protection, situation analysis.

злобинского [4], вышедшая в конце девятнадцатого века. В ней автор, основываясь на гипотезе о «коренной струе», объясняет различие в минерализации источников №17 и №18 только разными условиями выхода их на поверхность.

С 1907 по 1938 год геологоразведочными работами на Ессентукском месторождении руководил Я.В. Лангваген, внесший значительный вклад в увеличение гидроминеральных ресурсов курорта и выявление генезиса минеральных вод месторождения. Им было установлено, что соляно-щелочные минеральные воды циркулируют в мергелях ессентукской свиты на значительной территории, значительно превышающей площадь их выходов в долине ручья Кислуши. Кроме того, под его руководством при поиске «коренных струй» были открыты углекисло-сероводородные воды, выведенные из верхнемеловых отложений [5].

В начале двадцатого века Н.А.Орлов на основании данных химических анализов связывал единством происхождения ессентукские соляно-щелочные воды с водами Пятигорского, Железноводского и Кисловодского месторождений. Он считал, что все воды этих месторождений являются продуктами одной ювенильной струи. [6].

В 1914 году вышла работа известного исследователя КМВ А.Н.Огильви «К вопросу о генезисе ессентукских источников» [7]. В ней автор, рассматривая причины разнообразия химического состава соляно-щелочных вод, приходит к выводу, что поднимающаяся из недр земли струя минеральной воды смешивается на некоторой глубине с пресными водами и дает с

© ПОТАПОВ Е.Г., ДАНИЛОВ С.Р.

УДК 615.327

ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ УГЛЕКИСЛЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД ЕССЕНТУКСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Потапов Е.Г., Данилов С.Р.

ФГБУ ПГНИИК ФМБА России, г. Пятигорск

ними различные производные. Анализируя возможность формирования химического состава соляно-щелочных вод путем выщелачивания осадочных пород, А.Н.Огильви пришел к выводу, что таких пород в районе Ессентуков нет.

Не найдя источника солей в осадочных породах, А.Н.Огильви обращает свой взор на кристаллические породы гор-лакколитов, богатые натриевыми полевыми шпатами, и связывает с ними формирование ессентукских минеральных вод.

Позднее А.Н.Огильви на основе обобщения накопившихся к тому времени материалов по геологии и гидрогеологии района КМВ значительно отходит от чисто «ювенильной» теории происхождения ессентукских минеральных вод и направляет мысль исследователей на дальнейшее тщательное изучение широкого круга проблем, касающихся генезиса минеральных вод [8]. Особое внимание, по его мнению, должно быть уделено экспериментальным исследованиям и изучению месторождения с помощью глубокого бурения.

Причины низкой сульфатности ессентук-ских минеральных вод А.П. Герасимов (1936 г.) объяснял, также как и А.Н.Огильви, предполагаемым отсутствием титонских гипсоносных отложений в районе Ессентукского месторождения. Учитывая высокое содержание сульфатов в третичных отложениях, А.П.Герасимов считал, что в них соляно-щелочные воды образовываться не могут [9].

Проведенные в конце сороковых годов двадцатого века А.Н.Бунеевым гидрогеохимические исследования [10] показали, что формирование солевого состава минеральных вод района КМВ может быть объяснено выщелачиванием осадочных пород без привлечения гипотетических «ювенильных» вод, за исключением углекислого газа.

Значительным этапом в изучении Ессен-тукского месторождения явилась работа Н.С.Погорельского и С.А.Шагоянца «Ессентук-ские минеральные воды 1810-1940» [11]. Анализ геологического и гидрогеологического материала, химического состава минеральных и пресных вод различных водоносных горизонтов района КМВ, а также сравнение их с углекислыми и без углекислыми вытяжками из осадочных и кристаллических пород района позволили сделать авторам ряд важных выводов:

- «образование углекисло-соляно-щелочных вод не связано с породами, в которых они циркулируют, т.е. с мергелями ессентукской свиты и песчаниками верхнего мела. Попав в эти породы в готовом виде, воды эти при цир-

куляции не оказывают выщелачивающего влияния на породы и не изменяют своего состава;

- «ессентукские углекисло-соляно-щелочные воды являются водами, циркулирующими на глубине в зоне метаморфических сланцев палеозоя, которые, поднявшись по трещинам тектонических нарушений, попали в песчаники верхнего мела, а оттуда в толщу ессентукских мергелей».

Экспериментальные исследования А.Л. Шинкаренко, проведенные в середине двадцатого столетия, позволили ей высказать предположение, что генезис ессентукских солянощелочных вод «представляет собой сложный процесс со всеми признаками участия глубинных факторов и глубинного метаморфизма в осадочных породах». Метаморфизация воды, считала А.Л. Шинкаренко, происходит за счет процессов катионного обмена с образованием соды, выщелачивания хлоридов из третичных мергелей, десульфатизации за счет микробиологических процессов и путем химического осаждения барием [12].

В те же годы, анализируя условия распространения углекислых вод ессентукского типа в районе КМВ, А.М. Овчинников предполагал, что Ессентукское месторождение не имеет «корней» в глубине, воды его формируются в известково-мергельной толще верхнего мела и палеогена и подтягиваются в виде «языка» с северо-востока по восстанию пластов от лакколитов [13].

Позднее (1963 г.) И.Я.Пантелеевым была предложена гипотеза формирования минеральных вод Ессентукского месторождения к северу от него при смешении вод трех горизонтов (термальных углекислых минеральных вод ти-тон-валанжинских отложений, пресных вод апт-альбского комплекса и высокоминерализованных хлоридных натриевых вод верхнемеловых известняков) и метаморфизации этой смеси под влиянием катионного обмена, биогенной сульфатредукции и других процессов [14]. Многие годы эта гипотеза была основополагающей в вопросе формирования минеральных вод Ессентукского месторождения.

По мнению Т.М. Требуховой с соавторами (1984 г.) формирование минеральных вод Ессентукского месторождения происходит в 5-6 км к северу от Ессентуков районе Ново-Благодарненского участка при смешении углекислых титон-валанжинских и верхнемеловых вод и их дальнейшей метаморфизации с образованием вод типа Ессентуки - 4 и Ессентуки -17. То есть из схемы И.Я.Пантелеева были исключены термальные пресные воды промежуточного апт-альбского комплекса. Титон-

валанжинские воды, как считает Т.М. Требухо-ва, мигрируют в верхнемеловые отложения по так называемым «трубам разгрузки» через нижнемеловые отложения, что весьма проблематично. Таких примеров на КМВ неизвестно.

Итак, работами И.Я. Пантелеева и других исследователей была выдвинута и аргументирована гипотеза образования ессентукских соляно-щелочных вод как результат смешения и метаморфизации вод трех основных водоносных горизонтов района КМВ: углекислых ва-ланжинских, пресных апт-альбских и высокоминерализованных хлоридных натриевых верхнемеловых. Однако не вполне ясными остались вопросы низкой сульфатности этих вод, накопления высоких концентраций гидрокарбоната натрия, конкретизация места формирования и путей движения сформированных вод.

Открытие и разведка в середине двадцатого века Нагутского месторождения в северной части района КМВ дали новые материалы к познанию процессов формирования месторождений содового типа. На этом месторождении была выявлена целая гамма углекислых минеральных вод типа Ессентуки №17, Ессентуки №4, Боржоми, Арзни и др. с ресурсами более 2000 м3/сутки.

На первоначальном этапе изучения Нагут-ского месторождения гипотеза И.Я. Пантелеева была применена Г.Ф.Ковалевским (1973-1975 гг.) для объяснения генезиса хлоридно-гидрокарбонатных вод типа Ессентуки - 17 как основополагающая.

При разведке Нагутского месторождения (1980 г.) А.Б.Островский с соавторами пришли к выводу, что здесь «соляно-щелочные» воды формируются за счет углекислотного выщелачивания осадочных пород геологического разреза этого месторождения [15].

На основании данных экспериментальных исследований в системе «газ-вода-порода» на керновом материале Нагутского и Ессентукско-го месторождений, выполненных учеными Пятигорского НИИ курортологии и физиотерапии в конце двадцатого века, было установлено, что основным процессом, приводящим к накоплению высоких концентраций гидрокарбоната натрия в минеральных водах этих месторождений является гидролитическое выщелачивание осадочных пород района КМВ в условиях повышенных температур и давлений в присут-

1. Абих, Г.В. К геологии Ессентуков / Г.В. Абих // Медицинский сборник, издаваемый императорским Кавказским медицинским обществом. - Тифлис, 1874.- .№19.- С. 1-40.

2. Абрамов, В.Ю. Особенности формирования термогазохи-

мического состава минеральных вод Ессентукского место-

ствии углекислого газа при подчиненном влиянии катионного обмена [16].

В 1985 году С.А. Шагоянц при анализе обширного материала по району КМВ пришел к выводу, что сформировавшиеся на Нагутском месторождении углекислые минеральные воды типа Ессентуки №17 движутся по восстанию пластов с севера на юг и формируют Ессентук-ское месторождение [17].

Аналогичных взглядов придерживаются Е.Г.Потапов и С.Р. Данилов [18, 19].

В ходе переоценки эксплуатационных запасов Ессентукского месторождения ЗАО «ГИДЭК» (2007-2009 г.г.) на основе полученных материалов В.Ю.Абрамов пришел к выводу о независимом формировании минеральных вод Ессентукского типа на Центральном и Но-во-Благодарненском участках Ессентукского месторождения и на Нагутском месторождении [20].

Таким образом, в настоящее время сложились две основные гипотезы генезиса минеральных вод типа Ессентуки-17 и Ессентуки-4 Ессентукского месторождения.

По первой из них: формирование солянощелочных вод Ессентукского месторождения происходит на площади Ново-Благодар-ненского участка (Т.М.Требухова), а также на площади Центрального участка Ессентукского месторождения (А.Б. Островский,

В.Ю.Абрамов) за счет инжекции сильно углекислых вод титон-валанжина по тектоническим «окнам» или «трубам разгрузки» через мощную (до 700м) толщу готерив-аптских отложений в карбонатные породы верхнего мела и эльбурга-на, где формируются воды хлоридно-гидрокарбонатного натриевого состава при углекислотном выщелачивании осадочных пород и вытеснении из них морского солевого комплекса.

По второй углекислые «соляно-щелочные» воды Ессентукского месторождения формируются на стыке Северо-Кавказской моноклинали и Ставропольского поднятия (И.Я.Пантелеев) или точнее на площади Нагутского месторождения (С.А. Шагоянц и Е.Г. Потапов) в нижнемеловых - эльбурганских отложениях, откуда они по зонам тектонических нарушений в верхнемеловых - эльбурганских породах движутся по восстанию пластов с севера на юг на Ессентукское месторождение.

Литература

рождения / В.Ю. Абрамов, А.Ю. Вавичкин // Разведка и

охрана недр.- 2010.- N° 10.- С. 27-32.

3. Баталин, Ф.А. Пятигорский край и Кавказские минеральные воды / Ф.А. Баталин. - СПб, 1861.- ч.П.- С. 39-68.

4. Бунеев, А.Н. Материалы по гидрохимическому изучению района Кавказских Минеральных Вод / А.Н. Бунеев и др. М.: ГЦИК, 1939. - 60 с.

5. Г ерасимов, А.П. Обзор геологического строения Северного склона Г лавного Кавказского хребта в бассейнах рек Малки и Кумы / А.П. Герасимов.- Л.: ЦНИИГРИ, 1936. -162 с.

6. Данилов, С.Р. Результаты экспериментального изучения процессов формирования минеральных вод содового типа района КМВ / С.Р. Данилов, Г.В. Бунакова, И.Д. Понятова, Е.Г. Потапов // Вопросы охраны биосферы и рационального использования курортных ресурсов. - Пятигорск, 1987.-С. 66-77.

7. Лангваген, Я.В. Глубокое бурение в Ессентуках / Я.В. Лангваген // Разведка недр.-1936.- №11.- С. 7-9.

8. Незлобинский, А.И. Кавказские минеральные воды, Кисло-водская и Ессентукская группы / А.И. Незлобинский. - Петербург, 1895. - 60 с.

9. Овчинников, А.М. Особенности гидрогеологии горных стран / А.М. Овчинников // Труды ДАН СССР.-1946.- т. 54.- №3.- С.259-262.

10. Огильви, А.Н. К вопросу о генезисе Ессентукских источников / А.Н. Огильви // Труды Геологического Комитета. Новая серия.- СПб, 1914.- Вып. 98.- 119 с.

11. Огильви, А.Н. Минеральные источники района Кавказских Минеральных Вод и их происхождение / А.Н. Огильви.-Пятигорск, 1935. - 79 с.

12. Орлов, Н.А. К вопросу о генезисе коренных Ессентукских источников / Н.А. Орлов // Записки Русского Бальнеологического общества в Пятигорске.- Пятигорск, 1912.- Т.ХШ.-№ 1.- С. 1-18.

13. Островский, А.Б., Гидроинжекционные структуры Нагут-ского гидрогеологического района / А.Б. Островский, Б.И. Минкин, Г.С.Вартанян, В.В Юрьев. // Тезисы докладов V конференции по геологии и полезным ископаемым Северного Кавказа. - Ессентуки, 1980.-С. 390-392.

14. Пантелеев, И.Я. Ессентукские соляно-щелочные воды в системе Кавказских Минеральных Вод / И.Я. Пантелеев. М.: АН СССР, 1963. - 262 с.

15. Пантелеев, И.Я. Очерк истории изучения развития Кавказских минеральных вод / И.Я. Пантелеев. - М., 1955. - 204 с.

16. Погорельский Н.С. Ессентукские минеральные воды 18101940 гг. / Н.С. Погорельский, С.А. Шагоянц - Ессентуки: СКГУ, 1941. - 440 с.

17. Потапов, Е.Г. Геолого-гидрохимические особенности формирования углекислых минеральных вод содового типа района КМВ (на примере Ессентукского и Нагутского месторождений): автореф. дис. ... канд. геол.-минер. наук / Потапов Е.Г. [Ленинградский государственный университет]. - Ленинград, 1986. - 16 с.

18. Потапов, Е.Г. Гидрогеохимические особенности формирования минеральных «соляно-щелочных» вод Ессентукского и Нагутского месторождений / Е.Г. Потапов, С.Р. Данилов // Актуальные вопросы курортологии, восстановительной медицины и профпаталогии. - Пятигорск: ГНИИК, 2010.-С. 73-74.

19. Шагоянц, С.А. Особенности вертикальной зональности подземных вод в Ессентукской зоне нарушений на КМВ / С.А. Шагоянц // Тезисы докладов V конференции по геологии и полезным ископаемым Северного Кавказа. - Ессентуки, 1980.- С. 345-346.

20. Шинкаренко, А.Л. Гидрогеохимическая характеристика и вопросы генезиса Ессентукских углекислых вод / А.Л. Шинкаренко // Труды Государственного бальнеологического института на КМВ.- Пятигорск, 1946.- т.т. XXIII-XXV.-С. 457-460.

РЕЗЮМЕ

История изучения углекислых минеральных вод Ессентукского месторождения

Потапов Е.Г., Данилов С.Р.

Прослежена история изучения углекислых минеральных вод Ессентукского месторождения с 1811 года по настоящее время. Показано, что взгляды на происхождение минеральных вод менялись от «ювенильной» гипотезы (по Э.Зюссу) до современных представлений о формировании химического и газового состава в результате углекислотного выщелачивания осадочного комплекса пород. В настоящее время сложились две основные гипотезы генезиса минеральных вод типа Ессентуки-17 и Ессентуки-4 Ессентукского месторождения. По первой формирование «соляно-щелочных» вод Ессентукского месторождения происходит на площади Ново-Благодарненского и Центрального участков Ессентукского месторождения за счет инжекции углекислых вод титон-валанжина в карбонатные породы верхнего мела и эльбур-гана, где при углекислотном выщелачивании пород и вытеснении из них морского солевого комплекса формируются воды хлорид-но-гидрокарбонатного натриевого состава. По второй углекислые «соляно-щелочные» воды Ессентукского месторождения формируются на площади Нагутского месторождения в нижнемеловых - эльбурганских отложениях, откуда они по зонам тектонических нарушений в верхнемеловых - эльбурганских породах движутся по восстанию пластов с севера на юг на Ессентукское месторождение. Ключевые слова: Ессентукское месторождение, минеральные воды, генезис, выщелачивание, сульфаты, мергели.

SUMMARY

History of Essentuki carbonic mineral water deposits studies

Potapov E.G., Danilov S.R.

The history of the carbonate mineral waters of Essentuki deposit study from 1811 to the present is traced. It is shown that the views on mineral water origin were changed from "juvenile" hypothesis (according to E.Zyuss) to modern ideas about the formation of chemical and gas composition as a result of carbon dioxide leaching of sedimentary rocks. At present there are two main hypotheses of mineral waters genesis like Essentuki-17 and Essentuki-4 ofthe Essentuki deposit. According to the first formation of the "saline-alkaline" water of the Yessentuki deposit is an area of Novo-Blagodarnensk and central areas of theEssentuki deposit through injection of carbon dioxide Tithonian-Valanginian water in carbonate rocks of the Upper Cretaceous and elburgan where with a carbonic acid leaching of rocks and the displacement of these sea-salt complex formed waters of chloride-sodium bicarbonate composition. According to the second carbon dioxide "saline-alkaline" waters of Essentuki deposits formed in the area of Nagutsk deposits in the Lower Cretaceous - elburgan sediments, where in zones of tectonic disturbances in Upper Cretaceous -elburgan rocks they moved up the strata from north to south to the Essentukideposit.

Keywords: Essentuki deposit, mineral water, genesis, leaching, sulfate, marl.