Гидрохимические обстановки подземных вод предалтайских равнин

УДК 556.3

А.Е. Комлев, Б.Н. Лузгин

Гидрохимические обстановки подземных вод предалтайских равнин

A.E. Komlev, B.N. Luzgin

Hydro-Chemical Conditions of Underground Waters in the Altai Plains

Рассмотрены гидрохимические обстановки минерализованных подземных вод Кулундинской окраины Западно-Сибирского артезианского бассейна исходя из усредненных региональных значений их катионноанионного состава и группирования в три основных гидрогеологических комплекса - четвертичный, неогеновый, палеогеновый. В разрезе они формируют общую линзообразную структуру, ядром которой являются воды неогенового гидрогеологического комплекса, характеризующегося наиболее существенной и выдержанной минерализацией.

Ключевые слова гидрохимия, гидрогеологические комплексы, минерализованные воды, минерализационная зональность, озерные соли, вторичное засоление.

The article considers hydro-chemical conditions peculiar to mineralized underground waters of the Kulunda outskirts in West-Sibirian artesian pool taking into account their frequency cationic and anionic average values and grouping them into three basic hydro-geological complexes - Quaternary, Neogene and Paleogene. Its kernel is the waters of Neogene hydro-geological complex defined by the most essential and sustained mineralization.

Key words: hydrochemistry, hydro-geological complexes, mineralized waters, mineralized zonal structure, lake salts, secondary salting.

Проведенные ранее исследования гидрохимических обстановок региона привели к разным представлениям о характере распространения здесь подземных пресных и соленых вод [1-3]. Высказывались мнения о преимущественно поэтажном блоковом их распространении. Ю.Н. Акуленко и В.И. Бивалькевич [4] для Обь-Чумышской возвышенности отмечали доминирование подземных вод гидрокарбонатно-кальциевого состава. На Приобском плато предполагалась смена с глубиной гидрокарбонатных вод сульфатными и хлоридными. В Кулун-динской равнине, наоборот, на глубине доминировали гидрокарбонатно-натриевые воды. Позднее коллективом Алтайской гидрогеологической экспедиции (В.В. Девятаевой, О.В. Кулюкиной и др.) было привлечено внимание к сложной латеральной зональности для всех 4 вскрытых скважинами водоносных комплексов - от мелового до плейстоцен-голоце-нового. По этим материалам вышла в свет обобщающая публикация О.Л. Магаляс [5]. Согласно ей закономерностью распределения минерализованных вод является приуроченность хлоридных разностей к центральной части Кулундинской низменности. Сульфатные воды окружают их, а пресные приурочены преимущественно к западным и восточным границам всех водоносных горизонтов. По К.В. Филатову [3] и Ю.П. Никольской [2], гидрохимический

состав вод мозаично дифференцирован по катионноанионному составу.

Методика работ. В основу предпринятых нами обобщений положены данные по кадастру гидрогеологических скважин, пройденных в 2000-2008 гг. (рис. 1).

В качестве GIS использовалась Map Info 7,0. Распространение и концентрации анионных и катионных компонентов минерализованных вод отражались согласно методике интерпретации IDW [6; 7]. Анионный состав анализировался неоднократно, но без поэлементных катионных составляющих. Учитывая неравномерность размещения скважин, мы сознаем, что наши выводы скорее отражают не закономерности, а их тенденции. Принципиальной особенностью наших исследований является также то, что мы использовали раздельные и усредненные покомпонентные региональные концентрации минерализации. Такими средними значениями, согласно проведенным расчетам, послужили: для анионов -хлорида 75, сульфата 150, гидрокарбоната 300 мг/дм3; для катионов - натрия 125, кальция 50, магния 75 мг/ дм3. Эти уровни значительно превосходят фоновые для пресных вод: по HCO3- - в 5,7 раза, Cl- - в 10,7, SO42- - в 15, Ca2+ - в 3,6, Na(K)+ - в 16,7, Mg2+ - в 21,4 раза. Соотношения между данными компонентами внутри анионной и катионной групп составляют 4:1:2 и 1:2,5:1,5.

К XIі ЕЭ= ЕЕЗ’ & * I1-->! • • о ' а ' о ' л »

Рис. 1. Схема структурных ситуаций и фактологическая основа гидрогеологических наблюдений в пределах Алтайского края: 1 - границы Алтайского края;

2 - границы геоморфологических районов (1 - Каменского вала, 2 - Кулундинской низменности, 3 - Приобской возвышенности, 4 - долины р. Оби, 5 - Обь-Чумышской возвышенности, 6 - Салаирского кряжа, 7 - Алтайских гор); 3 - контуры структурных террас Кулундинской тектонической впадины (I - Центрально-Кулундинской,

II - Барнаульской, III - Бийской, IV - Рубцовской);

4 - озера и водохранилища; 5 - реки; 6 - гидрогеологические скважины, материалы по которым использованы в представленном аналитическом обзоре; 7-9 - месторождения солей (по ведущему минеральному составу):

7 - каменной (№С1), 8 - мирабилита (№^04), 9 - соды (№2С03); 10 - участки минерализованных (столовых и лечебных) вод

Структура размещения монокомпонентных гидрохимических типов подземных вод. Подземные

воды четвертичного гидрогеологического комплекса характерны для предгорий Алтая и Салаира (рис. 2). Основные гидрохимические поля анионного типа представлены двумя крупными очагами гидрокарбонатных вод. Одно поле занимает водораздельное пространство Приобской возвышенности, второе отвечает восточным склонам Обь-Чумышской возвышенности в причумышской позиции и в районе группы Горьких озер в левобережной части р. Алей. Здесь на воды гидрокарбонатного типа последовательно наложены крупные ореолы сульфатных и хлоридных вод. При этом размещение основных катионных компонентов не согласуется по пространственным особенностям размещения анионных разностей. Кальциевые воды занимают обширное поле в левобережной части р. Чумыш на северо-востоке Обь-Чумышской возвышенности. Натриевые воды приурочены к западной окраине четвертичных отложений, где они перекрывают неогеновые осадки. Группируются в три крупных ореола. Первый отвечает средней части долины р. Бурлы, второй - Мостовской озерной группе, наиболее крупный - южный - соответствует территории развития больших Горьких озер.

Магниевые разности вод примыкают с востока к ореолу натриевых вод района Бурлы, накладываясь на него отдельными пятнами. Но наиболее значимая площадь их распространения соответствует ореолу натриевых вод юга этого района, где особенно характерны поликомпонентные гидрохимические поля.

Воды неогенового гидрогеологического комплекса характеризуются сложными композициями гидрохимических типов по их анионному составу (рис. 3).

Гидрокарбонатные ореолы обособляются в виде крупных пятен в приосевой части Обь-Чумышской возвышенности. Они пространственно приурочены к Бийской структурной террасе мезо-кайнозойской Кулундинской тектонической впадины, наложенной на протерозойско-палеозойский фундамент Западно-Сибирской плиты [8]. Самая крупная зона гидрокарбонатных вод образует широкую (около 100 км) меридиональную полосу в левобережье Оби, соответствующую восточной части Приобской возвышенности и предгорьям Алтая. Еще один крупный ореол гидрокарбонатных вод расположен на северо-западе Алтайского края в зоне Каменского вала.

Сульфатные воды приурочены главным образом к двум структурным позициям: северо-западной зоне алтайских предгорий, где имеются два ореола, разделенных полосой пресных вод, и к упомянутой выше зоне Каменского вала.

Наконец, воды хлоридного типа развиты на большей части крупного северо-западного ореола минерализованных вод, в пределах которого обособлена площадь развития исключительно хлоридных вод, особенно по периферии оз. Большое Яровое. Поли-компонентные, со значительным участием хлоридных воды соответствуют всему описываемому северо-западному ореолу.

Общая позиция вод анионного состава неогенового комплекса явно согласуется с пространственными контурами Барнаульской структурной террасы.

Многокомпонентные кальциевые воды тяготеют к правобережью Оби.

Выделяются две основные позиции доминирования собственно натриевых вод. Наиболее крупное поле занимает северо-западную часть территории, от прикаменских геоморфологических структур до кулундинских озер. Средняя часть этого гидрохимического поля, имеющего здесь меридиональную ориентировку, представлена магниево-натриевыми водами и сменяется к востоку и югу водами магниевого состава. В свою очередь, этот структурный рисунок усложняется наличием пятен магниево-кальциевого состава.

Второй комплексный ореол вод анионного характера отвечает приалейской географической позиции левобережья р. Оби. При доминировании вод натриевого типа здесь выделяются наложенные крупные очаги магниево-натриевого и кальциево-магниево-

Рис. 2. Гидрохимическая схема четвертичного гидрогеологического комплекса Алтайского края:

1 - границы Алтайского края; 2 - границы распространения заглавного гидрогеологического комплекса и его важнейших генетических типов (только для вод четвертичных отложений); 3 - озера и водохранилища;

4-6 - контуры анионных гидрохимических компонентов соответствующего химического состава:

4 - гидрокарбонатного, 5 - сульфатного, 6 - хлоридного; 7 - границы катионных гидрохимических полей следующего элементарного состава: 8 - кальциевого, 9 - магниевого, 10 - натриевого

Рис. 3. Гидрохимическая схема неогенового гидрогеологического комплекса Алтайского края.

Условные обозначения см. на рис. 2

натриевого состава, с оторочкой из магниевых вод на северо-востоке.

Воды палеогенового гидрогеологического комплекса существенно различаются по характеру размещения и анионных, и катионных их типов, фиксируемых в виде разрозненных мелких и разнородных по составу пятен [6; 7].

Структура размещения комплексных гидрохимических катионно-анионных типов подземных вод. Для четвертичного комплекса подземных вод пространственное размещение кальциево-гидрокарбонатной ассоциации характеризуется резко отличным образом для Обь-Чумышской и Приобской возвышенностей. В первом случае этот тип вод занимает более половины всего минерализованного поля. Во втором крупнейшее поле этого гидрохимического типа вмещает преимущественно разрозненные вкрапления кальциевых вод, за исключением южной части, где гидрокарбонатно-кальциевые воды образуют крупный обособленный ореол. Происходит последовательное преобразование его во все более сложно комбинированный кальциево-магниевый и кальциево-магниевонатриевый гидрохимический состав.

Воды анионного сульфатного и хлоридного состава часто характеризуются общностью пространственного распространения. Чаще они приурочены к полям распространения вод натриевых полей. В пределах западной полосы развития минерализованных подземных вод четвертичного комплекса выделяются три крупных подобных ореола: северо-западный, срединный и южный. В первых случаях на натриевом фоне выделяются пятна сульфатно-хлоридного и хлоридного состава. Наиболее крупный южный ореол отличается комбинированным катионным (каль-ций-магний-натриевым) характером и практически полным заполнением всей этой площади сульфатными, менее хлоридными анионными водами.

Определяющими системами структуры подземных вод неогенового гидрогеологического комплекса являются три основные площади распространения сульфатно-хлоридных вод. Они образуют два массива на северо-западе и в южной левобережной части р. Оби, разделенных широким «проливом». Третья подобная площадь приурочена к юго-западной части и отделена бессульфатно-бесхлоридными лентами от упомянутых масс.

Северо-западная часть района разделяется на западную треть, где распространены исключительно хлоридные воды, и сульфатно-хлоридное поле вод на востоке. Характерно, что в западной части первого гидрохимического поля присутствует единственный в регионе крупный монокомпонентный хлорид-ный ореол. На южной площади распространения сульфатно-хлоридных вод совмещены крупные, преимущественно комплексные катионные воды натрий-магний-кальциевого состава. То есть они

четко индивидуализированы по своим качественным характеристикам.

В целом наибольшее развитие в регионе минерализованных вод приходится на неогеновый гидрогеологический комплекс. Четвертичный комплекс более сложен по строению, но общая минерализация его явно уступает неогеновому. Палеогеновый комплекс менее минерализован, а главное - менее развит. Неправомерен и нередко постулируемый вывод о зависимости солености подземных вод района от морских осадков, поскольку наибольшие концентрации солевых компонентов в регионе накладываются на поля развития континентальных отложений соответствующего возраста.

Возможности прогнозирования локализации районов соленакопления и критериев выявления минерализованных вод. Структурирование гидрохимических полей с принятых позиций представляется достаточно эффективным элементом прогнозирования. Это одна из важных соленосных провинций России, где давно осуществлялась эксплуатация месторождений поваренной соли, мирабилита и соды и имеется значительный потенциал разнообразных минерализованных вод бальнеологического значения [9; 10]. В преобладающей части это соли натрия, представленные его хлоридными, сульфатными и карбонатными производными, при подчиненном значении солей кальция и магния. Особенно привлекательны ситуации совмещения натриевых вод с водами повышенных концентраций хлора. Примечательно, что подобное «чистое» (натриево-хлоридное) гидрохимическое поле в регионе приурочено к северо-западной окраине рассматриваемых структур. И именно здесь мы имеем все основные выявленные до настоящего времени наиболее перспективные объекты «каменной» соли (№С1) - Бурлинское, Малое и Большое Яровые и Ключевское месторождения.

Отлична от указанной обстановки гидрохимическая ситуация в пределах основных концентраций главных мирабилитовых озер региона - Кучукско-го и Кулундинского. И именно здесь наблюдается совмещение подземных неогеновых вод натриевого и сульфатного состава при подчиненной роли хлорид-ной составляющей. В этой обстановке отсутствует гидрокарбонатная составляющая минерализованных вод, что, на наш взгляд, подтверждает выводы

Н.М. Страхова [11] о специфике формирования сульфатного класса солей лишь при полном отсутствии №ЦС0Г

Наконец, обстановки выявленных и эксплуатируемых в районе месторождений соды резко отличны от указанных. Здесь нет натриевых вод повышенных концентраций, и гидрохимическая обстановка определяется кислотными анионами - как сульфатами, так и хлоридами. Содовые озера характеризуются отношением растворенных солей №2С03/

№С1+№^04+№2С03 около 50%. Данные критерии прогнозировании соответствующих солевых концен-не универсальны, но представляются полезными при тратов.

Библиографический список

1. Артамохина В.В., Бейром С.Г., Нуднер В.А., Розин А.А., Самсонов Г.Л. Подземные воды. Минеральные, термальные воды и лечебные грязи // Геология СССР. Т. XIV. Западная Сибирь. Полезные ископаемые. Кн. 2. - М., 1982.

2. Никольская Ю.П. Процессы солеобразования в озерах и водах Кулундинской степи. - Новосибирск, 1961.

3. Филатов К.В. Особенности химического состава подземных вод Алтайского края и их связь с поверхностными водами. - М., 1961.

4. Акуленко Ю.Н., Бивалькевич В.И. Проблемы орошения земель равнинного Алтая. - Барнаул, 1995.

5. Магаляс О.Л. Геохимическая зональность подземных вод водоносных комплексов Алтайского края // Известия АлтГУ - 2010. - Вып. 3.

6. Комлев А.Е. Анионный состав подземных вод Алтайского края // Известия АлтГУ - 2010. - Вып. 3/2.

7. Комлев А.Е. Катионный состав подземных вод Алтайского края // Известия АлтГУ - 2011. - Вып. 3/1.

8. Адаменко О.М. Предалтайская впадина и проблемы формирования предгорных опусканий. - Новосибирск, 1976.

9. Дым Л.С. Минеральные лечебные ресурсы Алтайского края // Природно-ресурсный и экологический потенциал Сибири. - Барнаул, 2010.

10. Сычев И.И. Неметаллические полезные ископаемые. Химическое сырье. Минеральные соли // Геология СССР Т. XIV. Западная Сибирь. Полезные ископаемые. Кн. 2. -М., 1982.

11. Страхов Н.М. Основы теории литогенеза. - М., 1962. - Т. 3.