Минеральные воды Республики Беларусь: состояние и перспективы направления развития

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Мозырский государственный педагогический университет им. И.П. Шамякина»

Биологический факультет

Кафедра природопользования

Курсовая работа

по дисциплине « Природопользование»

на тему: Минеральные воды Республики Беларусь: состояние и перспективы направления развития

Исполнитель:

студент 5 курса, 1 группы

Минчик Наталья Викторовна

Руководитель:

Лаптиева Людмила Николаевна

Мозырь 2016

Оглавление

минеральный вода беларусь

Введение

1. Общая характеристика минеральных вод Республики Беларусь

1.1 Понятие о минеральных водах и критерии их оценки

1.2 Признаки минеральных вод

1.3 Минеральные воды как полезное ископаемое

1.4 Классификация минеральных вод

1.5 Химический состав природных минеральных вод

2. Закономерности распространения минеральных вод

2.1 Условия залегания и миграции минеральных вод

2.2 Месторождения минеральных вод

2.3 Минеральные источники Республики Беларусь

3. Лечебные свойства минеральных вод Республики Беларусь

3.1 Лекарственное значение и бальнеологические особенности исследуемых вод

3.2 Лечебное действие бутылочной минеральной воды

Заключение

Библиографический список

Введение

Нашу планету можно назвать водной или гидропланетой. Общий баланс воды в земной коре складывается из вод Мирового океана, ледников, озер и рек, вод атмосферы и литосферы (подземной гидросферы). Все это составляет около 1,8 млрд. кмі воды. Значительное количество соленые и минерализованные воды разных составов. Для глубинных зон земной коры характерны минеральные воды, т.е. воды, обладающие минерализацией свыше 1 г/л и содержащие в себе ряд химических компонентов.

Именно минеральным водам посвящена моя курсовая работа. Целью моей работы является освещение основных вопросов о минеральных водах, об их классификации, особенностях химического состава, газового и температурного режима, условиях образования, закономерностях залегания и распространения, а также об их использовании и действии на организм человека.

Я выбрала эту тему, потому что она заинтересовала меня своей актуальностью, широтой и значимостью. Минеральная вода является своего рода природным лекарством, созданным самой природой. Оздоравливающее действие минеральной воды на организм человека, ее лечебные свойства с глубокой древности. На базе месторождений минеральных вод построены курорты, санатории, здравницы, заводы по разливу минеральных вод. Наконец, минеральные воды пригодны для извлечения из них полезных компонентов и добычи солей. Все это говорит о важности, значимости и актуальности темы моей курсовой работы.

Цель курсовой работы: изучить состояние минеральных вод Республики Беларусь.

Задачи курсовой работы:

1. Изучить литературные данные о состоянии минеральных вод Республики Беларусь.

2. Изучить данные о месторождениях минеральных вод.

3. Проанализировать лечебные свойства минеральных вод Республики Беларусь.

1. Общая характеристика минеральных вод Республики Беларусь

1.1 Понятие о минеральных водах и критерии их оценки

На территории Беларуси минеральные воды широко распространены в Припятском, Брестском, Оршанском и Прибалтийском гидрогеологических бассейнах на глубине от сотен до тысячи метров. Разведано 103 месторождения минеральных вод (эксплуатационные запасы свыше 21 тыс. мі/сутки), эксплуатируется около 60

К минеральным водам относятся подземные (иногда поверхностные) воды, характеризующиеся повышенным содержанием биологически активных компонентов и обладающие специфическими физико-химическими свойствами (химический состав, температура, радиоактивность и т.д.), благодаря которым они оказывают на организм человека лечебное действие.[1]

Минеральные воды в широком понимании слова - это подземные и поверхностные природные воды с общей минерализацией свыше 1 г/л, которые используются в лечебных и промышленных целях. Лечебными называются такие воды, которые вследствие своих физических и химических особенностей оказывают благотворное целебное воздействие на человеческий организм: например, углекислые, сероводородные и др. К промышленно-ценным относятся воды, из которых могут быть извлечены компоненты, полезные в народном хозяйстве (поваренная соль, бром, йод, бор и др.).

Для отнесения природных вод к минеральным разработаны специальные критерии. [2] При отборе критериев оценки минеральных вод из значительного количества данных, характеризующих их химические и физические свойства были отобраны важнейшие, определяющие физиологическое, а следственно лечебное, действие вод, а также важные в отношении выявления их генетических типов.

К числу таких признаков были отнесены в согласии со взглядами большинства бальнеологов и гидрогеологов:

а) общее содержание растворенных в воде веществ - общая минерализация вод;

б) ионный состав минеральных вод;

в) газовый состав и газонасыщенность вод (растворенные и спонтанные);

г) содержание в водах фармакологических (терапевтических) активных микроэлементов (минеральных и органических);

д) радиоактивность вод;

е) активная реакция вод, характеризуемая величиной рН;

ж) температура вод. [3]

Наряду с обычными пресными водами, которые повсеместно используются как питьевые, хозяйственные, технические, в природе существуют такие разнообразные по своим свойствам природные воды, которые не всегда могут или совсем не могут быть использованы для указанных целей. Среди этих вод холодные и горячие воды лечебного, промышленного и теплоэнергетического значения. Такие воды называют минеральными, а все другие воды на Земле - неминеральными.

Минеральные воды не стоит путать с минерализованными. В широком смысле слова все воды в природе в той или иной мере минерализованы, начиная от снеговых и заканчивая рассолами. В узком смысле слова к минеральным относят воды с общей концентрацией солей свыше 1-2 г/л.

Исходя из принципа единства вод Земли, согласно В.М.Севергину и В.И.Вернадскому, к минеральным следует отнести:

минеральные озера с их лечебными и торфяными грязями;

минеральные подземные воды с их отложениями - охры, туфы, некоторые рудничные воды;

воды и грязи грязевых вулканов.

Минеральные озера и грязи, подземные минеральные воды с их отложениями составляют гидроминеральные ресурсы нашей планеты. На базе разведанных месторождений минеральных вод построены курорты, санатории, здравницы, заводы по разливу минеральной воды, извлечению из нее полезных компонентов, добыче солей и т.д.

Лечебные свойства природных вод нередко бывают обусловлены присутствием в них в небольшом количестве таких компонентов, которые оказывают на организм человека терапевтическое активное «специфическое» влияние и способствует исцелению от недугов. Эти вещества получили название физиологически активных или специфических (I,Br и др.). В некоторых случаях лечебное воздействие на организм человека оказывают заключенные в воде органические вещества .

На разных этапах геологического изучения минеральных вод высказывалось мнение об их необычной природе и глубинном происхождении. По мнение постепенно рассеялось. Действительно, некоторые минеральные воды, особенно термальные, формируются на больших глубинах. Но часто встречаются не менее ценные минеральные источники, связанные с верхними водоносными горизонтами до грунтовых вод включительно - некоторые сероводородные, железистые, радоновые воды. Существует, наконец, и большая группа минеральных озер.

1.2 Признаки минеральных вод

Внешние признаки: по запаху отличаются сероводородные воды иногда на значительном расстоянии от места выхода; по вкусу - соленые воды и рассолы, углекислые воды; по бурному выделению пузырьков спонтанного газа в головке источника - углекислые воды; по цвету и составу отложений источников - железистые отложения, охрь красно-бурого цвета (признак железистых вод), кремнистые отложения - гейзериты (признак кремнистых вод), белые известковые отложения, травертины, известковые туфы (углекислые, кальциевые воды), фтороносные гейзериты (фтористые гидротермы).

Температура: горячие воды можно выделить по ощущению, а тем более замером температуры.

Химический и газовый состав: по составу воды и растворенных в ней газов выделяют воды содовые, сульфатные, хлоридные, йодистые, бромистые и др. Опыт народного врачевания или использование воды для выварки поваренной соли: эти признаки выявляются опросом населения и позволяют установить место выхода минерального источника для постановки на нем контрольных исследований. [2]

1.3 Минеральные воды как полезное ископаемое

Минеральная вода как полезное ископаемое - это такая вода, которую можно непосредственно использовать в лечебном деле или для извлечения из нее компонентов, полезных для народного хозяйства - солей, металлов (Cu), металлоидов (I, Br, B), газов (углекислоты) или в теплоэнергетическом деле для теплофикации. Только после изучения химических, физических и прочих свойств природной воды можно решить вопрос о том, рассматривать ее как полезное ископаемое или нет.

Минеральные воды проявляются весьма разнообразно, поэтому при их изучении следует различать следующие гидроминеральные объекты:

Месторождения минеральных вод:

а) подземные - пластовые, трещинно-жильные, сложные;

б) поверхностные - озера, лиманы, моря с их грязями, донными отложениями и пляжами.

2) Водопроявления минеральных вод - источники:

а) природные, в том числе гейзеры, субаквальные источники, грязевые вулканы;

б) искусственные вскрытия и выходы через скважины, штольни, колодцы и т.д.

3) Отложения наземных и подземных минеральных вод: туфы, гейзериты, травертины, охры, залежи солей, жильные образования; грязи озер - минеральные и торфяные; грязи грязевых вулканов; отложения пляжей.

4) Гидроминеральные группы объектов минеральных вод:

а) гидроминеральные, гидротермальные поля;

б) гидроминеральные, термальные линии (зоны);

в) цепочки минеральных озер, поля минеральных озер.

5) Гидроминеральные районы, области, провинции минеральных вод; зоны минеральных озер.

6) Гидрохимические пояса и гидрохимические зоны подземных минеральных вод.[2]

1.4 Классификация минеральных вод

В основу классификации минеральных вод и рассолов республики положен принцип учета ионно-солевого состава подземных вод и присущих им лечебных свойств. В качестве основных параметров ранжирования принят комплекс количественных показателей и признаков, среди которых наиболее значимы общая минерализация, ионный и газовый состав, содержание терапевтических активных компонентов, радиоактивность, рН, температура, показания к лечебному применению и другие [3].

В зависимости от назначения питьевые минеральные воды классифицируют на: столовые - минеральные воды с минерализацией менее 1 дмі и с содержанием биологически активных компонентов менее установленной концентрации, столовые воды пригодны для ежедневного применения здоровыми людьми без ограничений, лечебно-столовые - минеральные воды с минерализацией более 1 и до 10 дмі включительно при концентрации биологически активных компонентов менее установленных норм или минеральные воды с минерализацией менее 1 дмі, но при превышении некоторыми биологически активными компонентами установленных норм, лечебно-столовые воды допускаются для столового потребления здоровыми людьми без ограничений непродолжительный период или нерегулярно, лечебные - минеральные воды с минерализацией более 10 дмі или с меньшей минерализацией, но при превышении концентрации некоторых биологически активных компонентов установленных норм, лечебные минеральные воды назначаются для лечебно-профилактического приёма при ряде заболеваний и не рекомендованы для обычного столового питья [24].

По химическому составу различается шесть классов минеральных вод: гидрокарбонатные, хлоридные, сульфатные, смешанные, биологически активные и газированные. Есть и другая трактовка этой классификации - по ионному составу: гидрокарбонатные (щелочные), сульфатные, хлоридные, железистые в различных сочетаниях анионов и катионов [3].

Гидрокарбонатные воды характеризуются высоким содержанием гидрокарбонатного иона. В химическом соотношении гидрокарбонат-ион, как правило, связан с катионом натрия (Na+). До настоящего времени на территории Беларуси минеральные воды с преобладанием в анионной части гидрокарбонатного составляющей выявить не удалось, встречены лишь единичные проявления хлоридно-гидрокарбонатных и гидрокарбонатно-хлоридных минеральных вод. Они распространены в Припятском гидрогеологическом бассейне, обнаружены так же в пределах Оршанской и Брестской гидрогеологических структур [21].

Таблица 1.1 - Гидрокарбонатные минеральные воды Беларуси

Название, торговая марка, лечебное учреждение	Минерализация в г/дм3	Бальнеологическая разновидность
Вита-6	0,9	Гидрокарбонатно-хлоридная натриевая
Вита-С	3,1	Гидрокарбонатно-хлоридная натриевая
Вяча-3 (Люкс)	1,1	Сульфатно-гидрокарбонатно-хлоридная натриевая
Жемчужная	0,5-1,1	Гидрокарбонатно-хлоридная кальциево-натриевая
Марыля	1,4	Гидрокарбонатно-хлоридная натриевая
Мироновская	2,0	Сульфатно-гидрокарбонатно-хлоридная, хлоридно-натриевая фторсодержащая
Никольская	0,8-2,0	Гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридная кальциево-натриевая
Новополоцкая	1,3-2,0	Гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридная кальциево-натриевая
Павлинка	0,8-2,0	Гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридная кальциево-натриевая фторсодержащая
Селеновая	0,8-2,0	Гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридная кальциево-натриевая с содержанием селена
Хомская (Фрост)	1,8	Гидрокарбонатно-хлоридная натриевая
Профилакторий «Полесье» (Мозырь)	2,1-3,3	Гидрокарбонатно-хлоридная натриевая
Санаторий «Радон»	0,4-0,6	Гидрокарбонатная магниево-кальциевая, радоновая

Сульфатные воды характеризуются преобладанием в анионном составе сульфат-иона (SO42-). Из катионов в этих водах чаще всего присутствуют K+, Mg2+ и Ca2+. По катионному составу среди них преобладают несколько групп: кальциевая, магниево-натриевая, натриево-магниево-кальциевая [1].

Таблица 1.2 - Сульфатные минеральные воды Беларуси

Название, торговая марка, лечебное учреждение	Минерализация в г/дм3	Бальнеологическая Разновидность
Аквасельтерская	1,7-2,6	Хлоридно-сульфатная магниево-
		кальциевая фторсодержащая
Бобруйская, Бобруйская-1	2,9-3,2	Сульфатная натриево-кальциевая фторсодержащая
Боровая	1,8	Сульфатно-кальциевая фторсодержащая
Вечелье	3,2	Сульфатная натриево-кальциевая борная фторсодержащая
Могилёвская	3,8	Хлоридно-сульфатная кальциевая фторсодержащая
Рогачевская	6,8	Сульфатно - хлорная магниевая
Светличная	2,9	Сульфатная натриево-магниево-кальциевая
Сож	2,5	Сульфатная магниево-кальциевая
Санаторий «Вечелье»	3,6	Хлоридно-сульфатная натриево-кальциевая
Санаторий «Боровье»	1,9	Сульфатно-кальциевая
Санаторий «Рассвет»	2,7	Сульфатная магниево-кальциевая
«Сосны - 1»	3,1	Сульфатная хлорная магниевая
«Дарида»	3,6	Сульфатно - хлоридно-натриевая
Профилакторий «Зарница»	1,3	Хлоридно-сульфатная магниево-кальциевая

По преобладающему анионному составу к сульфатным минеральным водам примыкает хлоридно-сульфатная группа, эти воды вскрыты большим количеством скважин и распространены на значительной территории на северо-востоке от Белорусского массива, в Припятском бассейне и, небольшими участками в центральной и южной частях республики [1].

В состав хлоридных вод входит в высокой концентрации анион хлора, который чаще всего находится в сочетании с катионами натрия (хлоридные натриевые воды), реже кальция (хлоридные кальциевые воды) [1].

Таблица1.3 - Хлоридные минеральные воды Беларуси

Название, торговая марка, лечебное учреждение	Минерализация в г/дм3	Бальнеологическая разновидность
Аквадив	2,5	Хлоридная натриевая
Берестовская - 1,2,3	2,0-6,4	Хлоридная кальциево-натриевая
Берестье	1,8-2,0	Хлоридная натриевая фторсодержащая
Брестская, Брестская-5	2,6-3,0	Хлоридная натриево-кальциевая фторсодержащая
Василинка	3,8	Хлоридная натриевая фторсодержащая
Ганцевчанка	3,7-5,2	Хлоридная натриевая
Гомельская-1	3,7	Хлоридная натриевая
Дворцовская	3,4	Хлоридная натриевая фторсодержащая
Дивичанка	2,8	Хлоридная кальциево-натриевая
Дубойская-1	4,6	Хлоридная натриевая
Закозельская	2,7	Хлоридная натриевая
Ислочь	3,9-6,7	Хлоридная натриевая
Ключевая	1,0-1,7	Хлоридная кальциево-натриевая
Криничка	3,3-3,9	Хлоридная натриевая фторсодержащая
Летцы-2, 3, 4, 5	3,8-4,0	Хлоридная натриевая
Нарочанская	5,1	Хлоридная натриевая фторсодержащая
Пролеска	1,7-3,4	Хлоридная натриевая
Пуша	6,1	Хлоридная натриевая
Речицкая - 1, 2	3,7-5,8	Хлоридная натриевая фторсодержащая
Свидо - 1, 2, 3	2,5-4,5	Хлоридная натриевая
Минская - 2, 3, 4, 5	1,4-5,0
Льдинка	5,6	Хлоридная натриево-кальциевая

Значительный объем минерального бассейна республики составляют хлоридные воды и рассолы, они значимо преобладают по сравнению с сульфатными, хлоридно-сульфатными и сульфатно-хлорными. Железистые воды, содержащие 20 мг/л железа, сравнительно недавно открыты в зоне Микашевичско-Житковичского выступа и Припятского прогиба [11].

В зависимости от общей минерализации минеральные питьевые воды классифицируются на: пресные (минерализация до 1 г на дмі включительно), слабоминерализованные (минерализация более 1 до 2 г на дмі включительно), маломинерализованные (минерализация более 2 до 5 г на дмі включительно), среднеминерализованные (более 5 до 10 г. на дмі включительно), высокоминерализованные (более 10 до 15 г. на дмі включительно) [7].

Классификация минеральных вод по их применению. В зависимости от применения воды подразделяют на две группы: для наружного и внутреннего применения. К питьевым лечебным водам, применяемым по назначению врача, относят воды с минерализацией от 10 до 15 г./дм3, а при наличии в них биологически активных компонентов - с минерализацией менее 10 г./дм3[7].

В основу бальнеологической классификации минеральных вод и рассолов Беларуси положено систематизирование ионно-солевого состава подземных вод и присущих им лечебных свойств. На территории Беларуси могут быть обнаружены следующие бальнеологические типы минеральных вод и лечебных рассолы:

1. Без специфических компонентов и свойств

2. Бромные воды и йодобромные рассолы

3. Сульфидные и сероводородные воды и рассолы

4. Железистые воды

5. Радоновые воды

6. Борные воды

7. Фторсодержащие

8. Селеносодержащие

Минеральные воды и лечебные рассолы без специфических компонентов состава и свойств. В зависимости от анионного состава макрокомпонентов выделены три основные группы: гидрокарбонатная, сульфатная и хлоридная. Кроме того, в гидрогеологическом разрезе территории Беларуси встречаются группы смешанного состава: хлоридно-гидрокарбонатная, гидрокарбонатно-хлоридная, хлоридно-сульфатная, сульфатно-хлоридная и другие [1].

По соотношению катионов преобладают натриевая, кальциево-натриевая, магниево-кальциево-натриевая, магниево-кальциевая, натриево-магниево-кальциевая и некоторые другие группы. Бромные и йодобромные минеральные воды и рассолы включает хлоридную натриевую бромную, хлоридную кальциевую бромную и хлоридную натриево-кальциевую йодобромную минеральные воды, а также бромные и йодобромные рассолы. Основным критерием отнесения подземных вод в разряд бромных, йодных или йодобромных минеральных вод является содержание в них соответственно брома свыше 25 мг/дмі, йода более 5 мг/дмі, или же концентраций обоих компонентов, превышающих нижнюю границу лечебного применения. Рассолы с солесодержанием до 100 г./дм3 распространены на западней части Оршанского и Прибалтийского гидрогеологических бассейнов. Глубина залегания кровли вмещающих верхнепротезойских или кембрийских пород изменяется от 600 до 1000 и более.

По содержанию фтора в природных водах территория Беларуси относится к фтородефицитной провинции. В отличие от большинства других компонентов состава подземных и поверхностных вод для фтора применяется понятие оптимальной концентрации, что усложняет возможность питьевого использования фторосодержащих вод. В соответствии со существующим стандартом оптимальныя концентрация фтора в питьевой пресной или минеральной воде должна быть не более 0,7 мг/дм3. Воды, содержащие в своем составе селен, их ПДК составляет 0,01 мг/дм3 [1].

1.5 Химический состав природных минеральных вод

Основные закономерности формирования химического состава природных вод были установлены известным гидрохимиком М.Г. Валяшко, при этом им были выделены наиболее широко распространенные в литосфере катиогенные и аниогенные элементы. К катиогенным относятся железо, кальцый, магний, натрий, калий; к аниогенным - кремний, фосфар, углерод, сера, хлор. Растворимость различных соединений перечисленных элементов определяет степень устойчивости их миграционно подвижных форм и способность накапливаться в водных растворах [2].

В гидрохимии на базе соотношения между кларками элементов и растворимостью их природных соединений все элементы делятся на три группы: макро-, мезо-, макрокомпоненты. В зависимости от соотношения компонентов внутри каждой группы и между группами формируются различные виды внутренних равновесий природных водных растворов [18].

Макроэлементы, определяют химический тип воды, её общую минерализацию (сухой остаток) и название по общему химическому составу. Это Na+ (K+), Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42-, HCO3-.

Ион натрия, его кларк в литосфере равен 2,5%, а все соли обладают высокой растворимостью, поэтому миграционные способности иона натрия весьма большие. Незначительно они ограничиваются тем, что из растворов натрий-ион выводится реакциями обмена с поглащенными катионами, а так же тем, что при высокой минерализации вод он может образовывать ионные пары. Натрий-ион встречается в водах всех диапозонов концентрации, но особенно характерен для растворов с минерализацией 10 г./л и более. В природные воды ион натрия поступает за счет растворения залежей солей рассеянных в породах хлоридов, гидролитического расщепления алюмосиликатов, реакций катионного обмена [9].

Ион калия, его кларк в литосфере равен 2,54%. С главными анионами природных вод калий, как и натрий, образует легкорастворимые соединения, однако он значительно менее распространен в природе. Содержание калий-иона в природных водах обычно составляет около 4-10% от содержания натрий-иона, максимальная концентрация редко бывает больше 4-5 г./л. Объясняется тем, что калий биологически активен, вследствие чего энергично извлекается из растворов животными и растительными организмами, а кроме того, он интенсивнее, чем натрий, поглощается горными породами. Источником калия в водах является главным образом галогенные отложения, калиевые полевые шпаты, различные селикатные минералы и горные породы [14].

Ион кальция. Среди щелочных и щелочноземельных металлов кальций обладает наивысшим кларком (2,96%). Его хлорид является наиболее растворимой солью. Кальций широко распространен в различных горных породах. Особенностью иона кальция является то, что он биологически активен, в результате чего хорошо поглощается живым веществом, играя заметную роль в его составе, однако после смерти животных и растений переходит в минеральную форму и вновь поступает в почвы и породы, а из них - в природные воды. Источником кальция в природных водах служат карбонатные горные породы, гипсы, ангидриты, кальциевые силикаты, а так же реакции катионного обмена [13].

Ион магния. По своим свойствам магний близок к кальцию, его кларк (1,87%), но миграция его в природных водах протекает совсем иначе. Не смотря на то, что биологическая активность Mg2+ ниже, чем Ca2+, поглащение почвами и породами слабее, а растворимость сульфатов и карбонатов магния выше, чем кальция, в химическом составе природных вод магний играет резко подчиненную роль, почти не встречаются воды в которых магний был бы преобладающим катионом. Объясняется это тем, что магний:

- участвует в образовании большого количества вторичных минералов;

- обладает биологической активностью, т.е. участвует в процессах фотосинтеза, в результате чего он хорошо усваивается растениями

- имеет высокую ёмкость поглощения, благодаря чему легко покидает раствор, будучи поглощенным почвами и породами;

- образует ионные пары, комплексные ионы;

- обладая положительной гидратацией, не накапливается в областях высоких давлений, поэтому миграция его на больших глубинах затруднена.

Источником магния служат главным образом доломиты, мергели и коры выветривания основных и ультраосновных пород [20].

Хлорид ион. Не смотря на то, что кларк хлора составляет всего 0,04% ион хлора имеет исключительно большую миграционную подвижность, поскольку высокая растворимость солей этого элемента с лихвой компенсирует недостаток распространенности хлора. В природных водах он хорошо накапливается. Хлор не образует труднорастворимых соединений с главными катионами, не адсорбируется почвами и породами, не накапливаются живыми организмами и не связываются в ионные пары при увеличении концентрации растворов вплоть до крепких рассолов (ионные пары снижают концентрацию свободных ионов и не определяются аналитически). Обладают отрицательной гидратацией. Источником хлора служат отложения галита, коры выветривания магматических пород, различные виды антропогенных отходов, вулканические выбросы.

Сульфатный ион. Обладает хорошей миграционной способностью, так как коллоиды почв и пород его почти не поглощают, поглощается живым веществом, так как содержит серу, входящую в состав белка и иных органических соединений и образует слаборастворимые соединения с кальцием и другими катионами. Главным источником сульфат- иона в водах служат отложения гипса и ангидрита, а также процессы окисления сульфидов, самородной серы и H2S. Кроме того он образуется при извержении вулканов и выделяется из промышленных и бытовых отходов.

Гидрокарбонатный и карбонатный ионы. Источниками их в природных водах служат различные карбонатные отложения: известняки, доломиты, мергели, карбонатный цемент осадочных пород, а также коры выветривания изверженных пород, магматические процессы.

Мезокомпоненты или второстепенные компоненты, природных вод являются продуктами растворения веществ, которые либо плохо растворимы, но основной химический элемент их имеет высокий кларк, либо наоборот. К мезокомпонентам относят железо, кремний, алюминий, фосфор, некоторые соединения азота [9].

Кремний, это очень распространенный на нашей планете элемент, его кларк равен 27,6%, встречается обычно в виде дуоксида, называемого так же кремнекислотой и входящего в состав кварца или алюмосиликатов и силикатов, на долю которых приходится 87% литосферы.

Железо - самый распространенный после алюминия метал в земной коре. Основная масса железа заключена в горных породах в двухвалентной форме, обычно в изомерной смеси с магнием и элементами семейства железа. Его кларк составляет 4,65%. В природные воды железо поступает главным образом в результате различных видов окисления сульфидных руд и химического выветривания ферро- и феррисиликатов. Оно мигрирует в воде в форме ионов, молекул, коллоидов и взвесей.

Азот, весьма широко распространенный на нашей планете элемент, кларк которого в атмосфере Земли составляет 76,6%, в литосфере - 0,04%. Азот в водах может присутствовать в виде растворенного газа - свободных малекул N2,растворенного газообразного NH3, ионов неорганических соединений: NH4+, NO2- и NO3-.

Алюминий, будучи широко распространенным элементом, кларк которого составляет 8,80% алюминий в свободном состоянии в природе не встречается. Характерной его чертой является постоянная валентность, а по миграционным способностям он может считаться аналогом окисного железа. Растворимость минералов и соединений алюминия ничтожно мала; величина pH растворов, при которой начинается выпадение его гидроксида низка. Основным источником алюминия в водах являются коры выветривания различных алюмисиликатов, а также продукты производственной деятельности человека.

К микроэлементам природных вод относятся те химические элементы, которые встречаются в очень незначительных концентрациях. Это самая большая группа компонентов химического состава вод ибо в природе нет абсолютно нерастворимых веществ. Однако весьма малая распространенность этих элементов, а часто и низкие величины растворимости их соединений предопределяют столь незначительное их присутствие в водах. Условно микроэлементы природных водных растворов можно подразделить на 5 групп:

1.Типичные катионы - Li+, Rb+, Cs+, Be2+, Sr2+, Ba2+ и др.

2.Ионы тяжелых металлов - Cu2+, Ag+, Au+, Pb2+, Ni2+, Co2+ и др.

3.Атмосферные комплексообразователи - Cr, Mo, V, Mn.

4.Типичные анионы - Br-, I-, F-, B3-

5.Радиоактивные элементы - U, Ra, Rn и др. [9]

Литий. Этот химически активный рассеянный элемент, кларк которого составляет 6,5 * 10-3% образует множество соединений с кислородом, галойдами, фосфором, серой и другими элементами, как правило, достаточно хорошо растворимыми в воде. Источником лития в природных водах служат кислые изверженные породы.

Медь. Это сравнительно мало распростваненный в природе элемент, кларк которого равен 4,7 * 10-3%, встречается в самородном состоянии и в виде кислородных и сульфидных минералов. Источником меди в водах Земли служат ее естественные минералы (главным образом сернистые, а так же силикаты, карбонаты, оксиды).

Марганец. Этот элемент достаточно широко распространен в литосфере, его кларк равен 0,1%. Входит в состав большого числа минералов, главным образом оксидов, гидроксидов и карбонатов. Источником марганца могут быть отходы антропогенной деятельности - сточные воды марганцевых обогатительных фабрик, металлургических заводов, а так же шахтных вод.

Главными компонентами минеральной воды являются семь главных ионов: катионы натрия (Na+), кальция (Са2+), магния (Mg2+) и калия (К+) и анионы хлора (Сl-), сульфат анионы (SO42-) и гидрокарбонат анионы (НСО3-). Ионы хлора придают воде солёный вкус, сульфат-анионы, ионы кальция и магния - горький. Также ионы кальция и магния выполняют немаловажную функцию - этими ионами определяется коэффициент жесткости воды. Но кроме этих ионов в воде в разных количествах есть практически все элементы таблицы Менделеева. Наиболее часто в минеральных водах встречаются такие компоненты, как железо, йод, фтор, кобальт, медь, молибден, бром, марганец, литий, мышьяк истронций. Также помимо минеральных веществ в воде содержатся газы и органические вещества (остатки). Кислорода в них содержится меньше, чем в обычных водах, но больше углекислого газа. Кроме атмосферных газов, минеральная подземная вода содержит газы подземного происхождения например, радон (Rn). Состав и концентрация газов и органических веществ в воде зависит от различных физических воздействий на воды и места её происхождения.Некоторые воды содержат в себе сероводород (H2S) - продукт жизнедеятельности бактерий. Стабилизацию химического состава минеральных вод обеспечивает углекислый газ (СО2) [6].

Минеральные воды содержат те же вещества, которые присутствуют в организме человека, и их целебное действие заключается в восполнении нарушенного равновесия. Химический состав минеральных вод точно известен, и его можно воспроизвести в лабораторных условиях, однако добиться такого лечебного действия, которое оказывают природные минеральные воды, сформированные благодаря вымыванию химических элементов из геологических пород в течение длительного периода, пока не удается.

Минеральными лечебными водaми называют воды, содержащие в повышенных концентрациях различные минеральные компоненты или обладающие какими-либо специфическими физическими свойствами (повышенная температура, радиоактивность и др.) и благодаря этому способные оказывать на организм человека лечебное действие.

В зависимости от химического состава и физических свойств минеральные воды используют в качестве наружного или внутреннего лечебного средства. В настоящее время выделяют следующие главнейшие особенности состава минеральных лечебных вод, которые одновременно являются основой для их оценки, подразделения и обозначения: газовый состав, степень газонасыщенности, ионный состав, общая минерализация, содержание биологически-активных микрокомпонентов, температура, радиоактивность, кислотность-щелочность [10].

В сокращенном виде химический состав минеральной воды выражается бальнеологической формулой (в гидрогеологии она называется формула Курлова). Она имеет вид псевдодроби, в числителе которой приводится содержание анионов, а в знаменателе - содержание катионов в эквивалент-процентах. В формулу химического состава включаются анионы и катионы с концентрацией 20 и более эквивалент-процентов, но не менее двух каждого. Перед дробью указывают газовый состав и общую минерализацию, обозначенную буквой М. Далее отмечается содержание их выше нормы лечебного применения, затем указывается температура воды и реакция среды.

2. Закономерности распространения минеральных вод

2.1 Условия залегания и миграции минеральных вод

Распространение минеральных вод определяется сложным сочетанием геологоструктурных, гидрогеологических, геохимических и геотермических условий их формирования. Основными из них являются:

литология и коллекторские свойства горных пород;

фациальные условия и особенности геологической истории бассейнов, в которых происходило накопление осадочных отложений, а также палео- и современные гидрогеологические условия, определяющие степень промытости осадочных пород;

наличие молодых магматических процессов и особенно - современного вулканизма, вызывающих интенсивный термометаморфизм горных пород;

интенсивность и характер неотектонических движений и, в частности, существование молодых открытых тектонических разрывов;

геотермический режим, изменяющийся в различных геологических структурах и географических зонах в весьма широких пределах от нормального до резко аномального - «вулканогенного» (в сфере влияния молодых магматических очагов) и «криогенного» (в областях многолетней мерзлоты);

наличие на некоторой глубине в осадочных отложениях биохимических, микробиологических процессов. [6]

Известный французский специалист по рудным месторождениям и минеральным водам Л. де Лонэ (1899г.) высказал следующее положение, отражающее господствующее в то время представление: «…термальные источники, как и вулканы, с которыми они связаны общностью происхождения, приурочены к наиболее молодым дислокациям земной коры (к складчатым районам и глубоким разломам) и локализованы в достаточно ограниченных зонах земной коры, где эти явления развиты». Но вместе с тем он выделял две категории минеральных источников: жильные и пластовые. Первые - представляют жильные термальные воды, мигрирующие по трещинам, вторые - связаны с пластовыми термальными горизонтами, которые могут питать естественные минеральные источники или вскрываться артезианскими скважинами.

Наиболее широко распространенным случаем появления термальных источников является наличие тектонического нарушения, которое пересекается эрозионным понижением рельефа (долиной, ложбиной, ущельем и т.д.).

Из классификации тектонических нарушений, приведенной в учебнике геологии И.В. Мушкетова, видно, что с трещинами обычно связывались выходы термальных вод:

1) диаклазы;

складки;

сбросы;

жилы и дайки изверженных пород;

металлоносные жилы.

Каждый тип иллюстрировался характерным примером. Для первого случая приводились углекислые источники Эмса (Германия), второго - Ивердон и Баден (Швейцария), третьего - Виши (Франция), четвертого Баньер-де-Люшон (Пиренеи - Франция), пятого - Пломбьер (Вогезы).

В 1931 году А.М. Овчинников в докладе «Геологические структуры районов минеральных вод» на I Всесоюзном гидрогеологическом съезде в Ленинграде произвел систематизацию условий выхода на поверхность минеральных вод. Было выделено три основных типа:

I - платформенные области, как наиболее простые, где минеральные воды образуют пластовые горизонты и появляются на поверхности в результате:

1) искусственного вскрытия путем бурения скважинами или колодцами;

2) наличие тектонических разрывов типа сбросов, флексур и т.п. в сочетании с глубокой эрозии .

II - пограничные области между платформами и складчатыми сооружениями, где минеральные воды приурочены:

1) к зонам поперечных трещин;

2) к участкам, осложненным интрузиями, в которых вода может изливаться, и по концентрическим разломам.

III - складчатые сооружения:

1) районы преимущественного распространения складчатых тектонических форм - антиклиналей и синклиналей. Выходы минеральных вод приурочены к осевым частям складок, а также к участкам развития тектонических трещин различных систем (диагональных и др.).

Опыт работ на минеральных водах показал необходимым тщательный геолого-структурный анализ районов минеральных вод с детальным изучением трещиноватости горных пород. В горных породах, разбитых различными системами трещин, можно выделить наиболее водообильные зоны открытых трещин, сопряженных с системами закрытых трещин. Следует подчеркнуть большое гидрогеологическое значение поперечных и диагональных зон тектонических деформаций и трещин, являющихся зонами растяжения, т.е. представляющих системы открытых трещин.

При проведении буровых работ можно хорошо заметить как по-разному взаимодействующих скважины, заложенные на участках, различных по степени трещеноватости пород. В истории буровых работ в целях разведки минеральных вод были случаи, когда три скважины, заложенные в скальных породах по треугольнику с расстоянием сторон около 100 м, дали минеральную воду, а центральная, четвертая скважина, заложенная в центре треугольника, была почти безводной. При равномерной трещеноватости (литоклазы) и пористости пород таких случаев ожидать трудно.

Наиболее характерными комплексами пород, с которыми связаны минеральные воды, являются:

Карбонатные - известняки или доломиты, разбитые трещинами и закарстованные на выступающих участках.

Чередующиеся песчано-глинистые отложения, образующие так называемый флиш.

Вулканогенные, туфогенные породы, представляющие накопления туфов, туфобрекчий и туфопесчанников, часто перемежающиеся с покровами и потоками лав.

Массивы изверженных пород, представляющие большое разнообразие форм, начиная от небольших даек, лакколитов и кончая крупными батолитообразными телами.

Большое значение в распространении минеральных вод различных типов имеют геотектонические условия.

В настоящее время принято различать три крупных геотектонических элементов:

I - щиты или выступы древнего кристаллического фундамента, сложенные кристаллическими или метаморфическими породами;

II - платформы, сложенные осадочными отложениями, обычно слабо смятыми и несогласно залегающими на кристаллическом фундаменте (кровля которого находится на различных глубинах);

III - геосинклинали - подвижные, различно дислоцированные участки земной коры, сложенные комплексами самых разнообразных пород - осадочных, магматических, метаморфических.

В пределах указанных выше главнейших геотектонических элементов выделяются структуры более мелкие, которые усложняют картину распространения минеральных вод (поднятия, прогибы, антеклизы, синеклизы, валы, купола и т.д.).

Минеральные воды встречаются во всех типах геологических структур. На выступах древнего докембрийского фундамента они развиты в трещиноватых зонах, преимущественно в коре выветривания массивных пород или на участках тонкого чехла рыхлых отложений. Платформенные области представляют крупные артезианские бассейны с хорошо выраженной гидрогеохимической зональностью, с водами широкого диапазона минерализации и разнообразного состава.

В краевых частях бассейнов, начиная непосредственно от области питания, располагаются зоны маломинерализованных инфильтрационных вод, обычно гидрокарбонатно-кальциевого типа. Далее следует зона гидрокарбонатно-натриевых или сульфатно-натриево-кальциевых вод. За ней идет переходная зона смешанных гидрокарбонотно-хлоридно-натриевых вод или сульфатно-хлоридных вод и, наконец, зона хлоридных вод, представляющая собой область наиболее древних высокоминерализованных вод бассейна.

Маломинерализованные воды в верхних артезианских горизонтах образуются при наличии непосредственной связи с поверхностью и во внутренних частях бассейна, если при этом существуют благоприятные гидродинамические условия.

Вверху находится зона более или менее интенсивного движения инфильтрационных атмосферных вод. Здесь характерна окислительная обстановка с газами вод верхней зоны: кислородом, часто углекислотой. Содержание кислорода, расходующегося на окисление, постепенно уменьшается сверху вниз, а азот воздушного происхождения остается.

В противоположность этому в более глубоких зонах мы имеем восстановительную обстановку, в которой в результате биохимических и других процессов воды обогащаются метаном и другими углеводородами, сероводородом, углекислотой.

Процессы замещения древних вод бассейна протекают различно, в различных геоструктурных элементах. В горных хребтах, представляющих собой гидрогеологически открытые структуры, этот процесс протекает интенсивней и быстрей, чем в межгорных и предгорных впадинах.

В предгорных краевых частях артезианских бассейнов иногда наблюдается обратная вертикальная зональность (инверсия): под горизонтами соленых вод иногда лежат водоносные пласты с относительно невысоко минерализованными щелочными или сульфатными водами, что объясняется в большинстве случаев более интенсивным проникновением инфильтрационных вод на более высоко приподнятых выходах водоносных пород в области питания (расположенных обычно на склонах горных хребтов).

В случае возникновения в пределах водонапорных систем магматической деятельности, образующиеся глубинные гидротермы и газы (особенно ) внедряются по трещинам горных пород в вышележащие их толщи, где они присоединяются к уже ранее сформировавшимся водам, имеющим тот или иной состав в зависимости от стадии их формирования, и включаются в общую водонапорную систему. При этом состав последних подвергается тем или иным изменениям в результате активизации физико-химических процессов, связанной с насыщением вод газами магматического и термометаморфического происхождения. Особенно характерным процессом здесь является насыщение вод углекислотой и интенсивное в связи с этим растворение минералов горных пород.

В результате сложного сочетания складчатых нарушений и тектонических разрывов в пределах горных районов иногда создаются зоны повышенной трещиноватости пород, благоприятные для миграции вод на большие глубины и выхода их на пониженных участках рельефа.[7]

2.2 Месторождения минеральных вод

В процессе миграции подземных вод образуются сложные динамические месторождения минеральных вод.

Под месторождением минеральных вод следует понимать пространственно оконтуриваемые скопления воды определенного состава (отвечающего установленным кондициям) в количествах, достаточных для экономически целесообразного их использования.

Месторождения минеральных вод имеют много общего с месторождениями полезных ископаемых, в частности, с рудными гидротермальными месторождениями, но твердые полезные ископаемые неподвижны, а минеральная вода находится в постоянном движении. Имеются существенные отличия месторождений минеральных вод и от месторождений нефти. По мере эксплуатации происходит постепенное уменьшение запасов нефти, в то время как ресурсы минеральной воды для многих месторождений могут рассматриваться как возобновляемые. Изменение условий формирования минеральных вод происходит обычно чрезвычайно медленно, и только некоторые типы месторождений заключают большую долю древних вод, возобновление которых в настоящее время практически не происходит. Однако подсчет ресурсов минеральных вод является трудной задачей, так как в их формировании часто участвуют воды различного генезиса и возраста, причем в зависимости от хода геологической истории может изменяться пропорция смеси или измениться направленность процесса (например, выщелачивание пород заменится выпадением солей).

Контуры месторождения минеральных вод постоянно изменяются под влиянием естественных, а также и искусственных причин. В связи с этим при разведке фиксируется состояние месторождения только на данный период.

Отдельные минеральные источники при изучении минеральных вод следует рассматривать лишь как естественное появление динамического месторождения минеральной воды. Во многих случаях месторождения вскрываются в результате буровых работ.

Рассматривая месторождения минеральной воды как сложный динамический комплекс, следует подчеркнуть следующие их основные признаки:

Геолого-структурные условия залегания месторождений минеральных вод, заключенных в пределах благоприятной геологической структуры в трещиноватой зоне или в водоносном пористом пласте, определяются геологической историей и динамикой подземных вод данного района.

Контуры месторождения зависят от литологических и тектонических условий залегания воды, стадии развития структурной формы, к которой оно приурочено, соотношения между пресными и минеральными водами; от степени расчлененности рельефа и глубины, на которую воздействуют поверхностные факторы или деятельность человека. Контуры месторождения минеральной воды могут быть во многих случаях выражены в количественных показателях.

Понятие о месторождении минеральной воды, как и о месторождениях всякого полезного ископаемого, имеет и экономический смысл, поскольку речь может идти о минеральной воде, которую целесообразно и выгодно эксплуатировать для организации курортов или иных целей.

Формирование месторождений происходит часто в течение довольно длительного времени и, вероятно, этим объясняется то, что минеральные воды в большинстве случаев располагаются в зоне замедленного и весьма замедленного водообмена, а также в пограничной полосе с пресными водами зоны интенсивного водообмена.

Следует учитывать, что обычно наблюдается сложное соотношение между динамическим месторождением воды и статическими месторождениями других полезных ископаемых или любой породы, которая так или иначе может являться источником поступления в минеральную воду тех или иных компонентов. Динамические месторождения минеральной воды бывают сдвинуты по отношению статического месторождения полезного ископаемого в направлении движения воды и, следовательно, при производстве поисково-разведочных работ следует учитывать положение областей питания и стока или разгрузки подземных вод.

Весьма интересны очертания динамических месторождений минеральных вод в очагах их совместной разгрузки с пресными водами; образующуюся в таких условиях более или менее четко выраженную границу между пресными и минеральными водами А.М. Овчинниковым было предложено называть «фронтом». Линия «фронта» в очаге разгрузки образуют «язык», который направлен острием к месту выхода воды на поверхность. Аналогичная картина наблюдается и в нефтяных месторождениях - в местах поступления нефти к забою скважин, находящихся у контура нефтяной залежи.

Контуры месторождения минеральных вод меняются в зависимости от хода геологической истории, климатических колебаний и степени эксплуатации месторождения. При интенсивной и нерациональной эксплуатации месторождение может преждевременно опресниться или может произойти изменение состава минеральной воды. В некоторых случаях необходимо очень осторожно эксплуатировать месторождение, чтобы не нарушить естественный ход гидрогеохимических процессов.

Наиболее ценными месторождениями являются углекислые, сероводородные, азотные, радиоактивные, которые широко используются для санаторного лечения . [7]

Многообразие месторождений минеральных вод обусловливает необходимость индивидуального подхода при изучении (разведке) каждого объекта. Но в то же время многие месторождения достаточно близки друг другу по отдельным показателям - чертам гидрогеологических и гидрогеохимических условий. Это дает возможность выделять группы месторождений с более или менее сходными условиями. Попытку типизации месторождений минеральных вод для целей разведки предприняли Г.С. Вартанян и Л.А.Яроцкий.

При сопоставлении гидрогеологических особенностей месторождений минеральных вод, как основы их типизации, принимаются во внимание те показатели, которые с наибольшей полнотой характеризует условия локализации минеральной воды, ее динамику и восполнение ресурсов. К числу таких показателей, помимо региональной гидрогеологической и гидрогеохимической обстановки, относятся геолого-структурные и гидродинамические условия самого месторождения.

В рассматриваемой ниже типизации наряду с учетом региональной гидрогеологической обстановки принимаются во внимание геолого-структурные особенности территории.

В горно-складчатых районах основными путями движения восходящих глубинных минеральных вод являются всевозможные тектонические нарушения типа нормальных сбросов, надвигов, взбросов и т.д., а также контакты пород различных литологических разностей.

Следует иметь в виду, что наиболее благоприятные условия для локализации минеральных вод в разрывных тектонических нарушениях образуются в известняках, на контакте известняков с пластичными породами, в интрузивных породах и песчаниках. Менее благоприятны условия для фильтрации подземных вод по тектоническим нарушениям в сланцах, филлитах и роговиках.

В платформенных районах отмечаются сравнительно простые геолого-структурные и гидродинамические условия, характеризующиеся наличием хорошо выдержанных пластов водоносных систем. В горно-складчатых областях типичные для платформ пластовые системы в большинстве случаев сменяются трещинными и трещинно-жильными системами и т.д.

Все множество разнообразных месторождений подземных минеральных вод может быть подразделено по основному гидродинамическому показателю и типу водовмещающей емкости на три большие группы: а) месторождения водонапорных пластовых систем; б) Месторождения водонапорных жильных систем; в) месторождения безнапорных водонапорных трещинных или пластовых систем.

В соответствии со структурно-гидродинамическими условиями территории, физико-химическими особенностями подземных минеральных вод и, как следствие, особенностями проведения поисково-разведочных работ выделяются шесть характерных месторождений.

1 тип. Пластовые месторождения платформенных артезианских бассейнов.

В настоящее время накоплен достаточно обширный материал о месторождениях минеральных вод платформенных артезианских бассейнов.

Для таких месторождений характерны значительные площади распространения минеральных вод, высокие избыточные напоры, достигающие нескольких десятков метров и обеспечивающие самоизлив этих вод. Вследствие широких площадей развития минеральных вод определенного состава, значительных емкостей водоносных горизонтов и наличия упругих запасов при опытных откачках (выпусках) и при эксплуатации в большинстве случаев химический состав отбираемых вод остается стабильным.

2 тип. Пластовые месторождения предгорных и межгорных артезианских бассейнов и артезианских склонов.

Характерной чертой месторождений этого типа являются весьма высокие избыточные напоры, часто достигающие сотен метров.

Большие перепады высот местности создают предпосылки для формирования значительных величин гидравлических градиентов, что при прочих равных условиях приводит к увеличению действительных скоростей движения минеральных вод в недрах. Месторождения минеральных вод этого типа по протяженности меньше платформенных.

...