Mineral springs of the Yaneytyvis deposit of mineral waters (Komi Republic)

Full Text

Введение

В пределах узкой сложнопостроенной линейно-складчатой субширотной структуры гряды (поднятия) Чернова (Тектоника..., 1989) в северной части Предуральского краевого прогиба сосредоточены большие ресурсы пресных и минеральных подземных вод, связанные с разновозрастными осадочными палеозойскими отложениями. Здесь находятся (Гидрогеология..., 1970; Лечебно-минеральные..., 1983; Митюшева, 2016) немногочисленные соленые источники: Табейшор, Салаю, Янейтывисский, Воркутские сероводородные. Эти групповые выходы подземных минеральных вод на поверхность в пределах гряды связаны с повышенной трещиноватостью и проницаемостью пород в зонах разрывных нарушений. Степень изучения соленых ключей (родников) севера Предуральского краевого прогиба различна, и большая часть остается малоизученной, несмотря на то, что они известны уже более 150 лет. Первые особо ценные сведения о сероводородных и соленых источниках около д. Адак привел В. Н. Латкин (1848), о минеральных «теплых и горячих» ключах на правом притоке р. Адзьвы, на речке Пымвашор — архимандрит Веньямин (1849), А. В. Журавский (1906), Н. А. Кулик (1909). Сведения о минеральных источниках гряд Чернова и Чернышева Предуральского прогиба включены в сводки по минеральным водам Коми АССР и Ненецкого национального округа А. А. Скробова и В. И. Смирнова (1939), Е. В. Ртищевой (1953), Е. Д . Соловьевой и Н. Ф. Сергеевой (1962), тома XLII «Гидрогеологии СССР» (1970), Г. Д. Сосновской и М. П. Найшулер (1981), Л. В. Мигунова и др. (1983), В. М. Милькова и др. (1989, 1993).

Благодаря уникальному для Европейского Севера химическому и газовому составу, наиболее исследованы термоминеральные солоноватые (1.7–2.1 г/л) источники гряды Чернышева на р. Пымвашор (Гидрогеология.., 1970; Митюшева и др., 2012), находящиеся в Ненецком автономном округе. Неутвержденные запасы лечебных хлоридно-натриевых питьевых и радонорадиевых бальнеологических вод, приуроченных к зоне трещиноватости закарстованных верхнедевонско-нижнекаменноугольных известняков, составили 2.8 тыс. м³/сут. Единственным разведанным и состоящим на учете государства (Государственный..., 2023) месторождением минеральных подземных вод (ММПВ) за Северным полярным кругом является Янейтывисское.

Уникальность Янейтывисского ММПВ в том, что этот район находится в зоне развития многолетнемерзлых пород. В области вечной мерзлоты выходы минеральных вод на поверхность известны больше как достопримечательные туристические объекты и «дикие» лечебные места. Примером могут быть многочисленные термальные минеральные источники Чукотки (Поляк и др., 2022). Функционирует в Российской Арктике единственный санаторий «Талая» (287 км от г. Магадан), где для бальнеолечения используются термальные (до +98 °С) азотные кремнистые хлоридно-гидрокарбонатные натриевые воды среднеюрских терригенных и верхнеюрских вулканогенных пород с минерализацией 0.5–0.6 г/л месторождения Тальское-1 (Государственный..., 2023; Завгорудько и др., 2020).

Целью работы является характеристика природных источников минеральных вод на площади Янейтывисского месторождения по состоянию на 2021 г., оценка изменения химического состава вод во временном разрезе за полувековой период и возможности использования минеральных вод в современных условиях, уточнение распространенности химических элементов и условий формирования состава минеральных вод источников.

Общие сведения

Янейтывисские минеральные источники и разведанное одноименное месторождение минеральных вод расположены в 30 км от г. Воркуты (рис. 1), в месте слияния рек Янэйтывис (Яней-Ты-Вис) и Воргашор. Источники приурочены к зоне разрывных нарушений — Янейтывисскому взбросу на южном крыле поднятия Чернова.

Рис. 1. Местоположение (a, b) и схема опробования подземных и поверхностных вод (c) на площади Янейтывисского месторождения минеральных вод: a — тектоническая схема (Геологическая..., 2007); b — геологическая карта по результатам разведочных работ³; с — объекты опробования на космоснимке (Google Earth). Окраска пунктов опробования соответствует анионному химическому составу вод: голубой — гидрокарбонатные, красный — хлоридные

Fig. 1. Location (a, b) and scheme of sampling of underground and surface waters (c) in the area of the Yaneytyvis mineral water deposit: a — a tectonic scheme (Geologicheskaya.., 2007); b — geological map according to results of exploration work³; c — the sampling on the satellite image (Google Earth). The color of the sampling corresponds to the anionic chemical composition of the waters: blue — hydrocarbonate, red — chloride

Первые сведения о солоноватых источниках на устье р. Воргашор были приведены в 1959 г. Л. В. Лобковой и затем Б. М. Зимаковым¹ (1961) был опробован Усть-Воргашорский источник (Воргашорская группа источников) на правом берегу р. Янэйтывис. На участке естественных выходов минеральных вод на поверхность земли инженерно-геологической партией ПГО «Полярноуралгеология» в 1973–1978 гг. были проведены поиски и детальная разведка минеральных вод^2,3. Были пробурены скважины № ВК-492, ВК-493, ВК-494, ВК-495 глубиной 89.9; 192; 172 и 502 м соответственно, вскрывшие водоносную зону трещиноватости в карбонатных каменноугольных породах. Работы по разведке минеральных вод проводились по заявке Воркутинского горисполкома в связи с удаленностью от курортов страны и трудностью завоза лечебно-столовых вод из других областей. Потребность в минеральных водах, которые планировалось использовать для розлива, составляла 50 м³/сут. Запасы лечебно-столовых вод Янейтывисского ММПВ были утверждены в 1978 г. в количестве 1020 м³/сут (в т. ч. по категориям: А — 482, В — 688 м³/сут). Согласно переоценке, проведенной в 2019 г. (Протокол ГКЗ от 25.12.2019 г. № 6171) (Государственный..., 2023), ранее утвержденные запасы Янейтывисского ММПВ серпуховско-визейского водоносного комплекса (C₁s–v) в интервале залегания 352–502 м были переведены в категорию «С₂» с сохранением объема 1020 м³/сут.

Климат местности, расположенной в 140 км от побережья Северного Ледовитого океана, характеризуется как субарктический; среднегодовые значения температуры за период 1991–2020 гг. по г. Воркуте — около –4.7 °С, количество осадков — 540 мм (Среднегодовые…, 2024). Абсолютные отметки земной поверхности в данном районе Большеземельской тундры — от 150 до 165 м.

Объекты исследования

Исследования Янейтывисского источника были проведены в июле 2021 г. сотрудниками Института геологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН. Обследованы три группы холодных минеральных подземных источников (рис. 1, с, табл. 1), выходы которых локализованы на отрезке долины р. Янэйтывис в месте слияния с р. Воргашор.

Таблица 1. Объекты исследования природных вод

Table 1. Objects of natural water research

Примечание. * — номер образца соответствует номеру на рис. 1, с.
Note. * — the sample number corresponds to the number in Fig. 1, с.

Отбор проб вод из скважин был невозможен, поскольку они законсервированы (затампонированы).

Первая группа минеральных источников представляет линейный выход подземных вод на правом берегу р. Янэйтывис на высокой пойме в 30–50 м от русла и включает три точки наблюдения (далее — т. н.): 21–14, 21–15 и 21–16. Между этими источниками 10–20 м. Площадка выходов подземных вод заболочена, под дерново-растительным слоем залегает прослой (6 см) супеси серо-коричневой на серых глинах с галькой. Вода источников солоноватая, имеет выраженный железистый привкус. Координаты и параметры, определенные при полевых работах приведены в таблице 1.

Вторая группа минеральных источников находится на второй надпойменной террасе р. Янэйтывис в 240 м от устья р. Воргашор (670 м от источников 1 группы). Подземные воды разгружаются в виде грифонов с общим дебитом более 10 л/с (т. н. 21-19) и скапливаются в водоеме 1.5 × 1.5 м. Далее происходит сток этих солоноватых вод по склону в старичное озеро (т. н. 21-23) размером 80 × 10 м у основания террасы в 80 м от реки. В 30 м от т. н. 21-19 находится другой высокодебитный источник (групповой выход) (т. н. 21-20), вода накапливается в водоеме 1.5 × 1.5 м. Этот источник (рис. 1, с) в период разведочных работ был оборудован, здесь осуществлялись режимные наблюдения (рис. 1, b — ист. 69). Ранее именно он именовался как Усть-Воргашорский. Законсервированная скважина ВК-493 находится в 20 м от т. н. 21-20. По всей длине поверхностного стока (ручейка) от источника наблюдаются многочисленные выходы подземных газирующих вод. Водоток от источника разгружается в старичное озеро, которое большей частью заболочено; в открытых участках водоема электропроводимость вод достигает 4.46 См/см. Длина стока от минеральных источников до реки 500–550 м. Водоток, втекающий в реку, имеет общий расход 12 л/с (1002 м³/сут), он вытекает из старичных озер, собирающих стоки минеральных вод от источников. Точка наблюдения 21-25 характеризует место впадения водотока шириной 60 см в р. Янэйтывис. В целом окружающая местность на террасе сильно заболочена, отмечаются многочисленные озерца различного размера с пресной или слабоминерализованной (удельная электропроводимость до 2.5 См/см) водой.

Третья группа минеральных источников находится на левом борту р. Янэйтывис в 50–80 м от реки. Здесь на заболоченной площадке поймы воды скапливаются в нескольких водоемах различного размера, электропроводимость различна: 0.7–3.7 См/см. Один из крупных выходов минеральных вод возник на месте ликвидированной скважины ВК-492. Отобрана проба вод (т. н. 21-27) из высокодебитного родника, на котором в период разведочных работ осуществлялись режимные наблюдения. Дебит ист. 3 (рис. 1, b) в 1977–78 гг. был 1.2 л/с.

Пресные подземные воды участка обследований характеризует проба из источника (т. н. 21-18) на правом берегу р. Янэйтывис. Восходящий единичный выход подземных вод осуществляется в 100 м от реки, он отличается низкими значениями температуры и минерализации вод (табл. 1).

Речные воды на данном участке отобраны из р. Янэйтывис и ее правого притока р. Воргашор с глубины 0.2–0.3 м от поверхности. Река Янэйтывис является правым притоком р. Воркуты (бассейн р. Печоры), берет начало ≈ в 8 км из о. Янэйты. Она имеет выраженную долину, ширина русла 6–10 м, глубина от 20 см в районе переката и до 3 м. После впадения р. Воргашор русло реки меняет направление почти на 90 градусов (рис. 1, b, c). Две пробы характеризуют реку: выше по течению исследованных источников третьей группы (т. н. 21-17) и ниже стока минерализованных вод (т. н. 21-29). Отбор пробы воды из р. Воргашор (т. н. 21-13) произведен на 200 м выше устья; ширина русла 5 м, глубина не более 30 см.

Материалы и методы исследований

В работе представлены результаты изучения природных вод в районе Янейтывисского ММПВ. В полевых условиях температуру и удельную электропроводимость поверхностных и подземных вод измеряли тестером HI 98129/98130 (Hanna Instruments, Португалия). Отбор проб воды осуществлялся в пластиковые контейнеры (после предварительного ополаскивания не менее трех раз отбираемой для анализа водой) после фильтрования через фильтр производства фирмы Schleicher & Schuell (Германия) с размером пор 0.45 мкм. Для определения общего химического состава объем пробы составлял 1.0 л, микроэлементного — 15–50 мл. Консервация для исследования катионов и микроэлементов производилась по стандартным методикам концентрированной HNO₃. Пробы вод для изучения изотопного состава (δ¹⁸О и δD) были отобраны в пластиковые контейнеры объемом 10–15 мл.

Определение макрокомпонентного состава вод проведено в экоаналитической лаборатории Института биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар) в соответствии с аттестованными методиками: НСО^-₃ — методом концентрации ионов, Сl^- — методом потенциометрического титрования; SO^2-₄ — турбидиметрическим методом; NH₄⁺ и NО₃^– — фотометрическим методом; Са²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺ — на атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно связанной плазмой Spectro CIROS CCD (Германия). Сухой остаток определен гравиметрическим методом, величина рН — потенциометрическим. Общий органический углерод — по методу NPOC, TOC — по методу термокаталитического окисления. Концентрации 64 элементов анализировались методами ICP-MS и ICP-ОES на приборах: масс-спектрометре Agilent 7700x (Agilent Technologies, США) и оптико-эмиссионном спектрометре с индуктивно связанной плазмой Vista MPX Rad (Австралия) в Центре коллективного пользования «Геонаука» ИГ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар). Анализ изотопного состава вод (δ¹⁸О, δD) проведен в ЦКП Геологического института РАН (Москва) на приборе Picarro 2140i (лазерный анализатор изотопного состава О и Н).

Название химического состава вод приведено по составу основных анионов и катионов, содержания которых превышают 20 %-экв. в возрастающем порядке.

Оценка пластовых температур формирования солевого состава вод проводилась по гидрохимическим геотермометрам, которые возможно применять для относительно низких температур: SiO₂, Na-Li, K-Mg. Для расчета использовались результаты химического анализа воды, выраженные в мг/л. Расчеты температуры по SiО₂-геотермометру для диапазона температур 25–250 ºС производились по формуле: Т °C = 1522/(5.75 — lgSiO₂) — 273.15 (Fournier, 1977). K-Mg-геотермометр (Giggenbach, 1988) используется для гидротермальных систем с температурой 50–300 °C: Т °C = 4410/14+lg(K²/Mg) — 273.15. Na-Li-геотермометр разработан для оценки температур пластовых (от 20 до 340 °C) слабо- и умеренно минерализованных вод осадочных бассейнов: Т °C = 1000/(lg(Na/Li) — 0.14) — 273.15 (Fouillac, Michard, 1981).

Характеристика гидрогеологических условий

В изучение мерзлотных и гидрогеологических особенностей данной территории поднятия Чернова начиная с 60-х годов XX в. внесли вклад А. П. Мельник и Ю. В. Николаев (1961), И. Г. Соловьев (1962), О. П. Овчинников (1967), Н. Г. Оберман (1969) и другие исследователи. Наиболее полные данные о геологическом строении Янейтывисского ММПВ были получены при поисково-разведочных работах 1973–1978 гг., направленных на оценку запасов минеральных вод^2,[3]. Опираясь на результаты работ этих исследователей мы приводим краткую гидрогеологическую характеристику подразделений данного участка исследований, входящего в соответствии с районированием (Государственная..., 2007) в Полярно-Северопредуральскую систему артезианских бассейнов (AII) (первого порядка). Территория охватывает погруженную часть поднятия Чернова (рис. 1, а, b), осложнена тектоническими нарушениями различной амплитуды, которые являются ответвлениями Янейтывисского взброса «Н». Взброс имеет северо-западное (пай-хойское) простирание, ограничивает гряду с севера, его амплитуда достигает 4 км, образование относят к послетриасовому времени.

Неоген-четвертичный таликово-криогенный водоносный комплекс (N-Q) имеет повсеместное распространение и представлен озерными, ледниковыми, ледниково-морскими, аллювиально-морскими и аллювиальными отложениями различного литологического состава. Комплекс включает грубые валунные суглинки, песчанистые алевриты падимейской серии (ранее — свиты) (m,gmN₂pd); алевриты с галькой и гравием, суглинки с прослойками глин роговской серии (gm,lgE–Ird) и аллювиальные иловые пески, песчано-галечные и валунные отложения; озерно-болотные отложения — торф, песок, супесь, суглинок; покровные суглинки неоплейстоцен-голоцена (a,lpII–H). Установленная мощность отложений — от 2 м в зонах распространения карбонатных пород и до 72 м в пойме р. Янэйтывис. Типичный состав вод инфильтрационного генезиса зоны активного водообмена в пределах поднятия Чернова — гидрокарбонатный кальциево-магниевый или кальциево-натриевый с минерализацией 0.1–0.5 г/л. В районе Янейтывисского месторождения, на участках разгрузки минеральных вод, воды неоген-четвертичного водоносного комплекса приобретают хлоридный или гидрокарбонатно-хлоридный кальциево-магниевый состав, их минерализация возрастает до 0.8 г/л.

Субкриогенный водоносный комплекс отложений нижнего карбона (C₁v-s) (рис. 1, b) включен в Воркутинском районе в объединенные сартъюскую и цементнозаводскую свиты (C_1—2sr+cz) (Государственная..., 2007). Подземные воды распространены в закарстованных, кавернозных, трещиноватых, серых, мелко- и (реже) среднезернистых известняках, часто окремненных, участками доломитизированных. Отложения вскрыты скважинами на глубинах свыше 9–63.5 м. Мощность залегающих под углом 12° и более пород больше 430 м, простирание — субширотное. Максимальная трещиноватость известняков развита до глубины 100 м и прослеживается до 300 м, где удельные дебиты скважин достигают 3.7 л/с. Ниже по разрезу (до 500 м) снижается трещиноватость, водопроницаемость и удельный дебит становится менее 0.5 л/с. Трещины как пустые, так и залеченные кальцитом, глинистым и песчаным материалом, встречаются гнезда и друзы выщелачивания, заполненные кристаллами кальцита, доломитовой мукой с включениями мелкого щебня и дресвы известняка, кристаллами пирита, лимонита, реже кварца. Установлена высокая (до 30–50 %) кавернозность пород, в скважинах выявлены каверны размером 0.1–0.3 м и до карстовых полостей 5–15 м и более. Коэффициент водопроводимости пород по скв. ВК-495 составил 330 м²/сут, пьезопроводности — 1.21·10⁴ м²/сут. В скважине ВК-495 в интервале глубин 341–385 м было выявлено три зоны тектонической трещиноватости и дробления, связанные, вероятно, с дизъюнктивами, оперяющими Янейтывисский взброс и служащими каналами для миграции глубинных вод. Разгрузка высоконапорных минеральных вод водоносного комплекса происходит в долинах рек.

В таблице 2 приведены результаты общего анализа подземных вод по данным опробования водоносного комплекса скважинами ВК-492, ВК-493 и ВК-495. Было установлено, что в районе источников сформирована локальная гидрохимическая зональность, минерализация вод увеличивалась с глубиной. Например, в скв. ВК-493 по всему разрезу воды солоноватые: на глубине 52 м — 2.7 г/л, ниже 192 м — до 3.3 г/л. Только в скв. ВК-494 до глубины 160 м воды были пресные — 0.5 г/л, а ниже 172 м — до 1.5 г/л. На остальной территории гряды Чернова солоноватые хлоридно-натриевые минеральные воды распространены на глубинах свыше 500–550 м.

Таблица 2. Физико-химическая характеристика подземных минеральных вод

Table 2. Physicochemical characteristics of mineral groundwater

Примечания: ТОС — общий органический углерод; н. с. — нет сведений; r — содержание ионов в мг-экв./л; * — совместное определение ионов натрия и калия; rMg** = (rCa+rMg)–(rHCO₃+rSO₄)
Notes: TOC — Total organic carbon; н. с. — no data; r — ion content in mol/l;
* — joint determination of sodium and potassium ions; rMg** = (rCa+rMg)–(rHCO₃+rSO₄)

Химический состав трещинно-карстовых минеральных вод карбонатных отложений Янейтывисского ММПВ в период поисково-разведочных работ был сульфатно-хлоридный кальциево-натриевый, солесодержание — 1.5–3.4 г/л на фоне пресных (0.3–0.6 г/л) гидрокарбонатных магниево-кальциевых вод зоны активного водообмена поднятия Чернова. В водах скв. ВК-493 выявлены микрокомпоненты (мг/л): фтор (0.2), бром (2.2–4.8) бор (1.4–4.7), литий (0.12), стронций (2.7), кремниевая кислота (7.8–13.7).

Воды месторождения по действовавшему на то время ГОСТу 2874-73 «Минеральные воды» относились к группе минеральных вод «без специфических компонентов и свойств», с концентрацией биологически активных компонентов ниже установленных норм. В соответствии с полученным в 1978 г. бальнеологическим заключением воды Янейтывисского месторождения (скв. ВК-495, инт. 352–502 м) являлись близким аналогом лечебно-столовой воды «Алма-Атинская» (Курамский источник № 8, Казахстан).

Как было указано, данная территория располагается в зоне развития многолетнемерзлых пород. В пределах Янейтывисского месторождения мерзлота установлена по бортам речных долин от поверхности до глубины 4 м и при удалении от речного русла до 56 м. Многолетнемерзлые породы под долинами рек Янэйтывис и Воргашор отсутствуют (сквозной талик), что обусловлено отепляющим воздействием изливающихся в долине и субаквально напорных подземных минерализованных вод. Была установлена гидравлическая связь р. Янэйтывис с подземными минеральными водами, это обуславливает и фонтанирование скважин в летне-осенний период высокого положения уровня.

Температура подмерзлотных вод колеблется в пределах 1.8–6.2 °С. В скв. ВК-495 по результатам замеров температуры в период разведочных работ величина геотермического градиента росла от 0.4 до 1.4 ºС на 100 м. На глубинах свыше 400 м, где отсутствует влияние мерзлоты, геотермический градиент равен 2 ºС на 100 м. В скважинах 4-Падимейская и 1-Норейшорская (наиболее близкие по местоположению глубокие скважины, вскрывшие водоносные комплексы каменноугольных и девонских отложений) геотермический градиент на глубинах 1.7–2.4 км возрастает до 2.8–3.3 ºС на 100 м.

Результаты исследований и обсуждение

Результаты определения химического состава вод минеральных источников, изученных в 2021 г., приведены в таблицах 2, 3 и на рисунке 2. Для сравнения во временном разрезе показаны данные, полученные ранее, в 1959 и 1977 гг.

Таблица 3. Результаты определения содержания растворенных форм элементов в водных пробах методами ICP-OS и ICP-MS

Table 3. Results of determination of the content of dissolved forms of elements in water samples by ICP-OS and ICP-MS methods

Примечания: нпо — ниже предела обнаружения.
Жирным шрифтом выделены превышения элементов относительно предельно допустимых концентраций (ПДК) СанПиН 1.2.3685-21.
Notes: нпо — below the detection limit.
Elements exceeding the MPC of SanPiN 1.2.3685-21 are highlighted in bold.

Рис. 2. Изменения химического состава и минерализации вод источника 21-20 за период 1959–2021 гг. Включены данные из неопубликованных работ Б. М. Зимакова (Геохимия…,1961)¹ и И. А. Конжина и др. (Отчет по детальной…,1978)³

Fig. 2. Changes in the chemical composition and mineralization of waters of spring 21-20 for the period 1959–2021. Data from unpublished works by B. M. Zimakov (Geochemistry…, 1961)¹ and I. A. Konzhin et al. (Report of the detailed…, 1978)³ are included

Минеральные воды исследованных источников всех трех групп по анионному составу являются хлоридными с повышенным содержанием сульфат-иона (16–17 %-экв.), по катионному — кальциево-натриевыми (рис. 2). Наблюдается превышение концентраций ионов Cl^- над Na⁺ более чем в два раза, кальция над магнием Ca/Mg — 3.5–3.6. Концентрация ионов HCO₃^- в водах источников варьирует от 172 до 231 мг/л. В незначительных количествах содержатся NO₃^- (0.01–0.19 мг/л) и NH₄⁺ (0–0.15 мг/л).

Общая минерализация вод определена в пределах 2.3–3.0 г/л, что квалифицирует их (ГОСТ Р 54316-2020, Об утверждении.., 2021) как маломинерализованные. Наибольшее солесодержание наблюдается в источниках первой и второй групп (т. н. 21-16, 21-19 и 21-20). Величина рН вод (7.3–7.6) характеризует слабощелочную реакцию среды. По показателю общей жесткости (17.6–24.8 мг-экв/л) воды очень жесткие, что обусловлено прежде всего карбонатным составом водовмещающих пород. Измеренные значения температуры подземных вод источников — 3.4–5.0 ºС, что соответствует подгруппе «очень холодные — холодные» (Об утверждении.., 2021) при температуре поверхностных вод — 13.0–16.2 °С.

Опробованный источник 21-20, относимый нами ко 2-й группе минеральных источников, который ранее именовался как Усть-Воргашорский (Геохимия…, 1961)¹ и № 69 (Отчет по детальной..., 1978)³, имел сульфатно-хлоридный кальциево-натриевый состав и минерализацию 2.8 и 2.6–2.8 г/л соответственно. В 2021 г. минерализация вод источника незначительно (на 50 мг/л) была повышена относительно летних значений 1977 г. Химический состав вод за прошедший период (43 года) исследований (рис. 2) претерпел некоторую трансформацию, которая выражается в уменьшении количества сульфат-иона, и, как результат, сульфатно-хлоридный анионный состав стал хлоридным при сохранении состава основных катионов (Na-Ca). Тип вод не изменился. Содержание иона SO₄^2- (в %-экв.) снизилось с 19.9–21.5 до 17.2 (т. н. 21-20) и с 19.7–22.5 до 16.8 (т. н. 21-27). Полагаем, что потеря части растворенного сульфата возможна в результате процессов сульфат-редукции. Необходимо отметить, что на период разведочных работ концентрация иона SO₄^2- в водах источников была ниже, чем в скважинах ВК-493 и ВК-495 на глубинах 165–502 м.

Результаты исследования микрокомпонентного состава вод (табл. 3) показали обогащенность рядом микроэлементов в концентрациях более 0.1 мг/л: Si≥Sr>B>Mn≥Fe>Li>Ba. В водах также выявлены (мкг/л): 1–10·n (Pd, Cr, V, Al, Rb, Ni, Cu, Co) и 0.1–1·n (Pb, Mo, U, Y, Cs, Rh, La, Ce, Pr, Eu, Lu, Tm).

Воды источников всех трех групп, по данным обследования 2021 г., относятся к хлоркальциевому типу при rNa/rCl<1, (rCl-rNa)/rMg>1 (табл. 2). Несмотря на небольшую минерализацию, воды несут отпечаток морского генезиса, о чем свидетельствуют гидрохимические коэффициенты rNa/rCl = 0.47–0.70; rMg*/rCl = 0.26–0.32; (rCl-rNa)/rMg = 1.59–2.84. Соотношения ионов, рассчитанные по анализам для вод нижнекаменноугольных отложений, опробованных скважинами в 1977 г. (табл. 2), показали в целом близкие величины: rNa/rCl (0.72–0.78), rMg*/rCl (0.21–0.28), Cl/Br (288) и (rCl-rNa)/rMg (1.1–1.35). Сопоставление этих коэффициентов проведено со значениями для морских вод — 0.87, 0.13, 297 и 6.57 соответственно.

Химический состав трещинно-карстовых исследованых минеральных вод отражает и взаимодействия вод и пород, литолого-геохимические свойства водовмещающих пород. О наличии связи с морским генезисом вод и вмещающих их толщ, являющихся поставщиком Ca, Sr и др. элементов, свидетельствуют повышенные содержания стронция 4.0–5.1 мг/л, а также отношение Са/Sr (59.7–66.93). Для морской воды величина Са/Sr составляет около 33, и накопление этих элементов, в большей степени кальция, происходит за счет выщелачивания и растворения известняков. Следовательно, изменение накопления в водах элементов (прежде всего Cl, Na, Ca, Mg) является результатом преобразований — процессов метаморфизации в прямом направлении, происходящих при взаимодействии вод седиментационных морских и смешанных с палеоинфильтрационными со вмещающими карбонатными породами. Влияние последующего разбавления на соотношение компонентов (гидрохимические коэффициенты) по мере подъема на поверхность за счет пресных вод зоны активного водообмена не столь существенно. Разбавление вод выражается больше в уменьшении концентраций химических элементов. На основе данных ионного состава вод графоаналитическим методом по А. Н. Огильви было рассчитано (Отчет по детальной…, 1978)³, что минеральные воды Янейтывисского ММПВ сформированы в результате смешения восходящих глубинных высокоминерализованных (13.2 г/л) сульфатно-хлоридных вод с пресными (0.4–0.6 г/л) водами зоны активного водообмена в соотношении 3/4 пресных и 1/4 высокоминерализованных.

Данные гидрохимии по источникам стали исходными для оценки пластовых условий формирования солевого состава минеральных вод (температуры, глубины) (табл. 4). Рассчитанные значения по SiO₂-, Na-Li-, K-Mg-геотермометрам, которые возможно применять для относительно низких температур, показали значительные различия. Для определения глубины залегания пластовых вод по полученным расчетным температурам использован геотермический градиент 2.8 °C/100 м. Наиболее достоверными считаем результаты, полученные по SiО₂-геотермометру. Полагаем, что пластово-трещинные воды поступают с глубины более 1.6 км, где температура около 46–54 °C. Этому не противоречат данные по опробованию вод нижнекаменноугольного водоносного комплекса в скважине 4-Падимейская. В интервале глубин 1757–1767 м замеренная пластовая температура была 58 °C, минерализация хлоридных кальциево-натриевых вод — 10.2 г/л. В интервале 2410–2431 м минерализация пластовых вод — 11.9 г/л, температура — 68 °C.

Таблица 4. Температурные характеристики вод источников

Table 4. Temperature characteristics of spring waters

На исследованном участке гряды Чернова в зону активного водообмена вовлечены каменноугольные карбонатные породы; восходящие напорные минеральные воды растворяют и выщелачивают их. Результатом этого является закарстованость трещиноватых известняков и доломитизированных известняков, особенно в приконтактной зоне разломов, что и было выявлено при разведочном бурении скважин. С другой стороны, величина гидрохимического коэффициента 2rCa⁺/(rHCO₃^- + 2rCO₃^2-) больше единицы (табл. 2). При увеличении концентрации ионов кальция, превышающих карбонатную щелочность (Геохимия…, 2004), невысокие содержания водорастворенной CO₂ в водах источников (6.7–16.8 мг/л) свидетельствуют о вероятности осаждения СаСО_3. Этот процесс вторичного минералообразования в трещинах, кавернах и гнездах выщелачивания известняков — залечивание их кальцитом — также зафиксирован по керну скважин.

Впервые полученные данные изотопного состава (δD, δ¹⁸О) минеральных вод янейтывисских источников свидетельствуют об их преимущественном питании водами с низкими показателями δD –111.9... –109.2 ‰ (SMOW) и δ¹⁸О –15.78... –15.15 ‰ (SMOW) (рис. 3). Эти значения располагаются практически на глобальной линии метеорных вод (δD = 8·δ¹⁸О+10) (Craig, 1961). В сравнении с изотопным составом пластовых вод каменноугольно-нижнепермского водоносного комплекса Печорской впадины, изученных Ю. Б. Селецким и др. (1990)^[4], они являются изотопно легкими. Обращает на себя внимание облегченный изотопный состав минеральных вод источников на р. Янэйтывис и ранее исследованных на р. Пымвашор (Митюшева и др., 2012). Это отражает схожесть условий формирования трещинно-карстовых минеральных вод, приуроченных к карбонатным породам палеозоя.

Рис. 3. Изотопный состав (δD, δ¹⁸О) вод минеральных источников и рек в районе Янейтывисского месторождения минеральных вод. Данные по пластовым водам каменноугольно-нижнепермского водоносного комплекса Печорской впадины приведены по Ю. Б. Селецкому и др.⁴ Изотопный состав снега и льда многолетних снежников Полярного Урала — по Ю. К. Васильчук и др. (2018)

Fig. 3. Isotopic composition (δD, δ¹⁸О) of waters of mineral springs and rivers in the area of the Yanejtyvis mineral water deposit. Data on formation waters of the Carboniferous-Lower Permian aquifer complex of the Pechora Depression are according to Yu. B. Seletsky et al.⁴ Isotopic composition of snow and ice of perennial snowfields of the Polar Urals according to Yu. K. Vasilchuk et al. (2018)

Поскольку была установлена гидравлическая связь речных и подземных минеральных вод на данном участке, проводилось сопоставление их изотопных характеристик. Величины d¹⁸O в водах источников и рек отличаются не более 3 ‰, а δD — значительно. Речные воды Янэйтывис более тяжелые по обоим изотопам: δ¹⁸О –12.97 ‰ и δD –94.5 ‰. Для речных вод с преимущественным снеговым питанием можно было предположить близкий изотопный состав речных вод и снега. Но по данным В. С. Брезгунова и др. (1987), среднее значение δ¹⁸О снежных осадков в районе г. Воркуты –18 ‰. К сожалению, нет данных по составу изотопов речных и озерных вод Большеземельской тундры. Были проведены наблюдения за изотопами кислорода и водорода снега и льда многолетних снежников Полярного Урала (Васильчук и др., 2018). Измеренные величины δD и δ¹⁸О вод р. Янэйтывис входят в диапазон значений, полученных для льда и снега.

Для подтверждения или исключения роли вод оттаявших многолетнемерзлых пород в формировании вод минеральных источников, приведем имеющиеся данные для пласта льда, залегающего на глубине 28–32 м Бованенковской площади (Ямал) (Васильчук, 2020) со следующим изотопным профилем: δ¹⁸О от –16.95 до –18.29 ‰, а δD от –131.7 до –146 ‰. Эти величины (на графике не приведены) находятся в области наиболее низких значений и, вероятно, незначительно отличаются от показателей для ММП исследованного нами региона. Полагаем, что полученный для минеральных вод источников на р. Янэйтывис легкий состав тяжелых стабильных изотопов водорода и кислорода-18 отражает смешанный генезис вод. Наибольший вклад в формирование изотопного состава вод вносят, с одной стороны, поступления изотопно-облегченных компонентов вод современных осадков, сформированных в холодных климатических условиях, и вод от деградирующей в зонах таликов многолетнемерзлой толщи и, с другой стороны, в меньшей степени, морские (или смешанные) пластово-трещинные воды нижнекаменноугольных отложений.

Б. М. Зимаковым в 1959 г. при изучении геохимии газов осадочной толщи полярной части Урала было установлено, что Усть-Воргашорский (Янейтывисский) источник периодически газирует. Состав свободного газа азотный (N₂ — 94 %, O₂ — 5 %, CO₂ — 1 %) с гелиеносностью (He + Ne = 0.12428 %, Ar + Kr = 1.305%) и низким содержанием углеводородов (0.01 %). Основным отличием при сопоставлении с составом спонтанных газов сероводородных источников гряды Чернышева (Митюшева и др., 2012) является присутствие кислорода и меньшее количество гелия. Водорастворенные газы Усть-Воргашорского источника также имели азотный состав (%): N₂ — 93.6, O₂– 1.2, CO₂ — 4.01, Н₂ — 1.2, СН₄ — 0.1, нафтеновые кислоты — 1.0 мг/л. Газовый состав минеральных вод, вскрытых скважинами, изученный при разведке Янейтывисского месторождения (Отчет по детальной…, 1978)³ также азотный (%): N₂ — 80–94, CO₂ — 2–3, O₂ — 5–6, Н₂ — 0–0.2, CН₄ — до 4.4, Ar — 0.91–1.4.

Речная долина Янэйтывис является зоной концентрированного подземного стока и разгрузки минеральных и пресных карстовых вод. Здесь на небольшом участке выходов исследованных источников и наличия сквозного талика под реками образовалась особая экосистема, отличающаяся от окружающей тундры. Наблюдаем преобразования в качественном составе поверхностных вод, связанные с особыми условиями питания. И поскольку подземные воды взаимосвязаны с поверхностными, в статье приводится их гидрохимическая характеристика (табл. 3, 5). Минерализация и химический состав вод р. Янэйтывис на этом небольшом участке изменяется от 0.12 до 0.19 г/л. Характерный для вод арктической зоны гидрокарбонатный магниево-кальциевый состав (21-17) здесь становится HCO₃-Cl Ca-Na (21-29). Концентрации элементов Mg, Sr, Li, Ba, B, Pd возросли за счет поступления подземных минеральных вод (стоков от источников и субаквальной разгрузки в русле) в 2–3 раза, а Na — шестикратно. Нетипичным является и гидрокарбонатно-хлоридный магниевый (Mg — 69, Са — 19 %-экв.) состав вод р. Воргашор (21-13) с минерализацией 0.43 г/л. Сопоставление состава микроэлементов (табл. 3) показало в речных водах наличие ряда веществ 1–3 класса опасности (As, Se, Zn), а также Sc и Ti, отсутствующих в минеральных водах источников. Полагаем, что их наличие обусловлено техногенным аэрозольным загрязнением, поступающим от разработок Воркутинских угольных шахт, ТЭС и других промышленных предприятий. Было установлено (Оберман и др., 2004), что горелые и углистые породы отвалов, угольный шлам в Воркутинском районе содержит свыше ПДК As, Zn, Cu, Ni и на уровне и более ПДК Li, Sb, Cr, Mn и Co. По данным М. И. Василевич и др. (2018), в районе Воркутинской агломерации содержание в снеге взвешенных частиц достигает 35 мг/дм³ (в четыре раза превышает фоновое значение), больше фона выявлены полютанты: Cu и Mn (в 3–10 раз), Ni, Pb, Cr, Co, Al (до 20 раз), Hg в 100 и более раз, Cd и V (в 1.5 и 2–8 раз, соответственно). При этом важно подчеркнуть, что речные воды в районе Янейтывисского ММПВ не удовлетворяют СанПиН 1.2.3685-21 только по содержанию железа. Повышенные концентрации железа в целом характерны для региона и обусловлены прежде всего природным фактором.

Таблица 5. Физико-химическая характеристика исследованных поверхностных вод

Table 5. Physicochemical characteristics of the studied surface waters

Особый состав имеют озеро и водоток (т. н. 21-25, 21-23) из группы озер правого борта р. Янэйтывис. Воды слабосоленые, с минерализацией до 2.0 г/л, хлоридные кальциево-натриевого состава (хлоркальциевого типа), очень жесткие. Старичные озера накапливают пресный поверхностный сток с водосборной площади, сложенной четвертичными отложениями, и стоки минеральных вод от многочисленных источников. Эти поверхностные воды обогащены практически тем же набором микроэлементов (табл. 3), что и минеральные воды. Важно подчеркнуть, что имеется ряд компонентов (Th, Zr, Er), не выявленных в пресных и минеральных подземных водах исследованного участка. Возможно, в озерах существуют благоприятные условия для аккумуляции элементов, поступающих из окружающей природной среды (почв, пород) или за счет антропогенного загрязнения пылеаэрозольными частицами. Как поверхностные водные объекты культурно-бытового водопользования озеро и водоток должны соответствовать СанПиН 1.2.3685-21, однако выявлены превышения относительно ПДК содержаний марганца (4.9–9.2), лития (1.8–4.3), натрия (1.2–2.0), магния и бора (до 1.2).

Заключение

Исследованы воды минеральных источников на Янейтывисском месторождении подземных минеральных вод, разведанном в 70-е годы XX в., которое находится за Северным полярным кругом в Арктической зоне России. Опробованы три группы очень холодных/холодных подземных источников с минерализацией 2.3–3.0 г/л в долине р. Янэйтывис, приуроченных к зоне Янейтывисского разлома гряды Чернова, и поверхностные воды данного района.

Напорные минеральные подземные воды субкриогенного нижнекаменноугольного водоносного комплекса, выведенные на поверхность, слабощелочные, маломинерализованные, хлоридные кальциево-натриевого состава, относятся к хлоркальциевому типу по В. А. Сулину. Проведенная оценка изменения химического состава вод во временном разрезе за более чем полувековой период (1959–2021 гг.) показала трансформацию: сульфатно-хлоридный анионный состав вод стал хлоридным при сохранении соотношения основных катионов (Na-Ca) и без изменения гидрохимического ClCa-типа.

Получены новые данные по микрокомпонентному составу вод. Впервые определен изотопный состав (δD, δ¹⁸О) минеральных вод Янейтывисского источника и речных вод. Все эти гидрохимические данные свидетельствует о смешанном генезисе вод. Химический состав минеральных вод источников несет в себе черты восходящих глубинных высокоминерализованных седиментогенных пластово-трещинных вод каменноугольного (или более древнего) водоносного комплекса, разбавленных по мере подъема на поверхность по проницаемым зонам разрывных нарушений пресными водами зоны активного водообмена различного генезиса. Генезис этих пресных вод также неоднороден. Они представляют смесь инфильтрационных вод современных областей метеорного питания и оттаявших вод зон таликов многолетнемерзлых пород. Процессы взаимодействия в системе «вода – порода – газ», происходящие в водоносном комплексе, также оказали влияние на формирование химического состава вод и постседиментационные изменения водовмещающих карбонатных толщ.

Оценка пластовых условий формирования солевого состава минеральных вод источников по SiО₂-геотермометру показала, что воды поступают с глубины более 1.6 км, где величина глубинной температуры составляет около 50 °C.

Благодаря выходам Янейтывисских источников на поверхность и наличию сквозного талика на данном участке тундры существует особая экогеосистема, в которой наблюдается преобразование в качественном составе поверхностных вод (речных и озерных). Установлен разнообразный состав этих вод: HCO₃ Ca-Mg, HCO₃-Cl Ca-Na, Cl Na-Ca и Cl- HCO₃ Mg. Некоторые поверхностные водные объекты не соответствуют требованиям СанПиН 1.2.3685-21. Выявлено загрязнение рядом микроэлементов как природного (за счет питания их минеральными водами), так и техногенного происхождения. Янейтывисские водопроявления находятся в 30 км от горнопромышленного центра Большеземельской тундры — г. Воркуты, в зоне поступления в природную среду пылеаэрозольных частиц.

Маломинерализованные сульфатно-хлоридные (хлоридные) кальциево-натриевые воды Янейтывисского ММПВ по новому ГОСТ Р 54316–2020 по назначению являются лечебно-столовыми и относятся к XXI группе. Наиболее близки к хиловскому гидрохимическому типу минеральных вод с минерализацией 2.0–5.0 г/л. В настоящее время Янейтывисское ММПВ с запасами 1020 м³/сут категории «С₂» находится в нераспределенном фонде недр. Для организации розлива лечебно-столовой минеральной воды «Янейтывисская». необходимо провести геологические исследования (доразведку) месторождения, включая работы, требующие немалых затрат: расконсервацию скважин, анализ вод на соответствие требованиям ГОСТ Р 54316–2020, получить новое бальнеологическое заключение о химическом составе минеральных вод.

Выражаем искреннюю благодарность Г. А. Игнатьеву, О. В. Кокшаровой, Н. В. Туленковой (ИГ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН), сотрудникам экоаналитической лаборатории ИБ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, В. Ю. Лаврушину (ГИН РАН) за помощь в организации и выполнении аналитических исследований. Признательны сотрудникам геологического отряда № 11 Е. В. Антроповой, А. Н. Калмыкову, Ю. А. Кокшаровой, А. М. Митюшеву, О. А. Молодцовой, И. Н. Размыслову за помощь в проведении экспедиционных работ и отборе проб.

¹ Геохимия газов осадочной толщи полярной части Уральского краевого прогиба: Отчет / М.: МГРИ, 1961. Отв. исполн. Б. М. Зимаков. ГБУ РК «ТФИ РК», Сыктывкар. Инв. № 3120.

Geochemistry of gases of the sedimentary strata of the polar part of the Ural foredeep: Report. Territorial Geological Funds of the Komi Republic, Syktyvkar. Moscow: MGRI, 1961, Exec. B. M. Zimakov, No, 3120 (in Russian)

² Отчет по поискам минеральных вод в районе поднятия Чернова: Отчет / Воркута, 1977. Отв. исполн. И. А. Конжин, А. К. Подвальный. ГБУ РК «ТФИ РК», Сыктывкар. Инв. № 4961.

Prospecting for mineral waters in the area of the Chernov Swell: Report Territorial Geological Funds of the Komi Republic, Syktyvkar. Vorkuta, 1977. Exec. I. A. Konzhin, A. K. Podvalny, No. 4961. (in Russian)

³ Отчет по детальной разведке минеральных вод в районе поднятия Чернова: Отчет / Воркута, 1978. Отв. исполн. И. А. Конжин, М. Л. Кротов и др. ГБУ РК «ТФИ РК», Сыктывкар. Инв. № 5074.

Report on the detailed exploration of mineral waters in the area of the Chernov Swell. Report. Vorkuta, 1978. Exec. I. A. Konzhin, M. L. Krotov et al. Territorial Geological Funds of the Komi Republic. Syktyvkar. No. 5074 (in Russian)

⁴ Использовать естественный изотопный состав глубоких подземных вод Тимано-Печорской провинции с целью изучения условий их формирования: Отчет / п. Зеленый, ВСЕГИНГЕО, 1990. Отв. исполн. Ю. Б. Cелецкий, В. А. Поляков, В. В. Ачакасов. ГБУ РК «ТФИ РК», Сыктывкар. Инв. № 10922.

Use of natural isotopic composition of deep groundwater of the Timan-Pechora province in order to study the conditions of their formation. Report Territorial Geological Funds of the Komi Republic. Syktyvkar. P. Zeleny, VSEGINGEO, 1990. Exec. Yu. B. Seletskiy, V. A. Polyakov, V. V. Achakasov, No. 10922 (in Russian)

About the authors

T. P. Mityusheva

Author for correspondence.
Email: mityusheva@geo.komisc.ru

Institute of Geology

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. Location (a, b) and scheme of sampling of underground and surface waters (c) in the area of the Yaneytyvis mineral water deposit: a — a tectonic scheme (Geologicheskaya.., 2007); b — geological map according to results of exploration work; c — the sampling on the satellite image (Google Earth). The color of the sampling corresponds to the anionic chemical composition of the waters: blue — hydrocarbonate, red — chloride

Download (151KB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. Changes in the chemical composition and mineralization of waters of spring 21-20 for the period 1959–2021. Data from unpublished works by B. M. Zimakov (Geochemistry…, 1961)1 and I. A. Konzhin et al. (Report of the detailed…, 1978)3 are included

Download (444KB)

Indexing metadata

4. Fig. 3. Isotopic composition (tmD, tm18О) of waters of mineral springs and rivers in the area of the Yanejtyvis mineral water deposit. Data on formation waters of the Carboniferous-Lower Permian aquifer complex of the Pechora Depression are according to Yu. B. Seletsky et al.4. Isotopic composition of snow and ice of perennial snowfields of the Polar Urals according to Yu. K. Vasilchuk et al. (2018)

Download (182KB)

Indexing metadata