Минеральные воды

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

1. Карбонатные – известняки или доломиты, разбитые трещинами и  закарстованные на выступающих участках. С толщами карбонатных пород связаны такие минеральные воды, как углекислые воды типа нарзана, сероводородные воды Мацесты, радоновые воды Цхалтубо, термальные воды Пиесчаны в Словакии, Будапешта и др.
2. Чередующиеся песчано-глинистые отложения, образующие так называемый флиш. С этими толщами связано формирование гидрокарбонотно-натриевых вод боржомского типа – Боржоми, Виши, Дилижан и другие, а также вод хлоридно-гидрокарбонатно-натриевого состава.
3. Вулканогенные, туфогенные породы, представляющие накопления туфов, туфобрекчий и туфопесчанников, часто перемежающиеся с покровами и потоками лав. С этими толщами связаны многие гидросульфатные термальные воды Кавказа (Тбилиси, Абастумани и др.), а также некоторых других областей.
4. Массивы изверженных пород, представляющие большое разнообразие форм, начиная от небольших даек, лакколитов и кончая крупными батолитообразными телами. В таких массивах, разбитых трещинами, развиты слабо минерализованные азотные термы, местами с повышенной радиоактивностью (например, термы Белокурихи, приуроченные к гранитному массиву у северного подножия Алтая, Родопский массив в Болгарии и др.).

      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.).

      В процессе  геологической истории, в зависимости  от особенностей седиментации, процессов  диагенеза и эпигенеза и условий миграции подземных вод в прошлые времена в пределах бассейнов подземных вод создается гидрогеохимическая зональность, которая, несмотря на некоторые общие черты, проявляется в различных бассейнах по-разному. Такие бассейны подземных вод, включающие: области современной инфильтрации атмосферных вод и создание напора; области распространения водоносных горизонтов (в том числе и горизонтов минеральных вод) и области стока или разгрузки получили наименование водонапорных систем.

      А.М.Овчинников  выделяет 6 типов водонапорных систем:

1. крупные артезианские бассейны платформенных областей;
2. средние артезианские бассейны краевых, предгорных прогибов и межгорных котловин;
3. малые артезианские бассейны, часто наложенные на другие водонапорные системы;
4. водонапорные системы трещинных вод в выступающих массивах кристаллических и метаморфических пород;
5. сочлененные бассейны горных сооружений;
6. большие бассейны и потоки грунтовых вод, имеющие характер субартезианских бассейнов и склонов.

      В пределах  основных водонапорных систем выделяются системы (бассейны) второго, третьего порядков. Выделение водонапорных систем, сопоставление их с геоморфологическими элементами, бассейнами поверхностного стока позволяет оконтурить гидрогеологические районы, которые обычно показываются на картах гидрогеологического районирования. Таким образом, гидрогеологические районы, как, например, КМВ, Сочи – Мацестинский, Боржомский могут рассматриваться как бассейны подземных вод, включающие области питания и разгрузки и приуроченные к одной или нескольким геологическим структурам или к части структуры, отличающейся характерной зональностью подземных вод, которая создалась в процессе исторического развития района.

      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. Аналогичные условия наблюдаются и в артезианских бассейнах межгорных впадин  и сопряженных бассейнов складчатых областей.

      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.

      В пределах  зоны альпийской складчатости  и новейшего горообразования,  охватывающей территорию России с юга и далее простирающейся на Дальний Восток, наблюдается интенсивная гидротермальная деятельность. Эта зона кольцом охватывает Тихий океан и продолжается в Кордильерах и Андах. В зоне новейшего горообразования преобладает сложный горный рельеф, способствующий созданию высокого напора и развитию разнообразных минеральных и пресных источников.[7]

       2.2 Провинции минеральных вод.

      Территории, в пределах которых развиты определенные группы минеральных вод, были названы А.И. Дзенс-Литовским и Н.И. Толстихиным провинциями минеральных вод или гидрохимическими провинциями. Каждая из них характеризуется особыми геологическими условиями и обладает группой вод, связанных общностью некоторых признаков. Минеральные воды одной провинции в целом отличны от вод другой. В пределах каждой провинции могут быть выделены области минеральных вод, различных по своему составу, геологическим условиям, а в пределах каждой области могут быть выделены гидрохимические районы, зоны, поля или гидрохимические фации.

      А.И.  Дзенис-Литовским и Н.И. Толстихиным  выделены и показаны на схематической  карте природных минеральных  вод СССР (приложение 5) следующие провинции и области минеральных вод:

      Первая провинция щелочноземельных гидрокарбонатных вод, газирующих углекислым газом, приуроченная к альпийской складчатой зоне, именно к тем ее частям, где имеются проявления молодого угасшего вулканизма в виде обильных выходов углекислого газа. В ее пределах выделены области:

1. Кавказская (Кавказ и Закавказье);
2. Южного Памира и Южного Тянь-Шаня;
3. Восточного Саяна;
4. Забайкалья (Даурская);

5)   Сихоте-Алиня;     

6)   Анийско-Анадырьская  (выделено условно по геологическим  соображениям).

      Вторая провинция натриевых сульфатных, хлоридных, гидрокарбонатных и смешанных вод, термальных, газирующих азотом или метаном, поднимающихся из недр по глубоким водоносным трещинам. Выделены области:

1. Периферия Главного Кавказского хребта и часть Закавказья;
2. Туркмено-Харасанская;
3. Гиссаро-Алайская;
4. Тянь-Шаньская;
5. Алтайско-Саянская;
6. Байкало-Олекминская;
7. Ингодино-Чилойская;
8. Буреинская;
9. Сахалинская;
10. Побережье Охотского моря и Восточная Якутия;
11. Особая Камчатско-Корякская область современного вулканизма с проявлением вулканических и прочих вод;
12. Чукотская.

      Третья провинция соленых, горько-соленых и сульфатных вод высокой минерализации, холодных, слабогазирующих азотом или метаном вод гидрогеологических бассейнов открытого или замкнутого типа, приуроченных к комплексу осадочных отложений на платформах. Выделяются несколько крупных областей:

1. Волго-Двинская (Западная);
2. Печорская;
3. Азово-Черноморская и Арало-Каспийская (Южная);
4. Обская (Центральная);
5. Лено-Енисейская (Восточная).

      На карте  подземных минеральных вод СССР, составленный В.В. Ивановым, А.М.  Овчинниковым и Л.А. Яроцким  выделено 5 провинций, характеризующихся распространением сходных по химическому составу и гидрогеохимическим условием формирования групп минеральных вод. Вторая, третья и четвертая в основном соответствуют провинциям, выделенным А.И. Дзенс-Литовским и Н.И. Толстихиным.

1. Провинция сероводородно-углекислых, углекислых и азотно-углекислых терм областей современного вулканизма.

Эта провинция высоко-термальных вод включает в Росси Курильские острова и Юго-Восточную Камчатку. Аналогичные термы развиты и  в других областях современного вулканизма – Японии, Индонезии, Новой Зеландии, Италии, Исландии и др.

      В сфере  современных вулканических очагов, в восстановительных условиях  формируются сильно перегретые  преимущественно азотно-углекислые, термальные воды, которые при  выходе на поверхность образуют кипящие источники и мощные гозо-паровые и паро-водяные струи. В верхней окислительной зоне под непосредственным воздействием вулканических газов образуются весьма кислые, сероводородно-углекислые воды, отличающиеся высоким содержанием металлов (Fe, Al и др.) и наличием свободных серной и соляной кислот. Довольно широко распространены в этой провинции также углекислые термы, в которых отмечается повышенное содержание бора и мышьяка.

2. Провинция углекислых вод областей молодой магматической деятельности.

      В пределах  этой провинции в СССР выделяют 10 областей распространения углекислых  вод – Малый Кавказ, Памир,  Тянь-Шань, Восточный Саян, Забайкалье, Приморье, Южный Сахалин, Камчатка (южная часть Срединного хребта  и Озерновский полуостров).

      Территория  провинции отличается весьма  разнообразными и сложными геологоструктурными  условиями, характерными для альпийской  складчатой зоны, а также и  для области герцинской складчатости  и более древних платформ, затронутых  молодыми тектоническими движениями и магматическими процессами. С последними связано обогащение подземных вод углекислым газом, возникающим, по-видимому, в результате термометаморфизма пород. В результате такого обогащения в кристаллических породах и хорошо промытых осадочных отложениях образуются слабо минерализованные гидрокарбонатные и сульфатно-гидрокарбонатные магниево-кальциево-углекислые воды типа нарзана, а при наличии условий, благоприятных для протекания обменно-адсорбционных процессов (в глинистых и флишевых породах), - гидрокарбонатные натриевые воды типа боржоми.