Минеральные воды

Минеральными называются подземные воды, содержащие по­вышенное количество различных растворенных химических, часто радиоактивных компонентов и газов. Они нередко обладают цен­ными свойствами, используются в лечебных целях и в промышлен­ности. Некоторые минеральные источники имеют повышенную тем­пературу. Общая минерализация их изменяется от 0,3 до 10 г/л и более. Минеральные воды с минерализацией более 50 г/л называ­ются рассолами. Они используются для лечебных и промышленных целей.

При характеристике минеральных вод учитывают так назы­ваемый газовый фактор, т. е. отношение расхода газа к расходу воды источника. С повышением газового фактора увеличивается ценность минеральных вод для лечебных целей (рис. 73).

Прослеживая распространение минеральных вод в пределах СССР, можно заметить, что главная масса углекислых и горячих азотных вод сосредоточена в зоне альпийской складчатости и в районах молодой вулканической деятельности. В пределах плат­форм (Русская, Сибирская) минеральные воды различного состава (сульфатные, хлоридные) приурочены к определенным стратигра­фическим горизонтам.

Периферийные зоны складчатых районов, по данным А. М. Ов­чинникова, содержат минеральные воды с повышенным содержани­ем сероводорода.

На основании большого фактического материала по минераль­ным водам СССР Н. И. Толстихин выделяет следующие типы ми­неральных вод: 1) щелочноземельные и натриевые бикарбонатные, газирующие углекислым газом; 2) натриевые термальные, гази­рующие азотом; 3) соленые и гипсовые, газирующие метаном или сероводородом.

По температуре минеральные воды, используемые для лечебных целей, рядом исследователей разделяются на холодные (до +20° С, теплые (до +37°С), термальные или горячие ( + 37—40°С) и очень горячие (более +40° С).

Чтобы правильно оценить тот или иной минеральный источник и наметить рациональные условия его эксплуатации, необходимо изучить геологическую структуру, вмещающую водоносный гори­зонт, и минералогический состав пород; проверить наличие текто­нических зон, определить условия циркуляции минеральных вод, установить химический состав вод и характер заключенных в них газов, изучить режим источников. На основании всех полученных сведений можно установить пространственное распространение ми­неральных вод и их ресурсы, а также выбрать способ эксплуатации без нарушения солевого, газового и температурного режимов ис­точника.

А. М. Овчинников предложил подразделить некоторые мине­ральные источники по характеру заключенных в них газов и тем­пературе (табл. 6).

162

ТАБЛИЦА в

Температура воды, СС	Источники
	азотные	сероводородные	углекислые
Холодная, до 10		Сергиевские	Дарасун (Вос-
		(Куйбышев)	точная Сибирь),
			Малканские (Кам-
			чатка)
Холодная, до 20	. —	—	Вильдунген
			(ФРГ), " Нарзан
			(Кисловодск)
Теплая до 37	Баденвейлер	Мацеста	Арасан (Кирги-
	(ФРГ)	(РСФСР)	зия)
			Боржоми (Груз.
			ССР)
Теплая до 40	Белокуриха (За-	Талги	Эмс (ФРГ), Ви-
	падная Сибирь)		ши (Франция)
	Вильбад (ФРГ)	—	Лермонтовский
			(Пятигорск)
Горячая до 50	Тбилиси	—	Железноводск,
			(СССР)
	Абас-Тумани	—	Карлови Вари (Че-
			хословакия)
Горячая, до 70	Питательский	Псекупс (Север-
	(Забайкалье)	ный Кавказ)
Горячая, свыше	—	—	Хаммам
70			(Алжир)

Первая здравница на железистых минеральных водах в России была открыта в окрестностях Петрозаводска по указу Петра I. Сей­час в СССР насчитывается более 4000 источников минеральных вод.

Особый интерес для лечебных целей представляют минеральные воды, содержащие углекислоту, сероводород, радиоактивные ком­поненты. Под радиоактивностью понимается способность атомов некоторых элементов самопроизвольно распадаться, образуя атомы новых элементов. Радиоэлементы в природе связаны с распадом урана, радия и тория. Эманация радия (радон) характерна для ра­доновых вод. Воды, содержащие в растворе соли радия, принято называть радиевыми, или радионосными.

Минеральные воды могут быть грунтовыми и напорными. По­следние чаще всего трещинные и трещинно-пластовые.

Выходы минеральных вод на поверхность Земли приурочены обычно к контактам пластов различной водопроницаемости или к зонам тектонических нарушений. Естественный выход минеральных вод на дневную поверхность, а также место вывода их с глубины необходимо предохранять от загрязнения, потери газов и утечки в другие водоносные пласты. Это достигается путем устройства кап­тажа (сооружение для захвата минеральных вод) в виде скважин, колодцев, галерей и т. д. В последние 15—20 лет минеральные воды и рассолы выведены с больших глубин на поверхность скважинами.

6* 163

ИСТОЧНИКИ ПРЕСНЫХ-И МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД

Под источниками следует понимать выход подземной воды на поверхность земли.

По характеру выхода различают источники нисходящие и восхо­дящие. Первые образуются при выходе на поверхность грунтовых вод, а вторые —

напорных вод.

Если долина реки или ов--рага пересекает водоносный пласт, залегающий на гори­зонтальном водоупоре (рис. 74, А), то часто по обоим склонам долины примерно на одной и той же высоте наблюдается выход нисходя­щих источников. При на­клонном залегании водо­упорного слоя нисходящие источники образуются толь­ко на одном (рис. 74, Б), в данном случае левом, скло­не. Если водоносный пласт падает не к долине, а вдоль нее, наиболее мощные вы­ходы источников •будут в нижней части долины; если долина равномерно вскры­вает водоносный -пласт, ни­сходящие источники наблю­даются по всей долине.

Рис. 74. Источники разных типов

При наличии в водоне­проницаемых породах пони­жений образуются перели­вающиеся или временно дей­ствующие источники (рис. 74, В). Они часто встреча­ются в районах распростра­нения карстующихся пород. Карстовые переливающиеся источни­ки с большим дебитом широко распространены во Франции; по наименованию одного из ее районов все источники описанного типа называются воклюзами.

В карстовых областях встречаются и другого типа временные источники — сифонные (рис. 74, Г), действующие при повышении уровня воды в карстовой полости и исчезающие при его понижении. Карстовые источники имеются в Крыму, на Кавказе, Тульской, Орловской и др. областях.

164

Восходящие источники бывают приурочены не только к водо­носным пластам, но и к водоносным трещинам. Выход их на по­верхность может быть обусловлен гидростатическим давлением (Шпрудель), давлением газов (Нарзан) или паров воды. К типу «Шпрудель» относятся горячие углекислые источники с напорными водами, выходящими из гранитного массива. Источники типа «Нар­зан» — относительно холодные восходящие источники трещинно-пластовых вод, газирующих углекислотой; они встречаются в обла­стях молодой вулканической деятельности. Источники, выходящие под давлением пара, действуют периодически, так как давление во­дяных паров на некоторой глубине под поверхностью Земли нара­стает постепенно и через определенное время достигает величины, достаточной для выброса столба воды. Большое количество таких источников находится в районе Камчатки, по соседству с вулкана­ми, в Италии, Исландии, Новой Зеландии, Чехословакии, Венгрии и других странах. Большой гейзер в Исландии выбрасывает струю горячей воды на высоту до 60 м над поверхностью Земли.

На некоторых участках место выхода источника оказывается за­крытым молодыми отложениями, в которые и изливается выходя­щая на поверхность вода. В этом случае установление гидрогеоло­гических условий и каптаж источника затруднены. Некоторые источники при выходе на поверхность откладывают соли. Так глав­ный горячий источник «Вржидло» в Карлови Вари (Чехослова­кия), имеющий дебит свыше 30 м³/с, температуру воды до 72,2° С и напор более 12 м выше уровня Земли, откладывает до 17 т солей в год (карловиварский камень-арогонит), образующих известкови-стую корку, затрудняющую выход источника. Периодически он про­рывает ее, выбрасывая с шумом минеральную воду. «Взрывы источ­ника» иногда вызывают уменьшение дебита и изменение места вы­хода основной струи. Источник выходит на правом склоне р. Теплая недалеко от ее русла. Остальные 12 минеральных источ­ников в Карлови Вари выходят на левом берегу, их дебит от 0,03 до 0,2 л/с при температуре от 40 до 61,4° С. Дебит всех источников 0,42 м³/с. Вода в источниках гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридно-натриевая. Она содержит до 40 различных элементов. В районе Кар­лови Вари имеются и холодные минеральные источники. Химиче­ский состав источников Карл IV и Вржидло приводится в табл. 7.

Кроме элементов, указанных в табл. 5, в водах источников со­держатся метаборная кислота (3,33—3,65), кремнезем (96,7—89,7) и углекислота (692,4—375,4). Общая минерализация воды 6666,5—6434,6 мг/л.

Карлови Вари — курорт с богатой историей, созданный Кар­лом IV в 1358 г. Его лечебные воды уже в середине века пользова­лись мировой славой. Он, подобно Кисловодску, Железноводску, Пятигорску, Виши, до сих пор остается одним из самых лучших и знаменитых курортов земного шара.

В Венгерской Народной Республике также имеется огромное количество минеральных источников с высокой температурой. Толь­ко на территории Будапешта зарегистрировано 123 источника с об-

165

ТАБЛИЦА 7

Катионы, мг/л	Источники		Анионы, мг/л	Источники
	Карл IV	Bp жидло		Карл IV	Вржидло
Li	2,37	2,95	CI	852,1	615,5
Na	1361,4	1566,0	Вг	0,03	0,98
К	88,84	99,4	I	0,04	0,004
NH4	0,30	0,36	F	1,94	2,14
Са	137,4	127,0	S04	1590,15	1403,0
Sr	0,24	0,28	Вторичный фос-	0,19	0,20
			фат
Mg	43,56	44,11	Вторичный
			арсенат
Fe	0,43	1,45		0,13	0,17
Mn	0,19	0,27	НС03	2066,82	2105,00
Zn	0,06	—
Al	0,1	—		4234,4	4123,98

щим дебитом свыше 40 000 м³/сут целебной воды и температурой свыше 30° С.' Она широко используется в купальных бассейнах го­рода, а также для теплоснабжения. Большое количество горячих и холодных источников с повышенной радиоактивностью имеется в Южной и Юго-Западной Африке. В западной части Южной Африки 19 источников имеют суточный расход до 60000 м³.

По величине отношения максимального дебита к минимальному

^а* источники делят на весьма постоянные (равно 1), постоян-

Qmln

ные (2), переменные (10), весьма переменные (30) и непостоянные (свыше 100).

О. Мейнцер (1942) и другие исследователи при оценке произво­дительности подземных источников большое значение придают ха­рактеру пород и их коллекторским свойствам и предлагают выде­лять подземные источники, приуроченные к определенным породам.

На примере США Мейнцер показывает, что 24 крупнейших ис­точника страны приходится на известняки и только три на песчани­ки и пески. Подземные источники в эоценовых и плиоценовых из­вестняках и ниагарских доломитах отмечены в штатах Айова, Джорджия, Флорида. Некоторые из них имеют расход до 8000 м³/ч. В Южной Африке, Австралии, Франции, Греции, Испании повышен­ные дебиты также отмечены в скважинах, пройденных в известня­ках и доломитах. Некоторые источники Южно-Африканской Респу­блики имеют дебит до 2000 м³/ч. Большое количество источников и повышенные дебиты скважин наблюдаются в известняках и доло­митах (кембрий, силур, девон, карбон, юра, мел, миоцен, эоцен) Северной Африки, Израиля, Ливана, Сирии, Италии, Югославии, Венгрии, Турции, Саудовской Аравии, Индии, Австралии.

В Тихом и Атлантическом океанах большое количество подзем­ных вод содержат коралловые острова.

166

В Советском Союзе имеется много подземных источников с де­битом 2000—13000 м³/ч, приуроченных к карбонатным породам оазличного геологического возраста.

Много подземных источников также приурочено к песчаникам. Как правило, дебит их ниже, чем источников из известняков и мер­гелей

Известны подземные воды из меловых дакотских песчаников США, верхнепалеозойских (Центральные Анды), пермокарбоно-вых (Южная Африка), Нубийских песчаников Ливии и Аравийско­го п-ова, альбских Северной Африки, юрских и меловых песчаников Австралии, Греции и Юго-Западной Африки.

Дебиты источников в Северной Африке из альбских песчаников колеблются в пределах 100—500 м³/ч, в Южной Африке из песча­ников Карру не превышает 75—100 м³/ч. В Западной Африке в под-меловых песчаниках встречены артезианские (напорные) воды с дебитом отдельных скважин до 100—125 м³/ч.

В Советском Союзе подземные источники, приуроченные к пес­чаникам, распространены широко.

Во многих странах земного шара подземные источники приуро­чены к рыхлым несцементированным породам. Производительность их в значительной мере зависит от механического состава пород, степени их выдержанности в вертикальном и горизонтальном на­правлениях, от геологической структуры и климатических факто­ров. Они широко распространены в межгорных впадинах, прибреж­ных и речных долинах, на равнинных плато, в пустынных и полу­пустынных зонах и т. д.

В рыхлых отложениях дебит источников и колодцев до 200—• 500 м³/ч считается большим. В среднем он редко превышает 50—100 м³/ч, снижаясь во многих случаях до 5—10 м³/ч.

Большое количество воды в рыхлых отложениях выявлено в Восточной, Западной и Южной Африке, прибрежных зонах Туниса, Марокко. Дебит отдельных скважин достигает до 100 м³/ч и более при понижениях уровней при откачках до 10 м от статического. В районе Бизерты некоторые скважины из плейстоценовых отложе» ний дают артезианскую (напорную) воду.

В некоторых районах Средней Азии (СССР), по данным проф. О. К. Ланге, дебиты подземных источников из отложений конусов выноса достигают 32 м³/с, а одиночных скважин — свыше 170 м³/ч.

Источники, выходящие из изверженных и метаморфических по­род, по данным различных стран земного шара, не отличаются большим дебитом. Редко он превышает 25—30 м³/ч, чаще всего 3—5 м³/ч. Такие подземные источники известны в Канаде, Индии, Судане, Восточной и Южной Африке, Монголии, Скандинавских странах, на территории кристаллических массивов в СССР. Дебит источников и скважин зависит от степени трещиноватости или ка-вернозности пород. Так, в Кении дебит некоторых подземных источ­ников из излившихся пород, переслаивающихся с осадочными, до­стигает 30—50 м³/ч, некоторые источники в Армении из вулканиче­ских туфов дают до 100 м³/ч воды и более. Базальтовые лавы и

1ST

траппы очень часто дают подземные источники с большим дебитом и водой хорошего качества (Южно-Африканская Республика, Ин­дия, Восточная Африка). Дебиты источников из эффузивных пород Монголии (Н. А. Маринова, 1963) колеблются в пределах 0,1 — 3,0 л/с, редко 3—5 л/с и более, дебиты скважин при глубине 20—50 м не превышают 2—3 л/с при понижении уровня откачкой на 6—8 м от статического.

При гидрогеологических исследованиях в районах распростра­нения источников необходимо выявить- 1) на какой высоте выходит источник и к какому стратиграфическому горизонту он приурочен; если источник выходит из трещины, следует определить ее размер и простирание, 2) к какому типу относится источник. Кроме того, необходимо установить: 1) физические свойства и химический со­став воды, 2) дебит источника и температуру его воды.

По окончании полевых исследований должна быть составлена карта источников с указанием геологического возраста и литологи-ческого состава пород, заключающих водоносные горизонты, а так­же дебита, химического состава и степени минерализации источ­ников.