ИЗОТОПНО-ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРМОМИНЕРАЛЬНЫХ ВОД ИССЫК-КУЛЬСКОГО АРТЕЗИАНСКОГО БАССЕЙНА Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 556+550.845

doi: 10.55959/MSU0579-9406-4-2024-63-5-142-156

ИЗОТОПНО-ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРМОМИНЕРАЛЬНЫХ ВОД ИССЫК-КУЛЬСКОГО АРТЕЗИАНСКОГО БАССЕЙНА

Екатерина Ивановна Барановская11, Наталья Александровна Харитонова2, Георгий Алексеевич Челноков3, Александр Валерьевич Ермаков4

1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия; [email protected]

2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия; [email protected]

3 Геологический институт РАН, Москва, Россия; [email protected]

4 Геологический институт РАН, Москва, Россия; [email protected]

Аннотация. В статье представлены новые данные о химическом составе, содержании и закономерностях распределения стабильных изотопов кислорода и водорода в природных водах Иссык-Кульского межгорного артезианского бассейна. Сложные геологические и гидрогеологические условия региона исследований определяют разнообразие термоминеральных вод по химическому составу, минерализации и температуре. Результаты показали, что исследуемые воды региона имеют исходно метеорное происхождение с отчетливо выраженным высотным эффектом, а фракционирование изотопов обусловлено вторичными наложенными процессами. Геологическое и тектоническое строение рассматриваемого региона способствует формированию минеральных вод различного химического состава: в пределах скальных пород и открытых трещин образуются углекислые воды незначительной минерализации, в случае присутствия значительной толщи осадочного чехла формируются углекислотно-азотные или азотно-метановые воды с минерализацией более 2,0 г/л (иногда значительно выше, до 35,0 г/л). Для оценки глубинных температур формирования термоминеральных вод были применены ионно-солевые геотермометры, которые показали широкий интервал значений температур (от 21,4 до 144,8 °С), что указывает на различные условия формирования исследуемых вод.

Ключевые слова: минеральные воды, гидрогеохимические условия, изотопный состав, горно-складчатые области, межгорные бассейны, Иссык-Куль

Для цитирования: Барановская Е.И., Харитонова Н.А., Челноков Г.А., Ермаков А.В. Изотопно-гидрогеохимическая характеристика термоминеральных вод Иссык-Кульского артезианского бассейна // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2024. № 5. С. 142-156.

ISOTOPE-HYDROGEOCHEMICAL FEATURES OF THE THERMOMINERAL WATERS OF THE ISSYK-KUL ARTESIAN BASIN

1 l^l 2 3

Ekaterina I. Baranovskaya , Natalya A. Kharitonova , Georgiy A. Chelnokov , Aleksandr V. Ermakov4

1 Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia; [email protected]

2 Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia; [email protected]

3 Geological Institute, RAS, Moscow, Russia; [email protected]

4 Geological Institute, RAS, Moscow, Russia; [email protected]

Abstract. The article presents a new data on the chemical composition, content and distribution patterns of stable oxygen and hydrogen isotopes in the natural waters of the Issyk-Kul intermountain artesian basin. The complex geological and hydrogeological conditions of the research region have led to a variety of thermomineral waters in terms of chemical composition, TDS and temperature. The results showed that the studied waters of the region have an initial meteoric origin with a clearly pronounced high-altitude effect, and the fractionation of isotopes is due to secondary superimposed processes. The geological and tectonic structure of the region under consideration contributes to the formation of mineral waters of various chemical composition: carbon dioxide waters of insignificant TDS are formed within rocks and open cracks, in the case of the presence of a significant thickness of the sedimentary cover, carbon dioxide-nitrogen or nitrogen-methane waters with a TDS of more than 2,0 g/l (sometimes significantly higher up to 35,0 g/l) are formed. Ion-salt geothermometers were used to assess the deep temperatures of the formation of thermomineral waters, which showed a wide range of temperature values (from 21,4 to 144,8 °C), which indicates different conditions for the formation of the studied waters.

Keywords: mineral waters, hydrogeochemical conditions, isotopic composition, mountainous-folded region, intermountain basins, Issyk-Kul

For citation: Baranovskaya E.I., Kharitonova N.A., Chelnokov G.A., Ermakov A.V. Isotope-hydrogeochemical features of the thermomineral waters of the Issyk-Kul artesian basin. Moscow University Geol. Bull. 2024; 5: 142-156. (In Russ.).

Введение. Кыргызская Республика обладает значительным бальнеологическим потенциалом, так как на ее территории локализовано большое количество минеральных вод, отличающихся по температурному режиму, химическому и газовому составу, по минерализации. Только в пределах Иссык-Кульского межгорного артезианского бассейна выявлено более 100 естественных выходов минеральных вод, которые, в большей своей части, сосредоточены в горной области. В пределах межгорной впадины минеральные воды на поверхность не выходят, но вскрыты скважинами на глубинах более 1,0 км. Благоприятные ландшафтные и климатические условия Иссык-Кульской котловины совместно с наличием разнообразных в бальнеологическом отношении минеральных вод создают подходящие условия для функционирования сети санаториев и бальнеолечебниц.

На данный момент на побережье озера Иссык-Куль функционирует множество бальнеологических здравниц, осуществляющих лечение разнообразными по химическому типу, газовому составу, минерализации и температуре минеральными водами. Эти воды преимущественно применяют для лечения сердечных заболеваний, при болезнях обмена веществ, кроме того, их активно использует местное население в качестве питьевых столовых вод. Уникальность данного района также обусловлена сосуществованием двух типов минеральных вод: трещинно-по-ровых вод, приуроченных к артезианским бассейнам межгорного типа, и трещинно-жильных вод зон тектонических нарушений скальных массивов.

Основные исследования минеральных вод Иссык-Кульского бассейна были выполнены в шестидесятых годах прошлого века [Григоренко, 1968; Катаева, 1969], тогда же были пробурены основные эксплуатируемые и по сей день скважины. Последняя работа по систематизации минеральных вод региона была опубликована в 1987 г. [Матыченков, 1987] и в дальнейшем никаких систематических исследований данного типа вод не проводилось, однако местное население активно продолжает использовать старые скважины для бальнеопро-цедур, предполагая, что химический состав воды за сорок лет остался стабильным. В рамках данной статьи мы приводим новые данные по химическому и изотопному (618О и 6D) составу природных (поверхностных, пресных и термоминеральных) вод Иссык-Кульского межгорного артезианского бассейна. Систематизация разнообразного фактического материала: полученных нами данных, результатов предшественников, детальное изучение геологического строения и гидрогеологических условий региона, позволили провести реконструкцию условий формирования и распространения минеральных вод территории, а также выявить факторы, влияющие на их разнообразие.

Объект исследования. Иссык-Кульский артезианский бассейн представляет собой межгорную

депрессию (впадину), развитую в пределах Северо-Тяньшаньской каледонской складчатой системы [Мандычев, 2002].

Впадина обрамлена высокогорными хребтами Кюнгей-Ала-Тоо (высшая точка 4770 абс.м) на севере и Терскей-Ала-Тоо на юге (достигая отметок 5200 абс.м). Хребты сложены комплексом пород протерозойского и палеозойского возраста [Катаева, 1969]. На наиболее высоких отметках горных участков сосредоточены значительные площади снега и льда. Длина впадины составляет 240 км, ширина — 90 км.

Центральную часть Иссык-Кульской впадины занимает одноименное глубоководное бессточное озеро. Озеро Иссык-Куль представляет собой котловину, вытянутую в широтном направлении, и расположенное на дне тектонической впадины на высоте 1609 абс. м. Площадь бассейна озера составляет более 22 тыс км2, а его максимальная глубина достигает 668 м (в среднем 278 м) [Матыченков, 1987]. Береговая зона озера представляет собой предгорную равнину (конусы выноса горных рек), шириной от 2 до 20 км, где сосредоточены города и населенные пункты, являющиеся основной курортной зоной Прииссыкулья.

Температурный режим озера определяется, главным образом, его глубоководностью, в зимнее время поверхностные слои воды (до 100 м) достигают температур около 5,0 °С и 3,6^4,2 °С на глубинах 500-600 м; в летнее время (июль-август) температура верхних слоев воды достигает 18^20 °С. По данным опробований в июне 2023 г. (т. Их) температура воды в озере Иссык-Куль составила 13,7 °С (табл. 1).

Минерализация воды озера Иссык-Куль по данным [Матыченков, 1987] составляла 5,97 г/л, по данным наших опробований 2023 г. — 5,7 г/л (табл. 1). По химическому типу вода озера характеризуется Cl-SO4-Na-Mg типом. По соотношению катионов (преобладание №, Mg) вода озера Иссык-Куль соответствует океанической, по преобладанию анионов (С1, SO4) ближе к водам материковых озер [Матыченков, 1987]. Основным источником питания озера являются реки, формирующиеся в высокогорной гляциальной зоне.

Согласно общепринятой схеме гидрогеологического районирования Киргизии по П.Г. Григоренко [Григоренко, 1968; Гидрогеология..., 1971] рассматриваемый Иссык-Кульский артезианский бассейн (рис. 1, табл. 2) входит в Тянь-Шанскую гидрогеологическую область, Иссык-Кульский регион (Б. IV). В гидрогеологическом отношении, Иссык-Кульская межгорная впадина — это артезианский бассейн с пластовыми водами в осадочных породах мезо-кайнозойского чехла, а также с трещинными, трещинно-жильными водами в основании и в скальных породах окружающих хребтов [Минеральные., 1974]. Бассейн сложен мезо-кайнозойскими континентальными осадочными породами типа моласс, мощностью порядка 5,0 км.

Таблица 1

Химический состав природных вод Иссык-Кульского артезианского бассейна

№ л б о отмет-в-ти, м Пункт Формула Курлова -Я м 3 У й £ й О ¡3 и О (Л О и X № со

р с * Абс. < ка по опробования мВ г/л мг/л

Поверхностные воды

1 И, 1601,0 озеро Иссык-Куль М С14780446 5,6 (Ш+К)67Ме27 -91,0 5,7 5,6 1204,0 48,2 101,0 264,0 1531,0 2035,0 427,1 12,3 1,2

2 И2 1601,0 озеро Иссык-Куль С151 8°449 М55-4- 5,5 (№+К)68 Ме26 - - 5,5 1304,0 50,5 106,0 279,0 1609,0 2118,0 - 12,6 <0,05

3 Т Т 20 2128,0 ручей в ущелье Джети-Огуз М 0 2 С 14 8 НС0 3 40 8 2 рН8 0 0,2 Са59 (Ш+К)34 -84,0 0,3 0,2 22,4 1,1 35,5 2,6 61,7 20,1 88,5 <0,3 <0,05

Грунтовые воды

4 Т10 1626,0 г. Чолпон-Ата .. НС°3 48 С142 „ М 0 3-3-рН8,3 Т16,2 0,3 Са52(№+К)39 -68,2 0,2 0,3 42,2 1,5 50,8 5,0 74,4 22,3 147,0 <0,3 0,1

5 Т13 1614,0 с. Чон-Орукту М 0 3 НС°3 71 С123 рН8,6 Т18,8 0,3 Са65(Ш+К)21 -89,6 0,2 0,3 12,9 0,8 37,3 4,9 30,5 10,8 158,7 <0,3 <0,05

Минеральные воды

6 Т2 1611,0 г. Балыкчи М107 8°473 С127 рН7,5Т40,2 ,7(Ка+К)78 Са15 -26,6 9,3 10,7 2508,0 19,1 427,0 117,0 1619,0 5959,0 - <0,3 <0,05

7 Тз 1620,0 с. Чок-Тал М0 4 8°446 НС°334 С 12 1 рН9,8 Т37,3 44 (Ш+К)98 -164,4 0,4 0,4 106,0 0,4 1,8 0,1 39,3 117,0 109,8 3,2 <0,05

8 Т4 1625,0 с. Бает М0 7 8°4 6 1 С122 НС°31 7 рН9,2 Т30,7 ,7 (Ш+К)98 -123,6 0,9 0,7 216,0 0,6 4,0 0,1 78,8 289,0 103,7 6,7 <0,05

9 Т5 1620,0 с. Долинка М183 С187 8°412 рН7,4 Т52,3 18,3 (Ш+К)81 Са18 -19,3 21,3 18,3 5330,0 18,8 1055,0 16,1 9943,0 1912,0 36,6 <0,3 11,0

10 Тб 1628,0 г. Чолпон-Ата М187 С190 8°410 рН7,6 Т18,0 18,7 (№+К)64 Са35 -29,0 20,1 18,7 4364,0 9,4 2080,0 17,9 10641,0 1568,0 22,3 <0,3 8,8

11 Т7 1618,0 с. Кара-Ой М1 0 8 °4 54 С13 8 рН8,9 Т33,9 1,0 (Ш+К)95 -114,8 1,2 1,0 309,0 0,8 12,6 0,3 200,0 386,0 73,2 13,5 <0,05

12 Т8 1617,0 г. Чолпон-Ата М^ С189 8°411 рН7,7Т43,2 2 (Ш+К)77Са21 -38,8 25,1 22,2 6167,0 18,3 1455,0 84,7 12408,0 1997,0 36,6 <0,3 10,0

13 Т11 1618,0 с. Бостери С193 М340 рН7,8 Т26,6 34,0 (№+К)73Са26 -42,0 35,0 34,0 9068,0 0,1 2814,0 47,2 20048,0 2047,0 18,3 <0,3 11,6

14 Т12 1627,0 с. Булан-Соготту М118 С176 8°423 рН7,7 Т43,8 ,8(Ка+К)89 Са10 -36,8 11,8 11,8 3530,0 12,8 361,0 23,0 5470,0 2277,0 140,4 <0,3 3,3

15 Т14 1620,0 с. Чон-Орукту С198 М74 рН8,1 Т38,0 7,4 (Ш+К)61Са39 -59,6 9,8 7,4 1678,0 3,4 946,0 1,2 4641,0 94,1 36,6 2,2 1,9

16 Т15 1607,0 с. Ой-Булак С189 8°4 11 „_ ,ТЛ.„1 М,,,-4-рН7,7Т43,2 2 (Ш+К)77Са21 -55,9 7,8 6,2 1393,0 3,4 781,0 0,7 3546,0 464,0 36,6 2,3 <0,05

17 Т16 1621,0 г. Каракол С179 НС° 3 1 1 8 °4 10 Т М0 9-3-4— рН8,6 Т 33,5 0,9 (№+К)90 -90,0 1,3 0,9 288,0 0,8 26,5 1,4 441,0 74,5 109,8 5,9 0,5

18 Т18 2042,0 ущелье Джети-Огуз С194 М125 9 рН7,7 Т32,0 12,5 (№+К)54Са46 -37,5 15,3 12,5 2476,0 39,2 1859,0 2,4 7517,0 565,0 39,7 <0,3 1,6

19 Т19 2126,0 ущелье Джети-Огуз М С173 8°425 рН8,5Т17,9 1,8 (Ка+К)63 Са37 -81,2 2,1 1,8 387,0 5,1 203,0 0,4 783,0 367,0 42,7 3,3 <0,05

20 Т21 2195,0 ущелье Джети-Огуз М05 С158 8°436 рН9,2Т22,0 0,5 (Ка+К)70 Са30 -134,9 0,4 0,5 122,0 1,8 45,4 0,2 158,0 132,0 30,5 6,3 0,1

21 Т22 2061,0 ущелье Ак-Суу М 0 ^ С13 8 8°436 НС°3 26 рН9,2 Т48,0 0,3 (Ка+К)93 -130,2 0,4 0,3 84,6 1,6 5,4 0,1 58,4 74,8 67,1 13,0 <0,05

22 Т23 1635,0 с. Кирпичное М0 4 НС°3 4 8 С128 8°424 рН9,3 Т40,3 0,4 (Ка+К)95 -132,4 0,4 0,4 97,5 0,5 4,3 0,1 51,9 61,2 152,6 11,7 <0,05

23 Т24 2383,0 с. Чон-Кызыл-Суу М 0 4 С154 8°424 НС°3 22 рН9,4 Т 28,4 0,4 (Ка+К)86 Са13 -139,1 0,5 0,4 101,0 3,4 14,1 0,1 114,0 69,9 79,3 10,7 0,1

24 Т26 2361,0 ущелье Джууку М„ 3 8 ° 4 4 1 С13 2 НС° ' 27 рН8,9 Т 37,9 0,3 (№1+К)81 Са18 -112,1 0,4 0,3 74,0 1,4 14,8 0,3 50,4 86,9 73,0 10,9 <0,05

25 Т Т 27 1630,0 с. Каджи-Сай М2 4 С143 8°43 1 НС°3 26 рН8,0 Т43,4 2,4 (Ка+К)98 -51,8 2,5 2,4 723,0 3,2 15,1 0,7 569,0 545,0 585,8 19,2 <0,05

26 8 1616,0 с. Бар-Булак М43 С178 8°422 рН8,0Т38,6 4,3 (№+К)75 Са25 -67,4 5,2 4,3 1139,0 9,1 328,0 1,2 2031,0 778,0 24,4 2,9 <0,05

Таблица 2

Гидрогеологическое районирование Киргизии (по данным [Гидрогеология..., 1971])

Области Регионы Подрегионы Основные артезианские бассейны

А1 Чуйский I Восточно-Чуйский

А Чу-Таласский А2 Таласский II Таласский южный

III Таласский северный

Б Иссык-Кульский IV Иссык-Кульский

V Кочкорский

VI Суусамырский

В1 Северный Нарынский VII Джумгальский

VIII Токтогульский

IX Сонгкёльский

В Нарынский X Кара-Куджурский

XI Верхненарынский

Тянь-Шанская XII Алабуга-Нарынский

В2 Южный Нарынский XIII Тогуз-Тороский

XIV Ат-Башынский

XV Арпинский

XVI Балгартский

Г1 Сары-Джазский

Г Сарыджаз-Аксайский XVII Чатыр-Кёльский

Г2 Ак-Сайский XVIII Ак-Сайский

XIX Узёнгю-Куушский

Д1 Чаткало-Ферганский XX Чаткальский

Д Ферганский XXI Сёокский

Д2 Ош-Джалалабадский XXII Ферганский

Дз Алай-Туркестанский

Памиро-Алайская Е Алайский XXIII Алайский

P -N

3 1

K-P

T3-J1

о о о о • •••••

о о О о

о о о о О • •••••

о о о о

ООО

ООО о О О о

Q

ООО

о о о а

о о о о

ООО

О о о о ООО

о о о о

О - о

• •••••

о о о • •••••

Э о о о <о

О - О

' о

о о о О

о

о

О о

«о

о о о О О

о о о -

V V

Pz

0-200

700-750

1200

1500-200

200-600

0-250

200-600

о О с

pop

Галечники, конгломераты

Паттумы

(несортированные,

обломочные

породы)

Пески, песчаники

Средние и основные эффузивы

•ijli Алевролиты

Глины,

глинистые

сланцы

Каменный и бурый уголь

Поверхности размыва и несогласия

Рис. 2. Литолого-стратиграфическая колонка Иссык-Кульской впадины (р. Джети-Огуз)

Границы бассейна совпадают с водоразделами поверхностного и подземного стока Терскейско-го — южного и Кюнгейского — северного хребтов, а также проходят по перевалу Санташ на востоке и Караташскому порогу на западе [Мандычев, 2002].

Основными областями питания подземных вод бассейна являются обрамляющие горные хребты Терскей-Ала-Тоо и Кюнгей-Ала-Тоо, питание, главным образом, осуществляется за счет таяния ледников и снежников, а также за счет инфильтрации атмосферных осадков.

Иссык-Кульский артезианский бассейн характеризуется трехэтажным строением. Осадочный чехол представлен галечником, песком, глиной и полускальными сцементированными обломочными породами типа конгломератов, песчаников, аргиллитов и алевролитов. Максимальная мощность осадочного чехла Иссык-Кульского артезианского бассейна в восточной части достигает 5,0 км (рис. 2).

Верхний этаж представлен четвертичными отложениями, мощностью до 200-500 м; второй этаж сложен палеоген-неогеновыми и юрскими отложениями; нижний этаж (фундамент) представлен палеозойскими и докембрийскими трещиноватыми породами, информация о которых практически отсутствует [Гидрогеология..., 1971; Мандычев, 1996].

Исследуемая территория является сейсмически активной и осложнена множеством региональных и локальных разрывных нарушений разного порядка, которые являются каналами для глубокого проникновения метеорных вод, а также источниками поступления на поверхность Земли глубинных флюидов. На территории Кыргызстана ежегодно регистрируется более 5000 землетрясений, из которых 5-10 являются ощутимыми. Сильные толчки происходят каждые 3-5 лет [Кендирбаева, 2019]. Геолого-тектонические условия, наличие широкого комплекса водовмещающих толщ и сложное гидрогеологическое строение района исследований обуславливают формирование разнообразных бальнеологических типов термоминеральных вод.

Материалы и методы исследования. В основу работы легли результаты полевых исследований, проведенных на территории Иссык-Кульской области Республики Киргизия в июне 2023 г. Всего было отобрано 28 проб поверхностных (ручей, озеро) и подземных вод, а также атмосферных осадков. Собранные воды были детально исследованы: определен их химический состав, выявлены содержания стабильных изотопов кислорода и водорода. Точки опробования представлены на рисунке (рис. 3).

Нестабильные параметры (температура, Eh, pH) определяли непосредственно на месте отбора проб с помощью анализатора жидкости Milwaukee (США). Определение гидрокарбонат-иона (HCO3) проводилось также на месте отбора проб титриме-трическим методом. Пробы воды, предназначенные для выполнения лабораторных химических анали-

N

2

N

2

N

зов, отфильтровывали через целлюлозный фильтр (0,45 мкм) на месте отбора.

Определение содержания основных катионов и анионов проводилось методом ионной хроматографии на высокоэффективном ионном жидкостном хроматографе LC-20 (Shimadzu, Япония). Определение органического углерода выполнено методом ИК-детектирования на анализаторе общего органического углерода ТОС-V (Shimadzu, Япония) в аналитической лаборатории ДВГИ ДВО РАН.

Определение микрокомпонентного состава было выполнено методом ICP-MS на масс-спектрометре Agilent 7700 в аналитической лаборатории ДВГИ ДВО РАН.

Определение изотопного состава природных вод (б1 О и 6D) выполнялось на изотопном анализаторе воды (Picarro, США) в аналитической лаборатории ГИН РАН. Результаты измерений 618O и 6D приведены относительно международного стандарта VSMOW.

Для оценки глубинных температур формирования термоминеральных вод применялись ионно-солевые геотермометры, основанные на реакциях химического равновесия ряда элементов в системе «вода-минерал» [Fournier, 1979; Giggenbach, 1988; Chelnokov, 2022; Bragin, 2021; Шестакова, 2018].

Результаты исследования и их обсуждение. Грунтовые воды на данной территории формируются в подгорном шлейфе путем инфильтрации из русел рек, каналов и ирригационной сети. Водоносные горизонты представлены галечниками, гравием и песками, фильтрационные показатели которых уменьшаются от периферии предгорного шлейфа к зоне вторичного погружения. В предгорьях коэффициент фильтрации варьирует от 10,0 до 100,0 м/сут; в пределах аллювиально-пролювиальной равнины коэффициент фильтрации значительно меньше и составляет 0,5^1,0 м/сут [Кендирбаева, 2023]. Нами были опробованы грунтовые воды на севере Иссык-Кульского артезианского бассейна (г. Чолпон-Ата и с. Чон-Орукту) с глубины 30-50 м (рис. 3, табл. 1). По минерализации эти воды пресные (0,2 г/л) хло-ридно-гидрокарбонатные натриево-кальциевого типа. В воде также обнаружено незначительное количество ионов магния (~5,0 мг/л) и сульфата (10,8^22,3 мг/л). По показателю рН изучаемые воды являются слабощелочными (pH 8,3^8,6), а по температуре холодными (16,2^18,8 °С). Окислительно-восстановительный потенциал варьирует от -89,6 до -68,2 мВ. Содержание органического углерода повсеместно низкое <1,0 мг/л (табл. 3), однако в пробе Т10 (г. Чолпон-Ата) выявлен повышенный уровень концентрации общего азота (1,1 мг/л) и нитратов (5,6 мг/л), что обусловлено загрязнением данного пункта опробования азотными удобрениями, приносимыми в водоносный комплекс с располагающихся неподалеку сельскохозяйственных земель. Концентрации фтора, брома, бора и кремния (как Si)

Таблица 3

Содержание различных форм углерода и азота в пробах природных вод Иссык-Кульского артезианского бассейна

№ № пробы Пункт опробования ТС IC TOC TN

мг/л

Поверхностные воды

1 И, озеро Иссык-Куль 70,6 66,0 4,6 0,8

2 И2 озеро Иссык-Куль 66,5 64,8 1,7 <0,1

3 Т Т 20 ручей в ущелье Джети-Огуз 13,7 13,0 0,7 0,6

Грунтовые воды

4 Т10 г. Чолпон-Ата 32,9 31,9 1,0 1,1

5 Т13 с. Чон-Орукту 24,0 23,0 1,0 <0,1

Минеральные воды

6 Т2 г. Балыкчи 19,0 18,8 0,2 0,7

7 Т3 с. Чок-Тал 13,8 13,1 0,7 0,5

8 Т4 с. Бает 26,0 25,2 0,8 0,1

9 Т5 с. Долинка 5,5 5,5 0,1 0,5

10 Тб г. Чолпон-Ата 4,0 4,0 0,1 0,3

11 Т7 с. Кара-Ой 14,2 14,0 0,2 <0,1

12 Т8 г. Чолпон-Ата 6,2 6,2 0,1 2,7

13 Т11 с. Бостери 7,6 7,6 0,1 1,6

14 Т12 с. Булан-Соготту 23,4 22,3 1,1 0,5

15 Т14 с. Чон-Орукту 2,6 1,4 1,3 1,2

16 Т15 с. Ой-Булак 2,6 2,6 0,1 <0,1

17 Т16 г. Каракол 20,7 19,2 1,5 0,4

18 Т18 ущелье Джети-Огуз 6,1 6,1 0,1 0,8

19 Т19 ущелье Джети-Огуз 5,6 5,6 0,1 <0,1

20 Т21 ущелье Джети-Огуз 15,7 14,9 0,8 0,1

21 Т22 ущелье Ак-Суу 9,9 8,2 1,6 0,5

22 Т Т 23 с. Кирпичное 22,1 19,1 3,0 0,3

23 Т24 с. Чон-Кызыл-Суу 6,9 6,7 0,2 0,4

24 Т26 ущелье Джууку 9,7 8,0 1,7 0,4

25 Т27 с. Каджи-Сай 94,0 88,2 5,8 0,3

26 8 с. Бар-Булак 4,2 4,2 0,0 0,6

Примечание: TC — общий углерод; IC — неорганический углерод; TOC — общий органический углерод; TN — общий азот.

низкие и составляют <0,3 мг/л, <0,1 мг/л, <26,0 мкг/л и <7,0 мг/л соответственно.

Термоминеральные воды в пределах исследуемой территории существенно отличаются по многим параметрам: температуре, минерализации, химическому и газовому составу, по содержанию бальнеокомпонентов (рис. 4, табл. 1).

Температура природных минеральных вод на месте опробования варьирует в широком диапазоне от 16,2 до 52,3 °С (рис. 4, табл. 1). Все исследуемые подземные воды по температуре были разделены на четыре группы: к первой группе (6 точек опробования) отнесены холодные воды с температурой

Рис. 3. Обзорная карта района исследований и расположения точек опробования

Таблица 4

Основные химические типы природных минеральных вод Иссык-Кульского артезианского бассейна

Гидрогеологическая структура Артезианский межгорный бассейн Гидрогеологический массив

Преобладающий ион №, С1 №, 8О4 №, НСО3 №, С1 №, 8О4

Минерализация, г/л 1,3-35,0 0,4-9,3 0,4 0,3-12,5 0,3

Т, °С 18,0-52,3 30,7-40,2 40,3 18,0-48,0 38,0

<20 °С, ко второй (8 точек опробования) — теплые воды с температурой 20-37 °С, к третьей группе, она самая многочисленная (10 точек опробования) — очень теплые с температурой 37^50 °С, и к четвертой (1 точка) — с температурой более 50 °С. В целом, большинство проб имеют температуру более 20 °С. В первую группу попадают преимущественно поверхностные и подземные грунтовые пресные воды, а из минеральных вод только две пробы: Т6 и Т19, отобранные на севере Иссык-Кульского артезианского бассейна в районе г. Чолпон-Ата и с. Чон-Орукту. Низкие температуры этих вод обусловлены, видимо, их разбавлением холодными приповерхностными водами. Все остальные минеральные воды являются термоминеральными. Горячая вода, относящаяся к 4-ой группе, вскрыта скважиной в осадочном чехле с глубины 1515 м на севере артезианского бассейна (с. Долинка) (рис. 4). В целом, какой-либо явной корреляционной зависимости температуры минеральных вод от глубины их отбора в водоносных

горизонтах межгорного артезианского бассейна не прослеживается (рис. 5). Также не выявлено зависимости между температурой минеральных вод и условиями их циркуляции: трещинно-жильные воды скальных массивов и пластово-поровые артезианские воды межгорного бассейна часто имеют схожие температуры (табл. 4).

Рассматриваемые термоминеральные воды являются умеренно-щелочными (рН 7,4-9,8) и характеризуются восстановительной обстановкой (ЕЬ -164,4 ^ -19,3 мВ). Их минерализация варьирует в широких пределах от 0,3 г/л до 34,0 г/л (рис. 4; 6) и, в целом, зависит от приуроченности к гидрогеологической структуре формирования: осадочный чехол артезианского межгорного бассейна или его горное обрамление. Воды осадочного чехла имеют часто высокую минерализацию от 1,2 до 35,0 г/л, за исключением нескольких проб пресных вод с минерализацией 0,4^0,9 г/л, отобранных на севере бассейна (точки Т3, Т4) и в районе с. Кирпичное (т. Т23).

Среди анионов преобладают С1- и ЗО^-, доля каждого среди анионов составляет (%-экв): 43^98 и 46^73, соответственно. В четырех пробах (точки Тц, Т14, Т15 и Т18) в анионной части присутствует, главным образом, хлорид-ион. Наблюдается закономерность в составе анионов: все термоминеральные воды обогащены либо сульфатом, либо хлоридом. В пробах Т2, Т3, Т4, Т7 и Т26 сульфат является превалирующим ионом (табл. 1) и для них характерна высокая сульфатность (г8О4 • 100/гС1), которая составляет 120^271. В одной пробе минеральных вод (т. Т23, с. Кирпичное) преобладающим анионом является НСО3-ион (48%-экв).

60

50

40 -

^ 30 -

20

10 -

.са.

о О

о о

Горячие

О Очень теплые

О

о

о о

-40

Теплые

Холодные

60

50

-30

20

-10

О

Рис. 4. Распределение минерализации (М, г/л) и температуры (Т, °С) в исследуемых пробах природных вод

Т, °С

го

I

ю >

10

1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100

20

30

40

50

60

(с. Кара-Ой) О

(с. Бостери) О

0'2 I

0 (с. Булан-Соготтул)

Т16 О

(г. Каракол)

Т28 ¡О

(с. Бар-Булак)

Т2

О (г. Балыкчи)

Т

Т

Т

О ! О (с. Долинка)

- (г. Чолпон-Ата)

27

О

(с. Каджи-Сай)

Т23

О

(с. Кирпичное)

0

0

Т

Т

и

Рис. 5. Зависимость температуры термоминеральных вод от глубины их опробования

Озеро Иссык-Куль Ф Ручей

Д Грунтовые воды

О Минеральные воды (Т, °С):

О Холодные (< 20)

О Теплые (20-37)

ф Очень теплые (37-50)

ф Горячие (> 50)

80 60 40 20

<-Са2+-

20 40 60 80 -С1-->

Рис. 6. Диаграмма Пайпера для исследуемых природных вод Иссык-Кульского артезианского бассейна

По химическому составу воды осадочного чехла Иссык-Кульского бассейна преимущественно С1-804 (804-С1)-№ (№-Са) типа. В целом, фиксируется прямая зависимость содержания сульфат-иона от минерализации — чем выше концентрация 804-, тем выше минерализация.

В катионном составе исследуемых проб повсеместно преобладает ион натрия (от 61 до 98%-экв), в некоторых пробах наблюдается незначительное количество иона кальция (7^46%-экв). Магний практически не встречается в данных водах (рис. 6).

Ионы натрия и хлора в водах осадочного чехла демонстрируют хорошую корреляционную зависимость с Я2 = 0,9 и соотношение 1:1, что указывает на единый источник обоих элементов, вероятнее всего, растворение галитовых толщ. В пробах Т2, Т3, Т4 и Т7 соотношение №/С1 увеличивается до 4,2, демонстрируя дополнительный источник натрия, вероятно, это натрийсодержащие силикаты или извлечение натрия из глинистых фаз при катионном обмене.

Воды кристаллических массивов (горного обрамления Иссык-Кульского артезианского бассейна) были опробованы в источниках ущелья Джети-Огуз (Т18, Т19, Т21), Ак-Суу (Т22), Джууку (Т26) и с. Чон-Кызыл-Суу (Т24). Термоминеральные воды кристаллических массивов преимущественно низкоминерализованные 0,3^0,5 г/л и в них при-

сутствует значительное количество НС03-, превышающего 20%-экв. (табл. 1). В редких случаях воды кристаллических массивов демонстрируют повышенную минерализацию до 12,5 г/л (Т18, Дже-ти-Огуз) и принадлежат к Са-№-С1 (804-С1) типу, что, по-видимому, обусловлено смешением сильно минерализованных вод из артезианского бассейна с водами низкой минерализации, формирующихся в кристаллических массивах. Различные пропорции смешения вод приводят к широкому спектру получаемой минерализации.

В анионном составе практически всех опробованных минеральных вод преобладает хлорид-ион (содержание С1- варьирует от 32 до 94%-экв). Суль-фатность термоминеральных вод гидрогеологических массивов довольно высокая 20^100, за исключением воды из точки Т18, содержащей значительное количество хлорид-иона (94 %-экв).

В катионном составе минеральных вод всегда преобладает ион натрия (от 54 до 95%-экв); далее следует кальций, достигая в некоторых пробах 40%-экв., магний практически отсутствует в опробованных источниках (рис. 6). Молярное соотношение №/С1 больше 1 и находится в диапазоне 1,2^2,9, указывая на поступление натрия при растворении натрийсо-держащих плагиоклазов скальных пород, сложенных крупнокристаллическими биотитовыми гранитами

и гранодиоритами. В двух точках Т18 и Т19 молярное соотношение №/С1 значительно <1, составляет 0,5 и 0,8 соответственно, указывая на возможное удаление натрия при реакции катионного обмена между водой и породой.

Сопоставление солевого состава вод и места их циркуляции показывает, что минерализация термоминеральных вод, приуроченных к гидрогеологическим кристаллическим массивам, значительно ниже, чем в водах, циркулирующих в осадочном чехле артезианского межгорного бассейна. В катионном составе всех исследуемых проб, главным образом, превалирует ион натрия (табл. 4), а в анионном — ионы хлора, сульфата и гидрокарбоната. Пропорции соотношения данных анионов меняются и сильно зависят от состава водовмещающей толщи. Величина коэффициента г№/гС1 варьирует от 0,5 до 4,2 и, в целом, хорошо соотносится с минерализацией воды — чем выше минерализация, тем ниже коэффициент. Исключение составляет только точка Т2, в которой при минерализации (Мрасч) 10,7 г/л, значение коэффициента составляет 2,4.

Во многих пробах выявлены повышенные содержания иона фтора, количество которого варьирует от 2,2 до 19,2 мг/л (табл. 1). Наибольшие концентрации элемента характерны для вод (Т7, Т22, Т23, Т24, Т26 и Т27), циркулирующих в скальных породах. Высокие значения фтора в водах скальных массивов обусловлены его активным извлечением из водовмещающих толщ в условия повышенных температур. Основными фторсодержащими минералами изучаемых вод являются биотит, мусковит и фосфаты. Так как индекс насыщения фосфатов больше единицы, то они не будут растворяться в данных условиях, соответственно, можно предположить, что основным источником фтора являются силикаты. Вынос фтора, вероятнее всего, происходит из слюд, согласно следующей реакции [8ее%, 2010]:

5^е3А1813О10(ДОН)2 + КАШ3О8 + 9Н2О + Н+ ^ ^ 3Fe5Al2Si3O10(OH)8 + 98Ю2 + 6К+ 5F-.

В водах, циркулирующих в скальных массивах, наблюдается положительная корреляция с Я2 = 0,7 между F- и Н4ЗЮ4, а также с температурой, что позволяет утверждать о единстве источников обоих компонентов. Таким образом, фтор поступает в данные термоминеральные воды в результате гидролиза алюмосиликатных минералов.

В термоминеральных водах межгорного артезианского бассейна (Т2, Т5, Т6, Т8, Т11 и др.) содержание фтора обычно очень низкое, менее 0,3 мг/л, так как породы осадочного чехла обеднены этим элементом.

Количество Вг- в изученных пробах сильно варьирует и находится в диапазоне значений 0,1^11,6 мг/л. По содержанию брома данные термоминеральные воды подразделяются на три группы: к первой группе относятся воды с очень низкой концентрацией < 0,1 мг/л, ко второй — воды с умерен-

ным содержанием (диапазон 0,1^3,3 мг/л), и к третьей — воды с высокими концентрациями >8,8 мг/л.

Бор в изученных водах варьирует в широких пределах от 0,2 до 19,4 мг/л (как В) и по его содержанию все воды, как и в случае с бромом, логично разделить на три группы. В первую группу отнесены термоминеральные воды с низкими значениями компонента (<1,7 мг/л). Они являются трещинно-жиль-ными водами кристаллических массивов. Во вторую группу выделены воды с очень высокими концентрациями бора (>11,0 мг/л). Третья группа — воды с промежуточными значениями бора (1,7^11,0 мг/л). Воды второй и третьей групп являются пластовыми водами межгорного артезианского бассейна. Наибольшие концентрации этих микрокомпонентов характерны для вод, циркулирующих в палеоген-неогеновых и юрских отложениях, в интервале глубин 1300-1600м.

В целом, содержание брома и бора в водах закономерно увеличивается с повышением минерализации (рис. 7). Во всех проанализированных пробах геохимический маркер С1-/Вг- высокий и превышает значение 300, характерное для морской воды. В водах скальных массивов С1/Вг- ^ 1000, а в водах артезианских толщ хлорбромный коэффициент варьирует от и-103 до и-10 . Это указывает на два независимых источника брома в термоминеральных водах Иссык-Кульской котловины. В водопунктах Т3, Т6, Т8, Т11, Т12 и Т14 выявлена практически прямая корреляционная зависимость между С1- и Вг- с Я2 = 0,7, что указывает на единый источник элементов — испарительное концентрирование исходных морских рассолов. В остальных пробах, бром поступает в термоминеральные воды из водовмещающих толщ (галитовых или кристаллических массивов), содержащих изначально невысокие концентрации элемента. Следовательно, формирующиеся воды будут иметь низкие содержания брома.

Содержание кремния в термоминеральных водах Иссык-Кульской впадины сильно варьирует от 12,0 до 23,7 мг/л. Наибольшее содержание кремния (27,0 мг/л) обнаружено в пробе Т18, отобранной в зоне развития гранитоидов из скважины на территории санатория Джети-Огуз, где температура на выходе составляет 32,0 °С; а также в пробе Т27 (южная часть межгорного артезианского бассейна, с. Каджи-Сай), отобранной из скважины на глубине около 1600 м, с температурой на выходе 43,4 °С. Стоит отметить, что термоминеральные воды из водопунктов Т3, Т11, Т18, Т19, Т23, Т26 и Т27 по концентрации кремния в пересчете на метакремнивую кислоту незначительно превышают бальнеологический порог в 50 мг/л, рекомендованный в классификации В.В. Иванова и Г.А. Невраева [Иванов, 1964]. Содержание метакремниевой кислоты (Н2ЗЮ3) составляет в данных пробах 54,8; 53,8; 66,0; 56,4; 56,4; 57,0 и 57,7 мг/л, соответственно. В остальных пробах концентрация кремния ниже, однако она выше 20 мг/л, и эти воды в соответствии с ГОСТ Р 54316-

40 35 30 25 20 15 10 5 0

с О

ггч О О

(Л о

О

3 °сг О

о °оС О

О Br О B

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 Концентрация компонентов, мг/л

25,0

Рис. 7. Взаимосвязь содержания бром-иона и бор-иона (мг/л) от минерализации (г/л) в исследуемых минеральных водах

2020 [ГОСТ, 2020] считаются малокремнистыми, тем самым, могут применяться для терапевтических целей при лечении болезней желудочно-кишечного тракта.

Прямой зависимости между температурой вод и содержанием в ней кремния нет, однако более холодные воды имеют значительно более низкую концентрацию элемента, чем горячие. Нет и зависимости между концентрацией кремния в воде и условиями формирования термоминеральных вод, что логично, так как силикатные/алюмосиликатные минералы широко распространены как в кристаллических массивах, так и в осадочных толщах Ис-сык-Кульского межгорного артезианского бассейна.

Результаты расчета В/С1 генетического коэффициента показывают, что во всех пробах за исключением точек Т4 и Т8 его значение очень низкое 0,001^0,004. В водопунктах у с. Байет (Т4) и Кара-Ой (Т8) значение В/С1 на порядок выше и составляет 0,04. В гидротермах областей современного вулканизма В/С1 отношение в среднем составляет 0,01^0,2 [Киреева, 2017], что может быть связано

с резким увеличением содержания эндогенного бора в вулканических водах. Наши данные показывают, что во всех изученных термоминеральных водах Иссык-Кульской впадины, за исключением двух водопунктов, бор имеет экзогенное происхождение. В точках Т4 и Т8 возможно имеется и дополнительный источник элемента — эндогенный флюид, поступивший в воды по открытым трещинам.

Содержание общего углерода (Собщ) и азота в исследуемых пробах указывает на значительное преобладание неорганического углерода (рис. 8, табл. 3). Незначительные содержания Сорг прослеживаются в природных минеральных водах осадочных отложений. При этом, корреляционной связи между содержанием Сорг в минеральных водах и их минерализацией, а также химическим составом установлено не было.

Содержание стабильных изотопов кислорода (618O) и водорода (6D) в исследуемых природных водах Иссык-Кульского артезианского бассейна варьируют в широком диапазоне от -13,9 до -8,5 %о для 618O и от -95,8 до -66,0 6D (рис. 9, табл. 5). Вода озера Иссык-Куль, а также атмосферные осадки ложатся на линию испарения, что свойственно поверхностным водам исследуемого региона. Большая часть фигуративных точек изотопного состава термоминеральных вод на бинарной диаграмме в координатах 618Osmow-6Dsmow располагается вдоль глобальной линии метеорных вод [Craig, 1961], что указывает на их инфильтрационный генезис (рис. 9).

Таким образом, по своему генезису минеральные воды изучаемого региона являются, преимущественно, метеорными, о чем свидетельствуют результаты изотопного анализа состава воды. Вместе с тем, кислородные сдвиги влево и вправо указывают на неравновесное изотопное фракционирование в системе вода-порода-газ. Сдвиг влево, как правило,

□ Неорганический углерод (IC) Общий органический углерод (ТОС)

□ Общий азот (TN)

JoUogLboil

Юа\

I i I \ \

Ю <D

Ю <D СО СП

<N<N<N<N<N<N<N

Минеральные воды

Рис. 8. Распределение различных форм углерода и азота в пробах природных вод Иссык-Кульского артезианского бассейна

характерен для обмена изотопа кислорода между углекислым газом и водой, а сдвиг вправо характерен для изотопного обмена между кислородом воды и кислородсодержащими фракциями водовмеща-ющих пород. В целом, чем выше температура воды и интенсивней реакция в системе вода-порода, тем значительнее изотопный сдвиг.

Для оценки «глубинных» температур прогрева термоминеральных вод нами были применены два катионных геотермометра: натрий-калиевый (№-К) ^оитшег, 1979]

Таблица 5

Т = ■

1217

1,438 + 1о§

К

- 273,15;

(1)

и калий-магниевый (K-Mg) [Giggenbach, 1988] 4410

Т =

14 - 1о§

— 273,15,

(2)

где №, К и Mg — это концентрация элементов в пробе в мг/л.

Полученные при расчете температуры прогрева исследованных термоминеральных вод по №-К геотермометру (1) демонстрируют широкий интервал значений от 21,4 до 144,8 °С, что указывает на различные глубины погружения и циркуляции вод. Температуры прогрева вод, рассчитанные с помощью K-Mg геотермометра (2) чуть выше, но также варьируют в широком диапазоне от 34,5 до 120,8 °С. Анализ полученных результатов показывает, что для вод кристаллических массивов наиболее адекватные температуры демонстрирует №-К геотермометр, в то время как для пластовых вод артезианских бассейнов более применим K-Mg геотермометр. Следовательно, термоминеральные воды кристаллических массивов имеют более высокие температуры прогрева 52^144 °С, чем пластовые воды артезианского бассейна (21^69 °С). Диаграмма Гиггенбаха [Giggenbach, 1988] демонстрирует (рис. 10), что подавляющее большинство термоминеральных вод попадает в область «полного» либо «частичного равновесия» с породами, что указывает на применимость выбранных геотермометров для расчета.

Расчет глубины, на которую погружаются изучаемые воды, был проведен по формуле:

Н = (Тр - Тв)/К + 20,

(3)

где Тр — температура, полученная по геотермометру, Тв — средняя температура воздуха в регионе (взято значение 12 °С для Иссык-Кульской котловины), К — геотермический градиент территории (3,2 °С/м) и 20 — глубина нейтрального слоя (15 м).

Полученные данные показывают, что глубина проникновения вод в кристаллических массивах значительно больше, чем в Иссык-Кульском межгор-

Изотопная характеристика природных вод Иссык-Кульского артезианского бассейна

№ № пробы Пункт опробования с18о 0 °У8МОШ

%%

Атмосферные осадки

1 Т25 с. Чон-Кызыл-Суу 0,50 -2,59

Поверхностные воды

2 И, озеро Иссык-Куль -0,96 -15,20

3 И2 озеро Иссык-Куль -0,28 -12,47

4 Т20 ручей в ущелье Джети-Огуз -11,57 -73,04

Грунтовые воды

5 Тю г. Чолпон-Ата -11,74 -76,45

6 Т„ с. Чон-Орукту -11,83 -76,42

7 Т17 г. Каракол -13,54 -89,95

Минеральные воды

8 Т2 г. Балыкчи -10,77 -74,76

9 Т3 с. Чок-Тал -11,15 -73,40

10 Т4 с. Бает -11,42 -76,17

11 Т5 с. Долинка -10,43 -78,49

12 Т6 г. Чолпон-Ата -9,32 -75,95

13 Т7 с. Кара-Ой -11,73 -79,05

14 Т8 г. Чолпон-Ата -10,09 -77,66

15 Т„ с. Бостери -8,48 -74,40

16 Т12 с. Булан-Соготту -9,29 -76,90

17 Т14 с. Чон-Орукту -11,34 -88,93

18 Т15 с. Ой-Булак -8,81 -83,47

19 Т16 г. Каракол -13,93 -95,78

20 Т18 ущелье Джети-Огуз -10,82 -77,81

21 Т19 ущелье Джети-Огуз -13,36 -91,47

22 Т21 ущелье Джети-Огуз -13,42 -89,37

23 Т22 ущелье Ак-Суу -13,73 -91,39

24 Т Т 23 с. Кирпичное -11,75 -76,77

25 Т24 с. Чон-Кызыл-Суу -11,94 -77,24

26 Т26 ущелье Джууку -11,89 -77,33

27 Т Т 27 с. Каджи-Сай -9,88 -67,79

28 2Т 8 с. Бар-Булак -9,53 -65,99

ном артезианском бассейне и составляет 3,0^5,0 км и 1,7^3,3 км соответственно. Наименьшая глубина циркуляции -1,8^2,5 км характерна для термоминеральных вод северного побережья озера Иссык-Куль в районе г. Чолпон-Ата, а наибольшая -4,6^5,6 км — для азотных термальных источников, изливающихся в ущельях Ак-Суу и Джууку.

5180 , %0

vsмow'

-20

-15

-10

А 1 Атмосферные осадки

10 - □ Озеро Иссык-Куль

♦ Ручей

д Грунтовые воды

о Холодные минеральные воды

30 - о Теплые минеральные воды

• Очень теплые минеральные воды

• Горячие минеральные воды

-50

-70 -

-90

-110

-130

//

тО

Л?,' А

Ж,'

.еУ ✓ х

У У

(1400-1800 м) Т2,

<?/ У

✓ /

(1634 м) Т27 ч.....^ЩУ

Щ6 О........► Т11 (глубина 1500 м)

21 ▲

Т22 <«..........ёЭ ^

о у ¿У *

(1600 м) Т16 / Т19

//

Ю........► Т,

уТ12 (1300 м)

УТ8 (1515 м) Т5 (1515 м)

Рис. 9. Распределение изотопов 5D и в природных водах Иссык-Кульского артезианского бассейна

0

Т

14

Заключение. Таким образом, результаты исследований показали, что основными процессами формирования химического состава минеральных вод региона являются процессы смешения инфиль-трационных вод с глубинными трещинно-жильны-ми водами, поступающими из пород фундамента по зонам тектонической трещиноватости, а также процессами выщелачивания из водовмещающих пород.

Геологическое и тектоническое строение рассматриваемого региона способствует формированию минеральных вод различного химического и газового состава: в пределах скальных пород и открытых трещин образуются углекислые воды незначительной минерализации, в случае присутствия значительной толщи осадочного чехла формируются углекислотно-азотные или азотно-метановые воды с минерализацией более 2,0 г/л (иногда значительно выше до 35,0 г/л).

Минерализация термоминеральных вод, приуроченных к кристаллическим массивам, значительно ниже, чем в водах, циркулирующих в осадочном чехле артезианского межгорного бассейна. В кати-онном составе всех исследуемых проб превалирует ион натрия, в анионном — ионы хлора, сульфата и гидрокарбоната. Пропорции соотношения анионов зависят от состава водовмещающей толщи.

Сульфат в исследуемых минеральных водах имеет различные источники: в водах скальных массивов

поступление 8О4- обусловлено окислением рассеянных сульфидов, поскольку здесь достаточно растворенного кислорода для протекания окислительного процесса, в то время как в пластовых водах осадочного чехла сульфат-ион поступает при разложении сульфатных пород, в изобилии представленных в водовмещающих толщах. Высокие концентрации фтора в водах скальных массивов обусловлены его активным извлечением из водовмещающих толщ в условия повышенных температур. Бром поступает в термоминеральные воды из водовмещающих толщ (галитовых или кристаллических массивов), содержащих изначально невысокие концентрации элемента, а также в результате процессов испарительного концентрирования исходных морских рассолов.

Полученные при расчете температуры прогрева исследованных термоминеральных вод по катион-ным геотермометрам демонстрируют широкий интервал значений и указывают на различные глубины погружения и циркуляции вод. Глубины погружения вод в кристаллических массивах значительно больше, чем в Иссык-Кульском межгорном артезианском бассейне и составляют 3,0^5,0 км и 1,7^3,3 км.

Финансирование. Исследование выполнено при поддержке РНФ (проект № 23-27-00119 «Генезис и условия циркуляции термальных вод кристаллических массивов горноскладчатых областей»).

Na*0,001

Минеральные воды: О Холодные О Теплые # Очень теплые # Горячие

Рис. 10. Диаграмма Гиггенбаха для исследуемых подземных вод

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ГОСТ Р 54316-2020. Воды минеральные природные питьевые. Общие технические условия. М.: Стандарт-информ, 2020. 44 с.

Григоренко П.Г. Принципы и схема регионального районирования Киргизской ССР // Изв. АН Кирг. ССР.

1968. Вып. 4. С. 7-14. Гидрогеология СССР. Т. XL. Киргизская ССР / Гл. ред.

А.В. Сидоренко. М.: Недра, 1971. 487 с.

Иванов В.В. Классификация подземных минеральных вод / В.В. Иванов, Г.А. Невраев. М.: Недра, 1964. 168 с.

Катаева Н.И. Подземные минеральные воды Киргизской ССР / Н.И. Катаева, З.И. Мельникова, Р.Д. Барсуцкая и др.; М-во здравоохранения Кирг. ССР. Науч.-исслед. ин-т курортологии и физиотерапии. Фрунзе: Кыргызстан,

1969. 142 с.

Кендирбаева Дж.Ж. Подземные воды межгорных впадин — основа водообеспеченности Кыргызстана для устойчивого развития // Современные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии Северного Кавказа: Мат-лы XIII Всерос. научно-технич. конф. с международным участием. М.: Институт истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова РАН, 2023. С. 513-520.

Кендирбаева Дж.Ж. Пространственно-временное взаимодействие в системе «сейсмичность-термальные воды-солнечная неоднородность» на территории Кыргызстана // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2019. Т. 29, № 4. С. 110-124.

Киреева Т.А. Нефтегазопромысловая гидрогеохимия / МГУ им. М.В. Ломоносова, Геологический факультет. М.: Макс пресс, 2017. 221 с.

Мандычев А.Н. Подземные воды Иссык-Кульского бассейна // Озеро Иссык-Куль: природные условия. Научные серии НАТО: IV. Земля и экологические науки. Т. 13. 2002. С. 71-76.

Мандычев А.Н. Ресурсы подземных вод глубоких горизонтов Восточно -Чуйского и Иссык-Кульского артезианских бассейнов // Высокогорные исследования: изменения и перспективы в 21 веке. Бишкек, 1996. С. 136-137.

Матыченков В.Е., Иманкулов Б.И. Минеральные воды Киргизии. Фрунзе: Илим, 1987. 251 с.

Минеральные воды СССР: Пояснит. записка к карте минер. вод СССР масштаба 1:4 000 000 / [Гл. ред. В.В. Иванов]; М-во здрав. СССР. ЦНИИ курортологии и физиотерапии. М., 1974. 324 с.

Шестакова А.В., Гусева Н.В. Применение геотермометров для оценки глубинных температур циркуляции термальных вод на примере Восточной Тувы / А.В. Шестакова, Н.В. Гусева // Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов. 2018. Т. 329, № 1. С. 25-36.

BraginI.V., Zippa E.V., Chelnokov G.A., KharitonovaN.A. Estimation of the Deep Geothermal Reservoir Temperature of the Thermal Waters of the Active Continental Margin (Okhotsk Sea Coast, Far East of Asia) // Water. 2021. Vol. 13. No 9. P. 15.

Craig H. Standard for reporting concentration of deuterium and oxygen-18 in natural waters // Science. 1961. Vol. 133, № 3466. P. 1833-1834.

Chelnokov G., Lavrushin V., Bragin I., et al. Geochemistry of Thermal and Cold MineralWater and Gases of the Tien Shan and the Pamir // Water. 2022. Vol. 14. P. 838.

Giggenbach W.F. Geothermal solute equilibria. Derivation of Na-K-Mg-Ca geoindicators // Geochimica et Cosmochi-mica. Acta 52. 1988. P. 2749-2765.

Fournier R.O. A revised equation for the Na/K geo-thermometer // Geothermal Resources Council. 1979. № 3. P. 221-224.

Seelig U., Bucher K. Halogens in water from the crystalline basement of the Gotthard rail base tunnel (central Alps) // Geochim. Cosmochim. Acta. 2010. № 9. P. 2581-2595.

Статья поступила в редакцию 20.03.2024, одобрена после рецензирования 03.06.2024, принята к публикации 25.10.2024