CC BY
96
Дашинамжилова Эльвира Цыреторовна, кандидат химических наук, вед. инженер, лаборатория инженерной экологии, Байкальский институт природопользования СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, т. +7(301)2433068, [email protected]
Dashinamzhilova Elvira Tsyretorovna, candidate of chemical sciences, leading engineer, Laboratory of Engineering Ecology, Baikal Institute of Nature Management SB RAS, 670047, Ulan-Ude, Sakhyanovoy St., 6
УДК 550.42 (571.54) © Л.В. Замана
НОВЫЕ ДАННЫЕ ПО ТЕРМАЛЬНЫМ ВОДАМ РАЙОНА БАУНТОВСКОГО ИСТОЧНИКА (СЕВЕРНОЕ ЗАБАЙКАЛЬЕ) И ДИНАМИКА ЕГО ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИХ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ
Приведены последние данные по гидрогеохимии Баунтовского источника и впервые опробованного расположенного вблизи него выхода азотных терм, в том числе по изотопному составу воды и форм серы.
Ключевые слова: азотные термы, химический состав, изотопы воды и форм серы.
L.V. Zamana
NEW DATA ON THERMAL WATERS OF BAUNT SPRING AREA (NORTH TRANSBAIKALIA) AND DINAMICS OF ITS HYDROGEOCHEMICHAL INDEXES
Recent data on hydrogeochemistry of Baunt hot spring and first tested nearby nitrogen therms were presented, including isotopic composition of water and forms of sulfur.
Keywords: nitrogen thermal waters, chemical composition, isotopes of water and sulfur forms.
Проявления термальных вод в силу их лечебного использования местным населением с давних пор хорошо известны, многие неоднократно исследовались. Несколько термальных источников было выявлено в 60-70-е годы прошлого столетия при проведении среднемасштабных геологических и гидрогеологических съемок. Находки новых проявлений терм крайне редки. Из последних можно указать источник Змеиный (БАМ) в бассейне р. Верхней Ангары.
Летом 2011 г. нами впервые опробован не описанный в литературе выход термальной воды, которому дано название Баунтовский грязевый ввиду наличия на нем сероводородной грязи и самодеятельного использования отдыхающими для грязевых ванн. Источник расположен примерно в 1 км к северо-востоку от известного Баунтовского источника и представляет собой площадную разгрузку под северным склоном хр. Большой Хаптон на правобережной надпойменной террасе р. Верхняя Ци-па. Координаты его местоположения 55°07.741' с.ш., 112°54.971' в.д., а.о. 1085 м. Малодебитные выходы термальной воды сосредоточены преимущественно в юго-западной части песчаной поляны общей протяженностью до 150 м (рис.) и шириной 50-60 м, покрытой тонким слоем воды с многочисленными бурыми бактериальными матами. Местами в понижениях образовалась илистая темно-серая грязь, как и вода в выходах, с запахом сероводорода. Выход приурочен, очевидно, к тому же разлому, что и собственно Баунтовский источник, используемый в качестве гидроминеральной базы бальнеолечебницы. Суммарный дебит разгрузки ориентировочно 2-3 л/с, максимальная зафиксированная температура в одном из выходов 53.2°C. Химический состав терм этого источника характеризует проба АТ-11-07-4 (табл.). Значения pH и Eh по всем пробам приведены по данным полевых измерений портативным потенциометром pH-Meter CG 837. Для выявления устойчивости физикохимических характеристик во времени опробованы также три выхода самого Баунтовского источника (пробы АТ-11-07-3).
Химико-аналитические определения проведены в сертифицированной лаборатории ИПРЭК СО РАН с использованием общепринятых методик. Сульфат-ион определялся турбидиметрически в виде сульфата бария, гидросульфид - йодометрическим методом. Осадки для изотопного анализа сульфидной серы получены осаждением с ацетатом кадмия, сульфатной - с хлоридом бария. Изотопные определения выполнены в Аналитическом центре Дальневосточного геологического института ДВО РАН на установке Finnigan-MAT 252. Изотопный состав серы рассчитан относительно метеоритного стандарта, воды - по отношению к SMOW. Погрешность анализа 1а по кислороду ±0,15 %о и по водороду ±1,2%о.
Вода грязевого источника имеет такой же гидрокарбонатный натриевый состав, что и во всех выходах собственно Баунтовского источника, хотя по ряду показателей имеются некоторые отличия (табл.). Из них заметны более высокие концентрации гидросульфида, сульфат-иона и натрия, тогда как перманганатная окисляемость в ряду четырех опробованных выходов терм оказалась наиболее низкой.
По результатам трехразового опробования основного выхода Баунтовского источника отчетливо проявлено устойчивое повышение общей минерализации и концентраций HCO3-, Cl" и натрия, тогда как по другим компонентам такой тенденции не наблюдается. При этом минерализация увеличилась на 19%, а содержания гидрокарбоната и хлорида - на 30 и 39%, что существенно превышает пределы возможных аналитических ошибок и свидетельствует о режимных вариациях состава, природа которых на имеющихся единичных данных пока не имеет убедительного объяснения. Можно лишь констатировать, что в отличие от Окусиканского очага разгрузки терм на Ангараканском перевале Севе-ро-Муйского хребта, где по результатам трехлетних наблюдений в летний период концентрации гидрокарбоната снижались [1], в нашем случае картина обратная. В сероводородных термах часть гидрокарбоната образуется в процессе бактериального восстановления сульфатов. Поскольку содержание гидросульфида в июле 2011 г. не только не выросли, но даже несколько упали, нет оснований связывать рост содержания HCO3- с различной интенсивностью процессов сульфатредукции, широко проявленных на термальных источниках Байкальской рифтовой зоны (БРЗ) [2]. Скорее, имеет место вынос его с глубины, о чем можно судить по одновременному согласованному повышению концентрации хлора. Практически неизменный при этом уровень концентраций фтора можно объяснить контролем их произведением растворимости флюорита, по которому термы Баунтовского источника насыщены [3]. Изменение соотношения между концентрациями гидрокарбоната и фтора привело к смене фторидно-гидрокарбонатного состава воды в 2009 г. на собственно гидрокарбонатный в 2011 г. при неизменном натриевом составе катионов (при наименовании химического типа воды принимается минимальное значение 20%-экв.).
По изотопному составу сульфидной и сульфатной серы получены практически одинаковые значения по обоим срокам опробования, подтверждающие сделанный ранее вывод о бактериальной природе HS- в азотных термах БРЗ [4], поскольку сульфатная сера существенно тяжелее. Такое фракционирование изотопов серы, как показано многочисленными исследованиями, происходит только при сульфатредукции. Интенсивность ее на источнике такова, что эти формы серы находятся примерно в равных соотношениях.
По изотопному составу отмечено аналитически достоверное утяжеление воды по кислороду в сравнении с данными опробования 2009 г. Напрашивается связь обогащения воды тяжелым изотопом с ростом концентраций гидрокарбоната, но при взаимодействии воды с углекислым газом или с карбонатными породами, в ходе которого образуется HCO3-, вода по кислороду становится более легкой [5]. По данным Ломоносова [6], вода Баунтовского источника в пробе от 15.VII.1969 г. характеризовалась значениями 5D -113 %о и S18O -13.2 %о, т.е., в сравнении с данными 2011 г. была тяжелее по обоим элементам. Причиной таких изменений может быть фракционирование в результате испарения воды непосредственно на месте выхода источника, величина которого варьирует в зависимости от погодных условий. Такие объяснения в литературе встречаются. Все же чаще принято считать утяжеление изотопного состава воды следствием обмена с вмещающими породами.
Баунтовский источник, как и другие проявления терм в бассейне р. Ципа, отличается более тяжелым изотопным составом воды в сравнении с большинством термальных источников Байкальской рифтовой зоны (БРЗ). При этом изотопный состав их часто оказывается легче, чем современных атмосферных осадков, за счет инфильтрации которых, по общепринятой точке зрения, термы формируются. Из терм Баунтовской группы только вода Могойского источника оказалась легче (S18O -17.8%о и 5D -135.3%о по [7]), чем региональной дрены р. Верхней Ципы (табл.). Поскольку при геохимических взаимодействиях с вмещающими алюмосиликатными породами в результате изотопного обмена вода, как принято считать, должна утяжеляться, более легкий по отношению к атмосферным водам изотопный состав в таких случаях обычно объясняется питанием гидротерм ледниковыми водами в период таяния ледников [2, 8]. В верхнем плейстоцене они покрывали горные сооружения значительной части территории БРЗ. Возраст терм большинством исследователей оценивается не менее десятков тысяч лет.
Рис. Выход термального источника Баунтовский грязевый
Таблица.
Физико-химические характеристики Баунтовских термальных источников
Показатели Номера проб
АТ-11-07- 3-1 АТ-09-3-2 АТ-11-07- 3-2 АТ-09-3- 3 АТ-10-13 АТ-11-07- 3-3 АТ-11-07- 4* ЦП-11- 07-1**
Т, °С 36,1 46.2 47.2 52.0 - 53.1 53.2 19.1
ЕЙ, шу -325 -192 -290 -260 -251 -338 -253 170
pH 9.29 8.92 8.91 8.93 8.93 8.82 9.38 7.68
Ш-, мг/л 7.94 8.1 7.4 7.8 7.7 7.3 9.7 нет
СО32- 15.0 12.0 9,0 12.0 12.0 13.5 13.5 -“-
НСОз- 173.9 146.5 161,7 140.4 148.6 183.0 167.8 30.5
О 33.1 21.0 33.8 25.0 20.5 27.5 39.2 2.0
С1- 31.4 20.9 26.2 22.1 24.1 30.7 28.1 1.5
F 20.8 22.5 19.9 20.5 20.8 20.8 20.8 0.30
Шз- 0.068 1.03 0.086 1.78 0.7 0.82 0.78 0.62
Са2+ 3.1 3.02 3.4 3.22 2.2 3.0 2.3 6.8
Mg2+ 0.03 0.11 0.01 0.13 0.14 0.03 0.01 1.37
Na+ 115.6 102.5 116.0 100.4 108.5 111.9 127.1 1.2
К+ 1.38 2.71 1.35 2.93 1.32 1.42 1.25 0.09
NH4+ 0.78 0.14 0.56 1.00 0.14 1.80 0.65 0.20
2 ионов 403.0 340.5 379.4 337.4 346.7 401.7 408.9 44.6
8г 0.07 - 0.07 - 0.06 0.07 0.09 0.04
8Ї 34.3 35.2 35.4 32.5 33.0 32.6 31.7 1.81
ПО* 12.4 6.4 11.2 9.6 9.2 15.3 7.5 3.0
Р 0.065 0.062 0.065 0.068 0.062 0.075 0.062 0.088
А1, мкг/л 50,0 44.9 48.9 42.4 48.4 49.6 50.0 50.3
Бе 40.0 22.4 43.8 27.8 48.4 43.8 53.8 73.6
Мп 2,01 4.4 2.56 3.4 2.2 2.02 2.21 3.05
Сг 0.13 0.17 <0.07 0.48 0.17 <0.07 0.13 <0.07
Си 0.95 15.5 0.90 11.1 4.79 0.96 1.79 4.84
РЬ <0.18 1.05 0.28 0.81 2.46 0.38 2.0 <0.18
гп 1,25 2.47 1.06 1.11 3.7 1.25 1.32 2.5
№ <0.36 2.04 <0.36 1.43 7.2 <0.36 <0.36 0.45
Со <0.3 <0.3 <0.3 0.17 <0.3 <0.3 <0.3 0.47
As <0.52 - <0.52 0.08 <0.52 <0.52 <0.52 <0.52
Ag <0.1 0.15 <0.1 0.11 <0.1 <0.1 <0.1 <0.1
518О, %« - - - -16.1 - -15.9 -15.7 -17.7
5D, %« - - - -123.7 - -118.3 -116.5 -131.7
53482-, %« - - - 2.6 - 2.1 - -
53486+, %« - - - 36.2 - 34.9 - -
ПО - перманганатная окисляемость, мг02/л. Даты отбора проб: АТ-09-11 - 17 ноября 2009 г.; АТ-10-13 - 9 декабря 2010 г.; АТ-11-07 и ЦП-11-07 - 6 июля 2011 г. *Баунтовский грязевый, **р. Верхняя Ципа. Прочерк - нет определений. Пробы по разным выходам и реки разделены двойными линиями.
Другой подход заключается в признании возможности перехода тяжелых изотопов воды в образующиеся в результате геохимических взаимодействий в системе вода-порода вторичные гидрогенные минералы (монтмориллониты, цеолиты и др.). Как показал впервые выполненный нами анализ корреляционный взаимосвязей гидроизотопных характеристик и растворенной кремнекислоты, с увеличением концентраций последней термы в общем случае становятся более легкими и по кислороду, и по водороду [9]. Кремний используется в различных эмпирических уравнениях для оценки температур глубинных резервуаров, а через геотермический градиент - глубин формирования терм, т.е., выступает как показатель взаимодействия воды с вмещающими породами. Выявленная корреляционная зависимость свидетельствует о направленном изменении их изотопного состава по мере развития системы вода-порода с более интенсивным в сравнении с легкими изотопами переходом дейтерия и кислорода-18 в минеральные новообразования.
Выводы
Впервые исследован выход термальной воды, который по своим физико-химическим и изотопным характеристикам аналогичен расположенному вблизи Баунтовскому источнику. Последний, используемый в качестве гидроминеральной базы действующей бальнеолечебницы, характеризуется устойчивым уровнем основных бальнеологических показателей - температуры воды и концентраций кремнекислоты и сероводорода. Изученные изотопные характеристики воды и форм серы не расходятся с ранее полученными данными и выполненными интерпретациями формирования азотных терм. Выявленные изменения содержания ряда компонентов химического состава и минерализации гидротерм нельзя объяснить разбавлением их в приповерхностных условиях, поскольку температура воды оставалась стабильной. По-видимому, гидрохимический режим источника во многом определяется динамикой поступления растворенных компонентов с глубин ниже зоны гипергенеза.
Литература
1. Пиннекер Е.В., Шабынин Л.Л., Ясько В.Г. и др. Геология и сейсмичность зоны БАМ // Гидрогеология. - Новосибирск: Наука, 1984. - 167 с.
2. Намсараев Б.Б., Бархутова Д.Д., Хахинов В.В. и др. Геохимическая деятельность микроорганизмов гидротерм Байкальской рифтовой зоны. - Новосибирск: Гео, 2011. - 202 с.
3. Замана Л.В., Аскаров Ш.А. Фтор в азотных термах Баунтовской группы (Северное Забайкалье) // Вестник Бурятского госуниверситета. - 2010. - №3. - С. 8-12.
4. Замана Л.В., Аскаров Ш.А., Борзенко С.В. и др. Изотопы сульфидной и сульфатной серы в азотных термах Баунтовской группы (Байкальская рифтовая зона) // Докл. РАН. - 2010. - Т.435, №3. - С. 369-371.
5. Ферронский В.И., Поляков В.А. Изотопия гидросферы Земли. - М.: Научный мир, 2009. - 632 с.
6. Ломоносов И.С. Геохимия и формирование современных гидротерм Байкальской рифтовой зоны. - Новосибирск: Наука, 1974. - 168 с.
7. Замана Л.В. Дейтерий и кислород-18 воды азотных терм Баунтовской группы (Байкальская рифтовая зона) // Вестник Бурятского госуниверситета. - 2011. - №3. - С. 87-90.
8. Поляк Г.Б., Дубинина Е.О., Лаврушин В.Ю., Чешко А.Л. Изотопный состав воды гидротерм Чукотки // Литология и полезные ископаемые. - 2008. - Т.43, №5. - С. 480-504.
9. Замана Л.В. Изотопный состав водорода и кислорода азотных гидротерм Байкальской рифтовой зоны с позиций взаимодействия в системе вода-порода // Докл. РАН. - 2012. - Т.442, №1. - С. 102-106.
Замана Леонид Васильевич, кандидат геолого-минералогических наук, Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, 372014, Чита, ул. Недорезова, 16а, [email protected]
Zamana Leonid Vasilievich, candidate of geologo-mineralogical sciences, Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology SB RAS, 372014, Chita, Nedorezova st., 16a
