CC BY
43Виктор Васильевич Шепелёв,
доктор геолого-минералогических наук, профессор, заместитель директора Института мерзлотоведения СО РАН, главный редактор журнала.
Из всех видов минерально-сырьевых ресурсов нашей планеты подземные воды представляют наибольшую ценность, поэтому их справедливо называют полезным ископаемым номер один. Выдающийся отечественный геолог, академикА.П.Кар-пинский так, например, выразил общее мнение о значении подземных вод: «.. .это самое драгоценное полезное ископаемое..., это не просто минеральное сырье, это не только средство для развития сельского хозяйства., это действенный проводник культуры, это та живая кровь, которая создает жизнь там, где ее не было».
Глубокий смысл этих слов подтверждается самой жизнью. В настоящее время подземные воды добываются и используются для различных целей во многих странах мира. Причем степень и комплексность их использования характеризуют уровень
В. В. Шепелёв
промышленного и сельскохозяйственного развития той или иной страны.
Подземные воды могут добываться и использоваться:
1) для организации хозяйственно-питьевого водоснабжения (пресные подземные воды);
2) для сельскохозяйственного водоснабжения и орошения (пресные и солоноватые подземные воды);
3) в лечебно-профилактических целях (минеральные подземные воды);
4) в теплоэнергетике и теплофикации (термальные подземные воды);
5) в химической и фармацевтической промышленности (промышленные подземные воды).
Значительное скопление пресных, минеральных, термальных и промышленных подземных вод на отдельных участках называют место-
На фото вверху - источник Улахан-Тарын (Центральная Якутия).
Основоположник мерзлотоведения профессор М.И. Сумгин (второй справа) при выборе места заложения первой разведочной скважины на подмерзлотные воды в окрестностях г. Якутска (1939 г.).
рождениями. Выявление таких месторождений и оценка запасов заключенных в них подземных вод составляют основную цель поисково-разведочных гидрогеологических работ. Необходимо отметить, что оценка эксплуатационных запасов подземных вод намного сложнее, чем других видов полезных ископаемых. Связано это со спецификой подземных вод как полезного ископаемого и прежде всего с их подвижностью и возобновляемостью.
Подземная гидросфера Якутии является богатейшей кладовой вод различного происхождения, химического состава, свойств и целевого назначения. В пределах республики, например, располагается один из крупнейших артезианских бассейнов мира - Якутский. Площадь его составляет около 1 млн. км2, то есть он охватывает треть территории Якутии. Мощность осадочного чехла этой гигантской емкости подземных вод достигает в центральной части более 7 км.
На условия формирования,питание, химический состав, минерализацию, режим и ресурсы подземных вод, какЯкутского артезианского бассейна, так и других основных гидрогеологических структур республики, значительное воздействие оказывает криолитозона. Глубокое многолетнее промерзание горных пород вызвало сокращение областей питания гидрогеологических структур и их водоемкости, исключило из круговорота огромные массы воды, переведя их в лед, изменило гидродинамические и гидрохимические условия подземных водоносных пластов и
горизонтов, дифференцировало подземные воды на над-, меж- и подмерзлотные. Поскольку криолитозона является весьма динамичным геофизическим образованием, она оказывает воздействие на гидрогеологические условия не только фактом своего существования, но и периодическим изменением во времени своих основных параметров (мощности, температуры, площади распространения и т.д.).
Подобное существенное влияние процессов криогенеза на подземные воды обусловило чрезвычайную сложность гидрогеологической обстановки на территории республики. Здесь, например, помимо общепринятых типов гидрогеологических структур (артезианских и адартезианских бассейнов, гидрогеологических массивов и адмасси-вов, вулканогенных бассейнов), выделяются такие специфические мерзлотно-гидрогеологические структуры, как криоартезианские бассейны, криогенные бассейны напорных трещинных вод и другие [1,2].
Рассмотрим в общих чертах состояние изученности и перспективы использования различных типов подземных вод Якутии.
Пресные подземные воды. Эти воды являются наиболее ценной составляющей водных ресурсов любой страны. Объясняется данное обстоятельство следующими основными преимуществами, которые они имеют перед пресными поверхностными водами:
Р-
Вышка и подсобные помещения при бурении первой разведочной гидрогеологической скважины на подмерзлотные воды в г. Якутске (местность Сергеллях, 1941 г.).
Фонтанирующая гидрогеологическая скважина, вскрывшая напорные подземные воды (Южная Якутия).
Пресные подмерзлотные воды обладают исключительной стерильностью, богатым микрокомпонентным составом, значительными запасами и характеризуются в некоторых случаях лишь незначительным превышением содержания отдельных микрокомпонентов относительно норм, предъявляемых к питьевым водам. В г. Якутске, например, подмерзлотные артезианские воды являлись основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения в период с 1947 по 1966 гг. Несмотря на ввод в эксплуатацию Даркыллахского инфильтрационного водозабора, использующего подрусловые воды р. Лены, в районе г. Якутска в настоящее время действует около 40 водозаборных скважин, добывающих подмерзлотные артезианские воды для целей автономного водоснабжения отдельных предприятий и пригородных поселков.
Первая разведочная скважина на подмерзлотные воды была пробурена в Якутске в 1940-1941 гг. Инициатором бурения этой скважины являлся основоположник мерзлотоведения профессор М.И. Сумгин. В 1939 г. он посетил г. Якутск во главе комплексной экспедиции АН СССР и добился от руководства республики разрешения на бурение разведочной гидрогеологической скважины. Им было выбрано и место заложения этой скважины в окрестностях г Якутска. Бурение ее проводилось Якутским геологическим трестом Наркомнефти. Подземные воды были вскрыты этой скважиной под толщей многолетней мерзлоты, мощность которой составила 312 м. Уровень же воды в скважине установился на глубине 80 м от дневной поверхности, то есть величина гидростатического напора в подмерзлотном водоносном горизонте составила 232 м. Проведенное гидрогеологическое опробование этой первой в Якутии разведочной скважины на подмерзотные воды убедительно доказало наличие под толщей многолетней мерзлоты значительного по мощности водоносного комплекса, пресные воды которого по своему составу и количеству можно было исполь-
- режим их более стабилен и особенно не подвержен сезонным и многолетним изменениям;
- пресные подземные воды могут встречаться там, где другие источники питьевого водоснабжения отсутствуют;
-они меньше подвержены опасности радиоактивного, химического, бактериологического и других видов техногенного загрязнения;
- подземные воды, признанные пригодными для питьевого водоснабжения, содержат широкий спектр химических элементов и минеральных соединений, полезных для организма человека.
Пресные подземные воды распространены во многих гидрогеологических структурах Якутии и представлены подмерзлотными, межмерзлотными и надмерзлотными водоносными горизонтами и комплексами.
Источник Булуус в Центральной Якутии, образующий в зимний период наледь мощностью до 4 м.
зовать в хозяйственно-питьевых целях. В 1947 г была сдана в эксплуатацию первая водозаборная скважина, которая начала снабжать подмерзлотной водой население г. Якутска [3]. С эксплуатации этой скважины начался новой этап в организации хозяйственно-питьевого водоснабжения в Якутии.
Помимо г. Якутска, пресные артезианские воды в настоящее время используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения и в других районах Якутии. Так, в Алданском, Нерюнгринском и Ленском административных районах водоснабжение практически всех крупных населенных пунктов базируется на использовании пресных артезианских вод.
В республике имеются и крупнодебитные родники пресных артезианских подземных вод, среди которых особое место занимают Тимптонские источники, получившие широкую известность по своему очень большому дебиту (около 800 тыс. м3/сут). Однако судьба этих родников, не имеющих аналогов в мире, сегодня оказалась под угрозой. Дело в том, что на р.Тимптон предполагается строительство двух гидроэлектростанций с суммарной мощностью 1300 МВт, которые будут входить в Южно-Якутский гидроэнергетический комплекс. Реализация этого проекта нанесет непоправимый ущерб гидрогеологическим условиям района, а уникальные источники пресных подземных вод просто исчезнут.
Пресные межмерзлотные воды в Якутии используются мало. Связано это с их общей недостаточной изученностью, а также с тем, что они по своему качеству часто не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к питьевым водам. Тем не менее в отдельных районахЯку-тии эти воды могут использоваться для хозяйственно-питьевых целей. Значительными эксплуатационными запасами и высоким качеством, например, обладают межмерзлотные водоносные горизонты, существующие на некоторых высоких надпойменных террасах рек Лены и Вилюя в Центральной Якутии. Об этом свидетельствуют такие высокодебит-ные источники пресных межмерзлотных вод, как Мугур-Тарын, Улахан-Тарын, Булуус, Суллар и другие [4].
Среди пресных надмерз-лотных вод практический интерес представляют грунтовые воды, формируемые в подрусло-вых таликовых зонах. Во многих улусах республики эти воды обладают значительными ресурсами и могут служить основой для организации централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Однако неглубокое залегание этих вод от дневной поверхности и тесная их связь с поверхностными водами способствуют тому, что они теряют те основные преимущества, которые присущи, например, под-мерзлотным водам (высокая степень защищенности от техногенных загрязнений, богатый микрокомпонентный состав, бактериологическая стерильность).
Общие прогнозные эксплуатационные запасы пресных подземных вод на территории Якутии достаточно высоки и составляют около 25 млн. м3/сут. Используется же в настоящее время менее 1% от этой величины [5, 6]. Следовательно, потенциальные возможности привлечения пресных подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения в республике очень высоки.
Минеральные подземные воды. К ним относятся воды, содержащие в своем составе физически активные вещества в концентрациях, позволяющих использовать их для лечебных и профилактических целей. Такими веществами могут быть отдельные макро- и микроэлементы, органические и кремнесодержащие соединения, растворенные в воде газы (табл.1).
По содержанию физиологически активных веществ и соединений все минеральные подземные воды подразделяются на восемь бальнеологических групп [8]:
1 - с повышенной минерализацией (сульфатные и хлоридные);
2-углекислые;
3-сульфидные;
4 - мышьякосодержащие, железистые и полиметаллические;
5-бромные, йодные и йодно-бромные;
6-радоновые;
7-кремнистые;
8 - с высоким содержанием органических веществ.
Минеральные подземные воды распространены на территории Якутии достаточно широко. Так, из восьми выделяемых основных групп минеральных вод в республике в настоящее время известно шесть. Наибольший интерес из них, безусловно, представляют углекислые минеральные подземные воды. Ценность этих вод определяется повышенной физиологической активностью углекислоты. Углекислые минеральные воды обнаружены в пределах Верхоянского гидрогеологического масси-
Таблица 1
Основные кротерие отнесения подзомных вод к минеральным лечебным [7]
№ п/п Показатели Единицы измерения Нижние пределы содержания для отнесения к минеральным
1 Общая минерализация г/л 2
2 Углекислота г/л 0,5
3 Сульфиды (Н2Б + НБ) мг/л 10
4 Мышьяк мг/л 0,7
5 Общее железо ^в2+ + Fe3+) мг/л 20
6 Бром мг/л 25
7 Иод мг/л 5
8 Радон нкюри/л 5
9 Кремнекислота (Н2БЮ4) мг/л 50
Здание главного корпуса курорта Кемпендяй (Сунтарский улус), где в качестве основного лечебного фактора используются минеральные подземные воды.
ва, в частности в бассейне р. Тыры (Нежданинские минеральные воды). По своему химическому составу и содержанию углекислоты они близки кзнаменитым Боржоми.
В Западной Якутии широко распространены хлорид-ные натриевые минеральные воды. Они залегают на сравнительно небольших глубинах и обладают значительными запасами. Известны здесь и выходы минеральных вод на дневную поверхность. Это прежде всего Кемпендяйские источники, уникальность которых обусловлена высоким значением общей минерализации воды (до 350 г/л) и своеобразным газовым составом. По бальнеологическим свойствам и химическому составу они аналогичны минеральным водам таких известных курортов, какУсолье-Сибирское и Усть-Кут.
Очень богата минеральными водами территория Южной Якутии. Здесь обнаружены и частично уже используются сульфатные натриевые и сульфатные кальциевые минеральные лечебные воды, а также извест-ны кремнистые, радоновые и другие.
В Центральной Якутии выявлена обширная Приленская зона минеральных подземных вод, приуроченных к глубоким водоносным горизонтам Якутского артезианского бассейна. Это, в основном, сульфатно-гидрокарбонатные натриевые воды с минерализацией 2-5 г/л, обогащенные сероводородом.
Несмотря на очень широкое распространение в Якутии минеральных подземных вод, они пока недостаточно используются и к тому же слабо изучены.
Термальные подземные воды. К ним относятся воды,
температура которых превышает 200С. Перспективы использования этих вод огромны, поскольку они являются практически неиссякаемым, а главное, безотходным источником тепловой энергии.
Термальные подземные воды в Якутии, ввиду развития многолетней мерзлоты, залегают преимущественно на больших глубинах (более 2,0-2,5 км). Однако в республике имеются весьма перспективные районы для получения и использования термальных вод. Об этом свидетельствуют участки выхода термальных и субтермальных подземных вод на дневную поверхность. Термальные родники известны в Южной Якутии в долинах рек Олекма, Тунгурчакан, Малый Нахот и Горбыллах. Температура воды, например, Олек-минских термальных источников составляет около 500С и не понижается в самые суровые зимние месяцы.
В Восточной Якутии известен пока единственный выход термальных вод на дневную поверхность (источник Сытыган-Сылба). Расположен он в Оймяконском улусе в верховьях р. Индигирки. Температура воды этого родника составляет около 270С и не изменяется в течение года.
Существование термальных родников на территории Якутии - явление уникальное, свидетельствующее о своеобразии гидрогеологических условий республики. Эти воды можно использовать для теплофикации зданий и тепличных хозяйств, снабжения горячей водой промышленных предприятий, в спортивно-оздоровительных целях. Возможно их эффективное применение в
Зимнее купание в термальных подземных водах (Южная Якутия, источник Малый Нахот ).
горнодобывающей промышленности, в частности, для оттаивания мерзлых россыпных месторождений золота и алмазов. В настоящее время термальные подземные воды в Якутии не только слабо используются, но и практически не разведуются.
Промышленные подземные воды. К ним относятся подземные воды, содержащие в своем составе отдельные химические компоненты и соединения в количестве, обеспечивающем их рентабельную добычу в промышленных масштабах. Такие подземные воды представляют собой ценное гидроминеральное сырье, поэтому их часто называют «жидкой рудой».
Для отнесения подземных вод к промышленному типу имеются специальные требования, определяющие минимальные концентрации в воде отдельных компонентов и химических соединений (табл. 2).
Таблица 2 Минимальные концентрации компонентов и соединений в подземных вода* для отнесения их к промышленным
Компонеты и соединения Минимальная концентрация, мг/л
Поваренная соль 5-104
Бром 250
Иод 18
Иод и бром 10 и 200
Бор 200
Иод и бор Ю и 75
Калий 350
Рубидий 3
Цезий 0,5
Литий 10
Стронций 300
Гелий 0,05
Перспективность освоения этого минерального сырья очень высока. Связано это со следующими основными преимуществами, которые имеют промышленные подземные воды перед месторождениями твердых полезных ископаемых:
1) месторождения промышленных подземных вод характеризуются большими размерами и значительными запасами, которые нередко во много раз превышают запасы ценных элементов в твердом рудном сырье;
2) добыча промышленных подземных вод не представляет большой сложности, поскольку не требует проведения дорогостоящих и трудоемких горных работ, а осуществляется водозаборными скважинами;
3) промышленные подземные воды являются поликомпонентным сырьем, поскольку их можно использовать одновременно для извлечения целого комплекса полезных химических элементов;
4) добыча ценных элементов из промышленных подземных вод оказывает минимальное негативное воздействие на окружающую природную среду.
Перечисленные преимущества способствуют росту интереса к промышленным подземным водам. Сегодня разработаны технологии извлечения из подземных вод брома, йода, бора, лития, стронция, калия, рубидия, вольфрама и других элементов и соединений. В нашей стране из промышленных подземных вод добывается поваренная соль, весь йод и около 70% брома.
В Якутии промышленные подземные воды имеют достаточно широкое распространение. Особенно перспективными в этом отношении являются районы Западной Якутии, где большое развитие имеют хлоридные натриевые и кальциевые подземные рассолы. Они содержат в своем составе значительные концентрации таких элементов, как бром, йод, калий и другие. Следовательно, эти подземные рассолы могут служить сырьевой базой для перерабатывающих заводов по получению промышленно ценных компонентов и их соединений. Пока же в республике существует лишь один небольшой перерабатывающий завод, использующий подземные воды Кемпендяйских источников для получения пищевой и технической соли.
Таким образом, подземные воды Якутии являются ценнейшим богатством республики, комплексное использование которого - залог ее успешного социально-экономического развития. В связи с этим следует считать весьма перспективным постановку исследовательских и поисково-разведочных работ по более широкому использованию пресных подземных вод для питьевого и сельскохозяйственного водоснабжения, а также изучению минеральных, термальных и промышленных подземных вод для развития в Якутии курортного дела, нетрадиционной энергетики и гидроминеральной добывающей отрасли.
Литература
1. Мерзлотно-гидрогеологические условия Восточной Сибири /Шепелёв В.В., Толстихин О.Н., Пигузо-ва В.М. и др. - Новосибирск: Наука, 1984.-190 с.
2. Подземные воды Центральной Якутии и перспективы их использования / Балобаев В.Т., Иванова Л.Д., Никитина Н.М. и др. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «Гзо», 2003. - 137 с.
3. Анисимова Н.П., Фотиев С.М., Шепелёв В.В. Открытие Якутского артезианского бассейна // Крио-сфера Земли. - 1998. -№ 4.- С.19-26.
4. Шепелёв В.В. Родниковые воды Якутии. -Якутск:Якут. кн. изд-во, 1987.-127с.
5. Шепелёв В.В., Скутин В.И. Состояние и перспективы использования подземных вод в РС(Я) // Наука и образование. - 1997. -№1.- С. 92-99.
6. Шепелёв В.В., Скутин В.И. Состояние и перспективы использования подземных вод для хозяйственно-питьевого и мелиоративного водоснабжения в условиях криолитозоны Якутии // Материалы Всероссийского совещания по подземным водам Востока России. -Иркутск-Красноярск: Изд-во Иркутского гос. техн. унта, 2003.-С. 121-123.
7. Правила разработки месторождений минераль-ныхлечебных вод СССР. -М.: Недра, 1978.-217 с.
8. Посохов Е.В., Толстихин Н.И. Минеральные во-ды.-Л.: Недра, 1977.-240с.
