Актуальность темы
В последние годы Чувашия сформировалась в крупную минеральную провинцию России в результате выявления на её территории разнообразных типов минеральных вод и накопления большого количества фактического материала по результатам гидрогеологических исследований. Гидрогеологические материалы и информация о минеральных водах убедительно свидетельствует о возможности расширения географии использования минеральных вод в Чувашской Республике. В этой связи очевидна необходимость научного обоснования планирования нового и расширения существующего лечебного применения минеральных вод на всей территории республики, их планомерного изучения.
Указ Президента Чувашской Республики № 48 от 30.03.1995 года «О мерах по реализации федерального Закона «О природных лечебных ресурсах, лечебно-оздоровительных местностях и курортах» дал направление и определил активное развитие республики в организации исследований природных лечебных ресурсов. Решение этой проблемы, ускоренного освоения минеральных ресурсов Чувашии, определяет в свою очередь и актуальность развития санаторно-курортной сети и цехов розлива, особенно на базе местных лечебных источников. Употреблять в питьевых целях не только привозные, уже известные и популярные минеральные воды (Боржоми, Нарзан, Ессентуки и др.), но и свои — собственные чувашские минеральные воды. Почти двадцатилетняя история использования минеральной воды «Волжские Зори» в Чувашской Республике свидетельствует о целесообразности и высокой эффективности ее применения в системе здравоохранения.
Геолого-текгоническое строение и различные гидрогеологические условия правобережья р. Волги, обусловили разнообразие и неравномерное распространение минеральных вод в республике. Эти воды пока недостаточно изучены, хотя накопившийся фактический материал свидетельствует о том, что многие из них по своим физико-химическим показателям аналогичны известным, ставшим традиционными в России и ближнем зарубежье, типам минеральных лечебно-столовых вод. Сопоставление минеральных вод Чувашии и минеральных лечебно-столовых вод иных регионов России, позволило выделить на территории республики не только 15 типов таких вод, но и выявить закономерности их формирования.
В работе изотопно-гидрохимический комплекс выбран за высокую информативность, экономичность и экспрессность. Оценку степени защищённости эксплуатируемых месторождений подземных пресных и минеральных вод, от возможного природного загрязнения с глубины, и прогноз экологического состояния смешанных вод, невозможно получить традиционными гидрогеологическими методами.
За разработку изотопно-гидрогеохимического метода выявления мест современного поступления в пределах древних разломов на Русской платформе глубинных вод с высоким содержанием токсичных химических элементов на выставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции», состоявшемся в 2003 году в г. Санкт-Петербург, научно-исследовательский институт геологических и геоэкологических проблем был награжден дипломом Министерства промышленности, науки и технологий Российской Федерации с вручением медали.
Основной целью работы явилось установление условий образования и пространственного распространения минеральных питьевых лечебно-столовых вод в гидрогеологических структурах северной части Токмовского свода и проведение типизации минеральных вод Чувашии, сравнивая их с аналогами в России и за рубежом.
Параллельно необходимо было оценить возможность комплексного использования вод в связи с дальнейшим расширением санаторно-курортной отрасли Чувашской Республики и сети предприятий промышленного розлива столовых и лечебно-столовых минеральных вод.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: о провести анализ основных процессов формирования химического состава минеральных водисследовать закономерности распространения минеральных водо осуществить процедуру типизации минеральных вод по их аналогам, используемым в России и СНГо изучить структурно-тектонические и геолого-гидрогеологические условия залегания вод в региональном плане и на отдельных перспективных участкахо разработать и обосновать прогнозные мероприятия по выявлению пространственного распространения минеральных водо изучить проблемы охраны минеральных вод от истощения и загрязнения и наметить пути решения этих проблем.
Объектами исследований явились гидрогеологические структуры северной части Токмовского свода и минеральные лечебно-столовые воды, содержащиеся в них (северная и центральная части Чувашской Республики).
Предмет исследований — закономерности и условия образования подземных минеральных лечебно-столовых вод в зоне активного водообмена.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы обеспечивается углубленным анализом состояния решаемых проблем, применением обоснованного исследовательского комплекса методов, большим объемом первичного материала — результатов лабораторного и натурного изучения минеральных вод, обобщенного автором в процессе 13-летних исследований. Теоретические обобщения, натурные наблюдения автора и результаты картографических построений характеризуются хорошей сходимостью с опубликованными материалами по сопредельным регионам.
Поставленные задачи решались путем обобщения и анализа гидрогеохимических и гидрогеологических материалов и сопоставлением результатов на 9 конкретных участках месторождений и проявлений минеральных вод Чувашской Республики, полученных автором в процессе полевых работ, а также заимствованных из опубликованной литературы. В диссертационной работе использованы сведения по 420 скважинам. Использованы результаты испытаний более 400 химических анализов ионпо-солевого, микрокомпонентного, уран-изотопного и газового состава подземных вод, включая 102 пробы, отобранные лично автором.
Современные химико-аналитические и уран-изотопные исследования выполнены в аттестованных лабораторно-испытательных центрах Российского научного центра восстановительной медицины и курортологии (РНЦ ВМиК) Росздрава России (г. Москва), в Институте проблем технологии микроэлектроники и особо-чистых материалов (ИПТМ) (г. Черноголовка) Российской академии паук (РАН),.
НИИГиГЭП (г. Чебоксары) и Чувашского республиканского радиологического центра (ЧРРЦ) Минприроды Чувашии (г. Чебоксары).
По исследованным территориям построены: карты-модели формирования и циркуляции подземных вод, отражающие процессы связей между различными водоносными горизонтамигидрогеологические разрезы, отражающие пространственные изменения минерализации и элементного состава подземных вод.
Реализация работы. Исследования, положенные в основу диссертации, проводились в соответствии с рядом государственных и отраслевых программ. Нами были выполнены следующие исследования:
Тематическая работа: «Оценка современного состояния и перспектив использования минеральных вод на территории Чувашской Республики» была выполнена в 2002 году в соответствии с Программой геологоразведочных работ на территории Чувашской Республики на 2000 г., утвержденная постановлением Кабинета Министров Чувашской Республик от 17.04.2000 г. № 70, заказчикМинистерство природных ресурсов и экологии Чувашской Республики. АвторыНиколаев В.Н., Иванов А.Ф.
Изотопно-гидрогеохимические исследования подземной воды из скважины № 1 на месторождении «Чергашинское» выполнялись на основании Республиканской целевой программы «Обеспечение населения Чувашской Республики качественной питьевой водой на 2005;2008 годы», 2006 г., заказчик — ООО «Союзпромцентр». Авторы — Тихонов А. И., Иванов А. Ф., Миронова Н.Е.
Научно-исследовательские работы по теме: «Определение процессов формирования подземных пресных и минеральных вод в районе ООО «Санаторий «Волжские Зори» и ОАО «Волжанка» и оценка защищенности их от загрязнения и истощения» были проведены в соответствии с постановлением Кабинета Министров Чувашской Республики от 18.07.2002 г. № 196 «Образование бальне-оклиматического курорта республиканского значения «Волжские Зори», 2007 г., заказчик — ООО «Санаторий «Волжские Зори». Авторы — Иванов А. Ф., Тихонов А. И., Миронова Н.Е.
В результате проведенных на территории Чувашской Республики комплексных уран-изотопных и мпогоэлементных гидрохимических исследований подземных минеральных вод и обобщения материалов: выявлены шесть новых типов минеральных питьевых лечебно-столовых вод, что позволило значительно расширить гидроминеральную базу республикиустановлено, что известные месторождения и проявления минеральных вод на территории Чувашской Республики образованы в результате смешения пластовых вод уржумских отложений с глубинными водами, поступающими по трещинно-ослабленным зонамвыданы рекомендации по выбору оптимального режима эксплуатации месторождений и проявлений минеральных водуточнен их генезис, определены площади перспективные на выявление новых месторождений, выполнена оценка степени защищённости от возможного глубинного и поверхностного загрязнения.
По всем вышеперечисленным исследованиям результаты внедрены в производство.
Научная новизна работы заключается в следующем: на уровне современных знаний обобщены и систематизированы обширные данные о состоянии и составе минеральных лечебно-столовых вод на территории Чувашской Республикио представлена пространственная модель взаимодействия процессов формирования и циркуляции различных потоков подземных вод. динамики и особенностей взаимодействия вод различных горизонтоввпервые выявлены участки поступления глубинных вод в пределы эксплуатируемых горизонтов пресных и минеральных водо разработана система прогноза процессов истощения минеральных вод, а также процессов техногенного и природного загрязнения подземных вод. Предметом защиты являются следующие положения:
1. Способ выделения участка внедрения глубинных вод на основе изотопно-гидрохимических методов исследований для выявления подземных минеральных вод в северной части Токмовского свода.
2. Компановка проявлений и месторождений минеральных вод на исследованных территориях имеет локальный характер в связи с точечным внедрением глубинных вод и смешением их с пластовыми водами.
3. Материалом образования минеральных лечебно-столовых вод уржумского водоносного комплекса являются пластовые и глубинные воды, поступающие из активных участков Горьковско-Кильмезской линеаментной и Чувашской региональной неотектонической зон.
Практическая значимость работы определяется следующими результатами:
1. Создана единая база данных минеральных лечебно-столовых и столовых вод по Чувашской Республике с результатами химических анализов, полученных за последние 30 лет.
2. Выполнена типизация 15 минеральных лечебно-столовых вод Чувашской Республики исследуемой территории по их аналогам в России и за рубежом.
3. Выявленные закономерности формирования минеральных лечебно-столовых вод обеспечат:
— возможность оптимизации поисков и разведки месторождений минеральных вод;
— обоснованное использование методов типизации и аналогии минеральных лечебно-столовых вод для прогнозирования условий их залегания;
— выдачу научно обоснованных рекомендаций по дальнейшему расширению санаторно-курортной отрасли в Чувашской Республике и сети предприятий промышленного розлива столовых и лечебно-столовых минеральных вод питьевого назначения.
4. Результаты исследований рекомендуются к использованию в учебном процессе на геологических факультетах высших учебных заведений при чтении курсов «Минеральные воды», «Общая гидрогеология», «Динамика подземных вод» и других, читаемых для студентов по направлению «Геология» и специальности «Гидрогеология и инженерная геология».
Личный вклад автора. Автор диссертации в период своей производственной и научной деятельности, начиная с 1997 года и по настоящее время, был руководителем или ответственным исполнителем тем во время полевых экспедиционных и тематических научно-исследовательских работах.
Все материалы исследований, положенные в основу диссертации, обработаны автором лично. Все результаты и выводы получены им самостоятельно. В работах, написанных в соавторстве, выполнен сбор, обработка и обобщение материалов. Материалы, представленные в данной работе без библиографических ссылок, принадлежат автору.
В 2006 году за разработку проекта «Внедрение метода прогнозирования и процессов загрязнения подземных вод» коллективу НИИ, (автор диссертацииодин из соавторов внедрения этого метода) присуждено 1-е место на Республиканском (Чувашском) конкурсе за лучший инновационный проект и научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы Министерством экономического развития и торговли Чувашской Республики и Торгово-промышленной палаты Чувашской Республики.
В 2007 году коллективу сотрудников НИИ, в т. ч. Иванову А. Ф., за отличное представление научных разработок в области использования и охраны водных ресурсов, технологий водосбережения и вклад в сохранение национального богатства России — водных ресурсов, оргкомитетом IX Международного симпозиума и выставки «Чистая вода России-2007» вручен диплом Лауреата премии рыцаря науки A.M. Черняева.
Четыре сотрудника института (в т.ч. автор диссертации) награждены дипломами Министерства природных ресурсов Российской Федерации за участие в конкурсе «Рациональное природопользование и охрана окружающей среды — стратегия устойчивого развития России в XXI веке» за работу «Изотопно-гидрогеохимическая технология выявления участков глубинной опасности загрязнения пресных подземных вод на Русской платформе».
Публикации и апробация результатов исследований. По теме диссертационных исследований опубликовано 11 печатных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, включенных в перечень ВАК.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 8 конференциях, симпозиумах и конгрессах различного ранга:
— республиканские научно-практические конференции Минприроды Чувашии (Чебоксары, 1998) и Минэкологии Чувашии (Чебоксары, 1998) — межрегиональные научно-практические конференции «Санаторно-курортная система как важный фактор профилактики, реабилитации и оздоровлепия населения» (Чебоксары, 1999) и «Инновации в образовательном процессе» (Москва, 2006);
— Международная конференция «Устойчивое развитие: природа-общество-человек» (Москва, 2006);
— VII Международный конгресс «Вода: экология и технология» (Москва,.
2006);
— IX Международный симпозиум и выставка «Чистая вода России-2007» (Екатеринбург, 2007);
— XII научной конференции «Памяти П. И. Чирвинского» (Пермь, 2009).
Полные тексты докладов опубликованы в материалах соответствующих научных форумов.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и библиографического списка, включающего 67 наименований. Объем диссертации 117 страниц машинописного текста, содержащего 27 рисунков и 10 таблиц.
7. Выводы, сделанные из результатов настоящей работы, применительно к месторождениям минеральных вод Волго-Сурского артезианского бассейна, могут быть использованы и для других артезианских бассейнов, близких к рассматриваемому (Ветлужского, Сурско-Хоперского, Московского и др.).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
В результате изучения условий образования подземных минеральных вод на основе изотопно-гидрохимических методов (на примере Чувашской минеральной провинции) получены следующие результаты:
1. Анализ результатов комплексных уран-изотопных и микроэлементных гидрохимических исследований свидетельствует, что минеральные воды на «Сюк-терском» (западном) участке Чебоксарского месторождения минеральных вод и известные проявления минеральных вод в Вурнарском районе Чувашской Республики образованы в результате смешения пластовых вод уржумских отложений с глубинными водами, поступающими на трещиновато-ослабленных участках. Глубинные воды характеризуются повышенным содержанием бора и лития.
2. Автором предложен новый методический подход, на основе комплексных уран-изотопных и микроэлементных гидрохимических методов, для получения пространственной модели условий образования и циркуляции подземных минеральных вод и оценки экологического состояния этих вод в северной части Ток-мовского свода.
3. Выявленные закономерности условий образования подземных минеральных лечебно-столовых вод обеспечат: выбор оптимальных режимов эксплуатации участков месторождений минеральных водуточнение генезиса минеральных водопределение сопредельных площадей — перспективных на выявление новых участков месторожденийвыполнение оценки степени защищённости минеральных лечебно-столовых вод от природного и техногенного загрязнения.
4. На основе обобщения и систематизации обширных данных о состоянии и составе минеральных лечебно-столовых вод па территории Чувашии, автором впервые проведена типизация питьевых минеральных вод подземной гидросфере Чувашии VII, IX, XIII, XIV, XVII и XXX групп и выделено 15 типов их аналогов в.
России и за рубежом. На основе комплекса физико-химических, геологических и бальнеологических признаков проведено разделение их на отдельные группы и типы. Автором выявлены шесть новых типов минеральных питьевых лечебно-столовых вод (15 скважин), из которых 14 источников относятся к группе без «специфических» компонентов и свойств, а один источник отнесен к железистой группе лечебных минеральных вод, что позволило значительно расширить гидроминеральную базу республики.
5. Результаты исследований рекомендуются к использованию в учебном процессе на геологических факультетах высших учебных заведений при чтении курсов «Минеральные воды», «Общая гидрогеология», «Динамика подземных вод» и других, читаемых для студентов бакалавриата по направлению «Геология» или студентам, обучающимся по специальности «Гидрогеология и инженерная геология».
6. Развитие и практическая реализация представленных положений и идей, связанных с комплексным изучением минеральных вод Чувашии является основой для дальнейшего расширения санаторно-курортной отрасли в Чувашской Республике и сети предприятий промышленного розлива лечебно-столовых и столовых минеральных вод питьевого назначения.
