А. Я. Смирнова, В. Л. Бочаров, О. А. Бабкина, Воронежский государственный университет
Минеральные воды являются одним из важнейших видов природного сырья, возможности использования которого далеко не исчерпаны. Согласно определению [19, 20, 25, 27, 28] минеральными водами являются те, которые обладают повышенной минерализацией (растворенном в воде минеральным веществом, газами, органикой), накоплением в повышенных количествах микрокомпонентов, высокой температурой или повышенной радиоактивностью. Важнейшим направлением использования минеральных вод является лечебное дело. Минеральные воды лечебного назначения по способу применения делятся в свою очередь на две группы: питьевые и бальнеологические (наружного использования). Среди питьевых вод можно выделить лечебно-столовые и собственно лечебные. Минеральные промышленные воды содержат полезные компоненты и их соединения в количествах, позволяющих производить их добычу и переработку с целью получения редких металлов галоидов и других элементов и соединений. Минеральные термальные воды представляют один из важнейших источников альтернативной энергии.
Наибольший интерес в этой связи представляют парогидротермы (пароводяные смеси), для которых уже разработана технология выделения и использования тепла.
На территории Воронежской области (в современных ее границах) минеральные воды известны со второй половины XVIII века, со времени заселения территории Придонья переселенцами из Слободской Украины (Харьковская и Луганская области Украины). Жители южных районов Воронежской области использовали минеральную воду повышенной солености из родников правого берега р. Дон для лечения кожных заболеваний. Целенаправленно изучение минеральных вод началось в 20–30-х годах прошлого столетия. В это время специалистами Воронежского геологического треста были выявлены минеральные источники в центральной части Воронежской области в районе сельского населенного пункта Средний Икорец, на базе которых в 1931 году был открыт санаторий им. Цюрупы с бальнеолечебницей.
В том же году при поисковых работах на уголь в южных районах Воронежской области местные жители указали профессору А. А. Дубянскому на выходы минеральных вод повышенной солености у села Белая Горка Богучарского района. Таким образом, приоритет в оценке возможности использования воды «Белая Горка» принадлежит профессору А. А. Дубянскому, который с достаточной полнотой провёл её всесторонние исследования, определив в ее составе такие специфические компоненты, как бром и йод.
В данном случае приводятся обобщающие сведения об исследованиях подземных минеральных вод, выполненных с 60-х годов различными организациями, в том числе и кафедрой гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Воронежского государственного университета.
В послевоенные годы минеральные воды Воронежской области изучались многими исследователями. Было открыто Углянческое месторождение минеральных вод в районе железнодорожной станции Углянец Новоусманского района и построен санаторий одноименного названия. В середине 50-х годов на северо-западе Волгоградской (в то время Сталинградской) области трестом «Сталинграднефтегазразведка» велись интенсивные поисковые работы на нефть и газ. Этими работами были затронуты и прилегающие территории Воронежской области, расположенные в бассейне среднего течения реки Хопер. Глубокими скважинами (450–680 м) были вскрыты минеральные йодо-бромные воды и рассолы, по составу аналогичные водам источника «Белая Горка», но отличающиеся более высокой минерализацией. В 70-х годах исследуются минеральные воды района города Воронежа доцентом Воронежского университета И. Я. Фурманом и профессором Воронежского медицинского института В. А. Сержаниным.
В районе г. Лиски в это же время исследуются радиоактивные радоновые воды, вскрытые поисковыми скважинами на радиоактивные элементы. Характеристики отдельных месторождений минеральных вод рассматривались в это время гидрогеологами Воронежской геолого-разведочной экспедиции Е. М. Талдыкиным и В. Н. Шульженко.
С 80-х годов XX столетия минеральные воды Центрально-Черноземного региона, и Воронежской области в частности, пристально изучаются сотрудниками кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Воронежского университета. Собранный за это время фактический материал по геолого-структурным, литологическим и геохимическим особенностям водовмещающих сред, миграции подземных вод, взаимосвязи подземных и поверхностных водных источников позволяет установить закономерности распространения, основные факторы и процессы формирования минеральных вод [6, 8, 11, 12, 14, 18–20, 23, 25, 27, 28, 31, 32].
Минеральные воды в Воронежской области распространены в основном в каменноугольных, девонских и докембрийских отложениях, приуроченных к области питания трёх обширных артезианских бассейнов: Московского, Сурско-Приволжского и Донецко-Донского [19, 25, 28].
В зависимости от бальнеологических свойств выделяются следующие бальнеологические типы минеральных вод [19, 20]:
1. Воды без «специфических» компонентов и свойств. Лечебное действие обусловлено ионным, газовым составом и величиной минерализации.
2. Воды бромные, йодо-бромные с повышенным содержанием органических веществ. Лечебное действие определяется минерализацией и присутствием брома и йода.
3. Радоновые воды. Лечебное действие определяется наличием газа радона.
В последние годы учеными Воронежского университета и Воронежской медицинской академии было клинически обосновано и доказано положительное физиологическое действие на организм человека при урологических заболеваниях гидрокарбонатно-хлоридных натриевых вод с минерализацией менее 1 г/дм3, со слабощелочной реакцией и с небольшим содержанием органического вещества, распространенных в верхнедевонских отложениях. В связи с этим целесообразно выделить бальнеологическую группу условно-минеральных слабоминерализованных слабощелочных вод с невысоким содержанием органического вещества [11, 18, 21, 23, 28, 29, 31]. Подобные воды вскрыты в Белгородском районе КМА в юрских отложениях [16].
Закономерности распределения и формирования минеральных вод определяются геологическими структурными условиями, литологическим составом водовмещающих пород, гидрогеохимической обстановкой, гидродинамическими и гидротермическими условиями краевых частей указанных артезианских бассейнов.
Южная краевая зона Московского артезианского бассейна, примерно от широты поселка Давыдовка Лискинского района, сложенная осадками среднего и верхнего девона и перекрываемая породами мелового, неогенового и четвертичного возраста со спокойным или слабо нарушенным залеганием пород с общим падением их в северном направлении, характеризуется пластовыми условиями циркуляции напорных вод, в основном пресных, с минерализацией 0, 7–1, 0 г/дм3 [27, 29]. Северо-восточная краевая зона Донецко-Донского артезианского бассейна отличается возрастанием мощности осадочного чехла за счет появления в разрезе палеогеновых и нижнекаменноугольных отложений. Тип циркуляции пресных и солоноватых вод – пластовый и пластово-трещинный. Западная краевая часть Сурско-Приволжского артезианского бассейна сложена терригенно-карбонатной толщей средне- и верхнедевонских, нижнекаменоугольных отложений, перекрываемых преимущественно терригенными юрскими, нижнемеловыми и неоген-четвертичными породами с нарушенным залеганием и с падением их в восточном направлении, характеризуется минеральными водами с пластовым и пластово-трещинным типом циркуляции. В кристаллических породах Воронежского кристаллического бассейна и на его погружении в основном развиты трещинные воды коры выветривания и зон тектонических дроблений. Это слабоминерализованные минеральные воды, в большинстве своем имеющие гидравлическую связь с пластово-трещинными и поровыми водами девонских, неогеновых и четвертичных отложений [19, 28].
Особенность пространственного размещения бальнеологических групп минеральных вод является следствием процессов взаимодействия вод и минерального состава пород в сложившихся естественно-исторических условиях, протекающих в форме углекислотного, серно-кислотного выщелачивания карбонатных, песчано-глинистых пород, гидролиза полевых шпатов, ионного обмена между водой и дисперсной частью пород. Важнейшая роль принадлежит сульфатредукции. Совокупное действие этих процессов определяет метаморфизацию вод в прямом направлении.
Изучение закономерностей распространения минеральных вод по районам области и на месторождениях минеральных вод приводит к заключению, что распределение минерализации, химических классов и подклассов, газового состава, бальнеологических элементов подчиняется законам гидрогеохимической, гидродинамической зональности, которая проявляется в региональном плане [19]. В области питания подземных вод, расположенной на своде Воронежского кристаллического массива, распространены гидрокарбонатные кальциевые и гидрокарбонатно-хлоридные натриевые или сложного состава воды с минерализацией от 0, 6–1, 1 г/дм3, используемые в настоящее время для хозяйственно-питьевого водоснабжения и в меньшей степени в лечебных целях [28].
В области стока, совпадающего со склоновыми частями свода, по мере постепенного погружения водоносных горизонтов карбона и девона эти воды сменяются маломинерализированными сульфатнохлоридными кальциево-натриевыми, хлоридными натриевыми или натриево-кальциевыми. Их минерализация возрастает от 1, 8–3, 0 до 9, 0 г/дм3. При этом рост содержания сульфатов в воде более контрастен, чем хлоридов. В основном формируются воды сульфатно-хлоридного натриево-кальциевого класса и подкласса [28, 29]. По мере дальнейшего погружения водоносных горизонтов карбона и девона к краевым частям артезианских бассейнов минерализация воды увеличивается до 35 г/дм3 [19].