Первые результаты комплексных изотопно-гидрогеохимических исследований Новобибеевского проявления радоновых вод

Abstract

Актуальность исследования заключается в получении первых изотопно-геохимических данных о природных водах и вмещающих горных породах Новобибеевского проявления радоновых вод. Цель: изучить особенности химического состава природных вод и водовмещающих пород и получить первые сведения по активности 222Rn и изотопному составу [delta]D, [delta]18O, [delta]13С. Методы. Лабораторное изучение химического состава методами титриметрии, ионной хроматографии, масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой проводилось в ПНИЛ гидрогеохимии ИШПР ТПУ. Определение комплекса величин [delta]D, [delta]18O, [delta]13СDIC вод и растворенного неорганического углерода (Dissolved Inorganic Carbon (DIC)) проводилось в центре коллективного пользования ИГМ СО РАН с помощью прибора Isotope Ratio Mass Spectrometer FinniganTM MAT 253, снабженного приставками пробоподготовки H/Device (для определений [delta]D) и GasBench II (для определений [delta]18O и [delta]13СDIC). Измерение содержаний 222Rn в водах проводилось на комплексе «Альфарад плюс» в лаборатории гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири ИНГГ СО РАН. Геофизические исследования проводились с применением электроразведочной аппаратуры Скала-48 с 48 электродами и шагом между ними 5 м, по электроразведочной схеме Шлюмберже. Разделение данных на однородные геохимические совокупности выполнено с помощью коэффициентов Са/Na, Са/Mg, Ca/Si, Mg/Si, Na/Si. Для выявления степени концентрирования химических элементов в природных водах были рассчитаны коэффициенты концентрации Kki=mx•nx и водной миграции (по А. И. Перельману) Kk1=mx∙100 a∙nx. Результаты. Выполнены комплексные изотопно-геохимические исследования радоновых вод Новобибеевского проявления. Радоновые воды (активность 222Rn до 429 Бк/дм3 ) в основном характеризуются HCO3 Mg-Ca составом с величиной общей минерализации от 385 до 818 мг/дм3 и содержанием кремния от 5,77 до 13,30 мг/дм3 . Геохимические параметры среды варьируют от восстановительной до окислительной обстановки с величинами Eh от -81,2 до +212,7 мВ; pH от 6,6 до 7,5 и O2раств. от 1,62 до 7,89 мг/дм3 . Подземные воды были разделены на две геохимические совокупности: 1) трещинно-жильные воды гранитоидов с отношениями Ca/Si 11,49; Mg/Si 2,48; Na/Si 1,25; Si/Na 0,87; Ca/Na 10,02; Ca/Mg 4,76; rNa/rCl 8,79 и SO4/Cl 4,35 и 2) воды зоны региональной трещиноватости гранитоидов в условиях антропогенного влияния с отношениями Ca/Si 16,43; Mg/Si 2,21; Na/Si 2,21; Si/Na 0,62; Ca/Na 9,84; Ca/Mg 9,95; rNa/rCl 0,89 и SO4/Cl 1,78. Поверхностные воды в условиях техногенной нарушенности по составу SO4-HCO3 Na-Mg-Ca с величиной общей минерализации от 385 до 461 мг/дм3 и содержанием кремния от 5,02 до 9,60 мг/дм3 . Геохимические параметры среды отвечают окислительной обстановке с величинами Eh от +107,8 до +145,6 мВ; pH от 7,8 до 8,6 и O2раств. от 6,49 до 14,38 мг/дм3. Активность радона в водах не превышает 39 Бк/дм3. Поверхностные воды реки Ояш характеризуются в основном HCO3 Na-Mg-Ca составом с величиной общей минерализации от 407 до 466 мг/дм3 и содержанием кремния от 1,22 до 2,87 мг/дм3 . Геохимические параметры среды отвечают окислительной обстановке с величинами Eh от +120,1 до+150,0 мВ; pH от 8,4 до 8,5 и O2раств. от 7,45 до 9,53 мг/дм3 . Активность радона в речных водах варьирует от 1 до 12 Бк/дм3 . С ростом общей минерализации в радоновых водах концентрируются Li, Cr, Zn, Br, Sr и U. На спектре их распределения наиболее высокие содержания (мг/дм3 ) закономерно установлены у: Si до 8,85, Mn до 0,22, Fe до 0,34, Sr до 0,77 и Ba до 0,13, поскольку водовмещающие породы представлены биотитовыми гранитами, порфировидными и оливиновыми долеритами. В водах в большей мере накапливаются Br, I, Se, Te, Re и U, а наибольшей миграционной способностью в этих условиях отличаются I, Se, Br, Te, Re, U, B, Sr и Mo. Изотопный состав ([delta]D от -139,4 до -112,5 ‰ и [delta]18O от -18,9 до -14,4 ‰) и расположение точек на диаграмме [delta]D=f([delta]18O) указывает на метеорное происхождение всех изученных вод. Полученные значения [delta]13CDIC варьируют в диапазоне от -14,2 до -10,0 ‰ при содержании DIC от 3,4 до 8,7 ммоль/дм3 . Основным источником водорастворенной углекислоты является почвенная углекислота смешанного состава.

The relevance of the investigation is in obtaining the first isotope-geochemical data on natural waters and embedding rocks at the Novobibeevo occurrence of radon-rich waters. Goal: to study the features of the chemical composition of natural waters and water-bearing rocks and to obtain the first data on the activity of 222Rn and on the isotope composition: [delta]D, [delta]18O, [delta]13С. Methods. Laboratory investigation of chemical composition by means of tritrimetry, ion chromatography, mass spectrometry with inductively coupled plasma was carried out in Basic Research Laboratory of Hydrogeochemistry at the School of Earth Sciences and Engineering of the Tomsk Polytechnic University. Determination of a set of characteristics - [delta]D, [delta]18O, [delta]13СDIC waters and dissolved inorganic carbon (DIC) - was carried out in the Shared Equipment Center at the Institute of Geology and Mineralogy SB RAS using an Isotope Ratio Mass Spectrometer FinniganTM MAT 253, equipped with the attachments for sample preparation H/Device (to determined [delta]D) and GasBench II (to determine [delta]18O and [delta]13СDIC). The concentration of 222Rn in water samples was measured with the Alfarad Plyus complex at the Laboratory of Hydrogeology of the Sedimentary Basins of Siberia of the IPGG SB RAS. Geophysical studies were carried out using the electrical exploration equipment Skala-48 with 48 electrodes and a 5 m step between them, according to the Schlumberger electrical exploration scheme. Data separation into uniform geochemical entities was performed using the coefficients Са/Na, Са/Mg, Ca/Si, Mg/Si, Na/Si. To reveal the degrees of chemical element concentration in natural waters, we calculated the concentrating coefficients Kki=mx•nx , and water migration coefficients (according to A. I. Perelman) Kk1=mx∙100 a∙nx. Results. Integrated isotope-geochemical studies of radon-rich waters of the Novobibeevo occurrence have been carried out. Radon-rich waters (222Rn activity up to 429 Bq/dm3 ) are mainly characterized by HCO3 Mg-Ca composition with total mineralization (TDS) from 385 to 818 mg/dm3 and silicon content from 5,77 to 13,30 mg/dm3 . The geochemical parameters of the environment vary from the reductive to oxidative setting with Eh from -81,2 to +212,7 mV; pH from 6,6 to 7,5, and O2dissolved from 1,62 to 7,89 mg/dm3 . Goundwaters were divided into two geochemical groups: 1) fracture-vein waters of granitoids with the ratios Ca/Si 11,49; Mg/Si 248; Na/Si 1,25; Si/Na 0,87; Ca/Na 10,02; Ca/Mg 4,76; rNa/rCl 8,79, and SO4/Cl 4,35, and 2) waters of the zone of regional fracturing of granitoids under anthropogenic influence, with the ratios Ca/Si 16,3; Mg/Si 2,21; Na/Si 2,21; Si/Na 0,62; Ca/Na 9,84; Ca/Mg 9,95; rNa/rCl 0,89 and SO4/Cl 1,78.