Микрокомпонентный состав низкоминерализованных азотных терм Гиссарского хребта (Памиро-Алайская горная система)

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью разумного использования природных ресурсов и термоминеральных вод, в частности уникального бальнеоклиматического курорта Ходжа-Оби-Гарм, локализованного в центральной части отрогов южного склона Гиссарского хребта. Одной из наиболее актуальных проблем для исследования остается изучение микрокомпонентного состава данных вод. Цель. Исследование этих вод начато в середине ХХ в., однако микрокомпонентный состав вод до сих пор изучен плохо. Основной целью данной работы является детальное исследование распределения в термальных водах месторождения Ходжа-Оби-Гарм химических элементов, а также выявление источников их поступления, механизмов и факторов мобилизации и фракционирования. Объекты: подземные воды и водовмещающие породы месторождения низкоминерализованных термальных вод Ходжа-Оби-Гарм, которое приурочено к Памиро-Алайской горной системе (Таджикистан). Методы. Приведенные в работе результаты химических анализов водной фазы и водовмещающих пород были выполнены в аналитических подразделениях Дальневосточного геологического и Дальневосточного океанологического институтов ДВО РАН. Основные катионы и анионы термальных вод определялись методом жидкостной ионной хроматографии (HPLC-10AVp, SHIMADZU), а микро- и рассеянные элементы анализировались с использованием плазменно-оптической эмиссионной спектрометрии (IСP-AES, Plasmaquant-110) и индуктивной плазменной масс-спектроскопии (IСP-MS, Agilent 7500c). Для более полного понимания процессов, происходящих в системе вода–порода, использовались программы: AQUACHEM 5.1, WATERQ4F, PHREEQC. Макрофотографии водовмещающих пород выполнялись с помощью цифровой фотокамеры Nikon, а петрографические исследования – с помощью стереоскопического микроскопа Leica-E, оснащенного цифровой фотокамерой. Определение содержания главных элементов в образцах было выполнено методом атомно-эмиссионной спектрометрии на спектрометре iCAP 7600 Duo (Thermo Scientific) и методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на спектрометре Agilent 7500 с (Agilent Techn.). Результаты. Приведены результаты комплексных исследований подземных вод и водовмещающих пород месторождения низко минерализованных термальных вод Ходжа-Оби-Гарм, которое приурочено к Памиро-Алайской горной системе (Таджикистан). По условиям формирования изученные термальные воды принадлежат к трещинно-жильными водам, циркулирующим в пределах массивных интрузий, локализованных в зоне альпийской складчатости. По химическому составу термальные воды месторождения Ходжа-Оби-Гарм относятся к маломинерализованным (до 450 мг/л) хлоридно-сульфатно-гидрокарбонатным натриево-кремнистым водам. Воды обогащены фтором (до 17 мг/л), литием (до 1,03 мг/л), рубидием (до 123 мкг/л), цезием (около 205-230 мкг/л), мышьяком (до 5,7 мкг/л) и радоном (до 815 Бк/л). Также проведенные исследования показывают, что редкие элементы в скальных породах месторождения образуют в соответствии с их содержанием следующую последовательность: Rb>Th>Sc>Ga>U>>Cd. Термальные воды месторождения в значительной мере обогащены Rb, который имеет наибольший среди редких элементов коэффициент водной миграции. Далее следуют Ga, остальные элементы присутствуют в «следовых» количествах. При движении из глубин к поверхности термальные воды интенсивно взаимодействуют с водовмещающими породами, растворяют и выщелачивают их. Во время данного процесса происходит интенсивное выщелачивание многих микрокомпонентов (La, Rb, Zr, Ba, Li и др.) и концентрирование их в водах.

The relevance of the research is caused by the need for reasonable use of natural resources and thermomineral waters, in particular the unique balneoclimatic resort of Khoja-Obi-Garm, located in the central part of the spurs of the southern slope of the Gissar Ridge. The investigation of the microcomponent composition of these waters remains one of the most pressing problems for the study. The main aim. The study of these waters began in the middle of the twentieth century, but the microcomponent composition of the waters is still poorly understood. The main aim of this work is a detailed study of distribution of chemical elements in thermal waters of the Khoja-Obi-Garm field, as well as identification of sources of their supply, mechanisms and factors of mobilization and fractionation. Objects of the research are groundwater and water-bearing rocks of the low-mineralized thermal waters of Khoja-Obi-Garm, which is confined to the Pamir-Alai mountain system (Tajikistan). Methods. The results of chemical analyzes of the water phase and water-bearing rocks are presented in the analytical units of the Far Eastern Geological and Far Eastern Oceanological Institutes of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences. The main cations and anions of thermal waters were determined by the method of liquid ion chromatography (HPLC-10AVp, SHIMADZU), and micro- and scattered elements were analyzed using plasma-optical emission spectrometry (ICP-AES, Plasmaquant-110) and inductive plasma mass spectroscopy (ICP -MS, Agilent 7500c). For more complete understanding of the processes taking place in the water-rock system, the following programs were used: AQUACHEM 5.1, WATERQ4F, PHREEQC. The macrophotographs of the water-bearing rocks were performed with a Nikon digital camera, and petrographic studies were performed using a Leica-E stereoscopic microscope equipped with a digital camera. The content of the main elements in the samples was determined by atomic emission spectrometry on an iCAP 7600 Duo (Thermo Scientific) spectrometer and by inductively coupled plasma mass spectrometry using an Agilent 7500 spectrometer (Agilent Techn.). Results. This article presents the results of complex studies of groundwater and water-bearing rocks of the low-mineralized thermal waters of the Khoja-Obi-Garm, which is confined to the Pamir-Alai mountain system (Tajikistan). According to the formation conditions, the thermal waters studied belong to the fissured lead waters that circulate within the massive intrusions localized within the Alpine folding zone. According to the chemical composition, the thermal waters of the Khoja-Obi-Garm deposit belong to the chloride-sulphate (450 mg/l) hydrocarbonate sodium-siliceous waters. Water is enriched with fluorine (up to 17 mg/l), lithium (up to 1,03 mg/l), rubidium (up to 123 µg/l), cesium (about 205-230 µg/l), arsenic (up to 5,7 µg/l) and radon (up to 815 Bq/l). The study shown as well that rare elements in rock formations of the deposit form in accordance with their content the following sequence: Rb>Th>Sc>Ga>U>>Cd. The thermal waters of the field are largely enriched with Rb, which has the highest coefficient of water migration among the rare elements, then Ga follows. The remaining elements are presented in the «trace» quantities. When moving from depth to surface, thermal waters intensively interact with water-bearing rocks, dissolve and leach them. During this process, intensive leaching of many microcomponents (La, Rb, Zr, Ba, Li, etc.) and their concentration in waters occur.