Изотопно-геохимические особенности проявления слаборадоновых вод "Инские источники" (юг Западной Сибири)

Abstract

Актуальность исследования заключается в получении первых изотопно-геохимических данных о природных водах и вмещающих горных породах проявления слаборадоновых вод "Инские источники". Цель: изучить особенности химического состава природных вод и водовмещающих пород и получить первые сведения по суммарной [alpha]- и [beta]-активности природных вод, активности 222Rn и изотопному составу [delta]D, [delta]18O, [delta]13C, 234U, 238U, 226Ra и 228Ra. Методы. Отбор проб выполнялся в соответствии с общепринятыми методиками. Лабораторное изучение химического состава методами титриметрии, ионной хроматографии, масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой проводилось в ПНИЛ гидрогеохимии ИШПР ТПУ. Анализ комплекса изотопных соотношений [delta]D, [delta]18O, [delta]13СDIC вод и растворенного неорганического углерода проводился в центре коллективного пользования Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН с помощью прибора Isotope Ratio Mass Spectrometer FinniganTM MAT 253. Данные по суммарной [alpha]- и [beta]-активности природных вод, а также активностях 234U, 238U, 226Ra и 228Ra получены с помощью гамма-спектрометрии и альфаспектрометрии (после предварительной радиохимической пробоподготовки). Результаты. В 2019 г. в 35 км от г. Новосибирска, вдали от известных гранитных массивов, открыто проявление слаборадоновых вод "Инские источники”, относящееся к водам зоны региональной трещиноватости. В настоящей работе приводятся первые результаты их геохимических исследований. Установлено, что воды источников умеренно пресные HCO3 MgCa состава с величиной общей минерализации от 389 до 536 мг/дм3 с содержаниями кремния 4,14-8,61 мг/дм3 . Они характеризуются рН от нейтральных до слабощелочных (7,1-8,4), окислительной геохимической обстановкой с Eh +205,3-+231,8 мВ и содержанием О2 раств. 6,24-12,26 мг/дм3 . Установленная активность 222Rn варьирует в диапазоне 7-149 Бк/дм3 ; содержания: 238U от 2,83∙10-3 до 4,13∙10-3 мг/дм3 и 232Th от 2,39∙10-6 до 1,16∙10-5 мг/дм3 . По изотопному составу воды имеют инфильтрационное происхождение. Диапазон значений [delta]18O в водах меняется от -17,1 до -16,7 ‰ со значениями [delta]D от -128,4 до -126,2 ‰ и вариацией [delta]13C от -13,1 до -10,3 ‰. Вмещающие породы представлены глинистыми сланцами темно-серого (до черного), иногда серого цвета, с небольшой примесью алевритового, песчано-алевритового материала. Изотопный состав кальцита вмещающих пород характеризуется близкими значениями: [delta]13C варьирует от -3,1 до -2,7 ‰, [delta]18O - от 17,2 до 18,4 ‰. Выветрелые глинистые сланцы характеризуются облегчением по [delta]13C (до -11,0 ‰) и по [delta]18O (до 13,9 ‰). Также эти образцы по результатам геохимических исследований характеризуется существенным снижением (в несколько раз) содержания всех элементов-примесей (кроме U), свидетельствующим об активном взаимодействии вод с вмещающими породами.

The relevance of the research lies in obtaining the first isotope-geochemical data on natural waters and host rocks of the "Inskie springs" occurrence of low-radon waters. The aim of the research is to study the peculiarities of chemical composition of natural waters and water-bearing rocks and obtain the first information on the total [alpha]- and [beta]-activity of natural waters, the activity of 222Rn and the isotopic composition of [delta]D, [delta]18O, [delta]13С, 234U, 238U, 226Ra and 228Ra. Methods. Sampling was carried out in accordance with generally accepted techniques. Laboratory study of the chemical composition by titrimetry, ion chromatography, inductively coupled plasma mass spectrometry was carried out at the Problem Research Laboratory of Hydrogeochemistry of the TPU School of Natural Resources. The analysis of the complex of isotopic ratios [delta]D, [delta]18O, [delta]13CDIC of waters and dissolved inorganic carbon was carried out at the Center for Collective Use of the IGM SB RAS using the Isotope Ratio Mass Spectrometer FinniganTM MAT 253. Data on the total [alpha]- and [beta]-activity of natural waters, as well as the activities of 234U, 238U, 226Ra и 228Ra were obtained using gamma and alpha spectrometry (after preliminary radiochemical sample preparation). Results. In 2019, 35 km from Novosibirsk, far from the known granite massifs, the "Inskie springs" occurrence of low-radon waters was discovered, referring to the waters of the regional fracture zone. The work presents the first results of their geochemical studies. The waters are moderately fresh HCO3 Mg-Ca with a total mineralization from 389 to 536 mg/dm3 with a silicon content of 4,14-8,61 mg/dm3 . They are characterized by pH from neutral to slightly alkaline (7,1-8,4), oxidative geochemical environment with Eh +205,3 -+231,8 mV and O2dissolved content of 6,24-12,26 mg/dm3 . The activity of 222Rn varies in the range of 7-149 Bq/dm3 ; contents: 238U from 2,83∙10-3 to 4,13∙10-3 mg/dm3 and 232Th from 2,39∙10-6 to 1,16∙10-5 mg/dm3 . According to the isotopic composition, the origin of water is infiltration. The range of δ18O values in waters varies from -17,1 to -16,7 ‰ with [delta]D values from -128,4 to -126,2 ‰ and [delta]13C variation is in the range of -13,1 to -10,3 ‰. The host rocks are dark gray (to black) shales, sometimes gray, with a small admixture of silty and sandy-silty material. The isotopic composition of calcite in the host rocks is characterized by similar values: [delta]13C varies from -3,1 to -2,7 ‰, [delta]18O - from 17,2 to 18,4 ‰. Weathered clay shales are characterized by lower contents of [delta]13C (up to -11,0 ‰) and [delta]18O (up to 13,9 ‰). Also, according to the results of geochemical studies, these samples are characterized by a significant decrease in the content of all trace elements (except for U), which indicates active interaction of waters with the host rocks.