Изучению содержания микроэлементов в подземных водах в настоящее время уделяется большое внимание. Это связано с широким развитием различных геохимических исследований, а также с тем, что работами гигиенистов и токсикологов установлена связь некоторых заболеваний людей и животных с наличием повышенного или недостаточного содержания ряда элементов, присутствующих в питьевых водах в микроколичествах.
Таким образом, при сборе материалов для проектирования разведочно-эксплуатационных скважин на воду необходимо обращать внимание на данные о возможном присутствии в воде тех или иных микроэлементов с тем, чтобы в проекте предусматривалось определение их содержания в пробах, отобранных для химического анализа во время пробных или опытных откачек. Однако в некоторых достаточно изученных районах или областях можно заранее знать содержание некоторых микроэлементов в подземных водах (например, фтора в водах каменноугольных отложений центральной части Московского артезианского бассейна, А. С. Белицкий и Т. А. Николаева, 1955). В этих случаях следует уже на стадии проектирования выбрать водоносный горизонт для питания скважины и участок для ее заложения, чтобы получить -оптимальное содержание в воде микроэлемента.
Мышьяк, медь, цинк, свинец в подземных водах обычно встречаются в небольших количествах и содержание их значительно ниже допустимых гигиенических норм. Однако в районах, где известны скопления руд этих металлов, встречаются подземные воды с повышенным количеством указанных элементов. Так, на одном месторождении подземные воды содержат до 10 мг/л мышьяка. На реке в месте выхода источников был построен водозабор водопровода рудника, но он не был пущен в эксплуатацию, так как речная вода содержала здесь токсичные количества мышьяка. По данным Н. Д. Буданова (1964), подземные воды рудного поля Кочкарского месторождения золота на Урале содержат мышьяк в количествах, значительно превышающих предельно допустимую концентрацию. Как отмечает А. А. Бродский, содержание меди в подземных водах в районах рудных месторождений может достигать сотен миллиграммов на 1 л, цинка — нескольких граммов на 1 л свинца — нескольких миллиграммов на 1 л.
Таким образом, если разведочно-эксплуатационную скважину намечается соорудить в районе месторождения цветных металлов или зоны оруденения, то необходимо точку ее заложения увязать с контурами рудных полей, чтобы поток подземных вод, движущийся к скважине, не затрагивал породы, содержащие оруденение.
Состав микроэлементов в подземных водах часто значительно изменяется даже в пределах одной гидрогеологической области при относительном постоянном химическом составе этих вод.
П. А. Удодов и В. М. Матусевич (1962) указывают, что на Томь-Яйском междуречье в зоне нарушений Томь-Колыванской складчатости в подземных водах повышается содержание свинца, меди, цинка, сурьмы, бария, никеля, хрома и титана, а в зонах нарушения древних комплексов Кузнецкого Алатау — цинка, никеля, хрома, титана, серебра и мышьяка.
В подземных водах широко распространен фтор. Воды с большим содержанием фтора (до 15—20 мг/л) встречаются в излившихся породах в районах проявления молодого вулканизма. Фтор здесь выносится лавами или выделяется в виде газа из недр земли. Повышенные количества фтора отмечаются в водах, циркулирующих и в осадочных породах. Источниками фтора в этих водах могут быть флюорит, рассеянный в известняках и доломитах, и фосфорит, присутствующий во многих отложениях юрского и мелового периодов.
Наиболее детально характер распространения фтора в подземных водах изучен в Московском артезианском бассейне, где для водоснабжения широко используются воды каменноугольных известняков и доломитов. Эти воды местами содержат до 6 мг/л фтора, причем количество его в подземных водах этого бассейна возрастает в глубоко залегающих водоносных горизонтах карбона. В одном и том же пункте более глубокие скважины, как правило, дают воды с большим содержанием фтора, чем скважины, имеющие меньшую глубину. Однако, как установлено Ю. И. Ворошиловым (1966), накопление фтора в подземных водах ограничивается содержанием в этих водах иона кальция; наибольшие концентрации фтора в воде отмечаются при содержании в них кальция в пределах 30—50 мг/л.
Воды каменноугольных отложений обогащаются фтором и в пониженных участках, примыкающих к рекам основной гидрографической сети, где происходит дренирование артезианских водоносных горизонтов. В высоко залегающих, а также в хорошо промытых горизонтах воды содержат небольшое количество фтора.
В Днепровско-Донецком артезианском бассейне воды с высоким содержанием фтора (от 1,5 до 5,5 мг/л) приурочены к бучакскому водоносному горизонту среднего палеогена, водовмещающие пески которого содержат значительное количество фосфорита (Р. Д. Габович, 1957).
В Центральном Казахстане воды с содержанием фтора до 2,5 мг/л были обнаружены в скважинах, питающихся водоносными горизонтами юрских отложений и трещиноватых пород палеозоя (А. Н. Крепгорский и Л. Н. Богусевич, 1953). Как указывает Н. Д. Буданов (1964), воды палеогеновых и верхнемеловых кварцево-глауконитовых отложений в бассейне рек Мугай, Туре и Исеть на восточном склоне Урала содержат повышенные количества фтора. Особенно большое содержание фтора отмечается в воде скважины у дер. Торопово и в колодцах дер. Поло гоозерье Тобол-Ишимского междуречья — соответственно 8,1 и 6,9 мг/л.
Имеющиеся материалы дают основание предполагать, что воды с повышенным количеством фтора в осадочных породах можно встретить в водоносных горизонтах, приуроченных к известнякам и доломитам, а также к фосфоритоносным отложениям, залегающим в плохо промытых и относительно слабо проточных геологических структурах.
Воды с количеством фтора меньше 0,5 мг/л в основном отмечаются в горизонтах грунтовых вод, приуроченных к аллювиальным и ледниковым пескам, а также к трещиноватым магматическим и метаморфическим породам.
Имеется большое количество материалов о распространении в подземных водах йода, полученных в связи с изучением поражения населения эндемическим зобом. Содержание йода в подземных водах колеблется в больших пределах, но наиболее часто изменяется от 0,01 до 0,001 мг/л («Справочник гидрогеолога», 1962). Более высокое содержание этого микроэлемента (до 100 мг/л) отмечается уже в минерализованных йодо-бромных водах, находящихся в глубоких горизонтах нефтеносных отложений.
Многочисленными исследованиями (А. П. Виноградов, 1946 и 1950; О. В. Николаев, 1955 и др.) установлено, что пресные подземные воды, бедные йодом (содержание меньше 0,001 мг/л), встречаются в основном в горных областях в аллювиальных песках и галечниках, а также в кристаллических трещиноватых породах. В равнинных областях такие воды отмечаются в местностях, удаленных от морских побережий, в ледниковых песках.
Один из существенных источников поступления йода в грунтовые воды — атмосферный воздух и дождевые воды, проникающие в горные породы. Но подземные воды обогащаются этим элементом также в результате растворения и выщелачивания самих водоносных пород. Поэтому воды, находящиеся в породах морского происхождения, обычно содержат относительно повышенные количества йода.
Исследованиями последних лет установлено, что содержание стронция в пресных подземных водах более высокое, чем предполагалось ранее, и может достигать величин, имеющих гигиеническое значение. По данным А. П. Виноградова (1948), отношение Ca++/Sr++ в пресных подземных водах более или менее постоянно и составляет около 200. Так как содержание в этих водах кальция, как правило, не превышает 100—150 мг/л, то, исходя из сказанного, количество стронция в них должно составлять всего десятые доли миллиграмма на 1 л. Однако К- И. Лукашев и А. П. Маркова (1960) установили, что в некоторых районах Белоруссии в слабо минерализованных гидрокарбонатных водах четвертичных флювиогляциальных песков содержание стронция колеблется от 2,1 до 7 мг/л при отношении Ca++/Sr++, меняющемся от 3 до 86. Исследованиями В. А. Книжковиковой и Н. Я. Новиковой обнаружено высокое содержание стронция в подземных водах, используемых для водоснабжения в ряде районов СССР (табл. 6). Содержание стронция в речных водах колеблется от 0,2 до 1,1 мг/л.
Из табл. 6 видно, что значительное количество стронция (более 10 мг/л) устанавливается в водах карбонатных пород нижнего неогена, среднего карбона и верхнего девона. Однако не всегда в водах верхнего девона количество стронция повышено, даже в пределах одного населенного пункта содержание его значительно колеблется.
В областях развития карбонатных пород воды с несколько повышенным количеством стронция, по-видимому, могут отмечаться и в аллювиальных отложениях, залегающих в долинах рек, в которых происходит интенсивное дренирование вод коренных пород (например, в районе пос. Большая Волга).
Значительное количество стронция в некоторых подземных водах отмечается не только на территории СССР; как указывают М- С. Николе, Д. Р. Макнол (1957), в водах 380 коммунальных водопроводов штата Висконсин в США содержание стронция колеблется от 0,1 до 39,1 мг/л. Большие количества стронция в водах обнаруживаются на территориях, расположенных вдоль восточной прибрежной границы этого штата.
Опубликованных материалов о содержании стронция в пресных подземных водах пока еще мало, но следует ожидать, что в ближайшее время изучению распространения его в этих водах будет уделено большое внимание.
Исследованиями последних десятилетий установлено, что в пресных подземных водах всегда в том или ином количестве присутствуют органические вещества (Б. А. Скопинцев, 1950; М. Е. Альтовский, 3. И. Кузнецова, В. М. Швец, 1958 и др.). По данным М. Е. Альтовского (1962), органическое вещество в подземных водах находится в растворенном и коллоидном состоянии. В грунтовых водах и артезианских водах зоны повышенного водообмена органические вещества в основном представлены гумусом. Кроме того, в относительно небольших количествах в них встречаются нафтеновые кислоты. Так, по данным В. Н. Швец (1961), в аллювиальных водах севера Европейской части СССР содержание гумуса достигает 25 мг/л и нафтеновых кислот до 0,7 мг/л.
Количество гумуса в водах каменноугольных отложений Московского артезианского бассейна составляет от 4 до 5 мг/л. Повышенное содержание в пресных подземных водах нафтеновых кислот, а также фенолов отмечается в районах распространения нефтеносных отложений.
Особое значение в настоящее время придается содержанию в подземных водах естественных радиоактивных элементов: урана, радия и радона (А. И. Германов и др., 1959; А. Н. Токарев и А. В. Щербаков, 1956 и др.). Согласно опубликованным данным распространение этих радиоактивных элементов в подземных водах зависит в основном от состава и текстуры водовмещающих пород, содержания в них урана и радия, а также от интенсивности водообмена в водоносном горизонте (см. табл. 7, заимствованную из книги А. Н. Токарева и А. В. Щербакова, 1956).
Более высокое содержание радиоактивных элементов отмечается в подземных водах, приуроченных к кислым магматическим породам. При прочих равных условиях количество урана относительно больше в водах, находящихся в зоне интенсивного водообмена, по сравнению с зоной затрудненного водообмена; в распространении же радия наблюдается обратная картина.
Уран в природных условиях встречается четырехвалентный и шестивалентный. В зоне интенсивного водообмена, где в подземных водах присутствует свободный кислород, уран окисляется до шестивалентной формы, соединения которой хорошо растворяются в воде. В глубоких горизонтах в условиях восстановительной среды (в зоне затрудненного водообмена) уран в горных породах находится в четырехвалентной форме, образующей очень плохо растворимые соединения.
На содержание в подземных водах радия большое влияние оказывает солевой состав воды — в основном состав катионов. При повышенном содержании в минерализованных водах катионов (особенно кальция) они обогащаются радием в результате вытеснения его из горных пород.
Количество радона в подземных водах определяется не только содержанием в них и в водоносных породах радия, продуктом распада которого он является, но также пористостью (раскрытостью) горных пород. Радон имеет небольшой период полураспада (3,82 дня), вследствие чего, образуясь из радия, находящегося в горных породах, он должен сравнительно быстро поступить в подземные воды, чтобы обогатить их.
Из приведенного материала видно, что естественные радиоактивные элементы широко распространены в подземных водах. Поэтому, когда в водах вскрытого водоносного горизонта содержание этих элементов неизвестно, необходимо в дополнение к обычному химическому анализу в проекте разведочно-эксплуатационной скважины предусматривать еще радиохимический анализ пробы воды, взятой во время пробной или опытной откачки.
Кроме микроэлементов, о которых было сказано, в пресных подземных водах встречается много и других элементов, содержащихся в микроколичествах (барий, бром, молибден, цезий, кобальт и др.). Так, в водах аллювиальных отложений предгорных районов западной части Закарпатской области количество бора достигает 40 мг/л (В. М. Мещенко и др., 1962). Однако не всегда известно влияние указанных микроэлементов в питьевых водах на здоровье населения и животных и, кроме того, распространение их в подземных водах изучено еще недостаточно.
Проектирование разведочно-эксплуатационных скважин для водоснабжения.
Белицкий А.С., Дубровский В.В., Издательство "Недра", 1968