Дейтерий в природных водах центральной части Украинского щита
Приведен изотопный состав водорода природных вод различных источников – водотоков, родников, колодцев, скважин (всего 163) в районе развития урановых месторождений альбититовой формации и на прилегающих площадях. Исследованы закономерности распределения дейтерия с учетом ландшафтно-геохимических усл...
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України та МНС України
2009
|
| Schriftenreihe: | Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/140321 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Дейтерий в природных водах центральной части Украинского щита / Ю.Н. Демихов, Ю.А. Фомин // Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища. — К. : ІГНС, 2009. — Вип. 17. — С. 45-62. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-140321 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1403212018-07-06T01:22:52Z Дейтерий в природных водах центральной части Украинского щита Демихов, Ю. Н. Фомин, Ю.А. Приведен изотопный состав водорода природных вод различных источников – водотоков, родников, колодцев, скважин (всего 163) в районе развития урановых месторождений альбититовой формации и на прилегающих площадях. Исследованы закономерности распределения дейтерия с учетом ландшафтно-геохимических условий района и особенностей состава вод. Установлен характер взаимоотношения в водах дейтерия с ураном и радием. Наведено ізотопний склад водню природних вод різноманітних джерел — водотоків, власне джерел, криниць, свердловин (всього 163) в районі розвитку уранових родовищ альбітитової формації та на підлеглих площах. Досліджено закономірності розподілу дейтерію з урахуванням ландшафтно-геохімічних умов району і особливостей складу вод. Встановлено характер співвідношення у водах дейтерію з ураном та радієм. The deuterium isotopic composition of the natural water from different sources — rivers, springs, wells, chinks (in total 163) in the region of albitite uranium deposit development and the border areas was estimated. The regularities of deuterium distribution with regard to landscape-geochemical conditions of the region and the peculiarities of water composition were investigated. The character of correlation between deuterium, uranium and radium in water was established. 2009 Article Дейтерий в природных водах центральной части Украинского щита / Ю.Н. Демихов, Ю.А. Фомин // Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища. — К. : ІГНС, 2009. — Вип. 17. — С. 45-62. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 2616-7735 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/140321 550.461+550.42:546.11.27 ru Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України та МНС України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Приведен изотопный состав водорода природных вод различных источников – водотоков, родников, колодцев, скважин (всего 163) в районе развития урановых месторождений альбититовой формации и на прилегающих площадях. Исследованы закономерности распределения дейтерия с учетом ландшафтно-геохимических условий района и особенностей состава вод. Установлен характер взаимоотношения в водах дейтерия с ураном и радием. |
| format |
Article |
| author |
Демихов, Ю. Н. Фомин, Ю.А. |
| spellingShingle |
Демихов, Ю. Н. Фомин, Ю.А. Дейтерий в природных водах центральной части Украинского щита Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища |
| author_facet |
Демихов, Ю. Н. Фомин, Ю.А. |
| author_sort |
Демихов, Ю. Н. |
| title |
Дейтерий в природных водах центральной части Украинского щита |
| title_short |
Дейтерий в природных водах центральной части Украинского щита |
| title_full |
Дейтерий в природных водах центральной части Украинского щита |
| title_fullStr |
Дейтерий в природных водах центральной части Украинского щита |
| title_full_unstemmed |
Дейтерий в природных водах центральной части Украинского щита |
| title_sort |
дейтерий в природных водах центральной части украинского щита |
| publisher |
Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України та МНС України |
| publishDate |
2009 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/140321 |
| citation_txt |
Дейтерий в природных водах центральной части Украинского щита / Ю.Н. Демихов, Ю.А. Фомин // Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища. — К. : ІГНС, 2009. — Вип. 17. — С. 45-62. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| series |
Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища |
| work_keys_str_mv |
AT demihovûn dejterijvprirodnyhvodahcentralʹnojčastiukrainskogoŝita AT fominûa dejterijvprirodnyhvodahcentralʹnojčastiukrainskogoŝita |
| first_indexed |
2025-07-10T10:17:03Z |
| last_indexed |
2025-07-10T10:17:03Z |
| _version_ |
1837254709746860032 |
| fulltext |
45
УДК 550.461+550.42:546.11.27
Демихов Ю.Н., Фомин Ю.А.
Институт геохимии окружающей среды
ДЕЙТЕРИЙ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ
УКРАИНСКОГО ЩИТА
Светлой памяти Фридриха Ивановича Жукова,
с кем начинали эту работу, посвящается.
Приведен изотопный состав водорода природных вод различных источников – водотоков, родни-
ков, колодцев, скважин (всего 163) в районе развития урановых месторождений альбититовой
формации и на прилегающих площадях. Исследованы закономерности распределения дейтерия
с учетом ландшафтно-геохимических условий района и особенностей состава вод. Установлен
характер взаимоотношения в водах дейтерия с ураном и радием.
Введение
Гидрогеохимические методы находят широкое применение при поисках урановых
месторождений [14]. Учитывая значительную и все возрастающую долю в мировых запа-
сах урана молодых поверхностных его концентраций [2, 6, 13], для которых генетическая
связь с деятельностью грунтовых вод особенно важна, представляется целесообразным
возобновление таких гидрогеохимических работ на Украинском щите, включая изучение
изотопного состава воды.
Серьезное обзорное исследование изотопного состава водорода и кислорода
природных вод, в том числе Украины, хотя и практически вне связи с рудными процесса-
ми, было проведено В.Е. Ветштейном [1]. Интерес представляет соотношение δD и δ18O
воды сезонных атмосферных осадков в течение года, в частности в Бобринце Кирово-
градской области, т.е. в районе наших исследований.
Изучение изотопного состава водорода природных вод Украинского щита было на-
чато нами еще под руководством и при непосредственном участии Ф.И. Жукова. Осно-
вной массив водных проб по району урановых месторождений альбититовой формации
(Кировоградский мегаблок [2, 4]) был отобран Ю.Н. Демиховым в июле 1979 года. Тог-
да же совместно с Н.А. Викторовой (ГГП «Кировгеология») были опробованы водные
источники в Кировограде и его окрестностях; для этих проб, кроме значений δD H2O,
определены общая минерализация воды и качественный состав катионной и анионной
их составляющих, а также концентрация в них урана и радия. Отбор проб по району со-
провождался определением водородного показателя (pH) вод.
Цель настоящей статьи заключается в раскрытии закономерностей распределения
дейтерия в воде природных (водотоки, родники) и искусственных (колодцы, скважины)
источников в районе развития урановорудных альбититов (и на прилегающих площа-
дях) с учетом ландшафтно-геохимических условий, а также взаимоотношения в водах
дейтерия с ураном и главным дочерним продуктом его распада — радием. Мы полагаем,
что эта работа может быть полезной как геологам, занимающимся изучением ураново-
рудной системы во взаимосвязи древних (раннедокембрийских) и молодых (вплоть до
современных) месторождений урана, так и экологам – для оценки степени экологической
опасности процессов разрушения (в том числе и техногенного) альбититовых месторож-
дений, транспортировки вещества с последующим его отложением в поверхностных
условиях.
Ландшафтно-геохимические условия района
Исследования проводились в разных ландшафтно-геохимических условиях. Самый
северный (условный) профиль проходит в верховьях системы рек Тетерев–Случь в
пределах Южного Полесья. Непосредственно район альбититовых месторождений и
примыкающие к нему территории (рис.1) находятся в области перехода лесостепной
46
(северной и южной) и степной (северной) ландшафтно-геохимических зон. Необходимые
сведения относительно этих зон приводятся по данным Б. Ф. Мицкевича [9] с учетом на-
ших дополнений.
Южнополесская зона характеризуется значительной расчлененностью рельефа с раз-
витием денудационных форм, меньшей, по сравнению с Северным Полесьем, заболочен-
ностью, особенно в речных долинах, и существенно занята лесной растительностью. Важно
отметить общий наклон поверхности на север и северо-восток. Климат умеренно-кон-
тинентальный увлажненный. Коэффициент увлажнения не превышает 1,0–1,2 при сред-
негодовом количестве осадков 550–600 мм и среднегодовой температуре от +6 до +7° С.
Рис.1. Схема опробования природных вод района урановых месторождений альбити-
товой формации. Пунктиром показаны границы ландшафтно-геохимических зон (по
Б.Ф.Мицкевичу [9]): III-1 — северная лесостепная, III-2 — южная лесостепная, IV-1 — се-
верная степная
Осадочный чехол мощностью 5–10 м (с уменьшением в бортах рек) сложен, в осно-
вном, четвертичными водно-ледниковыми образованиями; палеогеновые отложения
развиты значительно меньше. характерная для чехла примесь лёссов влияет на состав
поверхностных и подземных вод, обогащая их карбонатами Ca и Mg. Минерализация вод
увеличивается с севера на юг, но, как правило, не превышает 0,5 г/л. По составу воды яв-
ляются гидрокарбонатно-кальциевыми, заметно влияние органики. Геохимическая об-
становка характеризуется как окислительная — от слабокислой до нейтральной (pH вод
р. Тетерев 5,8–6,2). Наши данные по 14 источникам, в основном колодцам (табл. 3, 4),
свидетельствуют о преимущественно кислой (реже нейтральной) реакции вод этой зоны:
pH = 4,5–7,0 (среднее 6,2). Обусловленный геоморфологическими особенностями местнос-
ти, интенсивный сток поверхностных вод приводит к росту водообмена с поверхностью.
Лесостепная зона включает в себя Приднепровское поднятие (междуречье Днепра —
Южного Буга), т.е. большую часть нашего района, представляющую собой поднятую вол-
нистую равнину с абсолютными отметками 230–320 м и остаточной лесной и луговой
растительностью. Глубина расчлененности рельефа возрастает в южном направлении
до 20–80 м, редко больше. Район характеризуется переменной влажностью, испарение
равно количеству осадков или несколько превышает его. Коэффициент увлажнения 0,8–
1,0. Среднегодовое количество атмосферных осадков 450–550 мм; осадки часто в виде
47
ливней, что способствует преобладающему развитию поверхностных стоков, в меньшей
степени инфильтрации. Среднегодовая температура воздуха (°С) от +7 до +8, в январе от
-5 до -8, в июле от +20 до +21. В направлении с севера на юго-восток климат несколько
изменяется с усилением его континентальных и аридных факторов.
В этом же направлении меняется мощность и состав осадочного чехла: от преоблада-
ния на севере четвертичных лессовидных суглинков (2–15 м) до возрастания на юге и восто-
ке роли палеоген-неогеновых отложений (от первых до 60–100 м) и содержания карбонатов
в их составе. Среди третичных образований особо отметим углистые песчано-глинистые
отложения бучакской свиты и перекрывающие их известняковые пески и мергели киев-
ской свиты, а также водоносные глауконитовые и другие пески харьковской и полтавской
свит. Под отложениями чехла почти повсеместно вскрывается размытая (допалеогеновая)
кора выветривания с типично каолиновым профилем и проявлением всех трех ее зон: верх-
ней каолинитовой, каолинит-гидрослюдистой и дезинтеграции пород фундамента. Общая
мощность ее, например, в пределах Тальновской площади (В.И. Почтаренко, Ю.А. Фомин
и др., 1985) составляет 10–30, вблизи тектонических нарушений до 80–90 м.
Достаточно глубокое расчленение поверхности, особенно в южной части зоны,
способствует понижению уровня подземных вод, играющих важную роль в питании во-
дотоков, в частности, в засушливые периоды. Следствием увеличения карбонатности
отложений чехла является повышение минерализации поверхностных и подземных вод.
Например, общая минерализация пластовых вод в этой части щита составляет 1–2 г/л
[4]. химический состав их преимущественно гидрокарбонатно-кальциево-магниевый,
а свойства связаны с количественным ограничением органического вещества. Как
поверхностные, так и подземные воды имеют слабокислые или нейтральные и преиму-
щественно окислительные свойства; восстановительная реакция поверхностных вод
сохраняется на отдельных заболоченных участках. Значения pH вод (рек Синюха и Тяс-
мин) составляют 5,5–7,0. При сравнении (по нашим данным) вод северной и южной ле-
состепной зоны выявляется несколько более щелочной характер последних (табл. 3, 4):
pH=5,0–7,0 (среднее по 24 пробам 5,7) и 5,0–8,0 (среднее по 24 пробам 6,5) соответствен-
но, а также (судя по 1 пробе) воды приднестровской лесостепной зоны (7,5).
Северная степная зона в пределах изученного района представлена междуречьем
рек Южный Буг – Ингул – Ингулец. Это волнистая равнина (отрог Приднепровского
поднятия) с расчлененным долинно-балочным рельефом (глубина колеблется в преде-
лах 50–100 м), травянистой степной растительностью и общим наклоном на юго-восток.
Климат континентальный с недостаточным увлажнением; коэффициент увлажнения
0,5–0,7. Среднегодовое количество осадков составляет 350–450 мм, уменьшаясь с севера
на юг. Осадки в течение года неравномерны, 60–70% их выпадает в виде ливней и рас-
ходуется главным образом на сток и испарение. Среднегодовая температура воздуха (°С)
составляет от +3 до +9, в январе от -3 до -4, в июне от +22 до +23. Самой характерной чер-
той климата степного района в целом является дефицит влаги, что отражается на гидро-
логических процессах, химическом составе поверхностных и подземных вод, процессах
выветривания, почвообразования и формирования растительного покрова.
В строении чехла главная роль принадлежит палеоген-неогеновым отложениям, в
том числе бучакской свиты (эоцен), и континентальным осадкам четвертичного возраста;
мощность чехла достигает 100 м и более, резко снижаясь только в долинах рек и глубо-
ких балках, часто в непосредственной близости от уровня грунтовых вод. Особенностью
чехла является значительное участие в его составе карбонатных пород, в частности, мер-
гелей, известковистых глин и песчаников киевской свиты. Повышенным количеством
карбоната отличаются и четвертичные лессовидные суглинки. Глины полтавской свиты
(миоцен) и четвертичные осадки содержат также гипс, количество которого уменьшается
на юг. Весьма характерна кора выветривания с развитием всех ее зон, мощностью (около
альбититовых месторождений [2]) порядка 5–25 м.
Расчлененный рельеф обусловливает взаимосвязь поверхностных и грунтовых вод
и участие последних в питании водотоков в летний засушливый период, а сухость кли-
мата ограничивает развитие гидрографической сети. Присутствие карбонатов и гипса в
48
породах чехла в условиях сухости климата приводит к высокой минерализации как
подземных, так и поверхностных вод (до 3,5 г/л) и непостоянству их химического со-
става. Преимущественно развит сульфатно-натриевый тип вод, который в восточной
части района меняется на сульфатно-гидрокарбонатный, а в западной — на хлоридно-
сульфатный. По нашим данным, относящимся к источникам в Кировограде и его окрест-
ностях (колодцы, скважины и водотоки в верховьях р. Ингул, всего 31 источник), общая
минерализация вод составляет 0,6–3,2 г/л. По составу вод преобладают гидрокарбонатно-
сульфатные, гидрокарбонатные и сульфатные (кальциевые и натриевые) типы; в воде
единичных источников присутствуют хлорид-ион и магний. Именно хлоридно-магниевые
воды оказываются наиболее минерализованными, пониженная минерализация присуща
гидрокарбонатному типу (табл. 5 и табл.6).
Поверхностным водам присущи окислительные свойства, восстановительные осо-
бенности установлены только в отдельных участках с заболоченностью или застойными
водами. Значения pH вод в Южном Буге (5,5–6,7) и системе Ингул – Ингулец (6,0–6,5)
указывают на слабокислую или близкую к нейтральной их реакцию. Щелочно-кислотные
и особенно окислительно-восстановительные особенности подземных вод, по мнению
Б.Ф. Мицкевича, зависят от водоносного горизонта, глубины его залегания и литологи-
ческого состава. Подземные воды, как правило, характеризуются слабой щелочностью,
максимальной в трещинных водах кристаллических пород (pH>7) [9]. Судя по нашим
данным (табл. 3), pH вод в 42 источниках степного ландшафта составляет 4,5–8,0 (в сред-
нем 6,6), т.е. лишь немногим выше водородного показателя вод южной лесостепной зоны,
но именно в южной части района находятся источники (всего 8) со щелочной реакцией
вод (pH=7,5–8,0). Окислительно-восстановительные условия, согласно данным И.Г. Ми-
неевой по альбититовым месторождениям [2, 8], изменяются в широких пределах. Наря-
ду с окислительными водами, обычными для поверхностных условий и тектоногенных
зон глубинного их проникновения, фиксируются также участки с восстановительными
свойствами вод, связанные, в основном, с бучакскими песчаниками, содержащими
углефицированные растительные остатки, а также с зонами коры выветривания ниже
уровня грунтовых вод.
В заключение отметим следующее. Природные воды Кировограда и его окрестнос-
тей, т.е. функционирующие в непосредственной близости от месторождений ураноносных
альбититов, по своему составу имеют отчетливые признаки вод лесостепной и степной зон.
Прежде всего, это присутствие в водах гидрокарбонат-кальциевой и сульфат-натриевой со-
ставляющих в равной степени. Такой переменный состав вод, на наш взгляд, может иметь
альтернативное объяснение, а именно: пространственным совпадением месторождений
с областью ландшафтно-геохимического перехода и/или интенсивным выветриванием
обогащенных сульфидами (пиритом) альбититов в окислительных условиях. Первое по-
ложение вполне обосновано региональными работами, в частности, по ландшафтно-
геохимическому районированию этих площадей [4, 9, 10], второе убедительно показано
локальными исследованиями конкретных альбититовых месторождений [2, 8].
Содержание дейтерия в природных водах района
Исходный аналитический материал с измеренным изотопным составом водоро-
да и рассчитанным непосредственным содержанием дейтерия в воде опробованных ис-
точников (всего 163 пробы), а также другие геохимические данные по этим источникам
приведены в табл. 1, 2.
При использовании приведенного материала, прежде всего, следует иметь в виду,
что опробование большинства источников (всех, кроме 14 источников зоны южного По-
лесья и 1 источника приднестровской лесостепной зоны) проводилось в июле, т.е. в на-
иболее жаркое и засушливое время года. Согласно исследованиям В.Е. Ветштейна [1],
именно этот сезон характеризуется максимальным утяжелением водорода (и кислорода)
природных вод, во всяком случае, атмосферных. Этот вывод относится, в том числе, и
к району наших исследований, поскольку одна из станций наблюдения располагалась в
пос. Бобринец Кировоградской обл. Воды южнополесской и приднестровской зон (15
проб) были отобраны в конце мая.
49
Таблица 1. Изотопный состав водорода природных вод центральной части Украинского
щита
№
проб
Источник,
глубина, м. Привязка pH
Изотопн. состав H
δD, ‰ D, ppm
II. Южнополесская ландшафтно-геохимическая зона
91 Колодец 4,5 с. Юров Киевской обл. 4,5 -82 143,0
92 Колодец 11,0 с. Сытники Киевской обл. 6,5 -84 142,7
93 Колодец 5,0 с. Небелица Киевской обл. 7,0 -88 142,0
94 Колодец 8,5 с. Ставище Житомирской обл. 6,5 -92 141,4
95 Колодец 9,2 с. Кочеров Житомирской обл. 6,0 -81 143,1
96 Водопровод г. Коростышев Житомирской обл. 5,0 -75 144,1
97 Колодец 6,0 с. Ивановка Житомирской обл. 7,0 -77 143,8
98 Колодец 4,5 с. Березовка Житомирской обл. 6,5 -84 142,6
99 Колодец 3,5 с. Выдумка Житомирской обл. 6,5 -70 144,8
100 Колодец 5,5 с. Броники Житомирской обл. 7,0 -78 143,6
101 Колодец 3,0 г. Новгород-Волынский Житом. обл. 7,0 -78 143,6
102 Колодец 4,0 г. Корец Ровенской обл. 6,0 -92 141,4
103 Колодец 37,0 с. Белая Крыница Ровенской обл. 6,0 -88 142,0
104 Колодец 17,0 с. Тараканов Ровенской обл. 5,0 -76 143,9
III-1. Северная лесостепная ландшафтно-геохимическая зона
105 Колодец 3,5 с. Горенка Тернопольской обл. 7,0 -80 143,3
6 Скважина с. Б. Андрусовка Кировоград. обл. 7,0 -96 140,8
7 Колодец 7,0 с. Каменка Черкасской обл. 7,0 -94 141,1
8 Родник излив. там же 7,0 -88 142,0
9 Колодец 19,5 г. Смела Черкасской обл. 5,5 -78 143,6
10 Водоток Там же, р. Тясмин 5,0 -55 147,2
11 Колодец 19,7 с. Балаклея Черкасской обл. 7,0 -88 142,0
12 Колодец 11,0 с. Орловец Черкасской обл. 5,0 -93 141,2
13 Колодец 27,0 с. Городище Черкасской обл. 5,0 -87 142,2
14 Колодец 13,0 с. Петропавловка Черкасской обл. 5,0 -80 143,3
15 Колодец 18,5 с. Ольшаны Черкасской обл. 5,0 -82 143,0
16 Колодец 15,2 с. Тарасовка Черкасской обл. 5,0 -80 143,3
18 Колодец 6,3 с. Лысянка Черкасской обл. 5,0 -76 143,9
20 Родник там же, р. Гнилой Тикич 5,0 -77 143,8
21 Колодец 18,1 с. Почапинцы Черкасской обл. 5,0 -90 141,7
22 Колодец 12,5 с. Верещаки Черкасской обл. 5,5 -96 140,8
23 Колодец 14,5 с. Бужанка Черкасской обл. 5,0 - -
24 Колодец 9,0 с. Баштечки Черкасской обл. 5,5 -82 143,0
25 Колодец 5,0 с. Будки Черкасской обл. 5,0 -78 143,6
26 Колодец 10,0 с. Вотылёвка Черкасской обл. 5,0 -75 144,1
27 Колодец 7,3 с. Баштечки Черкасской обл. 7,0 -82 143,0
28 Колодец 13,2 г. Жашков Черкасской обл. 7,0 -89 141,9
29 Колодец 8,0 с. Бузовка Черкасской обл. 5,0 -94 141,1
30 Водоток там же, р. Горный Тикич 7,0 -54 147,3
50
№
проб
Источник,
глубина, м. Привязка pH
Изотопн. состав H
δD, ‰ D, ppm
III-2. Южная лесостепная ландшафтно-геохимическая зона
1 Колодец 6,3 с. Цыбулево Кировоградской обл. 7,0 -88 142,0
2 Колодец 5,5 с. Шамовка Кировоградской обл. 7,0 -96 140,8
3 Водоток с. Дмитровка, р. Ингулец около Знаменки 5,0 -73 144,4
4 Колодец 6,5 с. Григорьевка Кировоградской обл. 7,0 -87 142,2
5 Колодец 6,0 с. Золотаревка Кировоградской обл. 7,0 – –
17 Колодец 16,5 с. Звенигородка Черкасской обл. 5,0 -84 142,7
31 Колодец 12,5 с. Родниковка Черкасской обл. 5,5 -82 143,0
32 Колодец 8,2 с. Ропотуха Черкасской обл. 5,0 -86 142,4
33 Колодец 6,3 с. Данилова Балка Кировоград. обл. 5,0 -74 144,2
34 Родник там же, ручей 7,0 -80 143,3
35 Водоток р. Ю. Буг, Одесская трасса 8,0 -65 145,6
36 Колодец 3,5 с. Дубиново Николаевской обл. 5,0 -76 143,9
37 Колодец 3,2 с. Кривое Озеро Николаевской обл. 7,0 -83 142,8
80 Колодец 7,0 с. Александровка Кировоград. обл. 7,0 -97 140,6
81 Колодец 17,2 с. Злынка Кировоградской обл. 7,0 -89 141,9
82 Колодец 29,8 с. хмелевое Кировоградской обл. 7,0–8,0 -87 142,2
83 Колодец 10,2 с. Новопавловка Кировоград. обл. 7,0 -89 141,9
84 Колодец 13,5 с. Ольшаное Кировоградской обл. 6,0–7,0 -80 143,3
85 Колодец 30,0 Ново-Архангельск Кировоград. обл. 7,0 -88 142,0
86 Водоток То же, р. Синюха 6,0–7,0 -62 146,1
87 Колодец 27,0 с. Подвысокое Кировоград. обл. 7,0 -77 143,8
88 Колодец 3,8 с. Владимировка Кировоград. обл. 7,0 -92 141,4
89 Колодец 32,0 с. Небелевка Кировоградской обл. 7,0 -95 141,0
90 Родник с руч. с. Дубово пр. приток р. Синюха 7,0 -90 141,7
III-3. Приднестровская лесостепная ландшафтно-геохимическая зона
106 Колодец 5,0 с. Тысмечаное Ив.-Франковск. обл. 7,5 -72 144,5
IV-1. Северная степная ландшафтно-геохимическая зона
38 Колодец 5,5 г.Первомайск Николаевской обл. 7,0 -72 144,5
39 Колодец 9,0 с. Геновка Николаевской обл. 7,0 -93 141,3
40 Водоток река. Ю. Буг, Кишиневская трасса 5,0 -62 146,1
41 Родник там же (Николаевская обл.) 7,0 – –
42 Колодец 33,7 с. Лысая Гора Николаевской обл. 6,0 -101 140,0
43 Водоток там же, р. Черный Ташлык 8,0 -66 145,5
44 Колодец 13,5 с. Игнатовка Кировоградской обл. 7,0 -82 143,0
45 Колодец 27,0 с. Песчаный Брод Кировоград. обл. 7,0 -90 141,7
46 Колодец 4,5 г. Новоукраинка Кировоградской обл. 7,0 -82 143,0
47 Колодец 2,4 с. Красный Раздол Кировоград обл. 7,0 -98 140,5
48 Колодец 16,5 с. Анновка Николаевской обл. 7,0 -77 143,8
49 Родник с. Костоватое 0,5 км ЮЗ. 6,0-7,0 -77 143,8
50 Колодец 6,5 с. Костоватое Кировоградской обл. 5,0 -73 144,4
51 Колодец 7,0 с. Витязевка Кировоградской обл. 5,0 -74 144,2
52 Колодец 5,5 с. Кировское Кировоградской обл. 5,0 -82 143,0
51
№
проб
Источник,
глубина, м. Привязка pH
Изотопн. состав H
δD, ‰ D, ppm
IV-1. Северная степная ландшафтно-геохимическая зона
53 Колодец 5,5 г. Бобринец Кировоградской обл. 7,0 -84 142,7
54 Колодец 7,0 с. Алексеевка Кировоградской обл. 7,0 -91 141,6
55 Скважина там же 5,0 -90 141,7
56 Колодец 12,2 с. Степановка Кировоградской обл. 7,0 -77 143,8
57 Водоток там же, р. Ингул 7,0 -80 143,3
58 Колодец 10,0 там же 7,0 -80 143,3
59 Колодец 9,0 Долинская Кировоградской обл. 7,0 -82 143,0
60 Колодец 7,8 с. Александровка Кировоград. обл. 7,0 -87 142,2
61 Водоток Там же, р. Боковенька 5,0 -65 145,6
62 Колодец 11,3 с. Н.-Шевченково Кировоград. обл. 8,0 -76 143,9
63 Колодец 19,0 с. Гуровка Кировоградской обл. 6,0-7,0 -89 141,9
64 Колодец 12,0 с. Терноватка Днепропетровск обл. 6,0-7,0 -65 145,6
65 Водоток с. Лозоватка, р. Ингулец, там же 8,0 -68 145,2
66 Колодец 10,2 там же 7,0 -82 143,0
67 Колодец 12,7 с. Анновка Кировоградской обл. 7,0 -84 142,7
68 Колодец 8,5 г. Пятихатки Днепропетровской обл. 7,0 -84 142,7
69 Колодец 8,4 с. Желтое Днепропетровской обл. 6,0-7,0 -86 142,4
70 Колодец 12,3 Ст. Зеленая Днепропетровской обл. 7,0 -64 145,8
71 Колодец 10,5 там же 7,0-8,0 -86 142,4
72 Колодец 12,0 с. Нов. Стародуб Кировоград. обл. 4,5 -81 143,1
73 Скважина 25 там же 5,0 -67 145,3
74 Водоток там же, р. Ингулец 7,0-8,0 -62 146,1
75 Скважина с. Олимпиадовка Кировоград. обл. 7,0 -93 141,3
76 Колодец 6,5 с. Новая Прага Кировоград. обл. 8,0 -88 142,0
77 Колодец 12,5 с. Аджамка Кировоградской обл. 7,0 -94 141,1
78 Скважина 150 с. Шестаковка Кировоград. обл. 7,0 -94 141,1
79 Колодец 20,5 с. Большая Виска Кировоград. обл. 5,0 -82 143,0
Примечание: Отбор проб проведен в период 26–27. 05. 1979 (пробы 91-106, Ф. И. Жуков) и 18–24. 07.
1979 (пробы 1–90, Ю.Н. Демихов). Систематика и нумерация ландшафтно-геохимических зон дана
по Б.Ф. Мицкевичу [9]. Некоторые особенности проб: 46, 47, 48, 71 — вода соленая; 13 — вода ржавая;
79 — вода молочного цвета; 49, 51 — родник и колодец в кристаллических породах; 56 — колодец очень
старый (1910 г).
Таблица 2. Изотопный состав водорода природных вод района Кировограда (северная степ-
ная ландшафтно-геохимическая зона) и содержание в них радиоактивных элементов.
№
проб
Источник,
глубина, м. Привязка
М-ция U Ra Изотопн. состав H
г/л 10-6 г/л 10-12 г/л δD, ‰ D, ppm
111 Скв. 1016, 700
Кировоград
1,0 228 5 -98 140,5
112 Водоток рядом 1,6 4 <1 -83 142,8
113 Колодец 1,5 5 <1 -102 139,9
114 Колодец 23,5 1,7 4,5 1 -100 140,2
115 Колодец 35,5 1,8 25 3 -99 140,4
116 Колодец 26,5 1,5 18 3 -92 141,4
52
№
проб
Источник,
глубина, м. Привязка
М-ция U Ra Изотопн. состав H
г/л 10-6 г/л 10-12 г/л δD, ‰ D, ppm
117 Колодец
Кировоград
1,0 10 1 -90 141,7
118 Колодец 10,6 1,7 34 3 -90 141,7
119 Колодец 26,1 1,5 7 <1 -75 144,1
120 Колодец 2,4 17 <1 -72 144,5
121 Колодец 3,2 21 1 -72 144,5
122 Колодец 19,3 1,4 11 1 -70 144,8
123 Колодец 20,5 1,7 6 1 -68 145,2
124 Колодец 8,6 1,4 23 <1 -63 145,9
125 Колодец 10,7
Грузское
0,7 9 1 -83 142,8
126 Колодец 19,0 0,8 15 2 -87 142,2
127 Колодец 4,2 2,4 11 1 -88 142,0
128 Колодец 5,7 2,0 14 2 -95 141,0
129 Колодец 10,5
Обозновка
1,7 18 9 -91 141,6
130 Колодец 8,5 0,6 2 <1 -93 141,3
131 Родник 1,2 6 2 -98 140,5
132 Скважина
Подгайцы
1,4 3 11 -95 141,0
133 Водоток, Ингул 0,7 0,6 <1 -58 146,7
134 Колодец 2,1 8 <1 -90 141,7
135 Колодец 0,8 2 <1 -86 142,4
136 Колодец 2,2 1 1 -88 142,0
137 Колодец 2,8 8 1 -80 143,3
138 Колодец 2,4 11 2 -77 143,8
139 Колодец 3,1 1 <1 -75 144,1
140 Колодец 1,7 3 <1 -72 144,5
141 Колодец 1,2 2 <1 -71 144,7
142 Колодец
Андрусово
2,2 -88 142,0
143 Колодец 1,3 -79 143,4
144 Колодец Севериновка 2,0 -84 142,7
145 Водоток, Ингул Лозоватка 0,7 -55 147,2
146 Колодец Подмогиль 1,3 -92 141,4
147 Скважина Подгайцы 1,4 -103 139,7
148 Колодец Лепеховка 0,7 -96 140,8
149 Колодец С. Балка 2,7 -88 142,0
150 Колодец
Грузское
1,3 -77 143,8
151 Колодец 4,2 -86 142,4
152 Колодец 0,9 -66 145,5
153 Колодец 0,8 -66 145,5
154 Колодец 1,8 -93 141,3
155 Скв. 1578, 100
Подгайцы
1,6 -80 143,3
156 Скв. 1578, 240 1,7 -89 141,9
157 Скв. 1578, 285 1,7 -86 142,4
158 Скв. 1578, 350 1,8 -81 143,1
159 Скважина, 25 Лозоватка 0,8 -96 140,8
53
№
проб
Источник,
глубина, м. Привязка
М-ция U Ra Изотопн. состав H
г/л 10-6 г/л 10-12 г/л δD, ‰ D, ppm
160 Скв. 1590, 85
Севериновка
0,7 -72 144,5
161 Скв. 1590, 180 0,6 -70 144,8
162 Скв. 1590, 320 0,6 -70 144,8
163 Колодец
Алексеевка
1,1 -93 141,3
164 Колодец 1,4 -94 141,1
165 Колодец 1,3 -92 141,4
166 Колодец 1,1 -90 141,7
167 Колодец Лозоватка 1,4 -92 141,4
168 Колодец Кандаурово 0,8 -95 141,0
169 Колодец В. Байраки 0,7 -92 141,4
170 Колодец Веселовка 0,8 -89 141,9
171 Колодец Там же 2,0 -84 142,7
Примечание: Отбор проб (111–141, всего 31 проба) проведен в период 14–21.07.1978 (Ю.Н. Демихов,
Н.А. Викторова). Пробы 142–171 предоставлены ГГП «Кировгеология», там же определены общая
концентрация солей и содержание радиоактивных элементов в воде. Изотопный состав водорода
воды определялся по методике, описанной в работе [5]. Дополнительные сведения об источниках:
111 — рудная скважина; 120, 121 колодцы находятся в 200 и 400 м от рудной скважины соответ-
ственно; 131 — родник со скоростью истечения 0,3 м/сек; 132 — вода с запахом сероводорода, содер-
жание H2S 4 мг/л. Температура воды, измеренная в некоторых глубинных источниках, составляла
9–12,5° С
Диапазон значений δD воды всех 163 источников составляет -103…-54 ‰ при
практически одинаковых вариациях этой величины по данным регионального (табл. 1)
и локального (табл. 2) опробования. В среднем соотношение изотопов водорода равно
-82,7‰, т.е. оно несколько смещено относительно модального значения в сторону уве-
личения содержания протия. Рассчитанное содержание дейтерия в водах составляет
139,7–147,3 (среднее 142,9) ppm.
Близкий диапазон изменения изотопного состава водорода подземных (пластовых)
вод ряда бассейнов США (±20‰, при сопоставимых значениях δD, данные Р. Клейтона,
Д. Графа и др., 1965, 1966) находим в обобщающей работе В.И. Ферронского, В.А. По-
лякова [16]. Отметим также высокую сходимость наших данных с опубликованными
результатами по европейской части СССР: -108…-61 ‰ в речных водах; -104…-42 ‰ в
подземных водах (колодцы, родники, скважины) [1]. Причем, если изотопные соотно-
шения водорода в речных водах и подземных источниках зоны активного водообмена, по
Ветштейну, в общем, не очень отличаются, то, согласно нашим исследованиям (табл. 3),
отличия в источниках разной глубинности весьма существенны. Причина этого, возмож-
но, заключается в значительном разбросе времени опробования природных источников,
исследованных в цитированной работе: даты опробования речных вод, в частности, отно-
сятся к 1965–1973 годам, относительно времени года — к апрелю-октябрю. В нашем же
случае пробы взяты, в основном, в течение короткого временного отрезка и при относи-
тельно устойчивой погоде, т.е. результаты отражают определенный климатический срез.
Закономерности распределения дейтерия в природных водах района
Материал, представленный в табл. 3 и 4, позволяет оценить тенденции изменения
изотопных соотношений водорода, (в том числе абсолютное содержание дейтерия), в во-
дах в зависимости от вида источника (глубины отбора проб) и его положения в гидрогра-
фической сети, а также от ландшафтно-геохимических условий.
При анализе таблиц, прежде всего, обращает на себя внимание тенденция утяжеле-
ния воды по дейтерию в ряду: скважины глубиной до 350 м — колодцы глубиной 2–35 м и
родники — поверхностные водотоки. Эта тенденция отчетливо прослеживается для всех
изученных ландшафтно-геохимических зон, где такие типы источников имеются, для всех
54
рек гидрографической сети, а также для района в целом. Разница средних значений δD
воды поверхностных водотоков и глубоких источников (колодцев, родников и скважин)
составляет от 15,8–20,3 до 30,5 ‰ (табл. 3). Причем, наибольшая разница зафиксирована
в северной лесостепной зоне, тогда как в более южных зонах она существенно ниже. Не-
сколько увеличиваются от северной и южной подзон лесостепной зоны к степной также и
средние значения водородного показателя (pH): 5,7–6,5–6,6 соответственно (табл. 4), т.е.
возрастает щелочность вод. В этом же направлении усиливается расчлененность рельефа
и, соответственно, скорость водообмена между подземными и поверхностными водами.
Таблица 3. Значения δD и pH природных вод в разных ландшафтно-геохимических зонах
центральной части Украинского щита
Зоны УЩ
pH воды δD воды (‰)
n вариации среднее n вариации среднее
II 14 4,5–7,0 6,2 14 -92…-70 -81,8
III-1 24 5,0–7,0 5,7 23 -96…-54 -82,3
(а) 22 5,0–7,0 5,7 21 -96…-75 -85,0
(б) 2 5,0–7,0 6,0 2 -55…-54 -54,5
III-2 24 5,0–8,0 6,5 23 -97…-62 -83,5
(а) 21 5,0–7,5 6,5 20 -97…-74 -86,0
(б) 3 5,0–8,0 6,5 3 -73…-62 -66,7
III-3 1 – 7,5 1 – -72,0
IV-1 42 4,5–8,0 6,6 41 -101…-62 -80,7
(а) 36 4,5–8,0 6,6 35 -101…-64 -83,0
(б) 6 5,0–8,0 6,8 6 -80…-62 -67,2
Кировоград – – – 61 -103…-55 -84,2
(а) – – – 56 -103…-63 -85,9
(б) – – – 5 -83…-55 -65,6
В целом (а) 94 4,5–8,0 6,3 147 -103…-63 -84,6
В целом (б) 11 5,0–8,0 6,5 16 -83…-54 -65,0
Примечание: II. Южнополесская зона (13 проб отобраны из колодцев, 1 — из водопровода). III-1. Се-
верная лесостепная зона, в том числе колодцы, скважины и родники (а) и водотоки (б). III-2. Южная
лесостепная зона (а, б). III-3. Приднестровская лесостепная зона (проба взята из колодца). IV-1.
Северная степная зона (а, б). Район Кировограда (а, б).
Установленная тенденция снижения содержания дейтерия в ряду источников раз-
личной глубины может быть объяснена двумя эффектами — испарением части влаги на
поверхности и/или запаздывающим водообменом на глубине.
Проявление эффекта испарения, помимо устойчивого и весьма существенного
смещения изотопного соотношения водорода в пользу дейтерия, и именно в наиболее
жаркий и засушливый период года, подтверждается также геологическими фактами [9].
Это, в частности, эпизодическое формирование автономных ландшафтов с признаками
осолонения — отложения соды и бикарбоната в почвах в северной части степной зоны и
сульфата (гипса) в южной. Испарительный эффект с изотопным утяжелением водорода (и
кислорода) подтверждается как наблюдениями над процессом естественного испарения
воды, например, Черного моря, так и опытным путем (до известного предела), причем
максимальная концентрация дейтерия (и кислорода-18) в воде отмечена перед началом
осаждения гипса, после чего происходит инверсия процесса [1]. Судя по приведенным
в цитированной работе данным, в естественных условиях увеличение δD на 15‰ про-
исходит при потере до 50% объема воды. Об этом же эффекте свидетельствует сравне-
ние δD воды в Днепре (Киев): повышенное содержание дейтерия (-61‰) наблюдается
55
в воде, взятой летом (09.07.69 [1]); несколько легче она зимой (-70‰) 01.12.79, (-68‰)
26.01.80; пониженное содержание дейтерия (-81‰) установлено весной, после половодья
(23.05.79) (последние 3 пробы отобраны Ю.Н. Демиховым).
Таблица 4. Содержание дейтерия, а также значения δD и pH в природных водах из источ-
ников разной глубинности в бассейнах главных рек района
Гидросфера, тип источника n pH δD, ‰ D, ppm
Днепр, правобережье (район Кременчугского водохранилища)
Скважина 1 7,0 -96 140,8
Родник 1 7,0 -88 142,0
Колодец 9 5,0–7,0 (5,7) -94…-78 (-85,4) 141,1–143,6 (142,4)
Водоток р. Тясмин 1 5,0 -55 147,2
Среднее 12 5,0–7,0 (5,9) -96…-55 (-84,0) 140,8–147,2 (142,6)
Бассейн р. Синюха
Родник 2 5,0–7,0 (6,0) -90…-77 (-83,5) 141,7–143,8 (142,8)
Колодец 23 5,0–7,0 (6,1) -101…-75 (-86,3) 140,0–144,1 (142,3)
Водоток рр. Синюха, Горн.
Тикич, Черн. Ташлык 3 6,5–8,0 (7,2) -66…-54 (-60,7) 145,5–147,3 (146,3)
Среднее 28 5,0–8,0 (6,3) -101…-54 (-83,4) 140,0–147,3 (142,7)
Бассейн р. Ингул
Скважина 2 5,0–7,0 (6,0) -94…-90 (-92,0) 141,1–141,7 (141,4)
Колодец 6 5,0–7,0 (6,7) -94…-77 (-84,7) 141,1–143,8 (142,6)
Водоток р. Ингул 1 7,0 -80 143,3
Среднее 9 5,0–7,0 (6,6) -94…-77 (-85,8) 141,1–143,8 (142,4)
Бассейн р. Ингулец
Скважина 2 5,0–7,0 (6,0) -93…-67 (-80,0) 141,3–145,3 (143,3)
Колодец 15 4,5–8,0 (6,9) -96…-64 (-82,5) 140,8–145,8 (142,9)
Водоток р. Ингулец и приток 4 5,0–8,0 (6,4) -73…-62 (-67,0) 144,4–146,1 (145,3)
Среднее 21 4,5–8,0 (6,7) -96…-62 (-79,3) 140,8–146,1 (143,4)
Бассейн р. Южный Буг
Родник 2 6,0–7,0 (6,8) -80…-77 (-78,5) 143,3–143,8 (143,6)
Колодец 8 5,0–7,0 (6,0) -93…-72 (-77,8) 141,3–144,5 (143,6)
Водоток р. Ю. Буг 2 5,0–8,0 (6,5) -65…-62 (-63,5) 145,6–146,1 (145,8)
Среднее 12 5,0–8,0 (6,2) -93…-62 (-75,5) 141,3–146,1 (144,0)
Среднее по району
Скважина 5 5,0–7,0 (6,2) -96…-67 (-88,0) 140,8–145,3 (142,0)
Родник 5 5,0–7,0 (6,5) -90…-77 (-82,4) 141,7–143,8 (142,9)
Колодец 61 4,5–8,0 (6,3) -101…-64 (-84,0) 140,0–145,8 (142,7)
Водоток 11 5,0–8,0 (6,6) -80…-54 (-64,7) 143,3–147,2 (145,7)
Примечание: в скобках приведены средние значения.
В пользу второго механизма связанного с запаздыванием водообмена с глуби-
ной говорит факт уменьшения разницы значений δD в южных частях района с более
расчлененным рельефом и, соответственно, сближенными бассейнами поверхностных
и подземных вод. Иначе говоря, в северной лесостепной зоне с относительно пологим
рельефом водообмен между поверхностными водотоками и подземными водами, их пи-
тающими, замедлен, по сравнению с южной лесостепной и северной степной зонами. В
56
этом плане интерес представляют факты [9] не просто проявления загипсованности почв,
но и постепенного ее снижения с севера на юг, т.е. факты, которые отражают снижение в
этом направлении влияния на фракционирование изотопов водорода эффекта испарения
и повышение эффекта водообмена.
Показательно в этом отношении сравнение значений pH, δD (‰) и содержания
дейтерия (ppm) всех выше указанных типов источников и всего массива проб (табл. 3),
которое свидетельствует о том, что повышение содержания дейтерия и увеличение ще-
лочности вод, действительно взаимосвязаны. Эта связь подтверждается корреляционным
анализом, согласно которому r (pH-D) = +0,19; при n = 102 и 90% значимости критичес-
кое значение r = 0,16; т.е. связь положительна и значима. Но если из всей совокупности
проб исключить пробу 106 (табл.1), относящуюся к приднестровской лесостепной зоне,
то корреляция нарушается (r=+0,04). Эта проба, единственная для Приднестровья, ха-
рактеризуется pH=7,5 и δD = -72 ‰, а указанный район по условиям близок к горному
со специфическими автономными ландшафтами [9]. Целесообразность же ее включе-
ния в выборку, на наш взгляд, определяется необходимостью показать по возможности
полноценный латеральный ландшафтно-геохимический переход. Любая дальнейшая
локализация этого перехода не просто нарушает указанную связь, но приводит к ее ин-
версии. Положительная связь pH-D может определяться эффектами испарения и/или
водообмена с реликтами морской воды, т.е. по сути ландшафтно-геохимической зональ-
ностью.
На более локальном уровне, т.е. при статистическом сравнении пары pH-D отдель-
ных ландшафтных зон (подзон) или их переходов, коэффициенты парной корреляции
являются отрицательными и незначимыми (иногда они приближаются к значимым).
Только для одной выборки, включающей пробы вод лесостепной (северной и южной ее
частей) и степной зон, в рамках рис. 1, r (pH-D) = -0,47 (при n = 87 и 90% значимости кри-
тическое значение r = 0,18), т.е. установлена отрицательная значимая связь.
Если выше описанная тенденция положительной связи pH-D определяется
эффектами испарения и водообмена, т.е. по сути ландшафтно-геохимической зональ-
ностью, то тенденция отрицательной связи, проявленная более локально, может быть
следствием активного формирования коры выветривания. Для условий мезозойской
остаточной коры каолинового типа, как это показали Ю.Г. Герасимов и др. [3], величина
рН в верхней части профиля или в зоне полной каолинизации (6,0-6,5) свидетельствует
об относительно кислой среде. Щелочные условия (рН=7,5-8) в подземных водах воз-
никают только в нижних частях профиля, ниже уровня грунтовых вод. При взаимодей-
ствии подземных вод и глинистых минералов (монтмориллонит, каолинит и др.) вода
обогащается D и обедняется O18 [1,16]. Т.е .взаимодействие вода-порода в условиях коры
выветривания, особенно в верхних ее частях, может привести к повышению содержания
дейтерия, особенно при повышении кислотности. Кислотность подземных вод в нашем
районе может возрастать за счет окисления сульфидов, особенно пирита (вплоть до об-
разования серной кислоты). Пирит, как известно [2], образует устойчивую примесь в ди-
афторитах и альбититах всех урановых месторождений района.
Материал, обобщенный в табл. 5, 6, относится к гидросфере Кировограда и его
окрестностей, т.е. взят в непосредственной близости от альбититовых месторождений
урана. Он позволяет оценить взаимосвязь изотопного состава водорода этих вод с их хи-
мическим составом (катионным и анионным), а также количеством содержащихся в них
радиоактивных элементов (U, Ra).
Как видно из табл. 5, в составе вод преобладают гидрокарбонатные, гидрокарбонатно-
сульфатные и сульфатные кальциевые и натриевые типы, участие хлоридно-магниевых
вод количественно ограничено, хотя они не так и редки. Так, по данным Б.Ф. Мицкевича
и др. [10], среднее содержание перечисленных анионов в поверхностных водах северной
степной ландшафтно-геохимической зоны составляет (мг/л): HCO3
–= 325,7; SO4
2– = 714,1;
Cl– = 243,9; при суммарном количестве ионов 1–2 г/л и pH = 6,3. Концентрация SO4
2– и
Cl– выше только в южной части степной зоны, где увеличивается и суммарное количе-
ство ионов (>2,0 г/л), и щелочность вод (pH = 6,5); в условиях лесостепи она резко пада-
57
ет, снижается также сумма ионов (0,5–1,0 г/л) и щелочность вод (pH = 6,1). Содержание
HCO3
–, наоборот, в лесостепной зоне несколько выше (337,6), а в южной степной зоне
заметно ниже (286,6).
Наиболее минерализованными в районе Кировограда оказываются воды хлоридно-
магниевого состава, которые одновременно характеризуются одним из самых высоких
значений δD. Большей концентрацией дейтерия характеризуется вода гидрокарбонатно-
натриевого состава с относительно невысокой общей минерализацией. Вообще
гидрокарбонатный тип вод, независимо от катионной составляющей, наименее мине-
рализован. Снижение концентрации дейтерия в целом присуще водам, содержащим
сульфат-ион, в среднем самое низкое количество дейтерия установлено в сульфатно-
натриевом типе вод со средней или несколько повышенной соленостью. Статистически
установлена значимая положительная корреляция между содержанием дейтерия и общей
минерализацией воды, коэффициент парной корреляции равен +0,30 (табл. 6).
Таблица 5. Распределение дейтерия в природных водах района Кировограда (северная
степная ландшафтно-геохимическая зона) в зависимости от их химического состава и со-
держание в них урана и радия
Тип вод n Минерализация, г/л δD, ‰ D, ppm U, 10-6 г/л Ra, 10-12 г/л
HCO3
–
8 1,2 -78,6 143,5 7,2 1,6
Mg 1 1,7 -91 141,6 18 9
Ca 5 1,1 -81,0 143,1 6,4 0,6
Na 2 1,1 -66,5 145,4 3,8 0,5
HCO3
–
…SO4
2– 10 1,5 -82,6 142,9 15,9 1,7
Ca 6 1,5 -80,2 143,2 18,5 1,7
Na 4 1,6 -91,3 142,3 12,0 1,8
SO4
2– 7 2,0 -91,3 141,5 5,7 0,9
Ca 4 2,1 -88,2 142,0 7,0 0,6
Na 3 2,0 -95,3 140,9 3,8 1,3
SO4
2–…Cl– 2 2,6 -82,5 142,9 4,5 0,5
Mg 1 3,1 -75 144,1 1,0 0,5
Ca 1 2,1 -90 141,7 8,0 0,5
HCO3
–
…Cl– Mg 1 2,4 -77 143,8 11,0 2,0
Cl– 3 1,8 -89,3 142,0 84,0 5,7
Mg 1 3,2 -72 144,5 21,0 1,0
Ca 1 1,4 -95 141,0 3,0 11,0
Na 1 1,0 -98 140,5 228,0 5,0
Магниевый 4 2,6 -78,8 143,5 12,8 3,1
Кальциевый 17 1,6 -83,8 142,7 10,7 1,6
Натриевый 10 1,6 -86,2 142,3 29,5 (7,4)* 1,7
*В скобках приведено содержание урана без учета аномального значения.
Повышенная минерализация и обогащение дейтерием хлоридно-магниевых вод, ве-
роятно, свидетельствуют в пользу участия в гидросфере района реликтовых морских рас-
солов из некоторых третичных отложений чехла. Как известно [2, 9], четвертичные осадки
и часть третичных пород, например, бучакский горизонт, имеют континентальное про-
исхождение. С учетом связи содержания дейтерия и хлор-иона [1, 16], в нашем случае со-
четание повышенной концентрации в водах солей, в особенности, хлоридно-магниевых, с
утяжелением вод по дейтерию можно рассматривать в качестве признака возможной при-
надлежности их к пластовым водам третичных отложений морского происхождения.
58
Учитывая уже отмеченное нами повышенное содержание карбонатов в отложе-
ниях чехла, морских и континентальных, доминирующая роль гидрокарбонатной (Ca,
Na) составляющей вод, как и содержание в гидрокарбонатных водах дейтерия, являются
естественными и преимущественно «фоновыми». Вклад же в воды сульфат-иона может
быть следствием процессов двоякого рода: ассимиляции реликтов морской воды (и/или
эвапоритов) из третичных пород чехла и окисления сульфидов, как первичных (в породах
фундамента), так и вторичных (в участках вторичного обогащения зоны гипергенеза).
Основным механизмом «формирования» современных изотопных отношений в во-
дах, по-видимому, следует считать смешивание (с разной долей участия) вод литосферы,
в основном седиментационных, включая морские и континентальные, зон гипергенеза,
а также, возможно, трещинных, с инфильтрационными водами метеорного происхож-
дения. Фракционирование изотопов водорода при фильтрации вод, как известно, нич-
тожно мало, а в хорошо промытых структурах вовсе отсутствует, хотя в условиях крайне
затрудненного водообмена содержание дейтерия в водах при фильтрации может увеличи-
ваться [15].
Распределение радиоактивных элементов в водах района Кировограда, судя по
приведенным в табл. 6 статистическим параметрам, весьма неравномерно. Коэффициент
вариации для урана, если даже исключить из выборки пробу с аномальным его содер-
жанием, остается достаточно высоким (81%); также высок этот показатель и для радия
(133,3%).
Таблица 6. Распределение дейтерия и радиоактивных элементов в поверхностных водах
района Кировограда (северная степная ландшафтно-геохимическая зона)
Минерализация,
г/л
Дейтерий,
ppm
Уран, 10-6
г/л
Радий, 10-12
г/л
Количество проб (n) 31 31 31 31
Вариации содержания 0,6–3,2 139,9–146,7 0,6–228 <1–11
Среднее арифметическое (x) 1,65 142,7 17,0 1,8
Стандартное отклонение (s) 0,7 1,8 40,0 2,4
Коэффициент вариации (v, %) 43,8 1,3 235,3 133,3
Коэффициенты парной корреляции (r)
Минерализация – +0,30 -0,13 -0,41
Дейтерий – -0,14 +0,77
Уран – +0,28
Примечание. Параметры распределения U без учета пробы с аномальной концентрацией: n = 30; ва-
риации 0,6–34; x = 10,0; s = 8,1; v = 81,0. Критическое значение r при q 0,10 (90% значимости) и
n = 31 составляет 0,29.
Концентрация U в подземных и поверхностных водах меняется от 0,6 до 228∙10-6 г/л.
Минимальное содержание обнаружено в пробе из водотока в верховьях р. Ингул
(с. Подгайцы); максимум зафиксирован в пробе из скв. 1016 (г. Кировоград), фактически
в пределах урановорудного поля. Без учета этих проб вариации по урану (1–34) составля-
ют порядок значений, близкий к фоновой радиоактивности трещинных вод центральной
части Украинского щита, которая оценивается А.Б. Туктаровой [4] в 10–50•10-6 г/л ура-
на. Приведенные данные подтверждаются материалами В.А. Шумлянского, Е.Г. Сущук
и др. [2], согласно которым содержание урана (10-6 г/л) в водах четвертичных отложений
степной ландшафтной зоны равно в среднем 12; в трещинных водах оно увеличивается
по мере их продвижения от водораздельных участков (10) к областям транзита и местам
разгрузки (30), а также в коре выветривания, особенно по породам с повышенным содер-
жанием урана (до 70–300).
Неравномерность в распределении радия в значительной степени связана с низ-
ким его содержанием в воде большинства источников. В 21 источнике из 31 содержание
59
Ra ≤1, в 7 колодцах оно составляет 2–3 и только в трех источниках (скважины в Подгайцах
и Кировограде и глубокий колодец в Обозновке, табл. 2) повышается до 5–11∙10-12 г/л.
Среди факторов, в значительной степени определяющих содержание урана в водах,
назовем ураноносность пород, вмещающих водоносные горизонты, включая докемб-
рийские урановорудные альбититы и их эдукт, и его формы нахождения, а также пове-
дение урана в условиях гипергенеза. Эти факторы, вероятно частично, можно отнести
и к радию. Существенное значение имеют также условия питания вод — снижение ко-
личества атмосферных осадков, увеличение испарения и интенсивность водообмена
[2,4,12,14]. Особо (как важнейшая) отмечается гидрогеологическая особенность района
урановорудных альбититов c формированием грунтовых вод в пределах главного водо-
раздела систем рек Днепр — Южный Буг и питанием водоносных горизонтов палеогена
водами четвертичных (плиоценовых) песчано-глинистых отложений [2].
Изменение концентрации урана в водах различных ландшафтно-геохимических зон
Украинского щита, помимо перечисленных факторов, зависит от изменения состава вод
(с северо-запада на юг и юго-восток) от гидрокарбонатно-кальциевого с общей минера-
лизацией 0,1–0,5 г/л через сульфатно-гидрокарбонатный с минерализацией 1–2 г/л до
хлоридно-сульфатного с минерализацией 2–5 г/л [4]. В указанном направлении содер-
жание урана систематически повышается. Закономерность по увеличению количества
урана и радия в водах областей с семиаридным климатом по сравнению с гумидными зо-
нами, названная климатической зональностью [14], особенно характерна для вод малых
рек и озер.
По нашим данным (табл. 5), самое низкое содержание урана и радия, при
повышенной общей минерализации, присуще сульфатным и сульфатно-хлоридным во-
дам: U 1–11•10-6 г/л; Ra <1–2•10-12 г/л. Наиболее высокой концентрацией радиоактивных
элементов характеризуется хлоридный тип вод: U 3–228•10-6 г/л; Ra 1–11•10-12 г/л. По-
следнее, согласно А. Н. Токареву и др. [14], наблюдается и в других ураноносных ра-
йонах, где, в частности, «наиболее высокая радиеносность зафиксирована в сильно
минерализованных хлоридных натриево-кальциевых водах зоны затрудненного водо-
обмена». Гидрокарбонатные (в том числе с сульфат- и хлорид-ионом) воды по содер-
жанию урана и радия занимают промежуточное положение, можно сказать, количество
этих элементов, даже при пониженной общей минерализации, устойчиво повышенное:
U 0,6–34•10-6 г/л; Ra <1–9•10-12 г/л. Коэффициенты корреляции обоих элементов с об-
щей концентрацией солей в водах отрицательные, если для урана (r = -0,13) корреляция
незначимая, то для радия (r = -0,41) она значимая.
Устойчивая ураноносность гидрокарбонатных вод связана с доминирующими
формами нахождения и транспортировки урана в обычных слабокислых, нейтральных
и слабощелочных природных водах разного характера минерализации (в экзогенных
условиях) в виде ди- и трикарбонатуранила [UO2(CO3)2(H2O)2
2–] и [UO2(CO3)3
4–]; коли-
чество последних составляет от 84 до 100% [7]. Концентрации сульфатных и хлоридных
комплексных ионов в таких водах не имеют заметного значения, их можно не учитывать
даже в сульфатных и хлоридных водах. Следует подчеркнуть ведущую роль уранил-
гидроксильных комплексных соединений в переносе урана также и в эндогенных
(гидротермальных) условиях [11, 12].
Корреляционная зависимость между ураном и радием является положительной,
хотя и несколько ниже значимой: r (U-Ra) = +0,28; критическое значение коэффициента
корреляции при n = 31 и 90% значимости составляет 0,29 (табл. 6). Однако, связь
радиоактивных элементов с дейтерием в водах различна. Если для урана она незначимая
и отрицательная r (U-D) = -0,14, то для радия она положительная и значимая с очень
высоким значением коэффициента корреляции r (Ra-D) = +0,77. Безусловно, взаимос-
вязь между дейтерием и радием (дочерним продуктом урана) в природных водах урановых
месторождений вообще, и месторождений альбититовой формации, в частности, требу-
ет тщательной проверки, после которой вполне может рассматриваться как локальный
поисковый признак уранового оруденения.
60
Полученные результаты, даже при некоторой ограниченности материала, под-
тверждают известное положение [14] о раздельной геохимической судьбе этих элементов
в урановорудных районах. В водных ореолах рассеяния вокруг урановых месторожде-
ний Ra находится ближе к рудам, тогда как U мигрирует существенно дальше. Раннему
выпадению радия, вскоре после выхода вод на поверхность, способствует сорбция его
глинистыми минералами и гидроокислами Fe. Уран же, наряду с вторичными накопле-
ниями в восстановительных условиях в пределах альбититовых месторождений или в не-
посредственной близости от первоисточников, может выноситься далеко за их пределы с
формированием различных концентраций, известных в мире как поверхностные место-
рождения [6, 13].
Выводы
Представленные результаты исследования изотопного состава водорода в •
природных водах относятся к обширной области Украинского щита, включающей
три ландшафтно-геохимических зоны: южнополесскую, лесостепную, северную
и южную ее части, и южную степную. Воды, функционирующие в непосредствен-
ной близости от месторождений ураноносных альбититов, по своему составу
имеют признаки лесостепной и степной зон. В частности, в них присутствуют
гидрокарбонат-кальциевая, сульфат-натриевая и хлорид-магниевая составля-
ющие с преобладанием первых двух. Такой переменный состав вод может быть
объяснен пространственным совпадением месторождений с областью упомяну-
того ландшафтно-геохимического перехода и/или интенсивным выветриванием
обогащенных сульфидами (пиритом) альбититов в окислительных условиях.
Диапазон значений • δD воды 163 опробованных источников (водотоков, колод-
цев и родников, скважин) составляет -103…-54 ‰ при практически одинаковых
вариациях этой величины по данным регионального (для всего района) и ло-
кального (Кировоград и его окрестности) опробования. В среднем соотно-
шение изотопов водорода равно -82,7‰. Рассчитанное содержание дейтерия
в водах составляет 139,7–147,3 (среднее 142,9) ppm. Полученные результаты
вполне сопоставимы с опубликованными материалами по природным водам
(поверхностным и подземным) других районов мира с аналогичными климати-
ческими условиями.
Для условий лесостепной и степной зон, а также для района в целом установлена •
тенденция утяжеления воды по дейтерию в ряду: скважины глубиной до 350 м —
колодцы глубиной 2–35 м и родники — поверхностные водотоки. Разница меж-
ду значениями δD вод поверхностных водотоков и глубоких источников макси-
мальна в северной лесостепной зоне. В южной лесостепной и северной степной
зонах она существенно ниже. В этом же направлении возрастает щелочность вод,
а также усиливается расчлененность рельефа и, следовательно, скорость водооб-
мена между поверхностными и подземными водами. Установленная тенденция
может быть объяснена двумя эффектами: испарением части влаги на поверхнос-
ти и/или запаздывающим водообменом на глубине в рамках общей ландшафтно-
геохимической зональности.
Корреляционный анализ выборки, включающей пробы вод лесостепной (се-•
верной и южной ее частей) и степной зон показал значимую отрицательную
корреляцию между pH и содержанием дейтерия. Тенденция такой отрицатель-
ной связи проявлена локально и может быть следствием формирования коры
выветривания. Воды в условиях коры выветривания, особенно в верхних ее час-
тях, характеризуются повышенным содержанием дейтерия и пониженными зна-
чениями рН, причем кислотность подземных вод участками может возрастать за
счет продуктов окисления сульфидов, особенно пирита.
Среди вод Кировограда преобладают гидрокарбонатные, гидрокарбонатно-•
сульфатные и сульфатные кальциевые и натриевые типы, участие хлоридно-
магниевых вод ограничено. Повышенная минерализация и обогащение
61
дейтерием хлоридно-магниевых вод объясняется участием в гидросфере райо-
на реликтовых морских рассолов из некоторых третичных отложений чехла.
Гидрокарбонатный тип вод, независимо от катионной составляющей, наименее
минерализован, но обладает относительно узким диапазоном содержания дейте-
рия. Снижение содержания дейтерия присуще сульфатным водам, самое низкое
количество дейтерия установлено в сульфатно-натриевом типе вод со средней
или несколько повышенной соленостью. Установлена значимая положительная
корреляция между содержанием дейтерия и общей минерализацией воды.
Распределение в водах радиоактивных элементов весьма неравномерно. Кон-•
центрация урана меняется от 0,6 до 228∙10-6 г/л; содержание радия — от низ-
кого (≤1) в большинстве источников до 5–11∙10-12 г/л. Самое низкое содер-
жание урана и радия присуще сульфатным и сульфатно-хлоридным водам,
несмотря на их повышенную минерализацию. Наиболее высокая концентрация
радиоактивных элементов установлена в хлоридном типе вод повышенной со-
лености. Гидрокарбонатные воды, в том числе с сульфат- и хлорид-ионом, по
содержанию урана и радия занимают промежуточное положение, количество
элементов, даже при пониженной минерализации, устойчиво повышенное.
Коэффициенты корреляции обоих элементов с концентрацией солей в водах
отрицательные, если для урана корреляция незначимая, то для радия она значи-
мая. Связь радиоактивных элементов с концентрацией дейтерия в водах различ-
на: для урана незначимая и отрицательная, для радия положительная и значимая
с высоким значением коэффициента корреляции (r = +0,77).
Подтверждается вывод о раздельной геохимической судьбе урана и ра-•
дия в урановорудных районах. В водных ореолах радий находится ближе к
первичным рудам, этому, вероятно, способствует сорбция его глинистыми ми-
нералами и гидроокислами Fe. Уран же, наряду с вторичными накоплениями
в восстановительных условиях в пределах альбититовых месторождений или в
непосредственной близости от первоисточников, может выноситься далеко за
их пределы с формированием различных концентраций, известных в мире как
поверхностные месторождения. Взаимосвязь между дейтерием и радием (дочер-
ним продуктом урана) может рассматриваться как локальный поисковый при-
знак первичного уранового оруденения. Увеличение расчлененности рельефа в
южном направлении способствует повышению водообмена различных горизон-
тов и соответственно формированию молодых поверхностных месторождений
урана.
1. Ветштейн В. Е. Изотопы кислорода и водорода природных вод СССР. Ленинград: Недра, 1982. — 216 с.
2. Генетические типы и закономерности размещения урановых месторождений Украины. Отв. редакторы
Я. Н. Белевцев, В. Б. Коваль. Киев: Наук. Думка,1995. — 396 с.
3. Герасимов Ю. Г., Сонкин Л. В., Завьялова Н. Н. Распределение радиоактивных и малых элементов в
коре выветривания чудново-бердичевских гранитов Украинского щита. Радиоактивные элементы в
горных породах. Часть I. Новосибирск, 1972. — С. 49–50.
4. Закономерности образования и размещения урановых месторождений Украины. Отв. редактор Я. Н. Бе-
левцев. Киев: 1968. — 763 с.
5. Коростышевский И. З., Демихов Ю. Н., Березовский Ф. И.. Источники и оценка погрешностей масс-
спектрометрического изотопного анализа водорода в природных водах. Isotopenpraxis, Bd. 18, H.1,
p.10–15.
6. Кудрявцев В. Е., Корнеева Н. П., Титова Р. С. Поверхностные месторождения урана. Материалы по гео-
логии урановых месторождений зарубежных стран. Москва: 1987. — Вып. 38. — С. 9–37.
7. Лисицин А.К. О формах нахождения урана в подземных водах и условия его осаждения в виде UO2 //
Геохимия. — 1962. — № 9. — С. 763–769.
8. Минеева И.Г. Минералого-геохимические аспекты формирования ураноносных альбититов докембрия
// Сов. геология. — 1986. — № 3. — С. 87–93.
9. Міцкевич Б.Ф. Геохімічні ландшафти Українського щита. — Київ: Наук. думка, 1971. — 174 с.
10. Мицкевич Б.Ф., Сущик Ю.Я., Самчук А.И. Физико-химические условия формирования экзогенных
ореолов и потоков рассеяния бериллия. — Киев: Наук. думка, 1984. — 176 с.
11. Наумов Г.Б. Основы физико-химической модели уранового рудообразования. Москва: Атомиздат,
1978. — 213с.
62
12. Основные черты геохимии урана. Под ред. академика А. П. Виноградова. — Москва: Изд-во АН СССР,
1963. — 351с.
13. Оттон Дж. К. Поверхностные месторождения урана: обзор и выводы. Материалы по геологии урановых
месторождений зарубежных стран. Москва: 1987. — Вып. 38. — С. 38–49.
14. Токарев А. Н., Куцель Е. Н., Попова Т. П. и др. Радиогидрогеологический метод поисков месторожде-
ний урана. — Москва: Недра, 1975. — 255 с.
15. Ферронский В. И., Дубинчук В. Т., Поляков В. А. и др. Природные изотопы гидросферы. — Москва:
Недра, 1975. — 280 с.
16. Ферронский В. И., Поляков В. А. Изотопия гидросферы. Москва: Наука, 1983. — 280.
Деміхов Ю.М., Фомін Ю.О. ДЕЙТЕРІЙ У ПРИРОДНИх ВОДАх ЦЕНТРАЛЬНОЇ ЧАС-
ТИНИ УКРАЇНСЬКОГО ЩИТА
Наведено ізотопний склад водню природних вод різноманітних джерел — водотоків, влас-
не джерел, криниць, свердловин (всього 163) в районі розвитку уранових родовищ альбітитової
формації та на підлеглих площах. Досліджено закономірності розподілу дейтерію з урахуван-
ням ландшафтно-геохімічних умов району і особливостей складу вод. Встановлено характер
співвідношення у водах дейтерію з ураном та радієм.
Demikhov Yu.N., Fomin Yu.A. DEUTERIUM IN NATURE WATERS OF THE CENTRAL
PART OF UKRAINIAN SHIELD
The deuterium isotopic composition of the natural water from different sources — rivers, springs,
wells, chinks (in total 163) in the region of albitite uranium deposit development and the border areas
was estimated. The regularities of deuterium distribution with regard to landscape-geochemical
conditions of the region and the peculiarities of water composition were investigated. The character of
correlation between deuterium, uranium and radium in water was established.
|