Основные бальнеологические группы минеральных вод и методы их оценки

Минеральные воды широко распространены в толще земной коры, заполняй поры и трещины в горных породах. Процессы формировании минеральных вод подчинены определенным закономерностям. В результате геологоразведочных работ выделены области-зоны, в которых образуются минеральные воды (или их группы) определенного ионно-солевого и газового состава с наличием тех или иных микрокомпоиентов, температуры и т. д. Эти области получили название «провинций» минеральных вод. В настоящее время выделены 9 основных бальнеологических групп минеральных вод, а внутри групп — различные гидрохимические типы:

• I. Минеральные воды, действие которых определяется ионным составом и минерализацией;
• II. Углекислые воды;
• III. Сероводородные (сульфидные) воды;
• IV. Железистые воды;
• V. Бромные, йодные и йодобромные воды;
• VI. Кремнистые термальные воды;
• VII. Мышьяксодержащие воды;
• VIII. Радоновые (радиоактивные) воды;
• IX. Борсодержащие воды.

Для отнесения минеральных вод к той или иной бальнеологической группе используется совокупность количественных показателей и признаков: 1) общая минерализация вод (суммарное содержание растворенных компонентов), 2) ионный состав минеральных вод, 3) газовый состав и газонасыщенность, 4) содержание в водах терапевтически активных компонентов (минеральных и органических), б) радиоактивность вод, 6) активная реакция воды, характеризуемая величиной pH, 7) температура вод.
Величина и значения перечисленных показателей должны определяться экспериментально на основании объективных изменений, происходящих в организме под воздействием минеральных вод при их внутреннем или наружном применении. При этом ведущими моментами должны быть два пороговых значения: минимальное для определения полезного действия минеральных вод и максимальное (или токсическое) — предельно допустимое, при котором возможны неблагоприятные последствия.

Несмотря на достаточно длительное изучение обширной группы биологически активных элементов минеральных вод, количественные критерии, принятые в СССР и за рубежом, в достаточной мере условны. В современной бальнеотерапевтической практике используются следующие количественные критерии для минеральных вод.

Изучение и количественная оценка минеральных вод по отдельным показателям проводятся как для питьевых вод, так и для бальнеотерапевтических. При этом на основе экспериментальных и клинических исследований разрабатываются объективные критерии и пороговые значения отдельных биологически активных элементов. В настоящее время при оценке питьевых лечебных и лечебно-столовых вод для целей розлива используют следующие предельно допустимые значения компонентов.

К питьевым лечебно-столовым водам относятся воды с минерализацией от 1 до 10 г/л, к лечебным - от 10 до 15 г/л (или с минерализацией менее 10 г/л при наличии в них бальнеотерапевтических количеств мышьяка, бора и некоторых других биологически активных компонентов). В отдельных случаях в качестве лечебных вод используются воды с минерализацией более 15 г/л (Лугела, Баталинская и др.) в строго дозированных количествах.

Минеральные воды, действие которых определяется ионным составом и минерализацией

Данная группа минеральных вод объединяет различные по ионному составу воды с минерализацией от 1 до 300 г/л (рассолы с более высокой минерализацией за редчайшим исключением в практике курортологии не используются). Они составляют основную массу подземной гидросферы и распространены чрезвычайно широко в пределах провинции.

Сульфатные и сульфатно-хлоридные воды формируются в верхней зоне осадочного чехла в породах, содержащих гипс или ангидрид, растворение и выщелачивание которых приводит к накоплению в водах сульфатов. Катионный состав зависит от степени промытости водовмещающих отложений: в хорошо промытых породах идет накопление кальция, в менее промытых — кальция и магния. В наиболее погруженных структурах образуются хлоридно-сульфатные натриевые воды. Указанные воды широко развиты в северной половине Европейской части СССР, Туркмении, Казахстане и южной половине Восточной Сибири.

Сульфатные воды различного катионного состава являются основным типом лечебных питьевых вод Европейской части России. Для лечебного внутреннего применения используются  сульфатно-хлоридные и сульфатно-гидрокарбонатные воды.

Хлоридные воды являются  преобладающим типом в подземной гидросфере, занимая большую часть осадочного чехла, пня развиты почти на всей площади Европейской части СССР, Западной и Восточной Сибири, Казахстана и Туркмении. Залегают указанные воды, как правило, в морских осадочных отложениях на глубине 100-150 м на равнинах и 250-350 м в более пересеченных и возвышенных районах; в районах распространения соленосных пород хлоридные воды залегают близко от поверхности земли. Общая мощность зоны хлоридных вод достигает 2-3 км, а местами — до 4-5 км.

К хлоридным относятся воды, в которых из анионов преобладает хлор (>80 экв. %); катионный состав разнообразный и образуется различным сочетанием (Na, Са и Mg. Обычно среди хлоридных вод преобладают натриевые воды, реже кальциево-натриевые. Хлоридные кальциевые, кальциево-магниевые рассолы распространены ограниченно; как правило, они содержат высокие концентрации брома и образуют самостоятельную бальнеологическую группу. Минерализация хлоридных вод колеблется в очень широком диапазоне: среди них представлены воды от малой и средней минерализации до рассолов (от 35 до 270 г/л). По газовому составу хлоридные воды относятся к азотным и азотно-метановым.

Углекислые воды

Одной из наиболее крупных и ценных в лечебном отношении групп природных минеральных вод являются углекислые, широко используемые в качестве разнообразных питьевых (столовых, лечебно-столовых, лечебных) и бальнеотерапевтических.

В соответствии с современными нормами к углекислым относятся подземные воды, содержащие 0,5 г/л растворенной углекислоты. Эта величина принята в качестве порогового значения для питьевых вод.
Основные области развития углекислых вод связаны со II и III провинциями: Карпатская, Кавказская, Памирская, Тянь-Шаньская, Восточно-Саянская, Забайкальская, Приморская, Сахалинская, Центрально-Камчатская. Перечисленные области в тектоническом отношении являются структурами альпийской системы или зонами эпиплатформенного орогенеза. За пределами провинций в более древних геологических структурах встречаются редкие локальные проявления углекислых вод: Кожаново (Красноярский край), Терси (Кемеровская область), Менкечен (Якутия), Хмельник (Украина) и др. В последние годы глубоким бурением углекислые воды выведены отдельными скважинами вдоль восточного склона Урала, в Терско-Каспийском бассейне Восточного Предкавказья.

Содержание основного биологически активного компонента данной группы — углекислого газа, изменяется в широких пределах: от 1-3 до 20-40 г/л в глубоких горизонтах наиболее крупных месторождений (структуры Кавказских Минеральных Вод), что определяется увеличением растворимости при высоких давлениях.

Большая роль в формировании состава вод принадлежит горным породам, которые подвергаются растворению и выщелачиванию в присутствии углекислоты: так, например, наиболее минерализованные углекислые воды (минерализация >35 г/л) образуются при растворении галогенных (соленосных) формаций (Малый Кавказ, Закарпатский прогиб).

В соответствии со структурно-тектонической зональностью закономерно изменяется и общая региональная зональность углекислых вод. В наиболее древних и, следовательно, более промытых структурах областей эпиплатформенного орогенеза (Тянь-Шань, Памир, Забайкалье, Приморье) наибольшее развитие имеют НСОз—Na и НСОд—Са маломинерализованные воды (тип Дарасун, Боржом). В областях молодой альпийской складчатости (Большой и Малый Кавказ, Карпаты) широко представлены НСОз—Cl—Na, Cl— HCOa—Na и Cl—Na воды, являющиеся продуктом преобразования седиментационных (погребенных) вод морского генеза.

Важной особенностью углекислых минеральных вод является наличие в них широкой гаммы микроэлементов, в том числе биологически активных: кремнекислоты, мышьяка, железа, бора и некоторых других (лития, цезия, рубидия, ртути, фтора, германия). Уровень концентраций этих элементов и их сочетание в отдельных типах вод определяется геохимическими особенностями структур и химическим составом вод: наибольшее количество их отмечается в НСОз—Cl—Na и CI—НСОз—Na типах углекислых вод.

Сульфидные (сероводородные) воды

Советский Союз располагает богатыми запасами сульфидных (сероводородных) вод. Являясь эффективным лечебным фактором, они издавна используются для лечения; первые примитивные курорты и бальнеолечебницы, например в Прикарпатье или Прибалтике, появились в конце XVI—начале XVII веков. В настоящее время сульфидные (сероводородные) воды широко используются для лечения на многих крупных курортах и в бальнеолечебницах: Мацеста, Талги, Шихово, Горячий Ключ, Немиров, Кемери, Усть-Качка и др.

Сульфидные воды весьма разнообразны по условиям формования, в связи с чем представлены различными типами по ионному составу, концентрации H2S+HS и минерализации.

На территории СССР развиты сероводородные (сульфидные) воды от слабо- и маломинерализованных до сверхкрепких расколов с содержанием солей свыше 600 г/л, от слабо сульфидных до крепких и очень крепких (200-500 и нередко 1000-2000 мг/л H2S4-HS-. Наибольшим распространением и значением пользуются хлоридные натриевые воды; менее распространены сульфатные кальциевые (и магниево-кальциевые), сульфатно-хлоридные натриевые и гидрокарбонатно-хлоридные натриевые.

Подавляющее болыиинсство сульфидных вод содержит биогенный сероводород, образовавшийся в результате восстановления сульфатов сульфатредуцирующими бактериями с использованием органического вещества коренных пород. Сероводород химического (в том числе термохимического) генезиса и погребенный в осадках биогенного происхождения существует, но имеет ограниченное распространение. При наличии сульфатов и органического вещества процессы биогенной сульфатредукции охватывают мощные толщи осадочных пород и сульфидные воды образуют регионально выдержанные водоносные комплексы (или их многоэтажную пластовую систему, как в Волго-Уральской нефтегазоносной провинции) с высоким содержанием сероводорода.

По происхождению сульфидные воды разнообразны: от древней погребенной рапы и морских седиментационных вод до инфильтрационных вод выщелачивания, при этом наиболее широко распространены воды смешанного (атмосферного и морского) и атмосферного генезиса.

Железистые воды

К железистым минеральным водам относятся воды с суммарным содержанием железа (Fe2++Fe3+) более 10 мг/л. Железо поступает в подземные воды за счет разрушения горных пород и минералов (главным образом, сульфидов) инфильтрационными водами в определенных геоструктурных зонах земной коры. Наиболее распространенными подгруппами по газовому составу являются железистые азотные и углекислые воды (I и II провинции).

Азотные железистые воды формируются в зонах окисления рудных месторождений вследствие интенсивного выщелачивания железа кислыми (pH 1,5-3,0) рудничными водами и характеризуются преимущественно сульфатным или хлоридно- сульфатным составом со сложным сочетанием в катионной части Fe, AI, Mn, Zn, иногда Na (Гайское, Карабашское, Блявинское). Содержание железа достигает нескольких сотен мг/л.

Вторая группа азотных железистых вод генетически связана с подземными водами рыхлых четвертичных отложений, для которых характерны пестрый катионный состав, в анионной части — преимущественно сульфаты и гидрокарбонаты, а уровень минерализации соответствует пресным водам; содержание железа не превышает 0,070 г/л.

Наибольшее распространение среди всех групп железистых вод имеют углекислые воды. Повышенное содержание железа в углекислых водах отмечается практически во всех основных провинциях (см. рис. 18), что обусловлено общностью гeoxимических условий формирования: источником поступления железа в углекислые воды являются вмещающие породы, при выщелачивании которых в присутствии углекислоты образуются двухвалентные соединения, главным образом бикарбонаты железа, имеющие высокую растворимость в широком диапазоне pH от 3 до 8.

В углекислых; водах железо является типоморфным компонентом в следующих гидрохимических типах: 1) гидрокарбонатные магниево-кальциевые и натриево-магниево-кальциевые слабоминерализованные (минерализация 1-3 г/л); 2) сульфатно-гидрокарбонатные (гидрокарбонатно-сульфатные) магниево-кальциевые, натриевые, малой минерализации (2-5 г/л); 3) хлоридно-гидрокарбонатные (гидрокарбонатно-хлоридные) натриевые и кальциево-натриевые, маломинерализованные (3-7 г/л). Сравнительно редко повышенные концентрации железа отмечаются в гидрокарбонатных натриевых водах (тип боржомский) и в высокоминерализованных (15-35 г/л) хлоридных натриевых, иногда достигающих рассольных. Железистые воды являются весьма ценными питьевыми лечебными и лечебно-столовыми, на базе которых действуют крупные санаторные комплексы (Дарасун, Марциальные воды, Полюстрово, Джермук, Шаян, Анкаван и др).

Бромные, йодные и йодобромные воды

Лечебное применение этой группы вод определяется следующими пороговыми значениями: для Вr — 25 мг/л, и для I — 5 мг/л при условий пересчета на 10 г/л общей минерализации.

Условия накопления брома и йода в подземных водах отличаются, вследствие чего крепкие рассолы часто содержат мало йода (а иногда йод в них отсутствует); в то же время, бром, как правило, является спутником йода; йодные воды с низким содержанием брома встречаются сравнительно редко.

Поскольку накопление высоких концентраций брома в подземных водах связано, главным образом, с процессом концентрирования морских вод, то по составу они являются преимущественно хлоридными натриевыми, кальциево-натриевыми или кальциевыми рассолами. Последние широко развиты в глубоких горизонтах восточной половины Европейской части СССР и Восточной Сибири. Общее количество брома зависит от засоленности осадочной толщи артезианского бассейна и колеблется от нескольких мг/л до 9-10 г/л. Растворенные газы представлены в основном азотом и метаном: иногда присутствуют сероводород и углекислота.

Высокие концентрации йода встречаются как в рассолах, так и в менее минерализованных водах. По химическому составу это хлоридные натриевые и гидрокарбонатно-хлоридные натриевые воды; по газовому составу они преимущественно метановые, в ряде случаев с сероводородом и иногда углекислотой.

Кремнистые термальные воды

К кремнистым термальным водам относится обширная группа вод с содержанием кремне-кислоты (H2Si03) более 50 мг/л и температурой более 35 °С.

Данная группа наиболее широко представлена среди углекислых вод (II-III провинции) и азотных терм (IV провинция), формирующихся при выщелачивании силикатов кислых изверженных пород. На территории СССР кремнистые термальные воды распространены в областях проявления новейших и современных тектонических и вулканических процессов: Закавказье, Памир, Тянь-Шань, Прибайкалье, Копет-Даг, Приамурье, Приморье, Камчатка.

Азотные кремнистые термальные воды являются наиболее представительной группой, характеризующейся следующими основными особенностями: низкая минерализация (до 0,5 г/л и 0,5-1,0 г/л), резко щелочная реакция среды (pH от 8,5 до 9,5), высокая температура (от 35-50 до 100-200 °С в глубоких частях месторождений), высокие концентрации фтора, радона.

Углекислые кремнистые термы также достаточно широко распространены, главным образом в пределах горноскладчатых регионов (Кавказ и Закавказье, Памир, Тянь-Шань, Камчатка). По сравнению с азотными термами данная группа имеет более высокую минерализацию (3-7 г/л редко до 10-15 г/л), кондиционное содержание углекислоты (0,9-1,1 г/л) и температуру до 50-75 °С.

Метановые кремнистые термы сравнительно редки: по химическому составу и минерализации они очень разнообразны — от слабоминерализованных (4-5 г/л) до высокоминерализованных (более 15 г/л).

Распределение кремнекислоты — главного биологически активного компонента, четко контролируется температурным режимом минеральных вод. Как правило, концентрация H2SiOs до 50 мг/л отмечается в слаботермальных (20—35 °С) водах; при увеличении температуры до 50 °С содержание H2Si03 составляет 80-100 мг/л. Максимальные концентрации кремнекислоты (до 150 мг/л) характерны для высокотермальных вод. (Ходжа-Оби-Гарм, Талая, Уш-Бельдир).

Кремнистые термы представляют собой весьма ценные лечебные минеральные воды как питьевого, так и бальнеологического профиля.

Мышьяксодержащие воды

К данной группе относятся подземные воды с концентрацией мышьяка (по элементарной форме) более 0,7 мг/л. Мышьяк накапливается в подземных водах вследствие проявлении целого ряда геохимических процессов.

По степени обогащения подземных минеральных вод мышьяком выделяются: 1) слабые — содержание As от 0,7 до 5,0 мг/л; 2) крепкие — содержание As от 5 до 10 мг/л; 3) очень крепкие — содержание As более 10 мг/л.

Углекислые мышьяксодержащие воды характеризуются разнообразным ионным составом от гидрокарбонатного натриевого и кальциево-натриевого до хлоридного  натриевого с диапазоном минерализации от 3-5 до 20-35 г/л. Большая часть углекислых мышьяксодержащих вод относится по уровню концентрации мышьяка к слабым, значительно меньшая — к крепким и лишь отдельные месторождения — к очень крепким.

Кислые воды рудничного типа с высоким содержанием металлов (Fe, AI и др.) резко отличаются от предыдущих и по составу, и по условиям формирования.

В газовом составе этих вод азот составляет 86% по объему, кислород 9,5%. Формируются они в зоне окисления рудных месторождений, что определяет их низкую температуру (2- 19°С).

Кислые, фумарольного типа мышьяковистые термальные воды по газовому составу — сероводородно-углекислые. По ионному составу они сульфатные, реже хлоридные сложного катионного состава. Минерализация их не превышает 5 г/л. Концентрации мышьяка в этих водах не превышают 1,2-1,8 мг/л.
Кремнистые мышьяксодержащие термы — азотно-углекислые и углекислые. Общая минерализация их не превышает 2 г/л. Воды обладают очень высокими температурами (88-100 °С), резко снижающими растворимость СО2. Концентрации мышьяка составляют 1—1,5 г/л.

Бромные и йодобромные мышьяксодержащие воды встречены только в Терско-Каспийском прогибе Предкавказья. Это хлоридные натриевые воды глубоких водоносных горизонтов с минерализацией от 15 до 70-80 г/л. Содержание мышьяка составляет от 0,8 до 1,5 мг/л.

Радиоактивные воды (радоновые)

К радиоактивным относятся воды, содержащие в повышенных количествах радон и радий (Ra). Радон поступает в воды из горных пород в результате распада содержащегося в них радия.

Главное значение в образовании радиоактивных вод имеет состав и структура горных пород. Наиболее интенсивно процесс поступления радия и радона в воды протекает в сильно дробленных (или трещиноватых) породах при сравнительно большой скорости движения воды.

В лечебных целях используются радоновые воды и изредка радоно-радиевые. В пределах СССР выделяются две подгруппы радиоактивных минеральных вод по бальнеотерапевтическим признакам: подгруппа А — радоновые оды простого состава, в которых радон является единственным лечебным компонентом; подгруппа Б — радоновые воды сложного состава, где, кроме радона, имеются другие биологически активные компоненты или свойства, например кремне-кислота, углекислый газ, повышенная температура.

Основную массу радоновых вод как в Европейской, так и в Азиатской части страны составляют минеральные воды первой подгруппы: это холодные кислородно-азотные слабоминерализованные воды неглубокой циркуляции атмосферного происхождения; содержание радона в них может достигать сотен нКи/л. Широкое использование радоновых вод данной подгруппы осуществляется только на Украине, где на их базе действуют два курорта и 10 бальнеолечебниц.

Радоновые воды подгруппы Б распространены преимущественно в горноскладчатых областях Кавказа, Средней Азии (Тянь-Шань) и Восточной Сибири (Забайкалье, Алтай). Наиболее широко представлены азотные кремнистые щелочные термальные воды, характеризующиеся сравнительно невысокой активностью — до 20 нКи/л (Белокуриха, Ходжа-Оби-Гарм, Былыры и др.) Весьма важными в бальнеологическом отношении являются углекислые слабо- и среднеминерализованные холодные и субтермальные воды с концентрациями радона от 10-40 до 100-200 нКи/л, обладающие широким диапазоном лечебного действия (Хмельник, Ургучан, Пятигорск, Багырсах).

Борсодержащие воды

Борсодержащие минеральные воды, к которым относятся подземные воды с концентрацией метаборной кислоты (НВ02) не менее 50 мг/л, весьма широко представлены на территории СССР.

В настоящее время на базе минеральных вод, содержащих бор, функционирует ряд лечебных учреждений на Кавказе, Карпатах, Сахалине, использующих их как для ванн, так и для внутреннего применения.
Однако терапевтические свойства вод существующих здравниц определяются не бором, а ионно-солевым составом или другими биологически активными компонентами без учета собственного действия бора. Физическое воздействие самого бора, как лечебного элемента, в настоящее время трудно оценить, поскольку не изучено бальнеологическое значение и не установлены его количественные критерии, показания применения этих вод.

Известно, что бор обладает ярко выраженным биологическим, фармакологическим и токсическим действием; он может оказывать влияние на процессы обмена, обладает антимикробными свойствами, а при определенных условиях вызывает большие токсикозы. Учитывая присутствие бора в минеральных водах достаточно часто в аномально высоких количествах, превышающих в десятки и сотни раз нормативные показатели, а также весьма широкое развитие данной группы вод, назрела необходимость всестороннего изучения этих вод и выделения их в специальную группу.

Анализ региональных особенностей распределения месторождений борсодержащих минеральных вод на территории Союза позволяет выделить по газовому составу четыре генетические группы: 1) углекислые; 2) метановые и азотно-метано вые; 3) азотно-углекислые; 4) слабоуглекислые фумарольные. Углекислые и метановые борсодержащие воды составляют основную и наиболее распространенную группу. Азотно-углекислые и слабоуглекислые фумарольные имеют ограниченное развитие.