Uranium in groundwaters of North Kazakhstan

Texto integral

Введение

Во многих регионах мира степень гидрогеохимической изученности источников нецентрализованного водоснабжения населения (родников, колодцев и водозаборных скважин) остается крайне низкой. Изучение состава подземных вод различного изотопно-геохимического облика, включая комплекс радиохимических данных, представляет огромную важность при оценке их качества для целей питьевого водоснабжения населения. Реконструкция процессов миграции, переноса, рассеивания и концентрирования химических элементов, особенно радионуклидов, в разных геохимических средах вызывает огромный интерес в мировом научном сообществе. Распределение химических элементов в разных типах подземных вод и их поведение при водной миграции до настоящего времени вызывает большую дискуссию, как и рудообразующая роль системы вода–порода. Основными источниками растворенных в водах веществ выступают в первую очередь горные породы и органическое вещество. Для того чтобы определить, каково было влияние водовмещающих пород на изотопно-геохимические особенности вод, детально изучается их изотопный и микрокомпонентный состав. Анализируются фазы-концентраторы микрокомпонентов, изучается их устойчивость в водной среде.

Актуальные работы по изучению распределения радиоактивных элементов (в первую очередь урана) в подземных водах различных гидрогеологических структур связаны с исследованиями во многих регионах мира: Китае [1–4], Корее [5], России [6], Индии [7–9], Бразилии [10], Эфиопии [11], Намибии [12], Афганистане [13], США [14], Канаде [15], Германии [16] и т. д. К сожалению, по подземным водам Республики Казахстан таких обобщений в последние годы не было. В этой связи целью настоящей работы является обобщение имеющихся данных по геохимии подземных вод и распределению в них урана и радона на примере северных районов Республики Казахстан (Северо-Казахстанская урановорудная провинция). В качестве объекта сравнения рассмотрены подземные воды Обь-Зайсанской складчатой области (часть Кулундино-Енисейской урановорудной зоны) в граничных районах Российской Федерации, где было открыто Пригородное месторождение урана (рис. 1).

 

Рис. 1. Местоположение района исследований. Условные обозначения: 1 – месторождение урана: 1 – Пригородное, 2 – Грачевское; 2 – крупный город; 3 – территория исследования в пределах республики Казахстан; 4 – территория исследований в пределах России (фрагмент Обь-Зайсанской складчатой области); 5 – государственная граница. Гидрогеологические структуры в пределах России: I-1Б – Восточно-Предкавказский АБ; I-1В – Ергенинский АБ; I-4А – Северо-Двинский АБ; I-4В – Московский АБ; I-4Г – Ветлужский АБ; I-5А – Волго-Сурский АБ; I-5Б – Приволжско-Хоперский АБ; I-5В – Сыртовский АБ; I-5Г – Камско-Вятский АБ; I-6Б – Донецко-Донской АБ; I-8А – Северо-Каспийский АБ; I-8Б – Эмбенский АБ; II-7А – Юрюзано-Сылвинский ПАБ; II-7Б – Бельский ПАБ; I-10Б – Печорский АБ; I-10В – Печеро-Предуральский ПАБ; I-11А – Иртыш-Обской АБ; I-11Б – Тазовско-Пурский АБ; I-14А – Камо-Вельминский АБ; I-14Е – Восточно-Енисейский АБ; IV-10А – Канино-Тиманская ГСО; IV-34А – Жарминско-Алтайская ГСО; IV-35А – Алтае-Саянская ГСО; IV-35Б – Кузнецкая ГСО; IV‑35В – Минусинская ГСО; IV-36А – Северо-Енисейская ГСО; IV-38Б – Северо-Уральская ГСО; IV-38В – Среднеуральская ГСО; IV-38Г – Южно-Уральская ГСО. Гидрогеологические структуры в пределах Казахстана: I – Скифско-Туранский регион; II – Западно-Сибирский регион; III – Восточно-Европейский регион; VIII – Жетысу-Алатау-Тянь-Шаньский регион; IX – Енисей-Саяно-Алтайский регион; X – Центрально-Казахстанский регион; XI – Таймыро-Уральский регион

Fig. 1. Location of the study area. Legend: 1 – uranium deposit: 1 – Prigorodnoe, 2 – Grachevskoe; 2 – large city; 3 – study area within the Republic of Kazakhstan; 4 – research area within Russia (fragment of the Ob-Zaisan folded region); 5 – state border. Hydrogeological structures within Russia: I-1B – East Pre-Caucasian AB; I-1B – Ergeninsky AB; I-4A – North Dvina AB; I-4B – Moscow AB; I-4G – Vetluzhsky AB; I-5A – Volgo-Sursky AB; I-5B – Privolzhsko-Khopersky AB; I-5B – Syrtovsky AB; I-5G – Kama-Vyatsky AB; I-6B – Donetsk-Don AB; I-8A – North Caspian AB; I-8B – Embensky AB; II-7A – Yuryuzano-Sylvinsky PAB; II-7B – Belsky PAB; I-10B – Pechora AB; I-10В – Pechero-Preduralsky PUB; I-11A – Irtysh-Ob AB; I-11B – Tazovsko-Pursky AB; I-14A – Kamo-Velminsky AB; I-14E – East Yenisei AB; IV-10A – Kanino-Timan GSO; IV‑34A – Zharminsko-Altai GSO; IV-35A – Altai-Sayan GSO; IV-35B – Kuznetsk GSO; IV-35В – Minusinsk GSO; IV-36A – North Yenisei GSO; IV-38B – North Ural GSO; IV-38В – Sredneuralskaya GSO; IV-38G – South Ural GSO. Hydrogeological structures within Kazakhstan: I – Scythian-Turanian region; II – West Siberian region; III – Eastern European region; VIII – Zhetysu-Alatau-Tien Shan region; IX – Yenisei-Sayan-Altai region; X – Central Kazakhstan region; XI – Taimyr-Ural region

 

Материалы и методы

Проведено обобщение фондовых данных по подземным водам Северного Казахстана (электронная база данных с результатами гидрогеохимического опробования составляет 310 записей). Было проведено сравнение этих данных с данными по подземным водам Обь-Зайсанской складчатой области, которые изучены методами титриметрии, ионной хроматографии, масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой в ПНИЛ гидрогеохимии Инженерной школы природных ресурсов ТПУ. Название химического типа воды дано в соответствии с формулой М.Г. Курлова (более 10 %-экв) по оттеночному принципу от меньшего к большему. Измерение содержаний ²²²Rn в водах проводилось на комплексе «Альфарад плюс» в лаборатории гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН.

Особенности геологического строения и гидрогеологии

Казахстан обладает крупными запасами урана. Урановые месторождения распространены как в палеозойском складчатом основании, так и в мезозой-кайнозойском платформенном чехле. Палеозойские гидротермальные месторождения урана связаны с девонским краевым вулканно-плутоническим поясом. Они известны как в самом вулканно-плутоническом поясе, так и в тыловой магматической дуге этого пояса. В обоих случаях месторождения урана приурочены к тем участкам, где под магматогенными породами пояса имеется докембрийский фундамент: в вулканно-плутонической дуге ураноносна его юго-западная ветвь, а в тыловом магматическом поясе – часть, приуроченная к Кокчетавской глыбе и ее обрамлению, многочисленны урановые месторождения мезозой-кайнозойского платформенного чехла. Наибольший промышленный интерес представляют эпигенетические пластово-инфильтрационные месторождения региональных зон пластового окисления в мел-палеогеновых отложениях. Многочисленные экзодиагенетические грунтово-инфильтрационные урановые проявления встречаются по всему разрезу мезозой-кайнозойского платформенного чехла от триаса до четвертичных отложений. Они приурочены к континентальным палеодолинно-пойменнно-аллювиальным отложениям и по запасам редко достигают масштабов мелкого месторождения [17, 18].

Исследуемая территория в геологическом плане относится к территории Западно-Сибирской низменности, Тургайской ложбины, Казахстанской складчатой системы и юго-восточной части Уральских гор. Геологическое строение обуславливает разделение площади на следующие гидрогеологические бассейны: Большеуральский на западе, Приарало-Тургайско-Шу-Сарысуский на юго-западе, Шынгыс-Кокшетауский и Тениз-Коргалжынский на юге, а также Западно-Сибирский бассейн, охватывающий северо-запад, север и восток. В географическом плане, район исследования расположен в пределах полуаридной зоны. Многообразие факторов, определяющих гидрогеологические условия, обуславливает различие в количестве и качестве природных вод, распространенных на территории Северного Казахстана. К этим факторам относятся: климат, рельеф, характер зоны аэрации, геологическое строение и физико-механические свойства водовмещающих пород.

В геологическом строении изучаемой территории принимают участие два типа структур: приподнятые горноскладчатые области и разграничивающие их прогибы фундамента. Прогибы заполнены значительной толщей рыхлых мезо-кайнозойских осадочных отложений. Водоносные горизонты в прогибах разделены водоупорными толщами и образуют крупные артезианские бассейны, а воды относятся к пластово-поровому типу. В горноскладчатых областях, в свою очередь, воды безнапорные трещинные и пластово-трещинные [19].

Степень выветривания и трещинноватости пород, рельеф территории контролируют глубину циркуляции, водообильность и качество подземных вод в пределах горноскладчатых областей. К зонам тектонических нарушений приурочены значительные глубины циркуляции (150 м и более), там же располагаются наиболее водообильные участки. Меньшей водообильностью обладают трещинноватые эффузивные породы, где трещины залечиваются кальцитом и глиной. Минерализация вод значительно различается в зависимости от типа структур. Пресные воды находятся в трещинноватых породах, выходящих на дневную поверхность. Слабоминерализованные воды обнаруживаются в районах горноскладчатых областей. Солоноватые и соленые воды локализованы в пределах участков, где скальные породы перекрыты водоупорными отложениями коры выветривания, в качестве которых выступают глины палеогенового, неогенового и четвертичного возрастов [19].

Территории Тургайской ложбины и Западно-Сибирской низменности характеризуются развитием крупных артезианских бассейнов, разделенных структурными поднятиями. Главными гидрогеологическими подразделениями являются выдержанные на значительных площадях водоносные горизонты мелового, эоценового и олигоценового возраста. Преобладающие в разрезе глинистые толщи затрудняют инфильтрацию атмосферных осадков и способствуют формированию вод повышенной минерализации. Благоприятные условия для инфильтрационных процессов и питания близких к дневной поверхности водоносных горизонтов создаются лишь на участках выходов хорошо водопроницаемых пород [19].

Особенности гидрогеохимии

Подземные воды Шынгыс-Кокшетауского бассейна характеризуются преимущественно Cl-SO₄-HCO₃ Na-Ca-Mg составом (рис. 2, а) с величиной общей минерализации, изменяющейся от 0,1 до 11,4 г/дм³. Воды нейтральные, слабощелочные и щелочные (pH 6,6–8,9). Гидрогеологический разрез бассейна представлен осадочными отложениями кембрийского, ордовикского, силурийского, девонского, каменноугольного, пермского, триасового, палеогенового и четвертичного возрастов. Величина общей минерализации подземных вод меняется незакономерно, наблюдается инверсионный тип вертикальной гидрогеохимической зональности. Так, в водах, приуроченных к кембрийско-силурийским отложениям, она составляет 1,1–1,4 г/дм³, девонским и каменноугольным – 2,1–2,3 г/дм³, пермским – 1,1 г/дм³, триасовым – 2,2 г/дм³, палеогеновым – 1,3 г/дм³ и четвертичным – 2,2 г/дм³. Значения геохимических коэффициентов в среднем равны для Ca/Na 0,81, Ca/Mg 1,81, rNa/rCl 3,01, SO₄/Cl 2,26 (рис. 3, а, б).

 

Рис. 2. Диаграмма Пайпера химического состава подземных вод (а) Северного Казахстана (1) и Обь-Зайсанской складчатой области (2); распределение урана-238 (б) и радона-222 (в) в подземных водах Северного Казахстана

Fig. 2. Piper diagram of the chemical composition of groundwater (a) in Northern Kazakhstan (1) and the Ob-Zaisan folded region (2) and the distribution of uranium-238 (b) and radon-222 (c) in groundwater in Northern Kazakhstan

 

Рис. 3. Геохимическая типизация природных вод по коэффициентам Ca/Mg–Ca/Na (а), SO₄/Cl–rNa/rCl (б); 1 – подземные воды Шынгыс-Кокшетауского бассейна (а) и среднее по ним (б); 2 – подземные воды Тениз-Коргалжынского бассейна (а) и среднее по ним (б); 3 – подземные воды Обь-Зайсанской складчатой области (а) и среднее по ним (б)

Fig. 3. Geochemical typification of natural waters according to the coefficients Ca/Mg–Ca/Na (a), SO₄/Cl–rNa/rCl (b); 1 – groundwater of the Shyngys-Kokshetau basin (a) and the average for them (b); 2 – groundwater of the Teniz-Korgalzhyn basin (a) and the average for them (b); 3 – groundwater of the Ob-Zaisan folded region (a) and the average for them (b)

 

Подземные воды Тениз-Коргалжынского бассейна в основном SO₄-Cl Ca-Mg-Na состава с величиной общей минерализации, изменяющейся в широком диапазоне от 0,2 до 49 г/дм³. Воды также нейтральные, слабощелочные и щелочные (pH 6,5–9,1). Установлено, что величина общей минерализации значительно изменяется в водах, приуроченных к отложениям пермского, палеогенового, неогенового и четвертичного возрастов, и в среднем составляет 3,4, 7,6, 3,4 и 4,2 г/дм³ соответственно. В водах отложений кембрийско-каменноугольного возраста минерализация в среднем изменяется от 1,0 до 2,2 г/дм³. Тип гидрогеохимической зональности также инверсионный. Значения геохимических коэффициентов Ca/Na и Ca/Mg сопоставимы с таковыми в водах Шынгыс-Кокшетауского бассейна и составляют 0,87 и 1,93, однако выявлено небольшое понижение в величинах отношений rNa/rCl (2,29) и SO₄/Cl (1,88) (рис. 3, а, б).

В Приарало-Тургайско-Шу-Сарысукском бассейне развиты подземные воды SO₄-HCO₃ Na-Mg-Ca состава с величиной общей минерализации 0,3–2,1 г/дм³. Воды нейтральные (pH 7–7,5) и слабощелочные (pH 7,6). Значения Ca/Na и Ca/Mg возрастают относительно описанных выше бассейнов и составляют 1,77 и 3,40 соответственно, а величины rNa/rCl (1,17) и SO₄/Cl (1,07) снижаются (рис. 3, а, б).

В граничных районах Западно-Сибирского артезианского бассейна распространены подземные воды смешанного состава при доминировании солоноватых и соленых вод с преобладанием хлорид-иона 1,15–17,6 г/дм³ и иона натрия 1,09–7,56 г/дм³. Величина общей минерализации изменяется от 0,3 до 35,5 г/дм³, воды нейтральные, слабощелочные и щелочные (pH 6,7–9,6). Они отличаются наиболее высокими из изученных средними значениями коэффициента Ca/Na, который составляет 7,84. Средние величины Ca/Mg (1,80) находятся на уровне вод Шынгыс-Кокшетауского и Тениз-Коргалжынского бассейнов, а средние значения rNa/rCl и SO₄/Cl не превышают 2,30 и 1,14 соответственно (рис. 3, а, б).

В качестве объекта сравнения в граничных районах Российской Федерации рассматривается часть Кулундино-Енисейской урановорудной зоны в пределах Обь-Зайсанской складчатой области (ОЗСО) [20, 21]. Здесь распространены нейтральные и слабощелочные (pH 6,5–8,4) преимущественно HCO₃ Mg-Ca и HCO₃ Mg-Ca-Na воды (рис. 2, а) с величиной общей минерализации 0,2–1,6 г/дм³. Значения геохимических коэффициентов в среднем составляют для Ca/Na 6,48, Ca/Mg 5,37, rNa/rCl 14,41, SO₄/Cl 5,59, что значительно больше, чем в водах на территории Северного Казахстана. Главной особенностью этого региона является отсутствие процессов континентального засоления и наличие в гидрогеологическом разрезе прямой (нормальной) вертикальной гидрогеохимической зональности (рис. 3, а, б).

В пределах Северо-Казахстанской урановорудной провинции отмечается отчетливая дифференциация химических элементов и соединений в составе изученных вод. Наиболее ярко это видно в изменении состава вод в направлении от Шынгыс-Кокшетауского к Тениз-Коргалжынского бассейнов. Так, в первом доминируют гидрокарбонат-ион и ион магния, а во втором – хлорид-ион и ион натрия. Также заметно возрастает величина общей минерализации, которая в первом случае в среднем составляет 1,6 г/дм³, а во втором – 3,3 г/дм³. Такое распределение компонентов указывает на смену обстановок формирования вод от нормальных, в условиях гумидного климата, до яркого проявления процессов континентального засоления – в аридном. Что также подтверждается сравнением с подземными водами ОЗСО, состав которых формируется в умеренном климатическом поясе. По геохимическим коэффициентам подтверждается взаимодействие вод Шынгыс-Кокшетауского и Тениз-Коргалжынского бассейнов с алюмосиликатными породами. Однако относительно высокие значения Ca/Mg в Приарало-Тургайско-Шу-Сарысукском и Западно-Сибирском бассейнах указывают на повышенную долю карбонатной составляющей во вмещающих горных породах (рис. 3, а, б).

Анализ имеющихся данных показал, что в пределах изучаемого региона наиболее высокие содержания урана характеризуют подземные воды Шынгыс-Кокшетауского и Тениз-Коргалжынского бассейнов. В этой связи дальнейшее рассмотрение радиохимических материалов будет сосредоточено на этих гидрогеологических структурах.

Уран в природных водах

В пределах исследуемых структур содержания ²³⁸U в подземных водах изменяются на шесть математических порядков и варьируют от 0,005 до 32500 мкг/дм³, составляя в среднем 519,3 мкг/дм³ (рис. 2, б, таблица). Максимальные значения концентраций более 16000 мкг/дм³ установлены в западной части Тениз-Коргалжынского артезианского бассейна (юго-запад территории исследования), южной, западной и северо-западной частях Шынгыс-Кокшетауского артезианского бассейна (центр и северо-запад территории исследования) (рис. 4). Активность ²²²Rn варьирует в широких пределах от первых единиц до 4000 Бк/дм³, составляя в среднем 185 Бк/дм³. В пределах Тениз-Коргалжынского артезианского бассейна его активность не превышает 60 Бк/дм³, в Шынгыс-Кокшетауском артезианском бассейне изменяется от 3,7 до 3885 Бк/дм³, в среднем составляя 280 Бк/дм³ (рис. 2, в).

 

Таблица. Распределение урана и радона в подземных водах Северного Казахстана

Table. Uranium and radon distribution in groundwater in Northern Kazakhstan

Возраст Age	Химический тип Chemical type	М	pH	238U	222Rn	Кол-во проб Number of samples
		г/дм3/g/dm3		мкг/дм3/kg/dm3	Бк/дм3/Bk/dm3	шт./un.
Гидрогеологические подразделения Северного Казахстана/Hydrogeological units of Northern Kazakhstan
Q	SO4-Cl-HCO3 Mg-Na-Ca	0,2–49 2,8	6,6–8,3 7,5	0,1–32500 832	4–107 31	75
N	SO4-Cl-HCO3 Mg-Ca	0,3–35 6,2	7,1–8,2 7,6	0,7–26000 1548	11	19
₽	SO4-HCO3 Na-Mg-Ca	0,2–21 3,0	6,7–9,6 7,3	0,1–4870 179	2–15 9	30
K	SO4-Cl Mg-Ca-Na	8,2	7,4	0,5	–	1
T	SO4-HCO3-Cl Ca-Mg-Na	2,2	7,9	23	–	1
P	HCO3-SO4-Cl Mg-Na	0,5–13 2,3	6,5–8,4 7,4	0,01–98 11	9–90 27	27
C	Cl-SO4-HCO3 Mg-Ca-Na	0,2–28 3,3	6,6–9,1 7,6	0,2–16200 790	7–55 25	52
D	SO4-Cl-HCO3 Ca-Mg-Na	0,2–6,2 2,1	7,0–8,3 7,5	0,13–16200 906	40–370 150	22
S	SO4-Cl Ca-Mg-Na	1,4–9,4 5,4	7,7	1,3–16,3 7,5	22	3
O	SO4-Cl Ca-Mg-Na	0,1–5,9 1,4	7,0–8,9 7,7	0,1–162 21	6–2960 263	28
Ͼ	Cl-SO4-HCO3 Na-Mg-Ca	0,4–3,1 1,4	6,9–7,7 7,3	2–487 76	6–3885 1466	11
Гидрогеологические подразделения Обь-Зайсанской складчатой области Hydrogeological units of the Ob-Zaisan folded region
C	HCO3 Mg-Na-Ca	0,3–1,3 0,7	7,4–8,0 7,7	0,04–13 3	2–68 32	23
D	HCO3 Mg-Ca	0,2–1,5 0,6	6,1–8,3 7,5	0,0007–200 3,8	1–1161 46	374
Ͼ	HCO3 Mg-Ca	0,3–0,8 0,5	7,1–8,0 7,4	0,8–4,6 2,4	2–32 10	17

Примечание/Note: М – минерализация/mineralization.

 

Рис. 4. Радиоэкологическкя карта Северного Казахстана. Контуры палеозойских металлогенических подразделений: 1 – металлогенический пояс с потенциальной ураноносностью; 2 – урановорудные провинции; 3 – урановорудные и редкометально-уран-ториевые структурно-металлогенические зоны; 4 – урановорудные районы; Разрывные нарушения: 5 – установленные 1 порядка; 6 – разрывные нарушения – каналы поступления радионуклидов; 7 – границы гидрогеологических подразделений: II – Западно-Сибирский регион; X-1 – Шынгыс-Кокшетаусский бассейн; X-2 – Тениз-Коргалжинский бассейн; 8 – контуры геологических формаций; Границы выклинивания ЗПО: 9 – области распространения торийсодержащих редкоземельно-титановых россыпей; 10 – кремнисто-углеродистые сланцы; Литологические типы пород с повышенным радиационным фоном: Осадочные – 11 – угленосные; 12 – песчанистые; 13 – песчано-гравелитовые; 14 – кремнисто-углеродистые сланцы, углеродистые песчаники; Интрузивные – 15 – аляскитовые граниты; 16 – нормальные граниты; 17 – гранодиориты; 18 – диориты; 19 – гранитизированные метаморфиты; Вулканогенные: 20 – риолиты; 21 – туфы риолитов; 22 – дациты; 23 – трахиты; 24 – андезиты; Специализированные на уран и торий горные породы U>>10 г/т, Th>>35 г/т: 25 – аляскиты; 26 – граниты; Поля распространения геологических формаций с высокими содержаниями урана и тория: 27 – U – 5–10 г/т; Th – 10–35 г/т; 28 –U>10 г/т; Th>35 г/т; В мезозойско-кайнозойских отложениях – 29 – экзодиагенетические урановые проявления в сероцветных отложениях палеодолин; 30 – то же в существенно глинистых аллювиально-озерных отложениях; 31 – содержание урана в пробе воды, мкг/дм³

Fig. 4. Radioecological map of Northern Kazakhstan. Contours of Paleozoic metallogenic units: 1 – metallogenic belt with potential uranium content; 2 – uranium ore provinces; 3 – uranium ore and rare metal-uranium-thorium structural-metallogenic zones; 4 – uranium ore areas; Rupture violations: 5 – established 1st order; 6 – discontinuities – channels for the entry of radionuclides; 7 – boundaries of hydrogeological divisions: II – West Siberian region; X-1 – Shyngys-Kokshetau basin; X-2 – Teniz-Korgalzhinsky basin; 8 – contours of geological formations; Boundaries of WPO pinchout: 9 – areas of distribution of thorium-containing rare-earth-titanium placers; 10 – siliceous-carbonaceous shales; Lithological types of rocks with increased background radiation: Sedimentary – 11 – coal-bearing; 12 – sandy; 13 – sand-gravelite; 14 – siliceous-carbonaceous shales, carbonaceous sandstones; Intrusive – 15 – alaskite granites; 16 – normal granites; 17 – granodiorites; 18 – diorites; 19 – granitized metamorphites; Volcanogenic: 20 – rhyolites; 21 – rhyolite tuffs; 22 – dacites; 23 – trachytes; 24 – andesites; Rocks specialized for uranium and thorium U>>10 g/t, Th>>35 g/t: 25 – alaskites; 26 – granites; Fields of distribution of geological formations with high contents of uranium and thorium: 27 – U – 5–10 g/t; Th – 10–35 g/t; 28 –U>10 g/t; Th>35 g/t; In Mesozoic-Cenozoic deposits – 29 – exodiagenetic uranium occurrences in gray sediments of paleovalleys; 30 – the same in essentially clayey alluvial-lacustrine deposits; 31 – uranium content in the water sample, µg/dm³

 

В границах Тениз-Коргалжынского артезианского бассейна содержания урана в подземных водах изменяются от 0,005 до 32500 мкг/дм³, составляя в среднем 1267 мкг/дм³. Максимальными концентрациями характеризуются подземные воды западной части бассейна (р-н города Атбасар), в центральных районах они могут достигать 3000–6500 мкг/дм³, на востоке установлены воды с диапазонами значений до 1000–1500 мкг/дм³ (рис. 4). Наиболее обогащенные ураном подземные воды выявлены преимущественно в водоносных комплексах каменноугольного и четвертичного возрастов на глубинах до 30 м, где его концентрации превышают 3000 мкг/дм³.

Установленные при гидрогеохимическом опробовании водоносных комплексов кембрийского, ордовикского, девонского и пермского возрастов содержания ²³⁸U варьируют от 0,01 до 50 мкг/дм³, в некоторых случаях достигая 162–487 мкг/дм³ (рис. 5, а, таблица). Максимальная активность радона-222 (40–60 Бк/дм³) установлена в песчаниках ордовикского, девонского, каменноугольного и пермского комплексов (рис. 5, б, таблица).

 

Рис. 5. Распределение урана-238 (а) и радона-222 (б) в разновозрастных водоносных горизонтах, развитых на территории Северного Казахстана. Условные обозначения: 1 – Северный Казахстан; 2 – Обь-Зайсанская складчатая область

Fig. 5. Distribution of uranium-238 (a) and radon-222 (b) in aquifers of different ages developed in Northern Kazakhstan. Legend: 1 – Northern Kazakhstan; 2 – Ob-Zaisan folded region

 

Концентрации урана в подземных водах Шынгыс-Кокшетауского артезианского бассейна заметно ниже, чем в Тениз-Коргалжынском, и изменяются в диапазоне 0,07–16200 мкг/дм³ при среднем 180 мкг/дм³. Максимальные значения выше 16000 мкг/дм³ установлены в подземных водах переходной зоны бассейнов, в скважине близ села Суворовка. Высокие концентрации ²³⁸U (6500–8000 мкг/дм³) характеризуют подземные воды западной (р-н села Чистополье), северо-западной (р-н села Саулманколь) и северной (окрестности г. Щучинск) частей бассейна (рис. 4). Остальная территория характеризуется содержаниями урана до 2000–4000 мкг/дм³, за исключением восточных районов, где отмечены его минимальные значения (до 100 мкг/дм³). Наиболее обогащенные ураном подземные воды относятся к водоносным комплексам девонского и каменноугольного возрастов (рис. 5, а, таблица). Аномально высокие активности радона-222 более 2000 Бк/дм³ обнаружены в подземных водах кембрийского и ордовикского водоносных горизонтов. В остальных пробах она не превышает 370 Бк/дм³, составляя в среднем 53 Бк/дм³. Наименьшая активность ²²²Rn зафиксирована в водоносных комплексах палеогенового и четвертичного возрастов (рис. 5, б, таблица).

Схожими условиями строения с изучаемой территорией исследования обладает ОЗСО, расположенная в граничных районах Российской Федерации (рис. 1). Здесь распространены гранитоидные массивы пермо-триасового возраста, оказывающие большое влияние на радиоэкологическое состояние региона. Для сравнения их особенностей были выбраны подземные воды водоносных комплексов кембрийского, девонского, каменноугольного возрастов и вод, развитых в пределах гранитных комплексов. Установлено, что содержания ²³⁸U в подземных водах ОЗСО изменяются от 0,0007 до 200 мкг/дм³ в девонских комплексах, в каменноугольном от 0,05 до 13 мкг/дм³, в кембрийском до 5 мкг/дм³ и в гранитных образованиях от 0,005 до 348 мкг/дм³ (рис. 5, а). Активность ²²²Rn в подземных водах в ОЗСО может достигать 43763 Бк/дм³ [22]. В водах девонских отложений активность радона варьирует от 1 до 1161 Бк/дм³, в каменноугольных – от 2 до 68 Бк/дм³, кембрийских – 2–32 Бк/дм³ и гранитных массивах от 1 до 597 Бк/дм³ (рис. 5, б). Таким образом, установлено, что концентрации урана-238 в подземных водах ОЗСО ниже или совпадают с концентрациями в пределах изучаемой территории, при этом активность радона-222 в водоносных комплексах девонского возраста ОЗСО может превышать на порядки таковую в регионе исследования, что связано с наличием в пределах ОЗСО разломной тектоники, а также туфов, туфоконгломератов и глинистых сланцев в составе буготакской и тогучинской нерасчлененных свит девонского возраста.

Заключение

На исследуемой территории выявлена дифференциация химических элементов и соединений в составе изученных вод, которая указывает на смену условий их формирования от нормальных к условиям континентального засоления. По геохимическим коэффициентам подтверждается взаимодействие вод с алюмосиликатными породами. Однако относительно высокие значения Ca/Mg указывают на повышенную долю карбонатной составляющей во вмещающих горных породах.

Установлено, что высокие содержания урана (до 32500 мкг/дм³) приурочены к водам неоген-четвертичного водоносного комплекса Тениз-Коргалжынского бассейна, распространенным в поймах рек Ишим, Терсаккан. Более низкие концентрации урана проявлены в поле распространения гранитоидных массивов на территории Шынгыс-Кокшетауского артезианского бассейна. Закономерно источниками урана выступают гранитоидные массивы изучаемого региона. Их дренирование речной сетью приводит к его выносу и концентрированию на геохимических барьерах в подземных водах неоген-четвертичного водоносного горизонта. Такое распространение радиоактивных элементов связано с высокой миграционной способностью урана в растворе в форме уранил-иона в окислительных геохимических обстановках.

Sobre autores

Nazgul Medeshova

Satbayev University

Email: n.medesheva@satbayev.university
ORCID ID: 0000-0001-9843-8622

Junior Researcher

Cazaquistão, Almaty

Dmitry Novikov

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics of the SB RAS; Novosibirsk State University

Autor responsável pela correspondência
Email: NovikovDA@ipgg.sbras.ru
ORCID ID: 0000-0001-9016-3281

Cand. Sc., Head of the Laboratory; Associate Professor

Rússia, Novosibirsk; Novosibirsk

Ergali Auelkhan

Satbayev University

Email: Y.auyelkhan@satbayev.university
ORCID ID: 0000-0002-7598-0088

Cand. Sc., Head of the Hydrogeology, Engineering and Oil and Gas Geology Department

Cazaquistão, Almaty

Anatoly Antonenko

Satbayev University

Email: a.antonenko@satbayev.university
ORCID ID: 0000-0003-3025-9227

Cand. Sc., Head of the Laboratory of Ferrous and Non-Ferrous Metals

Cazaquistão, Almaty

Anastasia Maksimova

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics of the SB RAS; Novosibirsk State University

Email: rock.nastaya64@gmail.com
ORCID ID: 0000-0002-5068-555X

Junior Researcher; Assistant

Rússia, Novosibirsk; Novosibirsk

Anton Derkachev

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics of the SB RAS

Email: a.derkachev@g.nsu.ru
ORCID ID: 0000-0001-6101-6573

Junior Researcher

Rússia, Novosibirsk

Fedor Dultsev

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics of the SB RAS

Email: DultsevFF@ipgg.sbras.ru
ORCID ID: 0000-0002-6848-5775

Researcher

Rússia, Novosibirsk

Adil Orynbek

Volkovgeology JSC

Email: adil_83kz@mail.ru
ORCID ID: 0009-0004-9754-7412

Chief Hydrogeologist

Cazaquistão, Almaty

Shattyk Miniskul

Satbayev University

Email: sh.miniskul@satbayev.university
ORCID ID: 0000-0001-8878-2008

Researcher

Cazaquistão, Almaty

Anatoly Chernykh

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics of the SB RAS

Email: ChernykhAV@ipgg.sbras.ru
ORCID ID: 0000-0001-8680-420X

Researcher

Rússia, Novosibirsk

Albina Khvacshevskaya

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: unpc_voda@mail.ru
ORCID ID: 0000-0003-4494-2609

Cand. Sc., Head of the Scientific Laboratory

Rússia, Tomsk

Bibliografia

Arquivos suplementares