А.Я. Гаев, В.С. Самарина, Ю.М. Нестеренко
Пермский университет, Оренбургский отдел ГИ УрО РАН
О техногенной метаморфизации химического состава подземных вод в районах Южного Урала
Авторы на примере пяти районов Южного Урала развивают фундаментальные положения отечественной физико-химической школы Н.С. Курнакова – М.Г. Валяшко, концепцию ноосферы В.И. Вернадского и представления А.Е. Ферсмана о процессах техногенеза [1, 2]. В основу настоящего обобщения положены целенаправленные двадцатипятилетние исследования, выполненные лабораторией оптимизации природопользования и охраны геологической среды, с 1988 г. реорганизованной в одноименный отдел УрО РАН. Более 5 тыс. химических анализов вод систематизировано и отобрано по единой методике (Гаев, Самарина, 1991-1999). Исследована система вода – порода – газ – органическое вещество с применением физико-химических, адсорбционных, газохроматографических, микробиологических и др. анализов. Выполнены анализы фазового состава вещества, водные вытяжки из проб почв, грунтов, илов и техногенных образований.
Исследованы районы уникального Оренбургского газоконденсатного месторождения, Гайского горнообогатительного комбината, Орско-Новотроицкого промышленного района, Оренбургского промузла в низовьях р. Сакмары, нефтяных месторождений Западного Оренбуржья. Техногенная нагрузка в этих районах характеризуется как экологически предельная.
Подземные воды региона в соответствии с классификацией Н.С. Курнакова – М.Г. Валяшко с дополнениями Г.Ю. Валукониса, А.Я. Гаева и О.А. Голубничей относятся ко всем основным типам: сульфатному с сульфатно-натриевым и хлоридно-магниевым подтипами, содовому, хлор-кальциевому, кислому, железисто-алюминиевому и азотному. Последние три типа вод развиты в связи с интенсивными процессами технонегеза, соответственно, в районах месторождений нефти и газа, на сульфидных месторождениях и в связи с зоотехнологическими и бытовыми источниками загрязнения [2].
Большое практическое значение для водоснабжения имеют воды аллювиальных отложений рек Урала, Сакмары и их притоков. Они, как и речные воды, относятся к сульфатно-натриевому подтипу и имеют минерализацию не более 1 г/л. Они образуют с поверхностными водами единый поток. Воды р. Урал в районе Орска и Новотроицка имеют HCO3-SO4 состав и отражают наличие здесь сульфатного загрязнения и сульфидов в породах горноскладчатого Урала. В Предуральском прогибе на Русской платформе воды р. Урал имеют HCO3-Cl состав. Это связано не только с особенностями загрязнения, но и  наличием здесь соляных куполов и ионно-солевого комплекса в акчагыльских ингрессионных осадках. Воды р. Сух Губерля  принимают стоки с Гайского горно-обогатительного комбината и г. Гая. По составу они SO4-Cl с минерализацией до 2,3 г/л и более. Близкий состав имеют воды пойменных озер в Орской промышленной зоне.
Воды хлоридно-магниевого подтипа имеют подчиненное развитие. В естественных условиях они формируются при выщелачивании серпентинизированных гипербазитов в Гайском районе. Минерализация их не превышает 0,9 г/л. Химический состав их HCO3-Cl-Mg. Количество магния достигает 87 % экв. На западе Орской промышленной зоны минерализация техногенных вод хлоридно-магниевого подтипа достигает 1,8 г/л. Состав их SO4-Cl-Mg. Содержание магния не превышает 55 % экв. Аналогичные воды установлены на правом и левом берегах р. Урал у никелькомбината и Орского мясокомбината, в низовьях р. Орь. Минерализация их – 1,8 г/л, состав Cl-SO4-Na-Mg; количество магния – 39 % экв.
На Оренбургском газоконденсатном месторождении воды Cl-Mg подтипа с минерализацией 3,6 г/л обнаружены зимой. Летом они переходят в SO4-Na подтип. К Cl-Mg подтипу на участках развития техногенеза относятся также: снеговые воды г. Орска и воды старичных озер у с. Дедуровка на Оренбургском газоконденсатном месторождении.
Поверхностные и подземные воды содового типа имеют ограниченное распространение в пределах нефтяных и газоконденсатных месторождений и в районе Гайского ГОКа. На месторождениях углеводородов воды содового типа формируются в породах перми-триаса и нижнего триаса. Их минерализация достигает 2,5 г/л. Химический состав этих вод – Cl-SO4-Na. Содержание натрия достигает 98 % экв, жесткость – 1,3 – 2,4 мг-экв/л. В районе Гайского ГОКа воды содового типа встречены спорадически. Минерализация их не превышает 0,8 г/л; по составу - HCO3-SO4-Na. Содержание натрия достигает 93 % экв. Они образуются за счет выщелачивания полевых шпатов.
Воды хлоридно-кальциевого типа не характерны для верхней гидродинамической зоны и отмечены спорадически: на участках подтока глубинных вод на месторождениях нефти и газа и на участках техногенного загрязнения в пределах горноскладчатого Урала вплоть до снеговых вод.
Воды кислого типа, железисто-алюминиевые встречены на Гайском медноколчеданном месторождении и формируются в тесной связи с сернокислотными ландшафтами, зоной окисления этого месторождения и его техногенными образованиями (подотвальными, рудничными, карьерными водами и водами обогатительной фабрики).
Рекомендуется создать систему мониторинга на крупных промышленных объектах и систематически изучать состояние окружающей среды (вод, горных пород, газов, живого вещества), проводить  анализ, моделирование, прогноз и управление взаимодействием технологии с окружающей средой. Наряду со строительством очистных сооружений рекомендуется шире использовать способность геологической среды к самоочищению и эффекты  геохимических барьеров природного и природно-техногенного типов.
Авторы принципиально иначе, чем Ф.И. Тютюнова (1987), рассматривают  с гидрогеохимических позиций вопросы метаморфизации и загрязнения вод при техногенезе [3].
Полная метаморфизация предполагает смену химического типа вод на другой, а неполная характеризует изменения химического состава вод в пределах сульфатного типа вод, когда происходит только смена подтипа или группы вод, например, сульфатно-натриевого подтипа на хлоридно-магниевый. Полное изложение идей авторов дано в одноименной монографии В.С. Самариной, А.Я. Гаева и др., опубликованной в издательстве “Наука” УрО РАН, в 1999 г. 
Работа частично поддержана грантом Минобразования по фундаментальным наукам по геологии, раздел 7.2 – гидрогеология и инженерная геология.
Библиографический список
1. Вернадский В.И. Биосфера. М.: Мысль, 1967. 367 с.
2. Гаев А.Я. Гидрогеохимия Урала и охрана подземных вод. Свердловск: Изд-во Урал. ун-та, 1989. 368 с.
3. Гаев А.Я., Самарина В.С., Нестеренко Ю.М. О теоретических основах гидрогеоэкологии: Гидрогеология и карстоведение. Вып. 12. Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1997. С. 48-64.