nznistuНауки о Земле и недропользованиеEarth sciences and subsoil use2686-99932686-7931Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Irkutsk National Research Technical University"10.21285/2686-9993-2021-44-2-174-183nznistu-145Research ArticleСтатьиИзотопно-гидрогеохимическая характеристика радоновых вод Белокурихинского месторожденияIsotope-hydrogeochemical features of the Belokurikha field radon watersХващевскаяА. А.KhvashchevskayaA. A.

Хващевская Альбина Анатольевна, кандидат геолого-минералогических наук, заведующая Проблемной научно-исследовательской лабораторией гидрогеохимии, Инженерная школа природных ресурсов

634050, г. Томск, просп. Ленина, 30

Albina A. Khvashchevskaya, Cand. Sci. (Geol. & Mineral.), Head of the Fundamental Research Laboratory of Hydrogeochemistry, Engineering School of Natural Resources

30 Lenin Ave., Tomsk 634050

garibova@yandex.ruКопыловаЮ. Г.KopylovaYu. G.

Копылова Юлия Григорьевна, кандидат геолого-минералогических наук, главный инженер Проблемной научно-исследовательской Лаборатории гидрогеохимии, Инженерная школа природных ресурсов

634050, г. Томск, просп. Ленина, 30

Yulia G. Kopylova, Cand. Sci. (Geol. & Mineral.), Chief Engineer of the Fundamental Research Laboratory of Hydrogeochemistry, Engineering School of Natural Resources

30 Lenin Ave., Tomsk 634050

unpc_voda@mail.ruНовиковД. А.NovikovD. A.

Новиков Дмитрий Анатольевич, кандидат геолого-минералогических наук, доцент, заведующий Лабораторией гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири

630090, г. Новосибирск, просп. Академика Коптюга, 3/6

Dmitry A. Novikov, Cand. Sci. (Geol. & Mineral.), Associate Professor, Head of the Laboratory of Hydrogeology of Siberian Sedimentary Basins

3/6 Academician Koptyug Ave., Novosibirsk 630090

NovikovDA@ipgg.sbras.ruПыряевА. Н.PyrayevA. N.

Пыряев Александр Николаевич, кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник Лаборатории изотопно-аналитической геохимии

630090, г. Новосибирск, просп. Академика Коптюга, 3

Aleksandr N. Pyrayev, Cand. Sci. (Geol. & Mineral.), Researcher of the Laboratory of Isotope-Analytical Geochemistry

3 Academician Koptyug Ave., Novosibirsk 630090

pyrayev@gmail.comМаксимоваА. А.MaksimovaA. A.

Максимова Анастасия Алексеевна, инженер Лаборатории гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири

630090, г. Новосибирск, просп. Академика Коптюга, 3/6

Anastasia A. Maksimova, Engineer of the Laboratory of Hydrogeology of Siberian Sedimentary Basins

3/6 Academician Koptyug Ave., Novosibirsk 630090

rock.nastaya64@gmail.comДеркачевА. С.DerkachevA. S.

Деркачев Антон Сергеевич, инженер Лаборатории гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири

630090, г. Новосибирск, просп. Академика Коптюга, 3/6

Anton S. Derkachev, Engineer of the Laboratory of Hydrogeology of Siberian Sedimentary Basins

3/6 Academician Koptyug Ave., Novosibirsk 630090

a.derkachev@g.nsu.ruРединА. А.RedinA. A.

Редин Анатолий Александрович, главный гидрогеолог

659900, г. Белокуриха, ул. Мясникова, 2

Anatoly A. Redin, Chief Hydrogeologist

2 Myasnikov St., Belokurikha 659900

anatoliy-redin@yandex.ruНациональный исследовательский Томский политехнический университетРоссияNational Research Tomsk Polytechnic UniversityRussian FederationИнститут нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАНРоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and GeophysicsRussian FederationИнститут геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАНРоссияV.S. Sobolev Institute of Geology and MineralogyRussian FederationИнститут нефтегазовой геологии и геофизики им. А .А. Трофимука СО РАНРоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and GeophysicsRussian FederationАО «Курорт Белокуриха»РоссияBelokurikha Resort JSCRussian Federation202116062021442174183Copyright © Хващевская А.А., Копылова Ю.Г., Новиков Д.А., Пыряев А.Н., Максимова А.А., Деркачев А.С., Редин А.А., 20212021Хващевская А.А., Копылова Ю.Г., Новиков Д.А., Пыряев А.Н., Максимова А.А., Деркачев А.С., Редин А.А.Khvashchevskaya A.A., Kopylova Y.G., Novikov D.A., Pyrayev A.N., Maksimova A.A., Derkachev A.S., Redin A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nznj.ru/jour/article/view/145

Цель данной работы заключалась в проведении комплексных изотопно-геохимических исследований минеральных вод Белокурихинского месторождения. Лабораторное изучение химического состава вод было выполнено методами титриметрии, ионной хроматографии, масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Изотопный состав кислорода, водорода и углерода водорастворенной углекислоты исследовался с помощью прибора Isotope Ratio Mass Spectrometer FinniganTM MAT 253, снабженного приставками пробоподготовки H/Device (для анализа отношений δD) и GasBench II (для анализа отношений δ18O и δ13СDIC). На месторождении распространены два водоносных горизонта: первый безнапорный водоносный горизонт объединяет рыхлые отложения четвертичного возраста, второй напорный водоносный горизонт включает граниты верхнепалеозойского возраста различной степени трещиноватости – от монолитных до выветрелых. По геохимическим коэффициентам было выделено три группы вод: трещинно-жильные воды гранитов, залегающие в выветрелых гранитах; грунтовые воды зоны редкоземельной минерализации и фонового состава; поверхностные воды р. Белокурихи. Изотопные данные по кислороду и водороду свидетельствуют, что эксплуатируемые водоносные горизонты Белокурихинского месторождения имеют инфильтрационное питание метеорными водами со смещением акцента питания к осадкам зимнего периода. В работе представлены первые данные комплексных изотопно-гидрогеохимических исследований азотнокремнистых слаборадоновых термальных вод Белокурихинского месторождения. Воды имеют HCO3-SO4 Na и SO4-HCO3 Na состав с величиной общей минерализации от 198 до 257 мг/дм3 , характеризуются щелочными pH 8,6–9,6, содержанием кремния от 19,8 до 24,6 мг/дм3 и относятся к трещинно-жильным водам гранитов верхнего палеозоя. Активность 222Rn составляет до 359 Бк/дм3. Значения δD (от -126,9 до -102,7 ‰) и δ18O (от -17,5 до -14,2 ‰) изученных вод указывают на их метеорное происхождение. Значения δ13СDIC варьируют от -9,7 до -25,6 ‰ и указывают на биогенное происхождение углерода.

The purpose of the work is to carry out integrated isotope-geochemical studies of the mineral waters of the Belokurikha deposit. The methods of titrimetry, ion chromatography, inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS) have been used in the laboratory investigation of the chemical composition of waters. The isotope composition of oxygen, hydrogen and carbon in dissolved carbon dioxide has been studied with the help of the Isotope Ratio Mass Spectrometer FinniganTM MAT 253 equipped with the attachments for sample preparation H/Device (to analyze the δD ratio) and GasBench II (to analyze δ18O and δ13СDIC ratios). There are two aquifers at the deposit. The first nonartesian aquifer comprises loose sediments of the Quaternary age. The second artesian aquifer includes the granites of the upper Paleozoic age with the different fracture degree: from monolith to loosened. Three groups of waters are distinguished on the basis of geochemical coefficients: fracture-vein waters bedded in weathered granites; groundwaters of the zone of rare earth mineralization and background composition; surface waters of the Belokurikha river. The isotope data on oxygen and hydrogen provide evidence that the production aquifers of the Belokurikha field are fed through the infiltration of meteoric waters, with the feeding shift to winter precipitation. The paper provides the first data of the integrated isotope-hydrogeochemical studies of nitric-siliceous low-radon thermal waters of the Belokurikha deposit. The composition of these waters is HCO3-SO4 Na and SO4-HCO3 Na with the total dissolved salts value ranging from 198 to 257 mg/dm3. The waters are characterized by alkaline pH of 8.6–9.6, silicon content ranging from 19.8 to 24.6 mg/dm3, and they are referred to the fracture-vein waters of the Upper Paleozoic granites. 222Rn activity is up to 359 Bq/dm3. The ratios of δD (from -126.9 to -102.7 ‰) and δ18O (from -17.5 to -14.2 ‰) in the studied waters indicate their atmospheric origin. The values of δ13СDIC vary from -9.7 to -25.6 ‰ and point to the biogenic origin of carbon.

радоновые водыстабильные изотопы кислородаводородауглеродаБелокурихинское месторождение минеральных радоновых водАлтае-Саянская складчатая областьradon watersstable isotopes of oxygenhydrogencarbonBelokurikha deposit of mineral radon watersthe Altay-Sayan folded areaИсследования проводились при финансовой поддержке проекта ФНИ № 0331-2019-0025, РФФИ и Правительства Новосибирской области в рамках научного проекта № 19-45-540004, а также Государственного Задания РФ «Наука» в рамках проекта № FSWW-0022-2020.The research was funded by the project of the Fundamental Scientific Research no. 0331-2019- 0025 of the Russian Foundation for Basic Research as a part of the scientific project no. 19-45-540004 and the State Task of the Russian Federation “Science” within the framework of the project no. FSWW-0022-2020.ReferencesПосохов Е.В., Толстихин Н.И. Минеральные воды (лечебные, промышленные, энергетические). Л.: Недра, 1977. 240 с.Posokhov EV, Tolstikhin NI. Mineral waters (medicinal, industrial, power). Leningrad: Nedra; 1977. 240 p. (In Russ.)Вериго Е.К., Гусев В.К., Быкова В.В. Заельцовское месторождение радоновых вод // Новые данные по геологии и полезным ископаемым ЗападнойСибири / отв. ред. Г.А. Селятицкий. Вып. 14. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1979. С. 47–51.Verigo EK, Gusev VK, Bykova VV. Zaeltsovskoe deposit of radon waters. In: Selyatitskii GA (ed.). Novye dannye po geologii i poleznym iskopaemym Zapadnoi Sibiri = New data on geology and minerals of Western Siberia. Iss. 14. Tomsk: Tomsk University; 1979. p.47–51. (In Russ.)Новиков Д.А., Сухорукова А.Ф., Корнеева Т.В. Гидрогеология и гидрогеохимия Заельцовско-Мочищенского проявления радоновых вод (юг Западной Сибири) // Геодинамика и тектонофизика. 2018. Т. 9. № 4. С. 1255–1274. https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-4-0394Novikov DA, Sukhorukova AF, Korneeva TV. Hydrogeology and hydrogeochemistry of the Zaeltsovsko-Mochishchensky zone of radon waters in the southern West Siberia. Geodinamika i tektonofizika = Geodynamics & Tectonophysics. 2018;9(4):1255–1274. (In Russ.) https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-4-0394Novikov D.A., Korneeva T.V. Microelements in radon waters of the Zaelsovsky field (the southern part of West Siberia) // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1172. P. 012096. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1172/1/012096Novikov DA, Korneeva TV. Microelements in radon waters of the Zaelsovsky field (the southern part of West Siberia). Journal of Physics: Conference Series. 2019;1172:012096. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1172/1/012096Novikov D.A., Dultsev F.F., Chernykh A.V. Role of water-rock interactions in the formation of the composition of radon waters of the Zaeltsovsky field (the southern part of West Siberia) // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1451. P. 012007. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1451/1/012007Novikov DA, Dultsev FF, Chernykh A.V. Role of water-rock interactions in the formation of the composition of radon waters of the Zaeltsovsky field (the southern part of West Siberia). Journal of Physics: Conference Series. 2020;1451:012007. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1451/1/012007Novikov D.A., Dultsev F.F., Kamenova-Totzeva R., Korneeva T.V. Hydrogeological conditions and hydrogeochemistry of radon waters in the Zaeltsovsky-Mochishche zone of Novosibirk, Russia // Environmental Earth Sciences. 2021. Vol. 80. P. 216. https://doi.org/10.1007/s12665-021-09486-wNovikov DA, Dultsev FF, Kamenova-Totzeva R, Korneeva TV. Hydrogeological conditions and hydrogeochemistry of radon waters in the Zaeltsovsky-Mochishche zone of Novosibirk, Russia. Environmental Earth Sciences. 2021;80:216. https://doi.org/10.1007/s12665-021-09486-wКорнеева Т.В., Новиков Д.А. Формы миграции химических элементов в радоновых водах месторождения «Горводолечебница» (г. Новосибирск) // Труды Ферсмановской научной сессии Геологического института Кольского научного центра Российской академии наук. 2020. № 17. С. 287–291. https://doi.org/10.31241/FNS.2020.17.054Korneeva TV, Novikov DA. Migration Forms of chemical elements in radon waters of the Gorvodolechebnitsa field, Novosibirsk. Trudy Fersmanovskoi nauchnoi sessii Geologicheskogo instituta Kol'skogo nauchnogo tsentra Rossiiskoi akademii nauk. 2020;17:287–291. (In Russ.) https://doi.org/10.31241/FNS.2020.17.054Булатов А.А., Копылова Ю.Г., Джабарова Н.К., Рычкова К.М., Аракчаа К.Д., Хващевская А.А. [и др.]. Новые сведения о составе радоновых вод (Шивелигское месторождение) // Курортная база и природные лечебно-оздоровительные местности Тувы и сопредельных регионов. 2013. № 1. С. 154–161.Bulatov AA, Kopylova YG, Dzhabarova NK, Rychkova KM, Arakchaa KD, Khvashevskaja AA, et al. New information about a composition of the radon waters (Shivelig’s deposit). Kurortnaya baza i prirodnye lechebnoozdorovitel'nye mestnosti Tuvy i sopredel'nykh regionov. 2013;1:154–161. (In Russ.)Минеева Л.А., Аракчаа К.Д., Кызыл О.М. Физикохимическая характеристика минеральных вод месторождений Шумак и Чойган // Известия Иркутского государственного университета. Науки о Земле. 2016. Т. 17. С. 115–134.Mineeva LA, Arakchaa KD, Kyzyl OM. The physicochemical characteristics of mineral waters of Shumak and Choigan. Izvestiya Irkutskogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle = Bulletin of Irkutsk State University. Earth Sciences. 2016;17:115–134. (In Russ.)Елисеев В.А. Радоновые азотно-термальные воды Алтая // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2010. № 5. С. 38–40.Eliseev VA. Radon- and nitrogen-containing thermal waters of the Altai region. Voprosy kurortologii, fizioterapii i lechebnoi fizicheskoi kul'tury. 2010;5:38–40. (In Russ.)Новиков Д.А., Копылова Ю.Г., Вакуленко Л.Г., Сухорукова А.Ф., Пыряев А.Н. [и др.]. Изотопно-геохимические особенности проявления слаборадоновых вод «Инские источники» (юг Западной Сибири) // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332. № 3. С. 135–145.Novikov DA, Kopylova YuG, Vakulenko LG, Sukhorukova AF, Pyrayev AN, et al. Isotope geochemical features of occurrence of low-radon waters “Inskie springs” (South-Western Siberia). Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov = Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2021;332(3):135–145. (In Russ.)Новиков Д.А., Сухорукова А.Ф., Корнеева Т.В., Каменова-Тоцева Р.М., Максимова А.А., Деркачев А.С. [и др.]. Гидрогеология и гидрогеохимия месторождения радоновых вод «Каменское» (г. Новосибирск) // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332. № 4. С. 192–208.Novikov DA, Sukhorukova AF, Korneeva TV, Kamenova-Totzeva RM, Maksimova AA, Derkachev AS, et al. Hydrogeology and hydrogeochemistry of the “Kamenskoe” field of radon-rich waters (Novosibirsk). Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov = Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2021;332(4):192–208. (In Russ.)Новиков Д.А., Дульцев Ф.Ф., Сухорукова А.Ф., Максимова А.А., Черных А.В., Деркачев А.С. Радионуклиды в природных водах Новосибирской городской агломерации // Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами: материалы IV Всерос. науч. конф. с междунар. уч. Улан-Удэ, 2020. С. 134–138.Novikov DA, Dul'tsev FF, Sukhorukova AF, Maksimova AA, Chernykh AV, Derkachev AS. Radionuclides in natural waters of the Novosibirsk urban agglomeration. In: Geologicheskaya evolyutsiya vzaimodeistviya vody s gornymi porodami: materialy IV Vserossiiskoi nauchnoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem = Geological evolution of water and rocks interaction: materials of 4th AllRussian scientific conference with international participation. Ulan-Ude; 2020. p.134–138. (In Russ.)Новиков Д.А., Вакуленко Л.Г., Сухорукова А.Ф. Геохимия системы вода – порода проявления слаборадоновых вод «Инские источники» (юг Западной Сибири) // Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами: материалы IV Всерос. науч. конф. с междунар. уч. Улан-Удэ, 2020. С. 88–92.Novikov DA, Vakulenko LG, Sukhorukova AF. Geochemistry of the water-rock system of Inskiye springs weakly radon water manifestation (south of West Siberia). In: Geologicheskaya evolyutsiya vzaimodeistviya vody s gornymi porodami: materialy IV Vserossiiskoi nauchnoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem = Geological evolution of water and rocks interaction: materials of 4th AllRussian scientific conference with international participation. Ulan-Ude; 2020. p.88–92. (In Russ.)Дергунов А.Б. Структуры зоны сочленения Горного Алтая и Западного Саяна. М.: Наука, 1967. 227 с.Dergunov AB. Structures of the zone of conjugation between mountain Altai and West-Sayan. Moscow: Nauka; 1967. 227 p. (In Russ.) 16. Craig H. Isotopic variations in meteoric waters. Science. 1961;133(3465):1702–1703. https://doi.org/10.1126/science.133.3465.1702Craig H. Isotopic variations in meteoric waters // Science. 1961. Vol. 133. Iss. 3465. P. 1702–1703. https://doi.org/10.1126/science.133.3465.1702Chafouq D, Mandour AE, Elgettafi M, Himi M, Chouikri I, Casas A. Hydrochemical and isotopic characterization of groundwater in the Ghis-Nekor plain (northern Morocco). Journal of African Earth Sciences. 2018;139:1– 13. https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2017.11.007Chafouq D., Mandour A.E., Elgettafi M., Himi M., Chouikri I., Casas A. Hydrochemical and isotopic characterization of groundwater in the Ghis-Nekor plain (northern Morocco) // Journal of African Earth Sciences. 2018. Vol. 139. P. 1–13. https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2017.11.007Newman CP, Poulson SR, Hanna B. Regional isotopic investigation of evaporation and water-rock interaction in mine pit lakes in Nevada, USA. Journal of Geochemical Exploration. 2020;210:106445. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2019.106445Newman C.P., Poulson S.R., Hanna B. Regional isotopic investigation of evaporation and water-rock interaction in mine pit lakes in Nevada, USA // Journal of Geochemical Exploration. 2020. Vol. 210. P. 106445. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2019.106445Ferronskii VI, Polyakov VA. Isotopy of the Earth's hydrosphere. Moscow: Nauchnyi mir; 2009. 632 p. (In Russ.)Ферронский В.И., Поляков В.А. Изотопия гидросферы Земли. М.: Научный мир, 2009. 632 с.Zhang J, Quay PD, Wilbur DO. Carbon isotope fractionation during gas-water exchange and dissolution of CO2. Geochimica et Cosmochimica Acta. 1995;59(1): 107–114.Zhang J., Quay P.D., Wilbur D.O. Carbon isotope fractionation during gas-water exchange and dissolution of CO2 // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1995. Vol. 59. Iss. 1. P. 107–114.Zhang J., Quay P.D., Wilbur D.O. Carbon isotope fractionation during gas-water exchange and dissolution of CO2 // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1995. Vol. 59. Iss. 1. P. 107–114.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.