Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Все запланированные в первый год реализации проекта результаты достигнуты в полном объеме. Было выполнено три экспедиционных выезда продолжительностью от трех до семи дней и 79 краткосрочных поездок. Широкая география полевых работ позволила изучить более 200 объектов и отобрать 216 проб природных вод, 201 образец горных пород и 57 образцов растительности. Для Обь-Зайсанской складчатой области и сопредельных районов актуализирован банк данных по геохимии подземных вод и обоснованы характеристики гидрогеохимического фона и аномалий. Вместе с результатами исследований прошлых лет общий массив гидрогеохимических материалов, подготовленный на основе современных методов анализов на единой методической основе, составляет 533 пробы. Помимо этого, было выполнено большое обобщение фондовых материалов по гидрогеологии и гидрогеохимии угольных месторождений Горловского угольного бассейна (Новосибирская область). Общий массив электронной базы данных составил 269 записей. База данных также была дополнена результатами современных исследований, включая материалы по распределению стабильных изотопов (δD, δ18O, δ13С). Получено свидетельство на регистрацию базы данных «Гидрогеология и гидрогеохимия Горловского угольного бассейна» № 2022621006, 05.05.2022. В целом, изученные воды можно разделить на несколько групп: подземные воды (родники, колодцы, водозаборные скважины), дренажные воды карьеров (разрабатываемых и затопленных) и поверхностные воды (рек и озер). Подземные воды Обь-Зайсанской складчатой области характеризуются преимущественно HCO3 Mg-Ca и HCO3 Mg-Na-Ca составом с величиной общей минерализации 171 – 925 мг/дм3 и содержанием кремния 1,56 – 8,32 мг/дм3. Геохимические параметры среды изменяются от восстановительной до окислительной обстановки с Eh -150 – +313 мВ, pH 6,8 – 7,8 и содержанием растворенного кислорода 0,97 – 10,60 мг/дм3. В соответствии с коэффициентами концентрации в подземных водах могут накапливаться Se, Br и I. На отдельных территориях накапливаются еще мышьяк (г. Новосибирск, Ордынский район) и бор (г. Бердск, Ордынский и Черепановский районы). По полученным данным выявлен следующий ряд миграционной способности химических элементов в растворе (по А.И. Перельману): очень сильно миграционно способны I245 > Br34 > Se29 > B13 > Pd10; сильно: As9 > Au5 > U5 > Sr4 > Mo2 > Sb2 и средне: Mn0,95 > Zn0,53 > Li0,35 > Sc0,32 > Ba0,24 > Ag0,23 > Cr0,22 > Hg0,22 > P0,21 >Cu0,15 > W0,12 > Pb0,12. Растущая антропогенная нагрузка оказывает все большее влияние на водные объекты. Одна из таких проблем – загрязнение вод тяжелыми металлами и токсичными элементами первого класса опасности. Закартированы объекты с наибольшей степенью загрязнения. Оценка причин этих превышений в подземных водах требует детальных исследований геохимии водовмещающих горных пород и антропогенных факторов. Диапазон вариации изотопного состава кислорода и водорода в изученных водах – широкий: значения δD изменяются от 142 до 111‰, при δ18O от 19,6 до 14,1‰ (проявления Седова Заимка, Скалинское). Большинство полученных точек располагается на LMWL, что указывает на метеорное или метеорно-инфильтрационное (для подземных) происхождение соответствующих вод. Изотопный состав DIC в водах изменяется в зависимости от содержания углекислоты в водах: с увеличением содержания DIC значения δ13C становятся, в целом, все более насыщенными изотопом 13С. Это может являться следствием постепенного насыщения вод тяжелой диффузионной углекислотой, наследующей изотопный состав атмосферного CO2, либо возрастания активности выветривания изотопно-тяжелых карбонатных пород с увеличением содержания углекислоты в водах. Были произведены оценки возраста DIC отдельных источников вод: для Инских источников возраст водорастворенного углерода составлял от современного до 1500±80 лет, в водах Тулинского месторождения - 2663±144 лет, для Святого Источника в селе Верх-Тула это значение составило 4518±93 лет. Большинство изученных вод имеют изотопные отношения 87Sr/86Sr, близкие к значениям, характерным для вод современного мирового океана. Часть вод несколько насыщена тяжелым изотопом 87Sr, что указывает на их участие в выветривании корового материала. Это вполне характерно для вод с поверхностным инфильтрационным питанием. Для всех изученных природных вод характерно смещение радиоактивного равновесия между изотопами урана (238U и 234U) в пользу последнего. Подобное смещение неравномерно по всей выборке и составляет диапазон от 1,3-1,8, что является нормальным для поверхностных вод, до 11,6 (скважина на станции Геодезическая). В среднем более высокие 234U/238U отношения наблюдаются в водах, вмещающими породами которых являются глинистые сланцы. Для гранитоидов, песков и алевролитов характерны более низкие 234U/238U отношения (2,6-2,8). Поскольку 226Ra и 228Ra относятся к разным радиоактивным рядам, то их соотношение в исследованных образцах во многом характеризует исходное соотношение их материнских изотопов (238U для 226Ra и 232Th для 228Ra) дренируемых пород. По Th(228Ra)/U(226Ra) отношениям выделяются две группы водных образцов. Для первой из них Th/U > 1, для второй Th/U < 1. Во втором случае можно предположить, что дренируемые породы обладают повышенными, относительно тория, содержаниями урана. Результаты моделирования подтверждают достаточно сложные закономерности в миграции урана и тория. Для рассматриваемых вод, близких к равновесному состоянию, с изначально относительно небольшой концентрацией урана <1·10-3 мг/дм3 характерно их насыщение из первичной породы до концентраций порядка 0,03 мг/дм3. С ростом величины pH происходит смещение области эффективного образования урановых минералов в области с Eh = 100 – (-200), на 200 – (-100), что в целом характерно для подземных вод зоны активного водообмена, а для тория явные зависимости во вторичном минералообразовании от величин pH и Eh отсутствуют. Вместе с тем, установлено, что при достижении равновесных концентраций порядка 0,015 мг/дм3 возможно образование незначительных количеств вторичной твёрдой фазы. ThS2 может образовываться также в подкисленной воде с pH = 5-6, при восстановительной геохимической обстановке с Eh = -200 – -300 мВ при равновесных концентрациях тория в воде порядка 10-3 – 10-6 мг/дм3. Торианит (ThO2) на отдельных этапах эволюции системы вода-порода может высаживаться из всех рассмотренных вод в объемах, близких к 10-6 мг/дм3 (и менее) изначального раствора. В целом полученные результаты свидетельствую о том, что образование ториевых минералов в радиоактивных водах Западной Сибири может идти лишь в следовых количествах. Большой блок исследований по проекту занимают литолого-минералогические и геохимические исследования водовмещающих горных пород (гранитоидов, глинистых сланцев, карбонатных и глинисто-терригенных пород), основная цель которых связана с выявлением и детальным изучением минералов-концентраторов радиоактивных и редкоземельных элементов. Методом сканирующей электронной микроскопии установлено, что наибольшие доли U (0,44-1,96 атм.%) и Th (0,53-5,96 атм.%) отмечаются в составе ортита, монацита и циркона, которые встречаются в виде акцессорных минералов в биотитовых гранитах и кварцевых жилах Скалинского карьера (первая фаза Барлакского комплекса (T1-2)). Наибольшие доли РЗЭ (до 46,69 атм.%) также характеризуют гранитоиды Барлакского комплекса. При этом их минералом-концентратором (до 6,68 атм.%) в биотитовых и порфировидных гранитах второй фазы Приобского комплекса (P3 -T1) выступает – ортит. В соответствии с запланированным перечнем изданий за первый год реализации проекта было опубликовано 5 работ (из них одна статья в журнале «Groundwater for Sustainable Development» (IF 7,9 (2021) по базе Scopus, SJR 1,075, журнал входит в первый квартиль Q1, ISSN 2352-801X)), и 2 приняты в печать.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Все запланированные во второй год реализации проекта результаты достигнуты в полном объеме. Было выполнено шесть экспедиционных выездов общей продолжительностью 50 дней. Широкая география полевых работ позволила изучить более 290 объектов и отобрать 254 пробы природных вод, 660 образцов горных пород. Для Обь-Зайсанской складчатой области и сопредельных районов актуализирован банк данных по геохимии подземных вод и обоснованы характеристики гидрогеохимического фона и аномалий. Вместе с результатами исследований прошлых лет общий массив гидрогеохимических материалов, подготовленный на основе современных методов анализов на единой методической основе, составляет 837 проб. Подана заявка на регистрацию базы данных «Гидрогеология и гидрогеохимия Колыванского гранитоидного массива». Имеющийся банк данных также включает уникальные материалы по распределению стабильных и радиоактивных изотопов (δD, δ18O, δ13С, δ14С, 234U, 238U, 226Ra, 228Ra, 87Rb/86Sr и 87Sr/86Sr). В целом, изученные воды можно разделить на несколько групп: подземные воды (родники, колодцы, водозаборные скважины), дренажные воды карьеров (разрабатываемых и затопленных) и поверхностные воды (рек и озер). С геохимической точки зрения наиболее ценную информацию о водах фонового состава различных гидрогеологических структур несут родники. К настоящему времени нам удалось изучить 43 объекта (6 административных районов), краткую характеристику которых можно свести к следующему. Изученные воды характеризуются преимущественно HCO3 Mg-Ca составом с величиной общей минерализации 320 до 1049 мг/дм3. Преобладают нейтральные и слабощелочные воды с вариацией значений рH от 7,1 до 8,3. Значения окислительно-восстановительного потенциала Eh изменяются от восстановительных -92 мВ до окислительных +281 мВ, содержание растворенного кислорода 0,52 – 10,72 мг/дм3. Ряд изученных объектов несут следы антропогенной нагрузки, за счет роста содержаний в водах натрия, сульфат-иона, хлоридов и нитратов. Расчет геохимических коэффициентов в родниковых водах указывает на доминирование в процессах формирования их химического состава в большей мере взаимодействия с алюмосиликатными породами. Применение методов математической статистики позволило рассчитать кумулятивные кривые для элементов первого класса опасности, урана и тория, которые отражают процентные значения меньше эталона. Установлено, что в среднем в 82% проб не выявлены повышенные концентрации опасных элементов. Если использовать изначальный смысл фактора CF, то следует, что низкая степень загрязнения отмечается в 12% проб, средняя в 4% и сильная в 2%. Причины этого лежат в минералогических особенностях водовмещающих пород и требуют дополнительных исследований их геохимических особенностей. Полученные данные по изотопному составу δ18O (-19,4 - -15,4 ‰) и δD (-145 - -115 ‰) подземных вод указывают на их метеорное инфильтрационное происхождение – большинство точек располагается очень близко к ГЛМВ. С глубиной отмечается насыщение вод легкими изотопами в обоих случаях, что говорит о более высокой степени гидрогеологической закрытости этих водоносных горизонтов. Содержание DIC в подземных водах варьирует в диапазоне от 4,5 до 11,1 ммоль/л, при этом значения δ13СDIC изменяются от -13,0 до -9,2 ‰. Для глубин 40 и менее метров разброс значений δ13СDIC составляет примерно от -14 до -8,5 ‰ (Δδ13СDIC ~ 5.5 ‰). С глубиной диапазон вариации значений δ13СDIC постепенно сокращается: сначала до Δδ13СDIC ~ 3 ‰ на глубинах около 100 м, затем до чуть более 1 ‰ на глубинах выше 150 м, стремясь, исходя из приведенных дополнительных построений, к среднему значению около 11,5 ‰. Были продолжены работы по оценке возраста DIC подземных вод, полученный диапазон варьирует от 651 года (для одного из Инских источников) до 15567±114 и даже 18459±229 лет для вод в отдельных скважинах. Для большинства объектов оценка возраста превышает 4000 лет и, по-видимому, позволяет разделить водоносные горизонты как минимум на 4 большие категории возрастов, с циркуляцией 4, 7 и 9 тыс. лет. Большинство изученных вод имеют изотопные отношения 87Sr/86Sr, близкие к значениям, характерным для вод современного мирового океана (87Sr/86Sr = 0,709). Часть вод несколько насыщена тяжелым изотопом 87Sr, что указывает на их участие в выветривании корового материала. Это вполне характерно для вод с поверхностным инфильтрационным питанием. В исследованных водах обнаружено радиоактивное неравновесие между изотопами 234U и 238U, принадлежащими к одному ряду. Изотопы 222Rn и 226Ra лучше переносятся водой, чем родительский изотоп 238U. Содержания (активности) изотопов радия сильно варьируют и не зависят от активности исходного изотопа 238U. Полученные результаты соотношения активностей 226Ra/228Ra (медиана 5,2) в изученных водах позволяют предположить, что водовмещающие горные породы содержат более высокие концентрации 226Ra, чем 228Ra. Из-за более длительного времени взаимодействия воды с водовмещающими породами наблюдается тенденция роста отношения γ и активности изотопов радия с глубиной. Впервые выявлен вертикальный изотопно-гидрогеохимический разрез Обь-Зайсанской складчатой области. Из радиоактивных вод юга Сибири установлена принципиальная возможность образования урановых, а также в следовых количествах ториевых минералов, наиболее вероятным из которых является торианит ThO2. По результатам численного моделирования форм нахождения получены данные о изменчивости форм миграции урана и тория в случае изменения значения pH и Eh среды. Большой блок исследований по проекту занимают литолого-минералогические и геохимические исследования водовмещающих горных пород. Выполненные исследования позволили впервые установить % соотношения РЗЭ и РАЭ в их минералах-концентраторах, детально описать их морфологию оценить степень распространения в гранитоидах Приобского и Барлакского комплексов. Установлено, что основными минералами-концентратами РЗЭ являются монациты, бастнезиты и рабдофаны. РАЭ концентрируются в уранините, цирконе, ксенотиме, чёрчите и синхизите. Большое внимание уделено породам девонского возраста, широко распространенным в изучаемом регионе. Они представлены разнообразными глинистыми сланцами светлого зеленовато-серого и темно-серого (до черного) цвета, с примесью алевритового материала. В разной степени проявлены процессы выветривания: выщелачивание пирита, замещение его гематитом, формирование оксидов-гидроксидов железа, дендритов марганца. Отмечены жильный кварц, развитие кальцита, выполняющего тектонические трещины. Судя по результатам геохимических исследований (ИСП-МС), состав петрофонда и некоторые параметры бассейна седиментации на протяжении девонского времени заметно менялись. В соответствии с запланированным перечнем изданий за второй год реализации проекта было опубликовано 4 работы (из них одна статья в журнале «Geochemistry» (IF 3,7 (2022) по базе Scopus, SJR 0,691, журнал входит во второй квартиль Q2, ISSN 1611-5864), и 2 приняты в печать. За два года публикационные обязательства по проекту перевыполнены на 30%.