РАССОЛЫ ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ТУНГУССКОГО АРТЕЗИАНСКОГО БАССЕЙНА
© 2015 г. Е. С. Сидкина
Национальный исследовательский Томский политехнический университет 634050 Томск, просп. Ленина, 30 e-mail: SidkinaES@yandex.ru Томский филиал Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН 63405 Томск, просп. Академический, 4 Поступила в редакцию 19.03. 2014 г. Принята к печати 07.04.2014 г.
Выполнен геохимический анализ состава рассолов Тунгусского артезианского бассейна. Показано, что изученные рассолы равновесны с карбонатными, сульфатными и вторичными алюмосиликат-ными минералами, но неравновесны с первичными алюмосиликатами; насыщение рассолов гали-том наблюдается только в пробах с минерализацией более 360 г/дм3. Анализом Са/С1, Бг/С1, Вг/С1 отношений в рассолах показано, что рост минерализации и изменение состава рассолов есть следствие метаморфизации в системе вода—порода. Основным источником кальция и стронция в рассолах являются сульфаты (ангидрит, гипс, целестин), которые растворяются благодаря восстановлению и удалению из системы сульфат-иона: Са$04 + 2Сорг + М§С12 + 2Н20 = М§Са(С03)2 + Н2$ + 2НС1. Другим процессом формирования химического состава рассолов является взаимодействие с первичными Са,
М§-алюмосиликатами по реакции типа: СаА1281208 + 3Н20 + 2С02 = А1281205(0Н)4 + Са2+ + 2НС03. Первичным источником брома в рассолах является морская вода.
Ключевые слова: подземные рассолы, Тунгусский артезианский бассейн, формирование химического состава, геохимия, минерализация, метаморфизациия рассолов.
DOI: 10.7868/S0016752515080087
ВВЕДЕНИЕ
Вопросы генезиса хлоридных кальциевых рассолов, процессы формирования их химического состава являются предметом многолетних дискуссий. В настоящей публикации, опираясь на материалы о рассолах Тунгусского артезианского бассейна, мы излагаем свое видение проблемы.
Изучением гидрогеологических условий и геохимии подземных рассолов западной части Тунгусского артезианского бассейна в разные годы занимались многие ученые (Толстихин, 1957; Пиннекер, 1966; Валяшко, 1962; Басков, 1977; Вожов, 1977, 1987, 2006; Гидрогеология ..., 1982; Шварцев, 1991, 2000; Букаты и Шварцев, 1983; Букаты 1999, 2009; Геологическая эволюция ..., 2005; Конторович и др., 1981; Крайнов и др., 2004; Алексеев, 2009) . Основным источником данных для работы послужила база данных геолого-гидрогеологической информации по Сибирской платформе, которая содержит материалы исследований лаборатории гидрогеологии осадочных бассейнов ТФ ИНГГ СО РАН.
Исследование химического состава основано на обработке более 1000 анализов проб подземных вод и рассолов. При изучении состава водо-растворенных газов использовано 123 пробы.
В тектоническом отношении район исследования охватывает такие наиболее крупные тектонические структуры, как Курейская синеклиза, Байкитская антеклиза и Катангская седловина. Среди положительных структур первого порядка на территории выделяются Турухано-Норильский ме-гавал и Бахтинско-Кондроминский, Нижнечун-канский выступ и Камовский свод, среди отрицательных структур — Вивинская впадина (рис. 1). Важнейшими особенностями региона являются древний возраст отложений, высокая литификация и метаморфизация пород, наличие солей, длительные перерывы в осадконакоплении, интенсивный трапповый магматизм, широкое развитие многолетней мерзлоты, крепкие хлоридные кальциевые рассолы.
Скважины Гидросеть
Границы:
— Сибирской платформы
тектонических структур
Тунгусского артезианского бассейна
Рис. 1. Обзорная схема расположения основных скважин, данные по составу рассолов которых использованы в работе.
Расшифровка индексов скважин приведена в работе (Сидкина, 2013).
В предложенной М.Б. Букаты (Букаты, 2009) гидрогеологической стратификации западных районов Сибирской платформы весь разрез осадочного чехла подразделяется на три формации: надсолевую, соленосную и подсолевую, включающие 13 водоносных комплексов. Надсолевая гидрогеологическая формация включает в себя палеоген-четвертичный, верхнепалеозойско-триасовый, среднепалеозойский, ордовикский и надсолевой (€) комплексы, соленосная — ангарско-литвинцевский, булайский, бельский и усольский, подсолевая — карбонатный (У—€1), терригенно-сульфатно-карбонат-ный (У), терригенный (У) и рифейский.
Подземные воды и рассолы, распространенные в осадочном чехле, разнообразны по величине общей минерализации, рН, химическому и газовому составу. При названии химического типа рассолов использован принцип, при котором на первое место поставлен компонент, содержащийся в меньших количествах по сравнению с последним (табл. 1).
Минерализация и химический состав подземных вод и рассолов надсолевой гидрогеологической формации в основном зависит от геокриологической обстановки, интенсивности водооб-
и о X К
£
Таблица 1. Типы подземных вод и рассолов
Формация Комплекс Возраст Минерализация, рН Химические типы* Содержание Состав водораство-ренных газов
г/дм3 Вг , г/дм3 8г2+, г/дм 1л+, мг/дм3
Палеоген-четвертичный а £ Рн Пресные 0.04-0.7 6.2-8.8 7.2 (27) НС03 Са, Са-Ш, Са-МБ 0.001-0.02 0.005 (15) 0.001-0.002 0.001 (6) 0.01-0.1 0.04 (6) 02,
Верхнепалеозойско- 0.4 (27)
триасовыи, ордовикскии О хл Солоноватые 1.3-9.5 4.0 (17) 5.0-8.0 НС03 804 Са, 0-0.1 02, СН4
« т <о Рч к 7.0 (17)) Са-№С1-НС03№-Са 0.02 (19)
Соленые 6.0-8.0 0-0.8 0.002-0.2 0-3
о о £ С 10-48 26 (19) С1-№, Са-Ш, №-Са
Надсолевой 7.0 (19) 0.13 (32) 0.07 (6) 1.1 (7) N2, СН4
го га Щ Слабые рассолы 52-145 93 (17) 5.3-7.9 6.9 (17) С1-№, №-Са 0.02-1.4 0.37 (15) 0.002-0.3 0.08 (5) 0.5-2.0 1.0 (5) N2, сн4
Крепкие и весьма крепкие 155-376 286 (58) 3.0-7.0 5.1 (58) С1-Са-№, Са 0.1-5.3 2.38 (63) 0.3-3.4 1.4 (2) 1.7-183.0 84 (8) N2, сн4, С02 + Н28
« я о о я <о ч Ангарско-литвинцевский, Булайский, Вельский, Усольский Щ Крепкие, весьма крепкие и предельно насыщенные рассолы 91-527 3.9-6.6 4.9 (245) С1—Са, Са-№ 0.3-9.3 3.5 (327) 0.6-9.5 2.7 (118) 53-476 233 (79) N2, сн4, С02 + Н28
о О 341 (245)
« т <о ч о о ч о Карбонатный Крепкие, реже весьма крепкие рассолы 111-432 248 (305)
Терригенно-сульфатно-карбонатный, Терригенный > 2.3-6.6 5.1 (305) С1-№-Са, Са-№ 0.2-7.0 2.7 (480) 0.3-5.7 1.3 (175) 22-287 60 (126) СН4 + ТУ Н28
С Рифейский ей
Я О
к=
н
н •<!
Я %
О §
о >
н
и
и!
я
о §
О &
о
И
к=
Примечание. В числителе — пределы значений, в знаменателе Щукарева.
средние, в скобках — количество проб. * Преобладающие химические типы по классификации С.А.
мена и восходящей миграции из нижележащих водоносных горизонтов. Надмерзлотные воды являются пресными, залегают непосредственно на многолетнемерзлых породах, являющихся во-доупором. Источником их питания являются атмосферные осадки и воды таяния мерзлых пород. Среди подмерзлотных вод встречаются пресные, солоноватые и соленые воды. В самых верхних горизонтах на глубинах в среднем до 200 м залегают пресные околонейтральные воды гидрокарбрнат-ного кальциевого, кальциево-магниевого, кальци-ево-натриевого состава, сменяющиеся ниже по разрезу солоноватыми водами гидрокарбонатно-сульфатного, реже гидрокарбонатно-хлоридного кальциевого и натриево-кальциевого состава. В составе водорастворенных газов пресных и солоноватых вод преобладают О2 и Ниже залегают соленые воды, все без исключения, хлоридные, преимущественно натриевые, по величине рН нейтральные. Солоноватые и соленые воды пользуются наибольшим распространением в отложениях триаса, перми, ордовика и силура, соленые встречаются в верхнекембрийских отложениях при залегании их на небольших глубинах (в среднем до 500—600 м). Слабые и крепкие рассолы встречаются на севере территории (Сурингдакон-ский выступ, Курейская синеклиза) на глубинах начиная с 300 м в отложениях триаса, перми, силура, ордовика, наибольшим распространением пользуются в отложениях кембрия. По химическому составу они хлоридные с переменным ка-тионным составом и величиной рН 5.3—7.9. Весьма крепкие рассолы, как правило, встречаются на глубинах ниже 1100 м, исключение составляют рассолы, обнаруженные на глубине около 500 м на северо-западе территории (Сурингдаконский выступ). По составу они хлоридные кальциевые или кальциево-натриевые, по величине рН слабокислые. В составе газов соленых вод и рассолов с минерализацией до 320 г/дм3 преобладают N (в среднем 38 об. %) и СН4 (58 об. %), а в весьма крепких рассолах к ним добавляются С02 и Н28.
Рассолы соленосной формации имеют наибольшую минерализацию, достигающую 525 г/дм3. По составу они хлоридные кальциевые, встречаются кальциево-натриевые, по величине рН преобладают кислые и слабокислые, реже встречаются нейтральные. В составе газов преобладают N (42 об. %), СН4 (32 об. %), С02 (18 об. %), высоко содержание Н28 (в среднем 2 об. % при максимальном 10.6 об. %).
Минерализация рассолов подсолевой формации в среднем составляет 248 г/дм3, в редких случаях она достигает 432 г/дм3. Преобладают хлоридные кальциево-натриевые и натриево-каль-циевые рассолы, в карбонатном комплексе часто встречаются кальциево-магниевые и натриево-магниевые типы. Эти рассолы в основном кислые
(рН от 2.3 до 6.0). Среди водорастворенных газов преобладают СН4 (в среднем 63 об. %), его гомологи (8 об. %) и N (24 об. %).
Характер изменчивости минерализации подземных рассолов данной территории по площади иллюстрируют карты общей минерализации для каждого гидрогеологического комплекса. Для примера на рис. 2 приведена карта общей минерализации ангарско-литвинцевского комплекса. Анализ карт показал, что наибольшей минерализацией отличаются рассолы, залегающие в северо-западной части территории, наименьшей — рассолы, залегающие на территории Байкитской антеклизы. Такая тенденция прослеживается во всех водоносных комплексах, что вероятно связано с уменьшением мощности солей с севера на юг (Конторович и др., 1981).
Следует отметить, что наибольшей минерализацией обладают рассолы, залегающие в соленос-ной гидрогеологической формации. Наиболее часто встречаются здесь весьма крепкие и предельно насыщенные рассолы хлоридного кальциевого состава. Менее
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.