научная статья по теме ВОДЫ ГРЯЗЕВЫХ ВУЛКАНОВ АЗЕРБАЙДЖАНА: ИЗОТОПНО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ Геология

Текст научной статьи на тему «ВОДЫ ГРЯЗЕВЫХ ВУЛКАНОВ АЗЕРБАЙДЖАНА: ИЗОТОПНО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ»

УДК 550.42

ВОДЫ ГРЯЗЕВЫХ ВУЛКАНОВ АЗЕРБАЙДЖАНА: ИЗОТОПНО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ

© 2015 г. В. Ю. Лаврушин, И. С. Гулиев*, О. Е. Киквадзе, Ад. А. Алиев*, Б. Г. Покровский, Б. Г. Поляк

Геологический институт РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 7; E-mail: v_lavrushin@ginras.ru *Институт геологии НАНАзербайджана Азербайджан, Az1143, Баку, проспект Джавида, 29 А; E-mail: iguliyev@gia.az Поступила в редакцию 13.05.2013 г.

Получены новые данные о химических и изотопных особенностях вод 35 грязевых вулканов Азербайджана. Показано участие в грязевулканических системах вод двух контрастных типов: Cl—Na (М = ~30—80 г/л) и HCO3—Cl—Na (М = ~8—15 г/л). Последние, как правило, сильнее обогащены щелочными металлами, бором и Br. Воды Cl-Na-типа по величине Cl/Br-коэффициента сходны с морской водой. Температур формирования состава вод, определенные по Mg-Li- и Na-Li-геотер-мометрам, варьируют от ~20 до ~140°C. Исходя из этих данных, глубина расположения "корней" исследуемых вулканов может достигать 6-7.5 км. Отмечена тенденция увеличения температур флю-идогенерации в сторону горного сооружения Большого Кавказа. Значения SD, 518О и 513С в растворенном неорганическом углероде (TDIC) грязевулканических вод варьируют в диапазонах -32... -12 и -0.6... + 10.4%е (V-SMOW) и -12.9...+37.3%о (V-PDB) соответственно. Максимальные значения SD, 518О и 513С (TDIC) типичны для вод HCOз—Na-типа. Отмечено, что с ростом пластовых (Mg-Li) температур происходит увеличение значений 518О(Н2О) и 513С(НСй3), а также концентрации

HCO-. При этом возрастает и степень обогащения вод Br, B и щелочными металлами. Это позволяет связать формирование обогащенных 18О и 13С содовых вод вулканов с относительно высокотемпературными преобразованиями минерального и органического вещества, происходящими в процессе катагенетических преобразований осадочных пород.

DOI: 10.7868/S0024497X15010036

Грязевулканические системы, как правило, формируются в крупных осадочных бассейнах, ассоциирующихся со структурами аккреционного типа зон субдукции или внутриконтиненталь-ной коллизии. В таких обстановках соблюдаются два необходимых условия их развития [Kopf, 2002]: накопление многокилометровых толщ осадков, обладающих большим углеводородным потенциалом, и высокая степень тектонической раздробленности, обеспечивающая вертикальную проницаемость водоупорных слоев. Районы проявления грязевого вулканизма часто соседствуют с областями новейшей магматической (мантийной) активности. В связи с этим до сих пор дискутируются вопросы условий формирования и генезиса углеводородных флюидов грязевулканических систем. Чаще проявления грязевого вулканизма связываются с осадочным циклом преобразования органического и минерального вещества, а также литостатическим уплотнением гли-

нистых толщ [Губкин, Федоров, 1938; Braunstein, O'Brien, 1968; Холодов, 2002]. Наряду с этим существуют и представления о глубинной (магмато-генной) природе грязевого вулканизма [Ковалевский, 1940; Валяев и др., 1985; Кропоткин, 1986]. Впрочем, исследование изотопов гелия в грязе-вулканических газах Кавказского региона опровергает эту гипотезу [Алиев, Кабулова, 1980; Якубов и др., 1980; Лаврушин и др., 1996; 2009].

Судя по геофизическим данным, глубина заложения "корней" вулканов в Южно-Каспийской впадине, мощность осадочного чехла которой превышает 20—25 км, может достигать 8—9 км [Якубов и др., 1980; Рахманов, 1987; Гулиев и др., 1988; Геология..., 2008]. Поэтому исследование грязевулканических эманаций дает представление о геохимических особенностях глубинных флюидных систем, недоступных в настоящее время для опробования скважинами. Кроме того, остается ряд невыясненных вопросов, касающих-

ся некоторых проблем, например, таких как механизмы формирования разжиженной глинистой пульпы на больших глубинах и степень гидродинамической изолированности грязевулканиче-ских каналов от водоносных комплексов, располагающихся в верхней части разреза. Одним из компонентов грязевулканических выбросов является водная фаза. Ее исследование позволяет получить представление о температурных условиях и возможных механизмах формирования гря-зевулканических флюидов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В октябре 2010 г. было обследовано 35 грязевых вулканов Азербайджана (на вулкане Заахтарма излияния воды отсутствовали) и отобрано 42 образца воды (рис. 1). Также была опробована вода из самоизливающей заброшенной промысловой нефтяной скважины, расположенной у подножия вулкана Нефтечала. В этих пробах производилось определение химического и изотопного (818О и SD) состава воды, а также изотопного состава углерода (813С) растворенных форм углекислоты. Для сравнительных изотопных исследований было также отобрано 6 проб воды из пресных водотоков и Каспийского моря (табл. 1 и 4).

Несмотря на умеренные температуры воздуха (дневная температура варьировала от 15 до 24°C) и отсутствие сильных дождей, предполагалось, что в неизливающих воду сальзах ее солевой состав может быть заметно модифицирован за счет испарения или подмешивания атмосферных осадков. Кроме того, химический состав воды в таких сальзах может быть модифицирован за счет растворения выпотов солей, образующихся на поверхности вулкана. В связи с этим при опробовании отдавалось предпочтение небольшим водо-проявлениям диаметром от первых десятков сантиметров до 1 м, активно изливающим воду и грязь. По возможности выбирались сальзы в центральной части сопочного поля вулкана. Кроме того, на крупных вулканах перед отбором проб воды проводилась качественная оценка ее минерализации в разных водопроявлениях с помощью солемера. При этом было установлено, что в водах, содержащих большое количество глинистой эмульсии (с объемным весом 1.08—1.59 кг/л), солемер давал заниженные показания минерализации.

В полевых условиях определялись только отдельные химические характеристики воды (рН, Eh, НСО3). Измерения Eh выполнялись с помощью платинового электрода. В них вводилась поправка на "водородный" электрод (Eh = Еизм + + 200 мВ). Определение общей щелочности (НСО3) выполнялось титрованием аликвоты воды 0.1Н раствором HCl с контролем рН по стеклянному электроду.

Остальные исследования водных проб производились в лабораторных условиях. Определения концентрации F- и С1-ионов выполнялись в химической лаборатории Геологического института РАН. Пробы, предназначенные для определения концентраций микрокомпонентов, отфильтровывались через фильтр 0.45 ц и консервировались азотной кислотой. Затем они анализировались методами ICP-AES и ICP-MS в Аналитическом центре Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН (ИПТМ РАН, г. Черноголовка Московской обл.). Измерения производились на приборах ICAP-61 (Thermo Jarrel Ash, США) и Х-7 ICP-MS (Thermo Elemental, США). Погрешность определения концентраций отдельных компонентов этими методами составляла порядка 10—15%, но вблизи предела обнаружения могла достигать 50%.

Пробы воды для изотопных исследований фильтровались через фильтр 0.45 ц и хранились без какой-либо консервации в холодильнике. Определения 813С в воднорастворенных формах СО2, а также 818О и SD в воде производились в Геологическом институте РАН на масс-спектрометре DELTAp1us фирмы ThermoQuest (Finnigan). Погрешность определений 813С и 818О была не хуже ±0.2%с, а SD — ±2%е. Все значения 813С приводятся относительно стандарта V-PDB, а S180 и SD — V-SMOW.

Измерения температуры воды в полевых условиях выполнялись электронным термометром с погрешностью ±0.1 °C.

Пластовые или "базовые" температуры формирования солевого состава вод оценивались по гидрохимическим геотермометрам (SiO2, Na—Li, Mg—Li, Na—K). Для этого использовались результаты химического анализа воды — определения концентраций Na, Li, K, Mg и Si02, выраженные в мг/л.

Na-Li-геотермометр разработан для оценки температур пластовых слабо и умеренно минерализованных вод осадочных бассейнов в диапазоне от 20 до 340°C:

T°C = 1000/(1g(Na/Li) - 0.14) - 273.15 [Fouillac, Michard, 1981].

Mg-Li-геотермометр применим для седимен-тационных и нефтяных вод осадочных бассейнов с температурами до 300°C:

T°C = 2200/(lg((VMg)/Li) + 5.47) - 273.15 [Kharaka, Mariner, 1989].

Расчеты температур по Si- и Na-K-геотермо-метрам производились по формулам:

T°C = 1522/(5.75 - lgSiO2) - 273.15

[Fournier, 1977],

T°C = 777/(lg(Na/K) + 0.7) - 273.15

Рис. 1. Схема опробования грязевых вулканов Азербайджана. Пунктиром показаны границы грязевулканических областей.

1 — границы грязевулканических областей: I — Прикаспийской, II — Абшеронской, III — Шемахино-Гобустанской и IV — Прикуринской; 2—4 места отбора проб воды: 2 — грязевые вулканы с НСО3 > 25 мг-экв. %, 3 — то же, но с НСО3 < < 25 мг-экв. %, 4 — поверхностные воды (реки, родники, Каспийское море). Цифры на рисунке соответствуют номерам образцов в таблицах 1—4.

Таблица 1. Координаты пунктов опробования

№ обр.* Название вулкана/места отбора Широта N Долгота Е Абс. отм., м.

I. Прикаспийская область

29/10 Зарат (Хыдырзынды-2) II. Абшеронская область 41°00'11.4" 049°11' 51.8" 4

3/10 Учтепе 40°27'44.6" 049°34'27.2" 131

10/10 Пельпеля-Гарадаг 40°15'27.6" 049°33'02.0" 23

17/10 Шорбулаг 40°21'17.1" 049°33'34.0" 84

19/10 Давабойну 40°22'54.8" 049°35'03.0" 141

25/10 Отман-Боздаг 40°14'24.1" 049°30'23.8" 396

34/10 Чегалдаг 40°29'34.6" 049°42 '10.9" 65

III. Шемахино-Гобустанская область

1/10 Пирекяшкюль, северная группа 40°28'49.9" 049°26 ' 53.2" 322

2/10 Пирекяшкюль, южная группа 40°27'58.5" 049°28 '10.2" 275

4-1/10 Дашгиль, крупная сальза диаметром 15 м 39°59'43.8" 049°24 ' 23.1" 83

4-2/10 Дашгиль, центральное сопочное поле 39°59'46.2" 049°24'10.0" 95

5/10 Бахар 39°59'55.0" 049°28 ' 27.9" 29

5-1/10 Бахар, северная группа 40°00'03.6" 049°28'13.1" 29

6/10 Сарыбога, западная группа 39°58'12.7" 049°20' 50.3" 97

7/10 Готурдаг 39°58'24.9" 049°21'35.2" 189

8/10 Айрантекян 39°59'40.3" 049°18'32.8" 279

18/10 Шахигая, сальза диаметром 8 м 40°18'45.6" 049°26 '14.0" 140

20/10 Галендарахтарма 40°15'02.8" 049°14' 43.3" 348

21/10 Нардаран-Ахтарма Восточная 40°

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геология»