CC BY
60
УДК 556.314:551.76(470.45)
Мязина Н.Г., Кечина Т.М., Черных Н.В.
Оренбургский государственный университет E-mail: [email protected]
ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАССОЛОВ МЕЗОЗОЙСКОГО ВОЗРАСТА НА ТЕРРИТОРИИ ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
В статье рассмотрены основные закономерности формирования и размещения надсолевых хло-ридных рассолов мезозойского возраста Прикаспийской впадины и юго-восточного склона Воронежской антеклизы. Исследован химический состав рассолов. Проанализированы результаты ион-но-солевого состава рассолов их минерализации и содержание биологически активных компонентов. Представлена характеристика основных геохимических и генетических типов рассолов, рассмотрен их генезис. Выявлена вертикальная зональность изменения минерализации, метаморфи-зации и ионносолевого состава рассолов с глубиной. Обоснована возможность комплексного использования хлоридных рассолов как гидроминеральных и бальнеологических ресурсов.
Ключевые слова: Прикаспийская впадина, химический состав и минерализация, хлоридные рассолы, основные геохимические и генетические типы: надсолевые инфильтрогенные и седи-ментогенные рассолы.
Высокоминерализованные хлоридные натриевые и кальциево-натриевые рассолы имеют общепланетарное распространение. Образуют нижнюю зону подземной гидросферы, имеют переменную мощность в разрезе и прерывисты в плане. Рассолы мезозойского возраста встречены во многих районах России, стран СНГ и мира: в Вилюйской синеклизе, на вале Карпинского, Днепрово-Донецком, Терско-Кумском, Причерноморском, Прикубанском, Каракумском, Верхнеамударинском, Западно-Сибирском арт-бассейна. Рассолы Прикаспийской впадины и юго, юго-восточного склона Воронежской антеклизы являются доминирующими, составляя основную массу подземной гидросферы [1]. Выяснение закономерностей распространения и формирования имеет глобальное значение и является одной из фундаментальных проблем современной гидрогеологии и генетической гидрогеохимии в изучении подземной гидросферы. Подземные воды изучались и обсуждалась длительное время в трудах отечественных ученых (В.А. Сулина, М.Г. Валяшко, Н.И. Тол-стихина, И.К. Зайцева, Е.А. Баскова, Л.Н. Кап-ченко, Е.В. Посохова, С.Р. Крайнова, В.Г. Попова и др.), но многие проблемы рассолов не выяснены и служат предметом дискуссий.
Материалы и методы
Для изучения хлоридных рассолов были использованы следующие методы:
1) Анализ фондовых и литературных источников, выполнены химические анализы.
2) Для определения химического состава подземных вод был проведен сокращенный химический анализ который производился в целях изучения глубоких водоносных горизонтов при бурении на нефть и газ при пластоиспытании и получения характеристики состава рассолов.
3) Систематизация подземных вод по химическому составу произведена на базе классификации Алекина-Посохова. В соответствии с ней выделено два типа рассолов (111а - хлор-магниевый, Шб-хлоркальциевый). Наименование водам дается по преобладающим анионам и катионам. Преобладающими считаются ионы, содержащиеся в количестве 20% и более при условии, что сумма анионов и катионов равна 100% в отдельности. Использовались генетические коэффициенты г№/гС1, С1/Вг [2], [3].
4) Для характеристики химического состава подземных вод в использовалась формула Курлова, представляющая собой псевдодробь, в числителе которой в убывающем порядке указывается процентное содержание анионов, а в знаменателе - катионов.
Результаты обсуждения
Хлоридные рассолы мезозойского возраста распространены в Прикаспийской впадины и в прибортовой зоне сочленения с Воронежской антеклизой. В вертикальном разрезе Прикаспийской впадины мезозойские рассолы занимают верхнюю зону надсолевой части гид-рогеодинамической системы, которая предпо-
Естественные науки
ложительно состоит из зон затрудненного и весьма затрудненного водообмена [1].
Основным объектом практического значения и изучения, являются хлоридные инфильт-рогенные и седиментогенные рассолы (С1-№).
Рассмотрим надсолевые рассолы представленные основными геохимическими и генетическими типами: хлоридными натриевыми и натриево-кальциевыми (кальциево-натриевы-ми) инфильтрогенными и седиментогенными рассолами (Таблица 1).
Хлоридные натриевые седементационные и сульфидно-углекисло-метаново-азотные ин-фильтрогенные рассолы выщелачивания каменных солей установлены вблизи примыкания водоносных горизонтов к соляным куполам, с минерализацией 37-320,0 г/дм3 обедненным Бг (0,03-0,3 г/дм3),. Плотность рассолов 1,04-1,102 г/см3.
Хлоридные натриевые, йодо-бромные азот-но-метановые рассолы встречены на глубинах 587-3050 м, с минерализацией 43,15-261,76 г/дм3, обедненным Бг (46-286мг/дм3). Плотность рассолов 1,01-1,196 г/см3.
Хлоридные натриево-кальциевые и кальци-ево-натриевые, йодо-бромные азотно-метановые рассолы установлены в карбонатно-терригенных отложениях мезозоя на глубинах 587-2640 м, с минерализацией 101-179 г/дм , обедненным Бг (70-410мг/дм3). Плотность рассолов 1,0651,123 г/см3.
Содержание хлоридов кальция в мезозойских рассолах 2-16%-экв.
Выявлены весьма слабые рассолы с минерализацией 37,0-62,83 г/дм3, 83,91-343,8 г/дм3 от слабых до весьма крепких рассолов в условиях весьма затрудненного водообмена. Для них характерны восстановительная геохимическая обстановка (БЬ -100 -260) при рН=4-7,8; Т=17-100°С и степень метаморфизации в основном низкая (г№/гС1=0,77-0,92 реже высокая г№/гС1=0,54; С1/Бг 223-532 реже 3435) при содержании J 1-16,3 мг/л, Бг 10-410 мг/дм3. Рассолы хорошо выраженного хлоркальциевого типа (г№/гС1 0,4-0,7) встречаются редко. В реальных литолого-гидрогеохимических условиях седи-ментационного бассейна Прикаспийской впадины обменно-адсорбционные процессы обеспечивают формирование лишь слабых (до 50 г/дм3) или слабометаморфизованных рассолов хлор-кальциевого типа. Такие рассолы, не свойствен-
ны глубоким комплексам Нижнего Поволжья минерализация до 330 г/дм3, СаС12 до 30% и более).
В процессе геологического круговорота седиментогенные растворы вовлекаются в сложный процесс литогенетического преобразования осадочных пород, которые с момента захоронения этих растворов выступают основным источником растворенных веществ. Формирование вод седиментационного цикла определяется захоронением морских вод, степенью их метаморфизации и литолого-минералогичес-ким составом водовмещающих пород.
В надсолевом этаже в мезозойских морских терригенных и карбонатных толщах вне зон влияния соляных куполов и выше межкупольных депрессий содержатся седиментогенные хлоридные натриевые воды и рассолы с минерализацией до 40 г/дм3 реже до 100 г/дм3.
Весьма слабые рассолы (36-73,5 г/дм3) установлены на Паромной, Светлоярской и Сар-пинско-Тингутинской, Чапурниковской площадях в альб-сеноманских, байосских, ветлужских отложениях триаса, юры и мела на глубинах от 578 м до 1086 м.
Слабые рассолы (73,5-155 г/дм3) установлены на Паромной, Гмелинской, Восточно-Ка-мышинской и Октябрьской площадях в турон-коньякских, байосских, баскунчакских, ветлуж-ских отложениях мела, юры и триаса на глубинах от 587 до 2640 м.
Крепкие рассолы (155-332 г/дм3) выведены на Паромной, Шунгайской, Приозерной площадях в отложениях нижнего мела и триаса в интервале глубин от 1452 до 3050 м.
Весьма слабые рассолы установлены при пластоиспытании нефтяной скважины. №460 на Чапурниковской площади. С глубины 903913 м из ветлужских отложений нижнего триаса опробованны притоки слабометаморфизо-ванных (г№/гС1=0,8), седиментогенных хло-ридных натриевых рассолов С1-Са типа 111б по Е.В. Посохову В.А. Сулину. Формула химического состава рассолов из 460-Чапурниковской скважины:
С1100
Вг0,077Ш7,1 Ка8омн10Са10 РН7,2
При погружении триасовых пород в Прикаспийскую впадину слабые рассолы переходят в крепкие рассолы и приобретают хорошо выраженный хлоркальциевый тип (г№/гС1=0,54).
Таблица 1. Геохимическая характеристика подземных рассолов мезозойского возраста АБ
№ пробы Место взятия пробы; глубина, м Водовме-гцаюгцая порода Минера лизация мг/л Ингредиенты, мг/л; %-экв РН-Т° 1 Вг Н3В03 Формула химического состава Индекс воды по О.А. Алекину [2]
С1 8042~ нсо3 Са2+ мё2+ Уд.вес
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Северо-Каспийский артезианский бассейн (Прикаспийская впадина)
1 Скв.13- Паромная 1076-1086 Щ 71741.9 43931.3 1237.5 742.8 15.47 85.4 1.4 3261.5 162.75 1555. 127.88 22166.0963, 7 1.047 1.52 113 сшвол (Na+K)77CalЗMglO Ыа С1 Шб
2 Скв.7- Паромная, 1221-1234 137638,3 88352.4 2488.8 547.3 11.4 103.7 1.7 8016 400 4084.1 335.86 40618.92 1766.04 1.098 нет С1100 (Na+K)71Cal6MglЗ Ыа С1 Шб
3 Скв.7- Паромная 1470-1480 Т1 179150 112712 3175 29,22 0,61 24,4 0,4 12696,5 633,56 5371,68 441,75 48316,1 2100,7 <4 1.123 5.84 407 С1100 (№+К) 66Ca20MglЗ СаЫа С1 Шб
4 Скв.10- Паромненская 2119-2134 Т^Ьэ 209036 131793,7 3712,5 511,5 10,65 6,1 0,1 24849,6 1240 5877,6 483,3 45597,7 2000 2,3 410 С1100 (№+К) 54CaЗЗMglЗ СаЫа С1 Шб
5 Скв. 4-Светлоярская, 730-740 К28 62833.27 38208.2 1076.26 792.55 16.51 128.1 2.1 1955.1 97,56 1333,59 109,67 20415,7 887,6 7,4-21 1,04 1,01 78,9 С1988042 (№+К) 81MglO Са9 Ыа С1 Шб
6 Скв. 460-Чапурниковская, 903-913 Т^ 37112,1 32393.7 912.5 119.99 2.5 170.19 2.99 1878.75 93.75 1078.84 88.72 1470.6 735.32 1А 77.26 17.41 С1100 (№+К) 80Mgl0Cal0 Ыа С1 Шб
7 Скв.5038-Гмелинская, 587-593 К21 107993.2 64911.75 1828.5 513.96 10.71 109.8 1.8 4509 225 1368 112.5 36580.7 1503.5 7 1.065 2.28 124.25 С19980Л (№+К) 82Са12 Mg6 Ыа С1 Шб
8 Скв. 31-Шунгайская, район оз.Боткуль 3043-3050 Т 261760,5 160080 4514,4 507,8 10,57 48,8 0,8 611,4 304,96 2317,7 190,6 92694,8 4030,2 5^5 1,196 16,3 46,6 С1100 (№+К) 89Са7 Mg4 Ыа С1 Шб
I
I
а:
Ь £
00 8
I
о
£ со
3
со
I §
о-
|\> о
СЛ
со
I
■С
0
1 §
-с (б
о §
(б
о о о о\
(б £
о
о §
■С &) о
о §
о п
СЛ
00 я
I
о
£ со
3
со
I §
о-
|\5 о
Продолжение таблицы 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
9 Скв. 476-Приозерная, 1452-1465 К1ё-ь 159270 90498.37 2549.25 1355.0 7 28.23 109.8 1.8 3738.46 186.55 1620.3 133.25 51968.0 2259.48 7-26 1.102 3.3 169.85 сшвол (№+К) 88 Са71У^5 Ыа С1 Шб
10 Скв. 3- Паромная 1195-1199 ад 152218,7 92743,7 2612,5 2621,7 54,6 109,8 1,8 5410,8 270 3188,6 262,2 49144,1 2136,7 -23° 1,01 1,02 201,44 С199 вОЛ (№+К)80 СаЮ1У^10 Ыа С1 Шб
11 Скв. 21- Сарпинско-Тингутинская 705-715 43158 24406,2 687,5 628,8 13,1 79,3 1,3 2254,5 112,5 874,0 71,9 11914 517,7 1.014 32 С19880д2 (Ш+К) 74Са161У^10 Ыа С1 Шб
12 Скв.Р-11 -Красноармейская, 587-593 К1-2а1-8 38000 19483 549.5 4608 96 262 4.3 1002 50 1216 100 11463 498 23. 1.02 - С18480Л5 НСОЛ (№+К) 77 1У^15Са8 Ыа С1 Ша
13 Скв. 25- Аралсорская (Казахстан) 2086-2090 К! ар 343817.6 218320.1 6158.8 167.7 4.49 244 4.0 2132.3 106.4 18372.3 1510.9 104584 4547 7.7-1.204 - С1100 (№+К) 74М^4 Са2 М^а С1 Шб
Приволжско-Хоперский артезианский бассейн (склон Воронежской антеклизы)
14 Скв. 31-Восточно-Камышинская Ю4447.8 63900 1800 70.8 1.47 258.2 4.2 5210.4 260 608.0 50 34400.4 1495.67 4.7-18° 1.072 7.11 285.9 С1100 (№+К) 83Са141\^3 Ыа С1 Шб
Донецко-Донской артезианский бассейн
15 Скв. 494-Котельниковская, 575-635 Т! VI 26685.3 11093.7 126.8 6087. 126.8 18.3 0.3 751.5 37.5 152 12.5 8970.46 390 7.8-17° 1,018 10 С17180429 (№+К) 89Са91У^2 в С1 Пб
16 Скв. 1 -Октябрьская, 2640-2642 Т1 101479.4 65320 1840 3287.9 68.5 610 10 8216.4 410 729.6 60 33315.5 1448.5 6.2-28 1.075 70 СЮбвОдЗ НСОЛ (№+К) 75Са221У^З СаЫа С1 Шб
17 Скв. 73-Солончаковская (донбасская), 2066-2093 Песок, к1ё-ь 106117.5 64610 1820 133.3 2.77 518.5 8.5 4884.7 243.7 608 50 35362 1537.5 6А 1.07 5.08 266 С1100 (№+К) 84Са131\^3 Ыа С1 Шб
1Р
о
0
1
£ I
Мязина Н.Г. и др.
Гидрогеохимические особенности рассолов..
При пластоиспытании нефтяной скважины №10 на Паромненской площади с глубины 2119-2134м из баскунчакских отложений нижнего триаса выведены притоки метаморфизованных седи-ментогенных хлоридных кальциево- натриевых рассолов Cl-Ca типа III6 по Е.В. Посохову В.А. Сулину. С содержанием Са-33%-экв. Химический состав представлен следующей формулой:
C1100
Br0,41 М209.1 Na54Ca33Mg13 РН4,7
Примером весьма крепких рассолов являются подземные воды на Аралсорской площади тектонически приуроченной к Центрально-Прикаспийскому рифту с оригинальным составом. При пластоиспытании нефтяной скважины. №25, на Аралсорской площади в интервале глубин 2086-2090м из аптских отложений нижнего мела были выведены небольшие притоки слабометаморфизованных (rNa/rCl=0,74) седи-ментогенных хлоридных магниево-натриевых рассолов слабого Cl-Ca типа 111б по Е.В. Посохову В.А. Сулину. Химический состав представлен следующей формулой: Cl100
М343,81 Na74Mg24Ca2 РН 77
Попутные воды всех нефтяных, газовых, нефтегазовых месторождений представляют большую практическую ценность. Рассолы можно использовать как поликомпонентное, бальнеологическое и гидроминеральное сырье
[4], [5], [6], [7].
Впервые проведенные исследования позволили сделать следующие выводы:
1) Изучен химический состав рассолов мезозойского возраста. В мезозойских рассолах выявлены два основных геохимических и генетических типов: 1) хлоридные натриевые седементаци-онные (г№/гС1=0,71-0,89), и сульфидно-углекис-ло-метаново-азотные инфильтрогенные рассолы выщелачивания каменных солей вблизи примыкания водоносных горизонтов к соляным куполам, с минерализацией 37-262,0 г/дм3 обедненным Вг (0,03-0,3 г/дм3), при содержании J (1,5-16,3 мг/дм3), (г№/гС1=0,9-1,0); 2) хлоридные натриево-кальциевые (кальциево-на-триевые) йодо-бромные азотно-метановые се-диментогенные рассолы с минерализацией 101,9-209,0 г/дм3, при содержанииJ 2-5,8 мг/л, Вг 70-410 мг/дм3.
2) Проведена систематизация и типизация рассолов на базе классифика-ции Алекина-По-сохова и Н.И. Толстихина. Выявлены весьма слабые, слабые и крепкие рассолы по величине минерализации. Классифицировано два химических типа хлоридных натриевых, кальциево-натриевых рассолов: С1-Са 111б и Cl-Mg типа по Е.В. Посохову В.А. Сулину.
3) Проведена типизация рассолов для использования в качестве источника бальнеологических вод. В классе хлоридных натриевых и кальциево-натриевых минеральных вод они являются аналогами: Усольского, Чартакского, Вологодского, Московского типов. Слабые рассолы с минерализацией ниже 150 г/дм3 могут использоваться для приготовления лечебных бальнеотерапевтических ванн (сероводородных, бромных и др.).
25.04.2014
Список литературы:
1.Гидрогеология СССР. Поволжье и Прикамье. Том XIII / под редакцией Афанасьева Т.П. - М.: Недра, 1970. - 800 с.
2. Алекин, О.А. Основы гидрохимии / О.А. Алекин. - Л: Гидрометеоиздат. - 1953. - 296 с.
3. Посохов, Е.В. Общая гидрогеохимия / Е.В. Посохов. - Л: Недра. - 1975. - 208 с.
4. Мязина, Н.Г. Закономерности формирования и распространения минеральных вод в гидрогеологических структурах Волгоградской области [монография] / Н.Г. Мязина. - Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2008. - 212 с.
5. Мязина, Н.Г. Гидрогеохимические особенности рассолов Прикаспийской синеклизы / Н.Г. Мязина // Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами: материалы Всероссийской конференции с участием инностранных ученых; под ред. Шварцева С.Л. - Томск Изд-во НТЛ, 2012. - С. 463-466.
6. Мязина, Н.Г. Гидрогеохимические особенности рассолов надсолевого комплекса Прикаспийской синеклизы / Н.Г. Мязина // Геология, география и глобальная энергия. - Астрахань. - 2013. - №4 (51). - С. 96-100.
7. ГОСТ Р 54316-2011 «Воды минеральные природные питьевые».- М.: Стандартинформ, 2011. - 65 с.
Сведения об авторах:
Мязина Наталья Григорьевна, доцент кафедры геологии геолого-географического факультета Оренбургского государственного университета, кандидат геолого-минералогических наук,
е-mail: [email protected] Кечина Татьяна Михайловна, ассистент кафедры геологии геолого-географического факультета
Оренбургского государственного университета Черных Наталья Викторовна, преподаватель кафедры геологии геолого-географического факультета
Оренбургского государственного университета 460018, г.Оренбург, пр-т Победы, 13, ауд. 3207, тел. (3532) 372543, е-mail: [email protected]
