Гидрогеохимические условия зоны пологих брахиструктур Кузбасса на примере Ерунаковского угленосного района Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА

Том 297 1975

ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ЗОНЫ ПОЛОГИХ БРАХИСТРУКТУР КУЗБАССА НА ПРИМЕРЕ ЕРУНАКОВСКОГО УГЛЕНОСНОГО РАЙОНА

Д. С. ПОКРОВСКИЙ, Г. А. ПЛЕВАКО

Ерунаковский район расположен в центральной -части Кузнецкого бассейна на значительном удалении от обрамляющих горных сооружений, на стыке лесостепной и таежной зон, достаточно увлажненных.

Рис. 1. Схематическая гидрогеохимическая карта Ерунаковского района Кузбасса: 1—песчано-глинистые отложения конгломератовой серии юры; 2 — пес-чаио-глинистые отложения мальцевской серии триаса; 3 — угленосные песчано-глинистые отложения кольчугинской серии пермского возраста; 4—ландшафтные зоны: I — лесостепная, II — таежная; 5 — участки развития ультрапресных вод гидрокарбонатно-хлоридного и хлоридного натриевого типов; 6 — участки с аномальным содержанием микрокомпонентов в .подземных водах. В кругу — индекс элемента и контрастность его содержаний по отношению к фону; 7 — отдельные точки опробования с аномальными содержаниями микрокомпонентов в подземных водах. В кругу — элемент и контрастность его содержаний; 8 — стратиграфические границы; 9 — граница ландшафтных зон; 10 — зоны тектонических нарушений; 11 — выходы угольных пластов под рыхлые четвертичные отложения

Геологическое строение района характеризуется широким распространением континентальных образований лсольчутинской серии ¡палеозойского возраста. В северной 'части района в пределах Кыртай-Геор-гиевской синклинали палеозойские породы .перекрыты отложениями триаса, на которых с угловым и стратиграфическим несогласием залегают отложения конгломератовой свиты юрского возраста. Как палеозойские, так и мезозойские образования перекрыты почти сплошным чехлом четвертичных отложений.

Кольчугинская серия (представлена ритмически (переслаивающимися песчаниками, алевролитами и аргиллитами с (пластами углей. Наблюдается укрупнение ритмов осадконакапления и песчанистости пород снизу вверх по разрезу.

Содержания металлов в подземных

Содержания

Водоносный комплекс Си РЬ Мо N1

Четвертичных от- наибольшие 5,37 1,5 47,7 1,6 0,9 10,7

ложений (53 ана- наименьшие сл. сл. 2,0 0,06 сл. сл.

лиза) часто встречаемые 2—06 сл. 16,15 01—03 0,3 СЛ.

% встречи 100 Н,3 60,4 22,6 13,2 24,6

Отложений мезо- наибольшие 20,6 3,3 29,7 2,7 сл. 25,5

зойского возра- наименьшие сл. сл. 0,6 сл. — сл.

ста (120 анали- часто встречаемые 0,6—1,5 :л.—01 1,5—10 0,1 — 1 сл.—1,6

зов) % встречи ' 88,2 21,0 73,1 6,7 0,8 37,8

Отложений коль- наибольшие 9,7 2,7 96,6 4,8 1,5 32,4

чугинской серии. наименьшие сл. сл. 1,2 0,02 сл. сл.

Источники часто встречаемые сл.—4 сл. 4,0—25 01—06 сл. сл.—4

(590 анализов) % встречи 87,5 17,6 62,0 5,8 1,5 41,0

Отложений коль- наибольшие 2,76 3,3 112,2 4,9 1,4 3,84

чугинской серии. наименьшие сл. сл. 2,2 0,05 сл. сл.

Скважины часто встречаемые сл.—1,5 сл. 4,0—15 до 0,1 сл. сл.

(б® анализов) % встречи 91,5 8,6 100 10,3 6,9 27,6

Отложения триасового возраста представлены породами типа туфагенных алевролитов и песчаников, среди (которых встречаются прослои нормальных осадочных разностей. Юрские образования имеют песчано-глинистый состав. 1Песчаники от мелкозернистых до гравелитов, часто расцементированные, залегают мощными, хорошо выдержанными по простиранию слоями.

Четвертичные отложения (представлены суглинками, глинами, а в пределах развития речных террас — гравийно-галечниковьш материалом.

В тектоническом отношении западная часть района относится к Присалаирской зоне линейной складчатости ¡к подзоне пологих линейных складок, восточная — к центральной зоне пологих складок и куполовидных ¡поднятий (Белицкий, ¡Пах, Тыжнов, 1970).

Пликативная тектоника характеризуется серией синклинальных и антиклинальных фрашструктур, ориентированных в различных направлениях (рис. 1). Синклинальные складки имеют отчетливые в плане формы, широкие, корытообразные очень пологие замочные части и разделяются слабовыраженными антиклиналями. Широко развита дизъюнктивная тектоника. Наиболее крупные ее элементы — Соколовский, Ига'нинсшй и Успенский взбросы, 'генетически близкие к краевым разрывам, отделяющим Кузнецкий бассейн от окружающих горных сооружений.- Имеется много более мелких нарушений типа согласных

взбросов 'и надвигов. Максимальная нарушенность характерна для замковых частей антиклиналей. В (районе четко устанавливаются общие для всего Кузбасса закономерности в водообильности пород. Максимальной обводненностью характеризуются юрские отложения, где отмечены удельные дебиту скважин до 8,6 л./сек. Уделыные дебиты скважин, вскрывших отложения ¡кольчугинской серии, не ¡превышают 2,6 л/сек. Наиболее обводнена верхняя трещиноватая зона до глубины \100— 150 му особенно в долинах рек и депрессиях рельефа. С глубиной тре-щиноватость пород уменьшается, уменьшается и их (водообильность. .

В пределах зоны интенсивной трещиноватое™ преобладают подземные воды гидрокарбонатного кальциевого и кальциево-магниевого составов с минерализацией до 0,7 г]л. На гипсометрически и ри по дня-

"' Таблица!

водах Ерунаковского района

металлов, мкг!л

Со Sb Sn Ва Sr Ti Мп V Сг

не обн. 6,0 0,98 18,7 54,0 25,4 217 10,7 90,0

■ — сл. сл. сл. 4,6 сл. 1,05 сл. сл.

— — сл. до 40 до 10 сл.—1,5 4—50 сл. сл.—1,5

3,8 . 13,2 50,9 9,4 67,6 1 100 17,0 73,6

сл. не обн. 0,54 2,9 10,1 1100 115 42,5 25,5

— — 1 сл. 4,8 сл. 0,5 сл. сл.

— — — сл. — 0,2—4,0 1,5—25 до 4 до 40

0,8 — 0,8 21,0 4,2 39,6 86,6 33,4 " 54,2

0,8 7,44 11,5 52,6 34,5 147 87,0 27,2 54,4

сл. сл. сл. сл. U5 сл. 0,5 сл. сл.

сл. 2,0—6,0 сл. до 10 4_Ю 0,6—10 1,5—60 0,6—10 0,6—10

2,7 2,1 2 Л 35,0 2,6 89,6 92,0 34,3 57,2

не обн. 8,3 13,5 41,4 8,4 20,7 69,6 38,4 36,0

— — сл. сл. 3,5 сл. 0,5 сл. сл.

— — 0,5—1,5 4—10 — 0,6—10 4—60 до 4,0 0,5—1,5

— 1,7 10,3 70,6 6,9 77,5 100 24,1 62,1

тых, хорошо промытых участках в северо-восточной части района развиты сл'абоминерализованные (0,07—0,2 г/л) воды гидрокарбонатно-хлоридного натриевого состава, близкие по характеру и водам атмосферных осадков.

С глубиной минерализация подземных вод увеличивается до 2— 2,5 г/л, а их тип меняется на гидрокарбонатный натриевый. В пределах отдельных антиклинальных структур. (Нарыкская антиклиналь) разви-ты гидрокарбонатно-хлоридные натриевые воды с минерализацией до 3,5—5,5 г/л.

По металлоносноста подземные ¡воды отдельных водоносных комплексов несколько отличаются друг от друга. 1

В зоне интенсивного водообмена наиболее широким комплексом металлов характеризуются подземные воды четвертичных отложений. Здесь в большинстве проб отмечены медь, цинк, барий, титан, марганец, хром. Специфическими являются серебро, молибден, олово, отсутствующие в подземных водах других водоносных комплексов, либо встречающиеся в единичных пробах )(табл. 1). Следует отметить, что большинство проб относится к подземньим водам, приуроченным к галечникам террас р. Томи и ее (притоков. При сравнении с подземными водами, относящимися к элювиально-делювиальным отложениям и изученным нами в пределах Осиновокого района, в них отмечено хорошо заметное понижение встречаемости целого ряда микрокомпонентов, особенно ме-

таллов полиметаллического комплекса. Уменьшается встречаемость никеля, олова. Очень редко отмечаются сурьма и стронций.

По комплексу микро компонентов подземные воды мезозойских и пермских отложений довольно близки ,между собой. Наиболее четко различия наблюдаются в процентах встречи и, в меньшей мере, в содержаниях металлов. В условиях Ерунаковского района Кузбасса, где в породах отсутствуют зоны аномально повышенных соде(ржан1ий металлов и зоШы оруденения и минерализаций, при выяснении условий формирования подземных вод наиболее показательной величиной, помимо встречаемости, является «мода», характеризующая содержания с пяти-десятьюпроцентной вероятностью встречи, а критерий «верхней границы фона», используемый обычно в целях поисковой гидрогеохимии, мало приемлем в силу принадлежности аномальных значений концентраций отдельных металлов к участкам, тде факторы, влияющие на нее, действуют преимущественно в одном направлении. Вместе с тем нами рассматривались и участки с аномальными содержаниями металлов. В качестве последних были приняты величины, отвечающие однооигмо-вому пределу (вероятность встречи 33%), относительно которых оце-! I ива л ась контр астность.

При выделении указанных характеристик нами использовался метод спрямленных диаграмм распределений, применяемый в Томском политехническом институте (Удодов, Шестаков, 1964). В основу метода положены предпосылки о логарифмически-нормальном законе общего распределения (Разумовский, 1948) и нормальном распределении в пределах "фона (Смирнов, 1963). Справедливость логарифмически-нормаль-ного распределения микрокомпонентов в природных водах быля подтверждена при исследованиях ¡во многих районах Сибири (Удодов и др., 1962). Из рис. 2 и табл. 1, 2, где приведены результаты определений, видно, что большинство металлов обнаруживает повышенные значения «моды» для подземных вод палеозойского водоносного комплекса, причем большая часть из них (медь, цинк, ванадий, марганец, барий) характеризуется максимальными величинами содержаний в подземных водах, вскрытых скважинами. Отмеченная закономерность указывает, что с глубиной содержания металлов в подземных водах возрастают. Это подтверждается и при анализе гидрогеохимических профилей, построенных вкрест ¡простирания структурам. Устанавливается повыше-

Средние (фоновые) и аномальные содержания металлов

Содержания

Водоносный комплекс * Си РЬ Zn Ag ' Ni

Отложений мезозойского возраста „ средние аномальн. 1,26 2,52 0,73 15,6 10,04 12,6 Тае ж н ы й 0,016 0,079 0,199 0,79

Отложений коль-чугинской серии средние аномальн. 0,726 1,39 0,05 0,219 3,99 15,1 Л С С О С Т С П II ой 0,01 0,08 0,025 0,755

средние аномальн. 0,502 0,502 0,006 0,012 3,82 8,51 Таежный — 0,602 1,51

шо.

/58.0

к

*25\0.

% т. ^

X

•ь 158 5»

|й« 2-Й25

ОМ

Сдвйржанир металлов 8 подземных водах водоносных комплексов-

-----иитт/киХ пал шалого

-скдаэсины)

---- — мезозойского

.............Нтвертичнд/х отложении

? ч

t т1

Г

II

Т

![

!!

11

II

I •

и» гер>ал ш разброса значении значения„нады"

гб >6 -ч. >в • 2в 36

. _ р преаелы

• I I

Т I I

11 I

+ I 4-

I

Н

I

Г

6

т 11

+ I

I !

I *

Си

Рв

гп

*н

МП

сг

ва

Рис. 2. Содержания металлов в подземных водах Ерунаковского района

пне .металлонооности в точках, относящихся к антиклинальные структурам, по которым ¡идет (разгрузка подземных вод глубоких горизонтов.

Увеличение металлоносности подземных вод глубоких горизонтов отмечалось и в смежных районах Кузбасса, в частности, на Осиновском месторождении, где при подземной 'Гидрогеологической съемке в шахтах установлено возрастание концентраций" ;и встречаемости меди, цинка, серебра, бария, бериллия, ванадия, хрома. При рассмотрении колебаний содержаний металлов в подземных водах (рис. 2) обнаруживается уменьшение интервалов разброса значений от четвертичных отложений к палеозойскому водоносному комплексу, что хорошо видно на примере меди, никеля, ванадия, титана, ¡марганца и др.

В распределении металлов в пределах развития палеозойского водоносного комплекса наметились некоторые закономерности. В источ-

Таблица 2

в подземных водах Ерунаковского района

металлов, мкгл

Со БЬ Ва Бг Т1 Мп V Сг

ландшафт

0,0003 не обн. 7,98 0,025 5,04 50,2 0,0003 0,126

0,079 — 15,9 1,59 12,6 63 0,1 12,6

ландшафт

> ■ __ 0,224 0,1 1,264- 19,1 0,045 0,04

— 0,795 1,02 4,46 39,8 0,316 0,332

ландшафт

— 0,1 _ 3,64 17,4 0,23 0,126

0,724 — 12,6 56,1 1,58 0,832

киках, приуроченных ¡к замковым частям антиклинальных структур, в большинстве проб отмечены медь, цинк, свинец. Следует учитывать низкий процент цстречи свинца н подземных водах комплекса. Таким образом, этим участкам принадлежат почти все места встречи полного полиметаллического ряда металлов. Характерными примерами являются ядро Жерново-Никольской антиклинали, Нарыкокая антиклиналь и-западное крыло Кыргайской антиклинали, срезанное Соколовским взбросом. Крупные тектонические нарушения, как правило, закрытые и за-глинизированные, обладают низкой встречаемостью указанных элементов, на участках же, интенсивно разбитых мелкими многочисленными нарушениями, встречаемость их увеличивается и в отдельных случаях '•¡СТОЧ1НИ1КИ с повышенными содержаниями меди, свинца и цинка довольно хороню отражают нарушенные зоны. Воды обладают обычно реакцией, близкой ,к нейтральной (р;Н-6,8—7,2). К этим же участкам относится значительная часть проб, в которых встречены никель и барий. В дополнение к сказанному следует отметить, что барий при ассоциации с медью и цинком в точках, где свинец отсутствует, также тяготеет к зонам разломов, никель же отличается сравнительно равномерным распространением в районе с некоторым тяготением к горнотаежной ландшафтной зоне.

кобальт, наличие которого в подземных водах вообще нехарактерно, отмечен в трех тесно локализированных участках — на нарушенном северо-восточном крыле Жерновской синклинали, в районе нарушенной сводовой части ¡Маркино-Никольской антиклинали и на северовосточном крыле Нарыкской антиклинали. В большинстве проб он отмечен в следах.

Интересны закономерности распределения металлов в подземных модах, проявляющиеся в пределах различных ландшафтных зон района. Прежде всего, при анализе фактического материала обращает на себя внимание широта комплекса аномально-высоких содержаний металлов в пределах, территории развития таежного ландшафта, причем набор элементов закономерно увеличивается с запада на восток от лесостепного к таежному ландшафту (рис. 1). Если в пределах лесостепных территорий в качестве аномальных выступают, как правило, 1—2 элемента, то в таежной зоне их количество увеличивается до 5—6.

В качестве металлов1 с аноминальными содержаниями выступают цинк, никель, хром, барий, реже титан, медь и марганец.

Серебро встречается в значительном количестве опробованных источников западной части района в лесостепной ландшафтной зоне. Концентрации его невелики и составляют обычно 0,1—0,6 мкг/л, лишь в отдельных точках достигая 4,5—4,8 мкг/л. В таежной части района серебро в подземных водах не отмечено.

Основные выводы:

1. Макрокомпанентный состав подземных вод зоны интенсивного водообмена юбласш пологих брахиструктур относительно однороден в пределах развития отдельных л'итолого-стратиграфических разностей пород. Наиболее четкие (различия проявляются при анализе микрокомпонентного их состава.

2. Угленосные отложения палеозоя характеризуются повышенной встречаемостью и содержаниями металлов в подземных водах. Наиболее широкий комплекс металлов с повышенными содержаниями характерен для подземных вод зон тектонических нарушений.

3. С глубиной содержания металлов в подземных водах увеличиваются, а разброс их значений уменьшается.

4. Подземные воды таежной зоны характеризуются более обшир-

Шм комплексам металлов и повышен«ыми их содержаниями по сравнению сводами лесостепной ландшафтной зоны.

Указанные закономерности необходимо учитывать при обработке м а тер и алов гидрогеологических последов аний.

ЛИТЕРАТУРА

1. А. А. Белицкий, Э. М. Пах, А. В. Тыжнов. Тектоника. — В кн.: «Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР», т. VII, 1970.

2. Н. К. Разумовский. Логарифмический закон распределения вещества и его свойства. Записки Ленинградского горного ин-та, 1948.

3. С. И. С М'И рно в. Вероятностно-статистическая оценка геохимического фона при поисках месторождений полезных ископаемых. «Геохимия», 1963, № 3.

4. П. А. Удодов, И. П. О н у ф р и ей о к, Ю. С. П а р и л о в. Опыт гидрогеохимических исследований в Сибири. Изд-во «Высшая школа», 1962.

5. П. А. Удодов, Б. Н. Шеста ков. К вопросу определения фона при гидрогеохимических исследованиях. Известия ТПИ, т. 112, 1964.