Изучение состава поровых растворов косвенным методом водных вытяжек Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 553.72 (575.3)

Е.С. Казак1, Я.В. Сорокоумова2, Г.Г. Ахманов3, А.В. Корзун4, В.М. Преснякова5, А.В. Казак6

ИЗУЧЕНИЕ СОСТАВА ПОРОВЫХ РАСТВОРОВ КОСВЕННЫМ МЕТОДОМ ВОДНЫХ ВЫТЯЖЕК7

Представлена количественная характеристика макро- и микрокомпонентного состава поровых растворов донных отложений по данным их прямого анализа и по результатам расчета состава водных вытяжек с учетом влажности образцов. Сделан вывод о возможности использования метода водных вытяжек для определения минерализации и состава реальных поровых вод низкопроницаемых, существенно глинистых отложений разной степени литификации. Установлено, что исследование растворов водных вытяжек не позволяет точно определить состав естественного порового раствора, но дает возможность оценить (в пределах ошибки определения) содержание в нем хлора, натрия и брома.

Ключевые слова: поровые воды, донные отложения, водная вытяжка, редкоземельные элементы.

The quantitative characteristics of the macro- and micro-component composition of the pore solutions of the see bottom sediments according to the direct analysis and the calculations from the water extracts are presented. The conclusion about the possibility of the water extracts method using to determine the salinity and chemical composition of the nature pore waters of the low permeable clay deposits of the different lithification stages was made. It was found that the water extracts solutions does not allow to accurately determine the composition of the natural pore solution, but its make it possible to estimate the content of chlorine, sodium and bromine within the error of the determination.

Key words: pore waters, bottom sediments, water extract, rare earth elements

Введение. Изучение состава поровых растворов имеет важное значение для понимания и уточнения стратиграфических признаков и фациальных характеристик осадочных горных пород, данные о составе поровых растворов могут быть использованы при реконструкции солености древних бассейнов осадконакопления, а также помочь в понимании процессов, происходящих при формировании и разрушении залежей углеводородов и пр. Достоверность результатов изучения поровых растворов существенно зависит от правильности выбора метода получения и обработки исходных данных. На сегодняшний день минерализацию и химический состав поровой воды можно экспериментально определить либо путем прямого химического анализа воды, непосредственно выделенной из пород (так называемых реальных поровых растворов), либо пересчетом из данных о составе водных вытяжек из пород с учетом их естественной влажности.

При достаточной влажности отложений не составляет большого труда непосредственно выделить поровые растворы (метод опрессовывания, метод замещения (спирт, масло и пр.) под давлением, центрифугирование и др.), а затем проанализировать их химический состав. Наибольшие трудности возникают при выделении поровых растворов из плотных горных пород, имеющих малую влажность (<5 масс.%, по данным [8ассЫ й а1., 2001; Крюков, 1971]). В этом случае приходится прибегать к альтернативному методу водных вытяжек. Метод заключается в том, что в одной пробе определяют количество поровой воды (весовым методом, дистиляционно-экстракционным методом и др.), а в параллельной или той же пробе количество водорастворимых солей в поровой воде путем анализа состава водной вытяжки с учетом влажности образца.

Активно изучение состава водных вытяжек началось отечественными учеными в 1931—1966 гг.

1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра гидрогеологии, науч. с., канд. геол.-минерал. н.; e-mail: Kanigu@mail.ru

2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра гидрогеологии, инженер; e-mail: yana1992@gmail.com

3 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра геологии и геохимии горючих ископаемых, доцент, канд. геол.-минерал. н.; e-mail: akhmanov@geol.msu.ru

4 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра гидрогеологии, доцент, канд. геол.-минерал. н.; e-mail: a_korzun@mail.ru

5 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра гидрогеологии, студент; e-mail: presnyakovaleriya@yandex.ru

6 Сколковский институт науки и технологий, вед. науч. с., канд. физ.-мат. н.; e-mail: A.Kazak@skoltech.ru

7 Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 17-77-20120).

с целью оценки роли поровых растворов в формировании состава подземных вод и установления связи ионно-солевого комплекса осадочных пород с седиментационными («погребенными») водами. В связи с техническими трудностями выделения естественных поровых вод такие исследования впервые были выполнены для слабопроницаемых пород Грозненских нефтяных месторождений, нефтяных месторождений г. Баку, месторождений Селли и Гаша в Дагестане [Крюков, 1971]. Установлено, что приготовление водных вытяжек вызывает не только разбавление порового раствора, которое легко можно было бы учесть, но и ряд сложных изменений состояния равновесия между раствором и твердой фазой: дополнительное растворение солей, сдвиг равновесий гидролиза, изменение условий адсорбционных равновесий между поглощающим комплексом и раствором, особенно сильно проявляющихся для глинистых веществ [Devine et al., 1973; Крюков, 1971; Шишкина, 1972]. Поэтому до настоящего времени остается вопрос, насколько полученный в ходе анализа водной вытяжки химический состав кондиционен и приближен к составу реальных поровых вод.

В результате сравнительного исследования, проведенного П.А. Крюковым и др. [Крюков, 1971], установлено, что состав растворов, выделенных из горных пород опрессовыванием при естественной влажности, растворов, отжатых из пород, которые предварительно увлажнены, а также водных вытяжек из пород сильно отличается. В ряде случаев состав водных вытяжек при пересчете на естественную влажность приводит к совершенно другому (нереальному) составу исходного порово-го раствора. При этом максимальное искажение минерализации поровой воды, рассчитанной по водной вытяжке, происходит в карбонатных и сульфатных породах за счет повышенной растворимости породообразующих минералов. Для песчаных пород, по экспериментальным данным П.А. Крюкова, концентрация хлора, оцененная по данным водных вытяжек, оказывается очень близка к его реальному содержанию в поровой воде.

В ряде зарубежных работ [Edmunds, Bath, 1976; Fernández et al., 2014; Reinik et al., 2015] показана очень хорошая сходимость значений концентрации хлора в пересчете из водных вытяжек глинистых горных пород с учетом естественной влажности с измеренными в реальных поровых растворах, отжатых методом центрифугирования или опрес-совывания. В работе [Mazurek et al., 2015] метод водных вытяжек уверенно использовался для оценки оставшейся после опрессовывания (200—500 мПа) концентрации хлора в образцах слабопроницаемых сланцевых пород. В работе [Казак и др., 2017] метод водных вытяжек был применен для оценки содержания хлора и натрия в поровых водах слабопроницаемых сланцевых пород баженовской свиты Западной Сибири. До настоящего времени

вследствие низкого водосодержания этих пород не удалось выделить реальный поровый раствор и напрямую проанализировать его состав.

Цель наших исследований — количественная сравнительная характеристика макро- и микрокомпонентного состава поровых растворов, полученная по данным прямого анализа и в ходе пересчета из состава водных вытяжек с учетом естественной влажности отложений, а также оценка точности и возможности использования метода водных вытяжек для определения минерализации и состава реальных поровых вод низкопроницаемых глинистых отложений.

Материалы и методы исследований. Для исследования использованы образцы донных отложений, отобранные ударной трубкой в Баренцевом море в ходе рейса Т^-18 по программе ЮНЕСКО-МГУ «Обучение — через исследования (Плавучий Университет)» на научно-исследовательском судне (НИС) «Академик Николай Страхов» (рис. 1).

Пробоотбор выполнен при помощи ударной трубки длиной 6 м, ее внутренний диаметр 148 мм, масса около 800 кг. Трубка оснащена специальным пластиковым вкладышем и кернорвателем, сохраняющим керн при подъеме. Максимальное проникновение ударной трубки в грунт обеспечивалось ее свободным падением с высоты 30—50 м от дна. Все спуско-подъемные операции, связанные с проведением донного пробоотбора, выполнялись с кормы НИС через П-образную раму с помощью гидравлической лебедки «Каиша^еро1а».

После подъема трубки на палубу из нее доставали пластиковый вкладыш, из которого посекционно извлекали керн (длина каждой секции около 60 см). Каждую секцию при помощи пластиковой лески разрезали вдоль на две равные части. Одну часть использовали для литологического описания, фотографирования и прочих профильных исследований. Часть керна герметично упаковывали по секциям в изолированные пластиковые коробы (кабель-каналы) с квадратным сечением (6x6 см) для хранения в Учебно-научном Центре ЮНЕСКО-МГУ по морской геологии и геофизике при геологическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова.

Проводя исследования на несвежеотобранных образцах, хранившихся в герметичных трубках в кернохранилище (рис. 2) при поверхностных атмосферных условиях среды, авторы не ставили задачу охарактеризовать истинный природный состав поровых растворов донных осадков Баренцева моря. Преследовалась методическая цель сравнить два метода исследования состава поровых вод — метод прямого анализа выделенного порового раствора и косвенный метод водных вытяжек, показать возможность и достоверность использования последнего для анализа состава высокоминерализованных поровых растворов.

Для исследований выбран керн донных отложений, представленный в пяти секциях с максимально сохраненной водонасыщенностью. Сразу после вскрытия пластикового короба измеряли рН и ЕЙ донных осадков прямым потенциометриче-ским методом на приборе «Эксперт-001».

Часть вскрытого керна после измерения ЕЙ и рН незамедлительно направляли на извлечение поровых вод и определение влажности, а часть высушивали и использовали для дальнейшего извлечения водных вытяжек, определения химического и минералогического состава отложений и емкости катионного обмена.

Прямое извлечение поровых вод выполняли методом центрифугирования на центрифуге «ОПН-18» (20 мин., 7000 об./мин.).

Влажности определяли как разность массы естественного и высушенного при 105 °С осадка по методу, изложенному в работе [Кречетов, Дианова, 2009]. За результат анализа принималось среднее арифметическое значение двух параллельных определений. Сводные результаты анализа представлены в табл. 1.

Таблица 1

Характеристика основного состава поровых вод донных осадков Баренцева моря по данным прямого измерения

Номер образца Влажность донных осадков, % £ +<e ^ Й О к 1 о к. Ъо Л „ 1 О о ■г" 'lh J-t PQ О Йи Ч ч

AR-19G Sec.2 59,2 29,71 0,64 1,38 0,006 0,002 0,0007

AR-26G Sec.2 40,3 27,21 0,57 1,24 0,009 0,002 0,0006

AR-36G Sec.1 48,4 29,44 0,51 1,48 0,005 0,002 0,0012

AR-36G Sec.2 51,4 32,82 0,62 1,49 0,005 0,002 0,0007

AR-67G Sec.1 47,9 28,33 0,63 1,24 0,006 0,002 0,0009

Рентгенофазовый анализ донных осадков проводили на рентгеновском дифрактометре «Дрон-3М» (ошибка измерения 5%). Определение ЕКО и состава обменных катионов было выполнено методом Пфеффера в модификации Молодцова и Игнатовой с отмывкой 70%-ным спиртом от легкорастворимых солей по схеме [Кречетов, Дианова, 2009].

Водные вытяжки выполнены из образцов донных осадков по следующей схеме: навеску породы (около 40—50 г) заливали дистиллированной водой в соотношении вода:порода = 2:1, затем колбу взбалтывали в течении 3 мин. Раствор отделяли от осадка методом центрифугирования (10 мин., 4000 об./мин.), отфильтровывали механические примеси и выполняли химический анализ. При приготовлении вытяжек использовалась бидистил-лированная вода, не содержащая углекислого газа, для снижения растворимости карбонатов кальция и магния в ходе проведения опыта.

Рис. 1. Район исследований в Баренцевом море

В полученной суспензии с помощью рН-метра «ЭКСПЕРТ-001» определяли значения рН (погрешность измерения ±0,02 ед. рН).

В отфильтрованных растворах водных вытяжек и извлеченных поровых водах методами объемного титрования было определено содержание гидрокарбонат-иона (±8 отн.%), катионов кальция и магния (±5 отн.%), хлор-иона (±3 отн.%). Содержание сульфат-иона и железа (±15 отн.%) определено с помощью спектрофотометра. Концентрация катионов натрия (до 10 отн.%) и калия (до 15 отн.%) определена методом пламенной фотометрии.

Содержание микроэлементов и редкоземельных элементов (РЗЭ) в образцах пород донных отложений, поровых водах и водных вытяжках выполнено на масс-спектрометре высокого разрешения с ионизацией в индуктивно-связанной плазме для элементного и изотопного анализа «ELEMENT2» (производитель «Thermo Finnigan») (±3 отн.%).

Результаты исследований и их обсуждение.

В изученных колонках донных отложений преобладают глинисто-алевритовые илы с песчаной примесью (рис. 3). Карбонатность осадков низкая — от 0 до 11% (рис. 3). Измеренная емкость катионного обмена изменяется от 32,6 до 38,9 мг-экв/100 г породы. В составе обменного комплекса во всех образцах обнаружена следующая последовательность концентрации обменных катионов: Na>Mg>Ca>K.

Измеренные величины рН и Eh донных осадков Баренцева моря изменяются от 7,11 до 7,66 и от +197 до +358 мВ соответственно, при этом рН поровых вод составляет 6,82—7,70. Полученные

Станция ТТР18-АР36С (секции 1 и 2)

Л

_\ _

0-78 см: глинисто-алевритовый ил, серо-оливковый, средней плотности, с мелкопесчаной примесью (до 15% в карманах). Верхняя часть интервала (0-6 см) разжижена, с мелкопесчаной (3%) примесью и трубками полихет. По всему интервалу отмечаются примазки гидротроилита. Найдена окисленная трубка в интервале 5-7 см. В интервале 59-78 см осадок биотурбирован (разжиженный, мягкий, с алевритовой (10%) и песчаной (3%) примесями). В интервалах 9-11, 24—25, 46-48 см наблюдаются карманы, заполненные мелкопесчаным материалом. Нижняя граница интервала резкая, косая

78-124 см: Глинисто-алевритовый ил, серо-коричневый, мягкий, однородный

Станция ТТР18-АР19С (секция 2)

62-111 см: глинисто-алевритовый ил, серо-коричневый, мягкий, однородный. Нижняя граница интервала неровная, резкая

111—122 см: глинисто-алевритовый ил, темно-серый, плотный, однородный, пластичный, с гравийной (5%) примесью

Станция ТТР18-АР26С (секция 2)

59-69 см: глинисто-алевритовый ил, серо-коричневый. Нижняя граница интервала косая, переходная.

69-124 см: глинисто-алевритовый ил, темно-серый, мягкий, однородный. В интервале 122—124 см отмечен прослои гидротроилита

Станция ТТР18-АР67С (секция 1)

0-27 см: глинисто-алевритовый ил, серовато-оливковый, мелкопесчаной примесью (3%), в верхней части (2 см) обводненный, с песчаной (3%) примесью В интервале 3-4 см отмечается окисленный прослой алевритового материала. В интервалах 11-12 и

26-27 см наблюдаются прослои (мощностью до 1,5 см) мелкопесчаного материала. Нижняя граница интервала ровная,резкая

27-62 см: глинистый ил, коричневато-серый, мягкий, с песчаной примесью (3%)

Рис. 2. Колонки донных отложений Баренцева моря: а — образец № АЯ-36G Бее.1 и образец № AR-36G Бее.2; б — образец № AR-19G Бее.2; в — образец № AR-26G Бее.2; г — образец № AR-67G Бее.1

значения согласуются с данными Ю.Н. Гурского [Гурский, 2003] для других районов Баренцева моря: рН придонной воды — 7,55—8,27, рН иловых вод — 6,34-7,00, отмечена выраженная тенденция к увеличению рН по глубине колонки.

По химическому составу выделенные поровые воды хлоридные магниево-натриевые с минерализацией (ЕМ) от 27,14 до 32,73 г/л (рис. 4, 5) и с содержанием хлор-иона (С1-) 17,27-20,25 г/л (табл. 1). По данным Ю.Н. Гурского, ЕМ придонных вод Баренцева моря составляет 34,13-34,38 г/л при содержании хлор-иона 18,62-18,91 г/л, ЕМ иловых вод — 34,08-40,97 г/л при содержании хлор-иона — 18,5-22,41 г/л [Гурский, 2003]. Содержание натрия (№+) в поровой воде в среднем составляет 7,09 г/л. Содержание С1-, полученное по данным водных вытяжек, хорошо согласуется со значениями его концентрации в истинных поро-вых водах в пределах ошибки анализа (рис. 6). Такая же ситуация наблюдается для натрия (рис. 7). Таким образом, в данном случае единственный источник ионов С1- и при приготовлении водной вытяжки — поровые воды.

Учитывая, что хлор и натрий — доминирующие ионы в составе исследуемых поровых вод, можно признать хорошую сходимость результатов определения величин минерализации реального порового раствора и минерализации, рассчитанной по данным водных вытяжек с учетом естественной влажности (рис. 5).

Содержание сульфат-иона (Б042-) в поровых водах составляет 0,13-0,22 г/л, при этом коэффициент г Б042-/г С1- = 0,005:0,009, т.е. очень низкий (табл. 1), что свидетельствует о крайне слабой ре-

дукции сульфатов или ее отсутствии. В растворах водных вытяжек концентрация Б042- повышается более чем в 4 раза (рис. 4, рис. 6). Такое поведение концентрации иона Б042- связано, скорее всего, с окислением пирита в процессе приготовления водной вытяжки. Пирит содержится почти во всех образцах (рис. 3), однако его количество, состояние и условия для окисления могут отличаться.

Содержание гидрокарбонат-иона (НС03-), кальция (Са2+) и магния (Mg2+) для поровых вод составляет 0,12-0,17, 0,54-0,85 и 1,62-2,06 г/л соответственно. В растворах водных вытяжек было определено их более высокое содержание (рис. 6, 7). Увеличение их концентрации может быть связано с процессами катионного обмена, а также с растворением карбонатов кальция и магния, в том числе серной кислотой, образующейся при окислении пирита. Как видно на рис. 3, карбонатные минералы обнаружены в большинстве исследованных образцов донных осадков. Совместно с увеличением содержания ионов НС03-, Са2+ и Mg2+ отмечено превышение величины рН водных вытяжек по сравнению с рН реальных поровых растворов (рис. 5).

Рассчитанные значения коэффициентов мета-морфизации реальных поровых вод (г№+/гСГ = = 0,51:0,64 и гС1- - гКа+)/^+ =1,24:1,48) указывают на уменьшение доли натрия за счет накопления кальция, который, вероятно, вытесняется из поглощающего комплекса отложений главным образом натрием поровой воды. Метаморфизация поровых вод с появлением хлоридно-натриево-кальциевого типа вод за счет процессов катионного обмена обнаружена также в донных отложениях

] Глины Ш Кварц Ш КГТШ Ш Плагиоклаз И Роговая обманка ^Пироксен ЕЕ1 Кальцит Ш Доломит Э Пирит Рис. 3. Минеральный состав изученных образцов донных отложений Баренцева моря

19G Sec. 2 26 G Sec. 2 36GSec. 1 36GSec. 2 67GSec. 1

Рис. 4. Макрокомпонентный состав поровых растворов по данным водных вытяжек и прямого анализа (внизу номера образцов)

Тихого океана и Черного моря [Гурский, 2003; Шишкина, 1972].

Содержание брома (Вг-) в среднем составляет 74,82 мг/л (табл. 2), при этом коэффициент г Вг-/г С1- равен 0,002 для всех исследованных образцов. Содержание Вг- в растворе, полученное при пересчете из водных вытяжек, согласуется в пределах ошибки определения с его содержанием в реальных поровых водах (рис. 6).

Измеренное содержание бора (В-) в поровых водах донных осадков немного повышено относительно его концентрации в водах Баренцева моря (4 мг/л по данным [Гурский, 2003]) и в среднем составляет 4,68 мг/л. В целом измеренное содержание В- в поровых водах и донных осадках Баренцева моря (табл. 2) выше, чем в Каспийском, Черном, Средиземном и Красном морях [Гурский, 2001]. Коэффициент г Вг-/г С1- для

Рис. 5. Значения минерализации и величины рН поровых вод, измеренные (1) и рассчитанные (2) по данным водных вытяжек

с учетом естественной влажности отложений

образцов поровой воды изменяется от 6-10-4 до 11-10-4 и соотносится с рассчитанным в работе [Гурский, 2003] — 8,1-10-4. Содержание бора в донных отложениях крайне неравномерно — от 4,16 до 273,51 г/т. Концентрация В в растворах водных вытяжек сильно превышает его истинную концентрацию в поровой воде (табл. 2). Такое поведение бора, согласно работам [Appelo, Postma, 2005; Гурский, 2001], связано с переходом в раствор водной вытяжки как его водорастворимых, так и сорбированных форм.

Пересчитанная по данным водных вытяжек концентрация бария (115,87-186,05 мг/л) более чем в 2 раза превышает его содержание в поровых водах (45,33-82,00 мг/л) при среднем содержании в породе 405,95 г/т.

Несмотря на то что исследования были выполнены для слабоуплотненных донных осадков, полученные результаты в целом согласуются с данными работы [Fernández et al., 2014]. Эти авторы изучили поровые растворы плотных глинистых пород из Монт-Терри (Швейцария) с водосо-держанием от 6,2 до 7,8%, полученные методом опрессовывания и водных вытяжек. В результате обнаружено, что концентрация хлора и брома в водных вытяжках при пересчете с учетом естественной влажности согласуется с их содержанием в отжатом поровом растворе. Сходимость по сульфат-иону, гидрокарбонат-иону, катионам кальция и магния не установлена, однозначный вывод о содержании катиона натрия сделать так же не удалось.

Измеренное содержание урана в поровых водах изменяется от 2,14 до 36,01 мг/л, тория — от 0 до 2,11 мг/л. Радиоактивность донных осадков

исследованных образцов имеет ярко выраженную ториевую природу (ТИ/и>1). Содержание РЗЭ в поровых водах в среднем составляет 15,69 мкг/л при содержании в осадках 189,62 г/т. В растворе водной вытяжки РЗЭ, ТИ и и не обнаружены.

Заключение. В результате исследований путем сравнения данных анализа химического состава растворов, выделенных при естественной влажности и полученных с помощью водных вытяжек, сделана количественная оценка искажений состава реального порового раствора, возникающих при использовании косвенного метода водных вытяжек.

Установлено, что концентрацию ионов хлора, натрия и брома можно вычислять довольно достоверно по результатам анализов водных вытяжек. Так как в глубинных водах содержание хлоридов и натрия обычно значительно превалирует, то таким простым путем можно получить данные о минерализации поровых растворов.

Значения концентрации сульфат-иона, гидрокарбонат-иона, кальция, магния, калия, бора и бария, рассчитанные по составу водных вытяжек, значительно превышают определенные в реальном поровом растворе. Рост концентрации в основном связан не только с ошибкой разбавления порового раствора, но и с дополнительным растворением некоторых минералов, а также с изменением адсорбционных равновесий между поглощающим комплексом породы и раствором водной вытяжки.

Несмотря на то что исследование растворов водных вытяжек донных отложений показало невозможность точно определить состав реального порового раствора, оно дало возможность оценить

сг

8042-

22 п

20 "

^ 18 -

к

3 16

а

и

4 о

О 14

12 -

и

10

1,4 л

1,2 1

В 0,8 и

сЗ £

& 0,6

ч

о

и

0,4 0,2 0

Ш

19С8ес.2 26в 8ес.2 36в ЭесЛ :36С8ес.2 67в 8есЛ Номер образца

-1-1-1-1

8ес.2 26в 8ес.2 36в БесЛ 36в 8ес.2 67в 8есЛ Номер образца

Вг"

В

0,1 0,095 0,09 Ц 0,085 -

I 0,08

Рн

Ч 0,075 о

0,07 0,06 0,06

0,035 0,03 0,025 0,02 -

1-1-1-1-1

19в 8ес.2 :26С8ес.2 36в 8есЛ 36в 8ес.2 670 БесЛ Номер образца

а 0,015

а> Ч о

0,01 0,005 0

-1-1-1-1

190 8ес.2 260 8ес.2 ЗбО 8есЛ 36в 8ес.2 67в БесЛ Номер образца

нсо;

к

к *

л 0) ч о

и

0,5 -п

0,4 -

0,3 т

0,2 -!

0,1 г

5

о Поровые воды • Водная вытяжка

п-1-1-1-1

190 8ес.2 260 8ес.2 Збв ЭесЛ 36в 8ес.2 67в ЭесЛ Номер образца

Рис. 6. Концентрация основных катионов в поровых водах, измеренная и рассчитанная по данным водных вытяжек с учетом естественной влажности отложений

Г

10 п

9 т 8 :

7 I

6 т 5 £

4 т 3 ^ 2 ^ 1 т 0 --

19в 8ес.2

26в 8ес.2 36в БесЛ 36в 8ес.2 67в БесЛ Номер образца

Са2+

1,8 п

1,6

1,4

1,2 Т 1 ^ 0,8 -I

0,6 т

0,4 ^

0,2 -0

1

I

-1-1-1-1

19в 8ес.2 26в 8ес.2 36в весЛ 36в 8ес.2 67в 8есЛ Номер образца

Бе

общ

0,005 п

0,004

^ 0,003

| 0,002

0,001

-1-1-1-1

19в 8ес.2 26в 8ес.2 36в 8есЛ 36в 8ес.2 67в 8есЛ Номер образца

2 -,

К &

и

ч: о

и

1,8 1,6 1,4 1,2 1

0,8 0,6 0,4 0,2 0

1 I I

19С8ес.2 26С8ес.2 36в 8есЛ

36С8ес.2 67в 8есЛ

Номер образца

<и

О О

2,5 -|

2 -

1,5 -

1 -

0,5 -

0

19й 8ес.2. 26й 8ес.2 36в 8есЛ 36в 8ес.2 67в 8есЛ Номер образца

о Поровые воды • Водная вытяжка

Рис. 7. Концентрация анионов в поровых водах, измеренная и рассчитанная по данным водных вытяжек с учетом естественной влажности отложений

Таблица 2

Измеренное содержание отдельных микрокомпонентов в поровых водах и донных осадках Баренцева моря

Номер образца рН B , мг/л Br , мг/л Ba РЗЭ U Th

мг/л мкг/л

Поровые воды

AR-19 G Sec.2 6,98 0,39 0,99 82,00 38,61 2,14 2,11

AR-26 G Sec.2 7,09 0,28 0,80 61,08 13,60 9,71 0,98

AR-36 G Sec.1 7,70 0,62 0,84 45,33 4,60 5,74 0,16

AR-36 G Sec.2 6,82 0,38 1,08 74,17 13,97 5,47 0,30

AR-67G Sec.1 7,08 0,46 0,96 53,57 7,66 36,01 <ПО

Пересчет из состава водных вытяжек

AR-19 G Sec.2 7,03 8,85 80,83 142,44 <ПО* <ПО <ПО

AR-26 G Sec.2 7,52 29,10 65,40 172,38 <ПО <ПО <ПО

AR-36 G Sec.1 7,32 11,78 54,33 161,33 <ПО <ПО <ПО

AR-36 G Sec.2 7,39 9,49 87,54 186,05 <ПО <ПО <ПО

AR-67G Sec.1 7,12 8,10 67,72 115,87 <ПО <ПО <ПО

Донные отложения, г/т

AR-19 G Sec.2 7,64 10,71 2,93 347,59 198,50 2,04 11,45

AR-26 G Sec.2 7,33 4,16 <ПО 427,49 220,32 2,73 10,85

AR-36 G Sec.1 7,53 273,51 <ПО 514,26 167,28 3,90 7,83

AR-36 G Sec.2 7,99 5,91 <ПО 388,01 227,21 2,26 11,12

AR-67G Sec.1 7,16 245,32 3,04 352,40 134,82 1,98 6,64

*ПО — предел обнаружения.

в пределах ошибки определения содержание хлора, натрия и брома. Установлено, что как для слабоуплотненных, существенно глинистых донных отложений, так и для пород различной степени литификации наблюдаются те же отличия химического состава реальных и условных (полученных по данным водных вытяжек) поровых растворов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Гурский Ю.Н. Геохимия литогидросферы внутрен-ных морей. Методы изучения и процессы формирования химического состава иловых вод в отложениях Черного, Азовского, Каспийского, Белого, Балтийского морей. М.: ГЕОС, 2003. 332 с.

Казак Е.С., Богданович Н.Н., Казак А.В. и др. Оценка содержания остаточной поровой воды и анализ состава водных вытяжек пород баженовской свиты Западной Сибири // Нефтяное хозяйство. 2017. Т. 4. С. 48—52.

Кречетов П.П., Дианова Т.М. Химия почв. Аналитические методы исследования: Учеб. пособие. М.: МГУ, 2009. 248 с.

Крюков П.А. Горные, почвенные и иловые растворы. Новосибирск: Наука, 1971. 219 с.

Шишкина О.В. Геохимия морских и океанических иловых вод. М.: Наука, 1972. 228 с.

Appelo C.A.J, Postma D. Geochemistry, groundwater and pollution. L.: A.A. Balkema Publishers, 2005. 649 p.

Devine S.B., Ferrel R.E., Billings G.K. The significance of ion exchange to interstitial solutions in clayey sediments // Chem. Geol. 1973. Vol. 12. P. 219-228.

Метод водных вытяжек не следует рекомендовать в качестве универсального метода, облегчающего исследование поровых растворов. Его следует применять преимущественно в тех случаях, когда исследуемые породы имеют низкое водосодержа-ние, вследствие чего поровый раствор не может быть выделен при естественной влажности.

Edmunds W.M., Bath A.H. Centrifuge extraction and chemical analysis of interstitial waters // Environm. Scien. & Technology. 1976. Vol. 10. P. 467-472.

Fernández A.M., Sánchez-Ledesma D.M., Tournassat C. et al. Applying the squeezing technique to highly consolidated clayrocks for pore water characterisation // Lessons learned from experiments at the Mont Terri Rock Laboratory. Appl. Geochem. 2014. Vol. 49. P.2-21.

Mazurek M, Oyama T, Wersin P., Alt-Epping P. Pore-water squeezing from indurated shales // Chem. Geol. 2015. Vol. 400. P. 106-121.

Reinik J., Irha N, Steinnes E. et al. Characterization of water extracts of oil shale retorting residues form gaseous and solid heat carrier processes // Fuel Processing Technology. 2015. P. 443-451.

Sacchi E, Michelot J.-L., Pitsch H. et al. Extraction of water and solutes from argillaceous rocks for geochemical characterisation: Methods, processes and current understanding // Hydrogeology J. 2001. Vol. 9. P. 17-33.

Поступила в редакцию 27.02.2018