CC BY
54
УдК 551.242:551.464.38
Мязина Н.Г.
Оренбургский государственный университет E-mail: [email protected]
К ВОПРОСУ ФОРМИРОВАНИЯ И ГЕНЕЗИСА РАССОЛОВ ХЛОРКАЛЬЦИЕВОГО ТИПА ПРИКАСПИЙСКОГО МЕГАБАССЕЙНА
При разработки и добычи углеводородов на нефтегазовых месторождениях попутно извлекаются хлоридные рассолы, которые утилизируются, закачивая их в подземные коллекторы для поддержания пластового давления. Рассолы являются источником бальнеологии и комплексного гидроминерального сырья, используемого в народном хозяйстве для извлечения ценных микрокомпонентов: йода брома, бора, калия, магния, рубидия, цезия, стронция, германия, лития, поваренной технической соли.
В районах с солянокупольной тектоникой С1-Са-рассолы встречаются в надсолевой и подсо-левой толще осадочного чехла.
Выявлены Cl-Ca рассолы в водоносных комплексах надсолевой толщи. Мезозойские (меловые, юрские, триасовые) и верхнепермские отложения имеют мощность до 6-7 км, а мощность подсолевых отложений палеозойских (нижнепермских, каменноугольных, девонских отложений) достигает 13-15 км. Рассолы обладают минерализацией до 310 г/дм3 и более. Содержание Br варьирует от 46 до 1039 мг/л. Концентрация I достигает 80, Sr-1200, Li -35, Rb-20, Cs-1 мг/л. Газовый состав - N2-CH4. Рассолы хорошо выраженного типа (Шб по Е.В. Посохову), занимают самые глубокие части в осадочном чехле Прикаспийского мегабассейна.
В надсолевой толще в глубоких частях межкупольных депрессиях на глубинах от 2119 до 4400 и возможно глубже на Упрямовской и Паромненской площадях установлены хлоридные кальциево-натриевые (натриево-кальциевые) крепкие рассолы хорошо выраженного типа (Шб по Е.В. Посохову) с содержанием Br410-1038,9 мг/дм3. На глубинах от 590-3050 м выведены и установлены хлоридные натриевые рассолы (от слабых до крепких) слабого хлоркальциевого типа с минерализацией 101-262 г/дм3 и более, метаморфизованы (rNa/rCl=0,80 0,89, CaCl2 до 7^11 %экв). Содержание Br варьирует от 46 до 201 мг/л. Концентрация I достигает 1,0-16 мг/дм3. В подсолевых отложениях от артинских по девонские встречены хлоридные натриевые рассолы (от слабых до крепких) слабого хлоркальциевого типа с минерализацией 105-310 г/дм3. Содержание Br варьирует от 133 до 719 мг/л и более. Концентрация I достигает 80 мг/дм3.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Прикаспийский мегабассейн, химический состав, минерализация, хлоридные рассолы, генезис, метаморфизация, йод, бром.
Введение
Наиболее крепкие и метаморфизованные хлоркальциевые рассолы распространены только в бассейнах с соленосными, особенно калиеносными, формациями: Прикаспийская впадина (Р1), Ангаро-Ленский бассейн (€1); Предуральский прогиб (Р1); Припятская впадина ф3).
В Западной Европе - это также бассейны Цехштейна (Германия, Польша).
В бассейнах с эвапоритовыми формациями мощность зоны рассолов определяется положением соленосной толщи в разрезе осадочного чехла и его мощностью.
Нахождение сульфатно-галогенных отложений, как показателя существования соле-родного палеоводоема, в верхней и средней частях разреза чехла бассейнов (Прикаспийский, Волго-Уральский и др.) способствует засолению подземных вод и формированию мощной зоны рассолов не только в отложениях, непосредственно контактирующих с соленосными породами, но и в нижезалегающих, в результате
перемещения рассолов вниз как более тяжелых относительно подстилающих менее минерализованных вод (Валяшко, 1965; Поливанова, 1982; Попов, 2000).
Рассолы, образующиеся за счет перетекания высокоминерализованных растворов из вышележащих комплексов солеродных бассейнов, являются седиментационно-эпигенетическими. Они всегда моложе вмещающих пород.
В гидрогеологических структурах, выполненных преимущественно терригенными, иногда угленосными формациями морских, слабо опресненных или осолоненных бассейнов минерализация вод обычно не превышает 30-40 г/дм3:
Западная Сибирь У-К) - 15-25 (редко до 50-80 г/дм3) По составу воды хлоридные и гидрокарбонатно-хлоридные натриевые.
Известны бассейны, чехол которых сложен слабосолоноватоводными и пресноводными терригенными осадками кайнозоя и мезозоя (Дальний Восток, Забайкалье).
В них минерализация вод на глубине до 2,0-2,2 км не превышает 3-5 г/дм3.
Материалы и методы
Для изучения хлоркальциевых рассолов Прикаспийского мегабассейна были использованы следующие методы:
1) Анализ фондовых и литературных источников.
2) Для определения химического состава подземных вод был проведен сокращенный химический анализ с определением йода, брома, ортоборной кислоты который производился в целях изучения глубоких водоносных горизонтов при бурении на нефть и газ при пластои-спытании и получения характеристики состава флюидов.
Результаты обсуждения
В районах с солянокупольной тектоникой С1-Са-рассолы встречаются в надсолевой и подсолевой толще осадочного чехла. Рассолы хорошо выраженного типа (Шб по Е.В. Посо-хову), занимают самые глубокие части в осадочном чехле Прикаспийского мегабассейна. Мезозойские (меловые, юрские, триасовые) с С1-Са рассолами имеют мощность до 6-7 км в надсолевом комплексе, а мощность подсолевых отложений палеозойских (нижнепермских, каменноугольных, девонских отложений) достигает 13-15 км. Рассолы обладают минерализацией до 310 г/дм3 и более и метаморфизованы (Ша/ гС1=0,54-0,88, СаС12 до 8-56 %экв). Они имеют низкую сульфатность (гё04*100/гС1=0,03-0,7) и кислую и околонейтральную реакцию среды (рН=4,0-7,7). Содержание Вг варьирует от 46 до 1039 мг/л и более (С1/Вг от 180 до 960). Концентрация I достигает 80, Sг-1200, Li -35, Rb-20, Cs-1 мг/л [1]. Газовый состав - ^-СН4.
По вопросу происхождения С1-Са-рассолов, как известно, существует ряд альтернативных гипотез - эндогенная (ювенильная), инфильтро-генная (метеогенная) и седиментогенная (талас-согенная), которые привлекались для объяснения генезиса указанных рассолов в соседнем Волго-Камском артезианском бассейне.
Установлено [1], что для Прикаспийской впадины наиболее полно удовлетворяет седи-ментогенная (литогенетическая) концепция, связывающая образование хлоркальциевых рассолов с геохимической эволюцией вод осадочных бассейнов минувших геологических эпох в ходе галогенеза и последующих процессов
метаморфизации хлормагниевой солеродной рапы на стадиях диагенеза и катагенеза в под-солевой толще.
Главная роль в формировании подсолевых рассолов принадлежит Восточно-Европейскому эвапоритовому бассейну [8], а в формировании С1-Са-рассолов - процессы концентрационной (плотностной) конвекции тяжелой (р=1,23-1,37 г/см3) C1-Mg-солеродной рапы пермских эвапоритоваых бассейнов в среду более легких (р=1,03-1,13 г/см3) С1-№-вод. В ходе нисходящей миграции C1-Mg-рассолов через терригенно-карбонатные породы палеозоя происходила их метаморфизация в прямом направлении (с образованием СаС12), в основном, в результате процессов метасоматической доломитизации известняков, альбитизации и обменной адсорбции:
2СаС03(кальцит)+ MgC12(ЖФ) = CaCO3xMgCO3(доломит) + СаС12(ЖФ)
2ШС1(ЖФ) + Са2+(адс) = СаС12(ЖФ) +2Ш+(адс)
CaA12Si2O8(анортит)+2NaC1(ЖФ)+4SiO2= 2NaA1SiO3O8(альбит)+CaC12(ЖФ)
Обменная адсорбция может существенно воздействовать только на слабые рассолы (до 50-100 г/л). Следовательно, С1-Са-рассолы являются вторичными по отношению к вмещающим их каменноугольным и девонским породам. Как правило, они имеют возраст ранней перми (200-250 млн. лет), т. е. являются седиментогенно-эпигенетическими. Наиболее интересные представители рассолов вышеперечисленных типов представлены в таблице 1.
Первопричиной образования седименто-генных рассолов является испарительное концентрирование морской воды в поверхностных условиях под влиянием галогенеза.
По М.Г. Валяшко (1962), «галогенез - процесс формирования на поверхности Земли в открытых бассейнах путем постепенного сгущения испарением высококонцентрированных рассолов, выпадения из них в осадок и образование отложений разнообразных солей».
Это определение означает, что при глубоком развитии процесса («жестком» галогенезе) одновременно образуются соляные осадки и крепкие рассолы, представляющие собой соответственно твердую и жидкую фазы гало-генеза.
Мязина Н.г.
К вопросу формирования и генезиса рассолов хлоркальциевого типа .
Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы:
1. В надсолевой толще в глубоких частях межкупольных депрессиях на глубинах от 2119 до 4400 и возможно глубже на Упрямов-ской и Паромненской площадях установлены хлоридные кальциево-натриевые (натриево-кальциевые) крепкие рассолы хорошо выраженного типа (Шб по Е.В. Посохову) с минерализа-
цией 209-293 г/дм3 и более и метаморфизованы (гЫа/гС1=0,54-0,56, СаС12 до 33-56 % экв). Они имеют кислую и околонейтральную реакцию среды (рН=4,0-5,2). Содержание Вг варьирует от 410 до 1039 мг/л и более (С1/Вг <320).
Концентрация I достигает 2,3 мг/дм3.
2. На глубинах от 590-3050 м встречены хлоридные натриевые рассолы (от слабых до крепких) слабого хлоркальциевого типа с ми-
Таблица 1. Химический состав рассолов хлоркальциевого типа Прикаспийской впадины
№ пп № Водопункта Глубина залегания (м), Возраст. Формула химического состава гЫа гС1 С1 Вг Вг, Т, Н3В03 мг/л
Хлоридный натриевый тип, (надсолевые рассолы) Ыа С1 Шб
1 Скв. 1-Упрямовская, 4416,5-4424 Р^ С1100 293 С а 5 6 N а 2 9 М g 15 рН 5 2 0.56 180 Вг-1038,96
2 Скв 10-Паромненская 2119-2134, Т^ С 1100 рН 4 209 - рН 4 N а 5 4 С а 3 3 М g 13 0,54 321 Т-2,3 Вг-410
3 Скв. 31-Шунгайская, район оз. Боткуль 3043-3050 Т С1100 2618 N а 8 9 С а 7 М g 4 рН 5 5 0.89- 3435 Т-16 Вг-46,6
4 Скв. 3- Паромная 1195-1199, Т2Ъ] С19 9 Б 041 152,2 N а 8 0 С а 10 М g 10 рН 6,8 0,81 460 Т-1,02 Вг-201,44
5 Скв. 16- Касаткинская, (Калмыкия) 1798-1836, ,Т2Ь С19 9 Б 041 175,3 N а 8 0 С а 10М g 10 рН5,7 0.88 625 Т-4,31 Вг-171,5
6 Скв.5038-Гмелинская, 587-593, K2t С19 9 Б 041 108 м Л рН7,0 N а 8 2 С а 12 М g 6 0,83 522 Т-2.28 Вг-124.25
7 Скв.5077-Волжская, 1510-1580, P2kz С19 6 Б 044 1012 N а 7 7 С а 15 М g 8 ^ 0.80 350 Т-2.79 Вг-170.37
Хлоридный кальциево-натриевый тип, (подсолевые рассолы) Ыа С1 Шб
8 Скв. 2-Ерусланская, 2585-2597 С2Ь С1100 198 ,, , - , , - рН 5.6 N а 8 0 С а 15 М g 5 0.8 370 .1-5.2 Вг-367
9 Скв. 2-Ерусланская, 1875-1905, С^1 С1100 217,2 ,г с рН 7.0 N а 8 3 С а 12 М g 5 0,83 500 Т-3.49 Вг-266
10 Скв 22-Ершовская 2057-2067, C2vг верейский С19 9 Б 041 105 N а 7 5 С а 19 М g 6 рН7Д 0,75 357 Т-9,13 Вг-185
11 Скв. 5-Карасальская, 3773-3789, Р1 аг С19 9 Б 041 310 -4- рН7,0 N а 7 5 С а 18 М g 7 0,75 263 Т-80 Вг-719
12 Скв 24-Ершовская 2205-2470, C1ok-s С19 9 Б 041 1816 N а 6 3 С а 10 М g 2 7 С а 10 рН6 9 0.64 906 Вг-133
13 Скв 22-Ершовская 3102-3114,0^ (черноярский) С1100 176 05 N а 6 3 С а 3 0 М g 7 рН4 6 0.63 203 Т-17.48 Вг-537.9
нерализацией 101-262 г/дм3 и более и метамор-физованы (rNa/rCl=0,80-0,89, CaCl2 до 7-11 % экв). Они имеют кислую и околонейтральную реакцию среды (рН=5,5-7,7). Содержание Br варьирует от 46 до 201 мг/л и более (Cl/Br <650).
Концентрация I достигает 1,0-16 мг/дм3.
3. В подсолевых отложениях от артинских по девонские выведены хлоридные натриевые рассолы (от слабых до крепких) слабого хлоркальциевого типа с минерализацией 105-310 г/дм3, слабометаморфизованные (rNa/ rCl=0,64-0,83, CaCl2 до 10-19 %экв).
Они имеют кислую и около нейтральную реакцию среды (рН=5,6-7,1). Содержание Br варьирует от 133 до 719 мг/дм3 и более (Cl/Br <650).
Концентрация I достигает 3,0-80 мг/дм3.
4. В скважине 22-Ершовской из чернояр-ских отложений эйфельского яруса девона с глубины 3100 м выведены и установлены крепкие хлоридные кальциево-натриевые рассолы
хорошо выраженного хлоркальциевого типа Шб с минерализацией 176 г/дм3, (г№/гС1=0,63, СаС12=30 % экв, рН=4,6), (С1/Вг=203). Содержание Вг - 537,9 мг/л, 1-17,5 мг/дм3.
5. В надсолевой толще генезис хлоркаль-циевых рассолов связан с процессами седиментации. В ходе геологического круговорота седи-ментогенные растворы вовлекаются в сложный процесс литогенетического преобразования осадочных пород, которые с момента захоронения этих растворов выступают основным источником растворенных веществ.
По мере опускания дна бассейнов, захваченные осадками морские воды опускались на все большую глубину и постепенно изолировались.
Исходные морские воды подвергались метаморфизации на стадии диагенеза а затем катагенеза по мере погружения, при этом изменялась не только подземные воды, но и минералогический состав пород.
25.03.2015
Список литературы:
1. Мязина Н.Г. Закономерности формирования и распространения минеральных вод в гидрогеологических структурах Волгоградской области [монография];- Волгоград: Изд-во ВолГУ 2008. -212 с.
2. Мязина Н.Г. Гидрогеохимические особенности рассолов подсолевого комплекса Прикаспийской синеклизы // Геология, география и глобальная энергия. Астрахань. 2012. №4 (47), С. 24-27.
3. Мязина Н.Г. Гидрогеохимические особенности рассолов Прикаспийской синеклизы. // Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами: материалы Всероссийской конференции с участием инностранных ученых. Под ред. Шварцева С.Л. Томск Изд-во НТЛ, 2012, 496с. С463-466.
4. Мязина Н.Г. Гидрогеохимические особенности рассолов надсолевого комплекса Прикаспийской синеклизы // Геология, география и глобальная энергия. Астрахань. 2013. №4 (51), С. 96-100
5. Мязина Н.Г., Пономарева П.А. Перспектива использования рассолов для извлечения иода на ОНГКМ // Вестник ОГУ. Оренбург. 2013. № 9 (155). С. 111-114.
6. Мязина Н.Г. Влияние тектогенеза и галогенеза на геохимические особенности рассолов Прикаспийской синеклизы (СевероКаспийский артезианский бассейн) // Вестник ОГУ. Оренбург. 2014. № 1 (155). С. 136-145.
7. Мязина Н.Г. Внутри и межсолевые рассолы кунгурских отложений Прикаспийской синеклизы // Геология, география и глобальная энергия. Астрахань. 2014. № 2, С. 57-65
8. Попов В.Г. Гидрогеохимия и гидрогеодинамика Предуралья. М.: Наука, 1985. 278 с.
Сведения об авторах:
Мязина Наталья Григорьевна, доцент кафедры геологии геолого-географического факультета Оренбургского государственного университета, кандидат геолого-минералогических наук
e-mail: [email protected]
460018. г. Оренбург, пр-т Победы 13, к. 3207, тел.: 37-25-43
