CC BY
7
УДК 556.314(597)
DOI: 10.18303/2618-981X-2018-1-55-63
РОЛЬ СИСТЕМЫ «ВОДА - ПОРОДА» В ПРОЦЕССАХ ФОРМИРОВАНИЯ СОСТАВА ТЕРМАЛЬНЫХ ВОД МЕСТОРОЖДЕНИЯ БАНГ (ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ВЬЕТНАМ)
Дмитрий Анатольевич Новиков
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, зав. лабораторией гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири, тел. (383)363-80-36, e-mail: [email protected]
Фан Ти Ким Ван
Институт геологических наук Вьетнамской академии наук и технологий, 84 Чуа Ланг, Донг Да, г. Ханой, Вьетнам, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, тел. (084)4-775-17-92, e-mail: [email protected]
Доан Ван Туен
Институт геологических наук Вьетнамской академии наук и технологий, 84 Чуа Ланг, Донг Да, г. Ханой, Вьетнам, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, тел. (084)4-775-17-92, e-mail: [email protected]
Ирина Ивановна Юрчик
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, ведущий инженер лаборатории гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири, тел. (383)306-63-70, e-mail: [email protected]
Николай Андреевич Ефимцев
Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 2, бакалавр кафедры геологии месторождений нефти и газа, тел. (383)363-80-36, e-mail: [email protected]
Впервые приводятся результаты изучения взаимодействия в системе «вода - горная порода» на примере месторождения термальных вод Банг в провинции Куанг Бинь (Центральный Вьетнам). Установлено, что термы (62,1-97,1 оС) с величиной общей минерализации 255-659 мг/дм3 HCO3-Na состава пересыщены относительно карбонатных минералов (кальцит, магнезит и доломит) и насыщены относительно альбита, микроклина, ломонтита и глау-кофана. Воды с температурой на выходе источника 24,3-34,5 оС минерализации 44-87 мг/дм3 HCO3-Cl-Na-Mg состава не насыщены к карбонатам и находятся в полях устойчивости глинистых минералов: каолинита, иллита и Na-, Ca-, и Mg-монтмориллонита. Выявленные факты хорошо согласуются с результатами изучения изотопного состава гидротерм (5D, 518O и 3H), согласно которым время циркуляции первой группы вод может достигать более 1 000 лет, тогда как второй не превышает 50 лет.
Ключевые слова: «вода - порода», термальные воды, процессы формирования, гидрогеохимия, месторождение Банг, Вьетнам.
ROLE OF "WATER - ROCK" INTERACTIONS IN THE FORMATION OF THE COMPOSITION OF THERMAL WATER IN THE BANG DEPOSIT (CENTRAL VIETNAM)
Dmitry A. Novikov
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Prospect Akademik Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, Ph. D., Head of Laboratory of Hydrogeology of Sedimentary Basins of Siberia, phone: (383)363-80-36, e-mail: [email protected]
Phan Thi Kim Van
Institute of Geological sciences, Vietnam Academy of Science and Technology, 84 Chua Lang, Dong Da, Hanoi, Vietnam, Ph. D., Senior Researcher, phone: (084)4-775-17-92, e-mail: [email protected]
Doan Van Tuyen
Institute of Geological sciences, Vietnam Academy of Science and Technology, 84 Chua Lang, Dong Da, Hanoi, Vietnam, Ph. D., Senior Researcher, phone: (084)4-775-17-92, e-mail: [email protected]
Irina I. Yurchik
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Prospect Akademik Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, Ph. D., Leading Engineer, Laboratory of Hydrogeology of Sedimentary Basins of Siberia, phone: (383)306-63-70, e-mail: [email protected]
Nikolay A. Efimtsev
Novosibirsk National Research State University, 2, Pirogova St., Novosibirsk, 630073, Russia, BSc of Department Geological and Geophysical, phone: (383)363-80-36, e-mail: [email protected]
The results of the studies of «water - rock» interactions for the Bang deposit of thermal water in Kuang Bin province (Central Vietnam) are presented for the first time. It was established that the terms (62,1-97,1 0C) with total mineralization 255-659 mg/dm3 of HCO3-Na composition are supersaturated with respect to carbonate minerals (calcite, magnesite, and dolomite) and saturated with respect to albite, microcline, laumontite, and glaucophane. Water with the temperature of 24,3-34,5 0C at the outlet from the source, with mineralization 44-87 mg/dm3 and composition HCO3-Cl-Na-Mg are unsaturated with respect to carbonates and are in the fields of stability of clay
minerals: kaolinite, illite, Na-, Ca-, and Mg-montmorillonite. The revealed facts are in good agree-
18
ment with the results of the investigation of the isotope composition of hydroterms (5D, 5 O and 3H), according to which the time of circulation for the first-group water may reach more than 1 000 years, while for the second-group water it does not exceed 50 years.
Key words: "water - rock», thermal water, formation processes, hydrogeochemistry, the Bang deposit, Vietnam.
Термальные воды Вьетнама изучаются на протяжении нескольких десятилетий, выполнены многочисленные исследования, направленные на выявление тектонического режима, геологического и гидрогеологического строения, гидрогеохимии и т. д. основных геотермальных областей [1-10]. При этом остаются нерешенными многие вопросы формирования их химического и изотопного состава. Решение этой проблемы невозможно без детального изучения состояния термодинамического равновесия гидротерм с ведущими минералами вмещающих пород. В предыдущих работах [1-2, 4] мы подробно рассмотрели гид-
рогеохимию и изотопный состав термальных вод центрального Вьетнама и гидротерм месторождения Банг в частности [3]. Поэтому основной целью данной работы является выявление основных особенностей равновесия в системе термы - горная порода.
Месторождение термальных вод Банг приурочено к зоне тектонических нарушений, связанной с пересечением крупных разломов Кьень Жань и Банг (рис. 1). Первый имеет простирание с севера на юг и трассируется одноименной рекой, а второй с северо-запада на юго-восток. Наблюдается разгрузка гидротерм и интенсивная фумарольная деятельность. Суммарный дебит высокотермальных вод с температурой 75-97 оС составляет более 40 л/с. На выходе источников отлагаются травертины (диаметр новообразований составляет до 1,0-1,5 м).
106:44'56" Юб'45'48'
Рис. 1. Местоположение района исследований и схема проявлений термальных вод месторождения Банг
На месторождении Банг развиты термальные воды с величиной общей ми-
"5
нерализации от 44 до 659 мг/дм преимущественно гидрокарбонатного натриевого, гидрокарбонатно-хлоридного натриево-магниевого состава (по С. А. Щу-кареву) (рис. 2, а). Изученные воды значительно отличаются по своему составу и содержанию основных макро- и микрокомпонентов в зависимости от температуры источника. Установлено две гидрогеохимические группы вод. Первая характеризуется температурой на выходе источника 24,3-34,5 оС, гидрокарбо-натно-хлоридным натриево-магниевым составом с величиной общей минерализации 44-87 мг/дм3. Вторая соответствует интервалу температур 62,1-97,1 оС с гидрокарбонатным натриевым составом и величиной минерализации
255-659 мг/дм . Изученные термальные воды отличаются соленостью, не превышающей 1 г/дм , что может быть связано с тем, что их состав формируется в пределах нестратифицируемых подразделений гидрогеологических массивов в области широкого развития интрузивных пород, устойчивых к процессам выветривания. Циркуляция вод происходит по водоносным зонам экзогенной трещиноватости и тектоническим разломам.
Катионы Анионы
о -1 ■ -2 V - 3 *
Рис. 2. Диаграмма Пайпера (а) и изотопного состава (б) термальных вод
месторождения Банг:
а) химические типы вод по С. А. Щукареву: 1 - НСО3-С1-Ыа-М§; 2 - НСО3-Ыа; 3 - НСО3-М§-Ыа; 4 - морская вода; б) термальные воды: 1 - материк, 2 - прибрежные районы, 3 - гидротермы месторождения Банг
Анализ распределения положения точек гидротерм разного химического со-
18
става от величины 5 О и 5D свидетельствует о двух возможных генетических типах вод. В основе водной компоненты первого лежит метеорная вода
и в незначительной степени морская (талассогенная), а у группы содовых вод
18
с максимальными значениями 5 О и 5D, связанными с фумаролами, более глубин-
"5
ный источник (рис. 2, б) [3]. Данные по тритию (Н) также указывают на разное
время циркуляции этих вод. В первом он не превышает 50 лет ( Н = 4,3-11,1 ТЕ), тогда как во втором может достигать более 1 000 лет ( Н = 0,5 ТЕ).
Взаимодействие термальных вод с карбонатными минералами (кальцитом, магнезитом и доломитом) происходит на основе реакции конгруэнтного растворения, а механизм инконгруэнтного растворения алюмосиликатных минералов связан главным образом с явлением гидролиза.
Изучение равновесий карбонатных минералов с термами помимо информации о преобразовании состава вод имеет важное значении при оценке степени их насыщения к алюмосиликатным минералам, поскольку на пути их насыщения всегда находится карбонатный барьер. Анализ диаграмм степени насыщения вод относительно кальцита, магнезита и доломита показал, что все изученные термы можно разделить на две группы (рис. 3).
Рис. 3. Диаграммы степени насыщения термальных вод месторождения Банг кальцитом (а), магнезитом (б) и доломитом (в) при 25 оС (линия 1) и 100 оС (линия 2)
Первая группа характеризует воды с температурой 62,1-97,1 оС. Практические все они пересыщены относительно кальцита и магнезита, в меньшей степени относительно доломита, и способны высаживать их в виде вторичной минеральной фазы. Вторая группа вод с температурой 24,3-34,5 оС характеризуют условия нахождения компонентов в растворе и не насыщена относительно карбонатных минералов.
Расчет равновесий термальных вод относительно основных алюмосили-катных минералов показал более интересную картину. Выделено уже 4 группы точек, обозначенных римскими цифрами: I, II, III и IV. I и IV соответствуют выделенным ранее на диаграммах с карбонатными минералами, а II и III объединяют в себе источники № 8 и 9 с температурой 68,4-69,1 °С, приуроченные к разлому Кьень Жань и скважины № 13 и 14 расположенные также в зоне его влияния (см. рис. 1).
Анализ полученного при построениях материала (рис. 4) говорит о том, что все изученные высокотемпературные воды насыщены к альбиту, микроклину, ломонтиту, глаукофану и не насыщены по отношению к анортиту и форстериту, воды с температурой 24,3-34,5 °С находятся в полях устойчивости глинистых минералов: каолинита, иллита и №-, Ca-, и Mg-монтмориллонита. Так, в системе HQ-H2O-Al2O3-Na2O-SiO2 (рис. 4, а) точки расположены в полях устойчивости альбита, каолинита и в меньшей степени ^-монтмориллонита. В системе HQ-H2O-Al2O3-CaO-SiO2 (рис. 4, б) все изученные воды расположены в полях устойчивости каолинита, Са-монтмориллонита и ломонтита (CaAl2Si4O12•4H2O), с которыми достигается равновесие. Следует отметить, что растворение первичных алюмосиликатов, в данном случае анортита, сопровождается осаждением глинистых минералов. В системе SiO2-Al2O3-K2O-CO2-H2O (рис. 4, в) видно, что точки расположены в полях устойчивости микроклина, каолинита, иллита и монтмориллонита. Решающее влияние на результат гидролиза силикатов оказывает содержание в термальных водах соединений кремния. Более низкие концентрации Н^Ю4 приводят к образованию каолинита и иллита, а более высокие приводят к насыщению вод по отношению к микроклину. Изучение равновесия пластовых вод с магниевыми минералами (рис. 4, г) показало, что термальные воды равновесны к глаукофану (Na2(Mg, Fe )3Al2Si8O22(OH)2), каолиниту и Mg-монтмориллониту.
Таким образом, в пределах месторождения Банг выявлено два типа термальных вод. Термы (62,1-97,1 оС) с величиной общей минерализацией
-5
255-659 мг/дм3 HCO3-Na
состава пересыщены относительно карбонатных минералов (кальцит, магнезит и доломит) и насыщены относительно альбита, микроклина, ломонтита и глаукофана. Воды с температурой на выходе источника 24,3-34,5 оС минерализации 44-87 мг/дм3 HCO3-Q-Na-Mg состава не насыщены к карбонатам и находятся в полях устойчивости глинистых минералов: каолинита, иллита и №-, Ca-, и Mg-монтмориллонита. Выявленные факты хорошо согласуются с результатами изучения изотопного состава гидротерм
18 3
(5D, 5 О и Н), согласно которым время циркуляции первой группы вод может достигать более 1 000 лет, тогда как второй не превышает 50 лет.
Рис. 4. Диаграммы стабильности минералов в системах:
а) Ha-H20-Al20з-Na20-Si02; б) Ha-H20-Al20з-Ca0-Si02; в) SiO2-Al2Oз-K2O-CO2-H2O; г) HCl-H2O-Al2O3-MgO-SiO2 при 100 оС с нанесением данных по составу термальных вод месторождения Банг
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Новиков Д. А., Доан В. Т. Термальные воды центрального Вьетнама // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2016. XII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Геоэкология» : сб. материалов в 4 т. (Новосибирск, 18-22 апреля 2016 г.). -Новосибирск : СГУГиТ, 2016. Т. 1. - С. 94-98.
2. Новиков Д. А., Доан В. Т., Фан Т. К. В., Харитонова Н. А. Гидрогеохимические особенности термальных вод Южного Трангбо (Центральный Вьетнам) // Тихоокеанская геология. - 2018. - Т. 37. - № 1. - С. 77-93.
3. Фан Т. К. В., Новиков Д. А., Доан В. Т. Гидрогеохимия месторождения термальных вод Банг (провинция Куанг Бинь, Центральный Вьетнам) // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2017. ХШ Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Экономика. Геоэкология» : сб. материалов в 4 т. (Новосибирск, 17-21 апреля 2017 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2017. Т. 1. - С. 36-40.
4. Doan V. T., Phan T. K. V., Tran F. V., Novikov D. A. Features of hydrogeology of Central Vietnam // Материалы II Всероссийской конференции с участием иностранных ученых «Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами». - Владивосток : Дальнау-ка, 2015. - С. 234-237.
5. Nghiep V. C. List of mineral and hot water sources in Vietnam. - Vietnam Department of Geology and Mineral Resources. - Hanoi. 1998. - 300 p. (in Vietnamese).
6. Nguyen T. V., Nguyen K. C., Long H., Nguyen D. M., Phan T. T. Preliminary geochemi-cal and isotopic study of the south Trungbo geothermal area in central Vietnam. // In Proceedings of the international conference: Isotope and geochemical techniques applied to geothermal investigations. IAEA, Vienna, Austria. 1995. - PP. 249-269.
7. Phan C. V. Geology of Cambodia, Laos and Vietnam. Geological survey of Vietnam, 2-nd edition. - Hanoi, 1991. - 158 p.
8. Quy H. H. 1998. Overview of the Geothermal potential of Vietnam. // Geothermics, V.27.
- № 1 - 1998. - P. 109-115.
9. Tong-Dzuy T., Vu K. Stratigraphic units of Vietnam. - Vietnam National University Publisher, 2nd edition. - Hanoi, 2011. - 554 p.
10. Tran A. V., Doan V. T., Tran T. A., Dinh V. T. The identification of geothermal reservoir from exploration data in Bang hot spring, Central Vietnam // Proceedings, 42nd workshop on geothermal reservoir engineering Stanford University, Stanford, USA. 2017. - P. 1-8.
REFERENCES
1. Novikov D. A., Doan V. T. Termal'nye vody central'nogo V'etnama // Sbornik materialov HII mezhdunarodnogo nauchnogo kongressa «GEO-Sibir'-2016», Sb. materialov v 3 t., T. 1. - Novosibirsk : SGUGiT, 2016. - S. 94-98.
2. Novikov D. A., Doan V. T., Fan T. K. V., Haritonova N. A. Gidrogeohimicheskie osobennosti termal'nyh vod Yuzhnogo Trangbo (Central'nyj V'etnam) // Tihookeanskaya geologiya.
- 2018. - Tom 37. - № 1. - S. 77-93.
3. Fan T. K. V., Novikov D. A., Doan V. T. Gidrogeohimiya mestorozhdeniya termal'nyh vod Bang (provinciya Kuang Bin', Central'nyj V'etnam) // Sbornik materialov HIII mezhdunarodnogo nauchnogo kongressa «GEO-Sibir'-2017», Sb. materialov v 4 t. - Novosibirsk : SGUGiT, 2017. - T. 1. - S. 36-40.
4. Doan V. T., Phan T. K. V., Tran F. V., Novikov D. A. Features of hydrogeology of Central Vietnam // Materialy II Vserossijskoj konferencii s uchastiem inostrannyh uchenyh «Geologicheskaya evolyuciya vzaimodejstviya vody s gornymi porodami». Vladivostok: Dal'nauka, 2015. - S. 234-237.
5. Nghiep V. C. List of mineral and hot water sources in Vietnam. - Vietnam Department of Geology and Mineral Resources. - Hanoi. 1998. - 300 p. (in Vietnamese).
6. Nguyen T. V., Nguyen K. C., Long H., Nguyen D. M., Phan T. T. Preliminary geochemical and isotopic study of the south Trungbo geothermal area in central Vietnam. // In Proceedings of the international conference: Isotope and geochemical techniques applied to geothermal investigations. IAEA, Vienna, Austria. 1995. - P. 249-269.
7. Phan C. V. Geology of Cambodia, Laos and Vietnam. Geological survey of Vietnam, 2-nd edition. - Hanoi, 1991. - 158 p.
8. Quy H. H. 1998. Overview of the Geothermal potential of Vietnam. // Geothermics, V.27. - № 1 - 1998. - P. 109-115.
9. Tong-Dzuy T., Vu K. Stratigraphic units of Vietnam. - Vietnam National University Publisher, 2nd edition. - Hanoi, 2011. - 554 p.
10. Tran A. V., Doan V. T., Tran T. A., Dinh V. T. The identification of geothermal reservoir from exploration data in Bang hot spring, Central Vietnam // Proceedings, 42nd workshop on geo-thermal reservoir engineering Stanford University, Stanford, USA. 2017. - P. 1-8.
© Д. А. Новиков, Фан Ти Ким Ван, Доан Ван Туен, И. И. Юрчик, Н. А. Ефимцев, 2018
