Геохимические особенности йодобромных вод Прикаспийской впадины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Геохимические особенности йодобромных вод Прикаспийской впадины

Йодобромные воды и рассолы имеют широкое распространение на территории Прикаспийской впадине и ее обрамлении. Процессы накопления биологически активных компонентов Br, J различны и зависят они от условий образования самих рассолов. Несмотря на совместное присутствие этих элементов, условия аккумуляции и миграции их в подземной гидросфере различные. По условиям залегания рассолы, содержащие эти элементы, подразделяются на надсолевые и подсолевые хлоридные натриевые, седиментогенные хлоридные кальциево-натриевые и внутрисолевые хлоридные магниевые. Содержание брома, йода в подземных водах приведены в таблице 1.

Бром - типичный галофильный элемент, характеризующийся высокой растворимостью в воде. Среднее его содержание в океанической воде нормальной солености, (с минерализацией 36 г/л) составляет 65 мг/л при величине хлорбромного отношения около 300. В хлоридных рассолах с увеличением их минерализации, метаморфизации и глубины залегания происходит закономерное накопление брома до 1000- 1500 мг/л. В интервале глубин от 500 до 5000 м, с ростом минерализации рассолов от 20-40 до 250-270 г/л содержание брома возрастает от 100 до 850 мг/л. В рассолах нижнего карбона происходит увеличение содержания Br с 200 до 760 мг/л в интервале глубин 500 до 1500-2000 м, а далее увеличения концентрации не наблюдается [1].

В рассолах терригенно-карбонатных комплексов девона наибольшие концентрации брома (500-1300 мг/л) встречаются на глубинах от 2000 до 3700 м.

Наиболее бедны Br преимущественно инфильтрогенные хлоридные натриевые рассолы нижнепермских и верхнекаменноугольных пород зоны затрудненного и весьма затрудненного водообмена и, напротив, обогащены им седиментогенные хлоридные кальциево-натриевые рассолы каменноугольных и девонских отложений с глубиной залегания до 2000-3000 м. Рассолы девона с глубины 3000-3500 м относительно обеднены бромом.

Максимальные концентрации брома (2780-11321мг/л) зафиксированы в сверх крепких (349ч540 г/л) хлоридных магниевых межсолевых рассолах кунгурского яруса на территории синеклизы и примыкающей к ней Приволжской моноклинали. Эти рассолы являются слабоизмененной маточной рапой позднепалеозойских солеродных бассейнов.

Как уже отмечалось, процессы формирования хлоридных рассолов, распределения и накопления в них бром, йода и других микроэлементов (калия, бора, стронция, рубидия) теснейшим образом взаимосвязаны. Основная роль при этом принадлежит сульфатно-хлоридному галогенезу в самосадочных внутриконтинентальных водоемах раннепермского времени, из маточной рапы которых образовались седиментогенные рассолы, заполнившие наиболее глубокие части осадочного бассейна Прикаспийской впадины и юго-восточного склона Воронежской антеклизы.

Таблица 1. Химический состав рассолов исследуемого региона

Рассолы выщелачивания по сравнению с седиментационными маточными рассолами даже при равной минерализации оказались сильно обедненными бромом. Инфильтрогенные рассолы триаса и верхней перми от слабых (50-100 г/л) до весьма крепких - (260 г/л), но слабометаморфизованных (rNa/rCl 0,85-1,0) содержат брома от 28 до 304-500 мг/л на площадях расположенных вдоль бортовой зоны как внешней так и внутренней.

Вероятно, образование рассолов, обогащенных бромом, генетически связано с рапой пермского солеродного бассейна. Количество маточных рассолов, образовавшихся только при садке галогенных нижнепермских пород, вполне достаточно для насыщения ими подстилающих отложений. Механизм вертикальной миграции тяжелых рассолов из солеродных бассейнов на глубину и локализации их в нижних частях осадочных бассейнов обоснован теоретически и экспериментально (Валяшко 1963, В.Г. Попов 1985-2003 г.г. и.др.).

Йод. Основными факторами, контролирующими накопление элемента в подземных водах, являются условия седиментации и процессы перераспределения йода в системе вода - порода - органическое вещество. Содержание его в океанической воде низкое (0,06 мг/л): при испарительном концентрировании ее йод, обладая высокой летучестью, не образует скоплений ни в жидкой, ни в твердой фазах галогенеза и содержится в них в крайне малых количествах. Поэтому растворение соленосных пород не может привести к сколько-нибудь существенному накоплению йода в образующихся инфильтрационных рассолах.

На стадии диагенеза морских фаций йод мигрирует из них в подземные воды, чему способствуют повышенные температура и давление, наличие водорастворенных ОВ, восстановительная геохимическая обстановка и пр. Среди них главным является геотермический фактор, определяющий степень деструкции йодсодержащего ОВ. Экспериментальными исследованиями В.К. Кирюхина и В.М. Швеца установлено, что переход поглощенного йода из пород в подземные воды происходит при сравнительно мягких термобарических условиях (Т 100±20^оС, Р до 25 МПа), когда породы теряют до 90-100% водорастворенного йода.

Концентрация йода в подземных водах Волгоградского Поволжья находится в пределах до 20 мг/л. Наиболее бедны йодом маломинерализованные воды разнообразного ионно-солевого состава, приуроченных к неглубокозалегающим горизонтам верхних гидрогеодинамических зон. Практически основным источником привноса йода и брома в них являются атмосферные осадки. В палеозойских рассолах содержание йода колеблется от долей до 20 мг/л независимо от минерализации и состава.

При рассмотрении регионального материала, эта особенность поведения йода свойственна не только Поволжью, Предуралью, но и многим другим нефтегазоносным бассейнам России.

На территории Приволжской моноклинали в прибортовой зоне гидрогеохимическая зональность имеет отчетливо выраженный инверсионный характер. Здесь в отложениях среднего и верхнего девона на глубинах 4500-5000 м происходит резкое уменьшение минерализации рассолов от 230ч240 до 60ч100 г/л и степени их метаморфизации (rNa/rCl= 0,4ч0,9). По отдельным нефтяным скважинам на севере Приволжской моноклинали выявлены максимальные концентрации йода. На Петров-Вальской и Южно-Уметовской площадях, примыкающих к зоне прибортового уступа, скважинами 5-ПВ И 71-ЮУ из девонских отложений, залегающих на глубине 4600 м, получен приток маломинерализованных (“чистых”) кондесатогенных вод, что является весьма редким явлением. Опресненные относительно пластовых рассолов хлоридные натриевые рассолы c минерализацией 80,5ч87,5 г/л и коэффициентами rNа/rCl = 0.83ч 0.88; Сl/Вr = 162ч165 отличаются очень высокими концентрациями йода 156,7ч171 мг/л [1, 2]. Этот факт интерпретируется, как гидрогеохимическая инверсия и ассоциируется с углеводородными залежами в верхнем девоне и нижнем карбоне. Процессы образования углеводородов и дистилляции воды протекают на глубинах 4600-6000 м в девонско-вендских отложениях зоны сочленения геологических структур правобережья р. Волги и Прикаспийской синеклизы. В результате субвертикальной миграции флюидов по проницаемым разломам на глубинах 4600-6000 м происходит образование скоплений углеводородов и конденсатогенных вод.

Как показывают последние исследования, большая часть йода, растворенного в подземных водах, обязана своим происхождением деструктивному разрушению сложных йодсодержащих органических соединений рассеянного органического вещества. Относительное содержание йода в воде зависит от структурно-геологических, гидрогеологических и физико-химических условий. Однако близость геохимических и термобарических условий формирования нефти и йода в результате разрушения рассеянного в породах органического вещества позволяет считать йод одним из важнейших показателей процессов нефтегазообразования.

Процессы дистилляции-конденсации воды и генерации углеводородов объясняют, как наблюдающуюся ассоциацию опресненных рассолов с газонефтяными месторождениями (Петровальское, Южно-Уметовское, Восточно-Уметовское), и как геохимическую специфику вод и нефтей. В процессе морского литогенеза, сопровождающегося погружением йодсодержащих илов на глубину, значительная часть йода (до 38% по Б.Я. Розену 1970), может перейти в иловый седиментационный раствор. Считается, что наиболее интенсивно процесс высвобождения ионов йода и превращения их в растворимые иодиды протекает в условиях восстановительной геохимической обстановки. Преобразование рассеянного в осадочных породах морского генезиса, органического вещества, сопровождающееся переходом в растворенное состояние йодорганических соединений, как известно, значительно усиливается при повышении в земных недрах температуры и давления. Таким образом, обогащение йодом подземных вод, происходит главным образом в результате термической деструкции органического вещества пород.

Тенденция к росту содержания йода наблюдается для рассолов рифогенных построек бортовой зоны Прикаспийской впадины и связана с особенностями палеотектонического развития.

Определенную роль в поступление йода в подземные воды играют процессы десорбции йода из глинистых минералов терригенных пород. Повышенные концентрации йода (до 20-25 мг/л) нередко встречаются в рассолах терригенных, глинистых верейских, каширских, визейских отложений карбона. Л.А. Гуляева и Е.С. Иткина [1971] установили, что именно породы этих стратиграфических подразделений содержат йод в наибольших количествах (5,0-5,8 мг/кг). Одним из источников поступления йода в подземные воды ряд исследователей [Сулин, 1948 г; Розен, 1970] считают нефтяные залежи. По данным С.М. Максимовой [1962], содержание йодоорганических соединений в нефтях Поволжья колеблется от 200 до 540 мг/кг, что на 1-2 порядка выше, чем в породах и рассолах. Однако механизм перехода йода из нефтей в пластовые рассолы и степень развития этого процесса пока не изучены.

Сложный характер распределения йода в подземных водах Волгоградского Поволжья обусловлен совокупностью литолого-геохимических, гидрогеодинамических и термобарических условий в подземной гидросфере на всех этапах ее эволюции.

Выводы

йодобромный хлоридный рассол порода

Сероводородные и азотно-метановые рассолы с содержанием йода более 10-15 и брома более 25 мг/л представляют большую ценность в бальнеологическом отношении на примере использования их в бальнеолечебницах "Южарлнефть" и "Октябрьскнефть" на территории Башкортостана.

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. -- ISBN 978-59669-0469-2.

2. Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами: сб тр. По материалам Всеросс. науч. Конф. / под ред. С.Л. Шварцева, В.И. Осипова; Б.Н. Рыженко. -- Томск: Изд-во НТЛ, 2012. -- 496 с. -- ISBN 978-5-89503-507-8.

Размещено на Allbest.ru