В онлайне: 1 (гостей - 1, участников - 0)  Вход | Регистрация

 

УДК 556.31

Геохимические особенности и формирование подземных сероводородных вод Предуралья

 

Вербовская В.А., Омельченко О.В., студентки 4-го курса

Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова, Россия

 

Выполнена геохимическая типизация сероводородных вод Предуралья. Показано, что наиболее благоприятные условия для биохимического образования H2S создались в карбонатных нижнепермских отложениях, вмещающих большие запасы сероводородных вод. Особое внимание уделено бальнеологическому использованию их в Башкортостане и Пермском крае.

 

К сероводородным (сульфидным) водам относятся природные растворы, в газовом составе которых, помимо молекулярного сероводорода H2S, присутствует гидросульфидный ион HS. Соотношение между ними определяется величиной рН: Н2S = Н+ + НS. При величине рН = 7 концентрации Н2S и НS примерно равны. В щелочной (рН > 8) и кислой (рН < 6) средах сульфиды в воде находятся соответственно в форме гидросульфида и молекулярного сероводорода. В бальнеологическом отношении сульфидные воды – это очень ценная группа минеральных вод [2, 7]. Общее содержание сульфидов Н2Sобщ = Н2S + HS в них должно быть ˃ 10 мг/дм3. В зависимости от концентрации Н2Sобщ сероводородные воды подразделяются на слабые (10–50 мг/дм3), средней концентрации (50–100 мг/дм3), крепкие (100–250 мг/дм3) и очень крепкие (> 250 мг/дм3).

 

Предуралье является одной из наиболее крупных провинций сульфидных подземных вод [1, 2, 6‒10]. Мощность соответствующей гидрогеохимической зоны, связанной с нижнепермскими и каменноугольными отложениями, здесь почти повсеместно ˃ 1000 м, а в Предуральском прогибе достигает 1600 м. Минерализация (М), ионно-солевой и микрокомпонентный состав вод, содержание в них сульфидов отличаются разнообразием. Особенно изменчивы гидрогеохимические показатели нижнепермского (ассельско-артинского) комплекса, являющегося первым от поверхности регионально развитым коллектором сульфидных вод (рис.). По химическому составу и величине М в нем заключены три основных типа вод: сульфатный кальциевый (магниево-кальциевый) (М 3–5 г/дм3), сульфатно-хлоридный кальциево-натриевый (натриевый) (М 5–36 г/дм3) и хлоридный натриевый (М ˃ 36 г/дм3).

 

 

Рис. – Карта распространения сульфидных вод в нижнепермских отложениях Предуралья [1, 6]

 

1–3: химический состав вод: 1 – SO4-Mg-Ca, 2 – SO4-Cl-Cа-Na, 3 – Cl-Na; 4–7 – М, г/дм3: 4 – 3,0–5, 5 – 5–36, 6 – 36–150, 7 – 150–330; 8 – границы вод различного состава; 9 – границы распространения солей в Предуральском прогибе; 10 – тектонические границы. Своды: I1 – Пермско-Башкирский, I2 – Татарский, I3 – Камский. Впадины: II1 – Бельская, II2 – Юрюзано-Сылвинская, II3 – Соликамская, II4 – Верхне-Печорская, II5 – Бирская, II6 – Верхне-Камская, III1 – Косьвинско-Чусовская седловина; IV – моноклинальный склон платформы; V1 – западный склон Урала; V2 – Каратауский структурный комплекс; V3 – Полюдовский структурный комплекс.

 

Сульфатные кальциевые (магниево-кальциевые) относительно маломинерализованные воды (М 3‒4 г/дм3) распространены главным образом на Пермско-Башкирском своде (табл., проба № 1). Залегают неглубоко (до 300 м) и образуются за счет растворения гипсов, содержащихся в виде прослоев и включений среди известняков и доломитов. Концентрация H2S обычно ˂ 150‒200 мг/дм3. В геохимическом и бальнеологическом отношениях воды близки к известным Кемерийскому и Сергиевскому типам минеральных вод [7].

 

Сульфатно-хлоридные (хлоридно-сульфатные) натриевые воды установлены на Татарском и Пермско-Башкирском сводовых поднятиях (пробы №№ 2‒5). Здесь они залегают примерно на тех же глубинах что и сульфатные, но имеют более высокую М (до 42 г/дм3). Концентрация сульфидов в них составляет 62–275 мг/дм3. В небольших концентрациях в водах встречается бром (19–21 мг/дм3). Натрий и хлор, входящие в состав главных ионов, связаны с выщелачиванием включений каменной соли из сульфатно-карбонатных нижнепермских (артинских) пород.

 

Основным типом сульфидных вод нижнепермских отложений Предуралья является хлоридный натриевый (пробы №№ 6‒16). Воды этого типа распространены в регионе почти повсеместно, включая Предуральский передовой прогиб. Но условия залегания их зависят от структурных особенностей региона. На указанных сводовых поднятиях, а также в Юрюзано-Сылвинской впадине они залегают под сульфатно-хлоридными водами, а на всей остальной территории (моноклинальный склон платформы, Камский свод, Верхне-Камская, Бирская, Соликамская, Бельская впадины и др.) начинают разрез сульфидной гидрогеохимической зоны (см. рис.).

 

В первом случае (пробы №№ 6‒12) рассолы по величине М (28‒98 г/дм3) слабые с концентрациями H2S 53‒585, брома – до 40, йода – до 2 мг/дм3. Величина отношения rNa/rCl составляет 0,9–1,0, что выше, чем у геохимического эталона – океанической воды (0,85). Во втором случае (пробы №№ 13‒16) М крепких хлоридных натриевых рассолов достигает 250–300 г/дм3. Содержание сульфидов варьирует от десятков до 1000 мг/дм3 и более, чаще всего 200–300 мг/дм3. В значительных количествах присутствуют бром (до 500 мг/л) и йод (до 12 мг/л), поэтому воды являются полиминеральными. Максимальные концентрации брома (до 800 мг/дм3) и йода (до 90 мг/дм3) встречены в хлоридных натриевых рассолах (M до 200–300 г/дм3) нефтеносных нижнепермских рифовых массивов Предуральского прогиба. Концентрация сульфидов в них достигает 1500 мг/дм3.

 

Хлоридные натриевые рассолы Предуралья образуются в результате процессов инфильтрационного выщелачивания соленосных пород нижнепермского возраста и частичного смешения с залегающими под ними рассолами хлоридного кальциево-натриевого состава. В образовании их также принимают участие процессы диффузионного переноса ионов натрия и хлора из соленосных нижнепермских пород [4, 6].

 

 

Таблица - Химический состав сульфидных вод Предуралья

 

 

№№

проб

Место отбора пробы

Возраст породы, глубина (м)

М, г/дм3

Ионы, мг/дм3, %-моль

HCO3

SO42–

Cl

Ca2+

Mg2+

Na++K+

1

бальнеолечебница “Светлый Ключ”, Башкортостан

P1a,

190‒341

4,2

 

0,43

10,8

 

2,42

77,4

 

0,27

11,8

 

0,54

41,2

 

0,35

44,8

 

0,21

14,0

 

2

курорт “Ключи”, Пермский край

Р1a,

157‒302

3,1

0,54

18,2

1,1

51,3

0,54

30,5

0,28

28,5

0,16

27,6

0,49

43,9

3

г. Чернушка,

Пермский край

P1s,

205‒220

8,3

0,38

4,7

3,22

50,6

2,1

44,7

0,64

23,8

0,39

23,9

1,6

52,3

4

Чеканская площ., Татарстан

P1a,

125

16,8

 

0,38

2,3

4,1

30,9

6,6

66,8

0,78

14,0

0,57

19,9

4,4

69,1

5

г. Октябрьский, Башкортостан

P1a

22,4

0,04

0,2

5,1

29,2

9,2

70,6

0,76

10,2

0,49

11,0

6,7

78,8

6

курорт “Ключи”, Пермский край

Р1as,

400‒600

27,6

1,62

5,7

1,5

6,7

14,5

87,6

0,26

2,8

0,73

12,9

9,03

84,3

7

дер. Николашкино, Татарстан

P1a,

263‒293

41,7

0,13

0,3

5,3

15,7

20,7

84,0

1,5

10,6

0,34

4,0

13,7

85,4

8

дер. Ямады, Башкортостан

P1a

53,5

0,15

0,3

1,5

3,3

32,1

96,4

3,2

17,8

1,5

13,4

15,0

68,8

9

Алексеевская площ., Башкортостан

Р1s+а,

906‒920

59,9

0,051

0,1

7,7

15,8

29,9

84,1

1,2

5,8

0,72

6,2

20,4

83,0

10

санаторий
“Зеленая Роща”,

г. Уфа

P1s+а,

140‒460

76,1

0,53

0,7

4,5

7,2

42,5

92,1

1, 9

7,5

1,2

7,9

25,3

84,6

11

Куединская площ., Пермский край

P1а,

170‒600

97,5

0,490

0,5

2,9

3,7

57,0

95,8

3,1

9,3

1,3

6,2

32,6

84,5

12

дер. Тубан-Куль, Башкортостан

P1s+а,

180‒271

95,6

0,34

0,3

2,8

3,5

56,2

96,2

1,9

6,0

1,2

6,0

33,2

88,0

13

Шалтинская площ.,

Оренбургская обл.

Р2kz,

511‒590

134,2

0,58

0,4

5,5

5,3

73,1

94,3

2,2

5,1

7,0

3,9

45,8

91,0

14

Алябьевская площ., Оренбургская обл.

P1аs-а,

906‒920

181,9

0,41

1,2

4,7

2,2

106,0

96,6

3,1

5,0

0,99

2,6

65,7

92,4

15

Илишевская площ., Башкортостан

P1s,

367

241

0,47

0,2

1,1

0,5

148,2

99,3

11,5

11,2

4,4

5,4

75,3

83,4

16

г. Ишимбай, Башкортостан

P1аs-а,

625‒810

272

0,19

0,1

1,1

0,5

165,2

99,4

7,3

7,7

3,4

5,9

94,4

86,4

 

 

Увеличение глубины залегания рассолов, сопровождается снижением их подвижности и увеличением содержания хлористого кальция. Концентрация сульфидов при этом постепенно уменьшается до полного исчезновения в хлоридных кальциево-натриевых (натриево-кальциевых) рассолах терригенных толщ нижнего карбона и девона. Так, если в верхнем и среднем карбоне на глубине 500‒800 м концентрация сульфидов в рассолах составляет в среднем около 300 мг/дм3, то в нижнем карбоне и девоне на глубине 1200–1800 м), она, как правило, не превышает десятков мг/дм3. М глубинных рассолов составляет 270–330 г/дм3, rNa/rCl – 0,4–0,7 (CaCl2 до 40–60%), концентрация брома – 1000–2200 мг/дм3 (Cl/Br 80–300). Рассолы имеют седиментогенно-эпигенетическое происхождение и связаны с процессами плотностной конвекции солеродных рассолов из кунгурского палеоводоема [4], существовавшего в Предуралье около 260 млн. лет назад.

 

В существующих геологических и гидрогеологических условиях Предуралья ведущая роль в формировании сероводородных вод принадлежит процессам биохимического десульфирования, т.е. восстановления сульфатов углеводородами при участии сульфатредуцирующих бактерий:

 

Протекание реакции биохимической сульфатредукции, ведущей к образованию H2S и накоплению его в подземных водах, определяются комплексом факторов, основными из которых являются следующие [2, 9, 10]:

1) наличие гипсово-ангидритовых пород и связанных с ними сульфатных вод, являющихся питательной средой для микроорганизмов;

2) наличие в отложениях органического вещества (битумы, нефть);

3) отсутствие или слабое развитие глинистых пород, обогащенных железом;

4) параметры среды обитания микроорганизмов (T, P, Eh, pH, М, состав и динамика подземных вод).

 

Благоприятными условиями для жизнедеятельности бактерий считаются: Т ˂ 80° С, Р ˂ 40 МПа, М воды ˂ 60 г/дм3, Eh –10…–430 мВ, pH5–8. При этом содержание сульфатов в водах должно быть ˃ 10 мг/дм3, а органических веществ в породах ˃ 0,01%. Высокое содержание кальциевых и магниевых солей в рассолах с М 80–280 г/дм3 подавляет развитие бактерий. Однако, при меньшей М они не испытывают угнетающего влияния двухвалентных катионов.

 

В Предуралье наиболее благоприятными условиями для образования сульфидов биогенным путем обладают воды нижнепермских и верхнекаменноугольных пород, в которых и наблюдаются наибольшие концентрации H2S. Они обладают сульфатно-хлоридным и хлоридным натриевым составом, обогащены сульфатами и органическим веществом. Значения Eh и pH для них соответственно составляет –240…–360 мВ и 6–7, Т 10‒20° С, Р 5–9 МПа. В глубинных седиментационных рассолах современные процессы сульфатредукции сильно подавлены или не протекают вообще. Поэтому понятна причина отсутствия H2S в хлоридных натриево-кальциевых бессульфатных рассолах, находящихся в обстановке застойного режима [3].

 

В Предуралье сероводородные воды для наружного использования добываются на Усть-Качкинском, Николоберезовском, Хазинском, Дюртюлинском, Уфимском, Октябрьском, Красноусольском, Стерлитамакском и других месторождениях. За исключением Октябрьского и Красноусольского месторождений, сульфидные воды приурочены к карбонатному ассельско-артинскому комплексу, который обладает наиболее благоприятными условиями для образования H2S.

 

Одним из эталонов бальнеологических сульфидных вод, вошедшем в классификации лечебных вод [2, 7, 10], являются рассолы курорта “Усть-Качка” в Пермском Предуралье. Они получены из нижнепермских карбонатных пород с глубины 560 м и имеют следующий состав:

 

В Башкирском Предуралье этот тип очень крепких сульфидных рассолов установлен на Хазинском месторождении, на базе которого функционирует бальнеолечебница НГДУ “Южарланнефть”. Здесь рассолы выведены скважиной с глубины 425 м из сакмаро-артинских отложений. Химический состав рассолов отражен в формуле:

 

Важно отметить, что все здравницы, расположенные в Верхне-Камской и Бирской впадинах, по лечебному профилю являются комплексными. В них кроме сульфидных рассолов используются бромные (йодобромные) рассолы, а также сульфатные и хлоридно-сульфатные натриевые лечебно-питьевые воды [6].

 

В санатории “Зеленая Роща” (г. Уфа) сероводородные рассолы вскрыты скважинами на глубине 495‒530 м в гипсах, известняках и доломитах кунгурского и артинского ярусов. Химический состав вод описывается следующей формулой:

 

Особого внимания заслуживают Красноусольские сероводородные источники, служащие гидроминеральной базой одноименного курорта. Они находятся в восточном борту Бельской депрессии Предуральского прогиба. Воды слабощелочные (рН 7,4–8,4) хлоридные натриевые с М 2,5–69,0 г/дм3. Содержание сероводорода ˂ 80 мг/дм3. Высокая величина отношения rNa/rCl (1,0–1,05), низкие концентрации брома (1,2–6,3 мг/дм3), йода (0,005–0,02 мг/дм3) и бора (0,85–3,0 мг/дм3) указывают на инфильтрационное происхождение вод [3]. Один из источников имеет следующий состав:

 

В районах разработки нефтяных месторождений Предуралья нередки случаи образования сульфидных вод под влиянием не только природных, но и техногенных процессов. Так, на Туймазинском, Ромашкинском, Арланском, Куединском, Краснокамском и других месторождениях при использовании для поддержания пластового давления сульфатных вод в газовом составе пластовых рассолов появился H2S в количестве до 300 мг/дм3. В г. Октябрьском Башкортостана на их базе действует санаторий-профилакторий. Сероводородные воды залегают на глубине 1345–1385 м в известняках и доломитах верхнего девона. Геохимические особенности рассолов иллюстрирует формула:

 

Приведенные в статье данные, касающиеся распространения, условий залегания, состава и образования сероводородных рассолов, позволяют сделать вывод о том, что они являются надежной базой расширения санаторно-курортной сети на территории Предуралья.

 

Библиографический список

  1. Максимович Г.А., Шестов И.Н. Гидрогеохимия минеральных вод и грязей // Химическая география и гидрогеохимия Пермской области. Пермь, 1967. С. 128-146.
  2. Плотникова Г.Н. Сероводородные воды СССР. М.: Наука, 1981. 132 с.
  3. Попов В.Г. Геохимические особенности и возраст рассолов Волго-Уральского бассейна // Отечественная геология, 1994. № 2. С. 62-66.
  4. Попов В.Г. Литолого-гидрогеохимическая роль плотностной конвекции в седиментационных бассейнах с галогенными формациями // Литология и полезные ископаемые, 2000. № 4. С. 413-420.
  5. Попов В.Г. Роль плотностной конвекции в формировании гидрогеохимической зональности артезианских бассейнов // Водные ресурсы, 2002. Т. 29. № 4. С. 433-441.
  6. Попов В.Г., Носарева С.П. Геохимическая зональность и происхождение рассолов Предуралья. Уфа: Гилем, 2009, 272 с.
  7. Посохов Е.В., Толстихин Н.И. Минеральные воды (лечебные, промышленные, энергетические). Л.: Недра, 1977. 240 с.
  8. Славянова Л.В. Минеральные и промышленные воды Волго-Уральской области. М.: Госгеолтехиздат, 1963. 94 с.
  9. Щербаков А.В. Сероводород в подземных водах // Природа, 1980. №2. С. 43-49.
  10. Яроцкий Л.А. Основные закономерности образования сероводородных вод // Вопросы формирования и распространения минеральных вод СССР. М.: Изд-во ВСЕГИНГЕО, 1960. С. 141-168.

 


 

Разделы конференции »

  1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
  2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
  3. Комплексное использование природных ресурсов
  4. Современные вопросы геологии
  5. Физика горных пород
  6. Новые технологии в природопользовании
  7. Применение современных информационных технологий
  8. Экономические аспекты недвижимости
  9. Мониторинг использования объектов недвижимости
  10. Топографо-геодезическое обеспечение кадастровых работ

 

Проекту Kadastr.ORG требуются средства на хостинг и развитие

Сумма: руб.