4.2 Особенности состава подземных вод

Подземные воды – это сложные химические растворы, которые содержат в своем составе все известные химические элементы в виде простых и сложных ионов (макро-и микрокомпоненты), комплексных соединений, растворенных или газообразных молекул, изотопов, живых и мертвых микроорганизмов и водорастворенного органического вещества (Шварцев, 1996).

Все элементы делятся на макро- и микрокомпоненты, причем основная соленость воды зависит от макрокомпонентов. Один из ключевых вопросов в гидрогеохимии, это выяснение происхождения главных ионов (Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42-, НСО3-), составляющих 90-95% всех растворимых в воде солей, именно этими ионами определяется химический тип воды. С другой стороны, на состав вод влияют: состав пород, вмещающих воду, фациальные обстановки накопления водовмещающих и изолирующих пород, тип тектоники, особенность динамики подземных вод и процессов, происходящих в системе «вода-порода-газ-органическое вещество» (Садыкова, 2012)

При интерпретации гидрогеохимических данных были установлены характеристики гидрогеохимического поля. Для изучаемой территории составлены распределения концентраций химических элементов для основных гидрогеологических комплексов. В пределах изучаемого гидрогеологического разреза восточной части ЕХРП выявлены подземные воды разного химического состава. Преобладают воды (по С.А. Щукареву) хлоридного натриевого типа, гидрокарбонатно-хлоридного натриевого и хлоридно-гидрокарбонатного натриевого (рис. 4.2.1).

Рис. 4.2.1 Типы подземных вод.

Натрий (Na+) – самый распространенный в подземных водах катион, а так же натрий относится к основным солеобразующим макрокомпонентам. Натрий это консервативный элемент, так как он не участвует ни в биохимических, ни в химических процессах, заметно не поглощается ни органическим, ни минеральным веществом (Смирнов, 1974). Натрий практически в равной степени присутствует во всех типах вод. Его наибольшие концентрации характерны для высокоминерализованных Cl–Na вод. Зависимость содержания Натрия от величины общей минерализации, показывает на то, что содержание натрия повышается с увеличением общей минерализации (рис. 4.2.2). В пределах изученных комплексов содержание натрия варьируется от 774,4 до 5682,32 мг/л. В верхнеюрском водоносном комплексе концентрация натрия изменяется в пределах 3592,3-5540,03 мг/л, в нижнесреднеюрском: 680,94-5682,32 мг/л, в неокомском принимает значение 774,4 мг/л.

Рис. 4.2.2 Зависимость концентрации натрия от величины общей минерализации и глубины залегания водоносных комплексов.

Кальций (Ca2+). В воде растворенный кальций находится в виде ионов Ca2+ и электрически нейтральных пар CaSO4. Кальций - неконсервативный элемент, у него хорошо выражен карбонатный барьер растворимости, кальций характеризуется высокой энергией поглощения и интенсивно сорбируется горными породами. На высоких глубинах один из главных факторов свободной миграции кальция является отсутствие барьера растворимости (Смирнов, 1974; Самарина, 1977). Наблюдается слабая зависимость содержания кальция от величины общей минерализации (рис. 4.2.3). Фоновые значения концентрации кальция изменяются от 2,55 до 120,24 мг/л. Максимальное значение концентрации выявлено в нижнесреднеюрском водоносном комплексе, где оно достигает 120,24 мг/л. В подземных водах верхнеюрского водоносного комплекса концентрация кальция варьируется от 22,36 д о 42,14 мг/л, в неокомском комплексе величина равна 24 мг/л.

Рис. 4.2.3 Зависимость концентрации кальция от величины общей минерализации и глубины залегания водоносных комплексов.

Магний (Mg2+). В воде растворенный магний находится в виде ионов Mg2+ и электрически нейтральных пар MgSO4. Содержание Mg2+ изменяется закономерно, в соответствии с величиной общей минерализации (рис. 4.2.4). По химическим свойствам ионы магния и кальция близки. Фоновые концентрации магния во всех комплексах колеблются в интервале 0-39,65 мг/л. Содержание магния в верхнеюрском комплексе изменяется от 21,39 до 39,65 мг/л, в нижнесреднеюрском от 0 до 32,78 мг/л, в неокомском магния не обнаружено.

Рис. 4.2.4 Зависимость концентрации магния от величины общей минерализации и глубины залегания водоносных комплексов.

Хлор (Cl-). У хлора отсутствует барьер растворимости и химический барьеры, следовательно, его можно считать консервативным элементом. Глубина залегания и возраст вмещающих отложений не влияет на концентрацию хлора. Хлор может свободно мигрировать, и с ростом минерализации его содержание увеличивается (Смирнов, 1974; Самарина, 1977). На рисунке 4.2.5 наблюдается отчетливое увеличение концентрации хлора с ростом общей минерализации. Фоновые значения концентрации хлора во всех изученных водоносных комплексах изменяются от 535,20 до 8569,74 мг/л. В водах верхнеюрского комплекса концентрация хлора варьируется от 5246,86 до 8393,31 мг/л, в нижнесреднеюрском водоносном комплексе от 412,01 до 8569,74 мг/л, в неокомском комплексе от 535,20 до 603,5 мг/л.

Рис. 4.2.5 Зависимость концентрации хлора от величины общей минерализации и глубины залегания водоносных комплексов.

Сульфат-ион (SO42-). У сульфат-иона присутствует биохимический барьер, он восстанавливается до H2S- сульфатредуцирующими микроорганизмами и это препятствует свободной миграции SO42-. В дальнейшем геохимическая эволюция сульфат-иона выглядит как биохимическое восстановление и фиксация сульфидной серы в твердых осадках (главным образом в виде пирита). SO42-ион может поступать из растворяющихся сульфидов металлов (пирит, содержащийся в глинистых породах), органического вещества (где сера присутствует в виде сераорганических соединений) (Смирнов, 1974; Самарина, 1977). Зависимости концентрации сульфат иона от глубины и общей минерализации не наблюдается (рис. 4.2.6). В верхнеюрском водоносном комплексе фоновая концентрация колеблется в пределах 30-74,07 мг/л, в нижнесреднеюрском 26,30-177,61 мг/л, в неокомском 8-66,70 мг/л.

Рис. 4.2.6 Зависимость концентрации сульфат-иона от величины общей минерализации и глубины залегания водоносных комплексов.

HCO3-ион. Для HCO3- иона хорошо выражены щелочноземельный и биохимический барьеры и это препятствует его свободной миграции. Известно, что HCO3- - ион образуется при метаморфизме органического вещества, но существуют теории, описывающие источник гидрокарбонат-иона как залежи углеводородов, либо окисление вещества этих залежей (Смирнов, 1974; Самарина, 1977).

Повышенные концентрации гидрокарбонат-иона согласно А.М. Велькову, А.С. Зингеру, Е.В. Стаднику и другим исследователям рассматриваются как прямой показатель наличия залежей нефти и газа. Но существуют ограничения, по данным М.И. Субботы (1990) при температурах более 50-600С поисковая значимость гидрокарбонат-иона снижается. Фоновые значения концентрации гидрокарбонат-иона на исследуемой территории изменятся в пределах 329,50-8569,74 мг/л. На рисунке 4.2.7 наблюдается неявная инверсионная зависимость концентрации хлора от величины общей минерализации. В химическом составе воды верхнеюрского водоносного комплекса концентрация колеблется от 329,50 до 360,01 мг/л, в нижнесреднеюрском от 335,60 до 2867,90 мг/л, в неокомском водоносном комплексе от 1525 до 1268,80 мг/л.

Рис. 4.2.7 Зависимость концентрации гидрокарбонат-иона от величины общей минерализации и глубины залегания водоносных комплексов.

Особую роль в подземных водах играют микрокомпоненты, включающие в себя многочисленную и весьма разнообразную количественно и химически группу лито-, халько- и сидерофилных элементов. Многие, из которых определяют промышленную и лечебную ценность вод и являются поисковыми показателями на нефть, газ, рудное сырье и другие полезные ископаемые. Присутствие некоторых микрокомпонентов в подземных водах, даже при малых концентрациях, может служить генетическим признаком, позволяя определять пути формирования состава подземных вод, их генезиса, процессов аккумуляции, миграции и деградации залежей нефти и газа.

Исследования, направленные на изучение распределения микроэлементов в подземных водах Западно-Сибирского Мегабассейна, проводили А.П. Виноградов, Л.А. Гуляева, М.С. Гуревич, В.П. Данилова, Ю.Г. Зимин, В.П. Казаринов, С.М. Катченков, А.Э. Конторович, А.В. Котов, В.М. Матусевич, А.Д. Назаров, А.И. Перельман, Г.Н. Перозио, С.А. Пунанова, Г.Э. Прозорович, Р.Г. Прокопьева, Б.П. Ставицкий, Н.М. Страхов, П.А. Удодов, И.Н. Ушатинский, С.Л. Шварцев, В.М. Швец и другие. Многими из них доказана высокая значимость микроэлементов при поисково-геохимической интерпретации.

Йод (J-). Широко распространен в подземных водах региона, является типичным рассеянным, биогенным элементом. На исследуемом регионе концентрация йода не зависит от величины общей минерализации. В морской воде накоплению йода препятствует жизнедеятельность организмов, которые активно извлекают из нее йод. Йод это типичный консервативный компонент (Смирнов, 1974; Учителева, 1974; Самарина, 1977). В подземных водах содержание йода служит индикатором гидрогеологической закрытости недр. При его высоком содержании (больше 10 мг/дм3) регионы характеризуются как зоны распространения древних седиментогенных вод, а инфильтрогенные воды, в этих зонах, занимают подчиненное положение (Карцев, Никаноров, 1983). Повышенные содержания йода являются благоприятным признаком для нефтегазообразования, но прямым показателем нефтегазоносности (Суббота и др., 1990). На территории восточной части ЕХРП не выявлено зависимости концентрации в подземных водах йода от общей минерализации(рис. 4.2.8). В верхнеюрском водоносном комплексе концентрация йода принимает значения оот 14,644 до 25,22 мг/л, в нижнесреднеюрском от 3,8 до 21,58 мг/л, в неокомском 0 – 15,86 мг/л.

Рис. 4.2.8 Зависимость концентрации йода от величины общей минерализации и глубины залегания водоносных комплексов.

Бром (Br-). Бром встречается повсеместно в подземных водах месторождений нефти и газа. Повышенные концентрации брома часто указывают на уплотнение осадков с последующим разложением органического вещества. Содержание брома не зависит от возраста водовмещающих пород. Большая часть брома подземных вод образована в морских бассейнах и захоронина вместе с породами (Смирнов, 1974; Учителева, 1974;Самарина, 1977). Концентрация брома повышается по мере роста величины общей минерализации вод (рис. 4.2.9). В верхнеюрском водоносном комплексе концентрация колеблется в пределах 32,53-54,63 мг/л, в в нижнесреднеюрском 4,57-58,66 мг/л, в неокомском 0-29,26 мг/л.

Рис. 4.2.9 Зависимость концентрации брома от величины общей минерализации и глубины залегания водоносных комплексов.

Бор (B-). Наблюдается слабая зависимость концентрации бора от общей минерализации (рис. 4.2.10). В подземных водах восточной части ЕХРП фоновые значения бора варьируются в пределах: 0-20 мг/л. В верхнеюрском комплексе концентрация брома варьируется от 9 до 20 мг/л, в нижнесреднеюрском от 0 до 10 мг/л.

Рис. 4.2.10 Зависимость концентрации бора от величины общей минерализации и глубины залегания водоносных комплексов.

Таким образом, были выявлены зависимости в распределении главных химических элементов, что подтвердило выводы о формировании в пределах нефтегазоносных отложениях восточной части ЕХРП различных химических типов вод.