Палеогидрогеохимия - историческая геохимия подземных вод. Палеогидрогеохимия гидрогеологических структур

Возможны два аспекта исторической геохимии подземных вод (палеогидрогеохимии).

1.         Восстановление геохимических особенностей подземных вод прошлых геологических эпох (палеогидрогеохимия докембрия, палеозоя, мезозоя и т. д.).

2.         Изучение истории современных гидрогеологических структур.

Палеогидрогеохимия прошлых геологических эпох.

Анализ развития региона, реконструкция былой тектоники, рельефа, климата позволяют восстановить и палео- гндрогеологию прошлых эпох, составить особые палео- гидрогеологические карты. Впервые они были составлены в 1949 г. геологом С. А. Шагояпцем.

Палеогидрогеологическую схему для западных районов Средней Азии на - конец ннжнеюрской эпохи (около 170 млн. лет назад) составили гидрогеологи А. С. Хасанов, П. А. Филиповский и С. Е. Козорез. По их данным, в то время западнее Сырдарьн, на большей часта современ- пой территории Узбекистана, Туркмении и Казахстана, преобладали свободные безнапорные воды в трещиноватых и рыхлообломочных породах (зона интенсивного водообмена). Это были преимущественно слабоминерализованиые гидрокарбонатные воды (до 3 г/л).

Резко отличная обстановка была на юге Туркмении, на территории современного Копет-Дага, Юго-Восточных Каракумов, Бадхыза и Карабиля. Здесь преобладали напорные пластовые практически застойные хлоридные рассолы. Авторам удалось восстановить направление движения былых подземных вод, очаги их разгрузки, границы смешения вод разного типа, геохимические барьеры. На основе палео- гидрогеологического анализа были выделены участки, благоприятные для скопления газа, нефти, озокерита, асфальтитов и других битумов, для образования руд золота, меди, свинца и других цветных металлов (на геохимических барьерах). Благоприятные условия для рудообразования в то время были на Мангышлаке, в Юго-Восточных Каракумах, Таджикской депрессии, для накопления битумов — в Западной Туркмении и в Бадхы- зе (Хасанов, 1976).

Палеогидрогеохимия гидрогеологических структур

Среди этих структур Н. И. Толстихин и В. А. Кирюхин выделяют гидрогеологические массивы (области развития трещинных вод в скальных породах), артезианские бассейны (области преимущественного развития пластовых вод в осадочном чехле) и вулканогенные бассейны, характеризующиеся распространением трещинных и пластовых вод в вулканогенных породах. Существуют и более детальные классификации.

К замечательным достижениям гидрогеологии относится учение о связи химического состава подземных вод гидрогеологических структур с интенсивностью водообмепа. В исключительно яркой форме эти идеи развил в 40-х годах талантливый советский гидрогеолог Н. К. Игнатович (1899—1950). Детально изучив подземные воды Русской платформы, глубоко осмыслив полученные факты, он показал, что в артезианских бассейнах с глубиной, по мере ослабления интенсивности водообмена, закономерно меняется состав подземных вод. В верхней зоне интенсивного водообмена подземный сток тесно связан с поверхностным, подземные воды дренируются реками, движутся сравнительно быстро, и водообмен осуществляется за десятки, сотни, тысячи и сотни тысяч лет. В районах влажного климата воды пресные, в аридных районах — местами соленые. Мощность верхней зоны обычно не превышает 500 м, но в горных районах может быть и более 1000 м. Это геологически молодые воды, образующиеся за счет инфильтраций атмосферных осадков, часто содержащие растворенный кислород. Воды верхней зоны — основной источник питьевого и технического водоснабжения.

Глубже залегает зона замедленного водообмена, где водообмен осуществляется за сотпи тысяч и миллионы лет. Воды второй зоны более минерализованы, часто нагреты, они длительное время соприкасаются с горными породами и выщелачивают из них растворимые компоненты. Воды не содержат свободного кислорода, характеризуются восстановительными условиями, обогащены метаном, углекислым газом, местами сероводородом. Они широко используются в бальнеологии (минеральные воды) и частично кал источник промышленного сырья.

В самой глубокой зоне — весьма замедленного водообмена — последний осуществляется в масштабе целых геологических периодов, за многие миллионы и десятки миллионов лет. Часто это глубокие (иногда глубже 3 км) горячие воды, древние, сильноминерализованные (вплоть до рассолов), с восстановительной средой. Эти воды служат источником йода, брома, различных солей и прочего сырья для промышленности.-

В некоторых артезианских бассейнах вертикальная гпдрогеохимическая зональцость носит иной характер. Например, пресные воды залегают глубже соленых. Однако во всех случаях состав подземных вод тесно связан с их динамикой.

Н. А. Маринов считает, что вертикальная гидрогеохимическая зональность характерна не только для' платформ, но и для складчатых областей, трещинных вод щитов, в которых на глубине также обнаружены хлорпд- ные рассолы. Это планетарная закономерность.

В 1947 г. гидрогеолог А. Н. Семнхатов разработал понятие о гидрогеологическом цикле, которое в дальнейшем было развито А. А. Карцевым и С. Б. Вагиным ( 15).

Свежеосажденные тонкодисперсные илы содержат до 90% воды, которая отжимается в пористые породы по .мере уплотнения плов, превращения их в глипы, а затем и в глинпстые сланцы. Этот тип водообмена Н. Б. Вассоевич назвал элизионным, он характерен для первого элизионного этапа гидрогеологического цикла. Второй этап — инфильтрационный, в течение которого инфиль- трующиеся метеорные воды постепенно вытесняют н замещают седиментационные воды. Таким образом, для второго этапа характерен инфильтрационный водообмен.

Анализ гидрогеологического цикла с позиций термодинамики и физико-химической гидродинамики принадлежит гидрогеологу С. И. Смирнову (1974, 1979). Он пришел к выводу, что «подземные воды любого седимсн- тационного бассейна есть явление историко-геологическое: они имеют начало, они непрерывно изменяются в ходе геологического времени под влиянием планетарных, региональных и локальных физических полей.

В термодинамическом отношении подземные воды представляют собой открытые системы, и поэтому конечной, реально достижимой стадией их эволюцпп является стационарное неравновесное состояние. Эволюция' осуществляется посредством пеобратпмых неравновесных процессов переноса эпергипу' массы п импульса, определяющих энергетическую, геохимическую и динамическую историю подземных вод»43.

История артезианского бассейна охватывает порой несколько геологических периодов. Так, С. М. Мухаа^|д- жанов (1971) установил, что южная часть Западно-Сибирского артезианского бассейна с нижнего мела до конца миоцепа и начала четвертичного периода переживала элизпонный этап. В это время происходило непрерывное погружение осадочных толщ, в водоноспых горизонтах меловых и палеогеновых отложений формировались син- геиетичные осадконакоплению подземные воды (в настоящее время это погребенные седимептационные воды). В неогене начался инфильтрационный этап. Ранее развитые в этом районе региональные глипистые водоупоры — чеганские, аральские и павлодарские отложения — были частично' размыты, и инфильтрационеые воды проникли в глубокие водоносные горизонты. Первично-погребенные воды стали разбавляться и оттесняться к центру артезианского бассейна. В результате в пределах одного водо- носпого горизонта сформировалась горизонтальная гидрогеохимическая зональность. Определение возраста подземных вод показало, что он закономерно увеличивается от современных областей питания к центральным частям бассейна (современные — верхнемеловые воды).

Особенно сложна история артезианских бассейнов в областях, где неоднократно сменялись гидрогеологические массивы и артезианские бассейны. Например, в раннем рифее на территории Алданской складчатой области Восточной Сибири были распространены трещюгао-жиль- иые воды в кристаллических породах архея и нижнего протерозоя, т. е. это была система гидрогеологических массивов (Басков, 1976). В среднем рифее в центральной части области существовал артезианский бассейн со скоплениями слабосоленых пластовых вод в терригенных толщах. В позднем рифее произошло поднятие, и толщи среднерифейского возраста сохранились лишь в отдельных грабенах. В кембрии Алданская область заливается мелководным морем, в котором накапливаются карбонатные йороды мощностью до 500—600 м с пластовыми скоплениями соленых подземных вод, — образуется крупный артезианский бассейн.

В дальнейшем в результате нового поднятия, вероятно, в конце ордовика — начале силура на значительной части Алданской области кембрийские толщи были уничтожены эшзней, и вновь возник гидрогеологический массив, просуществовавший вплоть до юрского 'времени. В юрский период и раннемеловую эпоху происходила аккумуляция континентальных угленосных отложений. В них сформировался артезианский бассейн пресных и слабо- соленых вод. В это же время проявилась интенсивная магматическая деятельность. С позднего мела по настоящее время развивались поднятия, и в большинстве районов угленосные толщи были уничтожены эрозией. Ныне Алданская область вновь представляет собой систему гидрогеологических массивов с подчиненными артезианскими бассейнами во впадинах.

Большое значение палеогидрогеохимический анализ приобрел при изучении рудных месторождений и рудных районов. А. В. Щербаков (19(38) рассмотрел с этих позиций Большой Донбасс и Большой Кривой Рог, Е. А. Басков (1976) — Ангаро-Илимские железорудные, Джезказгап- ское медное, Анзасское магнетитовое, Березовское железорудное месторождения, оловянные месторождения Ка- валеровского рудного района. На примере конкретных месторождений и рудных районов эти вопросы рассматривали А. И. Германов, Г. А Голева, П. А. Удодов, М. С. Гуревич и др.

К содержанию книги: Геохимия природных вод