Зональность и особенности формирования подземных вод Кузнецкого угольного бассейна

26.03.2020

Огромный фактический материал по химическому и газовому составу подземных вод основных водоносных комплексов бассейна, температуре и режиму, условиям питания и разгрузки свидетельствует о четко выраженной горизонтальной и вертикальной зональности подземных вод и позволяет осветить особенности их формирования.

Зональное распределение различных типов вод определилось в результате длительной истории палеогидрогеологического и тектонического развития бассейна. Общее направление движения подземных и поверхностных вод и сноса материала наблюдается сейчас от окружающих бассейн горных сооружений к центральной его части. Такое направление движения подземных и поверхностных вод и сноса материала было и в период накопления угленосных отложений, особенно с восточной и южной окраин.

Химический состав подземных вод сложный; он зависит от геохимических особенностей пород водоносных комплексов и условий водообмена в водонапорной системе.

Для зоны интенсивного водообмена характерны гидрокарбонатнокальциевые и гидрокарбонатно-сульфатно-кальциево-магниевые инфильтрационные воды типа выщелачивания. В областях избыточного увлажнения воды ультрапресные, на большей части территории бассейна пресные с минерализацией 0,4—0,8, редко до 1,0 г/л. На отдельных слабо дренированных участках, главным образом в открытой степной части Присалаирской депрессии, развиты хлоридно-сульфатно-магниево-кальциевые и хлоридно-натриевые воды типа континентального засолонения с минерализацией до 5—8 г/л.

Подземные воды зоны интенсивного водообмена содержат кислородно-азотные, иногда углекислые газы атмосферного происхождения. Среда подземных вод в породах первого и пятого водоносных комплексов щелочная (pH 7,2—8,2), в остальных преимущественно кислая. Средние значения величины pH 6,2—6,6, в отдельных случаях 5,0.

Подземные воды каждого водоносного комплекса имеют характерные особенности химического состава, особенно по микрокомпонентам. Сравнительная характеристика гидрогеохимических особенностей подземных вод водоносных комплексов в различных геохимических обстановках Кузнецкого угольного бассейна приведена в табл. 53.


Наиболее сложный состав вод наблюдается в верхней гидрогеохимической зоне — обильного водообмена, — где господствуют процессы окисления и выщелачивания пород. Особенно сильно окисление и физико-химическое выветривание пород происходило в конце мелового и в палеоген-неогеновое время, в период наиболее теплого и влажного климата. Воздействие подземных вод и климата привело к образованию коры выветривания значительной мощности. В этот период в пределах древнего комплекса отложений образовались каолины, бокситы, а на участке развития продуктивных отложений — зоны окисленных углей и пород. Значительная выщелоченность, высокая трещиноватость, а местами закарстованность пород способствуют формированию инфильтрационных вод с низкой минерализацией.

Подземные воды эффузивно-осадочных образований Салаирского кряжа и Кузнецкого Алатау (первый водоносный комплекс) обогащаются металлами на участках окисления и выщелачивания зон сульфидной минерализации. В потоках рассеяния и зонах минерализации содержатся сурьма, бериллий, олово, никель, свинец, цинк, барий, серебро, медь; общее содержание металлов до 0,6 мг/л. В зоне окисления месторождений полезных ископаемых формируются кислые подземные воды с повышенным содержанием сульфат-иона, хлор-иона, тяжелых металлов.

Воды, приуроченные к морским карбонатным и песчано-глинистым породам кембрия, силура, девона и нижнего карбона повсеместно гидрокарбонатно-кальциевые по составу и характеризуются низким содержанием меди, цинка, титана, стронция, брома (общее их количество до 0,0002—0,003 мг/л). Природные воды этих образований повсеместно слабо щелочные (pH 7,2).

В угленосных отложениях второго комплекса подземные воды обогащены органическим веществом, характеризуются высоким содержанием цинка, свинца, хрома, ванадия, никеля, кобальта, серебра, бария, молибдена, олова, стронция, сурьмы, мышьяка, реже германия, причем для каждой серии осадков свиты характерен специфический комплекс элементов. Содержания характерных металлов в подземных водах потоков рассеяния и зонах минерализации для окислительной обстановки зоны интенсивного водообмена приведены в табл. 54.

В зоне окисления и выщелачивания угольных месторождений воды кислые, обогащаются металлами и сульфат-ионом.

Наиболее контрастная гидрогеохимическая обстановка выделяется в зонах окисления угольных месторождений, связанных с осадками балахонской серии. Из-за повышенного содержания в породах органического вещества (углей до 5,5% на минеральный остаток и битумов до 0,4%), окиси кремнезема (до 60—75%), сравнительно низкого содержания карбонатов (до 5—10%), что определяет пониженную химическую активность пород, над угольными месторождениями наблюдаются равномерные, четко выраженные потоки рассеяния. Для зон минерализации и потоков рассеяния во втором водоносном комплексе характерны цинк, хром, ванадий, никель, кобальт, молибден (см. табл. 54) и высокое содержание сульфат-иона. Повышенное количество железа в подземных водах обусловлено наличием пирита (до 4,4%) в осадках комплекса.

По многим шахтам и карьерам, разрабатывающим балахонские угли, наблюдаются продукты окисления пирита, скопления лимонита в виде корочек, пленок или охристой массы, иногда псевдоморфозы лимонита по пириту. В подземных водах на таких участках отмечались очень высокие содержания сульфат-иона (более 1000 мг/л) и низкие значения pH. Вмещающие уголь породы (песчаники, аргиллиты) на этих участках отбелены и выщелочены на значительную глубину.

Подземные воды третьего водоносного комплекса в отличие от второго и четвертого характеризуются неоднородностью состава, причем наиболее резкие изменения отмечаются по микрокомпонентам. Это обусловлено высоким (до 10—20%) содержанием карбонатов в породах комплекса, что в конечном итоге определяет высокую химическую активность последних (величина pH пород 9,0 по воде и 5,5 по кислоте). Высокое содержание железа (до 2,6—4,5%) в породах комплекса наблюдается преимущественно в конкрециях сидерита, которые чаще всего приурочены к пластам угля или глинистым разностям пород.

В зоне окисления углей в подземных водах этого комплекса наблюдается повышенное содержание свинца, меди, цинка, стронция, ванадия, серебра, сурьмы, молибдена (см. табл. 54), высокое содержание хлора (до 480 мг/л), сульфат-иона (до 200 мг/л). Величина pH не ниже 5,5—6,0. В водах вмещающих пород эти характеристики заметно снижаются, величина pH увеличивается до 6,5—6,7. В связи с этим гидрогеохимические аномалии над угленосными породами третьего комплекса являются менее выраженными, исключая толщи, насыщенные углями.

Гидрогеохимические особенности пород и подземных вод четвертого водоносного комплекса отличаются от ранее рассмотренных вследствие особенностей состава пород и более высокого участия в них карбонатов и железа, а также наличия бурых углей. В водах комплекса наблюдается высокое содержание цинка, бария, стронция, серебра, никеля, мышьяка, фосфора при общем содержании металлов до 0,2 мг/л и низкое содержание хлора и сульфат-иона; pH вод чаще 7,0, иногда 7,2.

Как известно, в процессе седиментации и диагенеза угленосных пород основными сорбентами рассеянных, редких и других элементов являются угли и глинистые породы, насыщенные органическим веществом. Эти образования и служат преимущественным источником обогащения подземных вод микрокомпонентами в настоящее время. В частности, в глинистых породах и углях отмечается повышенное содержание железа, марганца, фосфора, ванадия, никеля, галлия, уменьшается содержание хрома, стронция, бария.

О миграции металлов в процессе диагенеза осадков свидетельствует резко повышенное содержание микрокомпонентов в конкрециях (табл. 55) угленосных отложений Кузбасса. Так, в кальцитовых, анкеритовых и сидеритовых конкрециях наблюдается высокое содержание железа, марганца, фосфора, ванадия, хрома, меди, никеля, кобальта по сравнению с вмещающими породами и с кларковыми концентрациями указанных элементов в аналогичных конкрециях.

Подземные воды пятого и шестого водоносных комплексов преимущественно гидрокарбонатно-кальциевого состава с минерализацией до 0,6—1,0 г/л.


Очень сложные гидрогеохимические условия (еще слабо изученные) в зоне замедленного водообмена, в восстановительной обстановке. Для этой зоны характерны преимущественно гидрокарбонатно-натриевые воды с минерализацией до 6—10 г/л (II—IV водоносные комплексы), сульфатно-кальциево-натриевые и хлоридно-сульфатно-натриевые с минерализацией до 8,0 г/л (I водоносный комплекс; Барзасский район, отложения девона). В пределах этой зоны развиты метановые, реже сероводородные газы. В угленосных отложениях содержание метана достигает 20—40 м3 на 1 г угля, а дебит газа некоторых скважин (Борисовская площадь) до 20 тыс. м3/сутки. В некоторых районах в глубоких подземных водах наблюдается слабое газирование сероводородом, особенно при опробовании горизонтов, залегающих на значительной глубине. Содержание сероводорода не превышает 10—20 мг/л. Среда, как правило, резко щелочная (pH 8,0—9,0).

В зоне замедленного водообмена для подземных вод первого водоносного комплекса характерны такие микрокомпоненты, как барий, стронций, хром, свинец, цинк, йод, бром; для второго — кобальт, бериллий, молибден, йод, бром; для третьего — свинец, серебро, мышьяк, бериллий, хром, ванадий, йод, бром. С глубиной наблюдается увеличение содержания хлора, натрия, йода, брома, свинца, серебра, мышьяка, стронция и бария. При опробовании шахтных вод отмечается также, что в пределах этой зоны содержание серебра (от следов до 0,0015 мг/л), мышьяка, бериллия и сурьмы возрастает с увеличением содержания хлора. Общее содержание тяжелых металлов здесь несколько снижается по сравнению с зоной окисления. Специфические гидрогеохимические особенности отдельных толщ (свит) так же хорошо отражают микрокомпоненты, как и в зоне окисления. Температура подземных вод повышается с глубиной от 2—6°С на 100—150 м от поверхности до 35—60° С на глубине 1000—2000 м.

Гидрогеохимическая зона с весьма замедленным водообменом, с газами метаморфического происхождения — CO2 и другими— в Кузбассе почти не изучена и выделяется предположительно. В настоящее время ее можно характеризовать только по глубинным углекислым водам, разгружающимся по зонам крупных разрывных нарушений, а также по данным опробования структурных опорных поисковых скважин на нефть.

Подземные воды в этой зоне во всех водоносных комплексах хлоридно-натриевого состава с высокой минерализацией — до 35 г/л и более (скв. 3-Р, Абашевская структура), с высоким содержанием йода брома, железа, стронция, мышьяка, цинка (см. табл. 53). Среда вод при высоком содержании углекислоты кислая (pH 6,0), при низком — щелочная (pH до 8,0).

Глубинные подземные воды, разгружающиеся по зонам тектонических нарушений (Макарьевское месторождение углекислых минеральных вод) содержат CO2 до 9,0 г/л, железа до 15 мг/л, SiO2 до 80 мг/л, стронция до 5 мг/л, мышьяка более 2,0 мг/л. Наблюдается также высокое содержание серебра (0,001 мг/л), цинка (до 0,3 мг/л), бария и фтора. pH равен 6,5. На Абашевской структуре разведочная скважина газировала углекислотой.

Высокое содержание углекислоты, наличие в подземных водах в повышенном количестве сурьмы, мышьяка, стронция, бора, фтора свидетельствуют о глубинном обогащении их указанными элементами, в частности в результате метаморфизма карбонатных и других пород первого водоносного комплекса при высоких температуре и давлении. В районе Терсинского месторождения карбонатные породы залегают на глубине 2500—3000 м, где температура больше 100—120° С.

Анализ и интерпретация материалов исследований показывают что окраины Кузбасса, где развиты крупные зоны нарушений и имеется возможность разгрузки глубоких подземных вод, характеризуются своеобразными гидрогеохимическими условиями. В пределах этих областей зоны разрывных нарушений часто выполнены кальцитом, иногда с сульфидной минерализацией, с битумами. Около источников наблюдаются отложения известковых туфов, характеризующиеся высоким содержанием марганца (более 1%), хрома (до 0,01%), меди (до 0,01%), кобальта (до 0,03%), циркония (до 0,003%), свинца (до 0,001%), ванадия (0,01%).

Исключительный интерес представляет восточная окраина Кузбасса, прилегающая к Кузнецкому Алатау, и юго-восточная территория Томской области. Они характеризуются наличием крупных полуоткрытых тектонических нарушений, по которым происходит и происходила разгрузка углекислых подземных вод. В пределах этой области широко развиты поднятия и магматические образования (дайки диабаза, силлы базальтов и др.), что обусловливает повышенный тепловой режим горных пород. Здесь широко представлены продукты гидротермальных процессов, которые идут и в настоящее время, в связи с чем эта площадь интересна не только как область проявления минеральных углекислых вод, но и как область рудной минерализации.

Большой интерес представляет частое совместное отложение карбонатов и битумов в трещинных зонах и зонах тектонических нарушений. Это, по-видимому, обусловлено выносом подземными углекислыми водами углеводородов из толщ, залегающих на значительной глубине. По мнению геологов-нефтяников, наиболее перспективными на нефть в Кузбассе являются отложения нижнего карбона и девона. Они же, вероятно, являются источником углекислоты в подземных водах зоны метаморфизма. Поднимающиеся с глубины поды выносят углеводороды в верхние горизонты, где они и выпадают вместе с карбонатами при дегазации углекислоты в трещинных коллекторах.

Детальное изучение состава подземных вод позволило использовать его для оценки перспектив отдельных площадей на различные полезные ископаемые. Интересные результаты, имеющие практическое значение для прогнозов угленосности, получены в Беловском районе Кузбасса. В процессе полевых исследований наметились четкие гидрогеохимические аномалии на Бачатском, Краснобродском, Беловском и Чертинском месторождениях, а также на слабо изученных участках в районе д. Устюжаниной и пос. Дробильный. Проведенные позднее на этих и других участках детальные гидрогеохимические исследования выявили наличие угленосных отложений, среди которых бурением были установлены пласты угля рабочей мощности. По результатам гидрогеохимических работ к западу расширены границы Чертинского, а к северу — Бачатского месторождений. На площади аномалии южнее сел Ур-Бедарево, Устюжанино, судя по общим гидрогеохимическим предпосылкам: высокое содержание в подземных водах сульфат-иона — до 400 мг/л, хлор-иона — до 125 мг/л, тяжелых металлов — до 0,34 мг/л, в том числе меди 0,037 мг/л, никеля 0,01 мг/л, кобальта 0,01 мг/л, цинка 0,033 мг/л, ванадия 0,037 мг/л — развиты угленосные отложения балахонской серии.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна