Состав растворенных газов


Растворенные газы, как известно, являются чутким индикатором геохимической обстановки формирования любых типов подземных вод. He принимая непосредственного физико-химического участия в процессах переноса многих микрокомпоиентов в подземных водах, за исключением легколетучих (йод и др.), они являются также косвенными геохимическими показателями гидрогеологической закрытости продуктивных частей водовмещающих структур.

Как показали проведенные исследования, региональное распространение в платформенных областях и прогибах имеют металлоносные рассолы, насыщенные в основном метаном и другими более тяжелыми углеводородными газами: этаном С2Н6, пропаном C3H8, бутаном C4H10 и др. Появление в газовом составе рассолов повышенных количеств сероводорода, биогенной углекислоты, азота и кислорода свидетельствует о древних либо о современных процессах раскрытия водовмещающнх гидрогеологических структур, не благоприятных для накопления и длительного сохранения в водной среде различных микрокомпонентов. В то же время, присутствие в газовом составе углеводородных металлоносных рассолов, повышенных концентраций гелия и радиогенного аргона указывает на глубинные условия их формирования под экраном газоводоупорных образований, благоприятных для концентрирования микрокомпонентов.

Углеводородные газы, составляющие в металлоносных рассолах глубокопогребенных обычно нефтегазоносных структур более 98%, обладают высокой растворимостью, резко увеличивающейся с ростом температуры воды и пластового давления. Поэтому, несмотря на некоторое снижение растворимости углеводородных газов с увеличением общей минерализации подземных вод, их концентрация в глубоких высокотермальных рассолах платформенных впадин и прогибов может доходить до нескольких литров на 1 л рассола. Насыщенность металлоносных рассолов древних палеозойских впадин углеводородными газами обычно ниже газонасыщенности металлоносных рассолов более молодых мезо-кайнозойских структур, вследствие меньшей продолжительности дегазации последних.

Главным источником образования углеводородных газов в подземных водах, по мнению большинства гидрогеологов-нефтяников, являются тонкодисперсные органические вещества осадочных пород, а для метана и угольные образования. Накопление углеводородных газов в металлоносных рассолах возможно лишь в восстановительных условиях в глубокопогребенных гидрогеологических структурах, надежно экранированных от проникновения инфильтрационных вод из расположенной выше зоны окисления.

Повышенная температура катализирует геохимические процессы преобразования органических веществ пород в углеводородные газы и переход их в водную фазу. При этом тяжелые углеводороды образуются при более высоких температурах и давлениях, чем метан, что может являться косвенным показателем глубины и термодинамических условий формирования металлоносных углеводородных рассолов. В горно-складчатых областях молодой мезо-кайнозойской вулканической деятельности основной тип подземных металлоносных вод, образующих целые провинции, насыщен преимущественно углекислым газом (табл. 52). Накопление последнего в металлоносных подземных водах обусловлено главным образом процессом термометаморфизма вмещающих пород, вызывающим выделение из них углекислого газа даже при относительно невысоких (60—70° С) температурах. Подчиненное количество углекислого газа может поступать в глубокие трещинно-жильные воды также в результате дегазации мантии, выделения из магматических очагов, биогенных процессов разложения органических веществ и различных углеводородных соединений.

Таким образом, углекислый газ в подземных водах может иметь различное происхождение, однако, по мнению многих гидрогеологов, наиболее распространенным процессом накопления углекислого газа в глубоких подземных водах, в том числе и металлоносных, является региональный термометаморфизм. Газонаеыщенность их углекислым газом увеличивается с глубиной, но уменьшается с ростом температуры и общей минерализации воды. Так, например, металлоносные горячие (42° С) рассолы Вышковского района Закарпатья, имеющие на глубине 600 м необычно высокую минерализацию (130 г/л), содержат только 1,2 г/л углекислоты. В соседнем Шаянском районе на глубине 240 м вскрыты теплые (до 24° С) менее минерализованные слабометаллоносные углекислые воды, содержащие 30 г/л углекислоты. В том случае, когда углекислые металлоносные минерализованные воды формируются в толще осадочных или осадочно-вулканогенных пород, обогащенных органическими веществами, помимо углекислоты в них присутствуют небольшие (до 15%) примеси углеводородных газов.

Геохимическая роль углекислого газа в накоплении микрокомпонентов в подземных водах очень велика. Агрессивно воздействуя на вмещающие породы, он активизурует процессы их разложения и выделения в водную фазу микрокомпонентов. Кроме того, в присутствии свободной углекислоты повышается растворимость многих соединений микрокомпонентов и труднорастворимых комплексных форм макрокомпонентов (карбонаты и сульфаты кальция, карбонаты железа и др.).

В областях современного вулканизма в газовом составе металлоносных высокотермальных вод, распространенных но периферии действующих вулканов, помимо углекислоты в больших количествах (60—70%) присутствует азот. Вопрос о его происхождении еще окончательно не решен. Одни исследователи считают его газом чисто воздушного происхождения, другие — частично термометаморфического. В отличие от углекислого газа азот химически инертен и не играет существенной роли в процессах накопления или переноса микрокомпонентов. Скорее всего он может являться показателем гидрогеологической раскрытости структур, вмещающих слабоминерализованные воды. Выделение азота из последних в открытых очагах разгрузки не отражается на величине pH вод, а следовательно, и на растворимости микро- и макрокомпонентов, Анализы металлов в вулканических газах и парах воды Камчатских вулканов показали, что в наиболее высокотемпературных (500°C) возгонах тяжелые металлы (кобальт, висмут, серебро, никель, медь, свинец, молибден и др.) присутствуют в незначительных количествах.

В эксгаляциях с более низкой температурой (250—400° С) обнаруживаются лишь свинец, медь, цинк, молибден и ванадий. При понижении температуры паров и газов до 100°C в них отсутствует медь. Таким образом, наиболее подвижны в газовой фазе в широком диапазоне изменений температуры свинец, цинк, молибден, ванадий. Косвенным доказательством переноса рудных элементов преимущественно в жидкой фазе является несоответствие последовательности их отложения из водяных паров и вулканических газов в зональности эндогенных ореолов гидротермальных месторождений.





Яндекс.Метрика