Палеогидрогеологические условия формирования подземных вод, обогащенных микрокомпонентами

Различные методы изучения истории развития глубоких артезианских бассейнов освещены во многих работах.

В последние годы в литературе все чаще стали обсуждаться вопросы эволюции состава морей и океанов в связи с выявлением новых соленосных формаций в древних отложениях Восточной Сибири, а также вопросы формирования генетически связанных с ними металлоносных рассолов.

По мнению Р. Гаррелса и Ф. Маккензи, в самом начале своего развития мировой океан имел хлоридный (почти бессульфатный) состав, благоприятный для накопления разнообразного комплекса металлов (медь, цинк, свиней, литий, рубидий, цезий, стронций, золото и др.). Активная вулканическая деятельность носила главным образом эффузивный характер.

Реакции взаимодействия вод и пород сопровождались выделением большого количества углекислоты, метана и водорода. Вследствие широкого распространения кремнисто-железистых и других силикатных формаций в океанической воде накапливалось железо, марганец, алюминий, органическое вещество. В процессе эволюции окислительно-восстановительных процессов морские воды обогащались сульфатами и свободным кислородом. Большая часть последнего вместе с углекислотой выделялась в атмосферу. В результате взаимодействия с карбонатными породами и начавшегося фотосинтеза морские воды к середине палеозоя становятся идентичными современным. В газовой оболочке Земли и поверхностной гидросфере начинает преобладать азот.

Под влиянием геостатического давления на стадии диагенеза поровые металлоносные растворы отжимались в ослабленные трещиноватые зоны глубинных разломов. Наименьшему уплотнению по сравнению с другими глинистыми разностями (монтмориллонитовые, каолинитовые и др.) подвергались гидрослюдистые глинистые образования, сохранившие вследствие этого максимальное число поглощенных микрокомпонентов.

Анализ взаимосвязи между возрастом водовмещающих пород платформенных впадин и средней концентрацией в них редких щелочных элементов (рис. 45) показал, что наиболее благоприятные условия для накопления этих элементов, а также стронция п бария в древних глубокопогребенных структурах были в нижнепалеозойских подсолевых водоносных горизонтах. Этот вывод хорошо согласуется с данными исследований А.Л. Яншина, М.А. Жаркова и Ю.П. Казанского кембрийских отложений Восточно-Сибирской платформы, С кембрия до перми в солеродных бассейнах впадин дайной платформы периодически осаждались калийные соли хлоридного типа (сильвинитовые, карналлитовые), что свидетельствует о преимущественно хлоридно-калиево-натриевом составе исходной нижнепалеозойской рапы, наиболее благоприятной для концентрирования разнообразного комплекса микрокомпонентов: стронция, бария, бора, йода, брома, редких щелочных и большинства тяжелых металлов.

Позднее на границе перми и триаса палеогидрогеологические условия, судя по падению средних концентраций этих элементов в рассолах, существенно изменились. По мнению Ю.Ф. Кореннова, это объясняется изменением химического состава морских бассейнов в сторону увеличения их сульфатности, вызвавшей образование труднорастворимых сульфатных соединений редких элементов. Состав пермских соленосных отложений во всех галогенных провинциях соответственно характеризуется более пестрым составом. Наряду с хлоридными солями в них широко распространены кизеритовые, каинитовые, полигалитовые и другие сульфатные соляные минералы.

По периферии солеродных бассейнов обычно осаждались хлоридно-магниевые соли бишофитового и тахгидритового типов, что повлияло на распространение металлоносных рассолов (см. рис. 11, северную и западную окраины Прикаспийской впадины).

Наряду с эволюцией состава галогенных отложений и генетически связанных с ними подземных рассолов изменялся и термо-барический режим приповерхностных зон земной коры. Температура вод от архея до начала палеозоя понизилась примерно в 3— 5 раз.

В мезозойских впадинах и прогибах накопление микрокомпонентов в рассолах наиболее интенсивно происходило в юрских подсолевых горизонтах и главным образом в зоне глубинных долгоживущих разломов, образовавшихся в период погружения дна солеродных бассейнов, сопровождавшемся также интенсивными процессами подводного вулканизма.

С появлением новых данных о наличии мощных толщ эвапоритов в Мексиканском заливе, Красном и Средиземном морях гипотезы о формировании соленосных образований и металлоносных термальных рассолов этих бассейнов уточняются. На основании признаков как мелководного (слоистость осадков, окатанность зерен доломита, наличие включений пирита, показатели изотопного состава серы, низкое содержание брома и др.), так и глубоководного (огромная мощность соленосных и терригенно-глинистых толщ) бассейнов предлагается новая гипотеза «периодически усыхавшего глубоководного бассейна». Для образования 3—4-километровой толщи эвапоритов считается достаточным семь-восемь морских циклов трансгрессий и регрессий, вызывавших периодическую изоляцию солеродного бассейна от океана и садку солей.

Находки остатков влаголюбивой растительности, которая скорее всего приносилась подземными водами с окружающей суши, а также нормальносоленой фауны в песчано-глинистых прослоях соленосных моласс Предкарпатского прогиба согласуются с процессом современного их накопления в соленосных образованиях морских заливов Каспийского и Средиземного морей (Мертвое море, Кара-Богаз-Гол и др.). Гидрохимические аномалии в них редких элементов тяготеют к зонам глубинных разлохмов, по которым разгружаются металлоносные подземные рассолы. Источником металлов, по мнению одних исследователей, являются вмещающие породы, других — эндогенные подкоровые флюиды. Имеющийся в нашем распоряжении фактический материал позволяет лишь высказать предположение о тесной взаимосвязи во времени и пространстве процессов формирования металлоносных термальных рассолов в платформенных впадинах и прогибах с происходящими в период их погружения процессами глубинного термометаморфизма и дизъюнктивных тектонических движений.

Пространственное совмещение и сходство палеогидрогеологических условий образования месторождений калийных солей, нефти и металлоносных углеводородных рассолов в глубокопогребенных экранированных структурах платформенных впадин и прогибов являются показателем одинаково благоприятных условий их сохранения, а возможно и парагенетической связи.

В пределах горно-складчатых регионов условия формирования металлоносных рассолов весьма неоднородны, поэтому палеогидро-геологический анализ их формирования целесообразно производить применительно к конкретным гидрогеологическим структурам. На рис. 46 схематично показаны основные этапы формирования металлоносных рассолов в молодых прогибах, окаймляющих альпийские горно-складчатые области на примере наиболее изученного нами Карпатского региона.

Углекислые рассолы (до 50 г/л), обогащенные микрокомпонентами, формировались в тектонически активных районах, пространственно тяготеющих к периферийным частям молодых неогеновых солеродных бассейнов. Их менее высокая степень метаморфизации по сравнению с углеводородными металлоносными рассолами платформенных впадин выражена пониженным содержанием кальция и в соотношениях натрия к хлору, хлора к брому и других макро- и микрокомпонентов. В отличие от углеводородных рассолов, формирование углекислых металлоносных рассолов протекало в условиях более напряженного термометаморфического, вулканического и тектономагматического режима. Это нашло отражение в более высоких абсолютных и относительных концентрациях мышьяка, фтора, бора, сурьмы, цезия и других летучих микрокомпонентов в углекислых рассолах.

Высокая концентрация агрессивной углекислоты компенсирует слабую закрытость гидрогеологических структур в складчатых областях, вызывая в результате интенсивных процессов выщелачивания вмещающих пород накопление микрокомпонентов в водной фазе. Вопрос об источниках микрокомпонентов в углекислых рассолах рассматривается также с разных позиций. Одни исследователи отдают предпочтение вмещающим породам, а другие — эндогенным флюидам. He отрицая полностью влияния глубинных магматических процессов на накопление микрокомпонентов в углекислых рассолах, авторы настоящей работы на примере конкретных геологических районов их распространения показали тесную связь между ассоциациями микрокомпонентов в углекислых водах и водовмещающих породах. Таким образом, рассматривая углекислоту как продукт глубинных термометаморфических процессов, нам представляется более убедительным считать основным источником микрокомпонентов в углекислых рассолах соответствующие типы пород. При этом последние, как правило, залегают на значительных глубинах в гидростатически экранированных частях водовыводящих разломов и могут не соответствовать петрохимическому составу пород, слагающих открытые и даже закрытые очаги разгрузки углекислых вод.