Гидрохимическая зональность артезианских бассейнов

Гидрогеохимическую зональность

В артезианских бассейнах наблюдается определенная вертикальная гидрогеохимическая зональность, связанная с различными гидродинамическими особенностями:

1) верхняя зона – интенсивного водообмена;

2) средняя – замедленного водообмена;

3) самая нижняя (наиболее глубокая) – весьма замедленного водообмена.

Впервые на гидрогеохимическую зональность и увеличение минерализации подземных вод, и снижение их подвижности с глубиной указал В. И. Вернадский. По Е. В. Посохову (1975), верхняя часть артезианских бассейнов платформ имеет относительно небольшую мощность. Так, например, в Московском артезианском бассейне пресные воды встречаются до глубин 200-300 м, в Днепровско-Донецком — до 500 м. Ниже располагается относительно маломощная гидрогеохимическая зона солоноватых и слабосоленых вод многокомпонентного состава, в которых большая роль принадлежит иону SO₄ 2- . Примером тому являются сульфатные кальциево-натриевые воды с минерализацией до 4,5 г/л, вскрытые буровыми скважинами в девонских отложениях Московского артезианского бассейна (на глубинах 400-600 м) и используемые в качестве лечебной «Московской минеральной воды». В более глубокой третьей гидрогеохимической зоне преобладают хлоридные воды с минерализацией 250-350 г/л и более (в Ангаро-Ленском бассейне около 600 г/л).

По мере значительного увеличения минерализации с глубиной в хлоридно-натриевых рассолах наблюдается рост содержания иона Са 2+ и в наиболее погруженных частях бассейна встречаются хлоридно-кальциевые или хлоридно-кальциево-магниево-натриевые рассолы, что имеет большое значение для нефтяной гидрогеологии. В глубоких водоносных горизонтах с высокой минерализацией, помимо основных анионов и катионов, нередко содержатся йод, бром, бор, стронций, литий, радиоактивные элементы. Особенно большое количество йода, брома и бора встречается в хлоридно-кальциевых водах нефтяных и газовых месторождений, где они местами извлекаются в промышленных количествах.

Указанная гидрогеохимическая зональность характерна для ряда артезианских бассейнов. Вместе с тем в некоторых бассейнах (Западно-Сибирском, Брестском и др.) сульфатная зона отсутствует, и пресные гидрокарбонатные воды верхней зоны постепенно сменяются хлоридными. По-видимому, та или иная гидрогеохимическая зональность артезианских бассейнов определяется рядом природных факторов: историей развития геологической структуры; условиями водообмена; составом и степенью растворимости водоносных горных пород; соотношением давления и температуры; газовыми компонентами. Именно взаимодействие различных природных факторов и определяет изменение минерализации и состава подземных вод в артезианских бассейнах.

Отмечается также широтная зональность грунтовых вод, связанная с изменениями климатических условий и степени расчлененности рельефа при движении с севера на юг. Г.Н. Каменский, исходя из указанных факторов и особенностей формирования грунтовых вод и их химического состава, выделил на территории России две зоны.

1. Зона вод выщелачивания (и выноса солей), приуроченная к гумидным областям (областям избыточного увлажнения) с невысокими положительными среднегодовыми температурами. Грунтовые воды выщелачивания формируются в условиях преобладания подземного стока над испарением. По мере движения с севера на юг изменяются глубина залегания грунтовых вод и их минерализация от очень пресных (больше 0,2 г/л) к пресным (до 1 г/л) и солоноватым (больше 1 г/л) в более южных районах.

2. Зона вод континентального засоления, приуроченная к аридным (засушливым) областям (сухие степи, полупустыни и пустыни), где выпадает малое количество атмосферных осадков, сравнительно высокие температуры и испаряемость. Следовательно, в этой зоне низка величина инфильтрационного питания грунтовых вод по сравнению с высокой испаряемостью, что определяет и низкую величину подземного стока (рис. 23.2).

Рис. 23.2. Зоны грунтовых вод России (по О. К. Ланге).

В сплошной мерзлоте, 2 — в таликовой и островной мерзлоте, 3 — в полосе избыточного увлажнения, 4 — в полосе неустойчивого увлажнения, 5 — в полосе преобладания подземного стока над испарением, 6 — в полосе равновесия подземного стока и испарения, 7 — в полосе предгорных равнин и подгорных шлейфов, 8 — горные области азональных грунтовых вод. Цифры (1-10), показанные на карте, означают зоны грунтовых вод по более детальному районированию.

Источник

Артезианские бассейны платформенного типа. Гидрогеодинамическая и гидрогеохимическая зональность бассейна.

Артезианский бассейн – единая гидрогеодинамическая система (часть системы), пространственно связанная со структурно-тектоническим элементом, верхний этаж которого представлен пологозалегающими или слабодислацированными осадочными породами, содержащих подземные воды.

Разрез артезианского бассейна платформенного типа всегда представляет собой многократное чередование стратифицированных гидрогеологических элементов, в качестве которых рассматриваются водоносные слои, горизонты, комплексы, а также относительно слабопроницаемые водоупорные слои, пласты и толщи горных пород.

При расчленение разреза во многих случаях наиболее важным является определение выдержанных слабопроницаемых толщ, изолирующих смежные горизонты. Именно наличие таких толщ является причиной различия пьезометрических напоров, состава и минерализации подземных вод. Положение этих толщ определяет выделение наиболее крупных стратифицированных элементов разреза – г/г этажей.

Всего выделяется 4 этажа: Первый – в той части разреза, где водоносный горизонт имеет гидравлическую связь с современной поверхностью на всей площади распространения. Второй – имеет гидравлическую связь только на периферии бассейна. Питание первых двух этажей в основном за счет инфильтрации атм осадков. Третий – не имеет открытой гидравлической связи с поверхностью, питание осуществляется за счет перетекания из вышележащих горизонтов. Четвертый – фундамент арт бессейна.

В разрезе артезианских структур сверху вниз выделяются три гидродинамические зоны: активного, затрудненного и застойного водообмена. Им примерно соответствуют три гидрогеохимические зоны: пресных гидрокарбонатных, солоноватых и соленых сульфатных, и высокоминерализованных хлоридных подземных вод.

Для всех водоносных горизонтов верхней гидродинамической зоны (первый гг этаж) в современных условиях принципиально возможна открытая связь с грунтовыми и поверхностными водами – зона интенсивного водообмена. Для горизонтов второй гидродинамической зоны, принципиально невозможна открытая связь с поверхностью. Питание и разгрузка осуществляется путем затруднений вертикальной фильтрации через слабопроницаемые пласты. Поэтому эта зона выделяется как зона с относительно затрудненным водообменом. В разрезе второго г/г этажа связь с современной поверхностью имеет пластовый характер и постепенно ухудшается с удалением от открытой периферии бассейна. На краевых частях, где есть открытая связь с поверхностью, второй гг этаж соответствует условиям зоны интенсивного водообмена. Водоносные горизонты второго гг этажа в пределах внутренней части бассейна и третьего этажа характеризуются общим условием – практически отсутствием притока из краевых областей современного питания артезианских вод. Для водоносных горизонтов третьего этажа центральной части бассейна характерно незакономерное распределение пластовых давлений, резкие изменения их величин на коротких расстояниях. (Наиболее благоприятные условия для формирования и сохранения месторождений нефти и газа).

Гидрогеохимическая зональность: сверху вниз выделяется три гидрогеохимические зоны: 1 – пресных вод гидрокарбонатного кальциевого состава. 2 – солоноватых и соленых вод сульфатного состава. 3 – рассолов хлоридно-натриевого состава

Закономерное увеличение минерализации п/в с глубиной от пресных до соленых

С ростом М изм хим состава от гидрокарбонатных до хлоридных

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 39 ; Нарушение авторских прав

Источник

Лекция 15. Зональное строение артезианских бассейнов

Зональное строение артезианских бассейнов.

Если зональность грунтовых вод формируется под действием общегеографических причин, то гидродинамическая и гидрохимическая зональность артезианских бассейнов обусловлены их геологическим строением и историей формирования (рис. 21). Первой особенностью является следующая закономерность – при увеличении глубины отмечается заметный рост минерализации подземных вод от пресных в верхних частях бассейнов к соленым и рассольным в нижних, наиболее погруженных их частях. Второй особенностью является закономерное изменение гидродинамических характеристик, выражающееся в снижении с глубиной величин расходов потоков, скоростей фильтрации и увеличении сроков водообмена. Для многих бассейнов платформ наблюдается также закономерная смена химического типа подземных вод с увеличением глубины залегания и минерализации: от пресных гидрокарбонатных к сульфатным и хлоридным в нижних этажах бассейна.

Таким образом, на основании анализа комплекса природных условий, в артезианских бассейнах платформенного типа выделяются следующие зоны (рис. 21):

верхняя – зона интенсивного обмена вод,

средняя – зона затрудненного водообмена,

нижняя – зона весьма затрудненного водообмена.

Зона интенсивного водообмена охватывает верхнюю часть разреза бассейна. Мощность зоны определяется, с одной стороны, геологической структурой бассейна, а с другой – тесной связью подземных вод этой зоны с поверхностными и атмосферными водами.

Для зоны затрудненного водообмена значительно снижено действие экзогенных факторов, определяющих балансовую и пространственную структуру потоков. Питание и разгрузка подземных вод этой зоны осуществляются за счет сосредоточенного (гидравлические окна, разломы) или рассредоточенного (сквозь разделяющие слабопроницаемые пласты) перетекания в водоносные горизонты выше или ниже расположенных гидродинамических зон.

Самая нижняя из гидродинамических зон – зона весьма затрудненого обмена вод, охватывает водоносные комплексы второго и третьего гидрогеологических этажей, т.е. наиболее погруженные части артезианского бассейна. Фильтрационные свойства водоносных пластов здесь хуже, скорость фильтрации вод ничтожна. В таких условиях расходы потоков подземных вод по пласту настолько малы, что эту зону называют зоной застойного режима. Однако, здесь, как и в вышележащей зоне, происходит перетекание вод по гидрогеологическим окнам, разломам. Изучение зоны весьма затрудненного обмена вод важно с позиции нефтяной гидрогеологии.

На территории России ряд платформенных артезианских бассейнов входит в область распространения многолетнемерзлых пород. Многолетнее промерзание в первую очередь приводит к промерзанию грунтовых вод и локализации их в подрусловых и подозерных таликах, а также к промерзанию артезианских вод зоны интенсивного водообмена.

Развитие мерзлых толщ изменяет гидродинамическую зональность артезианских бассейнов, в целом затрудняя обмен вод, особенно в верхней гидродинамической зоне.

Источник

Гидрохимическая зональность земной коры

Химический состав подземных вод.

Подз.воды с гидрогеохимической точки зрения представляют собой сложнейшую систему, состав, состояние и свойства которой определяются свойствами самой воды, свойствами содержащихся в ней веществ и условиями взаимодействия их между собой и с окружающей средой.

Понятие хим. состав означает совокупность содержащихся растворенных минеральных и органических соединений за исключением тех, из которых состоит живое вещество.

Основой всего разнообразия природных вод Земли является весьма ограниченный набор ионов. Различия же определяются множеством сочетаний этих ионов и их абсолютным (масса) и относительным (%) содержанием.

Макрокомпоненты – ионы, образованные высококларковыми элементами, природные соединения которых в литосфере обладают наибольшей растворимостью (это преобладающие элементы и комплексные соединения, составляющие основу п/в). Анионы: Cl — , SO₄ 2- , HCO₃ — , CO₃ 2- ; катионы: Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , а также кремнекислота H₂SiO_4. Эти ионы составляют основу стандартного комплекса анализов, их определение является обязательным при любых г/г исследованиях. Они являются основными элементами хим.состава, различных видов солености, жесткости, щелочности и кислотности вод.

Мезокомпоненты – присутствуют в меньших количествах в хим. составе воды (первые мг/дм 3 ) и редко являются преобладающими. Эти элементы характеризуются или высоким Кларком, но низкой растворимостью природных соединений, или небольшим Кларком, но сравнительно хорошей растворимостью солей. NH₄ + , Fe 2+ , Fe 3+ , NО₂ — NО₃ — , H₃PO₄ — (иногда Al, F, Br, B, Sr).

Микрокомпоненты – присутствуют в водах в микроколичествах (ед – сотни мкг/дм 3 ). Эти элементы обладают низким Кларком и плохой растворимостью. Li, B, Pb, Zn, Сu, Ag, Au, Mo, Co, Ba и радиоактивные элементы (U, Rа, Rn, Th). Они не определяют хим. тип воды, но оказывают значительное влияние на специфические особенности их состава.

Еще в 1931г. В.И.Вернадский высказал предположение, что с углублением в земную кору п/в становятся все более концентрированными (пресные воды, залегающие сверху, постепенно переходят в солоноватые, а затем в соленые, рассолы), меняется их состав (гидрокарбонат-ионы сменяются сульфат-ионами, а затем хлорид-ионами; катионы кальция и магния сменяются натрием и кальцием). Содержание железа, марганца, кремнезема, бария и др. с глубиной уменьшается; а бром, калий, стронций, радий накапливаются. Содержание орг.соединений, йода, аммония с глубиной сначала увеличивается, а затем уменьшается. Значение Еh с глубиной падают, исчезает кислород, в водах накапливается азот, метан, сероводород. В определенных условиях появляется углекислый газ, тяжелые углеводороды, водород.

Грунтовые воды выщелачивания (гумидный климат) подчиняются широтной зональности. Наиболее пресными являются воды провинции с развитием многолетней мерзлоты, которые характеризуются гидрокарбонатным кальциево-магниевым составом, слабокислым характером среды, повышенным содержанием растворенных орг.веществ. Весьма пресные гидрокарбонатные кальциево-магниево-натриевые, кислые воды формируются в условиях тропических и субтропических областей. В пределах области горных массивов формируются пресные гидрокарбонатные кальциево-магниевые, щелочные воды с минимальным содержанием орг.веществ. Наиболее минерализованы п/в областей умеренного климата, развитые на платформах, щитах и древних складчатых сооружениях. Относительно небольшой водообмен приводит к формированию в этих условиях близких к нейтральным гидрокарбонатных кальциево-натриевых вод.

Г/в континентального засоления (аридный климат) слабосолоноватые, слабощелочные, сульфатно-хлоридно-гидрокарбонатные натриево-кальциево-магниевые.

Т.е.п/в зоны гипергенеза зональны: их соленость и состав меняются при движении с севера на юг от зоны тундр к степям и пустыням. По мере уменьшения количества осадков и увеличения испарения соленость воды возрастает за счет роста сульфатных и хлоридных солей натрия. Затем еще южнее при движении от зоны пустынь к экватору количество осадков резко возрастает, и общая минерализация воды резко уменьшается. Воды снова становятся гидрокарбонатными со сложным катионным составом, определяемым типом водовмещающих пород.

В случае проникновения инфильтрационных вод по зонам разломов на значительные глубины, что особенно характерно для горно-складчатых областей, эти воды нагреваются, более активно взаимодействуют с породами, соленость и щелочность их растут. Состав воды приобретает специфические черты, обусловленные повышенным содержанием кремнекислоты, фтора, ряда редких элементов, газов. Формируются так называемые азотные, углекислые, метановые, кремнистые и другие термы.

В отличие от вод инфильтрационного генезиса седиментационные воды образуют класс соленых и рассольных вод. Они широко развиты в низах практически всех осадочных бассейнов и часто проникают в фундамент платформ, щитов, раскрытых структур горно-складчатых сооружений.

Гидрохимическая зональность артезианских бассейнов.

Три гидрохимических зоны по степени минерализации: 1) зона А — пресные воды с минерализацией менее 1 %о, 2) зона Б — соленые воды с минерализацией 1—35 %о, 3) зона В—рассолы с минерализацией 35—350 %о и более.

Каждая зона подразделяется на подзоны по степени минерализации.

1) Химический состав зоны А преимущественно гидрокарбонатно-кальциевый. Зона пресных вод наиболее широко развита в климатическом поясе избыточного увлажнения. Она охватывает грунтовые воды и верхние артезианские водоносные горизонты местами до глубины 1000м.

2) В зону Б включены солоноватые (минерализация 1—10%о), соленые (минерализация 10—35 %о) воды. Среди солоноватых встречаются гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные, а также смешанного анионного состава воды, преимущественно натриевые. Среди соленых вод преобладают хлоридно-натриевые. Гидрохимическая зона Б распространена очень широко.

3) Рассолы нижней гидрохимической зоны В исключительно хлоридные. В их катионном составе при минерализации до 275 %о, преобладают хлориды натрия, а при более высокой минерализации— хлориды кальция и реже магния. Рассолы имеют не только лечебное, но и преимущественно промышленное значение, так как обогащены йодом, бромом, бором и др. микрокомпонентами. Следует отметить, что по сравнению с зонами пресных и соленых вод, зона рассольных вод имеет значительно большую мощность (до 10 км).

В отдельных частях арт.бассейнов выделяется несколько типов гидрохимического разреза:

I тип — развита лишь гидрохимическая зона пресных вод, которая прослеживается до пород фундамента. Он встречается на окраинах артезианского бассейна, т.е. там, где мощность слагающих их толщ невелика, и где имеет место питание артезианских пластов, а не разгрузка (А).

II тип—развиты две гидрохимические зоны: пресных и соленых вод (АБ). Он распространен обычно на некотором удалении от границы бассейна, в более глубоких его частях.

III тип—развиты три гидрохимические зоны: пресных, соленых и рассольных вод. Он развит в центральных частях артезианских бассейнов. Для этих же частей бассейна обычно характерна и наибольшая мощность отложений.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник