Минерализация

Быстрое падение скоростей фильтрации и интенсивности водообмена с гидросферой и атмосферой на глубине проявляется прежде всего в закономерном росте минерализации подземных вод с глубиной. Поэтому в зонах активного и затрудненного водообмена подземные воды с глубиной становятся более минерализованными. В условиях эпигенеза превалируют соленые подземные воды или рассолы. Это увеличение минерализации подземных вод по мере перехода от условий гипергенеза к условиям эпигенеза наблюдается в породах самого различного состава и возраста, и свидетельствует об отсутствии прямой связи между составом воды и породы. Такое заметное изменение минерализации и состава подземных вод (от пресных и солоноватых до соленых и рассолов) с глубиной в самой верхней части литосферы имеет повсеместное распространение и называется нормальной гидрохимической зональностью. Это связано стем, что долгое время увеличение минерализации вод с глубиной воспринималось как закономерность не ограниченная по глубине. Отклонения от этой закономерности рассматривались, как аномальные явления.

Однако, по мере увеличения глубин бурения и накопления данных по составу глубоких подземных вод становилось все очевидней, что увеличение минерализации глубоких подземных вод имеет предел и иногда даже сменяется заметным опреснением. Минерализация вод достигает некоторого максимума, и закономерный рост минерализации подземных вод с глубиной практически прекращается. В условиях эпигенеза состав подземных вод фактически не зависит от глубины их залегания.

Минерализация и состав подземных вод условий эпигенеза зависит преимущественно от возраста и состава отложений разреза в целом. Наименьшей минерализацией (менее 20-30 г/кг) характеризуются воды, представленных только терригенными породами, при отсутствии карбонатов. Например, в пермских и каменноугольных отложениях Кузбасса минерализация вод достигает только 35 г/л, в мезозойских Западной Сибири - 15-25 (редко 50-80) г/л, В кайнозойских Сахалина - 10-20 (редко 30-60) г/л. При содержании в разрезе только сульфатных и доломитовых пород, согласно А.Е. Гуревичу и др. И.К. Зайцеву (1,2), минерализация подземных вод подымается до 70-80 г/кг, в присут­ствии гипсов и ангидритов она достигает 140-270 г/л. Наиболее концентрированные рассолы распространены в разрезах, которые содержат соленосные, особенно калиеносные толщи. Сопоставление карт распространения галогенных формаций и глубинных рассолов, выполненное К. Зайцевым и М.Г. Валяшко, показало их значительную сходимость. Анализ распределения наиболее минерализованных подземных вод зоны эпигенеза показывает, что большая часть их, как и эвапариты, связана с палеозойскими отложениями древних платформ, меньшая часть - с мезозойскими молодых плит и незначительная - с породами кайнозойского возраста. Однако, внутри пород этих групп минерализация вод не зависит от их возраста. Более того, И.К. Зайцев не исключал, что рассолы распространяются и в породах фундамента ниже соленосных толщ. Создается впечатление, что происхождение и распространение рассолов связано с присутствием в разрезе соленосных толщ.

В связи с этим И.К. Зайцев пред­ложил различать два основных типа гидрогеохимических разрезов: 1- толщи с широким распространением эвапоритовых и карбонатных отложений; 2- толщи без эвапоритовых отложений.

Обычно распространение рассолов по разрезу не ограничено строго толщей галогенов. Они могут быть встречены как выше, так и ниже этих толщ. Тем не менее, выше этих толщ минерализация вод закономерно падает к поверхности Земли, а большая часть рассолов располагается непосредственно под соленосной пачкой и распространяется на относительно большие глубины, иногда вплоть до пород фундамента. В зависимости от места эвапоритовв разрезе И.К. Зайцев различает два основных подтипа. В одном пачка эвапоритоврасполагается в верхней части разреза, близко к поверхности, в другом - в нижней части, у основания разреза. В первой группе рассолы занимают большую часть разреза вплоть до фундамента, во второй они имеют подчиненное значение и распространены преимущественно на больших глубинах у основания разреза. Однако существуют разрезы, в которых эвапориты образуют несколько пачек на разных глубинах. Всегда наиболее концентрированные и метаморфизованные рассолы имеют место внутри самих соленосных толщ. В кембрийских отложениях юга Восточной Сибири минерализация подземных вод достигает 600-680 г/л, в перм­ских Прикаспийской впадины - 450 г/л, в юрских Восточной Туркмении - 600 г/л, в неогеновых Предкарпатья - 460 г/л.

Однако, рассолы в большом количестве обнаружены также в массивных кристаллических породах допалеозойских щитов, выше которых отсутствуют даже осадочные отложения. В Мончегорском районе Кольского полуострова в ультроосновных породах на глубине до 500 м минерализация подземных вод увеличивается от 2 до 57 г/л. Рассолы имеют хлор-натриевый состав с повышенным содержанием иода (до 33 мг/л). На Балтийском щите, в Карелии, в гранитах и гнейсах архея и протерозоя минерализация подземных вод увеличивается от 1,4 г/л на глубине 120 м до 138 г/л на глубине 785 м. При этом состав вод меняется от хлор-суль­фат- натриевых до хлор-натриевых и даже хлор-кальциевых. На Украинском щите минерализация вод достигает 150 г/л при хлор- натриево-маг­ниевом составе.

Толщи без эвапоритовых отложений характерны для молодых плат­форм, передовых прогибов и межгорных впадин с мезозойскими и кайнозойскими отложениями. В этих толщах воды зоны эпигенеза существенно менее минерализованы, обычно не более 50-100 г/л. Рассолы в таких раз­резах либо не обнаружены, либо присутствуют в весьма ограниченных объемах.

По мере увеличения глубин бурения геологи уменьшение минерализации подземных вод с глубиной. Первоначально это явление рассматривалось, как аномальное, а снижение минерализации вод с глубиной получило название гидрохимической инверсией. Однако постепенно число таких инверсий росло. В настоящее время гидрохимические инверсии обнаружены во многих гидрогеологических бассейнах, и иногда рассматриваются как закономерное явление. Их проявления особенно заметны в бассейнах под соленосными толщами, где на больших глубинах наблюдаются признаки снижения минерализации подземных вод. Так в Печорском бассейне снижение минерализации на больших глубинах, согласно данным В.М. Милькова, повсеместно. Минерализация вод снижа­ется до 68-107 г/л, но состав и тип вод не меняется. В настоящее время подсолевая гидрохимическая инверсия установлена во многих бассейнах, в разных геологических условиях. Глубины ее появления варьируют в очень широком диапазоне, от первых сотен метров до 2-3 км.