CC BY
21
УДК 550.4:556
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ РАССОЛОВ В ДЕВОНСКИХ ОТЛОЖЕНИЯХ АНАБАРО-ХАТАНГСКОГО БАССЕЙНА
Анатолий Витальевич Черных
Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 2, аспирант геолого-геофизического факультета, e-mail: [email protected]
Современные пластовые воды девонского комплекса на территории Анабаро-Хатанг-ского бассейна относятся к хлоридному натриевому типу с величиной общей минерализации от 220 до 287 г/дм3. В раннем и среднем девоне на территории исследования происходило интенсивное соленакопление в лагунных условиях и при потере связи с открытым океаном соленость сингенетичных вод достигала 330 г/дм3. Схожие условия седиментации в настоящее время наблюдаются в сабхах Синайского полуострова и Красного моря.
Ключевые слова: рассолы, девон, галогенная формация, Анабаро-Хатангский бассейн, палеогидрогеохимические реконструкции.
FORMATION FEATURES OF BRINES IN THE DEVONIAN DEPOSITS OF ANABARO-HATANGA BASIN
Anatoliy V. Chernykh
Novosibirsk National Research State University, 630090, Russia, Novosibirsk, 2 Pirogova St., graduate student of geology and geophysics department, e-mail: [email protected]
Modern formation waters of the Devonian complex in Anabar-Khatanga Basin belong to the sodium chloride type with the value of total mineralization of 220 to 287 g dm3. In the early and middle Devonian, intense salt accumulation occurred in the lagoon in the study area, and with loss of communication with the open ocean, the salinity of syngenetic waters reached 330 g/dm3. Similar sedimentation conditions currently observed in Sabha Sinai Peninsula and the Red Sea.
Key words: brines, Devon, halogen formation, Anabar-Khatanga basin, paleohydrogeo-chemical reconstruction.
Рассолы являются доминирующим компонентом подземной гидросферы, составляя более 95-99 % ее массы. Поэтому выяснение закономерностей их формирования имеет глобальное значение и является одной из фундаментальных проблем современной гидрогеохимии, которая длительное время обсуждалась в трудах В. А. Сулина, М. Г. Валяшко, Н. И. Толстихина, М. Б. Букаты и А. С. Лейна, В. В. Руби, П. Сонненфельда.
Формирование седиментационных рассолов связано с процессами сгущения и концентрирования морской воды. М. Г. Валяшко (1962) выделяет восемь стадий испарительного сгущения морской воды: известняковая (М = 15-36 г/дм3); доломитовая (М = 72-85 г/дм3); гипсовая (М = 135-150 г/дм3); галитовая (М = 320 г/дм3); эпсомитовая (М = 400 г/дм3); сильвинитовая (М = 410 г/дм3); карналлитовая (М = 440 г/дм3); бишофитовая (М = 522 г/дм3) [1].
Основной солью, осаждающейся при испарении морской воды, является галит NaCl. Увеличение минерализации и плотности рассола происходит за
счет появления в нем все более растворимых соединений. Сульфатно-хлоридная натриевая морская вода на стадии осаждения гипса становится хло-ридной магниево-натриевой, эпсомита - сульфатно-хлоридной натриево-магниевой, карналлита - хлоридной магниевой. Такой состав сохраняется и на заключительной эвтонической стадии галогенеза, когда из раствора осаждается бишофит, а сам эвапоритовый бассейн прекращает свое существование [2].
В пределах Арктической части РФ Анабаро-Хатангский бассейн (АХБ), расположенный в северо-восточной части Красноярского края и северозападной части республики Саха (Якутия), является примером широкого распространения высококонцентрированных рассолов выщелачивания. Рассмотрение особенностей состава подземных вод и их условий формирования поможет лучше понять процессы галогенеза, протекавшие в девонскую эпоху.
Гидрогеологические исследования на его территории ведутся с 1920-х годов. В период с 1942 по 1980 годы были проведены широкомасштабные исследования гидрогеологических условий, гидрогеохимии и криогенной толщи коллективами Института мерзлотоведения, Института геологии Арктики и Красноярского геологического управления и приведены в работах П. Д. Сиденко, М. К. Калинко, И. П. Зайцева, В. И. Гуревича, Г. Д. Гинсбурга и др.
На территории Анабаро-Хатангского бассейна, по данным бурения, установлено 11 гидрогеологических комплексов, возрастом от рифейского до кайнозойского. Крепкие рассолы хлоридного натриевого состава распространены в отложениях девонского, каменноугольного, пермского и триасового комплексов, с общей минерализацией до 320 г/дм3. Основной причиной образования рассолов на исследуемой территории являются процессы выщелачивания девонской галогенной формации Северо-Сибирского солеродного бассейна, которая прослеживается на территории мобильных краевых платформ (Нордвик-Хатангская, Норильская), хребта Сетте-Дабан.
Мощность девонских отложений на территории исследования достигает 1000 м. Комплекс изучен бурением на Кожевниковской, Нордвикской и Ула-ханской площадях. Нижний девон включает в себя сопочную свиту, в составе которой мощность соленосных горизонтов достигает 500 м, вышележащая сульфатная толща имеет переменные толщины от 0 до 140 м и от 250 до 300 м на Нордвикском и Кожевниковском куполах соответственно. Вверх по разрезу залегают известняки и доломиты с фауной франкского яруса. По результатам сейсмогеологических исследований ФГУГП «Южморгеология» был выявлен соляной шток в Харатумусской впадине, высотой более 10 км, уходящий своими корнями в кембрийские отложения [3]. Средний девон вскрыт на Нордвик-ской площади (скв. Нордвикская-42) и представлен глинистыми известняками, доломитами, мергелями. Верхний девон характеризуется широким распространением морских сероцветных карбонатов.
По химическому составу воды девонского комплекса относятся к хлоридному натриевому типу (по С. А. Щукареву) с величиной общей минерализации от 220 (скв. Кожевниковская 9-К) до 287 г/дм3 (скв. Нордвикская 60-К). Значения суммы ионов натрия и калия варьируются от 84 до 120 г/дм3, кальция - 0,5-2,1 г/дм3, маг-
ния - 0,1-1,1 г/дм3. Концентрация ионов хлора изменяется в пределах 130— 171 г/дм3, сульфат-иона — 0,15—1,93 г/дм3 и гидрокарбонат-иона — 0,17—4,33 г/дм3.
Для понимания процессов формирования химического состава подземных вод необходимо рассмотреть историю формирования отложений девонского комплекса на изучаемой территории. При проведении палеогидрогеохимических реконструкций АХБ в качестве основы были использованы палеогеографические карты, построенные сотрудниками ИНГГ СО РАН, и методика, предложенная Я. В. Садыковой, которая основывается на естественно-историческом подходе и использовании современных гидрохимических эталонов при выборе величины минерализации и концентраций основных компонентов солевого состава синге-нетичных вод древних морских и озерно-аллювиальных бассейнов [4].
В позднесилурийское время исследуемый регион представлял собой возвышенную сушу, в пределах которой активно протекали процессы эрозии и денудации, преобладал инфильтрационный водообмен, повсеместно захоранивались пресные метеогенные воды гидрокарбонатного кальциевого состава. Суша был окаймлена с севера и запада мелководным шельфом, где в обстановках закрытого шельфа накапливались доломитовые и доломито-глинистые осадки и протекали процессы испарения морской воды. Подобные обстановки просуществовали до начала эмсского века, который связан с началом обширной трансгрессии.
Среднедевонская эпоха характеризуется преимущественно морским осад-конакоплением. Максимуму трансгрессии соответствует морская карбонатная толща юктинской свиты. Интенсивное соленакопление в Нордвикской части бассейна происходило в эмсское-эйфельское время. В ее пределах захоранивались воды с минерализацией, достигающей до 330 г/дм3, хлоридного натриевого, хлоридного кальциевого и хлоридного магниевого состава (рис. 1). На юго -востоке территории преобладали обстановки низменной равнины. Здесь накапливались пресные и солоноватые инфильтрогенные воды с минерализацией 0,5—2 г/дм3 с преобладанием в составе ионов Са2+ и НСО3-. На остальной территории АХБ существовал мелководный бассейн, где соленость вод достигала 30—35 г/дм3 и в составе преобладали ионы С1- и №+. В позднем живете наблюдался регрессивный этап развития бассейна.
С франского века начался новый трансгрессивный этап, в течение которого морской бассейн расширился и море заняло большую часть Средне-Сибирской суши. В наиболее открытых частях бассейна накапливались карбонатные осадки и вместе с ними захоранивались солоноватые воды с минерализацией 5—15 г/дм3 с преобладанием в составе ионов С1- и №+. В фамене регрессия охватила все бассейны севера Сибири, обстановки стали более мелководными, Нордвикский купол представлял собой карбонатную платформу, и в его пределах накапливались доломиты и известняки.
Солеродный девонский бассейн оказал большое влияние на дальнейшее формирование компонентного состава и величины минерализации подземных вод для более молодых отложений каменноугольного, пермского и особенно триасового возраста.
Рис. 1. Палеогидрогеохимическаяская карта на эмское-эйфельское время (ранний-средний девон) (палеогеографическая основа по данным
ИНГГ СО РАН):
1 - замкнутый бассейн, лагуна, прибрежная себха, солончак или соленое озеро;
2 - море, мелкая часть шельфа и прибрежная зона; 3 - алювиально-озерная равнина (20-100 м); 4 - рассольные воды с минерализацией 50-330 г/дм3, при повышенном содержании Са2+ и С1- при повышенном содержании №+; 5 - соленые воды с минерализацией 35-50 г/дм3 с преобладанием в составе ионов С1- и №+; 6 - пресные и солоноватые инфильтрогенные воды с минерализацией 0,5-2 г/дм3 с преобладанием в составе ионов Са2+ и НСОз-
Для понимания механизмов формирования современного химического состава подземных вод АХБ необходимо рассмотреть гидрогеохимические процессы, протекающие при соленакоплении в аридном и семиаридном климате.
Схожие условия седиментации в настоящее время наблюдается в сабхах Ближнего Востока. Анализ особенностей химического состава поверхностных вод сабх Абу-Даби, Джедда, Джизан, Бардавил выявил характер изменения содержания основных ионов в зависимости от величины их общей минерализации. Отмечается рост значений коэффициента гКа/гС1 с ростом минерализации вплоть до стадии садки галита (320 г/дм3). Затем его значения снижаются на стадиях садки сильвина, карналлита и бишофита в АХБ, сабхах Бардавил, Абу-Даби.
В сабхах бассейнов Джизан и Джедда коэффициент гКа/гС1 ниже значений стадий садки кальцита, доломита, гипса и галита. В целом значения коэффициента гКа/гС1 во всех типах вод колеблется от 0,70 до 0,95 до стадии садки гипса, затем увеличивается до стадии садки галита и при достижении минерализации 300-320 г/дм3 уменьшается до 0,2 (рис. 2).
Рис. 2. Зависимость генетического коэффициента ^а/гС1 от величины общей минерализации рассолов
Как видно из графика, за счет процессов выщелачивания в настоящее время в рассолах преобладают ионы хлора и натрия, как следствие, в сабхе Бардавил отлагается галит, а в сабхах Джизан, Абу-Даби и Джедда преобладают ионы магния и начинает отлагаться сильвин. Изменения в химическом составе вод и поведение основных генетических коэффициентов в целом схожи в АХБ и сабхах Джедда и Бардавил, где отлагаются гипсовые строматолиты и галитовые шевроны [5].
Таким образом, солеродный бассейн, существовавший в раннем девоне, оказал основное влияние на современный химизм подземных вод в районах распространения солянокупольных структур Анабаро-Хатангского бассейна. Изучение современной гидрогеохимии показало, что за счет генетического типа рассолов выщелачивания, их высокой минерализации и при условиях затрудненного водообмена в районе исследований формируется инверсионный тип вертикальной гидрогеохимической зональности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Валяшко M. Г. Геохимические закономерности формирования месторождений калийных солей. - M. : Изд-во ЫГУ, 1962. - 398 с.
2. Носарева С. П. Формирование и геохимические особенности рассолов южного Пре-дуралья : дис. ... канд. геол.-мин. наук. - Пермь, 2007. - 1бб с.
3. Новые данные о строении Анабаро-Хатангской седловины (в пределах акватории Хатангского залива) / А. П. Пронкин, В. И. Савченко, Б. В. Шумский, Л. Б. Mейснер // Природные ресурсы Красноярского края. - 2G11. - № 11. - С. 56-6G.
4. Садыкова Я. В. Mетодика восстановления солевого состава вод мезозойских бассейнов с терригенной седиментацией // Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами : материалы II Всероссийской научной конференции с международным участием. - Владивосток, 2G15. - С. 126-129.
5. Rushdi J. Taj, Mahmoud A. Aref. Hydrochemistry, evolution, and origin of brines in su-pratidal saline pans, south Jeddah, Red Sea coast, Saudi Arabia // Arab J Geosci. - 2G15. - N B. - P. BB35-BB51.
О А. В. Черных, 2017
