Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
роды, при метаморфизации карбонатных глин 6,82% и т. д., при этом теоретически возможное уменьшение содержаний CO2, по данным А. В. Сидоренко, С. М. Розена и В. А. Менякова может достигать 15%. Это означает, что региональный термометаморфизм является мощным процессом, поставляющим углекислоту в верхние зоны земной коры, содержащие подземные воды.
В условиях «сухого метаморфизма» карбонатсодержащих пород CO2 образуется при 650—700 0C В присутствии водных растворов эти температуры уменьшаются вследствие гидролитического разложения этих пород по принципиальной схеме
СаС03+Н20-^Са(ОН)++ОН-+С02. В этом случае углекислота образуется уже при температуре 75—125 °С. Такие температуры недр достаточно широко распространены в структурах альпийской системы. Так, в районах современного и недавнего магматизма температура 100—2000C может быть достигнута уже на глубине нескольких сотен метров. В молодых краевых прогибах (например, в Предкавказском) температуры 100— 15O0C известны на глубине 1,5—3 км. Примером классической структуры формирования углекислоты вод является район KBM (рис. 11.1).
Углекислые воды имеют разнообразный химический состав: HCO3-Ca(Mg), SO4-Ca, HCO3-Na, SO4-Na, HCO3-Cl-Na, Cl-HCO3-Na, Cl-Na, Cl-Na-Ca и т. д. (табл. 11.6). Совершенно особый тип кислых (pH до первых единиц и менее) термальных и высокотерм'альных углекислых и сероводородно-углекислых вод формируется в структурах районов современного магматизма. По анионному составу эти воды сульфатные, сульфатно-хлорид-ные и хлоридные; а в их катионном составе преобладают H+ (л—/1-100 мг/л); NH4+ (л—д. 100 мг/л); Fe3+Al3+ (п—пХ XlOOO г/л); Мп2+( п—п-Ш мг/л); Na (л-10—п-100 мг/л).
Для углекислых вод характерна значительная гамма органических веществ, включающая гуминовые и нафтеновые кислоты, фульвокислоты, фенолы, масла, нейтральные и кислые смолы, нефтяные углеводороды, при сумме Сорг до 40 мг/л. Минерализация этих вод изменяется от долей грамма на литр до 320 г/л, а температура — от единиц градусов Цельсия до 3000C и более.
Формирование химического состава углекислых подземных вод обычно связано с взаимодействиями в сложных системах: «инфильтрационные воды — углекислый газ — породы»; «ин-фильтрационные воды — морские (древние, современные) воды — углекислый газ — породы».
• Прежде всего следует подчеркнуть, что хлоридность углекислых вод Cl-Na, Cl-HCO3-Na и HCO3-Cl-Na состава обычно является или результатом их взаимодействий с породами галогенных формаций, или определяется влиянием седиментацион-ных, а также современных океанических (в прибрежных зонах) вод. Наиболее минерализованные (>75 г/л) углекислые воды
299
Таблица 11.6. Химический состав типичных углекислые вод, мг/л (по литературным данным)
Компоненты г. Кисловодск (нарзан) г. Карловы B ары (шпрудель) г. Боржоми * * ?
г. Ессентуки г. Арэни Li+ 2,9 0,2 ; 1,5 * NH4+ 4.6 0,36 O1I Не обн. Не обн. К+ 20,7 99,4 33,0 15,3 82,3 Na+ 38,5 1566 1586 3370 2920,3 Mg*+ • 56,1 44,1 47 75,2 308,2 Ca2+ 238,9 127 Ul1O 135,7 365,0 Sr3+ 10,2 0,28 6 ? 6,5 — Fe2+ _ 1,45 6,2 2Fe4,6 4,3 AI3+
W
F- 0,4 2,14 - 0,8 0,5 Cl- 71,6 612,5 424 -2264,0 4184,3 Br- 0,3 0,98 1,2 8,2 12,5 I- Следы 0,3 1.8 0,2 SO42- 366,7 1403 2,5 7,4 615,6 HCO3- 555,6 2105 4124 5872,6 . 2599,8 CO2 660 375 968 1790 1200 H2SiO3 19,2 90 21 26 130 ' Г, 0C 12,1 71,4 33 12,0 20,1 Общая минера- 1413 6059 6392 11827 . 11273 лизация • pH 6,3 - 6,8 6,6 6,6 *
ж .- HCO847SO440 а HC0342S0436C121 НСОз85СИ5 НСОа6СС140 С168НС0324 . Формула химического со- /УЛЛ А *-
? Ca62Mg24 • (Na+K)87Ca8 М (Na+K)88Ca7 11,?(Na+K)92Ca4 (Na+K)75Mgl5CalO става ?
? *
*
? * всегда формируются в районах распространения галогенных формаций.
Основными процессами формирования химического состава углекислых вод являются: растворение и выщелачивание водо-вмещающих пород, ионный обмен, взаимодействия с седимен-тационными и современными (в прибрежных районах) водами, окисление и восстановление элементов с переменной валентностью (особенно в соединениях серы). Протекание процессов взаимодействия в системе «углекислая вода — порода» обеспечивается существованием неравновесного состояния в этой системе, поддерживаемого наличием в ней градиентов по температуре и СОг. Чем больший геотермический градиент существует в этой системе, тем дальше она от равновесия и тем интенсивнее эти взаимодействия. В свою очередь, существование постоянного градиента по CO2 путем образования новых растворимых соединений обеспечивает удаление продуктов разложения пород и способствует сохранению разности химических потенциалов в системе. Экспериментально установлено (Б. Б.. Полынов, С. Л. Шварцев), что существование постоянного градиента CO2 в системе «вода — натриевые алюмосиликаты» обеспечивает поступление в воду значительных концентраций натрия: NaAlSi8Oe+COa+6,5H20*fc0^5Al4[Si40io](OH)8 + Na++HCOs-+ +2H4SiO4.
Из уравнения константы этой реакции
к _ INa+] [НСО-з] IH4SiO4I«
следует, что концентрации Na+, НСОз" H4SiO4 прямо пропорциональны парциальному давлению CO2 в системе «альбит — H2O-CO2».
