Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
Процесс замены магния рассолов на кальций пород выражается итоговой суммарной реакцией
2CaCQ3+Mg*+ = CaMg (СОэ)2 + Ca*+, .
доломит
В результате этой реакции происходят: а) закономерные изменения химического состава рассолов в ряду Cl-Mg->-^Cl-Mg-Na-^Cl-Mg-Ca-Cl-Ca-Mg^Cl-Ca-Na-^Cl-Ca; б) увеличение минерализации рассолов от ~520 г/л, характерной для эвтонической стадии концентрирования, до 700 г/л и более (это связано с тем, что кальций имеет почти в два раза большую атомную массу, чем магний); в) эпигенетическая доломитизация вмещающих рассолы осадочных пород.
Установлено, что процесс замены кальция пород на магний седиментогенных рассолов является важнейшим процессом, приводящим к эпигенетической доломитизации вмещающих карбонатных пород. И в этом заключается важнейший геологический эффект деятельности седиментогенных -рассолов в земной коре. Как геологическое явление процесс доломитизации пород рассолами происходит по внутридиффузионной ки-
213
Й7
10'
- \
\
P^2
E
Ч
Доломит
1 JO1 W2 10* 10й Са,мг/л
Рш?. 6\3. Поля расположения фигуративных точек меж- и подсо-левых рассолов седиментационных бассейнов, содержащих галогенные формации на диаграмме амк2.*/аса*»—Ca
Бассейны: J- с нижнепалеозойскнм возрастом солей (Ангаро-Ленский, Прн-пятский, Мичиганский); 2 —с пермским возрастом солей (цехштейн Западной Европы, Предуральский и Прикаспийский); 3 — с неогеновым возрастом солей (Запада США, Суэцкий). Стрелкой показано направление метаморфизации седиментационных вод при их взаимодействии с карбонатными породами. Стадии испарительного концентрирования морской воды, соответствующие осаждению из них следующих соединений: М—морская вода нормальной солености; Кб — CaCO3; Сф — CaSOWH2O; X — NaCl; Э —
MgSOWH2O; Сл — KCl; Кл —
KCl-MgCI3-6HsO; Бф - MgCla-6Ha0
нетике и поэтому является длительным геологическим процессом. В связи с этим в нормальных геотермических ситуациях чисто Cl-Ca1 Cl-Ca-Na и Cl-Na-Ca рассолы с низкими Mg/Ca величинами чаще имеют древний палеозойский возраст и более распространены в нижнепалеозойских породах. При этом обычно, чем древнее возраст рассолов, тем больше кальция они содержат и тем более низким Mg/Ca отношением они характеризуются (рис. 8.3). Такие классические «кальциевые» рассолы известны в Ангаро-Ленском (кембрий), Мичиганском (силур), Припятском (девон) бассейнах. И, наоборот, рассолы, имеющие высокие концентрации магния и величины Mg/Ca более распространены в отложениях перми и более молодых формациях. Они известны в пермских породах Предуральского прогиба и юго-западного обрамления Русской платформы, в Цехштейне Западной Европы и особенно в миоценовых формациях Средиземноморья, Запада США и других регионов.
Исключением из этого правила являются артезианские бассейны, рассолы которых имеют высокую температуру. В главе 5 было сказано, что температура ускоряет процессы массо-передачи между твердой и жидкой фазами. Поэтому в таких случаях рассолы с высокими концентрациями кальция и низкими значениями Mg/Ca формируются не только в палеозойских, но и в более молодых породах. Они известны, в юрских породах Бухаро-Каршинского бассейна Средней Азии, в миоценовых формациях ряда структур альпийской зоны.
Важнейшая геохимическая особенность седиментогенных рассолов — высокие концентрации в них многих химических элементов (табл. 8.5).
214
Таблица 8.5. Максимальные концентрации элементов, известные в седиментогенных рассолах (мг/л)*
Элементы, высокие концентрации ко- Элементы, высокие концентрации ко- торых связаны с первичным концент- торых связаны с процессами взаимо- рированием морской воды - действий «рассол — порида» Элементы Концентрацин, мг/л Элементы Концентрации, мг/л Cl 472 500 Ca 206 670 Br 17 470 Sr 10000 SO4 15 500 Fe 8 000 К 59 700 Mn 1 000 Mk 111 000 Zn 720 Na 141 COO Pb 100 Cu 300 Cd 16 Li ? 700 Rb 960 • Использованы материалы С. И. Смирнова [371.
Происхождение высоких концентраций элементов в седиментогенных рассолах связано с различными процессами. Прежде всего это процессы испарительного концентрирования морской воды, происходящего в поверхностных условиях в солеродных бассейнах. В результате такого концентрирования в рассолах увеличиваются содержания элементов, которые образуют хорошо растворимые соединения с ведущими компонентами, рассолов (с катионами Na+, K+, Mg2- и с анионами Cl" SO42" HCO3--J-CO32") по всему ходу их концентрирования. Среди перечисленных элементов — это бром и калий. В ходе испарительного концентрирования морской воды эти элементы последовательно увеличивают свои содержания, достигая максимума на карналлитовой и бишофитовой стадиях концентрирования (см. табл. 8.3).
Происхождение высоких содержаний остальных элементов уже нельзя связывать с испарительным концентрированием морской воды. Многие из этих элементов Sr, Fe (II), Mn, Zn, Pb, Cd по своим геохимическим свойствам в бессульфидных водах близки к кальцию. Они имеют близкие радиусы ионов, близкие произведения растворимости карбонатов и сульфатов, близкие константы устойчивости комплексных соединений с различными анионами. Поэтому их геохимия в седиментогенных рассолах подобна геохимии кальция. Так же как и кальций, эти элементы осаждаются и сорбционио соосаждаются уже на первых стадиях испарительного концентрирования морской воды (карбонатной и сульфатной) и поэтому в ходе
