На главную страницу

Проведенное эколого-гидрогеохимическое исследование подземной гидросферы Донбасса позволило выявить гидрогеохимические аномалии наиболее распространенных в подземных водах соединений азота: NO₃^-, NO₂^-, NH₄⁺.

При этом одной из основных задач являлась генетическая классификация гидрогеохимических аномалий, позволяющая правильно интерпретировать получаемые результаты. Исходя из того, что проблема такой классификации сводится не столько к определению генезиса вод (инфильтрационные, седиментационные, метаморфогенные, ювенильные и др.), сколько к выявлению возможных источников тех компонентов, наличие которых определяет их аномальность, автором на основе разработанной В.Г.Суярко теории формирования гидрогеохимических аномалий [1] была построена геохимическая модель образования гидрогеохимических аномалий соединений азота. Основные положения этой теории во многом отличаются от известных, поскольку в качестве главного фактора образования аномалий в подземных водах в [1] принимается направление физико-химических процессов.

Гидрогеохимические аномалии по своему генезису могут быть естественными, образование которых вызвано действием геологических процессов, и искусственными, связанными с деятельностью человека.

Естественные гидрогеохимические аномалии в зависимости от глубины их формирования и залегания источника геохимического обогащения вод образуются в результате двух противоположных процессов: привноса и выноса минерального вещества подземными водами [2].

Согласно В.Г.Суярко (1986), привнос вещества обычно связан с тектонической активацией долгоживущих глубинных разломов, которая сопровождается проникновением восходящих потоков тепла и растворенного в воде эндогенного (как корового, так и мантийного) вещества в верхние горизонты земной коры. В результате в приповерхностной части гидрогеологического разреза образуются "гипогенные" гидрогеохимические аномалии, протягивающиеся вдоль разломов в виде гидрогеохимических зон. Образование "гипогенных" аномалий в результате растворения в водах верхних горизонтов эндогенных флюидов позволяет рассматривать их в качестве первичных гидрогеохимических ореолов рассеяния продуктов глубинной генерации. Гипогенные аномалии имеют важнейшее значение для картирования глубинных разломов, при поисках глубокозалегающего оруденения, скоплений углеводородов, минеральных и промышленных вод и некоторых других видов полезных ископаемых [1].

Гидрогеохимические аномалии, формирующиеся за счет выноса минерального вещества кислородсодержащими инфильтрационными водами, являются "гипергенными" и образуются при залегании горных пород, содержащих различные виды минерализации, в зоне аэрации [1].

Особое внимание автором было уделено образованию гипогенных гидрогеохимических аномалий соединений азота, которые, с одной стороны, недостаточно изучены, а с другой – представляют наибольший научный и практический интерес. В Донецком бассейне такие аномалии формируются за счет разгрузки по зонам разломов вод глубокого формирования, а также вод нефтяных и газовых месторождений.

Образование гипогенных гидрогеохимических аномалий обусловлено разгрузкой щелочных (рН 7,5–9,2) хлоридно-натриевых, хлоридно-гидрокарбонатно-натриевых и хлоридно-сульфатных вод, эндогенных флюидов и теплового потока по зонам Центрально-Донецкого, Северо-Донецкого, Мушкетовско-Персиановского, Криворожско-Павловского и других глубинных разломов. Воды этих аномалий чаще всего отличаются высокой (более 10 г/л) минерализацией, низким (от – 50 до – 200 мВ) окислительно-восстановительным потенциалом, аномально повышенными концентрациями микроэлементов (Hg, B, F, Li, Rb, Cs, As, I и др.) и газов (CO₂, CH₄, N₂, NH₃, H₂, Ar, He и др.). Нитраты и нитриты здесь образуются как за счет эндогенного азота, вступающего во взаимодействие с кислородом в зоне свободного водообмена, так и в процессе окисления аммиака, образующегося при высокотемпературном синтезе азота и водорода на глубинах свыше 5000 м [3]. Формирование таких гипогенных гидрогеохимических аномалий в Донбассе происходит в пределах древних гидротермальных систем и связано с постгидротермальным этапом их геологической эволюции, на котором по активизированным зонам разломов происходит восходящая разгрузка вод глубоких горизонтов палеозоя, обогащенных эндогенными флюидами [4]. Подобные аномалии носят комплексный характер и прослеживаются на одних и тех же участках в различных водоносных горизонтах и комплексах независимо от их стратиграфической принадлежности и литологического состава. Схема формирования гипогенных гидрогеохимических аномалий соединений азота представлена на рисунке.

Подобная картина наблюдается в районе Котлинского надвига (в зоне влияния Криворожско-Павловского разлома), где анализ распределения азота в угольном пласте d₄ на участке Красноармейский Западный № 2 показал, что зона с максимальными величинами азотоносности, ограниченными изогазой 10 %, прилегает вплотную к Котлинскому надвигу. Здесь же в подземных водах была обнаружена крупнейшая комплексная гипогенная гидрогеохимическая аномалия, находящаяся вне населенных пунктов и источников техногенного загрязнения. По зоне нарушения разгружаются воды глубоких горизонтов, привнося с собой ион аммония. В зоне свободного водообмена с высоким содержанием кислорода NH₄⁺ окисляется сначала до NO₂^-, а потом до NO₃^-. При одноразовом привносе NH₄⁺ (например, из техногенного источника) в подземных водах существовала бы только аномалия NO₃^-, и не были бы встречены нитриты, поскольку именно нитрат-ион является конечным продуктом окисления. Однако на данном участке обнаружена самая контрастная аномалия нитритов, где содержание NO₂^- составляет 12,8 мг/л , что свидетельствует о “свежем” или постоянном подтоке азота. Содержание NO₃^- на этом участке достигает 1581,0 мг/л , а NH₄⁺ = 7,5 мг/л (при фоне NH₄⁺ = 0,2 мг/л, NO₂^- = 0,02 мг/л, NO₃^- = 30,0 мг/л).

Подобная же гипогенная аномалия встречена в зоне влияния оперяющего нарушения Криворожско-Павловского разлома, где концентрации NH₄⁺, NO₂^-, NO₃^- достигают соответственно 2,1; 2,0; 475,0 мг/л.

Гипогенные гидрогеохимические аномалии, характеризующиеся высоким (до 1389 мг/л) содержанием нитратов, выявлены, например, в сводовой части Дружковско-Константиновской антиклинали, где по скважинам, пробуренным в зоне глубинного Константиновского надвига, наблюдается свободное выделение газов, доля азота среди которых достигает 52,0 об.%. Содержание гелия, индикатора глубинности геологических процессов, превышало в 100 раз концентрацию его в атмосфере [5], что указывает на глубинное происхождение выделяющихся газов.

В скважине № 6044, расположенной в 2,5 км от с. Новосёловки в зоне влияния Андреевского сброса, при перебуривании песчаников в интервале 176,0 – 202,0 м начался самоизлив воды с дебетом 6,5 – 13,0 м³/ч и выделение газа, по составу азотного (86%) [6]. В подземных водах этого района обнаружена контрастная гидрогеохимическая аномалия с содержанием NH₄⁺ до 6,0 мг/л и NO₃^- до 599,0 мг/л.

О возможной генетической близости вод гипогенных аномалий с древними гидротермальными растворами свидетельствует не только общность очагов их разгрузки, но и сходство химического состава этих вод и газово-жидких включений в минералах их древних гидротермальных систем [1]. Так, например, азот составляет 8 – 10 % в газовой фазе газово-жидких включений в гидротермальных минералах Славянского рудного поля, контролируемого Славянской антиклиналью. Вдоль этой структуры протягивается и крупная гидрогеохимическая аномалия с содержанием нитратов от 47 до 400 мг/л. По данным Г.И.Игнатенко и др. (1969), в первичных включениях в брекчиях солянокупольных структур Северо-Западного Донбасса содержание N₂ достигает 73,4%, что подтверждает идею о флюидоподводящей роли разломов, которые в периоды активизации были проводниками теплового и флюидного потоков.

Еще один природный источник азота и его соединений в гидросфере – воды нефтяных и газовых месторождений. Азот нефтей и нефтяных вод мигрирует по ослабленным зонам и зонам разломов в виде N₂ и NH₄⁺. Возникновение приповерхностной аномалии обусловлено влиянием не столько залежи, сколько повышенной диффузионной и другими видами проницаемости пород, связанных с трещиноватостью на участке нахождения залежи. Восходящая разгрузка вод нефтяных и газовых месторождений по разломам и смешение их в верхней части гидрогеологического разреза с инфильтрационными приводят к обогащению вод зоны гипергенеза, для которых характерны окислительные условия, нитратами. Это обусловливает формирование гидрогеохимических аномалий нитратов в водах ряда купольных структур Северо-Западного Донбасса, содержащих скопления углеводородов (Краснооскольская, Славянская, Торско-Дробышевская).

Подтверждением справедливости подобной точки зрения является местонахождение некоторых из аномалий нитратов, расположенных на нефтегазоносных антиклинальных структурах, вне населенных пунктов и, в то же время, приуроченность к долгоживущим разломам, в зонах которых и в настоящее время протекают процессы тепломассопереноса. Такой генезис, по-видимому, имеют аномалии, расположенные на юго-восточном замыкании Краснооскольской структуры, на северо-западном замыкании Торско-Дробышевской антиклинали, на Адамовском соляном штоке, на Славянском и Дроновском куполах. Эти аномалии с содержанием нитратов до 632,0 мг/л четко контролируются зонами глубинных разломов и расположены в районах о неинтенсивной сельскохозяйственной деятельностью. Возможно, такой же характер носят и аномалии NO₃^- на Ново-Троицком куполе (154 – 750 мг/л).

1. Суярко В.Г. Методические рекомендации по применению гидрогеохимического метода поисков скрытого оруденения в Донбассе и Днепровско-Донецкой впадине. – Симферополь: Изд-во ИМР МГ УССР, 1985. – 92 с.

2. Суярко В.Г. Основные принципы классификации гидрогеохимических аномалий // Гидрогеохимические поиски месторождений полезных ископаемых: Тезисы докладов Всесоюзного совещания. – Томск, 1986. – С.66–67.

3. Доленко Г.Н. К вопросу изотопных исследований природы нефти // Геологический журнал. – 1987. – Т.47. – № 3. – С.99–108.

4. Суярко В.Г., Шевченко О.А. О современной активизации древних гидротермальных систем// Известия Донецкого горного института. – № 2 (4).– С.95–97.

5. О составе и природе свободных газовыделений (газовых струй) ртутных рудопроявлений Дружковско–Константиновской антиклинали/ Кирикилица С.И., Левенштейн М.Л., Фридман А.И. и др.//Геологический журнал. – 1972. – Т.32. – Вып.2. – С. 92–97.

6. Геологические факторы выбросоопасности пород Донбасса/ Забигайло В.Е. и др. – К.: Наукова думка, 1974. – 270 с.