УДК 661.5:551.49
О ФОРМИРОВАНИИ ГИПОГЕННЫХ ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИХ АНОМАЛИЙ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА
Инж. О.А.Шевченко (ДонГТУ)
Содержание соединений азота в подземных водах, используемых для питьевого и хозяйственного водоснабжения, оказывает негативное воздействие на здоровье населения. В связи с этим весьма актуальным является изучение распределения соединений азота в подземных водах зоны свободного водообмена Донецкого бассейна.
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. – 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). 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).Выделение гидрогеохимических аномалий по генезису является не только необходимой, но и реально осуществимой задачей, для более успешного решения которой следует помимо химического и газового состава вод изучать геохимию изотопов различных элементов, в том числе и азота. Это во многом облегчит интерпретацию результатов гидрогеохимических исследований и повысит их достоверность.
Таким образом, можно сделать вывод о приуроченности гипогенных гидрогеохимических аномалий соединений азота к зонам активизированных глубинных разломов, по которым разгружаются воды глубокого формирования, а также воды нефтяных и газовых месторождений. Кроме научного аспекта, выделение таких аномалий соединений азота имеет и практическое применение, заключающееся в выявлении участков загрязненных вод для планирования мероприятий по очистке вод и предупреждению заболеваемости населения.
Библиографический список
ã
О.А.Шевченко, 1998