Том 44, № 2 (2021)
Колонка главного редактора
Колонка главного редактора
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(2):96-97
96-97
Статьи
Стронций и изотопное отношение 87Sr/86Sr подземных рассолов северо-восточной части Ангаро-Ленского артезианского бассейна
Аннотация
Цель настоящего исследования заключалась в выявлении ведущих процессов формирования ионного и изотопного составов хлоридных рассолов в осадочных бассейнах Сибирской платформы. Объектом и предметом исследования стали глубокозалегающие крепкие, весьма крепкие и предельно насыщенные рассолы, содержание в них стронция и отношения его стабильных изотопов. Ионно-солевой состав подземных вод был определен традиционными методами (титриметрическим, весовым, пламенной фотометрии), изотопное отношение 87Sr/ 86Sr измерялось на масс-спектрометрах (г.Иркутск, Россия и Канада). Рассолы вскрыты на глубине 1500–3000 м и приурочены к соленосной и подсолевой гидрогеологическим формациям. Они характеризуются высокой минерализацией (385–530 г/дм3) и высоким содержанием стронция (2,3–7 г/дм3). Изотопное отношение 87Sr/86Sr составляет от 0,708 до 0,713062. Большинство проб рассолов по изотопному составу близко к водам вендкембрийского палеоокеана, однако отдельные пробы рассолов из подсолевой части осадочного разреза бассейна значительно обогащены изотопом 87Sr по сравнению с водами палеоокеана и другими пробами. Вероятно, это обусловлено существенным привносом 87Sr в рассолы в ходе длительного взаимодействия подземных вод с вмещающими их нижнекембрийскими песчаниками.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(2):98-105
98-105
Гидрогеохимические особенности озера Котокель
Аннотация
Цель данного исследования заключалась в определении основных гидрохимических параметров глубинных вод озера Котокель, выявлении роли питающих его подземных вод, а также установлении особенностей пространственного распределения макро- и микроэлементов по акватории озера. Полевые работы были проведены в ледовый и безледный сезоны года. Пробы воды отобраны у дна озера специальным пробоотборником. На месте отбора проб образцы воды были профильтрованы через фильтры с размером пор 0,45 мкм. Воду для анализа отбирали в пластиковые бутылки. Пробы воды на микроэлементы помещали в полипропиленовые контейнеры (15 мл), предварительно обработанные азотной кислотой 0,1N. Анализ макрокомпонентного состава воды был выполнен в сертифицированной Лаборатории гидрогеологии и геоэкологии Геологического института Сибирского отделения Российской академии наук (г. Улан-Удэ) по стандартным методикам, предназначенным для пресных и соленых вод. Катионы (Ca2+, Mg2+, Na+, K+) определены методом атомной абсорбции, F-, SiO2 – колориметрическим, HCO3-, CO32- и Cl- – титриметрическим, SO42- – турбидиметрическим методами. Анализ содержания микроэлементов проводился в Лаборатории водной микробиологии Лимнологического института Сибирского отделения Российской академии наук (г. Иркутск) методом индуктивно связанной плазмы на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500ce. В результате проведенных исследований установлен неоднородный химический состав озерной воды, связанный с разгрузкой трещинно-жильных вод по разломам, ограничивающим впадину с юго-востока и северо-востока и пересекающим акваторию озера от острова к реке Исток. Наиболее высокое содержание растворенных веществ зафиксировано в проливе между островом Монастырский и западным берегом озера: здесь обнаружены максимальные значения гидрокарбонат-иона, общей минерализации. Максимальные содержания сульфат-иона обнаружены в южной и юго-восточной частях озера. Дисперсия в распределении микроэлементов достигает нескольких математических порядков. Наиболее изменчива концентрация железа, марганца, меди, цинка, свинца, фосфора, молибдена, вольфрама, стронция. Их высокие содержания обнаружены в озерной воде в пределах расположения разрывных нарушений северо-восточного простирания. Таким образом, химический состав воды озера Котокель в значительной степени формируется за счет трещинно-жильных вод. Разгрузка этих вод происходит по тектоническим нарушениям северо-восточного простирания. В ходе исследования было выделено два очага субаквальной разгрузки, которые характеризуются формированием в озерной воде двух разных ассоциаций микроэлементов. Состав микроэлементов в трещинно-жильных водах определяется разной степенью их взаимодействия с горными породами.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(2):106-115
106-115
Особенности проведения опытно-фильтрационных исследований в районах развития пластов с двойной пористостью
Аннотация
Цель исследования заключалась в оптимизации геолого-разведочных работ на месторождениях подземных вод, сформировавшихся в условиях разломно-блокового строения верхней гидродинамической зоны на территории Восточной Сибири. Авторами проанализированы структурно-тектонические особенности изучаемых участков, результаты площадной геофизики, разведочного бурения, опытно-фильтрационных работ с использованием авторской методики. Объекты исследования – это месторождения подземных вод, расположенные в различных тектонических структурах Восточной Сибири. В итоге на основе анализа результатов полевых исследований, проведенных на месторождениях подземных вод, расположенных в различных тектонических структурах Восточной Сибири, обосновано наличие двойной пористости в водовмещающих отложениях зоны свободного водообмена региона, что обусловлено напряжениями, возникающими при формировании внутриконтинентального Байкальского рифта. На основании особенностей структурно-тектонических и гидрогеологических условий предложена оптимизация геолого-разведочных работ, методики проведения и обработки опытно-фильтрационных исследований на территориях развития разломно-блоковых структур.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(2):116-124
116-124
Инновационные решения в строительстве глубоких скважин на промышленные рассолы, нефть и газ в деформируемых трещинных коллекторах
Аннотация
В работе обсуждаются методические особенности бурения и заканчивания скважин в трещинных природных резервуарах, вмещающих залежи с разным пластовым давлением флюидонапорных систем – от аномально низкого до аномально высокого. Исследования флюидонапорных систем промышленных бромо-литиеносных рассолов, месторождений и залежей нефти и газа выполнены авторами на юге Сибирской платформы в период с 1983 по 2019 гг. В статье обобщены главные результаты, в том числе новые технические решения, которые защищены патентами Российской Федерации. Авторы предложили и запатентовали серию новых технических решений для закрепления естественных проницаемых трещин сразу, в процессе первичного вскрытия пласта-коллектора бурением применительно к трещинному резервуару. Главная задача исследования – сохранить проницаемость трещинной системы в области призабойной зоны пласта при воздействии сжимающих напряжений (массива горных пород), возрастающих с формированием воронки депрессии, в первую очередь в призабойной зоне пласта при росте депрессии ΔP выше критических значений. Такой областью является призабойная зона пласта в радиусе первых метров вокруг скважины, вскрывшей трещинный пласт-коллектор. Практика показала, что с применением инновационных решений через опережающее закрепление проницаемых трещин в призабойной зоне пласта (флюидопроявляющего нефтегазоносного, рапоносного) в открытом (исходном природном) состоянии обеспечивается сохранение естественной проницаемости природных фильтрующих трещин пласта-коллектора с пластовым давлением флюидной системы от аномально низкого до аномально высокого. Это обеспечивает постоянство проницаемости трещинной фильтрационной системы на протяжении циклов очистки пород призабойной зоны пласта от бурового раствора, получение истинных расчетных гидродинамических параметров по результатам испытания скважины на режимах «методом установившихся отборов» и стабилизацию дебита (продуктивности) при дальнейшей эксплуатации скважины.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(2):125-133
125-133
Гидрогеологические отличия геодинамически разных террейнов
Аннотация
В статье представлены и проанализированы данные о подземных водах зон активного (надмерзлотные) и затрудненного (подмерзлотные) водообмена геодинамически разных террейнов с целью доказать гидрогеологическую значимость их историко-тектонических характеристик. На примере Заполярной Чукотки показано, что в надмерзлотных условиях повсеместно распространенные элювиально-делювиальные покровы наиболее водообильны на террейне – фрагменте пассивной континентальной окраины, наименее – на террейнах активной окраины. В подмерзлотной обстановке гидрогеологическая ситуация изменяется: более водопроницаемые и водоемкие породы слагают террейны активной окраины. Эти отличия связаны с уровнем тектонического разуплотнения пород и, соответственно, с различной интенсивностью процессов выветривания пород террейнов разной геодинамической природы в надмерзлотных и подмерзлотных условиях. В зоне гипергенеза на террейнах пассивной континентальной окраины продукты выветривания пород, накопившиеся в относительно спокойных геолого-исторических обстановках, крупнообломочные, заполнитель – песчаный. На террейнах активной окраины, претерпевших длительные субвертикальные и субгоризонтальные перемещения, продукты выветривания более мелкообломочны, в составе заполнителя – супеси и суглинки. Так как толща многолетнемерзлых пород на Заполярной Чукотке, как и в Восточной Сибири, больше глубины гипергенных преобразований, в подмерзлотных условиях большей водообильностью отличаются террейны активной континентальной окраины, породы которых испытали воздействие процессов тектонического разуплотнения, в основном сдвигового и надвигового характера.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(2):134-140
134-140
Гидрогеологические предвестники землетрясений и вулканических активизаций по данным наблюдений в скважинах полуострова Камчатка
Аннотация
Цель работы заключалась в представлении результатов обобщения данных о проявлениях гидрогеологических предвестников землетрясений и активизаций вулканов по многолетним наблюдениям в скважинах, расположенных в восточных районах полуострова Камчатка. Основным рассматриваемым вопросом являлась связь проявлений гидрогеологических предвестников в нескольких скважинах с величинами магнитуды Mw и эпицентрального расстояния землетрясений до скважин de, а также с параметрами сейсмического воздействия в районе наблюдений: удельной плотностью энергии сейсмических волн e и макросейсмической интенсивностью сотрясений IMSK-64. В результате исследований выявлено, что гидрогеологические предвестники в двух-четырех скважинах проявлялись в течение времени от одного до девяти месяцев перед наиболее сильными землетрясениями с магнитудами Mw = 6,6–7,8 на расстояниях de = 90–300 км. Такие землетрясения сопровождались сотрясениями интенсивностью IMSK-64 = 4–6 баллов, и величины e при таких землетрясениях составляли не менее 0,1 Дж/м3; гидрогеологические предвестники были приурочены к области, для которой величины отношения эпицентрального расстояния землетрясений de к максимальному линейному размеру очага землетрясения L составляли от 1 до 3,7. С использованием установленных связей между проявлениями гидрогеологических предвестников и параметрами землетрясений составляются еженедельные прогнозные заключения для экспертных советов по прогнозу землетрясений по данным текущих наблюдений в скважинах. В скважине, расположенной на расстоянии 15 и 20 км от действующих вулканов Корякского и Авача, проявлялся эффект аномального роста давления подземной воды перед извержениями 1991 и 2008–2009 гг. Таким образом, можно сделать вывод о том, что функционирующие технические средства наблюдений в скважинах, результаты изучения гидрогеологических предвестников землетрясений и извержений вулканов, а также опыт их применения в работе экспертных советов составляют научно-технический базис разработки геоинформационной технологии прогнозирования природных катастроф в Камчатском крае.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(2):141-150
141-150
Взаимодействие подземных и поверхностных вод в зоне Хабаровского водного узла
Аннотация
В приведенном исследовании представлены результаты многолетнего мониторинга уровней подземных вод в пределах Хабаровского водного узла в междуречье Амура и Тунгуски на площади Среднеамурского артезианского бассейна в водоносном горизонте плиоцен-нижнечетвертичных аллювиальных отложений. Наблюдения осуществлялись по девяти кустам скважин внешнего и пяти кустам скважин внутреннего мониторинга на площадке Тунгусского водозабора с глубиной трех наблюдательных скважин в кусте от 15 до 50 м. Были уточнены параметры взаимодействия подземных вод с Пемзенской протокой за период 2012–2020 гг. При подпоре подземных вод от протоки в период наводнения среднее значение параметра эквивалентной длины ∆L для верхнего уровня водоносного горизонта составляет 40 м, для среднего уровня – 87 м, а для нижнего уровня – 605 м. Вертикальный водообмен в продуктивной толще в прибрежной зоне протоки характеризуется значениями коэффициента перетока 0,136 сут.-1 между верхним и средним уровнями наблюдений и 0,0116 сут.-1 между средним и нижним уровнями.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(2):151-158
151-158
Особенности строения и процессы формирования сложнопостроенного гидрогеохимического разреза в Байкальской рифтовой зоне
Аннотация
Целью данной работы являлось исследование влияния органического вещества на формирование ионно-солевого и газового состава азотно-метановых и метановых термальных вод, распространенных в осадочных породах глубоких горизонтов артезианских бассейнов. Объектом исследования стали Тункинский межгорный артезианский бассейн Байкальской рифтовой зоны и Тунгорское газонефтяное месторождение Охотско-Сахалинского бассейна, где в глубоких горизонтах распространены содовые (инверсионные) низко- и высокоминерализованные подземные воды. Работа основана на синтезе результатов традиционного изучения состава природных растворов и количественного исследования физико-химических взаимодействий в системе «вода – порода», проведенного с помощью программного комплекса «Селектор» по степени протекания гидрогеохимического процесса, которая задавалась величиной отношения порода / вода. При взаимодействии использовались химически чистая вода и порода среднего химического состава. Применение физико-химического моделирования позволило проследить процессы формирования состава термальных вод в осадочных породах в зависимости от степени взаимодействия воды с породой и количества органического вещества. В результате установлено определяющее влияние содержащегося в породе органического вещества на интенсивность протекания гидрогеохимического процесса: величину минерализации, соотношение компонентов и количество образующихся метана, азота и углекислоты. Соответствие состава модельных и природных растворов показало возможность формирования различной степени газонасыщенности как низко-, так и высокоминерализованных гидрокарбонатных натриевых подземных вод в пластовых условиях глубоких горизонтов осадочных бассейнов за счет внутренних резервов системы «вода – порода» без привлечения каких-либо компонентов из внешних источников.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(2):159-166
159-166
Идентификация природных и техногенных процессов в подземной гидросфере на основе анализа полиаренов
Аннотация
Цель работы заключалась в анализе возможности идентификации генезиса загрязнений подземной гидросферы на основе данных о полиаренах как геохимических маркерах. Маркерная роль обусловлена токсичностью, стойкостью, привязкой этих веществ к конкретным источникам загрязнения и процессам в природе и техносфере. Основным методом исследования являлся анализ индикаторных соотношений полиаренов. Объектом исследования служили подземные воды разных регионов мира, загрязненные природными и антропогенными полиаренами. В результате авторами показаны основные направления отечественных и зарубежных исследований и освещены проблемы их проведения. C применением индикаторных соотношений успешно распознаны пирогенно и петрогенно загрязненные пробы подземных вод и продемонстрированы примеры изучения полиаренов как геохимических маркеров. Установлено, что полиарены являются эффективным индикатором генезиса загрязнений подземной гидросферы. Тем не менее их анализ требует применения современных методов отбора, подготовки проб, экстракции, что значительно осложняет исследования на практике.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(2):167-173
167-173
Изотопно-гидрогеохимическая характеристика радоновых вод Белокурихинского месторождения
Аннотация
Цель данной работы заключалась в проведении комплексных изотопно-геохимических исследований минеральных вод Белокурихинского месторождения. Лабораторное изучение химического состава вод было выполнено методами титриметрии, ионной хроматографии, масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Изотопный состав кислорода, водорода и углерода водорастворенной углекислоты исследовался с помощью прибора Isotope Ratio Mass Spectrometer FinniganTM MAT 253, снабженного приставками пробоподготовки H/Device (для анализа отношений δD) и GasBench II (для анализа отношений δ18O и δ13СDIC). На месторождении распространены два водоносных горизонта: первый безнапорный водоносный горизонт объединяет рыхлые отложения четвертичного возраста, второй напорный водоносный горизонт включает граниты верхнепалеозойского возраста различной степени трещиноватости – от монолитных до выветрелых. По геохимическим коэффициентам было выделено три группы вод: трещинно-жильные воды гранитов, залегающие в выветрелых гранитах; грунтовые воды зоны редкоземельной минерализации и фонового состава; поверхностные воды р. Белокурихи. Изотопные данные по кислороду и водороду свидетельствуют, что эксплуатируемые водоносные горизонты Белокурихинского месторождения имеют инфильтрационное питание метеорными водами со смещением акцента питания к осадкам зимнего периода. В работе представлены первые данные комплексных изотопно-гидрогеохимических исследований азотнокремнистых слаборадоновых термальных вод Белокурихинского месторождения. Воды имеют HCO3-SO4 Na и SO4-HCO3 Na состав с величиной общей минерализации от 198 до 257 мг/дм3 , характеризуются щелочными pH 8,6–9,6, содержанием кремния от 19,8 до 24,6 мг/дм3 и относятся к трещинно-жильным водам гранитов верхнего палеозоя. Активность 222Rn составляет до 359 Бк/дм3. Значения δD (от -126,9 до -102,7 ‰) и δ18O (от -17,5 до -14,2 ‰) изученных вод указывают на их метеорное происхождение. Значения δ13СDIC варьируют от -9,7 до -25,6 ‰ и указывают на биогенное происхождение углерода.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(2):174-183
174-183
Анализ влияния криолитозоны на водообменные процессы
Аннотация
В статье акцентируется внимание на важности изучения водообменной роли криолитозоны, занимающей в настоящее время четверть суши Земли и распространяющейся в некоторых районах до глубины 1,5 км, а также оценке влияния мерзлоты на формирование ресурсов и режима поверхностных и подземных вод. Прежде всего, водообменная функция криолитозоны связана с процессами промерзания водонасыщенных и протаивания льдонасыщенных горных пород. Автором рассматриваются раздельно водообменная роль деятельного слоя и воздействие многолетней динамики криолитозоны на направленность и масштабы водообмена. Водообменная функция деятельного слоя обусловлена сезонными фазовыми переходами подземных вод из жидкого состояния в твердое и обратно. Так, объем воды, образуемой от таяния подземного льда, аккумулированного в зимний период в деятельном слое, составляет 4·1012 м3 . В связи с этим в гидрологическом (климатическом) цикле круговорота природных вод нами предлагается отдельно выделять криогидрогенное звено, связанное с сезонными переходами подземных вод из жидкого состояния в твердое и обратно в деятельном слое криолитозоны. Безусловно, еще более масштабна водообменная функция криолитозоны, связанная с многолетней динамикой ее развития под воздействием периодических крупных колебаний климата. Так, за период голоценового климатического оптимума было переведено в жидкую фазу около 4,5·1015 м3 подземного льда. Интенсивность поступления воды, образуемой от таяния этого количества льда, в поверхностные и подземные районы ее аккумуляции составляла в среднем около 820 км3 в год. Учитывая данное обстоятельство, автором предлагается выделять отдельно криолитогенное звено в геологическом цикле круговорота природных вод.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(2):184-190
184-190
К сведению авторов
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(2):191-195
191-195