Гидрогеохимическая зональность. 
Строение артезианских бассейнов

Гидрогеохимическая зональность артезианских бассейнов платформенного типа отражает общие закономерности изменения состава и минерализации артезианских вод с увеличением глубины залегания и удалением от «открытой» периферии к внутренней погруженной области бассейна (В.И. Вернадский, И. К. Зайцев, Н. К. Игнатович, Е. В. Посохов и др.). «Нормальным» считается гидрогеохимический разрез бассейна, в котором снизу вверх могут быть выделены три гидрогеохимические зоны: 1 — пресных (до 1,0 г/л) подземных вод гидрокарбонатного кальциевого (каль-циево-магниевого) состава, 2 — солоноватых и соленых вод сульфатного (сульфатно-хлоридного) состава, 3 — рассолов хлоридно-го натриевого состава с минерализацией до 300—400 г/л и более (И.К. Зайцев, Е. В. Посохов и др.).

Классические представления о природе формирования гидрогеохимических условий (зональности) артезианских бассейнов всегда исходили из предпосылки об их тесной связи с закономерностями региональной динамики артезианских вод (М.А. Гатальский, Н. К. Игнатович, Ф. А. Макаренко, А.И. Силин-Бекчурин и др.). Наиболее полно это положение сформулировал Н. К. Игнатович (1944, 1950), который считал, что трем гидродинамическим зонам разреза бассейна (см. выше) соответствуют три гидрогеохимические зоны: гидрокарбонатных, сульфатных и хлоридных подземных вод. Однако вслед за этим (Гатальский, 1954) было показано, что даже в условиях одного бассейна гидрогеохимические показатели гидродинамических зон могут изменяться в широком диапазоне. При сравнении гидрогеохимических разрезов различных артезианских бассейнов эта закономерность проявляется еще более резко как по распределению величины минерализации, так и по содержанию и соотношению основных компонентов состава.

В то же время, уровень минерализации артезианских вод и закономерности ее изменения в разрезе бассейна в значительной степени определяются минералого-геохимическим комплексом водоносных и слабопроницаемых пород.

Формирование гидрогеохимической зональности (увеличение минерализации и изменение химического состава артезианских вод с глубиной) связывают с различными причинами. Среди них можно назвать:

• 1) гипотезу эндогенного происхождения (А. Зюсс, В. А. Кротова и др.), связывающую формирование хлоридных рассолов с поступлением флюидов из мантии;
• 2) седиментогенную гипотезу (М.Г. Валяшко, И. К. Зайцев и др.), по которой высококонцентрированные растворы хлоркальциевого типа (по В.А. Сулину) являются захороненной рапой древних солеродных бассейнов;
• 3) гипотезу «подземного испарения» (М.Е. Альтовский);
• 4) гипотезу гравитационного распределения ионов (К.В. Филатов), согласно которой «тяжелые» ионы (Са, Mg, Ba, Fe) накапливаются в погруженных частях бассейна, а наиболее легкие (НСОэ и др.) — в верхних частях;
• 5) гипотезу «трансляционного» перераспределения ионов (О.Я. Самойлов, Д.С. Соколов); 6) гипотезу «мембранного эффекта» и др. Наиболее вероятно, что фиксируемые проявления вертикальной гидрогеохимической зональности являются результатом комплексного воздействия многих процессов, которые происходили в течение геологически длительных периодов взаимодействия подземных вод с горными породами, газами и органическим веществом.

Наряду с «нормальным» типом гидрогеохимического разреза в артезианских бассейнах широко распространены так называемые «инверсионные» разрезы, в которых в той или иной мере нарушается общая закономерность изменения химического состава и минерализации подземных вод с глубиной (см. рис. 10.10).

Наиболее изучены гидрогеохимические «инверсии», формирующиеся в краевых частях артезианских бассейнов в условиях континентального засоления грунтовых вод. Широкое развитие процессов испарения грунтовых вод и континентального засоления приводят к формированию непосредственно в грунтовом горизонте аридных территорий высокоминерализованных хлоридных вод и рассолов (до 100—150 г/л). Вниз по разрезу в межпластовых горизонтах первого этажа (иногда и второго) по мере увеличения изоляции от засоленных грунтовых вод происходит постепенное уменьшение минерализации подземных вод и соответственное изменение их состава. В отдельных случаях при наличии в разрезе выдержанных пластов слабопроницаемых пород непосредственно под высокоминерализованными грунтовыми водами хлоридного состава скважины вскрывают пресные и слабосолоноватые (до 1,5—2,0 г/л) воды гидрокарбонатно-сульфатного, сульфатного и другого состава, области питания которых расположены вне участков интенсивного испарения и засоления грунтовых вод. Ниже по разрезу, как правило, восстанавливается «нормальная» гидрогеохимическая зональность с увеличением минерализации межпластовых вод с глубиной залегания.

Аналогичные проявления гидрогеохимических «инверсий» возможны также при распространении в верхней части разреза горных пород с высоким содержанием легкорастворимых соединений SO2- и Сl- (гипсангидритовые толщи, отложения современных и верхнечетвертичных морских террас, котловины крупных соленых озер и др.).

В глубоких (от 200—400 до 2500—3000 м и более) частях гидрогеологического разреза артезианских бассейнов платформенного типа и крупных межгорных впадин (см. гл. 11.2) широко распространены проявления инверсионной зональности, связанные с залеганием под зоной высокоминерализованных (до 100—250 г/л и более) хлоридных вод менее минерализованных высококарбонатных вод CI—HC03—Na и даже НСO3—Сl—Na состава. Для этих вод характерна высокая концентрация карбонатных анионов (суммарное содержание НСO3+ + СO3- до 20—30 г/л), отсутствие или минимальные концентрации S02- и Са 2+, высокие концентрации I, В, NH4. Формирование подземных вод данного химического состава обычно связывают с наличием в горных породах значительных содержаний органических веществ и деятельностью сульфатредуцирующих микроорганизмов.

Поскольку подземные воды данного типа генетически связаны с породами, относительно обогащенными органическим веществом, их наличие рассматривается как поисковый признак нефтегазоносности.

Однако формирование в ряде случаев (Западно-Сибирский бассейн и др.) на значительных глубинах (до 2500—3000 м и более) высококарбонатных вод с минерализацией 10 г/л и менее по существующим представлениям возможно только при «разбавлении» маломинерализованными водами (Крайнов и др., 2004). При относительно небольших (первые сотни метров) глубинах залегания такое разбавление может быть связано с поступлением современных или древнеинфильтрационных вод. В глубоких частях разреза разбавление может быть связано с отжатием маломинерализованных связанных вод глинистых пород, с водами, формирующимися при дегидратации породообразующих минералов, или с поступлением пароводяных флюидов из пород фундамента.