НОВЫЙ ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ТИП РАССОЛОВ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

  • И.И. ЧАЙКОВСКИЙ Горный институт УрО РАН

Аннотация

На Южно-Соликамском участке Верхнекамского месторождения в 2017 г. была вскрыта зона выщелачивания (разубоживания), в которой пласт Б «замещен» кавернозной гипс-сингенит-галитовой породой. Внутри этой зоны зафиксировано присутствие рассолов необычного состава. Для изучения их состава геологической службой рудника было отобрано около 90 проб, которые были выполнены в химической лаборатории ПАО «Уралкалий» по стандартным методикам. Установлено, что рассолы сверхкрепкие (354,68-375,12 г/дц3), имеют стабильный слабокисло-нейтральный (рН 6,0-7,1) хлоридный калиево-натриевый состав (Na 97,18-105,50; K 47,65-53,00; Mg 0,48-1,26; Ca 1,09-1,61; Cl 199,51-211,12; SO 4,18-4,76; Br 4 0,21-0,34; HCO 0-0,12; CO 0-0,07). Для выявления особенностей химизма было выполнено 3 3 сопоставление состава эвапоритов как с мировыми эвапоритовыми эталонами, так и раство- рами Верхнекамского месторождения (рис. 1, 2; таблица). Для построения первых, содержа- ния ионов были нормированы на состав морской воды [7], а сами компоненты были ранжиро- ваны в порядке возрастания в воде Мертвого моря [5], которое рассматривается в качестве эва- поритового бассейна хлоридного типа, находящегося на стадии садки карналлита. Сопоставление спектров с таковыми Мертвого моря показывает обогащение более чем на один порядок гидрокарбонат-ионом рассолов содовых озер Забайкалья и Кении [4, 6], которые связываются с континентальными условиями или рифтовым карбонатитовым вулканизмом соот- ветственно. Повышенным содержанием сульфат-иона отличаются сульфатные воды континен- тальных озер Алтая и Монголии [1, 4], из которых кристаллизуются глауберит и/или мирабиллит. Анализ кривых распределения подземных вод Верхнекамского месторождения позволяет отметить следующее. Грунтовые воды терригенно-карбонатной толщи ха- рактеризуются низкой минерализаций и гидрокарбонатно-кальциевым составом. Свер- ху-вниз в них возрастает содержание SO4-2, вплоть до сульфатно-кальциевых вод в со- ляно-мергельной толще. К ее низу возрастает содержание натрия и хлора, которые мак- симальны на контакте с соляной толщей (рассольный горизонт). В некоторых рассоло- добывающих скважинах (Александровская, Ивановская и Людмилинская) иногда отме- чалось появление калия [3] , превышающее его концентрацию в воде Мертвого моря. Находящиеся в соляной толще седиментационные (маточные) рассолы наиболее близки -2 - по составу воде Мертвого моря. Пониженное содержание SO и повышенное - HCO позволят 4 3 предполагать, что это связано с бактериальным окислением органики и редукцией сульфат-иона на стадии диагенеза и катагенеза. В сильвините пласта КрII зафиксировано максимальное для месторождения (11-15 г/дц3) содержание брома, которое в вышележащей карналлитовой толще -2 связывалось в кристаллической решетке карналлита. Подобное поведение компонентов (SO4 , - - HCO , Br ) отражает проявление метаморфизма исходной рапы. 3 Водные вытяжки из маркирующего горизонта в подстилающей каменной соли, сложенно- го глинистым материалом с примесью ангидрита, наиболее близки к составу морской воды. Низ- кое содержание солей может характеризовать как длительный период распреснения солеродного бассейна в период накопления маркирующего горизонта, так и отжатие поровой, а затем и кри- сталлогидратной воды в процессе катагенеза. Формирующиеся в выработках, вскрывших подсти- лающую каменную соль, конденсатные рассолы обогащаются хлоридом натрия и наследуют вы- сокое содержание сульфата кальция типичное для толщ галитового состава (подстилающей и по- 3 ----------------------- Page 4----------------------- кровной). Встреченные в гипс-сингенит-галитовой зоне выщелачивания растворы отличаются от рассолов галитовых толщ несколько повышенным содержанием Mg и аномальным - K. 100 100 Мертвое море Мертвое море 10 10 Содовые озера Забайкалья 1 1 Сульфатные озера Алтая и Монголии 0,1 0,1 0,01 0,01 0,001 0,001 Содовые озера Кении 0,0001 0,0001 0,00001 0,00001 SO4- HCO3 Na+ Cl- K+ Mg2+ Ca2+ Br- SO4- HCO3 Na+ Cl- K+ Mg2+ Ca2+ Br- 100 100 Мертвое море Мертвое море 10 10 1 1 теригенно-карбонатная толща, ВКМС соляно-мергельная толща, ВКМС 0,1 0,1 0,01 0,01 0,001 0,001 0,0001 0,0001 0,00001 0,00001 SO4- HCO3 Na+ Cl- K+ Mg2+ Ca2+ Br- SO4- HCO3 Na+ Cl- K+ Mg2+ Ca2+ Br- 100 1000 Мертвое море 100 10 Маточные ( пл.КрII, АБ, В), ВКМС 10 Мертвое море 1 1 0,1 0,1 Рассольные скважины, ВКМС 0,01 0,01 0,001 SO4- HCO3 Na+ Cl- K+ Mg2+ Ca2+ Br- SO4- HCO3 Na+ Cl- K+ Mg2+ Ca2+ Br- 100 100 Мертвое море Мертвое море 10 10 Маркирующий горизонт, ВКМС 1 1 Палеокарстовые, ВКМС 0,1 0,1 Подстилающая каменная соль, ВКМС 0,01 0,01 SO4- HCO3 Na+ Cl- K+ Mg2+ Ca2+ Br- SO4- HCO3 Na+ Cl- K+ Mg2+ Ca2+ Br- Рис. 1. Нормированные к морской воде составы рассолов эвапоритовых бассейнов (а, б) 3 и Верхнекамского месторождения (в-з), г/дм Построение бинарных диаграмм позволило ограничить поля составов рассолов Верхне- камского месторождения, а также проследить основные вариации содержаний ионов в процессе роста минерализации. На них видно, что вначале происходит рост натрия (от 40 до 120 г/дм3), а 3 3 затем калия (10-35 г/дм). При достижении общей минерализации 355 г/дм начинает резко воз- 3 3 растать содержание магния (от 20 до 80 г/дм) и кальция (от 15 до 43 г/дм). Такая последова- тельность накопления катионов в рассоле сопоставима с растворимостью их хлоридов. 4 ----------------------- Page 5----------------------- 5 Рис. 2. Типизация рассолов Верхнекамского месторождения по соотношению основных ионов и солей. Синими стрелками показана эволюция состава рассолов аварийной течи в процессе затопления, красными - сингенитовый и сульфатредукцион- ныетрендырассольногогоризонта ----------------------- Page 6----------------------- Таблица Типизация установленных и прогнозируемых рассолов Верхнекамского месторождения Генетический Механизм формирования Источник вод Формула Cl/Br : rNa/rCl : Ca/Cl Минеральные продукты тип солевого состава Надсолевые Инфильтрацион- Выщелачивание кровли со- Рассольный горизонт 1097-1302:0,7-1,1:0-0,02 Гипсово-глинистая шляпа, (карстовые и ные воды (рас- ляной толщи (галититов, Cl(94 - 99)SO4(1- 6) (гипергенные сильвиниты и M 119-326 Na(57 - 98)K(0 - 39)Mg(0 - 2)Ca(1- 4) палеокарсто- сольного горизон- карналлититов и сильвини- галититы) вые) та) тов) Реакция сульфатных вод с ? ? Предполагаемые гиперген- карналлититами ные сульфаты Mg (полига- лит? и др.) Реакция сульфатных вод с M Cl(98)SO4(2) 636-956:0,74-0,78:0,01 Гипергенные сульфаты K 355-374 сильвинитами Na(65 - 67)K(31- 34)Mg(1)Ca(1) (сингенит, калистронцит, гёргейит) Cl(97 - 99)Br(0 -1)SO4(1 - 3) 637-956:0,74-0,78:0,01 ? Аварийные Инфильтрацион- Выщелачивание вдоль зоны M 284-353 Na(43 - 96)K(1 - 28)Mg(1 - 24)Ca(1 - 5) ные прорыва Cl(95 - 99)Br(0 - 5)SO4(0 - 2) 18-3882:0,01-1:0,01-0,14 Галит Конденсаци- Влага закачивае- Выщелачивание поверхно- M 217 -441 6 Na(1 - 99)K(0 - 33)Mg(0 - 79)Ca(1 - 33) онные мого воздуха сти стен выработок Закладочные Техногенный Продукты передела K и Mg Определяется технологией Галит, сильвин, карналлит, солей обогащения солей гипс Седимента- Рапа осадочного Трансформация на стадии Пл. В 40-54:0,04-0,06:0,1-0,15 Зоны ангидритизации, кар- Cl(97 - 98)Br(2)CO3(0 -1) ционные бассейна (в гли- диагенеза и катагенеза M бонатизации и пирротини- 400- 413 Na(5 - 9)K(12 -15)Mg(45 - 56)Ca(22 - 34) нистых прослоях, (главным образом сульфат- зации межзерновых и редукционная) Пл. АБ 13-35:0,05-0,18:0,06-0,14 внутризерновых Cl(94 - 97)Br(3 - 6) M 345- 412 включениях) Na(6 - 22)K(10 - 20)Mg(33 - 58)Ca(13 - 31) Пл. КрII 16-41:0,06-0,18:0,08-0,17 Cl(94 - 98)Br(2 - 6)CO3(0 -1) M 378-396 Na(8 - 23)K(16 - 21)Mg(26 - 54)Ca(17 - 33) Элизионные Дегидратация Последовательное насыще- Подсолевые воды Зоны выщелачивания гали- (подсолевые глинистых и гип- ние хлоридами Na, K и Mg титов, «галитизации» силь- и солевые?) совых пород под- при инфильтрации через M Cl(99)SO4(0 - 1) винитов, «сильвинитизации» 180-231 солевых толщ Na(75 - 80)Mg(4 - 5)Ca(15 - 20) и «галитизации» карналли- подстилающую каменную соль, сильвинитовую и кар- титов наллитовую зоны ----------------------- Page 7----------------------- Отмечается также, что состав маточных рассолов, находящихся в равновесии с вме- щающими солями карналлитовых (Б, В) и сильвинитовых (А, КрII) пластов, всегда несколько отличается от конденсатных вод, формирующихся в этих же пластах, что позволяет говорить о формировании последних за счет избирательного выщелачивания из стен выработок, а не пря- мого растворения. На диаграммах видно, что составы вод рассольного горизонта формируют 3 два тренда «расходящихся» от области, отвечающей содержанию сульфата кальция 5,5-7 г/дм. Первый, характеризующийся ростом калия, может быть условно назван «сингенитовым», а вто- рой, направленный в сторону уменьшения сульфата, - «сульфатредукционным». О реальности второго механизма может свидетельствовать наличие в водах рассольного горизонта сероводо- рода. Два тренда формируют и рассолы аварийной течи. Их различие обусловлено различной глубиной эрозионного вреза соляного зеркала. Так, локализованный в пределах Дурыманского прогиба третий березниковский рудник (БРУ-3), характеризующийся наличием в кровле по- кровной каменной соли, затапливался водами, не содержащими калия. А первый березников- ский рудник (БРУ-1), расположенный на Березниковском поднятии, где на соляное зеркало вы- ходят породы карналлитовой зоны - калийсодержащими. Особняком стоят впервые встреченные на месторождении рассолы гипс-сингенит- галитовой зоны выщелачивания. По низкому содержанию магния, кальция и брома, а также вы- сокому содержания натрия и сульфат-иона они сопоставимы с водами, контактирующими с ка- менной солью (рассольный горизонт). Поскольку проявление этих рассолов локализовано внут- ри соляной толщи в пласте Б сильвинитового состава, можно предполагать их поступление с поверхности соляной толщи и соответственно их (палео)карстовую природу. Наличие в некото- рых водах рассольного горизонта, а также водах аварийной течи высокого содержания калия позволяет предполагать более широкое развитие сингенитсодержащих пород, особенно на под- нятиях, где подземное выщелачивание затронуло породы карналлитовой и сильвинитовой зон. Свидетельством этому могут служить находки сингенита в пласте Б, на котором залегают поро- ды гипсово-глинистой шляпы (скв. 40 Половодовского участка) [2].

Литература

  1. Гидрохимия и геохимическая типизация соленых озер степной части Алтайского края / Колпакова М.Н., Борзенко С.В., Исупов В.П., Шацкая С.С., Шварцев С.Л. // Вода: химия и экология. - 2015. - № 1. - C. 11-16.
  2. Коротченкова О.В. Сингенит, алунит и сванбергит - новые сульфаты Верхнекамского месторождения солей / Коротченкова О.В., Чиркова Е.П., Чайковский И.И. // Вестник Уральского отделения РМО. - 2016. - № 13. - С. 68-72.
  3. Ходьков А.Е. Вопросы формирования и использования естественных рассолов Верхнекамского месторождения // Исследования соляных месторождений и минеральных вод: сб. ст. - Л.; М., 1953. - С. 3-36. - (Тр. ВНИИГ, вып. XXVIII)
  4. Геохимия и формирование состава соленых озер Западной Монголии / С.Л. Шварцев, М.Н. Колпакова, В.П. Исупов, А.Г. Владимиров, С. Ариунбилэг С. // Геохимия. - 2014. - № 5. - С. 432-449.
  5. Bentor Y.K. Some geochemical aspects of the Dead Sea and the question of its age // Geochemica et Cosmochimica Acta. - 1961. - Vol. 25. - P. 239-260.
  6. Geological, volcanological and hydrogeological controls on the occurrence of geothermal activity in the area surrounding Lake Naivasha, Kenya / Min. of Energy; British Geol. Survey; M.C.G. Clarke et al. - Nairobi: Kenya Government, 1990. - 1 атл. (138 с.)
  7. Evaporites and the salinity of the ocean during the Phanerozoic: Implications for climate, ocean circulation and life / Hay W.W., Migdisov A., Balukhovsky A.N., Wold C.N., Flogel S., Soding E. // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. - (2006). - V. 240, № 1-2. - P. 3-46.
Опубликован
2018-10-01
Выпуск
Раздел
Статьи