Пресные подземные воды Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона (формирование химического состава и техногенная трансформация) (09.02.2009)

Автор: Бешенцев Владимир Анатольевич

3) зона глубокого залегания древних многолетнемерзлых пород – развита на ограниченной площади в долине р. Оби от южной границы округа (пос. Казым-Мыс) до слияния Большой и Малой Оби, а также в верховьях р. Куноват.

ПЕРВОЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ

Химический состав ультрапресных подземных вод Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона сформировался под влиянием ранне- и позднезырянского оледенений, процессов их криогенной метаморфизации вследствие многократного промерзания и оттаивания отложений эоцен-олигоцен-четвертичного гидро-геологического комплекса и ланшафтно-климатических условий современного этапа (глава 3).

Работы, проведенные автором в регионе за последние десять лет, показали, что общий природный гидрохимический облик пресных подземных вод определяют следующие компоненты: общая минерализация, гидрокарбонат - ион, кальций, магний, кремнекислота, жесткость и окисляемость.

Отличительной особенностью данных вод является их низкая (ультрапресная) минерализация, редко превышающая 100 мг/дм3. Низкие концентрации отмечаются для таких основных солеобразующих компонентов как кальций (от 3 до 50 мг/дм3) и магний (от 2 до 40 мг/дм3). На фоне пониженных значений этих ионов резко выделяется высокое содержание ионов железа (от 1,4 до 6,5 мг/дм3), марганца (от 0,01 до 2,2 мг/дм3) мг/дм3 и кремнекислоты (от 2,4 до 35 мг/дм3).

Рассматривая геологическую историю развития бассейнов стока, можно сделать вывод, что основным фактором формирования низкой минерализации и широтной зональности подземных вод от пресной до ультрапресной, являются процессы криогенной метаморфизации подземных вод вследствие многократного промерзания и протаивания отложений эоцен-олигоцен-четвертичного гидрогеологического ком-плекса. При практически окончательно сформировавшейся системе стока северных рек и соответственно подземного стока данного региона в конце плейстоцена-начале голоцена, подземные воды неоднократно промораживались в течение раннезырянского-позднезырянского ледниковых периодов и промывались талово-паводковыми водами в межгляциальные периоды.

В процессе формирования химического состава подземных вод происходили процессы метаморфизации химического состава замерзающих и талых вод, в том числе (А.В. Иванов, 1987(: а) криогенное концентрирование (последовательный рост величины минерализации замерзающей воды); б) направленное изменение химического состава льдов, испытавших хотя бы один цикл замерзание-таяние; в) сезонное перераспределение стока рек в результате хемогенного осаждения криогенных осадков (минералов в виде солей, гидрооксидов, органокомплексных соединений); г) опреснение льдов при их таянии; д) формирование гидрогеохимической зональности в континентальных и морских водоемах при таянии их ледяного покрова; е) аккумуляция СаСО3 и растворимых соединений в морских, наледных, ледниковых и подземных льдах; ж) колебания солености Мирового океана в тысячелетнем цикле как результат изменчивости состояния оледенения.

Наличие мощной и сложнопостроенной толщи многолетнемерзлых пород исключило из водообмена значительную часть подземных вод и наложило отпечаток на формирование и существование подземных вод, сформировав сезонно-талые, надмерзлотные, межмерзлотные, подмерзлотные воды и воды сквозных таликов.

Для выявления основных закономерностей формирования состава пресных подземных вод на современном этапе в работе рассмотрена последовательность его изменения от атмосферных осадков и почвенно-растительных условий. Характерной особенностью надмерзлотных вод является повышенные содержания биогенных компонентов и слабокислая обстановка (таблица 1).

Таблица 1

Изменение содержания компонентов с глубиной мг/ дм3

Компоненты Осадки

(9 проб) Речные воды (39 проб) Родники (15 проб) Надмерзлотные талики

(17 проб) Межмерзлотные воды

(168 проб)

Na+ 1,00 1,10 5,80 27,30 2,60

К+ 0,30 0,40 2,10 7,40 0,70

NH4- 0,10 0,10 1,50 3,40 0,20

Ca2+ 3,70 2,30 2,10 21,20 8,30

Mg2+ 0,40 1,50 1,10 5,80 3,95

Fe3+ 0,06 2,20 0,20 0,40 2,20

Сl- 1,80 1,00 8,90 46,10 3,50

SO42- 1,70 1,70 4,90 43,20 2,10

NO3- 2,00 0,70 2,80 51,20 0,00

NO2- 0,00 0,01 0,04 0,13 0,00

НСО3- 12,20 18,30 15,30 21,40 30,50

SiO2 0,80 8,40 4,20 6,30 25,03

рН 5,70 5,49 5,21 6,02 6,20

Сухой остаток 20,00 76,00 40,00 220,00 68,00

Окисляемость мг О2/дм3 3,00 11,10 4,20 4,10 4,00

Жесткость (общая) ммоль 0,22 0,24 0,20 1,54 0,52

Основными факторами, определяющими ионно-солевой и газовый состав подземных межмерзлотных вод, являются разложение растительных осадков, жизнедеятельность микроорганизмов и в меньшей степени выщелачивание горных пород. С глубиной геохимическая обстановка меняется и становится восстановительной, с переходом железа и марганца в двухвалентную легкомигрирующую форму.

Как показали исследования, на долю атмосферной составляющей, которая определяется количеством осадков и величиной испарения, приходится около 20% общей минерализации подземных вод. Биогенной составляющей, в общем количестве выносимых солей, принадлежит для условий рассматриваемого региона доминирующая роль – около половины всей минерализации. Вклад литогенной составляющей за счет большого выноса силикатов, достигает 30% и напрямую связан с интенсивностью водообмена.

Необходимо отметить, что на общем фоне низкой минерализации для подземных вод прослеживается четко выраженная гидрогеохимическая зональность. В направлении с юга на север увеличивается количество мерзлых пород, проницаемость пород понижается, что в условиях более затрудненного водообмена увеличивает время взаимодействия с породами и приводит к более интенсивному выщелачиванию катионов. Дополнительно на данный фактор накладывается и влияние более низких температур, что, как известно (С.Л. Шварцев, 1996(, приводит к осаждению карбонатов кальция и накоплению в растворе карбонатов магния.

Таким же образом происходит накопление всех остальных солеобразующих катионов. С увеличением суммы солей происходит повышение рН воды с уменьшением окисляемости. Повышение рН соответственно приводит к ослаблению миграционной способности железа и уменьшению его содержания от 3 мг/дм3 на юге до 1 мг/дм3 на севере региона.

В северном направлении отмечается и рост содержания сульфатов и хлора (рис.3), подтверждающее мнение Н.П. Анисимовой (1981(, что они являются индикаторами процессов прямого криогенеза.

Рис. 3. Изменение содержания хлор-иона с юга на север

Следы прямого криогенного вымораживания в вертикальном разрезе можно видеть и в повышении содержания солей в нижней части эоцен-олигоцен-четвертичного гидрогеологического комплекса. Здесь, в зонально-водоносном верхнепалеоценовом горизонте (тибейсалинская свита), минерализация подземных вод в ряде случаев повышается до 0,7-1,5 г/дм3.

Наибольшее влияние на изменение химического состава подземных вод за счет изменения характера водообмена оказывает наличие многолетнемерзлых пород. С переходом от островной мерзлоты на юге, к области слитного залегания современной и древней мерзлоты на севере, подземный сток уменьшается от интенсивного (3,5-2,5 л/с км2) до малоинтенсивного (0,05 л/с км2). Соответственно происходит изменение гидрохимической обстановки. От слабощелочной на юге (рН (7,0 г. Ноябрьск) она становится кислой (рН(5,0 район УКПГ Уренгойское НГКМ). Окислительная обстановка сменяется на глеевую, вследствие чего изменяется и химический состав вод. С уменьшением количества биогенной составляющей общей минерализации и соответственно снижением количества мигрирующего железа и марганца, в анионном составе подземных вод наряду с гидрокарбонатами начинают превалировать сульфаты и кремний. В катионном составе литогенной составляющей, преимущественно кальциево-магниевого состава, за счет замедления стока и соответственно увеличения времени взаимодействия подземных вод с породами, происходит нарастание содержания натрия.

Влияние мерзлотно-гидрогеологических и палеогеографических факторов на формирование и размещение пресных подземных вод криолитозоны в настоящее время находят свое отражение в условиях эксплуатации водозаборов региона. Необходимо отметить, что система «вода-почвы-породы» находится в состоянии крайне неустойчивого равновесия. И изменение величины воодоотбора техногенным путем может за короткий срок привести к резкому изменению обстановки и ухудшению химического состава питьевых вод. Например, на водозаборных сооружениях г. Губкинский за пять лет эксплуатации рН водной среды снизился с 6,8 до 5,8, а содержание железа возросло с 4 до 6 мг/дм3. Аналогичная ситуация наблюдается и по основным крупным водозаборам округа. Интенсивное поступление кислорода в подземные воды, при невыдержанности современной мерзлоты в районе ее островного распространения, привело к созданию окислительной обстановки и активному выщелачиванию гумусовых веществ, преимущественно фульвокислот.


загрузка...