Подземные промышленные воды и их месторождения

Подземные промышленные воды и их месторождения

Представления о подземных промышленных водах с момента их вовлечения в среду хозяйственного использования претерпели существенную эволюцию. В общем смысле под промышленными водами принято понимать подземные воды, содержащие в повышенных количествах полезные компоненты или их соединения, которые можно извлекать и эффективно использовать в народном хозяйстве. Длительное время (вплоть до 50-х годов) однозначные критерии для отнесения подземных вод к промышленным не разрабатывались и не обосновывались. Одной из основных причин такого положения было то, что первоначально при классификации или типизации подземных промышленных вод, как и других типов вод, учитывались данные, характеризующие только их состав и концентрации полезных компонентов, в основном йода и брома. Такие важные факторы, как глубины залегания и гидрогеологические параметры заключающих промышленные воды водоносных комплексов, природные и экономические условия районов распространения промышленных вод, количество эксплуатационных запасов последних, и другие вообще не учитывались.

Одна из первых классификаций промышленных вод была предложена в 1955 г. Н. А. Плотниковым. Классификация учитывала кларковые содержания некоторых рассеянных элементов в земной коре, их концентрации в водах суши и морской воде, а также установленные к тому времени предельные концентрации специфических компонентов в водах лечебного назначения (табл. 1). Эта классификация использовалась для систематизации природных вод по их составу и районирования территории РФ с выделением регионов распространения промышленных подземных вод различных типов.

Таблица 1 Классификация бромных, йодных, борных и других вод по Н.А. Плотникову

С целью стимулирования поисков и выявления новых перспективных площадей и месторождений подземных промышленных вод бывшим Госхимкомитетом РФ в 1960 г. были установлены минимальные концентрации по йоду, брому и бору, регламентирующие отнесение тех или иных подземных вод к разряду промышленных (табл. 2). Введение таких условных требований сыграло определенную положительную роль в получении новой информации о содержании в подземных водах йода, брома, бора, а также некоторых других компонентов. Вместе с тем это мероприятие послужило причиной ряда необоснованных решений о внесении в баланс месторождений йодобромных вод некоторых объектов как реальных для организации сырьевых баз промышленных предприятии без учета количества эксплуатационных запасов промышленных вод и условий их отработки.

Таблица 2 Требования к промышленным водам, содержащим бром, йод и бор

1 В виде B2O3 для получения буры.

2 В виде B2O3 для микроудобрений. 3 Для вод с температурой до 35° С.

4 Для вод с температурой более 35° С при наличии бикарбонатно-кальциевых вод, позволяющих за счет выделения карбоната кальция снизить щелочность.

Существуют и другие упрощенные классификации промышленных подземных вод. Примером одной из таких классификаций может служить схема подразделения промышленных вод, составленная И. К. Зайцевым. При наименовании подземных вод он относит к главным те компоненты, содержание которых превышает кондиционный предел. Путем сочетания компонентов, содержащихся в количестве не ниже кондиционного предела, выделяются промышленные воды одно-, двух-, трехкомпонентные и более. Ниже для иллюстрации предложенного И. К. Зайцевым принципа наименования промышленных вод приведена схема подразделения вод на группы и подгруппы:

I. Галитовые: 1) бром-галитовые; 2) бор-литий-галитовые; 3) бор-бром-галитовые и др.

II. Бромные: 1) йодобромные; 2) бор-калий-бромные; 3) бор-литий-бромные и др.

III. Йодные: 1) бром-йодные; 2) бор-бром-йодные и др.

IV. Борные: 1) бром-борные; 2) калий-бром-борные и др.

V. Калиевые: 1) галит-калиевые; 2) бром-калиевые и др.

VI. Содовые (мирабилитовые, глауберитовые и др.): подгруппы не выделены.

Практическое использование этой классификации затрудняется не столько принципом наименования подземных вод, сколько отсутствием разработанных и обоснованных требований к кондиционным содержаниям всех полезных компонентов для различных гидрогеологических условий. Такие кондиционные содержания будут различными для разных гидрогеологических условий, определяющих, в свою очередь, экономические показатели добычи и использования подземных промышленных вод. Это подтверждается изложенными в табл. 3 результатами обоснования основных требований к месторождениям подземных промышленных йодобром-ных вод, установленных путем изучения закономерностей распространения и условий залегания этих вод, гидродинамического и технико-экономического анализа условий их эксплуатации в различных районах страны. Эти данные показывают, что минимальные промышленные концентрации йода и брома могут значительно отличаться для отдельных частей одного и того же гидрогеологического района; для разных районов эти концентрации колеблются в значительных пределах.

Кондиции на подземные промышленные редкометалльные воды в настоящее время разрабатываются. Судя по опыту изучения и эксплуатации промышленных йодобромных вод, кондиции на поликомпонентное гидроминеральное сырье будут установлены с учетом гидрогеологических условий его распространения и технико-экономических факторов добычи и переработки. На основе анализа общих закономерностей распространения подземных редкометалль-ных вод в РФ и зарубежного опыта их использования установлены следующие нижние пределы концентраций элементов, при которых такие воды могут представлять практический интерес (мг/л): литий -- 10, рубидий -- 3, цезий -- 0,5, стронций -- 300, германий -- 0,05. Воды с такими концентрациями встречаются в пределах крупных территорий, образуя гидрогеохимические провинции. Часто повышенные концентрации этих элементов свойственны йодобромным водам, что создает предпосылки для комплексного использования подземных промышленных вод.

Анализ особенностей распространения и условий залегания подземных вод, обогащенных рассеянными элементами и редкими металлами, наряду с практическим опытом поисково-разведочных работ в различных районах РФ, позволил дать следующее определение понятию «подземные промышленные воды».

K промышленным следует относить подземные воды и рассолы, содержащие полезные компоненты или их соединения в количествах, обеспечивающих в пределах конкретных гидрогеологических районов (или их отдельных частей) рентабельную добычу и переработку этих вод с целью получения полезной продукции существующими техническими средствами и с использованием современных технологических процессов

Таблица 3 Ориентировочные кондиционные требования к месторождениям подземных йодобромных вод

Данное определение имеет и гидрогеологический, и экономический смысл. Распространение подземных вод с высокими концентрациями полезных компонентов само по себе еще не определяет наличия месторождения подземных промышленных вод. Зона распространения промышленных вод должна отвечать совокупности гидрогеологических и геолого-экономических условий, обеспечивающих при определенной концентрации полезных компонентов их рентабельное извлечение из подземных вод в пределах хотя бы одного участка внутри этой зоны. При отсутствии подобного участка (или участков) в данном гидрогеологическом районе теряет смысл утверждение о наличии или распространении на его территории промышленных вод, хотя в других районах и иных гидрогеологических условиях подземные воды с аналогичными концентрациями полезных компонентов могут квалифицироваться как промышленные.

Таким образом, минимальные промышленные концентрации полезных компонентов в подземных водах устанавливаются для каждого гидрогеологического района особо. С учетом различия в гидрогеологических условиях разных районов устанавливаются различные по абсолютной величине предельные минимальные концентрации одноименных полезных компонентов при классификации промышленных вод и выделении их месторождений. Из существа сделанного определения также следует, что требования к минимальным промышленным концентрациям в подземных водах не являются постоянными и обусловлены во многом уровнем развития техники и технологии.

В последние годы наряду с понятием «промышленные воды» широко используется термин «гидроминеральное сырье». Гидроминеральное сырье в широком смысле объединяет различные типы природных вод: подземные воды глубоких водоносных горизонтов, попутные воды месторождений нефти и твердых полезных ископаемых, погребенные (межкристальные) рассолы четвертичных и современных эвапоритовых бассейнов, рапу некоторых континентальных озер и отшнурованных морских заливов, морскую воду. В РФ основные перспективы использования гидроминерального сырья связаны с подземными водами глубоких водоносных горизонтов.

Промышленные воды могут быть гидроминеральным сырьем на один, два элемента или их комплекс. Отнесение промышленных вод к тому или иному виду гидроминерального сырья требует обоснования, которое сводится к оценке месторождений промышленных вод на геолого-экономической основе. Во многом перспектива использования гидроминерального сырья определяется конъюнктурой на мировом и внутрисоюзном рынке по отношению к добываемой с использованием этого сырья продукции, а также потребностью различных отраслей народного хозяйства в редких элементах и минеральных солях.

Подземные промышленные воды характеризуются большим разнообразием общей минерализации, химического состава, содержания отдельных компонентов и количественного их соотношения, а также газового состава и температуры. Преимущественно они относятся к группе минерализованных вод и рассолов. Йодные и бороносные воды чаще относятся к группе соленых вод и рассолов с минерализацией до 150 г/л, бромные, литиеносные -- к рассолам с минерализацией более 150 г/л; йодобромные -- к рассолам с минерализацией 150 -- 250 г/л. Содержание редких щелочных металлов обычно возрастает с увеличением минерализации подземных вод, однако эта зависимость неоднозначна и весьма сложна для подземных вод различного химического состава. Концентрации практически всех редких элементов значительно увеличиваются в интервалах минерализации 270 -- 350 г/л, что связано с выпадением из водных растворов галита.

Из всего многообразия подземных минерализованных вод Л. С. Балашовым выделены только три их генетических вида, представляющих практический интерес по концентрациям полезных компонентов: 1) пластовые хлоридные воды и рассолы артезианских бассейнов; 2) углекислые воды альпийской зоны горноскладчатых областей; 3) термальные хлоридные воды современных вулканических областей.

Хлоридные воды и рассолы имеют наиболее широкое распространение; они обычно развиты в доступных для практического освоения регионах и отличаются высокими концентрациями микро- и макрокомпонентов. В толще осадочных пород крупных артезианских бассейнов на глубинах от сотен метров до 8 км господствуют рассолы хлоридного типа, на долю которых приходится до 90% объема всех глубоких подземных вод. Эти рассолы являются основными аккумуляторами редких элементов -- йода, брома, бора, лития, цезия, рубидия, стронция, германия и других и в связи с этим представляют наибольший интерес для практического использования.

В горно-складчатых областях повышенные концентрации редких элементов свойственны обычно углекислым подземным водам, а также связаны с регионами, характеризующимися значительной интенсивностью неотектонических движений. По химическому составу углекислые воды преимущественно гидрокарбонатно-хлорид-но-натриевые, реже хлоридно-натриевые с минерализацией от 5 до 40 г/л. Типоморфными элементами редкометалльных вод горноскладчатых областей являются литий, рубидий, цезий, бор, германий.

Промышленные подземные воды залегают на больших глубинах. Физические свойства этих вод вследствие влияния минерализации, температуры и газонасыщенности значительно отличаются от свойств пресных подземных вод в нормальных условиях. Это обстоятельство, как показывают теоретические расчеты и практический опыт, должно учитываться при региональных гидрогеологических построениях, оценке расчетных гидрогеологических параметров водовмещающих пород, подсчетах эксплуатационных запасов глубоких подземных вод. Свойства и состав воды влияют на технологические приемы и методы ее переработки, что, в свою очередь, определяет кондиционные требования к этому виду гидроминерального сырья и экономическую эффективность его промышленного использования.

Таким образом, промышленные подземные воды являются широко распространенной разновидностью природных вод литосферы.

Они тесно взаимосвязаны с подземными слабоминерализованными и пресными водами неглубокого залегания. Комплекс научно-методических и аналитических исследований этих вод должен удовлетворять требованиям достижения конечной цели -- оценке возможности и целесообразности использования подземных вод в качестве минерального сырья. Такая оценка требует применения наряду с гидрогеологическими также методов геолого-экономического анализа условий добычи и переработки промышленных подземных вод.