Распространение подземных промышленных вод

Распространение подземных промышленных вод

Подземные минерализованные воды и рассолы промышленного значения широко развиты на территории РФ и приурочены, как правило, к глубоким частям крупных артезианских бассейнов, которые в структурно-тектоническом отношении соответствуют впадинам, выделяемым в рельефе складчатого основания древних докембрийских и эпигерцинских платформ, крупным предгорным и межгорным впадинам. Масштабы распространения, химический состав промышленных подземных вод и характер изменения в них концентраций редких элементов различны в разных районах и определяются общей гидрогеологической обстановкой, обусловленной геологической историей районов их распространения. В связи с этим изучение подземных промышленных вод и оценку их ресурсов целесообразно производить в границах естественных гидрогеологических регионов.

Районирование подземных промышленных вод является гидрогеологической основой для изучения региональных закономерностей их распространения. Научно обоснованное выделение обособленных районов необходимо также для выбора правильного методического подхода к региональной оценке прогнозных ресурсов и эксплуатационных запасов таких вод в связи с выявлением перспектив их практического использования. Ниже кратко излагаются принципы и схема гидрогеологического районирования подземных промышленных вод РФ, принятая при их изучении и оценке ресурсов.

В основу районирования подземных промышленных вод, как и общего гидрогеологического районирования, положен геоструктурный принцип; в соответствии с этим главными элементами районирования являются крупные гидрогеологические области (платформенные и горно-складчатые), при выделении которых принимаются во внимание основные геоструктурные элементы земной коры. В качестве такого рода гидрогеологических структур можно назвать древние и молодые платформы и горно-складчатые сооружения.

Крупные гидрогеологические структуры, характеризующиеся общностью закономерностей распространения подземных промышленных вод, согласно Н.А. Плотникову, объединяются в провинции подземных промышленных вод. В пределах отдельных частей таких провинций в связи с различными геолого-структурными условиями и гидрогеологическими особенностями процессы формирования ресурсов и химического состава подземных вод могут быть различными в аспекте геологической истории развития и в настоящее время. В связи с этим промышленные воды в пределах провинций могут иметь сходные условия и закономерности распространения в одних районах и отсутствовать в других. Иными словами, подземные промышленные воды в пределах провинций могут не иметь (и в большинстве случаев не имеют) выдержанного регионального распространения.

В некоторых крупных гидрогеологических областях промышленные подземные воды в изложенном выше понимании полностью отсутствуют, в связи с чем такие области не могут квалифицироваться как провинции промышленных вод. По имеющимся данным бесперспективными или малоперспективными являются области мезозойской складчатости Северо-Востока страны, каледонского и герцинского складчатого обрамления Западной и Восточной Сибири; ограниченное распространение лишь в пределах предгорных и межгорных впадин имеют промышленные воды в областях палеозойской складчатости Средней Азии и Казахстана.

В пределах провинции выделяются территории (гидрогеологические структуры второго порядка в принятом для общего гидрогеологического районирования понимании), которые рассматриваются в качестве районов (в частном случае -- бассейнов) распространения подземных промышленных вод. Каждый такой район (бассейн) характеризуется своими особенностями геологической истории развития и условий формирования подземных вод, в отдельных районах провинций собственно промышленные воды могут отсутствовать совсем или иметь весьма ограниченное распространение.

В пределах территории страны выделяются следующие провинции и районы распространения подземных промышленных вод (табл. 4). Сопоставление основных показателей, характеризующих промышленные подземные воды различных провинций, свидетельствует об отличиях этих провинций, связанных с: 1) геологическим возрастом и структурно-тектоническим строением провинций, а также со стратиграфической приуроченностью вмещающих промышленные воды пород; 2) особенностями литоло-го-фациального состава и условиями формирования толщ этих пород; 3) характером (минерализацией, химическим составом) подземных вод; 4) величинами концентраций в воде полезных компонентов; 5) условиями залегания и распространения подземных промышленных вод.

Ниже приводятся краткие сведения общего характера о подземных промышленных водах провинций (рис. 1).

Провинция Русской платформы охватывает большую часть европейской.части РФ. В пределах провинции подземные промышленные воды приурочены к впадинам, выделяемым в складчатом докембрийском фундаменте, а также к предгорным платформенным прогибам. Во впадинах и прогибах мощность зоны распространения промышленных подземных вод составляет 1000 -- 3000 м, достигая иногда 5000 м. Ресурсы минерализованных промышленных вод сосредоточены в глубоких частях Тимано-Печорского, Волго-Камского, Прибалтийского, Московского, Днепров-ско-Донецкого и Предкарпатского бассейнов. В указанных районах наиболее перспективные для практического использования промышленные подземные воды связаны в основном с терриген-ными комплексами нижнего карбона -- верхнего и среднего девона, характеризующимися сравнительно устойчивой и относительно высокой водообильностью, а также с трещиноватыми и закарсто-ванными карбонатными отложениями девонского возраста.

Рис. 1. Схема распространения и районирования подземных промышленных вод на территории РФ.

Провинции древних (докембрийских) платформенных областей: I - Русская. II Прикаспийская, III -- Сибирская; провинции эпипалеозойских платформенных областей: IV -- Скифская, V -- Западно-Сибирская; VI -- Туранскан; провинции гидрогеологических складчатых областей:VII -- альпийской, VIII -- герцинской, IX -- мезозойской, X -- кайнозойской. Районы подъемных промышленных под (йодных, бромных и йодобромных): 1 - весьма перспективные, 2 -- перспективные, 3 -- малоперспективные, 4 неперспективные горно-складчатые области и щиты (а) и платформы (б); границы: 5 -- провинций, 6 -- месторождений промышленных вод

В пределах провинции среди подземных промышленных вод преобладают рассолы с минерализацией 35 -- 430 г/л, характеризующиеся хлоридно-кальциево-натриевым составом при минерализации до 330 г/л и хлоридно-натриево-кальциевым составом при минерализации свыше 320 г/л. Первые в той или иной мере насыщены метаново-азотными газами; геохимическая среда их распространения определяется величинами Eh от +100 до -- 150 мВ и рН от 4,0 до 7,5. Из специфических компонентов в этих рассолах в незначительных количествах присутствуют водорастворимые органические вещества (0,35 -- 20,0 мг/л), а также аммоний. Вторые характеризуются наличием растворенных газов азотно-метанового и метанового состава, а также величинами Eh от +13 до -- 220 мВ и рН от 3,5 до 7,1. Из специфических компонентов характерно присутствие в этих рассолах железа (от 100 до 810 мг/л).

Подземные промышленные воды Русской платформы, обогащенные редкими элементами, изучались в разное время Л.С. Балашовым, С.С. Бондаренко, Г.В. Богомоловым, Г.А. Голевой, М.С. Галицыным, В.А. Кротовой, К.Е. Питьевой, Л.В. Славяновой и многими другими исследователями. Основные данные, характеризующие глубокие подземные воды и их ресурсы, получены при бурении на нефть и газ. В течение длительного времени гидрогеологические исследования, сопровождавшие такое бурение, ограничивались лишь общим анализом химического состава подземных вод и определением содержания в них йода и брома; изучение содержания и распространения в подземных водах редких металлов в широких масштабах осуществляется лишь в последнее десятилетие. Тем не менее имеющийся в настоящее время фактический материал позволяет достаточно полно и объективно охарактеризовать закономерности распространения подземных промышленных вод различного состава и некоторые показатели, характеризующие их ресурсы.

Таблица 4

Провинции и районы распространения промышленных вод РФ

Данные (как фактические, так и прогнозные) о величинах концентраций редких элементов в подземных водах Русской платформы приводятся в табл. 5. Эти данные свидетельствуют о некоторой связи величин концентраций редких элементов с минерализацией подземных рассолов и глубиной их залегания.

Таблица 5

Обобщенные сведения о концентрациях некоторых редких элементов в рассолах провинции Русской платформы

При вскрытии глубоких подземных вод скважинами обычно имеют место нормальные гидростатические давления. Однако на отдельных участках Днепровско-Донецкой, Припятской, Тимано-Пе-чорской впадин встречаются случаи аномально высоких гидростатических давлений, что связано с процессами перестройки порового пространства водовмещающих и водоупорных пород под действием изменяющихся геостатических нагрузок в результате неотектонических движений, а также с физико-химическими превращениями минералов на стадии катагенеза. Эти процессы ведут к уменьшению пористости и снижению проницаемости водоносных пород. Общее представление о водно-физических свойствах пород дают сведения о пористости и проницаемости палеозойских отложений (табл. 6).

Неравномерная в целом водоносность пород определяет разнообразие в распределении ресурсов подземных промышленных вод как в пределах провинции, так и в ее отдельных гидрогеологических районах.

Прикаспийская провинция расположена в пределах одноименной глубокой тектонической впадины с докембрийским складчатым фундаментом. От более приподнятой юго-западной окраины Русской платформы Прикаспийская впадина обособлена по всему периметру региональными глубинными разломами: на западе -- Волгоградским, на севере -- Жадовским и Уральско-Соль-Илецким бортовыми выступами, на востоке -- Южно-Эмбенским поднятием, на юго-западе -- валом Карпинского. На всем протяжении своей геологической истории впадина развивалась как отрицательная структура, что способствовало накоплению мощной (до 15 -- 20 км) толщи осадочных отложений палеозойского, мезозойского и кайнозойского возраста. Формирование разновозрастных комплексов осадочных отложений происходило в меняющихся палеогеографических условиях, которым соответствуют различные этапы геолого-тектонического развития юго-востока Русской платформы и самой Прикаспийской впадины. Характерным для геологического строения впадины является повсеместное распространение соленосных отложений пермского возраста мощностью до 3 -- 5 км и широкое развитие солянокупольной тектоники.

Таблица 6

Пористость и проницаемость палеозойских отложений

Примечание. В числителе -- пористость (%), в знаменателе -- проницаемость, (м²).

В осадочной толще выделяются надсолевой, солевой и подсо-левой структурные и гидрогеологические этажи. Надсолевой структурный этаж подразделяется на два структурных яруса, один из которых включает отложения неогенового и четвертичного возраста общей мощностью 600 -- 700 м, второй -- надсолевую толщу отложений палеогена, мезозоя и верхней перми, мощность которой в центральной части артезианского бассейна достигает 4000 -- 6000 м. Подземные воды надсолевого гидрогеологического этажа характеризуются пестрой минерализацией и преимущественно хлорид-но-натриевым (реже хлоридно-кальциево-натриевым) составом с незначительными концентрациями редких и рассеянных элементов. Солевой структурный этаж сложен галогенной толщей кунгур-ского яруса нижней перми и казанского яруса верхней перми. Внутрисолевые крепкие рассолы линзообразно запечатаны в доломитовых и ангидритовых коллекторах внутри соляных пород и имеют локальное распространение. Рассолы по химическому составу хло-ридные натриево-магниево-калиевые, магниево-натриевые, магниевые с минерализацией 320 -- 520 г/л. Концентрации полезных компонентов в них достигают (мг/л): калия -- 60000, йода -- 47, брома -- 4250, бора -- 1000, стронция -- 3530.

Подсолевой структурный этаж условно выделяется от кровли докембрийского кристаллического фундамента до артинского яруса нижней перми включительно. Для этого этажа характерны весьма крепкие рассолы терригенных и терригенно-карбонатных нижнепермских докунгурских отложений и рассолы более низкой минерализации терригенных, карбонатных и карбонатно-сульфатных отложений карбона и девона. Подсолевые рассолы докунгурских отложений нижней перми имеют минерализацию 244 -- 503 г/л, характеризуются хлоридным натриево-кальциевым и кальциевым (Са до 86%) составом и высокими концентрациями калия, редких и рассеянных элементов, абсолютные содержания которых достигают следующих величин (мг/л): калия -- 10000, йода -- 20, брома -- 2500, стронция -- 12000. Рассолы карбонатных и карбонатно-сульфатных отложений нижнего карбона и верхнего девона имеют относительно пониженную минерализацию (198 -- 390 г/л) и более низкие концентрации микроэлементов, чем в нижнепермских докунгурских рассолах, кроме йода, концентрации которого достигают местами 90 -- 95 мг/л.

Замкнутый характер Прикаспийской впадины, длительные процессы прогибания и мощное осадконакопление, слабое дренирование подземных вод и подпор их со стороны Каспийского моря определяют в целом застойный характер режима глубоких подземных вод и их высокую минерализацию.

Провинция Сибирской платформы охватывает площадь Восточно-Сибирской платформенной области, преобладающая часть которой покрыта мощным чехлом осадочных отложений, выполняющих крупные платформенные впадины (Тунгусскую, Ви-люйскую, Хатангскую, Иркутский амфитеатр и др.) и примыкающие к ним предгорные прогибы (Приверхоянский, Оленекский).

Характерная особенность геологического развития платформы -- наличие траппового магматизма, получившего широкое развитие в триасовое время и охватившего почти всю западную и центральную часть провинции. Другим специфическим фактором является повсеместное развитие многолетней мерзлоты, мощность зоны распространения которой достигает местами 1 км (Вилюй-ская синеклиза). На глубинах 2 -- 3 км температура подземных вод обычно не превышает 25 -- 30° С. Важное значение имеет и достаточно интенсивная неотектоническая активность региона, выразившаяся в формировании глыбовых линейно вытянутых и сводовых поднятий и опусканий, в активизации крупных разломов. Однако наибольшее влияние на формирование состава глубоких подземных вод Сибирской платформы оказало широкое развитие в нижнекембрийское время процессов галогенеза, сопровождавшееся накоплением мощной толщи соленосных отложений. Зона распространения нижнекембрийской соленосной толщи охватывает огромную площадь Ангаро-Ленского, Тунгусского и юго-западной части Якутского артезианских бассейнов.

Площадь распространения нижнекембрийских соленосных пород является областью локализации в нижних частях геологического разреза весьма крепких (с минерализацией 270 -- 350 г/л) и сверхкрепких (с минерализацией до 700 г/л) рассолов хлоридного кальциевого, кальциево-натриевого и кальциево-магниевого состава. Рассолы характеризуются высокими, часто уникальными концентрациями редких и рассеянных элементов (мг/л): брома до 9000, стронция до 800, калия до 2000. В северной части Восточно-Сибирской провинции граница площади распространения высококонцентрированных рассолов выходит за пределы контура развития нижнекембрийских соленосных отложений, захватывая территорию Оленекского артезианского бассейна.

Подземные промышленные рассолы в наибольшей мере изучены в пределах Ангаро-Ленского, Тунгусского и частично Якутского артезианских бассейнов. Основные ресурсы этих рассолов аккумулируются в межсоленосных карбонатных и подсоленосных тер-ригенно-карбонатных отложениях нижнекембрийского возраста. Широкое развитие мощной (до 400 -- 500 м) зоны многолетне-мерзлых пород в северной части территории Восточно-Сибирской провинции (северная часть Тунгусского, Оленекский, Хатангский бассейны) и наличие выдержанных пластов каменной соли в Ан-гаро-Ленском и южной части Тунгусского бассейнов создают обстановку весьма затрудненного водообмена. В зонах разрывов, омоложенных неотектонической деятельностью, зафиксированы выходы многочисленных источников минерализованных вод и рассолов на поверхность. С проникновением по разломам высококонцентрированных рассолов нижних зон гидрогеологического разреза в верхние связано формирование на огромной (300 -- 400 тыс. км²) площади Тунгусского бассейна рассольных вод в терригенно-карбо-натных отложениях нижнего и среднего палеозоя, континентальных угленосных образований верхнего палеозоя и вулканогенных пород нижнего триаса с аномальными (для вертикального уровня их локализации) величинами минерализации и концентрации редких и рассеянных элементов.

Провинция Скифской плиты охватывает территорию одноименной платформенной артезианской области. В ее пределах в осадочном чехле выделяется несколько водоносных комплексов, которые формируют крупную водонапорную систему, подразделяемую на взаимосвязанные, сложные по геологическому строению и гидрогеологическим условиям артезианские бассейны: Азово-Кубанский и Восточно-Предкавказский, разделенные Ставропольским поднятием, а также Равнинно-Крымский.

Главнейшие тектонические структуры в пределах провинции -- Восточно-Кубанский прогиб, Адыгейский выступ, Западно-Кубанский прогиб, северное предгорье Большого Кавказа, Терско-Кас-пийский краевой прогиб, северное предгорье Большого Кавказа, моноклинальное погружение северного склона Кавказа, Терско-Каспийский краевой прогиб, Ставропольский свод, Прикуринское поднятие, Восточно-Манычский и Чернолесский прогибы. Геолого-тектоническое строение Скифской плиты и отдельных ее районов усложняется наличием локальных антиклинальных структур, приуроченных к зонам региональных субширотных и поперечных разломов.

Водонапорная система Скифской эпипалеозойской плиты подразделяется на два гидрогеологических этажа, разделенных мощной (до 1000 м) толщей майкопских глин. В разрезе пород выделяется до девяти водоносных комплексов: понт-меотический, сарматский, чокрак-караганский, майкопский, зоценовый, палеоценовый, верхнемеловой, нижнемеловой, юрский. Обогащены редкими и рассеянными элементами подземные воды с минерализацией 70 -- 135 г/л преимущественно хлоридного и кальциево-натриевого состава в терригенных и карбонатных отложениях юрского, мелового и палеоген-неогенового возраста.

Таблица 7

Средние концентрации редких элементов в различных водоносных комплексах Азово-Кубанского и Восточно-Предкавказского бассейнов

Примечание. В скобках указано число опробованных площадей.

Подземные воды водоносных комплексов характеризуются значительными гидростатическими напорами (в ряде случаев аномальными), обеспечивающими их самоизлив на поверхность при вскрытии скважинами. Водообильность пород, заключающих промышленные подземные воды, изменяется в значительных пределах. Восточно-Предкавказский бассейн, отличающийся от других бассейнов этого региона повышенной тектонической активностью, характеризуется более высокими концентрациями редких и рассеянных элементов (табл. 7). Практический интерес представляют промышленные йодобромные воды Азово-Кубанского бассейна и подземные поликомпонентные рассолы юрских и меловых отложений Восточно-Предкавказского бассейна. И в том, и в другом районе промышленные подземные воды имеют высокую (до 80 -- 100° С) температуру, что предопределяет возможность и целесообразность использования также их теплового потенциала.

Провинция Туранской плиты промышленных подземных вод приурочена к одноименной эпипалеозойской плите, имеющей складчатый палеозойский фундамент, перекрытый осадочными отложениями мезокайнозоя. В соответствии с геолого-тектоническим строением и гидрогеологическими условиями в пределах Туранской провинции выделяются артезианские бассейны первого порядка, в ряде случаев представляющие собой систему взаимосвязанных бассейнов второго порядка. К таким бассейнам относятся: Амударьинский (с бассейнами второго порядка Бухаро-Каршинским, Заунгузским, Центрально-Каракумским, Бадхызским,

Предкопетдагским); Мангышлак-Устюртский (с бассейнами второго порядка Северо-Мангышлакским, Южно-Мангышлакским, Устюртским); Сырдарьинский (с бассейнами второго порядка Приараль-ским, Кызылкумским, Арысским); Чу-Сарысуйский; Тургайский; Северо-Аральский (с входящими в него Челкарским, Чокусинским, Джилакским и Тугуским бассейнами второго порядка); Центрально-Кызылкумский (включающий группу малых бассейнов Карачатинский, Мынбулакский, Бешбулакский, Кызылканский, Ташкуринский); Туаркырский.

В толще мезокайнозойских отложений, выполняющих депрес-сионные структуры Туранской плиты, заключены значительные запасы промышленных, лечебных минеральных и теплоэнергетических подземных вод, что дает основание рассматривать перспективные гидрогеологические районы этой провинции как объекты возможного комплексного использования подземных вод различных типов. Собственно промышленные подземные воды приурочены в пределах крупных артезианских бассейнов (Амударьинского, Мангышлак-Устюртского, Сырдарьинского) преимущественно к юрским и меловым отложениям.

Промышленные подземные воды Туранской провинции залегают на глубинах 100 -- 3000 м, характеризуются высокой минерализацией (150 -- 500 г/л) и в некоторых районах повышенными концентрациями редких щелочных металлов и рассеянных элементов. Так, в водах юрских отложений Амударьинского бассейна при минерализации этих вод 300 -- 370 г/л концентрации полезных компонентов достигают значительных величин (мг/л): редких металлов до 100 -- 160, йода до 33 -- 42, брома до 1300 -- 1800, бора до 1000 -- 1700, стронция до 2300 -- 4150. Аналогичные концентрации редких и рассеянных элементов свойственны подземным водам доюрских и юрских отложений Мангышлак-Устюртского бассейна. Подземные воды меловых отложений Сырдарьинского бассейна в основном пресные и слабоминерализованные, содержащие рассеянные элементы и редкие металлы в незначительных количествах. В то же время эти подземные воды являются термальными и минеральными, что позволяет планировать их более широкое использование в бальнеологии и для теплофикации.

Провинция Западно-Сибирской плиты в геологическом отношении представляет собой платформу, фундамент которой сложен дислоцированными осадочными и метаморфическими породами домезозойского возраста, а чехол -- осадочными отложениями мезозоя и кайнозоя. Палеозойские отложения фундамента представлены дислоцированными и смятыми в крутые складки в разной степени метаморфизованными известняками и песчаниками, чередующимися с алевролитами, конгломератами, туфами, сланцами и др. К плитному комплексу фундамента относятся также триасовые отложения, не имеющие сплошного распространения и выполняющие отдельные впадины в палеозойском основании платформы.

Осадочные отложения чехла платформы, представленные преимущественно терригенными породами юры, мела и кайнозоя, осложнены пологими тектоническими структурами разного порядка, формы и амплитуды. Основными элементами структурного плана являются внешний пояс и внутренняя зона плиты. Внешний пояс охватывает краевые части плиты и характеризуется наибольшей интенсивностью погружения основания и сравнительно большими амплитудами структур второго порядка. Внутренняя область плиты отличается большой полнотой разреза отложений осадочного чехла и преобладанием отрицательных геологических структур.

Подземные воды Западно-Сибирского артезианского бассейна приурочены к осадочным отложениям мезокайнозоя и верхней трещиноватой зоне палеозойского фундамента. По условиям питания и разгрузки, химическому составу подземных вод и характеру их связи с поверхностными водами артезианский бассейн разделяется на два гидрогеологических этажа. В состав верхнего входят континентальные песчано-глинистые отложения четвертичного, неогенового и палеогенового возраста. Характерной особенностью этих отложений является сравнительно высокая проницаемость и незначительная плотность пород этого этажа, тесная гидравлическая связь подземных вод палеогеновых, неогеновых и четвертичных отложений с поверхностными. Нижний гидрогеологический этаж охватывает мезозойские отложения и включает четыре водоносных комплекса, разделенных региональными водоупорными толщами. Подземные промышленные воды Западно-Сибирского артезианского бассейна связаны с водоносными комплексами (апт-сеноманским, неокомским и юрским) нижнего гидрогеологического этажа.

Подземным водам Западно-Сибирского бассейна присуща достаточно четко выраженная гидрогеохимическая зональность. Она проявляется в закономерном увеличении минерализации подземных вод от прибортовых частей впадины к наиболее погруженным центральным и в смене в этом же направлении гидрокарбонатных и сульфатных вод хлоридными натриевыми. Промышленный йодные воды бассейна характеризуются исключительно хлоридно-натриевым составом, сравнительно низкой (25 -- 35 г/л) минерализацией, залегают на глубинах 1500 -- 2500 м и распространены в центральной части впадины.

Южно-Каспийская провинция является крупным районом распространения подземных промышленных вод. Приурочена она к Южно-Каспийской впадине, центральная часть которой занята Каспийским морем, западный склон -- Прикурин-ской впадиной, восточный -- Западно-Туркменской. Тектонические, литолого-стратиграфические и гидрогеологические условия При-куринской и Западно-Туркменской впадин сходны. Обе впадины выполнены мощной (до 10 км) толщей отложений мезокайнозоя и характеризуются наличием зон локальных актиклинальных поднятий, обусловленных проявлением новейших тектонических движений. К этим поднятиям приурочены месторождения нефти и газа и видимые проявления подземных промышленных вод.

Подземные промышленные воды локализуются в пределах провинции в песчано-глинистых отложениях плиоцена. Наиболее перспективными по количеству ресурсов промышленных вод являются: в Западно-Туркменской впадине -- водоносный комплекс в красноцветной толще, в Прикуринской впадине и на Апшерон-ском полуострове -- водоносный комплекс в продуктивной толще (являющийся аналогом красноцветного), а также водоносный комплекс в апшеронских отложениях. Во всех случаях водоносными являются пачки песков, чередующиеся с глинами и алевролитами.

Промышленные подземные воды как в Прикуринской, так и в Западно-Туркменской впадинах характеризуются преимущественно хлоридным кальциево-натриевым составом и минерализацией от 20 до 200 г/л в пределах Азербайджанской ССР и до 300 г/л в пределах Туркменской ССР. В глубоких частях разреза продуктивной и красноцветной толщ, особенно в пределах нефтегазоносных тектонически нарушенных структур, подземные воды имеют минерализацию обычно 150 -- 200 г/л и характеризуются повышенными содержаниями йода, брома и бора, сравнительно высокими температурой (до 70 -- 85° С) и газонасыщенностью.

Южно-Таджикская провинция подземных промышленных вод выделяется в пределах одноименной тектонической депрессии, расположенной между горными сооружениями южного Тянь-Шаня на севере Памиро-Гиндукуша на юге и востоке. Выполняющие впадину осадочные отложения, мощность которых достигает 14 км, представлены толщами карбонатных, песчано-глинистых и соленосных пород мезокайнозойского возраста и молассами неоген-четвертичного. Структура депрессии характеризуется наличием крупных синклинориев и антиклинориев субширотного простирания в северной части депрессии и меридионального в южной.

Благодаря широкому развитию мощных эвапоритовых формаций юрского возраста в пределах провинции широко проявилась соляная тектоника; одной из специфических черт структурного плана депрессии является широкое развитие также разломной тектоники.

С Южно-Таджикской впадиной связан одноименный артезианский бассейн, представляющий собой сложно построенную водонапорную систему. В геологическом разрезе бассейна выделяется несколько водоносных комплексов. Наиболее высокие концентрации редких и рассеянных элементов установлены в хло-ридных кальциево-натриевых рассолах соленосной толщи гаур-дакского яруса средней юры. Однако в связи с низкой водообильностью этих отложений фактическое использование таких рассолов в качестве гидроминерального сырья нецелесообразно. Сравнительно высокими концентрациями (мг/л) редких и рассеянных элементов (щелочных металлов до 400, йода до 50, брома до 1000, бора до 500) характеризуются термальные (до 120° С) рассолы с минерализацией от 100 до 370 г/л среднего структурного этажа, к которому относятся водоносные комплексы альб-апдских, турон-сеноманских и бухарских отложений. Коллекторские свойства этих отложений непостоянны и изменяются в широких пределах; тем не менее в некоторых районах провинции водопро-водимость комплексов достигает десятков квадратных метров в сутки, что обеспечивает положительную оценку перспектив использования промышленных подземных вод.

В пределах Южно-Таджикской провинции выделяются Душанбинский, Сурхандарьинский, Кафирниганский, Яванский, Вахшский, Кулябский артезианские бассейны, характеризующиеся широким распространением в их пределах на глубинах 1000 -- 3000 м промышленных подземных вод, которые при дальнейшем изучении и гидрогеолого-экономическом обосновании могут рассматриваться как гидроминеральное сырье для промышленного получения йода, брома, щелочных металлов, бора и других компонентов.

Ферганская провинция охватывает одноименную крупную межгорную депрессию, выполняемой многокилометровой (до 9 км) толщей осадочных пород мезокайнозойского возраста. В пределах депрессии выделяются: центральная зона, характеризующаяся максимальной мощностью осадочного чехла; адырная зона, представляющая собой зону развития положительных и отрицательных структур, окаймляющих впадину с севера, востока и юга; заадырная зона, в пределах которой развиты впадины, выполненные осадочными породами сравнительно небольшой мощности (до 1,5 км); горное обрамление.

Подземные воды с высокими концентрациями редких и рассеянных элементов широко распространены в центральной и адырной зонах бассейна, где приурочены к водоносным комплексам в отложениях неогена, палеогена, мела и юры. Однако в центральной части Ферганского бассейна эти водоносные комплексы залегают на значительных малодоступных для рентабельного использования глубинах. В адырной зоне они вскрыты большим числом глубоких скважин. Наиболее характерными для подземных вод этой зоны являются значительные колебания минерализации (от 25 до 250 г/л) и содержания микрокомпонентов. Не выдержанные как по площади, так и в разрезе концентрации полезных компонентов в сочетании с чрезвычайно пестрой изменчивостью водообильности водовмещающих пород различных комплексов определяют незначительные перспективы использования промышленных вод этого региона.

Сахалинская провинция охватывает о-в Сахалин, расположенный во внешней зоне Тихоокеанского кайнозойского вулканогенно-тектонического пояса. Несмотря на то, что о-в Сахалин относится к складчатым областям, его артезианские бассейны занимают площадь 50 тыс. км², тогда как площадь бассейнов трещинных вод и промежуточных бассейнов положительных структур составляет всего 28 тыс. км ². Артезианские и адартезианские бассейны о-ва Сахалин являются частью крупных субмаринных бассейнов: Северо-Сахалинский и Диановский -- частью Дерюгин-ского; Пограничный, Поронайский и Сусунайский -- частью Северо-Охотского; Александровский и Татарский -- частью Япономорского. Это наложило отпечаток на условия формирования подземных вод и их химический состав.

В вертикальном разрезе артезианских бассейнов Сахалина выделяют зоны: пресных вод с минерализацией до 1 г/л; слабосолоноватых вод с минерализацией 1 -- 3 г/л; сильносолоноватых с минерализацией 3 -- 10 г/л; слабосоленых с минерализацией 20 -- 25 г/л. В последних трех зонах широко распространены хлоридно-гидрокарбонатные натриевые, гидрокарбонатно-хлоридные натриевые метановые и азотно-метановые бессульфатные воды. Одной из характерных особенностей этих вод является повышенное содержание в них йода, иногда также бора.

Обогащенные йодом и бором подземные воды выявлены и в пределах некоторых малых артезианских бассейнов третьего порядка, приуроченных к крупным бассейнам трещинных вод (например, в пределах Пограничного и Лютогского бассейнов). Однако перспективными на промышленные йодные, а иногда и бороносные воды являются крупные Северо-Сахалинский и Татарский бассейны. В то же время в пределах этих бассейнов пока ресурсы гидроминерального сырья не могут быть определены из-за весьма слабой их гидрогеологической изученности.

Камчатская провинция охватывает крупные отрицательные структуры Камчатского п-ова: Западно-Камчатский и Центрально-Камчатский прогибы с приуроченными к ним бассейнами подземных вод. В неогеновых и палеогеновых комплексах осадочных и вулканогенно-осадочных отложений погруженных частей этих бассейнов циркулируют термальные воды преимущественно хлоридно-натриевого состава с минерализацией 10 -- 25 г/л, насыщенные метановыми и азотно-метановыми газами. Эти воды содержат повышенные концентрации йода (до 20 -- 60 мг/л), бора (до 25 -- 50 мг/л) и редких щелочных металлов (до 25 -- 30 мл/л). При слабой изученности артезианских бассейнов Камчатки и отсутствии специальных исследований фильтрационных свойств водовмещающих отложений в настоящее время отсутствует основа для реальной оценки перспектив использования подземных вод, обогащенных редкими элементами. Более того, имеющиеся данные по отдельным опробованным участкам распространения таких вод указывают в целом на низкую водообильность горизонтов, аккумулирующих промышленные и термальные воды.

В пределах гор но-складчатых областей проявления подземных промышленных вод носят очаговый характер; эти проявления формируются главным образом во внутренних и внешних зонах поясов альпийской и кайнозойской складчатости под влиянием ряда факторов, главными из которых являются структурно-тектонические, гидрогеологические и геотермические. Наиболее значительными концентрациями редких элементов обладают обогащенные углекислотой (углекислые, азотно-углекислые) термальные хлоридные воды. При относительно малой минерализации (обычно менее 35 г/л) углекислые воды альпийских горных сооружений могут содержать весьма высокие концентрации как катионогенных, так и анионогенных элементов. По процентному отношению концентраций редких элементов к минерализации относительно слабоминерализованные углекислые и углекисло-азотные воды горно-складчатых областей в ряде случаев превосходят промышленные минерализованные воды и рассолы платформ, краевых прогибов и межгорных впадин.

Существенным препятствием для промышленного извлечения редких металлов и бора из углекислых вод являются, как правило, незначительные их ресурсы и эксплуатационные запасы. Единичные месторождения углекислых и углекисло-азотных терм и бора формируются в очагах разгрузки крупных водонапорных систем (Сульфур Бане в США, Вайракей в Новой Зеландии). К такому типу месторождений могут быть условно отнесены Пау-жетское, Узонское, Налычевское на Камчатке и в меньшей степени Анкованское и Дарыдагское на Малом Кавказе.

Краткий обзор распространения подземных промышленных вод свидетельствует о том, что РФ обладает большими ресурсами подземных вод и рассолов, обогащенных рассеянными элементами и редкими металлами. В подземных водах некоторых районов РФ концентрации промышленно ценных компонентов часто превышают концентрации одноименных компонентов в водах некоторых эксплуатируемых месторождений зарубежных стран.

К настоящему времени республиканскими и территориальными производственными и научно-исследовательскими организациями выполнена региональная оценка прогнозных ресурсов и эксплуатационных запасов подземных промышленных вод во всех известных районах их распространения. Во Всесоюзном научно-исследовательском институте гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО) обобщены результаты этих работ и составлена Сводная карта прогнозных ресурсов и эксплуатационных запасов гидроминерального сырья РФ масштаба 1:2500000. Эти исследования дали возможность:

1) выявить основные гидрогеохимические закономерности распространения подземных промышленных вод;

2) изучить особенности динамики подземных глубоких горизонтов крупных артезианских бассейнов и закономерности изменения по площади и с глубиной фильтрационных параметров основных водоносных комплексов и горизонтов;

3) установить связь основных гидрогеохимических закономерностей с особенностями динамики подземных вод, положением областей создания напора и разгрузки глубоких водоносных горизонтов;

4) охарактеризовать и схематизировать гидрогеологические условия применительно к гидродинамическим расчетам;

5) выполнить оценку прогнозных ресурсов и эксплуатационных запасов промышленных подземных вод гидродинамическими методами на геолого-экономической основе.

Большой объем гидрогеохимических исследований и построений, выполненных при оценке и картировании ресурсов подземных промышленных вод, существенно расширил представления о потенциальных возможностях использования глубоких подземных вод в качестве гидроминерального сырья. Установлено и подтверждено гидрогеологическими и геолого-экономическими расчетами, что высокоминерализованные воды и рассолы, свойственные глубоким частям крупных артезианских бассейнов, характеризуются, как правило, наличием повышенных концентраций не одного-двух, а нескольких полезных для промышленного извлечения компонентов в разнообразных для различных бассейнов сочетаниях (табл. 8). Это предопределяет возможность использования подземных промышленных вод в качестве комплексного гидроминерального сырья для извлечения рассеянных элементов, редких металлов и минеральных солей, что, в свою очередь, влечет снижение себестоимости конечной продукции и повышение рентабельности предприятий по добыче и переработке промышленных вод.

Помимо улучшения технико-экономических показателей производства, комплексное использование гидроминерального сырья при применении малоотходной технологии его переработки способствует решению проблемы сброса отработанных промышленных вод и охраны окружающей природной среды.

Таблица 8

Сочетания полезных компонентов в промышленных водах крупных артезианских бассейнов

Многокомпонентные промышленные подземные воды формируются во многих артезианских бассейнах Восточно-Европейской (Волго-Камский, Тимано-Печорский, Припятский, Московский, Днепровско-Донецкий), Восточно-Сибирской (Тунгусский, Якутский, Ангаро-Ленский), Скифско-Туранской (Восточно-Предкавказский, Азово-Кубанский, Мангышлак-Устюртский, Амударьинский) платформенных областей, а также в отдельных артезианских бассейнах молодых прогибов альпийской складчатости (Южно-Таджикский, Ферганский). Наличие комплекса редких и рассеянных элементов сочетается в ряде районов с высокими концентрациями. Однако сведения о числе полезных компонентов и их концентрациях без учета комплекса гидрогеологических факторов, характеризующих фильтрационные свойства водовмещающих пород, их водопроводимость и водообильность, глубину залегания, а также экономических показателей добычи и переработки промышленных вод недостаточны для оценки перспектив того или иного бассейна, района или месторождения.

Дополнительным источником редких элементов могут служить попутные воды, добываемые вместе с нефтью и другими полезными ископаемыми. Эти воды, являясь частью пластовых вод артезианских бассейнов, часто содержат повышенные концентрации йода, брома, лития, бора, стронция, магния, рубидия, цезия, германия и др. Однако практическое использование попутных вод затрудняется по следующим причинам. Во-первых, количество попутных вод (обычно незначительное по сравнению с запасами месторождений собственно гидроминерального сырья) целиком определяется режимом эксплуатации месторождений полезных ископаемых, в частности нефтяных залежей; во-вторых, повсеместная эксплуатация нефтяных месторождений с поддержанием пластового давления путем законтурной или внутриконтурной закачки воды в разрабатываемые горизонты приводит (или будет приводить) к разубоживанию попутных вод и ухудшению их качества как гидроминерального сырья. В-третьих, попутные воды нефтяных месторождений требуют очистки от нефтепродуктов и нафтеновых кислот, стоимость которой сопоставима со стоимостью добычи и переработки гидроминерального сырья. Последнее, как свидетельствует практический опыт, значительно увеличивает себестоимость продукции по сравнению с той, которую получают при использовании чистых пластовых вод.

Таблица 9

Добыча редких элементов и минеральных солей в развитых капиталистических и развивающихся странах

В РФ из подземных вод в промышленных масштабах добывают пока только йод и бром. Целесообразность более широкого использования глубоких подземных вод в качестве гидроминерального сырья определяется рядом преимуществ этого вида полезных ископаемых по сравнению с традиционными рудными месторождениями. Эти преимущества сводятся к следующему: 1) промышленные воды характеризуются широким распространением, что определяет возможность выбора участков для разведки и промышленного строительства с учетом не только экономических, но также социальных и экологических факторов; 2) разработка месторождений осуществляется скважинами и не требует проведения капиталоемких горных работ, переработки и обогащения большой массы горных пород; 3) промышленные воды во многих случаях имеют высокую температуру и газонасыщенность, что предопределяет возможность и целесообразность попутного использования их теплового потенциала, а иногда и попутного горючего газа; 4) эксплуатация гидроминерального сырья скважинными водозаборами позволяет автоматизировать систему разработки месторождений с использованием современной техники и электронных вычислительных машин; 5) широкое распространение подземных промышленных вод обеспечивает постоянство качества сырья и содержания полезных компонентов в течение всего периода эксплуатации месторождений.