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

Водоносные комплексы	Эквивалентная доля Са, %	Элементы, мг/л
Редкие металлы	I	B	Вг	Sr
Азово- Кубанский бассейн
Юрский	51 (25)	19 (14)	19 (17)	29 (15)	122 (17)	158 (16)
9 (21)
Нижнемеловой	29 (55)	5 (31)	13 (46)	32 (48)	60 (50)	81 (31)
5,7 (52)
Восточно-Предкавказский бассейн
Юрский	120 (46)	43 (43)	12 (41)	85 (35)	254 (41)	500 (33)
15 (45)
Нижнемеловой	84 (53)	30 (51)	14 (51)	91 (49)	173 (48)	343 (39)
11,4 (51)

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 СССР обладает большими ресур­сами подземных вод и рассолов, обогащенных рассеянными эле­ментами и редкими металлами. В подземных водах некоторых районов СССР 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 СССР 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