Происхождение глубинных хлоридных рассолов

Глубинные хлоридные рассолы подразделяются на два типа: инфильтрогенные и метаморфогенные.

Инфильтрогенные хлоридные рассолы формируются в результате растворения пород и минералов галогенных формаций, поэтому их иногда также называют рассолами растворения или по месту их залегания - надсолевыми рассолами. При формировании таких рассолов растворитель (Н2О) и растворенные вещества имеют различное происхождение. Вода имеет инфильтрационное происхождение, а источником растворенных веществ служат минералы галогенных формаций различного возраста. Рассолы имеют Cl-Na, Cl-SO4-Na состав, содержание K и Mg не превышает 1 – 2 экв.%. Это связано с тем, что в составе галогенных формаций преобладает галит (NaCl) до 95 %, поэтому и состав растворов почти «чисто» хлоридно-натриевый. Также инфильтрогенные рассолы всегда содержат минимальные концентрации большинства микроэлементов, в том числе 2-х валентных металлов(Sr, Fe, Mn, Zn, Pb и др), т.к. галит при образовании не способен соосаждать другие элементы и поэтому почти не содержит примесей. В связи с этим, Cl/Br отношение у инфильтрационных рассолов всегда больше, чем в морской воде – до 1000 и более. Отношение rNa/rCl около – 1,0, что превышает аналогичное отношение в морской воде (0,85) и приближается к стехиометрическому отношению Na и Cl в галите. Так как рассолы растворения образуются в результате растворения галита, то их минерализации не может превышать 260-300 г/л. Характерные коэффициенты: Cl/Br > 300; rNa/rCl >0,85; 2) Метаморфогенные хлоридные рассолы обычно регионально распространены на глубинах более 2-х км и представляют собой высокоминерализованные (М>100 г/л, до 600 г/л), Cl-Ca –Na растворы. В отличие от рассолов растворения, при почти аналогичных значениях общей минерализации, они имеют существенно другой состав. В составе катионов значительную долю составляют Са+2, становясь преобладающим катионом в наиболее концентрированных разностях. Эти рассолы всегда содержат значительные количества микрокомпонентов, особенно Br и редких щелочей (Li, Rb и др.). Одновременно уменьшается, до полного исчезновения, содержание SO4 и Mg. Происхождение подобных рассолов до сих пор является дискуссионным. М.Г. Валяшко: «первичной основой таких рассолов является концентрирование морской воды в солеродных бассейнах. В дальнейшем, сформировавшиеся таким образом рассолы, захороняются вместе с вмещающими породами и подвергаются геохимической метаморфизации в ходе дальнейшей геологической эволюции. Таким образом, метаморфогенные (катагеннопреобразованные седиментогенные) рассолы являются результатом геохимического концентрирования вещества.» Эти рассолы содержат K, Ca, Sr, B, Li, Rb и некоторые др. элементы в количествах, которые нельзя объяснить концентрированием морской воды, поэтому считается, что они извлекаются из вмещающих пород. Элементы: Cl, Mg, Br имеют седиментогенное происхождение, т.е поступают с захороняемыми водами. Те хлоридные рассолы, которые известны в осадочных породах, по химическому составу сильно отличаются от состава первичных Сl-Mg-Na рассолов поверхностного происхождения. Если суммировать те геохимические явления, которые происходят на стадиях катагенеза и называются метаморфизацией рассолов, то они приводят к двум основным последствиям: 1) уменьшение концентрации сульфатов 2) замена Mg и части Na, преобладающих в первичных рассолах, на Са Уменьшение концентрации сульфатов в рассолах происходит, как в следствии превышения предела растворимости сульфатов щелочноземельных металлов, по мере накопления в растворе Са и выпадения СаSO4 в осадок, так и в результате деятельности сульфаторедуцирующих бактерий, переводящих сульфатную серу в сульфидную. Возможно, именно в следствии этого процесса в рассолах накапливаются значительные количества растворенного H2S. Так, во внутресолевых рассолах Ангаро-Ленского бассейна содержание сероводорода достигает 2000мг/л. Наиболее сложно объяснимым процессом, происходящим при метаморфизации рассолов, является замена Mg и части Na на Са. Принято считать, что этот процесс объясняется взаимодействием рассолов с вмещающими породами и выражается итоговой суммарной реакцией: 2СаСО3 + MgCl2(раствор) = CaMg(CO3)2 + CaCl2 (раствор). В результате в растворе накапливается CaCl2, который имеет гораздо большую растворимость (760 г/л), чем NaCl, а породы, вмещающие рассолы, эпигенетически доломитизируются. Как показывают исследования литологов, рассеянные карбонаты содержатся в количестве нескольких % (5 – 10 и более) в любой осадочной породе. Этих количеств вполне достаточно для метаморфизации поровых вод, особенно при низкой пористости отложений. Следствием процессов метаморфизма первичных седиментогенных рассолов должно являться уменьшение Na/Ca отношения одновременно с увеличением минерализации рассолов. Так, если в морских водах Na/Ca =20, то в рассолах с минерализацией более 300 г/л, оно уменьшается до 1-0,5. Важнейшая геохимическая особенность глубинных рассолов – высокие концентрации многих химических элементов: K (до 10 г/л), Br (6-7 г/л), Li(0,5-1,0 г/л), Rb, Sr(2-3 г/л), Fe, Mn, Zn и др. Накопление калия и брома можно объяснить испарительным концентрированием первичных седиментогенных рассолов. Остальные элементы накапливаются, видимо в результате выщелачивания и реакций обмена с вмещающими породами. В качестве характерного примера можно привести состав пластовых вод Ангаро-Ленского бассейна на гл. 1130 м: М599 Cl98 (SO4)1 (HCO3)1 Ca78 Mg12 (Na+K)10

Характерные коэффициенты: rNa/rCl<0,85 (до 0,5); Cl/Br<300 (до 80-100); pH<6 (до 4) Хлоридно-кальциевые рассолы отличаются резко восстановительными условиями среды. Среди растворенных газов преобладают метановые или метаново-азотные газы, в ряде случаев отмечены значительные концентрации H2S.

Однако если легко объяснить приуроченность рассолов к породам, представленным галогенными толщами и даже осадочными породами, содержащими рассеянные карбонаты, то трудно ответить на вопрос, почему высококонцентрированные хлоридные рассолы часто бывают приурочены к таким "чуждым" по составу породам, как граниты, кристаллические сланцы, эффузивные породы, когда полностью отсутствует связь между составом вмещающих пород и химическим составом вод. По данным термодинамического моделирования (Крайнов С.Р.) в закрытых г/х системах в процессе длительного взаимодействия инфильтрационных вод с кристаллическими породами возможно формирование Cl-Na-Ca(Mg) рассолов с минерализацией до 150 г/л, при этом для формирования рассолов достаточно кларковых содержаний Cl, Na, Ca, Mg в кристаллических породах. Такие рассолы они назвали рассолами 1-го типа. Их типичная формула химического состава (Кольский п-в, гл. 700 м): М94 Cl 100 Ca65 (Na+K)30 Mg15; рН = 5,7; rNa/rCl =0,30; Формирование рассолов с М>150 г/л (2-ой тип по Б.Н. Рыженко) нельзя объяснить только геохимическим взаимодействием маломинерализованных инфильтрационных вод с кристаллическими породами. Для формирования подобных рассолов в кристаллических породах необходимо существование внешнего источника хлора и кальция. По мнению вышеназванных авторов, таким источником могут быть седиментогенные рассолы, перетекающие из смежных осадочных бассейнов. Однако, в связи с чрезвычайно низкой проницаемостью кристаллических пород в глубоких частях массива и наличия там условий весьма затрудненного водообмена, с гидродинамических позиций это представляется маловероятным.