Представление о формировании ювенильных и седиментогенных подземных вод

     4) магматические (эндогенные) воды (Э. Зюсс)

     Нередко в природе подземные воды образуются смешанным путем, что подтверждается химическим и газовым составом вод, их режимом и данными пьезометрических напоров. Воды смешанного происхождения – самые распространенные.

     В настоящее время большинство  исследователей полагают, что выделение  вод и газов из верхней мантии происходило в процессе разогревания Земли на ранних стадиях ее формирования. Это и дало начало зарождению гидросферы и атмосферы.

     История и эволюция этих оболочек весьма сложна и трактуется учеными неоднозначно. Состав первичных атмо- и гидросфер земной коры изменялся в течение геологического времени. Из магмы вследствие интенсивной вулканической деятельности поступали водные пары и газы. Полагают, однако, что эти поступления были незначительны.

     Для дальнейшего развития представлений  о преобразовании и формировании вод большое значение имел постулат академика В.И. Вернадского, выраженный в системе породы→природная вода→газ→живое вещество (биомасса), показывающей единство подземных вод в атмо-, гидро- и литосферах.

     В сложном процессе происхождения  вод следует различать:

     1)образование  молекул воды;

     2) накопление связанных и свободных  вод;

     3) формирование химического состава

     Накопление  подземных вод можно представить как кратковременный динамический процесс – процесс возникновения вод под действием сил тяжести, капиллярных и молекулярных сил вблизи поверхности земли: так, например, во время паводков речные воды просачиваются в аллювиальные отложения и идут на питание грунтовых вод, вызывая подъем их поверхности. В итоге образуются пресные воды.

     При мелиорациях – во время промывок почв – возникает слой пресных  вод, плавающих на соленых, при растворении  пластов и штоков соли – соленые  и рассольные воды. Накопление вод может происходить и другими путями.

     Формирование  химического состава подземных  вод есть длительный физико-химический процесс преобразования подземных  вод, происходящий на различных глубинах при неодинаковых температурах и  давлении, испарении и конденсации, катионном обмене – адсорбции между водами и породами. Процесс сопровождается рядом этапов: выдавливанием вод при уплотнении илов, позднее и пород, деятельностью бактерий, диффузией, перетеканием и разгрузкой вод через глинистые перекрытия.

     Г.Н. Каменским было выделено три основных генетических цикла формирования:

     1) инфильтрационный – континентальный,  обусловленный инфильтрацией атмосферных  осадков и связанный с процессами  выветривания;

     2) морской, или осадочный (иначе  говоря, седиментационно-диагенетический), обусловленный проникновением морских вод в толщи пород в процессе осадкообразования, процессами изменения осадков и видоизменения заключенных в них вод;

     3) метаморфический и магматический  циклы, обусловленные метаморфизмом горных пород и магматическими процессами, протекающими в коре.

     Следует отметить, что выделение общего цикла  правомерно лишь для их совместного действия, но могут быть циклы и раздельные, например метаморфический, в условиях воздействия регионального метаморфизма. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2. Формирование ювенильных подземных  вод.

     Тепло и вода в жидкой фазе могут иметь  происхождение только из единственного источника – магматического расплава. Паровые струи перегретой воды вместе с легко летучими компонентами и газами выделяются из расплавленной магмы, устремляясь в холодные верхние горизонты. Даже при температуре 425-375°С пар в состоянии конденсировать в жидкую фазу воды, в которой способно раствориться огромное количество летучих компонентов. Именно таким образом появляется на свет гидротермальный раствор первозданного «ювенильного типа». Под «ювенильными водами» геологи подразумевают воды, прежде никогда не участвовавшие в водообороте. Данного рода гидротермы являются первичными в прямом смысле этого слова, поскольку являются чистым новообразованием.         В магматических очагах содержится значительное количество воды, но сколько ее достигает поверхности земли при вулканических извержениях, учесть трудно. Геохимики считают, что содержания ее в магмах колеблются от 0,5 до 8,01%.           В настоящее время имеются попытки реставрировать в какой-то мере гипотезу ювенильных вод Э. Зюсса аргументацией на то, что в современной гидросфере имеется избыточное количество хлора по сравнению с щелочами, что нельзя объяснить химической денудацией континентов, следовательно – хлор эндогенного происхождения. Полагают, что хлор и некоторые летучие компоненты брома и йода накапливаются в результате повсеместного и непрерывного диффузионного проникновения летучих компонентов из верхней мантии через толщу коры, в частности из магмы.     Так, например, в лавах Камчатки содержание воды составляет от 0,1 до 5,5%, а состав углекислых и термальных вод крайне разнообразен: в ионах обнаружены железо, мышьяк, марганец, медь, алюминий, цинк, большое количество сульфидов, кремнекислоты. Однако роль эндогенных (ювенильных) вод в формировании термальных вод молодой вулканической области Камчатки пока невыяснена. В целом современная гидрогеология не располагает необходимыми данными для того, чтобы оценить количественную роль магматических вод в гидросфере.    Смешанные воды. Сторонники инфильтрационного происхождения глубоких вод артезианских бассейнов полагают, что даже на больших глубинах определяющим фактором в зоне весьма замедленного водообмена является гидродинамика. Миграция вод хотя и весьма медленно, но все-таки происходит. Скорость движения многолетняя, определяется она различными гипотетическими цифрами от 1-30 см до нескольких метров в год. Эта скорость, по мнению ряда ученых, достаточна, чтобы, например, в отложениях девона Волго-Уральской области седиментационные воды были полностью промыты и заменены молодыми водами вадозного происхождения.           А.Н. Семихатовым в 1947 г. при анализе истории подземных вод было введено понятие гидрогеологических этапов. Однако он ограничил историю лишь континентальным (инфильтрационным) этапом, когда происходит поднятие всей площади суши, занятой седиментационным бассейном, имеет место эрозия, а также вытеснение и замещение древних седиментационных морских вод молодыми инфильтрационными. В настоящее время (А.А. Карцев и др.) под циклом – этапом формирования истории подземных вод какого-либо района понимают его историю, т.е. определенный геологический отрезок времени от тектонического погружения и трансгрессии – до подъема пород, регрессии и начала денудации горных пород.  Гидрогеологический этап состоит из двух циклов: 1) опускание, погружение – образование вод седиментации – седиментационно-диагенетический цикл; 2) поднятие – замещение и разрушение древних вод – инфильтрационный (континентальный) цикл. Чередование этих этапов, протекающих в различных бассейнах, качественно различно, многообразно. Этот процесс представляет собой историю происхождения и формирования подземных вод в осадочном чехле земной коры. Для глубоко залегающих вод эти процессы имеют существенное значение.

3. Формирование  седиментогенных подземных вод.

     Седиментогенные воды - это воды, сформировавшиеся в процессе осадкообразования. В течение геологической истории они изменяются, но сохраняются в образованиях определённого бассейна осадконакопления.

     Молодые осадки (илы, глины) обычно рыхлые и  обладают пористостью, достигающей 80-90%. Количество воды в илах колеблется от 40-50% до 90% и более. Содержание воды в свежеосаждённых в бассейне песках составляет 15-30%. Эти цифры дают возможность судить о тех количествах воды, которые оказываются захоронёнными в процессе осадкообразования.

     В первые периоды после отложения  осадков в процессе уплотнения илов происходит потеря воды; из глинистых  осадков она снова перемещается в придонные участки моря. Всё  же в осадках остаётся такое количество воды, которое необходимо для насыщения пор пород. Некоторое количество седиментационной воды, по-видимому, идёт на процессы образования её связанных форм, а другая часть при уплотнении осадков отжимается в горные породы, которые могут служить коллекторами подземных вод, где происходит скопление последних в капельно-жидкой форме. О характере процессов уплотнения глин, следовательно, и о выжимании из них седиментационных вод можно судить по графику Н. Б. Воссоевича.

     Кривая, изображённая на этом рисунке, показывает, что пористость глин с увеличением глубины их залегания уменьшается. Так, на глубине 400-500 м она составляет около 35%, на глубине 2000м она уже меньше 20% и на глубине 3000м меньше 10%.

     Подземные воды морского генезиса обладают рядом  характерных особенностей, которые  довольно резко отличают их от вод инфильтрационного происхождения. Химический состав этих вод близок к морскому солевому комплексу с соотношением Cl>SO₄>CO₃ и Na>Mg>Ca.В их составе обычно присутствуют йод и бром. В морской воде нормальной солёности хлорбромный коэффициент равняется 300 (по А. П. Виноградову). В седиментационных водах это соотношение приближается к таковому в водах моря.

     Седиментационные  воды в последующие этапы геологической  истории, при образовании различных  структурных форм, играют важную роль в процессе формирования запасов вод различных пористых и трещиноватых пластов артезианских бассейнов. Седиментационные воды обычно приурочены к глубоко погруженным хорошо закрытым структурам. В таких структурах часто устанавливают залежи нефти и газа. Иногда эти воды сохраняются в течение длительных промежутков времени в тектонически-изолированных блоках или в выклинивающихся пластах. После вскрытия денудационными процессами водоносных горизонтов, заполненных седиментационными водами, при благоприятных геоморфологических и геологических условиях начинается вытеснение последних водами инфильтрационного генезиса.

     Большинство исследователей в миграции нефти  основное место отводят именно этим водам - седиментационным. Они с самого начала содержат некоторое количество органического вещества, которое унаследовано от морской (лагунной, озёрной) воды и может принимать участие в нефтеобразовании.

     Но  главное обогащение седиментогенных  вод нефтеобразующими органическими  веществами и компонентами нефти  должно происходить при перемещении воды из глинистых и некоторых других осадков в коллекторские слои. При продавливании выжимаемой седиментогенной воды через глины она должна растворять органические соединения, находящиеся в этих глинах: органические кислоты, образующие мыла, углеводороды и тому подобное. При движении по коллекторам седиментогенные воды могут дополнительно растворять ещё некоторое количество нефтяных углеводородов и других органических соединений, образующихся и находящихся в этих породах (песчаных,карбонатных).

 

     Заключение.

     В работе были рассмотрены типы подземных  вод: ювенильные и сендиментогенные.           Многие выходы ювенильных вод в районах современной или недавней вулканической активности характеризуются повышенной температурой и значительной концентрацией солей и летучих компонентов. Для объяснения генезиса таких вод австрийский геолог Э. Зюсс в 1902 году выдвинул теорию ювенильного (от лат. "juvenilis" – девственный). Такие воды, как считал Зюсс, образовались из газообразных продуктов, в изобилии выделяющихся при вулканической активности и дифференциации магматической лавы.

     Седиментогенные воды - это воды, сформировавшиеся в процессе осадкообразования. В течение геологической истории они изменяются, но сохраняются в образованиях определённого бассейна осадконакопления.

     Пути накопления седиментогенных вод весьма многообразны, это: 1) иловые воды, отжатые из свежих илов в раннюю стадию диагенеза при их уплотнении; 2) воды животных и растительных организмов, выделяющиеся при их разложении; 3) постседиментационные воды, выдавливаемые при уплотнении уже затвердевших пород, главным образом глин и глинистых сланцев. 

 

      Список используемой литературы.

1. Всеволожский, В. А. Основы гидрогеологии. – М. – 1991. – 516 с.
2. Зверев, В. П. Подземные воды земной коры и геологические процессы. – М.: Научный мир. – 2006. – 256 с.
3. Кирюхин, В. А., Коротков, А. И., Павлов, А. Н. Общая гидрогеология. – Л.: Недра. – 1988. – 359 с.
4. Климентов, П. П., Богданов, Г. Я. Общая гидрогеология. – М.: Недра. – 1977. – 312 с.
5. Ланге, О. К. Гидрогеология. – М.: Высшая школа. – 1969. – 356 с.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Приложение.

     Приложение 1. Схема взаимосвязи подземных  вод