книги из ГПНТБ / Горбушина, Л. В. Радиоактивные и стабильные изотопы в геологии и гидрогеологии

Полученные данные по возрасту и изотопному составу под­ тверждают представление Ю. Н. Пастушенко и более ранние выводы В. М. Куканова [24] о происхождении йодо-бромных вод Кудепсты, как отжатых вод из пород палеогена.

На данной стадии исследований можно также сделать вы­ вод, что йодо-бромные воды в поселках Головинка и Уч-Дере содержат незначительные количества пресных вод.

ТАШКЕНТСКИМ АРТЕЗИАНСКИМ БАССЕМН

5. Общие сведения о бассейне

Ташкентский артезианский бассейн представляет своеобраз­ ный тип среднего артезианского бассейна, в котором не были известны открытые очаги разгрузки подземных вод. Он был обнаружен в 50-х годах в результате заложения разведочных скважин на нефть.

Ташкентский артезианский бассейн приурочен к юго-вос­ точной части крупной тектонической впадины, носящей на­ звание Северо-Кызылкумской синеклизы. В структурно-гидро­ геологическом отношении Ташкентский бассейн представляет собой трехэтажное сооружение (рис. 8 ).

Нижний этаж сложен дислоцированными породами сред­ него и верхнего палеозоя, разбитыми трещинами, сбросами и прорванными интрузиями гранитоидов. На размытой поверх­ ности пород этого этажа несогласно залегают мезозойские и третичные осадки, с которыми связаны напорные водоносные горизонты среднего структурно-гидродинамического этажа. Основной водоносный комплекс приурочен к отложениям верхнего мела. Третий, верхний структурно-гидродинамиче­ ский этаж включает водоносные горизонты, приуроченные в основном к четвертичным отложениям. Бассейн можно рас­ сматривать как часть единой гидравлически связанной водо­ напорной системы — Сырдарьинского артезианского бассейна.

50

Основной объект исследований в пределах Ташкентского артезианского бассейна — водоносный горизонт, приурочен­ ный к пескам и песчаникам среднечанакской свиты меловых отложений.

По химическому составу воды этого горизонта (Ташкент^ ские минеральные) преимущественно гидрокарбонатно-натри-

35 мг-экв/л. Газ в водах данного горизонта по составу азотный

Рис. 8. Геологический разрез (схема Ташкентско­ го района):

(до 84%), содержит в некоторых случаях кислород; в повы­ шенных количествах присутствуют редкие газы. Содержание углеводородных газов ничтожно, и во многих пробах они практически отсутствуют.

Преобладание в составе газов азота в сочетании с невы.- сокой общей минерализацией подземных вод, высокой темпе­ ратурой, повышенным содержанием H2S i0 3 и щелочной реак­ цией (pH до 8,2) приближает эти воды к характерной группе азотных терм, широко распространенных в области проявле­ ния молодых тектонических движений, где создаются условия для проникновения атмосферных вод по трещинам [2, 51]. ;

Относительно области современного питания чанакского горизонта существовали различные мнения. Однако получен­ ные в результате многолетних исследований данные позволя­ ют внести большую определенность в оценку гидрогеологиче­ ских условий бассейна.

Представляет интерес то, что по палеографическим дан­ ным условия осадконакопления относятся к прибрежно-мор­ скому типу (переходному) - По составу поровые воды здесь — смешанные, а водные вытяжки близки не к современным во­ дам, а к поровым растворам. Это свидетельствует об ограни­ ченной промытости бассейна (табл. 8 ).

Т а б л и ц а 8

Химический состав современных подземных вод, поровых растворов и водных вытяжек

(Na+K)ee

Несомненно и то, что в ходе диагенеза толща осадочных отложений вместе с заключенными в них древними водами подвергалась промыванию подземными водами инфильтрационного генезиса. Воздействие последних на глубокие водонос­ ные горизонты достаточно четко проявляется в физико-хими­ ческом облике подземных вод меловой толщи, в которой со­ храняются небольшие доли древних вод. Однако воздействие современных процессов инфильтрации в пределах бассейна весьма неоднородно, что, в конечном счете, привело к появле­ нию ярко выраженной зональности.

52

6. Возраст и генезис минеральных вод бассейна

Специфические условия формирования подземных вод бас­ сейна были выявлены с помощью радиогидрохимических и изотопных методов, в результате чего был определен эффек­ тивный возраст и изотопный состав подземных вод.

Данные комплексных исследований подземных вод и водовмещающнх пород бассейна помогли выявить ряд закономер­ ностей, на основании которых в пределах бассейна условно выделены три зоны, различающиеся между собой средними

пределах бассейна подвергались процессу смешения. Каждая зона характеризуется своими специфическими чертами. Вы­ явленная зональность свидетельствует и о неодинаковой промытости разных участков бассейна. В табл. 9 приведены ос­ новные средние изотопные показатели по выделенным зонам бассейна.

Зоне развития инфильтрационных вод (I зона) свойствен­ но наличие кислородных вод (до 7 мг/л), обладающих высо­ ким окислительно-восстановительным потенциалом, при кото­ ром уран интенсивно переходит из пород в воду. В породах этой зоны существует сдвиг радиоактивного равновесия в ря­ ду U—Ra в сторону радия; отношение между ураном и ради­ ем таково, что вынос урана из пород начался не более 400 тыс. лет назад. Для этой зоны характерны высокие коэф­ фициенты миграции урана (от 1 до 10, по А. И. Перельману). Для вод этой зоны также характерны относительно высокие (2 ,0—2 ,5 ) значения отношения 23‘HJ/238U (в среднем оно рав­ но 2 ,1 ).

53

В 1962— 1965 гг. изучались подземные воды с целью оцен­ ки их эффективного возраста по гелий-аргоновому способу. Полученные данные представлены на схематической карте эф­ фективного возраста минеральных вод бассейна, из которой видно, что возраст вод изменяется от 60—80 тыс. лет в севе­ ро-восточной части бассейна до 4— 6 млн. лет в наиболее глу­ бокой части бассейна (рис. 9).

1968 гг., достаточно 'быстро достигло своих первоначальных

1 Результаты выражены относительно проб московского водопровода.

54

Таким образом, зональность бассейна подтверждается так­ же данными по возрасту подземных вод и содержанию дей­ терия. Эти результаты находятся в полном соответствии с данными определения отношения 234U/238U в ВОдах н коэффи­ циентов миграции урана (рис. 10 и 11). Последние данные не только подтверждают зональность вод, но в некоторых случа­ ях детализируют полученную картину. Например, возраст подземных вод II зоны, зоны развития вод смешанного типа, старше, чем в северо-восточной части бассейна, а коэффици-

Рис. 10. Схематическая карта миграции урана:

ент миграции урана ниже. Отношение 234U/238U в ВОдах изме­ няется от 2,6 до 1,3 при среднем значении по этой зоне 1,9. Для гидродинамических условий этой зоны характерно замед­ ленное движение вод.

Третья зона— центральная часть бассейна — наиболее за­ стойная. Она также отчетливо выявляется по всем показате­ лям: возраст вод достигает в наиболее глубоких частях бас­

ние изотопов урана, как правило, снижается до 1,3— 1,8 при среднем значении 1 ,6 .

Таким образом, совершенно независящие друг от друга параметры, характеризующие систему порода с вода в бас­ сейне, дают одну и ту же картину распределения и движения вод от областей питания до глубоких участков бассейна.

55

По данным определения дейтерия построена схематиче­ ская карта пропорций смешения вод (рис. 1 2 ), так как из вы­ шесказанного очевидно, что воды Ташкентского артезианского бассейна — смешанные. В северной части бассейна доля пер­ вичных вод — наименьшая, минеральные воды почти нацело заменены инфильтрационной водой, а в глубинных частях бассейна есть участки, в которых мало ннфильтрационных современных вод.

По данным определения возраста подземных вод и отно­ шений изотопов урана произведена оценка скорости движе-

ния подземных потоков; она оказалась различной в разных частях бассейна — в центральной части минимальна и равна нескольким сантиметрам в год, в краевых частях — на поря­ док выше. Следовательно, при значительных скоростях дви­ жения вод глубина фронта распространения инфильтрационных вод в краевых частях бассейна больше, чем в централь­ ной части. Это согласуется со всеми другими показателями: так, например, в то время, как в центральной части бассейна содержание дейтерия в среднем равно 1,0 2 отн. ед., в водах северной части оно намного меньше (от 0,91 до 0,98 отн. ед.). Движение вод во краевой части происходит с большей ско­ ростью, поэтому воды с низким содержанием дейтерия ранее приходят в область перелива. В результате в зоне сочленения

56

Ташкентского и Восточно-Кызылкумского артезианского бас­ сейнов отмечены низкие концентрации дейтерия в подземных водах верхнемеловых отложений (табл. 10). Полученные дан­ ные подтверждают предположение, что центральная часть бассейна — район затрудненного водообмена.

Можно подсчитать число циклов инфильтрационного водо­ обмена в бассейне. Если длительность инфильтрационного этапа равна 20 млн. лет, а возраст наиболее древней воды в бассейне 5—7 млн. лет, то, следовательно, имело место не­ сколько (3—4) циклов водообмена. Примерно такие же ре­ зультаты получаются при расчете циклов водообмена по фор­ муле А. А. Карцева [22].

Для оценки возраста подземных вод может быть использо­ ван метод, основанный на соотношении между радиогенными инертными газами (например, гелий — радон). В работе [48] показано, что для практических целей можно получить выра­ жение вида

дона, эман.

Попытка оценки возраста подземных вод с помощью ге- лий-радонового метода, хотя и рассматривается как предва­ рительная рекогносцировка, все же по порядку величин по­ зволяет получить ориентировочные данные о возрасте вод: например, для скважин в поселках Капламбек, Дарбаза и Сары-Агач, на станции Монтайташ, его значения составили соответственно 240, 900, 870, 360 тыс. лет.

Таким образом, ташкентские минеральные воды, вскрыва­ емые в глубоко погруженной части бассейна, по содержанию дейтерия, а также по возрасту вод, изотопному составу ура­ на отличаются от вод краевой части. Условия хорошей промытости, свойственные для краевой части бассейна, не рас­ пространяются на центральную часть его.

В настоящее время минеральные воды Ташкентского ар­ тезианского бассейна существенно не пополняются. Подзем-

57

ные воды Ташкентского бассейна питаются преимущественно за счет инфильтрациоиных вод в районе Ташкентских пу­ лей, где меловые отложения выходят на поверхность. Влияние молодых инфильтрациоиных вод в центральной части бассей­ на незначительно.

ф е р г а н с к и й а р т е з и а н с к и й б а с с е й н

(сульфидные воды Чимиона и Оби-Шифо)

7. Общие сведения о месторождениях Чимиона и Оби-Шифо

Ферганская нефтегазоносная область приурочена к одно­ именной межгорной впадине, ограничена с севера Курамин-

Чимионское месторождение сульфидных вод приурочено к узкой, ориентированной в широтном направлении антикли­ нальной структуре, расположенной на южном склоне Ферган­ ского артезианского бассейна. Полагают, что с запада этот бассейн через так называемые Ленинабадские ворота имеет связь с Ташкентским артезианским бассейном, однако харак­ тер и степень этой связи не выяснены.

В пределах Ферганского бассейна выделяют (Б. А. Бедер, 1963 г.) четыре гидрогеологические области, причем район Чимнонского месторождения сероводородных минеральных вод расположен в пределах третьей гидрохимической зоны, приуроченной к зоне адыров. Это область распространения теплых и горячих, в основном напорных, вод с различной ми­ нерализацией: наименьшая в отложениях бактрийской серин

иболее высокой в отложениях массагета, палеогена и мела.

Вгидрогеологическом отношении в комплексе мезокайнозойских отложений юга Ферганы выделяют (по Т. Ф. Стойнову) два этажа:

1)верхний — четвертичные отложения и бактрийские кон­ гломераты. Это зона интенсивного водообмена, и здесь цир­ кулируют в основном пресные воды и реже минерализованные воды;

2)нижний, где водоносные горизонты массагетских отложе­

ний неогена и серии водоносных горизонтов палеогена, мела и юры. Эта часть разреза характеризуется слабой промытостыо пород, затрудненным водообменом, повышенной (места­ ми высокой) минерализацией вод.

Чимионское месторождение сульфидных вод расположено в пределах нижнего этажа.

58

В пределах контура Чимионского месторождения взяты пробы различных типов минеральных вод. Среди них выделя­ ются своим бальнеологическим значением азотно-метановые воды хлорндно-кальцнево-магниево-натриевого состава со средней и высокой концентрацией сероводорода, холодные и

8.Возраст и происхождение Чимиона и Оби-Шифо

Впоследние годы возраст различного типа вод Ферган­ ской впадины определялся неоднократно [1, 49]. Получены ре­ зультаты определения возраста сульфидных вод Чимиона и Оби-Шифо гелий-аргоновым методом без учета и с учетом фактических данных по районам.

Данные этих определений отличаются друг от друга. Нами проведены дополнительные определения эффективного возра­ ста вод Чимиона и Оби-Шифо с учетом радиоактивности и физических свойств пород районов.

Вработах А. Н. Султанходжаева и др. приведены дан­ ные по плотности и пористости водовмещающих и подстилаю­ щих пород мезозоя, палеогена и неогена.

При значениях отношения плотности р (г/см3) к пористо­ сти р (отн. ед.) для пород палеогена, изменяющихся в преде­ лах от 4 до 8, среднее значение (р/р) =5,3.

Содержания радиоактивных элементов, определенные в

водовмещающих породах на Чимионе по средней пробе (в основном оглиненные известняки), равны низким кларковым значениям.

Просмотр гамма-каротажных диаграмм позволил сде­ лать вывод, что в породах Чимионской структуры нет замет­ ных изменений интенсивности у-излучения, и, следовательно, можно предположить, что содержание радиоактивных эле­ ментов сохраняется примерно постоянным от горизонта к го­

ния в формулу (10), получим выражение для расчета эффек­ тивного возраста вод:

59