Рудообразующие компоненты в пластовых водах




Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Рудообразующие компоненты в пластовых водах

Рудообразующие компоненты в пластовых водах

07.09.2017


Форххаммер в 1835 г. Высказал предположение, что рудные жилы могли быть отложены циркулирующими водами, состав которых определялся металлами, присутствующими в малых количествах в любой породе. Последующие расчеты баланса масс показали, что выщелачивание небольшой доли металлов, имеющихся в обычных породах, включая осадочные, может дать достаточно материала для образования рудных месторождений. Рёддер рассчитал, что для формирования полиметаллического рудного месторождения в геологически приемлемое время (10в6 лет) при геологически допустимых скоростях потоков флюидов из каждой тонны раствора должен осаждаться минимум 1 г металла. Чтобы реликтовый рассол можно было рассматривать в качестве потенциального рудообразующего раствора, он, вероятно, должен содержать не менее 1—10 г/т данного элемента или металла. Мы коротко проанализируем особенности распределения шести элементов, характерных для месторождений миссисипского типа: серы, свинца, цинка, бария, стронция и фтора.
Сера. Свинец и цинк в рудных месторождениях миссисипского типа встречаются преимущественно в виде сульфидов — галенита и сфалерита, барий и стронций — в виде сульфатов — членов изоморфного ряда барит — целестин. Наличие серы и степень ее окисления являются, несомненно, важными факторами, от которых зависит, сможет ли реликтовый рассол стать потенциальным рудообразующим раствором.
Содержание сульфат-иона в подземных рассолах сильно варьирует, но обычно значительно ниже 2700 г/т — уровня, характерного для морской воды. На ранней стадии диагенеза богатых органическим веществом морских осадков доминирующим процессом является восстановление сульфат-иона в сульфид-ион. Осаждение сульфидов железа и направленная вверх диффузия H2S эффективно понижают общую концентрацию растворенной серы в поровых водах осадочных пород.
В большинстве подземных вод сера представлена в основном сульфатами. Однако в водах источников, которые по составу аналогичны хлоридным натриевым или хлоридным натриево-кальциевым подземным рассолам, часто преобладает сера в сульфидной форме. H2S является также обычным компонентом нефтяных газов, в которых достигает значительной концентрации. Богатые H2S газы содержатся, как правило, в карбонатных толщах, но первоначально могли возникнуть в обогащенных органическим веществом глинистых породах тех же бассейнов.
Наличие восстановленной серы в подземных флюидах является важным для нашего обсуждения по двум причинам. Во-первых, сульфид-ион необходим, как установлено, для осаждения галенита и сфалерита. Во-вторых, в богатых сульфид-ионом умеренно щелочных рассолах важным комплексообразователем металлов становится гидросульфид-ион, который способствует увеличению интенсивности извлечения и переноса свинца и цинка. К сожалению, о химическом составе и распространении сульфидных вод известно меньше, чем о многих других типах вод, что частично объясняется трудностями опробования и анализа. Например, за некоторыми исключениями, вообще отсутствует информация о концентрации металлов и сульфид-иона в рассолах, сопровождающих скопления природных газов, богатых H2S. Такие данные были бы весьма полезны при оценке роли пластовых сульфидных вод в рудообразовании.
Свинец и цинк. Источником значительной части нашей наиболее детальной информации о распространении свинца и цинка в водах осадочных толщ служат два района, где осаждение этих металлов в скважинах оказалось настолько обильным, что мешало откачке флюидов. На полуострове Челекен в Каспийском море рассолы в толще неогеновых красноцветов мощностью 2800 м содержат 0,2—5,4 г/т Zn и от 2 до 77 г/т Pb. В Челекенском комплексе найдены три разных типа седиментогенных вод. Наиболее глубокими, с температурами выше 105° С, являются Na-Cl-НСО3-воды с общей минерализацией 35—40 г/л. Из этих вод при откачке в обсадных трубах скважин осаждаются кальцит и барит. Высокие концентрации свинца и цинка найдены в вышележащих хлоридных натриевых водах, которые на забое скважин имеют температуру 80° С. Соленость вод данного типа значительно больше (150—290 г/л), из них выпадает самородный свинец. Самые близкие к поверхности воды в красноцветах являются высокоминерализованными (250 г/л), хлоридными натриево-кальциевыми рассолами, которые богаты H2S. О содержаниях свинца и цинка в этих водах не сообщается, но известно, что из них выпадает пирит.
На Челекенском месторождении термальных вод, в одном из баков, куда сливались из разных скважин металлоносные и богатые H2S рассолы, наблюдалось обильное отложение сфалерита, галенита и пирита. Скорости выпадения этих сульфидов могут быть большими: корка сфалерита мощностью 2,5 мм образовалась за 3 месяца.
Богатые металлами нефтеносные рассолы, содержащие до 370 мг/л Zn и 92 мг/л Pb, широко распространены в центральной части шт. Миссисипи. Общая минерализация этих хлоридных натриево-кальциевых вод составляет 160—340 г/л, а температуры колеблются от 100 до 140° С. Вмещающие породы представлены карбонатными толщами мелового возраста, залегающими на глубине от 2700 до 4400 м. В ряде случаев из этих вод осаждаются в виде накипи на стенках скважин барит, самородный свинец и галенит. У устья некоторых скважин, изливающих рассол, богатый H2S, отлагается черный тонкозернистый осадок.
И Челекен, и центральная часть шт. Миссисипи характеризуются нормальными геотермическими градиентами. Ни на той, ни на другой площади нет никаких признаков магматической активности, с которой можно было бы связать столь сильное обогащение рассолов металлами.
Обогащенные свинцом и цинком рассолы известны также в геотермальном районе Солтон-Си и во впадинах Красного моря. Оба региона характеризуются активным континентальным рифтогенезом и высоким тепловым потоком. Хотя весьма вероятно, что металлы, по крайней мере в районе Солтон-Си, извлекались из осадочных пород, процессы экстракции, по-видимому, были значительно усилены высоким потоком тепла- через эти системы.
Биллингс и др., изучавшие содержание металлов в рассолах более древних осадочных толщ, сообщают, что концентрации цинка в пластовых водах бассейна Альберта колеблются в пределах 0,01—290 мг/л со средневзвешенным 0,30 мг/л. Содержание свинца неизвестно, и соотношения между концентрациями цинка и главных растворенных компонентов не рассматриваются. В других бассейнах содержание растворенного металла может быть значительно меньше. По данным Сленца, среднее содержание цинка в разнообразных водах нефтеносных полей составляет лишь 0,01 г/т.
В определенных условиях обычных процессов осадкообразования может оказаться достаточно для генерации металлоносных флюидов. Однако наши знания об общих закономерностях распределения свинца и цинка в пластовых водах слишком ограниченны, чтобы уверенно назвать процессы, ведущие к концентрации этих элементов. Проведенный Ведеполем анализ распространенности свинца и цинка совершенно ясно показывает, что их средние концентрации в осадочных породах обычного типа не обнаруживают значительных отклонений от средних значений для земной коры. Выявление возможных источников свинца и цинка может заключаться тогда не столько в обнаружении осадочных пород, аномально обогащенных этими металлами, сколько в нахождении условий диагенеза и составов вод, благоприятствующих мобилизации их водными растворами.
Одним из потенциальных источников металлов является органическое вещество осадочных пород. Растворенные органические комплексы служат эффективными агентами переноса металлов в пресных водах. Однако при поступлении с речной водой в море многие из металлоорганических комплексов будут флоккулировать и осаждаться совместно с тонкозернистой фракцией речной взвеси. При захоронении и диагенезе органического вещества различные металлы могут предпочтительно входить в подвижную органическую фазу с преобладанием углеводородов, малоподвижную термоустойчивую органическую фазу, неорганическую твердую фазу или водный рассол. Порфирины, входящие в состав сырых нефтей, преимущественно закомплексовывают никель и ванадий, что может препятствовать поступлению этих элементов в подземные воды. С другой стороны, черные сланцы, богатые органическим веществом, обогащены рядом тяжелых металлов, включая цинк и свинец. Они могут служить примером осадочных пород, в которых металлы фиксированы в малоподвижных органических соединениях или сульфидах.
Другими возможными источниками свинца и цинка в осадочных породах являются силикаты, карбонаты и другие неорганические соединения. Свинец, например, замещает калий в полевом шпате и слюдах и может высвобождаться при диагенезе или гидротермальных изменениях этих минералов. Свинец в рудах миссисипского типа по изотопному составу сходен со свинцом из палеозойских песчаников и/или пород верхней части докембрийского фундамента.
Металлоносные воды центральной части шт. Миссисипи, района Солтон-Си и Красного моря, по-видимому, частично обязаны своим составом взаимодействию с эвапоритами. Челекенские красноцветы содержат ангидрит, следовательно, эвапориты могли и там влиять на состав рассолов. Эти очевидные связи заслуживают большого внимания при дальнейших исследованиях. Имеющиеся в настоящее время данные допускают предположение о том, что высокие температуры (> 80° С) и высокие солености (> 200 ‰) или высокие концентрации сульфид-иона благоприятствуют мобилизации металлов в пластовые флюиды. Такие условия способствуют образованию устойчивых комплексов металлов в растворах и, по-видимому, усиливают диагенетическое разрушение минералов или органических соединений, содержащих металлы.
Барий и стронций. В отличие от морской воды, в которой концентрация растворенного бария составляет лишь 1*10-2—5*10в-2 г/т, многие подземные рассолы содержат от 1 до почти 6000 г/т растворенного бария и, несомненно, являются потенциальными баритобразующими растворами. Осаждение налетов BaSO4 из пластовых вод наблюдалось в большинстве нефтеносных районов США. Хотя многие баритовые налеты образуются при искусственном заводнении нефтеносных пластов, осаждение в некоторых глубоких скважинах происходит, вероятно, просто в результате адиабатического охлаждения при откачке продуктивных вод. Это явление показывает, что в определенных природных водах могут переноситься одновременно такие количества бария и сульфат-иона, которые достаточны для образования значительных скоплений барита при охлаждении растворов.
Исходная концентрация бария, вероятно, лимитируется произведением растворимости BaSO4. Например, в морской воде высокая концентрация сульфат-иона, по-видимому, ограничивает концентрацию бария. В раннюю стадию диагенеза сульфат-ион в результате бактериального восстановления удаляется из раствора, и поровые воды приобретают способность переносить большие количества бария. В пластовых водах с соленостью не выше, чем у морской воды (35 ‰), концентрация бария может достигать 100 г/т. Однако источники растворенного бария в пластовых водах надежно не установлены. Хотя барий преимущественно адсорбируется глинистыми минералами, исследования Хэнора и Чена показывают, что адсорбированный барий количественно удаляется катионным обменом, когда глинистое вещество с речной водой попадает в море. К более вероятным источникам следует отнести глинистые минералы с барием в межслоевой обменной позиции и калиевые силикаты с изоморфным барием. Из калиевых слюд и калиевых полевых шпатов барий должен легко высвобождаться при разрушении их в процессе диагенеза. Кроме того, возможно прямое бактериальное восстановление и растворение барита.
Большая часть природного барита содержит от 1 до 25 мол.% SrSO4 в виде твердого раствора. Примерно такие же колебания состава имеют налеты в нефтеносных полях. В подземных рассолах мольное отношение Sr/Ba варьирует от 10в-2 до 10в2, чего, вероятно, достаточно для объяснения многих наблюдающихся колебаний в составе твердой фазы. Различия в отношении Sr/Ba в пластовых водах могут быть обусловлены тем, что содержание стронция контролируется диагенезом карбонатов и сульфатов кальция, а содержание бария — диагенезом калиевых минералов.
Фтор. Содержание растворенного фтора в обычных рассолах нефтяных районов колеблется от ~0,1 до 10 г/т. Как правило, самые высокие средние концентрации фтора и наибольшие отношения F/C1 присущи относительно разбавленным НСО3-SO4-водам, а не хлоридным натриевым и хлоридным натриево-кальциевым рассолам. Среди рассолов каждого типа, однако, имеются воды, которые по содержанию фтора могут быть потенциальными флюоритообразующими растворами. К возможным диагенетическим источникам фтора относятся флюорит- и гидроксилсодержащие минералы, например апатит и слюда. Растворимость флюорита возрастает с ростом температуры и концентрации электролита, поэтому при диагенезе флюорит может растворяться. Высокая концентрация кальция в некоторых глубинных рассолах может, однако, ограничить содержание фтор-иона в этих водах. При меньшей минерализации или более низком содержании кальция воды могут быть более вероятными переносчиками фтор-иона.