«Науки о Земле» 2011 2

Физико-химические аспекты формирования азотных терм в системе «вода – гранит»

Авторы: С. Х. Павлов, К. В. Чудненко
Аннотация:

Проведено моделирование физико-химических взаимодействий в системе «вода–гранит» в условиях формирования азотных терм. Установлено, что кларковые содержания летучих в породе могут сформировать концентрации главных анионов, соответствующие их содержаниям в природных термах, но при бо- лее высокой, редко встречающейся величине минерализации термальных вод. Модельные растворы, минерализация которых соответствует широко распространен- ным типам азотных терм в кристаллических породах, имеют HSiO3–Na состав. Тщательными полевыми исследованиями установлено, что гидросиликатный натриевый состав имеют азотные термы Тянь-Шаня. Кларковые концентрации азота могут обеспечить его поступление в раствор в количестве, обеспечивающем половину его содержания в атмосферных осадках или родниковых водах зоны интенсивного водообмена. Высокие концентрации гелия, установленные в гранитах фундамента Сибирской платформы, формируют растворы, в которых количество гелия соответствует его содержаниям в широко распространенных типах азотных терм. Концентрирование растворов – процесс не характерный для формирования азотных терм.
Ключевые слова: гидрогеохимия, гидротермы, вторичное минералообразование, моделирование, физико-химические процессы
УДК: 556. 1
Литература: 1. Арсанова Г. И. Редкие щелочи в термальных водах вулканических областей / Г. И. Арсанова. – Новосибирск : Наука, 1974. – 111 с.
2. Барабанов Л. Н. Азотные термы СССР / Л. Н. Барабанов, В. Н. Дислер. – М. : Изд-во ЦНИИКИФ, 1968. – 120 с.
3. Барсуков В. Л. Об источнике рудного вещества / В. Л. Барсуков, И. Д. Рябчиков // Геохимия. – 1980. – № 10. – С. 1439–1449.
4. Басков Е. А. Гидротермы Тихоокеанского сегмента Земли / Е. А Басков, С. Н. Суриков. – М. : Недра, 1975. – 172 с.
5. Басков Е. А. Состав и условия формирования минеральных вод Забайкалья / Е. А. Басков, Г. И. Климов // Материалы по региональной и поисковой гидрогеологии. Тр. ВСЕГЕИ. Нов. сер. – Л. : Изд-во ВСЕГЕИ, 1963. – Т. 101. – С. 50–85.
6. Богатиков О. А. Средние химические составы магматических горных пород : справ. / О. А. Богатиков, Л. В. Косарева, Е. В. Шарков. – М. : Недра, 1987. – 152 с.
7. Борисов М. В. Геохимические и термодинамические модели жильного гидротермального рудообразования / М. В. Борисов. – М. : Науч. мир, 2000. – 320 с.
8. Брукс Р. Микроэлементы термальных рассолов и иловых вод красного моря / Р. Брукс, И. Каплан, М. Питерсон // Современное гидротермальное рудоотложение. – М. : Мир, 1974. – С. 76–95.
9. Бычинский В. А. Определяющие отличия физико-химических систем «вода-порода» континентальных рифтовых зон и островных дуг / В. А. Бычинский, И. С. Ломоносов, Ю. Н. Диденков // Проблемы поисковой и экологической геохимии Сибири : тр. науч. конф., посвящ. 100-летию проф. Том. политехн. ун-та П. А. Удодова. Томск, 25–30 окт. 2003 г. – Томск : Изд-во ТПУ, 2003. – С. 49–52.
10. Валяев Б. М. Углеводородная дегазация Земли и генезис нефтегазовых месторождений / Б. М. Валяев // Геология нефти и газа. – 1997. – № 9. – С. 30–37.
11. Виноградов А. П. Средние содержания химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры / А. П. Виноградов // Геохимия. – 1962. – № 7. – С. 555–571.
12. Войтов Г. И. Химизм и масштабы современного потока природных газов в различных геоструктурных зонах / Г. И. Войтов // Журн. Всесоюз. хим. о-ва. – 1986. – Т. XXXI, вып. 5. – С. 533–540.
13. Войтов Г. И. Нестабильности потоков метана в холодной дегазации Земли / Г. И. Войтов // Геохимия. – 2000. – № 3. – С. 309–316.
14. Вотинцев К. К. О роли глубинных подземных вод в формировании качества воды Байкала / К. К. Вотинцев, Г. И. Галазий // Вод. ресурсы. – 1985. – № 6. – С. 26–29.
15. Гавриленко Е. С. Глубинная гидросфера Земли / Е. С. Гавриленко, В. Ф. Дерпгольц. – Киев : Наук. Думка, 1971. – 272 с.
16. Диденков Ю. Н. Структурно-гидрогеологические и физико-химические основы формирования пресноводной гидросферы Байкальского рифта / Ю. Н. Диденков, В. А. Бычинский, И. С. Ломоносов // Фундаментальные проблемы современной гидрогеохимии : тр. Междунар. науч. конф. Томск, 4–8 окт. 2004 г. – Томск : Изд-во НТЛ, 2004. – С. 240–247.
17. Диденков Ю. Н. О возможности существования эндогенного источника пресных вод в рифтовых геодинамических условиях / Ю. Н. Диденков, В. А. Бычинский, И. С. Ломоносов // Геология и геофизика. – 2006. – Т. 47, № 10. – С. 1114–1118.
18. Диденков Ю. Н. Водно-углекислая ветвь современной дегазации Земли в Байкальской рифтовой зоне / Ю. Н. Диденков, В. А. Бычинский, И. С. Ломоносов // Подземная гидросфера : материалы Всерос. совещ. по подз. водам востока России. – Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2006. – С. 29–32.
19. Замана Л. В. О происхождении сульфатного состава азотных терм Байкальской рифтовой зоны / Л. В. Замана // Докл. РАН. – 2000. – Т. 372, № 3. – С. 361–363.
20. Замана Л. В. Кальциевые минеральные равновесия азотных терм Байкальской рифтовой зоны / Л. В. Замана // Геохимия. – 2000. – № 11. – С. 1159–1164.
21. Иванов В. В. Основные закономерности формирования и распространения термальных вод Дальнего Востока СССР / В. В. Иванов // Вопросы формирования и распространения минеральных вод СССР. – М. : Медгиз, 1960. – С. 171–260.
22. Капченко Л. Н. К вопросу о происхождении вод оз. Байкал / Л. Н. Капченко, Т. П. Гроздова // Вод. ресурсы. – 1997. – Т. 24, № 5. – С. 634–638.
23. Карпов И. К. Физико-химическое моделирование на ЭВМ в геохимии / И. К. Карпов. – Новосибирск : Наука, 1981. – 247 с.
24. Карпов И. К. Термодинамический критерий метастабильного состояния углеводородов в земной коре и верхней мантии / И. К. Карпов, В. С. Зубков, А. Н. Степанов // Геология и геофизика. – 1998. – Т. 39, № 11. – С. 1518–1528.
25. Комлев Л. В. Основные геохимические черты современных термальных процессов среднего Тянь-Шаня / Л. В. Комлев, Н. М. Прокопенко // Материалы по геологии и геохимии Тянь-Шаня. Ч. 4, 1935. – С. 155–184.
26. Кононов В. И. Влияние естественных и искусственных очагов тепла на формирование химического состава подземных вод / В. И. Кононов. – М. : Наука, 1965. – 147 с.
27. Кононов В. И. Гидрогеология Исландии / В. И. Кононов // Изв. АН СССР. Сер. геол. – 1978. – № 4. – С. 128–143.
28. Кононов В. И. Гидротермальная активность Исландии / В. И. Кононов, Б. Г. Поляк // Исландия и срединно-океанический хребет: Глубинное строение, сейсмичность и геотермальная активность. – М. : Наука, 1977. – С. 7–82.
29. Короновский Н. В. Гидротермальные образования в океанах / Н. В. Короновский // СОЖ. – 1999. – № 10. – С. 55–62.
30. Крайнов С. Р. Моделирование геохимических процессов в системе гранит/вода с летучими анионогенными (Cl, S, C) компонентами в связи с дискуссионными вопросами геохимии термальных подземных вод / С. Р. Крайнов, Б. Н. Рыженко // Геохимия. – 1996. – № 3. – С. 228–241.
31. Крайнов С. Р. Геохимия подземных вод. Теоретические, прикладные и экологические аспекты / С. Р. Крайнов, Б. Н. Рыженко, В. М. Швец. – М. : Наука, 2004. – 677 с.
32. Красинцева В. В. Закономерности накопления и рассеяния хлора и брома в подземных водах / В. В. Красинцева // Генезис минеральных и термальных вод. – М., 1968. – С. 104–105.
33. Ломоносов И. С. Геохимия и формирование современных гидротерм Байкальской рифтовой зоны / И. С. Ломоносов. – Новосибирск : Наука, 1974. – 166 с.
34. Ломоносов И. С. Геохимические критерии ювенильности современных гидротерм Байкальского рифта и Восточно-Камчатской вулканической зоны / И. С. Ломоносов, В. Д. Пампура // Тектоника и сейсмичность континентальных рифтовых зон. – М. : Наука, 1978. – С. 71–77.
35. Мартынова М. А. Современные представления об эволюции состава гидросферы / М. А. Мартынова, А. Ф. Грачев // Проблемы гидрогеохимии и промышленные рассолы. – Минск : Наука и техника, 1983. – С. 16–22.
36. Мартынова М. А. О роли глубинного флюида в формировании инверсионных гидрохимических разрезов / М. А. Мартынова, Г. И. Мартьянова // Вестн. ЛГУ. Геология. География. – 1984. – Вып. 3, № 18. – С. 78–83.
37. Мартынова М. А. К проблеме формирования гидрохимических инверсий / М. А. Мартынова, Г. И. Мартьянова, Т. В. Сергеева // Вестн. ЛГУ. Геология. География. – 1986. – Вып. 4, № 18. – С. 29–38.
38. Мельник Ю. П. Термодинамические константы для анализа условий образования железных руд : справ. / Ю. П. Мельник. – Киев : Наукова Думка, 1972. – 96 с.
39. Методы геохимического моделирования и прогнозирования в гидрогеологии. – М. : Недра, 1988. – 254 с.
40. Набоко С. И. Металлоносность современных гидротерм в областях современной тектонической активности / С. И. Набоко. – М. : Наука, 1980. – 199 с.
41. Овчинников А. М. Гидрогеохимия / А. М. Овчинников. – М. : Недра, 1970. – 200 с.
42. Рид Р. Свойства газов и жидкостей: справочное пособие : пер. с англ. / Р. Рид, Дж. Праусниц, Т. Шервуд. – Л. : Химия, 1982. – 592 с.
43. Рыженко Б. Н. Химические характеристики (состав, рН, Eh) системы порода/вода. 1. Системы гранитоиды/вода / Б. Н. Рыженко, Викт. Л. Барсуков, С. Л. Князева // Геохимия. – 1996. – № 5. – С. 436–454.
44. Рыженко Б. Н. Химические характеристики (состав, рН, Eh) систем порода/вода. II. Системы «диорит(андезит)/вода» и «габбро(базальт)вода» / Б. Н. Рыженко, Викт. Л. Барсуков, С. Л. Князева // Геохимия. – 1997. – № 12. –С. 1227–1254.
45. Самсонов В. В. Иркутский нефтегазоносный бассейн / В. В. Самсонов. – Иркутск : Вост.-Сиб. кн. изд-во, 1975. – 196 с.
46. Чудненко К. В. Термодинамическое моделирование в геохимии: теория, алгоритмы, программное обеспечение, приложения / К. В. Чудненко – Новосибирск : Акад. изд-во «Гео», 2010. – 287 с.
47. Шварцев С. Л. О некоторых вопросах эволюции объема и состава подземных инфильтрационных вод в алюмосиликатных породах / С. Л. Шварцев // Геохимия. – 1975. – С. 905–917.
48. Berman R. G. Internally-consistent thermodynamic data for minerals in the system Na2O- K2O-CaO-MgO-FeO-Fe2O3-Al2O3-SiO2-TiO2-H2O-CO2 / R. G. Berman // Journ. of Petrology. – 1988. – Vol. 29. – P. 445–522.
49. Chase M. W. JANAF Thermochemical Tables, Third Edition, Part 1–2 / M. W. Chase // J. Phys. Chem. Ref. Gata. – 1985. – Vol. 14, suppl. 1. – P. 1–1856.
50. Craig H. The isotopic geochemistry of water and carbon in geothermal areas / H. Craig // Nuclear geology on geothermal areas. – Spoleto, 1963. – P. 17–53.
51. Craig H. Isotopic geochemistry of thermal waters / H. Craig, G. Boato, D. E. White // Proc. 2nd Conf. on Nucl. Processes in Geol. Setting. Nat. Acad. Sci.; Nat. Res. Council. – 1956. – Publ. 400. – P. 29–38.
52. Ellis A. J. Natural hydrothermal systems experimental hot-water/rock interactions / A. J. Ellis, W. A. I Mahon // Geochim. Cosmochim. Acta. – 1964. – Vol. 28. – P. 1323–1357.
53. Ellis A. J. Natural hydrothermal systems experimental hot-water/rock interactions. II / A. J. Ellis, W. A. Mahon // Geochim. Cosmochim. Acta. – 1967. – Vol. 31. – P. 519–538.
54. Haar L. NBS/NRC Steam tables. Thermodynamic and transport properties and computer programs for vapor and liquid of water in SI units / L. Haar, J. S. Gallagher and G. S. Kell. – N. Y. : Mc Graw-Hill, 1984. – 318 p.
55. Helgeson H. C. Summary and critique of the thermodynamic properties of rock-forming minerals / H. C. Helgeson, J. M. Delany, H. W. Nesbitt // Amer. J. Sci. – 1978. – Vol. 278A. – P. 1–229.
56. Holland T. J. B. An enlarged and updated internally consistent thermodynamic dataset with uncertainties and correlations: the system K2O-Na2O-CaO-MgO-MnO-FeOFe2O3-Al2O3-TiO2-SiO2-C-H2-O2 / T. J. B. Holland, R. Powell // J. of metamorphic Geology. – 1990. – Vol. 8, N 1. – P. 88–124.
57. Holland T. J. B. An internally consistent thermodynamic data set for phases of petrological interest / T. J. B. Holland, R. Powell // J. of metamorphic Geology. – 1998. – Vol. 16, N 3. – P. 309–343.
58. Johnson J. W. SUPCRT92: software package for calculating the standard molal thermodynamic properties of mineral, gases, aqueous species, and reactions from 1 to 5000 bars and 0° to 1000 °C / J. W. Johnson, E. H. Oelkers, H. C. Helgeson // Computers Geosci. – 1992. – Vol. 18. – P. 899–947.
59. Karpov I. K. Modeling chemical mass transfer in gheochemical processes: thermodynamic relations, conditions of equilibria, and numerical algorithms / I. K. Karpov, K. V. Chudnenko, D. A. Kulik // Amer. J. Sci. – 1997. – Vol. 297, N 8. – P. 767–806.
60. Robie R. A. Thermodynamic properties of minerals and related substances at 298. 15 K and 1 bar (105 Pascals) pressure and at higher temperatures / R. A. Robie, B. S. Hemingway // U. S. Geol. Survey Bull. Vol. 2131. – Washington, 1995. – 461 p.
61. Shock E. L. Inorganic species in geologic fluids: Correlations among standard molal thermodynamic properties of aqueuos ions and hydroxide complexes / E. L. Shock, D. C. Sassani, M. Willis, // Geochim. Cosmochim. Acta. – 1997. – Vol. 61, N 5. – P. 907–950.
62. Thompson G. Basalt-sea water interaction / G. Thompson // Hydrothermal processe at seafloor spreding centers. – N. Y. : Plenum press, 1983. – P. 225–278.
63. Welhan J. A. Metane and hydrogen in East Pacific Rise hydrothermal fluids / J. A. Welhan, H. Craig // Geophis. Res. Lett. – 1979. – Vol. 6, N. 11. – P. 829–831.
64. White D. E. Geochemistry applied to the discovery, evaluation and exploitation of geothermal energy resources / D. E. White // Geotermics. – 1970. – Spec. iss. 2. – Vol. 1. – P. 58–80.