Предпосылки применения геохимических методов поисков солей

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Предпосылки применения геохимических методов поисков солей

03.09.2020

Список основных соляных минералов довольно разнообразный, однако преобладают породообразующие хлориды — галит, сильвин, карналлит, риннеит, хлоркальцит, реже встречаются сульфаты калия и магния — полигалит, лангбейнит, каинит, левеит, щёнит, эпсомит, кизерит. Терригенные образования представлены преимущественно глинисто-алевритистыми минералами. В месторождениях каменной соли присутствуют ангидрит, гипс. Минералогическими предпосылками для поисков солей являются: а) выходы гипсовых и ангидритовых пород, являющихся обычными спутниками ископаемых солей; б) присутствие в соленосных глинах, карбонатно-глинисто-соляных породах спутников соли — целестина, флюорита, селлаита; в) наличие значительных количеств магнезита среди сульфатных пород. Данные по минеральному составу соляных образований позволяют определить перечень элементов-индикаторов месторождений соли — хлор, бром, фтор, калий, натрий, кальций, магний, литий, рубидий, стронций, бор. Особенно важное значение имеют те индикаторы, которые не образуют собственных минеральных фаз, а изоморфно замещают ведущие элементы в солях. К их числу относятся бром и рубидий, которые замещают соответственно хлор в хлоридах и калий в соляных минералах. При формировании солей из растворов содержание Br в них прямо коррелирует с количеством KCl и NaCl. Содержание Br в галите, образованном в начальные стадии садки, составляет приблизительно 0,007%, а величина Вr*10в3/С1 равна 0,1; в конце галито-вой стадии перед образованием сильвина эти содержания составляют соответственно 0,025% и 0,4, а в заключительные стадии 0,07% и 0,95. Таким образом, содержание брома в галите увеличивается в выделяющихся позднее минеральных фазах по мере сгущения морской воды. Величина Br*103/С1, являясь чутким индикатором галитовой стадии, позволяет определить положение соляных горизонтов в немой толще и уровень их эрозионного среза. При кристаллизации сильвина концентрация Rb в жидкой фазе увеличивается, а при формировании карналлита элемент накапливается в твердой фазе, что согласуется с экспериментальными данными. После кристаллизации карналлита рубидий практически не обнаруживается в растворе. Величина Rb/K. в первично седиментационном карналлите начала стадии осадки составляет 24,7*10в-4, а для сильвинитов, образовавшихся при разложении карналлитовых залежей, — 10,33*10в-4. По распределению рубидия можно судить о последовательности процессов и системах равновесий, которые имели место при формировании калийных солей. Содержание Br и Rb в соляных толщах увеличивается от подошвы в кровле. При растворении сильвина и повторной кристаллизации минерала из рассолов тенденции распределения Br и Rb совпадают. По сравнению с вмещающими толщами соленосные образования отличаются резким снижением содержаний Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Ba, Ge.

Типоморфными элементами-индикаторами соляных отложений являются Br, Cl, К, Sr, В, Rb. Основной метод поисков солей — гидрохимический — основан на легкой растворимости соляных минералов и изменении химического состава вод под влиянием соляных толщ. Индикаторами минерализации являются хлор, бром, калий. Последние при миграции растворов в породах не выводятся из системы в связи с тем, что в этих условиях не образуют устойчивых минералов. В отличие от хлора и брома, Na, Ca, Mg, SO4 могут образовывать аномалии и на площадях, лишенных солей.

В пределах месторождений наблюдаются маточные (седиментационные) и десцендентные (выщелачивания) воды. По химическому составу среди них выделяют карбонатные, сульфатные (сульфатно-натриевые, сульфатно-магниевые, хлор-магниевые) и хлоридные. Седиментационные воды принадлежат к сульфатно-магниевому и хлоридному типам и обычно обогащены H2S, Br, I. Воды выщалачивания относятся к сульфатным и сульфатно-натриевым типам. При поисках солей, особенно калийных, могут быть использованы седиментационные воды, обычно сохраняющиеся под соленосными отложениями. Десцендентные воды, формирующиеся за счет инфильтрации атмосферных осадков, содержат в основном компоненты твердых отложений с незначительной примесью элементов маточных рассолов. Эти воды, проникая к соленосным горизонтам, растворяют соли, обусловливая формирование потоков рассеяния элементов-индикаторов. В некоторых случаях воды выщелачивания накапливаются в промежуточных коллекторах. Присутствие в соленосных образованиях калийных солей способствует обогащению вод калием и магнием.

В процессе испарения морской воды Br концентрируется в жидкой фазе (вплоть до садки бишофита), К накапливается в жидкой фазе только до выделения сильвина и карналлита, а в эвтоническом растворе присутствует в небольшом количестве. Для рассолов морских бассейнов величина К/Вг составляет 4,5—7,8, при их сгущении указанное отношение остается стабильным до момента садки калийных солей, а на стадии формирования последних оно резко уменьшается и на последнем этапе при образовании бишофита составляет 0,1.

О составе и концентрации рапы судят по результатам изучения включений ее в минералах солей, аутигенном кварце, а также остатков рапы, захороненной в глинистых прослоях. По температуре гомогенизации твердогазовых включений определяют характер рапы: включения донной рапы или той, которая существовала при перекристаллизации солей.

Закономерности в изменении концентрации калия в растворах включений в галите по разрезу галогенных толщ приведены на рис. 29.

Увеличение концентрации калия в растворах включений наблюдается по мере приближения к продуктивным горизонтам солей, обусловленное формированием ореола калия вокруг последних.
Предпосылки применения геохимических методов поисков солей

Методика работ. Возможность применения геохимических методов поисков определяется наличием на изучаемой площади объекта опробования. При гидрогеохимических методах таковыми являются подземные воды и открытые водотоки. Сеть отбора проб определяется протяженностью потоков рассеяния. Особое внимание уделяют водоисточникам, вытекающим из гипсовых шляп. Из поверхностных водотоков необходимо опробовать ручьи, питание которых происходит в основном за счет грунтовых вод.

При поисковых исследованиях в масштабе 1:50 000 следует отбирать 1 пробу на 0,5—2,0 км2. Возможны различные варианты отбора проб: а) по линиям маршрутов, задаваемых вдоль склонов речных долин, при расстоянии между ними, определяемом заданной плотностью опробования; б) из мелких притоков, при равномерном расположении точек по площади; в) из неглубоких скважин с целью опробования неразбавленных верховодкой рассолов; г) из буровых скважин, задаваемых для подсечения соляных толщ. Выбор того или иного варианта определяется местными условиями, задачами работ и типом месторождения.

Отметим, что гидрогеохимические исследования бурового раствора могут осуществляться при поисковых работах на калийные соли, а также попутно при разведке других типов месторождений. При этом соблюдаются следующие правила: а) конструкция скважины должна быть такой, чтобы при бурении соленосных и подсоленосных отложений исключить разбавление бурового раствора водами надсолевых водоносных горизонтов; б) систематическое наблюдение за балансом бурового раствора и регистрация потерь (поглощение) его на каждый метр бурения; в) отбор проб из бурового раствора (объемом 1 л) на сокращенный химический анализ в полевой обстановке (на Br, Cl, К, Mg, Ca) через каждые 1—5 м бурения.

В лабораторных условиях определяют HCO3-, SO42-, Cl-, Br-, В4О72-, Ca2+, Mg2+, Na+, К+- Применяют коллективные и индивидуальные для каждого элемента методы. Пробы на отдельные элементы анализируют колориметрическим способом, а щелочные элементы — с помощью фотометрии пламени. При интерпретации этих данных осуществляют: а) выделение локальных площадей, заключающих соленосные горизонты; б) определение природы водных растворов (седиментационных и выщелачивания); в) определение отношений элементов-индикаторов, позволяющих отличать маточные рассолы от рассолов, выщелачивающих галитовые образования. Следует учитывать тот факт, что при обнаружении седиментационных рассолов значительно увеличивается бром-хлорное отношение, но несколько снижаются калий-бромное и калий-хлорное. Дополнительными индикаторами являются повышение магний-хлорного отношения и понижение натрий-хлорного. Используют также эталонные диаграммы, основанные на данных эксперимента и природных наблюдений, позволяющие судить о типе подземных вод и степени сгущения морской воды.

Так, отношение ЭNа/ЭС1 (где Э — число эквивалентов) для морской воды составляет 0,85, по мере сгущения (с момента начала кристаллизации галита) этот показатель снижается, а в конечной стадии кристаллизации равен 0,02. Количество магния, связанного с хлором, рассчитывают по формуле: (ЭMg2+ + ЭСа2+) — (ЭНСО3 + ЭSО4-) = ЭMg2+. При определении величины ЭMg2+/ЭCl учитывают ту часть магния, которая связана с хлором. Содержание последнего используют в качестве показателя степени сгущения вод. Для отличия высокоминерализованных вод выщелачивания от седиментационных маточных рассолов, достигающих глубокой стадии сгущения в бассейне, также обогащенных К и Mg, но не выделивших калийные соли при испарении, используют отношения: Mg + Ca/Rb, Mg+Ca/Br и К/Вт. Индикаторные отношения Mg+Ca/Rb < 300 и Mg+Ca/Br < 14 указывают на присутствие калийных солей.

На поисковой стадии обобщают также данные геохимических исследований одиночных опорных скважин. Индикаторами оруденения являются аномалии калия в породах, а также отношение Br*10в3/С1, по величине которого судят о стадии испарения морской воды. Выделяют зоны галогенной седиментации с горизонтами калийных солей. Учитывают табулированные данные: в начале садки галита величина Br*10в3/С1 составляет 0,1, при формировании сильвина 0,4, а при выпадении карналлита 0,6—0,8. Снижение этих значений может происходить в результате больших интервалов опробования, а также от присутствия горизонтов перекристаллизованных солей и их переотложения. Наоборот, эти значения повышаются при наличии маточных рассолов в глинистых прослойках. Поэтому наряду с определением Br*10в3/С1 коэффициента целесообразно использовать величину К*10в3/С1, которая позволяет из группы максимумов кривой бром-хлорных отношений выделять те, на которые следует обратить особое внимание. Симбатное увеличение бром-хлорного и калий-хлорного отношений в галите свидетельствует о перспективности обнаружения калийных солей в данном цикле. Соляные горизонты по сравнению с вмещающими породами характеризуются отрицательными аномалиями Ti, V, Cr, Co, Ni.

Используют также данные о составе газожидких включений w сведения о содержании нерастворимого остатка в солях, определяют концентрацию и состав рапы, температуру, при которой происходило выпадение твердых фаз. Поисковым признаком продуктивных горизонтов является присутствие в них рапы, насыщенной калийными солями. Содержащиеся в многолетних галопелитовых прослоях поровые донные рассолы, существовавшие в бассейне к началу садки несоляных прослоев, переводят в водные вытяжки и анализируют. В результате анализов рапы из глинистых прослоев, газожидких включений в минералах и количества брома в галите определяют степень концентрирования рапы. Содержания калия в растворах включений в галите до 20 г/л характерны для некалиеносных галогенных формаций, а пределы 20—40 г/л свидетельствуют о возможном присутствии калийных солей. Поисковым признаком последних является также повышенное содержание нерастворимого остатка в продуктивных калиеносных горизонтах.

При обобщении геохимических исследований перечисленные выше отношения, а также содержание калия в растворах включений в галите выносят на графики и разрезы. На последних указывают границы галитовой, сильвиновой и карналлитовой зон; выделяют завершенные (перспективные для поисков калийных солей) и незавершенные циклы седиментации. На основании этих данных корректируют проходку разведочных скважин (бурение всухую или на карналлитовом растворе).

При разведочных работах проводят геохимическое опробование керна с определением в породах К, Br, Cl и других элементов, ореолы которых устанавливают в интервале выходов соленосных горизонтов. Эти ореолы вытянуты в плоскости продуктивных зон и по вертикали имеют ограниченное распространение, что необходимо учитывать при интерпретации геохимических данных. Отметим, что среди значительных по параметрам выходов галитовых отложений калийные соли в общей массе соляных залежей занимают меньшие объемы, образуя прослои и линзы. Такие горизонты калийных солей можно выделять геохимическими методами. Для этих целей необходимо проводить непрерывное точечное опробование с интервалом 15—20 см и объединять их через 1—2 м (в зависимости от мощности горизонтов) в одну пробу. Особое внимание следует обращать на отбор проб галита из горизонтов, тяготеющих снизу и сверху к глинистым или карбонатно-гипсо-ан-гидритовым слоям. Каждую разновидность солей опробуют отдельно. При вскрытии чистого галита интервалы опробования увеличивают до 5 м. При осмотре керна особое внимание обращают на те интервалы, где в общей массе однообразной каменной соли появляются глинистые прослои, вкрапленники или сезонные прослои калийных минералов (окрашенные в красные и оранжевые тона), а также перекристаллизованные соли, состоящие из крупных индивидов и скелетных форм галита.

В интервалах, примыкающих сверху к глинисто-карбонатным прослоям, на первых двух метрах берут 3—4 пробы с каждого метра, далее по разрезу при мощности галитовых горизонтов до 10 м — не менее одной пробы на 1 м; при мощности до 20 м и более — по одной пробе с 1 м, но анализируют их через одну; в зависимости от результатов анализов и характера распределения Br анализируют необходимое число проб. Пробы массой 50— 100 г отбирают путем раскалывания керна вдоль оси с последующим высверливанием или распиливанием соляных прослов. Пробы сильвина и каменной соли упаковывают в плотную бумагу, а карналлита — в стеклянную посуду. Для обеспечения полного выхода керна при бурении по солям целесообразно проводить промывку скважин насыщенными растворами поваренной соли и карналлита, что обеспечивает сохранность калийных минералов. Следует обращать внимание на загрязненность солей глинистым материалом, который содержит повышенные концентрации Br и может обусловить ложные аномалии.

При бескерновом бурении осуществляют каротаж скважин и определение калия на основе излучения радиоактивного изотопа 40K, содержащегося в калийных солях. Минимальными показаниями гамма-активности (отрицательные аномалии) выделяются каменные, а максимальными (положительные аномалии) — калийные соли. С помощью гамма-каротажа дифференцируют породы соленосных серий, выделяют кондиционные пласты калийных солей, контролируют полноту выхода керна.

Учитывается также геохимическая зональность, обусловленная дифференцированным распределением элементов в пространстве. Калийные соли обычно связаны с верхними горизонтами разреза завершенных циклов галогенной седиментации, отличающихся максимальным содержанием брома в галите. Высокие значения геохимического показателя Вr*103/С1 в породах и солях позволяют прогнозировать калийные образования, залегающие на глубине. Индикаторами надрудных зон являются рубидий, бром, хлор. Содержание их увеличивается с ростом мощности, числом продуктивных пластов, а также в верхних горизонтах калийных солей. По-содержанию калия в растворах включений в галитах может быть установлена максимальная глубина H солеродного бассейна: H = 5,7(l/1—b:а), где l — истинная мощность сезонного пропластка соли, см; b — концентрация калия в начальный период образования солевого осадка, г/л; а — концентрация калия в конечную стадию выпадения галита, г/л.

Кроме того, по величине бром-хлорного отношения устанавливают те циклы или стратиграфические горизонты, к которым могут быть приурочены калийные отложения. Наименьшее значение этого отношения отмечено у галита, находящегося на контакте с подстилающими глинисто-карбонатными и ангидритовыми пачками.

Этапы работ. На первом этапе (геологосъемочные работы в масштабе 1:200 000) определяют территории и площади, которые по геохимическим, палеогеографическим и тектоническим данным благоприятны для детальных поисков. При проведении последних применяют гидрогеохимический метод и гамма-съемку. Определенную помощь оказывают гидрогеохимические исследования. В каждом конкретном случае только изучение разреза при помощи буровых скважин позволяет выяснить строение, вещественный состав и тип соленосных отложений, оценить их практическое значение. По данным каротажа скважин в галогенных образованиях выделяют ангидриты, магнезиты, карбонаты, а также соленосные горизонты. На этой стадии устанавливают стратиграфическое положение солей в разрезе соленосных серий, фиксируют цикличность в строении продуктивных горизонтов. По результатам поисковых работ выделяют конкретные зоны, перспективные для постановки на них разведочных работ, оценивают промышленные перспективы месторождений и качество солей.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: