Специалисты Томского филиала Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН изучили, как распределяются химические компоненты в природных водах Кемеровской области, проанализировали состав вмещающих пород и оценили, с какой скоростью химические элементы выносятся из пород в воду. Полученные данные позволяют расширить представления об общих закономерностях распределения элементов в системе «вода — угленосная порода» и в дальнейшем использовать их при различных экологических и поисковых исследованиях.
Из-за угольных отложений Кузнецкого бассейна и объектов угольного комплекса водные системы Кемеровской области имеют уникальную специфику. Специалисты ТФ ИНГГ СО РАН изучили, как распределяются химические элементы в поверхностных и подземных водах региона. В этой связи наиболее удачной площадкой является Нарыкско-Осташкинская площадь Ерунаковского района Кемеровской области.
В последние годы на территории этой площади проводится интенсивное бурение скважин для добычи угольного метана. Благодаря этому, ученые смогли отобрать пробы подземных вод, в том числе в угольных пластах. Ранее сотрудники ТФ ИНГГ СО РАН уже исследовали Нарыкско-Осташкинскую площадь на гидрогеологические и гидрогеохимические условия, определив химический, изотопный и органический состав вод.
«Возникла необходимость изучить не просто полный состав вод, но и посмотреть особенности перераспределения компонентов в системе «вода — вмещающая порода» как основного их источника, — говорит заведующая лабораторией гидрогеохимии и геоэкологии ТФ ИНГГ СО РАН доктор геолого-минералогических наук Олеся Евгеньевна Лепокурова. — Поэтому для полноты исследований необходимо было также рассмотреть и элементный состав вмещающих отложений, что помогло нам рассчитать водную миграцию — то есть, насколько хорошо элементы выносятся из пород».
В ходе совместных работ с ООО «Газпром добыча Кузнецк» сотрудники ТФ ИНГГ СО РАН отобрали на территории Нарыкско-Осташкинской площади 43 пробы. Среди образцов 4 представляли озерные воды, 10 — речные и 29 — подземные, в том числе из угольных пластов.
Физико-химические показатели, содержание главных ионов, а также концентрации кремния, фтора и цинка определялись в Проблемной научно-исследовательской гидрогеохимической лаборатории Томского политехнического университета, полный микрокомпонентный состав вод — в Институт геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН.
Также ученые взяли три образца керна, представленного алевритами и песчаниками пермского возраста. Вмещающие породы анализировались в центре коллективного пользования «Аналитический центр геохимии природных систем» ТГУ.
В результате проведенных исследований на Нарыкско-Осташкинской площади определены концентрации 59 химических элементов в 43 пробах поверхностных и подземных вод. По мере возрастания времени взаимодействия системы «вода — порода» увеличивается минерализация, содержание основных ионов, спектр определяемых микрокомпонентов и их концентрации.
Ученые выделили элементы с высоким уровнем накопления. Из макрокомпонентов, определяющих химический тип вод и общую минерализацию, это углерод, натрий, хлор, железо. Из микрокомпонентов, которые находятся в воде в незначительных концентрациях, но при этом зачастую оказывают решающее значение при экологических и поисковых исследованиях — галлий, барий, литий, цирконий, свинец, бор, скандий, никель, бром, рубидий, стронций, ниобий, молибден, иод, серебро, кадмий, цезий, ртуть.
Также специалисты исследовали 48 элементов в 3 пробах водовмещающих пород (угленосных песчаников и алевролитов). Выяснилось, что в процентном соотношении относительно общей минерализации подземные воды активного водообмена содержат на 1—2 порядка больше некоторых веществ, чем в породах. К этим элементам относятся медь, серебро, кадмий, стронций, олово, сурьма, иод, цезий, ртуть и свинец. Кроме того, ученые определили, что во всех природных водах сильно подвижны натрий, углерод, хлор, иод, бор, азот, бром, стронций, кадмий, медь, литий, молибден, германий и цинк.
В дальнейшем сотрудники ТФ ИНГГ СО РАН намерены продолжить исследования — в частности, изучить содержание элементов во вторичных отложениях. Это поможет более объективно оценить миграцию веществ и позволит выделить перечень элементов, склонных к накоплению в твердой и жидкой составляющих потоков рассеяния. Особое значение эти исследования также приобретают при различных мониторинговых работах по экологическому состоянию вод в регионе.
Исследование выполнено за счет гранта Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 20-05-00127) и проекта фундаментальных научных исследования Российской академии наук №0331-2019-0026.
Авторы выражают благодарность доценту ТПУ Ю.Г. Копыловой за помощь в работе.
Пресс-служба ИНГГ СО РАН
