Билет18.

Комплексные соединения

Подземные воды являются многокомпонентными геохимиче­скими системами и поэтому в них вероятно образование не только простых, но и смешанных комплексных соединений. Эти соединения содержат в координационной сфере не один, а не­сколько лигандов. Известно, что в подземных водах образу­ются: фторкомплексные соединения бериллия BeF_n^2-n, смешанные фтороксосоединения BeF(OH)⁰, ВеF₂(ОН)^-, оксосоединения Fe (III), напр. Fe(OH)n^8-n, оксофульватные Fe(OH)_n^3-n, фтороксосоединения бора BF₂(OH)⁰, BF(OH)₂°, фтороксосоединения алюминия AlF2(0H)°. Такие смешанные комплексные соединения образуются сле­дующим образом. Например: BF₄^- +OH^- =BF₃OH^-+F-; BF₃0H^- +0H^- =BF₂(0H)₂^- +F-

Протекание реакций образования смешанных комплексных соединений связано с выигрышем в энергии и, следовательно, с большей прочностью смешанных комплексов по сравнению с составляющими их разнолигандными комплексами одного и того же катиона.

Возможность образования смешанных комплексных соеди­нений в значительной степени предопределяется пространствен­ной совместимостью лигандов вокруг центрального иона. У 8-электронных элементов наиболее хорошо совмещаются F^- и ОН^- ионы, у 18-электронных — Cl^-, Br^-, 1^-. При этом хлорид лучше совмещается с бромидом и хуже с йодидом. От­сюда следует, что в подземных рассолах, содержащих высо­кие концентрации хлора и брома, вероятно образование не только простых комплексных соединений типа MeCln^2-n

C повышением тем­пературы устойчивость слабых комплексных соединений увеличивается. Так, устойчивость фторидных комп­лексов при ↑ t возрастает на один-два порядка. Значи­тельно ↑ также устойчивость хлоридныя комплек­сов — особенно цинка, свинца. Наоборот, устойчивость многих высокоустойчивых при 25ºС комплексов с ↑ t ↓. Известно, что с ↑ t происходит ↓ устойчивости хлоридных комплексов у таких сильней­ших комплексообразователей как Cu⁺, Au+, Au³+, Hg²⁺

Поскольку главные компоненты химического состава под­земных вод — это сильные электролиты, образующие между собой слабые комплексы, с ростом температуры степень ассо­циации веществ в подземных водах значительно увеличивается. Более того, при повышении температуры подземных вод многие типичные катионогенные элементы, такие как литий, натрий, калий, приобретают свойства элементов-комплексообразовате-лей. Поэтому в термальных водах, особенно в термальных рассолах, возрастают вероятность и геохимическая значимость таких комплексных соединений как NaCl°, КСР, LiCP, NaS0₄- KSO4-, LiS0₄~, NaF° и др.

Билет19.

Структура воды и водных растворов. Трансцеляционная гипотеза формирования вертикальной зональности ПВ.

М. Е. Альтов­ский отмечал два вида вертикальной гидрогеохимической зональности. Одна из них наблюдается нами при бурении скважин, и ее следует называть вертикаль­ной зональностью наслоения; другая имеет место по падению водоносных пластов и называется пластовой зональностью.

Под прямой зональностью понимается последовательное уве­личение минерализации подземных вод (и соответственно из­менение химического типа воды) с глубиной. Обратная зо­нальность (гидрогеохимическая инверсия) характеризует уменьшение минерализации вод по разрезу. При переменной зональности нет строго определенного изменения минерализа­ции вод с глубиной.

Примером районов с прямой ггх зональ­ностью явл. многие бас-ны ВЕП: в центр. части Московской синеклизы в каменноугольных и вышележащих вдн-х горизонтах залегают пресные воды, то в верхнем девоне на глубине 335 м вскрыты воды с мине­рализацией 4,6 г/л, а глубже минерализация воды превышает 250 г/л.

Примером района с инверсионным типом гидрогеохимического разреза является Южно-Каспийский ар­тезнанскнй бассейн. Например, на площади Биби-Эйбат Ап-шеронского полуострова мин-ция ПВ закономерно уменьшается от 92 г/л на глубине 100—500 м до 17 г/л на глубине 2200— 2500 м.

Переменная вертикальная зональность химического со­става подземных вод характерна для таких бассейнов СССР, как Ангаро-Ленский, Ферганский, Приташкентский, Каракум­ский, Кура-Араксинский и др.

Наиболее распространенным является тип прямой верти­кальной гидрогеохимической зональности, при которой мине­рализация воды закономерно повышается сверху вниз и соот­ветственно изменяется ее химический состав. Он характерен для бассейнов, имеющих подземный сток в сторону морей и океанов, омывающих Азиатский материк.

Обратная вертикальная зональность менее распростра­нена по сравнению с прямой. Она наблюдается преимущест­венно в бассейнах внутриматерикового стока, а также в бас­сейнах со стоком в сторону океанов, но располагающихся в аридных районах материка.

Бассейны с переменной зональностью также располага­ются в основном в областях внутриматерикового стока и в бассейнах со стоком в сторону океанов, они обычно имеют в разрезе соленосные и гипсоносные отложения или характери­зуются неравномерной засоленностью пород по разрезу.

Вертикальная гидрогеохимическая зональность наблюда­ется в бассейнах: 1) содержащих как пресные, так и соленые воды и рассолы; 2) сложенных породами любого возраста, со­става и генезиса;

Зональность газового состава

В. И. Вернадский писал, что газы и воды находятся в посто­янном обмене «природная вода — природные газы». Для га­зов, как и для макрокомпонентов хим. состава подзем­ных вод характерна вертикальная зональность, связанная в основном с их генезисом в различных геолого-геохимическия условиях. В связи с этим зональность газового состава подзем­ных вод различна в геосинклинальных и платформенных об­ластях. Если в первых наиболее развиты воды, обогащенные углекислотой и азотом, то во вторых — наряду с этими газами важное место занимает сероводород и метан.

Распределение растворенных газов в нефтега­зоносных бассейнах:

- в волго-уральской нефтегазовой провинции зональный характер газонасыщения выражается в изменении состава растворенных газов и их объемов в направлении от окраин бассейна к внутренним частям. Состав растворенных газов при этом изменяется от азотного до метанового. От запад­ных окраин провинции (восточный склон Воронежской анте-клизы) на восток к Предуральскому прогибу с ↑ содержаний метана появляются тяже­лые углеводороды — вначале этан, затем пропан, бутан и бо­лее высокие гомологи метана. Кол-во растворенных газов в этом же направлении ↑ от десятков кубических сантиметров на литр до 500—600 (Пред-уральский прогиб) и 1200—1300 см³/л (прибортовая зона Прикаспийской впадины). Указанная зональность растворенных газов связана с раз­личными типами углеводородных залежей территории. В западно-Сибирской нефтегазоносной провинции

В западно-Сибирской нефтегазоносной провинции в направлении от обрамления к центральным райо­нам впадины и далее на север состав газов изменяется от чисто азотного до метанового. Зона азотных газов широко рас­пространена по южной и юго-восточной окраинам бассейна, а зона метановых газов занимает большую его часть.

Со стра­тиграфической глубиной площадь зоны метановых газов рас­ширяется, а азотных — сужается. Газонасыщеиность вод так­же изменяется от окраин бассейна к центру от десятков ку­бических сантиметров на литр до 3000 см³/л.

В Иркутском нфг бассейне состав растворенных газов закономерно изменяется от ме-таново-азотного в окраинных частях бассейна до азотно-мета-нового с обогащением тяжелыми углеводородами (ТУ) во внутренних частях бассейна и в Приленском районе. По мере удаления от окраинных зон в составе растворенных газов по­степенно возрастает роль высокомолекулярных гомологов ме­тана. Наблюдается изменение состава газов как по площади (пластовая зональность), так и по глубине стратиграфического разреза. Здесь с ростом минерализации н изменением солево­го состава вод от CI-Na к Cl-SNa-Ca увеличиваются общая газонасыщенность вод. При этом уменьшается содержание азота, углекислоты и арго­на. Исключение составляет сероводород, максимальное содер­жание которого (2 г/л) найдено в усольской соленосной свите.

Зональность газового состава подземных вод отражает как зональность процессов нефтегазообразования, так и особен­ности термодинамических условий, геологического и гидрогео­логического развития бассейнов.

Причины и процессы формирования газового состава под­земных вод и их газовой зональности разнообразны. Это различ­ные химические реакции (особенно с участием органических веществ), биохимические процессы, радиоактивный распад, поступление газов из воздуха, земной коры и мантии.