Билет21.

Газовый состав ПВ: содержание, состав, генезис.По Вернадскому газы и воды находятся в постоян­ном обмене: природная вода↔природные газы. Различают сорбированные, растворенные и свободные газы. Между сво­бодными и растворенными газами существует динамическое равновесие, которое нарушается при изменении температуры

и давления. Основными газами подземных вод являются: 0₂, N_2r С0₂, H₂S, C„H_2n+2, Ha, NH₃, He, Rn, Ne, Аг, Xe, Кг (рис. 1.10).

По происхождению газы делятся на следующие основные группы: 1) воздушные (N₂, 0₂, С0₂, Ne, Аг), проникающие » литосферу из атмосферного воздуха; 2) биохимические (СН<_Г С0₂, N₂, H₂S, Hi, Оа, ТУ—тяжелые углеводороды), образующие­ся при разложении микроорганизмами органических и минераль­ных веществ; 3) химические (СО_г, H₂S, На, СН*, СО, N*, НС1*, HF*, SOj, NH»), образующиеся в результате взаимодействия воды и породы при нормальных и высоких давлениях и темпе­ратуре; 4) радиоактивные и ядерных реакций (Не, Rn).

концентрация газов в подземных водах (газонасыщен­ность)— это объем газа, растворенный при 0°С и нормальном давлении в одном объеме воды. Выражается в весовых едини­цах— числом граммов или миллиграммов газа, растворенных & 1 л воды (г/л), мг/л), и объемных единицах — числом миллилит­ров в 1 л воды (мл/л, см^а/л) или числом кубометров газа на кубометр воды (м³/м³). Для пересчета миллилитров газа в мил­лиграммы нужно объем газа в миллилитрах, приведенный к нормальным условиям, умножить на коэффициент, равный ото* стельная молекулярная масса газа/22,414.

Содержание водорастворенных газов в под­земных водах. Содержание растворенных газов в подзем­ных водах изменяется от л-10 до ft- 10^s мл/л и зависит от раст­воримости газа и многих природных факторов—источника по­ступления газа, температуры, давления, минерализация и химического состава вод. Максимальные достоверные содержа­ния наиболее изученных и геохимически важных газов следую­щие: 0₂ 20 мг/л, H₂S более 37 г/л, С0₂ 40 г/л, СН4+ТУ J3 000 смз/л, N_s 1200 мл/л, Н₂ 1500 мл/л, Не П мл/л. Наиболее химически активными в подземных водах являют­ся кислород, углекислота, сероводород, водород.

Процессы окисления сульфидов.

В присутствии кислорода и других окислителей, таких как Fe_a{SO*)3, H2SO4, сульфиды окисляются с образованием хо­рошо растворимых сульфатов. В качестве примера приведем несколько реакций, характеризующих окислительное преобра­зование сульфидов

CuFeS₂+4О₂ = CuS0₄+FeSО₄;

халькопирит

CuFeS₂+2Fe₂(SO₄)₃ = CuS0₄+5FeS0₄+2S;

CuS+20₂ = CuS0₄;

ZnS + 2О₂ = ZnS0₄; ZnS + Fe₂(SO₄)₃ = ZnS0₄ + 2FeS0₄ + S;

сфалерит

PbS+2О₂=PbS0₄ и т. д.

галенит

Эти суммарные реакции окисления сульфидных минералов приводят в конечном итоге к образованию сульфатов.

При окислении ряда сульфидов (CuFeS2, FeS₂ и др в ПВ возрастает концентрация Н⁺, и поэтому рН подземных вод зоны окисле­ния может снижаться до 2 и менее. Поскольку при таком окислении происходит массовый переход элементов из низших валентностей в высшие (Fe²⁺→Fe³+ и т. д.) и в ПВ ↑концентрация ком-ов в высших сте­пенях окисления, то Eh этих вод соответственно возрастает до 750 мВ и более. Чем ↓ рН вод зоны окисления и чем ↑ их Eh, тем > их окислительная активность по от­ношению к первичным сульфидам.

В процессе окисления большую роль играют микроорганиз­мы. Окисление сульфидов ускоряется во много раз, а концентрация продуктов окисления становится макси­мальной. Поэтому минимальные значения рН (<2) и макси­мальные Eh (>750 мВ) в подземных водах зоны окисления определяются только деятельностью этих бактерий.

В зоне окисления сульфидных месторождений формируются кислые (рН до 1) воды S0₄(HSO₄)-H; S0₄(HS0₄)-Fe; S0₄(HSO₄)-AI состава с минерализацией до 300 г/л.