Миграционные формы основных ионов в подземных водах угленосных отложений Кузбасса с акцентом на соединения с гумусовыми кислотами (по результатам моделирования)

Abstract

Актуальность. При изучении формирования состава вод, богатых органическим веществом, необходимо учитывать органоминеральные соединения, которые смещают равновесия в геохимических процессах (в растворении, выщелачивании, осаждении и соосаждении, сорбции, ионном обмене, окислении-восстановлении) в сторону водной фазы, тем самым непосредственно влияя на состав вод. Цель: провести расчеты форм миграций основных ионов и некоторых микрокомпонентов, с акцентом на органоминеральные комплексы, на основе имеющихся данных по составу вод, в том числе концентрациям фульво- и гуминовых кислот. Объекты: подземные воды пермских терригенно-угленосных отложений (кольчугинская свита) Нарыкско-Осташкинской площади, циркулирующие на глубинах 0,4-1,2 км в зоне замедленного водообмена, а также вышезалегающие пресные подземные зоны активного водообмена, речные и озерные воды. Методы. Химический и органический состав воды определялись стандартными методами в Проблемной научно-исследовательской лаборатории гидрогеохимии Томского политехнического университета, определение фульвокислот (ФК) и гуминовых кислот (ГК) проводилось методом титрования по учету бихромата, расходуемого на окисление углерода фульвогуминовых кислот. Формы миграции гумусовых кислот рассчитывались с использованием программного комплекса HydroGeo. Результаты. Путем термодинамических расчетов определены миграционные формы основных ионов и впервые гумусовых кислот, содержащихся в высоких концентрациях в природных водах Нарыкско-Осташкинской территории (Кузбасс). Установлено, что катионы мигрируют в простой ионной форме, но в зоне замедленного водообмена при высоких концентрациях гидрокарбонат-иона (содовые воды) значительную часть (до 50 %) начинают занимать их карбонатные формы. С фульвокислотами в значимых количествах (более 1 %) соединения образует лишь железо, но при определенных геохимических условиях. Сами гумусовые кислоты относительно своего содержания в водах в % соотношении хорошо связываются в комплексные соединения. Фульвокислоты почти полностью расходуются, отдавая предпочтение натрию, даже в кальциевых водах. Однако на общем содержании самого Na это мало отражается. Гуминовые кислоты в основном мигрируют с Mg и Ca, но чем более содовый состав вод, тем большее их количество остается в свободной форме.

The relevance. When studying the formation of the composition of organic-rich waters, it is necessary to take into account organomineral compounds that shift the equilibria in geochemical processes (dissolution, leaching, precipitation and co-deposition, sorption, ion exchange, oxidation-reduction) towards the aqueous phase, thereby directly affecting the composition of waters. The main aim of the research is to calculate the forms of migration of basic ions and some micro-components, with an emphasis on organomineral complexes, based on available data on the composition of waters, including concentrations of fulvic and humic acids. Objects: groundwater of Permian terrigenous-coal-bearing deposits (Kolchuginskaya formation) Naryksko-Ostashkinskaya areas located at depths of 0,4-1,2 km in the zone of delayed water exchange, as well as overlying fresh underground zones of active water exchange, river and lake waters. Methods. The chemical and organic composition of water was determined by standard methods in the Problem Research Laboratory of Hydrogeochemistry of Tomsk Polytechnic University, the determination of fulvic acids (FA) and humic acids (GA) was carried out by titration based on bichromate consumed for carbon oxidation of fulvohumic acids. The forms of humic acid migration were calculated using the HydroGeo software package. Results. The migration forms of the main ions and, for the first time, humic acids contained in high concentrations in the natural waters of the Naryk-Ostashkin territory (Kuzbass) were determined by thermodynamic calculations. It was established that cations migrate in a simple ionic form, but in the zone of delayed water exchange at high concentrations of bicarbonate ion (soda water), a significant part (up to 50 %) begins to take their carbonate forms. Only iron forms compounds with fulvic acids in significant amounts (more than 1 %), but under specific geochemical conditions. Humic acids themselves, relative to their content in waters in % proportion, bind well into complex compounds. Fulvic acids are almost completely consumed, giving preference to Na, even in calcium waters. However, this has little effect on the general substance of Na itself. Humic acids mainly migrate with Mg and Ca, but the more soda composition of the waters, the more their amount remains in free form.