nznistuНауки о Земле и недропользованиеEarth sciences and subsoil use2686-99932686-7931Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Irkutsk National Research Technical University"10.21285/2686-9993-2021-44-2-98-105nznistu-136Research ArticleСтатьиСтронций и изотопное отношение 87Sr/86Sr подземных рассолов северо-восточной части Ангаро-Ленского артезианского бассейнаStrontium and 87Sr/86Sr isotopic ratio of ground brines in the northeastern Angara-Lena artesian basinАлексееваЛ. П.AlekseevaL. P.

Алексеева Людмила Павловна, доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник Лаборатории гидрогеологии, Институт земной коры СО РАН

664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128

Lyudmila P. Alekseeva, Dr. Sci. (Geol. & Mineral.), Leading Researcher of the Laboratory of Hydrogeology, Institute of the Earth’s Crust, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

128 Lermontov St., Irkutsk 664033

lalex@crust.irk.ruАлексеевС. В.AlekseevS. V.

Алексеев Сергей Владимирович, доктор геолого-минералогических наук, заведующий Лабораторией гидрогеологии, Институт земной коры СО РАН

664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128

Sergey V. Alekseev, Dr. Sci. (Geol. & Mineral.), Head of the Laboratory of Hydrogeology

128 Lermontov St., Irkutsk 664033

salex@crust.irk.ruИнститут земной коры СО РАН; Иркутский государственный университетРоссияInstitute of the Earth's Crust, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Irkutsk State UniversityRussian FederationИнститут земной коры СО РАНРоссияInstitute of the Earth's Crust, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation20211506202144298105Copyright © Алексеева Л.П., Алексеев С.В., 20212021Алексеева Л.П., Алексеев С.В.Alekseeva L.P., Alekseev S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nznj.ru/jour/article/view/136

Цель настоящего исследования заключалась в выявлении ведущих процессов формирования ионного и изотопного составов хлоридных рассолов в осадочных бассейнах Сибирской платформы. Объектом и предметом исследования стали глубокозалегающие крепкие, весьма крепкие и предельно насыщенные рассолы, содержание в них стронция и отношения его стабильных изотопов. Ионно-солевой состав подземных вод был определен традиционными методами (титриметрическим, весовым, пламенной фотометрии), изотопное отношение 87Sr/ 86Sr измерялось на масс-спектрометрах (г.Иркутск, Россия и Канада). Рассолы вскрыты на глубине 1500–3000 м и приурочены к соленосной и подсолевой гидрогеологическим формациям. Они характеризуются высокой минерализацией (385–530 г/дм3) и высоким содержанием стронция (2,3–7 г/дм3). Изотопное отношение 87Sr/86Sr составляет от 0,708 до 0,713062. Большинство проб рассолов по изотопному составу близко к водам вендкембрийского палеоокеана, однако отдельные пробы рассолов из подсолевой части осадочного разреза бассейна значительно обогащены изотопом 87Sr по сравнению с водами палеоокеана и другими пробами. Вероятно, это обусловлено существенным привносом 87Sr в рассолы в ходе длительного взаимодействия подземных вод с вмещающими их нижнекембрийскими песчаниками.

The purpose of this study is to identify the major formation processes of the ionic and isotopic composition of chloride brines in the sedimentary basins of the Siberian platform. The object and subject of research are deep-seated strong, very strong and extremely saturated brines as well as their strontium content and the ratio of Sr stable isotopes. The groundwater ionic-salt composition was determined by traditional methods (titrimetric, gravimetric, flame photometry), the 87Sr/86Sr isotopic ratio was measured using mass-spectrometers (Irkutsk, Russia and Canada). The brines lying at the depth of 1500–3000 m were tapped and classified into saline and subsalt hydrogeological formations. Their feature is high salinity (385–530 g/L) and high content of strontium (2.3–7 g/L). The 87Sr/86Sr isotopic ratio ranges from 0.708 to 0.713062. By isotopic composition most of the brine samples are close to the waters of the Vendian-Cambrian paleoocean. However, some brine samples from the subsalt part of the sedimentary section of the basin are significantly enriched in the isotope 87Sr compared to the paleoocean waters and other samples. It could be due to the substantial input of 87Sr into the brines during the long-term interaction of groundwater with the host Lower Cambrian sandstones.

подземные рассолысодержание стронциястронциевое изотопное отношениеАнгаро-Ленский артезианский бассейнunderground brinesstrontium contentstrontium isotopic ratioAngara-Lena artesian basinАвторы признательны доктору геолого-минералогических наук А.Г. Вахромееву и Е.О. Чертовских за предоставленные пробы рассолов.The authors acknowledge a gratitude to Dr. Sci. (Geol. & Mineral.) Andrey G. Vakhromeev and Evgeniy O. Chertovskikh for the provided samples of brines.ReferencesPin C., Briot D., Bassin C., Poitrasson F. Concomitant separation of strontium and samarium-neodymium for isotopic analysis in silicate samples, based on specific extraction chromatography // Analytica Chimica Acta. 1994. Vol. 298. P. 209–217.Pin C, Briot D, Bassin C, Poitrasson F. Concomitant separation of strontium and samarium-neodymium for isotopic analysis in silicate samples, based on specific extraction chromatography. Analytica Chimica Acta. 1994;298:209–217.Геология нефти и газа Сибирской платформы / ред. А.Э. Конторович, В.С. Сурков, А.А. Трофимук. М.: Недра, 1981. 552 с.Kontorovich AE, Surkov VS, Trofimuk AA. Oil and gas geology of the Siberian platform. Moscow: Nedra; 1981. 552 p. (In Russ.)Жарков М.А. Палеозойские соленосные формации мира. М.: Недра, 1973. 392 с.Zharkov MA. Paleozoic saline formation. Moscow: Nedra; 1973. 392 p. (In Russ.)Вахромеев А.Г. Закономерности формирования и локализации месторождений промышленных рассолов в карбонатных каверново-трещинных резервуарах кембрия юга Сибирской платформы: монография. Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2015. 247 с.Vakhromeev AG. Patterns of industrial brine deposits formation and localization in cambrian carbonated viggyfractured rocks reservoir of south Siberian plate. Irkutsk: Irkutsk National Research Technical University; 2015. 247 p. (In Russ.)Анциферов А.С., Букаты М.Б., Дзюба А.А., Пиннекер Е.В., Сурнин А.И., Шварцев С.Л. Геологические запасы промышленных рассолов основных нефтегазоносных регионов Лено-Тунгусской провинции // Геология и проблемы поисков новых крупных месторождений нефти и газа в Сибири: сб. стат. / гл. ред. А.Э. Конторович, В.С. Сурков. Ч. I. Новосибирск: Изд-во СНИИГГиМС, 1996. С. 139–142.Antsiferov AS, Bukaty MB, Dzyuba AA, Pinneker EV, Surnin AI, Shvartsev SL. Geological reserves of industrial brines in the main oil and gas regions of the LenaTunguska province. In: Kontorovich AE, Surkov VS (eds.). Geologiya i problemy poiskov novykh krupnykh mestorozhdenii nefti i gaza v Sibiri = Geology and prospecting problems of new large oil and gas fields in Siberia. Part I. Novosibirsk: Siberian Research Institute of Geology, Geophysics and Mineral Resources; 1996. p.139–142. (In Russ.)Пиннекер Е.В. Проблемы региональной гидрогеологии: закономерности распространения и формирования подземных вод. М.: Наука, 1977. 196 с.Pinneker EV. Problems of regional hydrogeology: patterns of groundwater distribution and formation. Moscow: Nauka; 1977. 196 p. (In Russ.)Пиннекер Е.В. Рассолы Ангаро-Ленского артезианского бассейна: закономерности размещения, состав, динамика, формирование и использование. М.: Наука, 1966. 332 с.Pinneker EV. Brines of the Angara-Lena artesian basin: distribution patterns, composition, dynamics, formation and use. Moscow: Nauka; 1966. 332 p. (In Russ.)Стратиграфия нефтегазоносных бассейнов Сибири. Рифей и венд Сибирской платформы и ее складчатого обрамления / ред. Н.В. Мельников. Новосибирск: Гео, 2005. 428 с.Mel'nikov NV. Stratigraphy of oil and gas basins of Siberia. Riphean and vendian of Siberian platform and plaited border. Novosibirsk: Geo; 2005. 428 p. (In Russ.)Мельников Н.В. Венд-кембрийский соленосный бассейн Сибирской платформы: стратиграфия, история развития. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009. 146 с.Mel'nikov NV. Vendian-Cambrian saline basin of the Siberian platform: stratigraphy, evolution. Novosibirsk: Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; 2009. 146 p. (In Russ.)Шемин Г.Г. Геология и перспективы нефтегазоносности венда и нижнего кембрия центральных районов Сибирской платформы (Непско-Ботуобинская, Байкитская антеклизы и Катангская седловина). Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. 467 с.Shemin GG. Geology and oil-and-gas potential of the Vendian and Lower Cambrian central regions of the Siberian Platform (Nepa-Botuoba, Baikit anteclise and Katanga saddle). Novosibirsk: Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; 2007. 467 p. (In Russ.)Алексеева Л.П., Алексеев С.В. Геохимия подземных льдов, соленых вод и рассолов криоартезианских бассейнов северо-востока Сибирской платформы // Геология и геофизика. 2018. Т. 59. № 2. С. 183–197. https://doi.org/10.15372/GiG20180204Alekseeva LP, Alekseev SV. Geochemistry of ground ice, saline groundwater, and brines in the cryoartesian basins of the northeastern Siberian Platform. Geologiya i geofizika. 2018;59(2):183–197. (In Russ.) https://doi.org/10.15372/GiG20180204McArthur J.M., Howarth R.J., Shields G.A. Strontium isotope stratigraphy // The geologic time scale / eds. F.M. Gredstein, J.G. Ogg, M.D. Schmotz, G.M. Ogg. Oxford: Elsevier, 2012. P. 127–144.McArthur JM, Howarth RJ, Shields GA. Strontium isotope stratigraphy. In: Gredstein FM, Ogg JG, Schmotz MD, Ogg GM (eds.). The geologic time scale. Oxford: Elsevier; 2012. p.127–144.Вишневская И.А., Кочнев Б.Б., Летникова Е.Ф., Киселева В.Ю., Писарева Н.И. Sr-изотопные характеристики хорбусуонской серии венда Оленекского поднятия (северо-восток Сибирской платформы) // Доклады Академии наук. 2013. Т. 449. № 3. С. 317–321. https://doi.org/10.7868/S0869565213090247Vishnevskaya IA, Kochnev BB, Letnikova EF, Kiseleva VYu, Pisareva NI. Sr-isotope characteristics of the Khorbusuon Group of the Vendian Olenek Uplift (northeast of the Siberian Platform). Doklady Akademii nauk. 2013;449(3):317–321. (In Russ.) https://doi.org/10.7868/S0869565213090247Banner J.L. Radiogenic isotopes: systematics and applications to earth surface processes and chemical stratigraphy // Earth-Science Reviews. 2004. Vol. 65. Iss. 3-4. P. 141–194. https://doi.org/10.1016/S0012-8252(03)00086-2Banner JL. Radiogenic isotopes: systematics and applications to earth surface processes and chemical stratigraphy. Earth-Science Reviews. 2004;65(3-4):141–194. https://doi.org/10.1016/S0012-8252(03)00086-2Lackschewitz K.S., Devey W., Stoffers P., Botz R., Eisenhauer A., Kummetz M., et al. Mineralogical, geochemical and isotopic characteristics of hydrothermal alteration processes in the active, submarine, felsic-hosted PACMANUS field, Manus Basin, Papua New Guinea // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2004. Vol. 68. Iss. 21. P. 4405–4427. https://doi.org/10.1016/j.gca.2004.04.016Lackschewitz KS, Devey W, Stoffers P, Botz R, Eisenhauer A, Kummetz M, et al. Mineralogical, geochemical and isotopic characteristics of hydrothermal alteration processes in the active, submarine, felsic-hosted PACMANUS field, Manus Basin, Papua New Guinea. Geochimica et Cosmochimica Acta. 2004;68(21):4405– 4427. https://doi.org/10.1016/j.gca.2004.04.016Mazumdar А., Strauss Н. Sulfur and strontium isotopic compositions of carbonate and evaporite rocks from the Late Neoproterozoic – Early Cambrian Bilara group (Nagaur-Ganganagar basin, India): constraints on intrabasinal correlation and global sulfur cycle // Precambrian Research. 2006. Vol. 149. Iss. 3-4. P. 217–230. https://doi.org/10.1016/j.precamres.2006.06.008Mazumdar А, Strauss Н. Sulfur and strontium isotopic compositions of carbonate and evaporite rocks from the Late Neoproterozoic – Early Cambrian Bilara group (Nagaur-Ganganagar basin, India): constraints on intrabasinal correlation and global sulfur cycle. Precambrian Research. 2006;149(3-4): 217–230. https://doi.org/10.1016/j.precamres.2006.06.008Melezhik V.A., Pokrovsky B.G., Fallick A.E., Kuznetsov A.B., Bujakaite M.I. Constraints on 87Sr/86Sr of Late Ediacaran seawater: insight from Siberian high-Sr limestones // Journal of the Geological Society. 2009. Vol. 166. Iss. 1. P. 183–191. https://doi.org/10.1144/0016-76492007-171Melezhik VA, Pokrovsky BG, Fallick AE, Kuznetsov AB, Bujakaite MI. Constraints on 87Sr/86Sr of Late Ediacaran seawater: insight from Siberian high-Sr limestones. Journal of the Geological Society. 2009;166(1):183–191. https://doi.org/10.1144/0016-76492007-171Савинкин П.Т., Кузнецов В.Г., Илюхин Л.Н., Тихомирова Г.И. Фациально-палеогеоморфологическая обстановка формирования ярактинского горизонта юговосточной части Непско-Ботуобинской антеклизы // Геология нефти и газа. 1991. № 12. С. 8–11.Savinkin PТ, Kuznetsov VG, Ilyukhin LN, Tikhomirova GI. Facies-paleogeomorphologic environment of the formation of the Yaraktin horizon, southeastern NepkaBotuoba anteclise. Geologiya nefti i gaza = Russian Oil and Gas Geology. 1991;12:8–11. (In Russ.)Александров В.М., Белкина В.А., Казанская Д.А. Концептуальная геологическая модель продуктивных отложений ярактинского горизонта // Территория «Нефтегаз». 2016. № 6. С. 30–39.Alexandrov VM, Belkina VA, Kazanskaya DA. Conceptual geological model of Yarakta horizon production deposits. Territoriya “Neftegaz” = Oil and Gas Territory. 2016;6:30–39. (In Russ.)Коновальцева Е.С. Вторичные процессы в породах-коллекторах продуктивных отложений Ярактинского месторождения // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2010. Т. 5. № 1. [Электронный ресурс]. URL: http://www.ngtp.ru/rub/2/18_2010.pdf (18.02.2021).Konovalceva ES. Secondary processes in reservoir rocks of productive sediments of Yaraktinski deposit. Neftegazovaya geologiya. Teoriya i praktika = Petroleum Geology – Theoretical and Applied Studies. 2010;5(1). Available from: http://www.ngtp.ru/rub/2/18_2010.pdf [Accessed 18th February 2021]. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.