Барий выщелачивается непосредственно из сланцев при гидроразрыве, показало исследование

Исследователи из Дартмутского колледжа раскрывают детали ранних химических реакций в органических осадках, которые в конечном итоге сформировали сланцевую формацию Марселлус — крупный источник природного газа и нефти. Результаты опубликованы в журнале Geochimica et Cosmochimica Acta и развивают выводы более ранней работы той же команды.

Вода, закачиваемая в сланцы при гидроразрыве пласта, возвращается с чрезвычайно высокой общей минерализацией и высокой концентрацией токсичного металла бария. Ранее опасные сточные воды объясняли смешиванием закачанной пресной воды с высокосолёным пластовым рассолом. Однако в предыдущем исследовании учёные установили, что химические реакции между закачанной пресной водой и самим сланцем приводят к прямому выщелачиванию бария из породы. Новая работа отвечает на фундаментальный вопрос о том, когда, почему и как формация Марселлус изначально обогатилась барием.

Учёные детально изучили химический и минералогический состав, а также изотопы серы в керне толщиной два дюйма (около 5 см). Эта уникальная проба содержит около 5000 микрограммов бария на грамм породы. Такие концентрации встречаются лишь на нескольких глубинных интервалах в Марселлусе. Анализ показал, как, когда и где барийсодержащий минерал барит превращался в сульфид железа пирит во время преобразования богатых органикой морских осадков в сланец в девонский период.

Было обнаружено, что зерна барита «поглощаются» пиритом в результате сложного набора реакций, возможных только в очень специфическом глубинном интервале, где присутствуют и сульфаты (барит), и сульфиды (пирит). Этот интервал называется зоной сульфат-метанового перехода, которая ранее идентифицировалась лишь в относительно молодых осадках, но не в 400-миллионолетних породах. «Наше новое исследование даёт понимание общего механизма мобилизации бария при растворении барита в органически богатых осадках и его перераспределения в глинистых минералах», — пояснил старший автор работы, профессор наук о Земле Мукул Шарма.