Гидродинамические условия впадин и прогибов


По направленности геохимических и гидродинамических процессов формирования металлоносных рассолов в вертикальном разрезе артезианских бассейнов большинства платформенных впадин наиболее отчетливо выделяются два этажа: верхний и нижний. Верхний гидродинамический этаж по мощности значительно уступает нижнему. Его верхняя часть дренируется эрозионными формами рельефа и характеризуется активным водообменом, боковой и нисходящей фильтрацией слабоминерализованных вод, обедненных микрокомпонентами.

Нижний гидродинамический этаж отделен от верхнего толщей водоупорных глинистых или соленосных образований. К последним приурочены линзы водопроницаемых песчаных отложений с высокоминерализованными внутрисолевыми маточными рассолами натриевого, магниево-натриевого, натриево-калиево-магниевого или калиево-натриевого типов, обогащенных редкими щелочными элементами, бором, бромом и другими микрокомпонентами. Подсолевые преимущественно калиевого типа воды характеризуются также квазизастойным водообменом. Этот этаж обычно сложен породами проницаемыми только для высокотемпературных рассолов, насыщенных углеводородными газами, проникающими под большим давлением в верхний горизонт по тектонически ослабленным зонам глубинных разломов. В нижнем этаже сверхвысокие пластовые давления являются результатом воздействия главным образом геостатического давления. Замедленный, почти застойный водообмен благоприятствует образованию высокоминерализованных подземный вод с высокой концентрацией микрокомпонентов.

Специфика гидродинамических условий нахождения металлоносных рассолов в нижнем гидрогеологическом этаже проявляется в отсутствии боковой фильтрации и преобладании диффузионномолекулярного вида движения в условиях высоких градиентов температуры, давления и концентрации химических элементов. Коэффициенты фильтрации водовмещающих пород, независимо от их литологии, на глубинах выше 3 км не превышают 10в-3 м/сут. Поэтому проникновение глубоких напорных металлоносных рассолов в верхние водоносные горизонты, не оказывая влияния на гидродинамическую и гидрогеохимическую зональность артезианских бассейнов в региональном плане, вызывает появление локальных гидрогеохимических аномалий в их скрытых очагах разгрузки.

Низкая проницаемость пород способствует сохранению палеодавлений. Мозаичное распределение пластовых давлений по глубине и по площади связано с разной тектонической нарушенностью и пористостью водовмещающих пород. Важным фактором, определяющим зональность артезианских бассейнов, является направленное изменение проницаемости пород от периферии к центру структуры. В верхней зоне гипергенеза преобладают процессы выщелачивания и растворения, которые при наличии латерального оттока и открытой разгрузки вод приводят к образованию слабоминерализованных подземных вод, обедненных микрокомпонентами. Ухудшение общей проводимости пород с глубиной приводило к разгрузке вод в виде восходящего перетекания (фильтрации) в верхние горизонты по тектоническим нарушениям. Увеличение минерализации вод и концентрации рудных элементов сопровождается кристаллизацией слаборастворимых соединений в очагах разгрузки вод. Одной из основных причин появления высоких пластовых давлений на больших глубинах большинством исследователей считается высокая степень сжимаемости глин в процессе прогибания впадин. Так, в интервале 0,5—1 км их пористость падает на 10% от общего объема, не превышая на глубинах 2,5—3 км 7%. Если учесть, что глинистые породы составляют в платформенных областях около 50%, а горно-складчатых около 40% от всей массы осадочных пород, то общее количество отжатых из них поровых вод является весьма значительным.

Росту давления с глубиной способствует повышение температуры и газонасыщенности вод. Развитие поля давлений артезианских бассейнов во времени связано с общей тектонической историей региона. Его современная динамика определяется новейшей тектоникой, вызывающей вторичное изменение водопроницаемости и перераспределение гидростатических давлений вследствие вертикального перемещения масс. Установлено, например, что в бортовых частях погребенных валов, осложненных флексурами и другими тектоническими нарушениями, проницаемость пород, особенно карбонатных, увеличивается на два порядка.

По гидродинамическим особенностям распределения пластовых давлении в глубоких зонах формирования металлоносных рассолов все артезианские бассейны платформенных областей могут быть подразделены на несколько типов.

К первому типу можно отнести бассейны с преобладанием в нижнем гидродинамическом этаже нормальных гидростатических давлений и с незначительной вследствие этого восходящей разгрузкой слабометаморфизованных рассолов по тектоническим разломам в периферийные части бассейна. Примерами таких бассейнов являются Московский, Волго-Камский, Северо-Донецкий.

Ко второму типу бассейнов с неустановившимся режимом пластовых давлений в нижнем гидродинамическом этаже в результате активных молодых тектонических подвижек в четвертичное время и слабым развитием среднеминерализованных (до 100 г/л) металлоносных рассолов можно отнести центральные части Западно-Сибирского и Вилюйского бассейнов.

Третий тип бассейнов с широким развитием в нижнем этаже сверхвысоких пластовых давлений, превышающих гидростатическое, и отчетливо выраженным движением металлоносных рассолов из глубоко погруженных частей к периферии, включает бассейны передовых прогибов горно-складчатых областей и краевые артезианские бассейны древних платформ второго порядка. К ним относятся: Предкарпатский, Предкавказский, Припятский, Ангаро-Ленский, Предуральский, Днепрово-Донецкий, Прикаспийский, Тунгусский.

Гидродинамические особенности артезианских бассейнов определяют региональный характер распределения металлоносных рассолов. Так, например, их отсутствие в центральной части Московской синеклизы сочетается с развитием преимущественно нормальных гидростатических давлений по всему разрезу осадочного чехла. Температура пластовых вод у фундамента здесь также невелика (до 65 °C). И только по периферии Московского бассейна (на юге Пачелмского прогиба и в районе глубокопогребенного Галичского поднятия) в зоне глубинных разломов выявлены локальные участки с аномальными высокими пластовыми давлениями геостатической природы в нижнепалеозойских металлоносных рассолах на границе с кристаллическим фундаментом платформы.

В нижнем гидродинамическом этаже прилегающих бассейнов (Тимано-Печорский, Волго-Камский и Прикаспийский) водовмещающие породы также характеризуются низкой проницаемостью и слабым водообменом (<10в-3 м/сут). На глубинах 1,5—2 км в пределах погребенных валов их проницаемость заметно увеличивается, что благоприятствует разгрузке металлоносных рассолов, особенно в зоне флексур и разломов, осложняющих валы и поднятия. Влияние горных обрамлений Урала проявляется лишь до глубины 1 км, т. е. не ниже верхнего гидродинамического этажа. Так, например, движение рассолов в водоносном комплексе каменноугольно-пермских отложений в Ижмо-Печорской депрессии, судя по наличию минимума пластовых давлений на восточном склоне Тиманского кряжа, направлено скорее в сторону Урала. Линейные градиенты имеют перепад 500—600 м. На участках новейших тектонических поднятий отмечено наличие гидродинамических аномалий.

Низкая проницаемость глубокозалегающих пород (<10в-4 м/сут) обусловила сохранение палеодавлений, характерных для предшествующих этапов развития Предуральского артезианского бассейна. В областях валов и поднятий бассейна происходят межпластовые перетоки, питание и разгрузка металлоносных подземных вод палеозойских горизонтов.

Распределение пластовых давлений и закономерности движения металлоносных рассолов наиболее слабо изучены в пределах Западно-Сибирского бассейна. В его центральной части мощность осадочного чехла, сложенного преимущественно глинистыми газоводоупорными породами олигоценового и верхнемелового возраста, не превышает 3 км. В слабых рассолах здесь накапливаются лишь под и бор. Некоторое повышение общей минерализации и концентрации редких щелочных элементов в подземных водах нижнего этажа, экранированного в восточной части бассейна более древними верхнеюрскими и нижнемеловыми отложениями, совпадает с повышением пластовых давлений к периферийным зонам бассейна.

Несколько лучше в динамическом плане изучены подземные воды Ангаро-Ленского и Тунгусского бассейнов, имеющих в отличие от Западно-Сибирского бассейна мощный соляной экран, под которым в течение длительного времени в кембрийском водоносном комплексе формировались сверхкрепкие (400—600 г/л) металлоносные рассолы.

Наиболее высокие концентрации макро- и мнкрокомпонентов, а также высокие пластовые давления выявлены в меж- и подсолевом водоносных комплексах. Скорее всего они являются причиной высокой газонасыщенности рассолов углеводородными газами, которая возрастает в сводовых частях глубокопогребенных антиклинальных складок, расположенных в периферических частях бассейна,

Платформенные глубокопогребенные гидрогеологические структуры, вмещающие металлоносные рассолы, часто отделены от прилегающих горно-складчатых областей и прогибов гидрогеологическими структурами, не содержащими металлоносных рассолов. Это свидетельствует об отсутствии геохимической и гидродинамической связи между нижними гидродинамическими этажами платформенных структур и горно-складчатых обрамлений, а следовательно, и о маловероятности расположения областей питания глубокозалегающих водоносных комплексов платформ и прогибов на сопряженных склонах горных хребтов. Самые высокие пластовые давления отмечаются в нижних этажах нефтегазоносных структур альпийских краевых прогибов (Предкарпатский, Предкавказский, Предкопетдагский и др.), где металлоносные рассолы вскрываются в относительно молодых мезо-кайнозойских породах и на относительно небольших глубинах (2,0-2,5 км).

Экстремальные содержания микрокомпонентов наблюдаются здесь главным образом на участках инверсионных глубокопогребенных поднятий, вмещающих нефтяные и газоконденсатные залежи. Сохраняющиеся длительное геологическое время аномальные пластовые давления исключают возможность проникновения в нижние водоносные горизонты слабо минерализованных вод из областей питания и вызывают движение металлоносных рассолов в обратном направлении: из глубокопогруженных частей прогибов к их бортовым частям с менее высокими пластовыми давлениями. Выжимающиеся из глин рассолы движутся вместе с газами и нефтью в менее сжимаемые пористые песчаные и трещиноватые карбонатные коллекторы. Максимальное уплотнение и отжатие испытывают при этом породы в наиболее погруженных частях прогибов. Нередко разгрузка глубоких подсолевых металлоносных рассолов происходит под воздействием геостатического давления через ослабленные тектонически активные трещиноватые зоны солянокупольных поднятий (Эмбенский р-н, Днепрово-Донецка я впадина и др.). Это также отчетливо фиксируется на геохимических картах распределения микрокомпонентов в глубоких подземных водах (см. рис. 11).

Нарастание концентраций микрокомнонентов в глубоких подземных водах нижнемеловых и юрских отложений Восточно-Предкавказского прогиба на север в сторону вала Карпинского указывает на возможность влияния Каспийского моря в качестве основного базиса дренирования только на подземые воды верхнего гидродинамического этажа. Движение вод в данном этаже определяется гидростатическим напором и направлено (в отличие от нижнего этажа) от наиболее приподнятых на юге областей питания к наиболее опущенным на северо-востоке областям разгрузки.

Для количественного отображения гидрогеологической закрытости структур, а следовательно, и условий обогащения глубоких вод микрокомпонентами предлагаются различные методы. Так, М.А. Гатальский применяет коэффициент их закрытости, представляющий отношение общей минерализации воды к глубине залегания водоносного горизонта. В.А. Кротова для этих же целей применяет бромный показатель, определяемый отношением содержаний брома к глубине.

В.И. Гуревичем, Л.Н. Капченко и Н.М. Кругликовым установлено, что активность водообмена влияет на соотношение гелия и аргона. Так, например, в верхнем гидрогеологическом этаже в условиях свободного водообмена отношение гелия к аргону обычно ниже 0,1, а в зоне затрудненного водообмена — от 0,1 до 3. В условиях квазизастойного режима оно выше 3.

По данным исследований С.И. Кузнецова, М.В. Иванова, Н.Н. Ляликовой, показателем гидродинамических и геохимических условий формирования глубоких подземных вод является также их бактериальный состав.

В глубоких зонах затрудненного водообмена всегда преобладают сульфатредуцирующие и метанпродуцирующие анаэробные микроорганизмы.

В последние годы для косвенной оценки направленности миграции и возраста подземных вод успешно применяется палинологический анализ. При наличии в воде спор более молодого возраста, чем во вмещающих породах, делается вывод о преимущественно нисходящей их миграции из верхних водоносных горизонтов, а в случае преобладания спор более древнего возраста, чем в водовмещающих породах,— о восходящем движении вод из нижних горизонтов.

Выявление примерной глубины расположения нижнего гидродинамического этажа по гидрогеохимическим данным и степени закрытости структур авторы предлагают осуществлять на основании расчета соотношений определенных комплексов микро- и макрокомпонентов. Так, резкое изменение отношений калия, кальция, магния с редкими щелочными металлами фиксирует примерную глубину погружения водоупорных образований.

Термометаморфические процессы, протекающие в нижних частях водонапорных элизионных систем, тесно связаны с динамикой заключенных в них флюидов (вода, газ, нефть), которые обладают четко выраженной тенденцией вытеснения под действием геодинамических факторов в верхний гидрогеологический этаж по наиболее ослабленным круто восстающим разрывным нарушениям.

Скрытые очаги разгрузки термальных металлоносных рассолов тяготеют к деформированным крыльям и сводам глубокопогребенных брахиантиклинальных структур. Поэтому породы здесь наиболее сильно гидротермально изменены. Первичные глинистые минералы монтмориллонитового состава превращены в гидрослюдистые разности, содержащие максимальные количества микрокомпонентов, особенно редких щелочных металлов. Таким же процессам диагенеза и перекристаллизации были подвергнуты по зонам дизъюнктивных нарушений и соленосные породы.

Наименьшим содержанием микрокомпонентов характеризуются легко промываемые песчано-алевритовые и сильнотрещиноватые карбонатные породы, являющиеся в то же время основными водовмещающими продуктивными комплексами для металлоносных рассолов.





Яндекс.Метрика