книги / Нефтегазовая гидрогеология

При палеогидрогеологических реконструкциях существенное значение имеет определение интенсивности водообмена на элизионных и инфильтрационных этапах гидрогеологической истории. Расчет показателей интенсивности водообмена на этих этапах мо­ жет быть произведен по формулам, предложенным А. А. Карце­ вым.

На элизионном этапе гидрогеологической истории показатель интенсивности элизионного водообмена (ПИЭВ) определяют по формуле

ПИЭВ = ^ Ш Г/(КЛ ), (IX. 1)

где Кг — первоначальный объем глин данного водоносного ком­ плекса (произведение площади распространения глинистой тол­ щи на ее мощность); ДтГ— величина изменения пористости глин в течение данного этапа; Vn — объем песчаных коллекторов дан­ ного водоносного комплекса; тп — пористость песчаников (с уче­ том изменения во времени).

Для определения показателя интенсивности инфильтрационного водообмена (ПИИВ) используется формула

ПИИВ = /мт/(К пт п), (IX.2 )

где F — поперечное сечение древнего потока литосферных вод; и — скорость этого потока: х. —длительность инфильтрационного этапа (по данным абсолютной геохронологии).

Ориентировочная скорость древнего потока литосферных вод может быть определена на основе анализа перепада напоров, вы­ явленных по данным о гипсометрическом положении области пи­ тания и зоны разгрузки, которые показаны на схеме гидрогеодинамических условий, составленной для инфильтрационного эта­ па, на палеогидродинамических профильных разрезах и т.п. При отсутствии этих материалов можно воспользоваться величинами скоростей движения в аналогичных современных гидрогеологи­ ческих бассейнах, исходя из принципа актуализма.

В последнее время палеогидродинамические реконструкции с помощью математического моделирования широко проводятся А. А. Аванесовым на территории Каракумского осадочного бас­ сейна. Они позволяют воспроизводить положение палеопьезометрических поверхностей на элизионных и инфильтрационных эта­ пах гидрогеологической истории водоносных комплексов.

Определение интенсивности водообмена на элизионных и ин­ фильтрационных этапах и последовательности этих этапов во вре­

мени имеет существенное значение для понимания процессов нефтегазообразования. На элизионных этапах гидрогеологической ис­ тории в результате уплотнения осадков вместе с седиментогенными, а также (при термодегидратации минералов) с возрожденны­ ми водами в коллектор поступают и УВ.

Немаловажное значение при палеогидрогеологических рекон­ струкциях имеет определение интенсивности разгрузки пластовых вод в течение геологического времени. Разгрузка пластовых вод осуществляется и на элизионных, и на инфильтрационных этапах гидрогеологической истории бассейна. Масштабы разгрузки в те­ чение гидрогеологической истории бассейна могут меняться и за­ висят от режима и типа природных водонапорных систем, про­ странственного положения зон пьезомаксимумов и пьезоминиму­ мов, типа разломов (проводящие сквозные, проводящие затухаю­ щие и др.), магматической деятельности, палеорельефа, палеокли­ мата и т.д.

С целью реконструкции условий палеоразгрузки рекомен­ дуется составлять специальные карты, позволяющие судить о ее характере и масштабах, пространственном положении оча­ гов разгрузки, зон перетоков и т.п. Серия таких карт, состав­ ленная Р. И. Быковым, С. Б. Вагиным и В. П. Гавриловым для мезозойских отложений Туранской плиты, дала возможность про­ следить за изменением интенсивности разгрузки на различных этапах гидрогеологической истории водоносных комплексов (рис. 48). Если данные о разгрузке пластовых вод малочисленны и стро­ ить специальные карты по ним нецелесообразно, то их можно наносить на палеогидрогеологические схемы и карты, палеогидрогеологические профильные разрезы.

Специальные исследования позволяют проводить периодиза­ цию разгрузки литосферных вод, выделяя гидрогеодинамические циклы.

Такая работа выполнена А. А. Дзюбой по Сибирской плат­ форме. Рассматривая эволюцию темпов разгрузки рассолов, он выделил следующие гидрогеодинамические циклы: вендско-си­ лурийский, среднепалеозойско-раннемезозойский, средне-поздне­ мезозойский и кайнозойский (рис. 49). Каждый цикл подразде­ ляется на этапы активизации разгрузки и этапы ее затухания. К этапам тектоно-магмогидродинамической активизации, напри­ мер, относятся позднекембрийско-силурийский, девонско-турней- ский, а к этапам весьма слабых темпов или отсутствия разгрузки, названным А. А. Дзюбой гидрогеодинамическими паузами, — та­ кие, как раннесреднеюрский, позднемеловой — раннекайнозой­ ский.

Рис. 48. Палеогидрогеологическая схема Туранской плиты к началу раннего мела (составили Р. И. Быков, С. Б. Вагин, В. П. Гаврилов):

1 - области отсутствия юрских отложений; 2 - оси областей максимального проги­ бания к началу раннего мела; 3 - контуры выходов юрских отложений на предмеловую поверхность, которые соответствовали наиболее приподнятым областям к началу раннего мела; 4 - границы распространения эвапоритов гаурдакской свиты; 5 - направление движения инфильтрационных вод; области: 6 - возможной инфильтрации атмосферных и поверхностных вод; 7 - воз­

можной смены гидрогеологических условий; 8 - направление движения подземных вод (и УВ) на седиментационном этапе, предшествовавшемрассматриваемому вре­ мени гидрогеологической истории; 9 - флексурно-разрывные зоны, к которым пред­ положительно были направлены потоки подземных вод (с растворенными УВ); 10 - сдвиго-сбросовые зоны, с которыми могли быть связаны перетоки подземных вод; 11 - разломы, возможно, являвшиеся областями проявления скрытой или открытой разгрузки подземных вод; 12 - разломы, являвщиеся тектоническим экра­ ном для юрских отложений и служившие барьером на пути движения подземных вод; 13 - разломы, роль которых в палеогидрогеологии не рассматривалась; 14 - структуры, в пределах которых могли сформироваться скопления УВ к нача­ лу раннего мела; 15 - структуры, в пределах которых, возможно, происходило раз­ рушение скоплений УВ в эпоху преднижнемелового размыва

Рис. 49. Схема щцрогеодинамической цикличности развития Сибирской платформы (по А. А. Дзюбе).

Этапы: 1 - гидрогеодинамической активизации, 2 - тектоно-гидродипамический, 3 - тектоно-магмогидродинамический; 4 - гидродинамическая пауза

§ 3. ПАЛЕОГИДРОГЕОХИМИЯ

Палеогидрогеохимические реконструкции заключаются в вы­ явлении первичного состава вод бассейна осадконакопления, их минерализации и последующих изменений в результате элизионных и инфильтрационных водообменов, а также связанных с ними физико-химических процессов. Первые опыты восстановления палеогидрогеохимических условий были основаны на выделении зон формирования атмогенных и талассогенных вод. На палеогид­ рогеохимических картах, построенных в 1949 г. С. А. Шагоянцем, а позднее Г. В. Богомоловым, Б. Ф. Маврицким и др., области суши выделяются как территории развития пресных вод, а в пре­ делах распространения морских бассейнов — как области развитая соленых вод. Сведения о палеогеографических условиях позволя­ ют воспроизвести возможные минерализацию и состав литосфер­ ных вод. На основе палеогеографических и литолого-фациальных карт строятся палеогеографические схемы, отражающие условия формирования пластовых вод в различных палеогеографических обстановках. На таких схемах отражаются первоначальные усло­ вия формирования водных растворов при седиментогенезе и диа­ генезе. Дальнейшие изменения в условиях формирования вод мо­ гут рассматриваться на основе расчетов показателей элизионного и инфильтрационного водообменов.

Палеогидрогеохимические реконструкции, базирующиеся на изучении состава поглощенного комплекса глинистых пород, были проведены И. С. Грамбергом, количественные палеогидрогеохи­ мические реконструкции — А. М. Никаноровым и Г. П. Волобуевым, а также Я. А. Ходжакулиевым и Л. А. Абуковой.

Методика восстановления палеоминерализации, предложенная Я. А. Ходжакулиевым и Л. А. Абуковой, основана на учете группы природных факторов, влияющих на процесс формирования под­ земных вод. К группе основных факторов, обусловливающих фор­ мирование химического состава литосферных водных растворов, ими отнесены литолого-фациальный, палеогеографический, палеоклиматический факторы. Они являются определяющими при вы­ делении объекта исследования, названного авторами методики расчетным объемом. Под расчетным объемом понимается геоло­ гическое тело, охватывающее водоносный горизонт (комплекс) или его часть, характеризующееся однородными литолого-фациальны- ми, палеоклиматическими и палеогеографическими условиями. Основанием для выделения расчетных объемов на изучаемой тер­ ритории служат палеотектонические, палеогеографические, палеогидродинамические карты, сведения о палеоклимате и карты со­ временной гидрогеодинамики. При изучении неокомского водо­ носного горизонта в пределах Каракумского гидрогеологическо­ го бассейна авторами выделено три расчетных объема — А, Б, В (рис. 50).

Предполагается, что изменения состава и минерализации вод­ ных растворов в литосфере контролируются такими факторами, как температура, давление и инфильтрационный водообмен.

Для каждого из выделенных расчетных объемов по современ­ ным параметрам вод составляют зависимости M = J[T), М = J{p), М = /(у), где М — минерализация воды, Т — температура, р — давление, у — компонент вод (хлор, кальций, магний и т.д.).

В результате математической обработки данных по современ­ ному химическому составу определяют расчетные зависимости для конкретного горизонта и расчетного объема. В данном случае (рис.

Рис. 51. Карта палеогазонасыщенности юрского водоносного комплекса Каракумского бассейна к концу элизионного этапа палеогенового гидрогеологического цикла (по Я. А. Ходжакулиеву, Л. А. Абуковой):

1 - изолинии газонасыщенности, см*/л; зоны распространения вод с газонасыщеннос- тью, см*/л: 2 - меньше 1000, 3 - 1000-2000, 4 - больше 2000; остальные условные обозначения см. на рис. 50

чении содержания в водах в первую очередь гелия и аргона. По­ скольку гелий является продуктом радиоактивного распада, его количество обусловливается временем нахождения подземных вод в породе. При определении абсолютного возраста подземных вод наиболее широко используются следующие формулы:

В приведенных формулах используется общее содержание ар­ гона без учета доли радиогенного аргона, что может вызвать зна­ чительные погрешности в расчетах. Методика определения содер­ жания радиогенного аргона в общем его объеме разработана 3. Н. Несмеловой, К. С. Солдатовой; М. Н. Митиным и другими исследователями и имеется в специальных руководствах.

Л. В. Горбушина и В. Г. Тыминский для определения возраста газовых ассоциаций и содержащих их литосферных водных ра­ створов предложили следующие формулы:

где Не — концентрация гелия, см3/см3 воды; U, Th — содержа­ ние урана и тория в породе, г/г; Кои — коэффициент отделения гелия из твердых компонентов породы; D — параметр, определяю­ щий потерю, гелия водным раствором; р — плотность пород, г/см3; р — пористость пород;

где N = (П-КНХ'р + 3,13-10-8)АГтдр//?; Кр — коэффициент радио­ активного равновесия урана и тория в породах; 3,9-10'4 — концен­ трация атмогенного аргона, см3/см3 воды; 12-10 8 — количество ге­ лия, образующееся из 1 г урана за 1 год; 3,13-ДО-8 — то же, из тория.

При палеогидрогеологических реконструкциях этот метод дает дополнительный параметр для определения в сравнительных це­ лях времени циркуляции вод в гидрогеологических бассейнах.

§ 4. ПАЛЕОГИДРОГЕОТЕРМИЯ

Процессы формирования химического состава водных раство­ ров во многом определяются температурным режимом недр. Зна­ ние геотермических условий, существовавших на отдельных эта­ пах геологической истории района, имеет существенное значение для нефтегазовой геологии, в первую очередь для выявления зон

нефтегазообразования и определения направления миграции флю­ идов, в том числе УВ. Методы расчета палеотемпературы предло­ жены М. С. Бурштаром, И. В. Машковым, А. М. Никаноровым,

Г.Л. Волобуевым, В. Ф. Борзасековым и Я. А. Ходжакулиевым. Метод В. Ф. Борзасекова и Я. А. Ходжакулиева учитывает осо­

бенности палеотекгонических условий изучаемых отрезков време­ ни, изменение мощностей отложений при уплотнении пород, а также изменение геотермических градиентов в зависимости от глу­ бины погружения стратиграфических комплексов.

Расчет палеотемпературы на глубину Я для пласта i при л-слой- ной толще для рассматриваемого отрезка времени предлагается вести по формуле

(IX. 12)

где / — среднегодовая температура воздуха в рассматриваемый период времени (по данным палеоклиматологии); h. — мощность стратиграфического комплекса в рассматриваемый период време­ ни, определяемая с учетом изменения пористости пород под воз­ действием их уплотнения во времени; Г, — геотермический гради­ ент стратиграфического комплекса в рассматриваемый период вре­ мени с учетом зависимости градиентов от плотности пород.

Для нефтегазовой геологии важное значение имеют данные о максимальных температурах, существовавших на различных эта­ пах развития изучаемого комплекса, позволяющие судить о степе­ ни преобразования ОБ и фазовом состоянии УВ. Реконструкция поля максимальных температур для ряда нефтегазоводоносных комплексов Западно-Сибирского бассейна, проведенная А. Р. Кур­ никовым и Б. П. Ставицким (1987), основана на учете данных по современным температурам и степени охлаждения пород в резуль­ тате влияния следующих факторов: регионального уменьшения плотности теплового потока в геологической истории бассейна, изменения климатических условий в олигоцен-раннечетвертичное время; воздымания и размыва части ранее накопленных осадков на севере бассейна; резкого похолодания климата в позднечетвер­ тичное время. Учитывая степень влияния каждого фактора, а так­ же современные геотермические условия, эти авторы составили карты максимальных палеотемператур (рис. 52).

Ю. А. Висковским (1984) в основу палеогеотермических рекон­ струкций в осадочных бассейнах положены выявленные законо­ мерности распределения температуры в разновозрастных регио­