Гидрогеология нефтегазоносных отложений юры и мела восточной части Енисей-Хатангского регионального прогиба

Рис. 1.4.1 Балахнинское месторождение Структурнаякартапокровлепласта ВМ-I 1 - стратоизогипсы (м), насыщение залежи: 2 - газом, 3 - водой; 4 - разрывные нарушения; 5 скважины,6-линиягеологическогоразреза.(Конторович,2011)

Рис. 1.4.2 Балахнинское месторождение геологический разрез.

Породы: 1- аргиллиты, 2- песчаники; насыщение песчаников: 3- газом, 4- водой. (Конторович 2011).

Глава 2. Гидрогеологические условия

2.1 Методика исследований. Принципы гидрогеологической стратификации разреза

Гидрогеологическая стратификация лежит в основе любых гидрогеологических исследований. При гидрогеологическом картировании основной задачей является расчленение геологического разреза на водоносные и водоупорные толщи. Разработке теоретических основ гидрогеологической стратификации в целом и осадочных бассейнов Сибири посвящены многочисленные работы Н.И. Толстихина, А.М. Овчинникова, М.С. Гуревича, Н.А. Маринова, А.С. Рябченкова, Е.В. Пиннекера, А.А. Карцева, В.Н. Корценштейна, Б.Ф. Маврицкого, А.А. Розина, П.П. Климентова, У. Рихтера, В.А. Кирюхина, О.В. Равдоникас, Дж. Джетеля, Н.В. Роговской, А. Турнера, К.П. Караванова, Л.А. Островского, С.Л. Шварцева, В.Б. Торговановой, Н.М. Кругликова, С.Г. Бейрома, Ю.К. Смоленцева, В.В. Нелюбина, Б.П. Ставицкого, В.М. Матусевича, П.А. Удодова, А.Д. Назарова, Ю.П. Гаттенбергера, Н.Ф. Чистяковой и многих других .

Они и разработали терминологическую базу, основные принципы, критерии, методы и приёмы расчленения единой гидрогеологической системы на основные элементы (водные объекты) и предложили стратификационные схемы, которые отражают как методическую часть, так и специфику гидрогеологического строения конкретных регионов.

При расчленении разрезов в гидрогеологической стратификации используют следующие основные гидрогеологические подразделения: водоносный горизонт, водоносный комплекс и водоносный этаж.

· Водоносный горизонт - наиболее мелкая таксономическая единица, представляющая собой относительно выдержанную по площади и в разрезе насыщенную гравитационной водой, одно- или разновозрастную толщу горных пород. В гидродинамическом отношении данная толща - одно целое (Словарь…, 1961, Щварцев, 1996).

Водоносный горизонт может быть представлен как одним, так и несколькими слоями водонасыщенных пород, различающихся или сходных по возрасту, литологическому составу и фильтрационным свойствам. В первом случае он будет простым однослойным, во втором - сложным слоистым, двухслойным или многослойным.

· Водоносный комплекс это более крупное гидрогеологическое подразделение, яем водоносный этаж, и он представляет собой выдержанную в разрезе, имеющую региональное распространение водонасыщенную толщу одновозрастных или разновозрастных и разнородных горных пород, которая ограничена сверху и снизу регионально выдержанными водоупорными (или относительно водоупорными) пластами, почти исключающими или затрудняющими гидравлическую связь с другими смежными водоносными комплексами и тем самым обеспечивающими присущие данному комплексу определенные особенности гидродинамического и гидрогеохимического режима (Словарь…, 1961, Щварцев, 1996).

· Водоносный этаж - самая крупная единица гидрогеологиечской стратификации. Под гидрогеологическим этажом следует понимать совокупность водоносных комплексов, ограниченных или только снизу, или сверху и снизу мощными регионально выдержанными в пределах водонапорной системы толщами водоупорных пород (Словарь…, 1961, Щварцев, 1996).

Основными критериями выделения водоупорных и относительно водоупорных толщ в разрезе являются литологический и минералогический составы пород и их физические свойства. В качестве непосредственных показателей установления изолирующих свойств водоупорных толщ следует опираться на показатели гранулометрического состава, пористости, проницаемости, поглотительной способности глинистых пород.

Выделения водоносных горизонтов базировалось на определении водоупорных и водовмещающих толщ по данным каротажа скважин. Комплекс каротажа включал в себя данные кажущегося сопротивления (КС) и потенциала собственной поляризации (ПС). Интерпретация диаграмм ПС и КС сводилась к определению границ и оценке литологической характеристики пластов. Соответственно песчаные пласты внутри мелких стратиграфических подразделений (свит) интерпретировались в ходе исследования как водоносные горизонты, мощные глинистые и алевритистые пласты интерпретировались как локальные флюидоупоры, отделяющие водоносные горизонты друг от друга.

На каротажной кривой ПС при постоянстве минерализации и химического состава амплитуда зависит только от адсорбционной способности и распределения глинистого материала в породе. Песчаники характеризуются пониженными значениями ПС, а аргиллиты - повышенными, все промежуточные разности, при высокой степени дифференцированности ПС, были отнесены к алевролитам. На диаграммах КС наблюдается при этом обратная картина, т.е. отложения с высоким содержанием глинистого материала характеризуются низкими значениями КС, а с низким содержанием - высокими значениями, однако если песчаник водонасыщенный, то значения КС резко падают, а в нефте- и газонасыщенном, наоборот повышаются. Пример каротажа скважины представлен на рисунке 2.1.1



Рис. 2.1.1 Пример совместной интерпретации диаграмм ПС и КС по геолого-геофизическому разрезу скважины ( Латышева и др., 2007)/ 1- глина, 2 - песчаник, 3 - известняк, 4 - глинистый песчаник, 5- нефть, 6 - вода, 7 - точки перегиба кривой ПС

Методика расчленения и корреляция юрско-мелового разреза восточной части Енисей-Хатангского регионального прогиба

Для расчленения и корреляции юрско-мелового разреза использовался комплекс геофизических методов исследований скважин, включающий: потенциал самопроизвольной поляризации (ПС), электрический каротаж (зонды кажущихся сопротивлений КС). В программе LasLog был выстроен каротаж по нескольким скважинам, все скважины были разбиты посвитно и выделены (на основе диаграмм ПС и КС) песчаные и глинистые слои по всему разрезу осадочного чехла (таблица 3).

Шараповская свита	В интервалах свиты диаграммы ПС имеют среднедифференцированный характер, и среди нихсвиты выделяются высокие отрицательные аномалиии.
Китербютская свита	Диаграммы ПС монотонны, здесь практически отсутствуют отрицательные аномалии, недифференцированные.
Надояхская свита	Диаграммы ПС имеют среднедифференцированный характер и высокие отрицательные аномалии. Вид диаграмм ПС имеет общее сходство с диаграммами ПС шараповской свиты.
Лайдинская свита	Диаграммы ПС свиты характеризуются стабильными высокими отрицательными значениями и низкой дифференцированностью. Диаграммы КС имеют сильнодифференцированный характер.
Вымская свита	Диаграммы ПС характеризуются стабильными отрицательными значениями и низкой дифференцированностью. Диаграммы КС имеют среднедифференцированный характер
Леонтьевская свита	Диаграммы ПС низкодифференцированные Встречаются редкие и незначительные по амплитуде отрицательные аномалии ПС. Диаграммы КС имеют слабодифференцированный характер
Малышевская свита	Диаграммы ПС имеют высокодифференцированный характер. Высокая дифференциация диаграмм указывает на переслаивание пород с различными электрофизическими свойствами и характером насыщения.
Гольчихинская свита	Диаграммы ПС среднедифференцированы.
Нижнехетская свита	Диаграммы ПС имеют среднедифференцированный характер. Количество отрицательных аномалий отвечает большому количеству песчаного материала.
Суходудинская свита	Диаграммы ПС имеют сильнодифференцированный характер, что отражает переслаивание пород различного состава.
Малохетская свита	Диаграммы ПС имеют сильнодифференцированный характер, как и диаграммы КС. Такая сильная дифференциация свидетельствует о том, что свита состоит из чередующихся пачек песков и глин.
Яковлевская свита	Яковлевская свита Диаграммы ПС имеют сильнодифференцированный характер. На диаграммах ПС наблюдается четкая периодичность разноамплитудных аномалий, что отражает переслаивание пород различного состава.
Долганская свита	На большей части территории исследования диаграммы ПС представлены отрицательной аномалией. Характер диаграмм слабо дифференцированный, с крайне редкими положительными аномалиями, связанными с маломощными прослоями глин
Дорожковская свита	Диграммы ПС имеют слабодифференцированный характер. Значения ПС достаточно низки, что указывает на преимущественно песчаный состав свиты.
Насоновская свита	По диаграммам ПС значения меняются с низко аплитудных до высоко амплитудных, что соответствует чередованию песчанистых и глинистых слоев. По каротажным диаграммам можно выделить преимущественно глинистые и песчанистые пачки.
Салпадаяхинская свита	Присутствуют повышенные значения диаграммы ПС, что указывает на глинистый состав пород.
Танамская свита	Амплитуды ПС сильно дифференцированы, отмечается чередование высоких и низких значений, что позволяет сказать о переслаивании песчаных и глинистых пачек.

2.2 Гидрогеологическая стратификация

Опираясь на принятую гидрогеологическую стратификацию Западно-Сибирского мегабассейна, выделяют два водоносных этажа (сверху вниз); 1) верхний - четвертичных и верхнемеловых отложений и 2) нижний - меловых, юрских отложений и образований палеозойского фундамента.В пределах нижнего водоносного этажа можно выделить четыре водоносных комплекса (сверху - вниз): апт-альб-сеноманский, неокомский, нижне-среднеюрский. Все выделенные мезозойские комплексы сложены преимущественно проницаемыми песчано-алевролитовыми породами, которые разделяются аргиллито-глинистыми водоупорами. Верхний водоносный этаж представлен верхнемеловым гидрогеологическим комплексом.

На основе каротажных данных по скважинам Новая 2 и Массоновская 363, автором была составлена схема стратификации для юрских и меловых отложений (Приложение 1). Ниже представлена полная характеристика водоносных горизонтов выявленных на территории восточной части Енисей-Хатагского регионального прогиба.

Нижний водоносный этаж.

Нижне-среднеюрский водоносный комплекс объединяет семь водоносных горизонтов (снизу-вверх): 2(J₁p₃)нижний плинсбахский, 2(J₁p₂)средний плинсбасхский, 2(J₁p₁)верхний плинсбасхский,2(J₁t) тоарский, 2(J₁a)ааленский, 2(J₂b) байоский, 2(J₂bt)батский. Батский горизонт представлен переслаиванием песчаников, алевролитов и аргиллитов, горизонт выделяется большой мощностью (около 800 м), аргиллитовые прослойки маломощны, поэтому они не могут влиять на водоносность данного горизонта. Байоский горизонт представлен существенно опесчанениой алевритовой фракцией. Горизонт маломощен, мощность достигает первых десятков метров. Ааленский горизонт представлен в основном песчаниками, с редкими включениями опесчаненого алевролита. Мощность горизонта достаточно высокая (800-850 м). Тоарский горизонт представлен преимущественно песчаниками, мощностью 100-110 м. Первый плинсбахский горизонт сложен песчаниками с небольшими алевролитовыми прослоями, в строении этого горизонта выделяется следующая закономерность: песчаники распологаются в центре горизонта, сверху и снизу горизонт сложен алевролитами. Мощность горизонта 100 м. Второй плинсбахский горизонт сложен алевролитами и песчаниками, данный горизонт имеет общее строение с первым плинсбахским горизонтом, мощность горизонта 80-100 м. Третий плинсбахский горизонт сложен алевролитами и песчаниками, но в отличии от первого и второго плинсбахского горизонтов, третий плинсбахский горизонт имеет прямо противоположное строение: существенное опесчаневание у него достигается в верхнем и нижнем краю, в середине горизонт сложен преимущественно опесчанными алевролитами.

Между собой горизонты разделены глинистыми водоупорами. Водоупоры представлены глинистыми и глинисто-алевритовыми толщами.

Неокомский водоносный комплекс представлен тремя водоносными горизонтами: 2(K₁g₁)верхний готеривский,2(K₁g₂)нижний готеривский и 2(К₁b) берриасский горизонты. Первый готеривский горизонт сложен преимущественно опесчанеными алевролитами с незначительными по своей мощности прослоями глин, которые ввиду своей маломощности не могут влиять на водоносные свойства горизонта. Данный горизонт имеет небольшую мощность, колеблющуюся в переделах 130-150 м.Второй готеривский горизонт представлен переслаиванием песчаников, опесчаненных алевролитов и аргиллитов. В пределах горизонта выделяется четкая зональности, а именно в верхней части горизонт представлен в основном глинами (маломощными), алевролитами и песчаниками, напротив в нижней части горизонт сложен исключительно песчаниками. Горизонт имеет очень большую мощность около 2 км. Между собой горизонты разделены глинисто-алевролитовым маломощным водоупором.

Апт-альб-сеноманский водоносный комплекс сложен пятью водоносными горизонтами: 2(K₁ap) аптский, 2(K₁ab)₂ второй альбский, 2(K₁ab)₁ первый альбский, 2(K₂c)₂ второй сеноманский, 2(K₂c)₁ первый сеноманский. Первый сеноманский горизонт сложен породами песчано-алевритового состава, с редкими и маломощными прослоями глин. Горизонт имеет изменяющуюся мощность, до 1000 м. Второй сеноманский горизонт по строению и составу похож на первый сеноманский горизонт, но отличающийся большей мощностью до 400 м. Первый альбский горизонт сложен преимущественно опесчаненными алевролитами с редкими прослоями глин. Горизонт имеет небольшую мощность около 100 м. Второй альбский горизонт представлен песчаниками с маломощным включением глин. Сам горизонт имеет маленькую мощность около 40 м. Аптский горизонт сложен песчаниками, глинами и в большинстве опесчаненными алевролитами. Горизонт имеет мощность 140 м.

Все водоносные горизонты представлены чередованием песчаных, алевритовых и аргиллитовых толщ. Водоносные горизонты разделены водоупорами преимущественно глинистого состава.

Верхний водоносный этаж.

Верхнемеловой водоносный комплекс представлен 2(K₂m) маастрихтовым,2(K₂ca)кампанским и 2(K₂k) коньякским иводоносными горизонтами. Маастрихтский горизонт сложен преимущественно песками с алевролитами по краям, горизонт имеет мощность до 110 м. Кампанский горизонт сложен преимущественно песчано-алевритовыми породами. В составе горизонта выделяется следующая закономерность: в верхней части горизонт сложен алевритовой фракцией, которая уменьшается к середине горизонта и ближе к нижнему краю переходит в песчанистую фракцию. Горизонт имеет небольшую мощность (до 160 м). Коньякский горизонт представлен переслаиванием песчаников с алевролитами с небольшим глинистым прослоем в краевой части. Горизонт имеет мощность 100м. Туронский горизонт имеет большую мощность и сложен в основном песчаниками с редкими прослоями алевролитов. Водоносные горизонты разделены между собой глинистыми породами-водоупорами.

Детальный анализ восточной части Енисей-Хатангского регионального прогиба показал, что разрез очень сложен, так как в нем присутствуют значительные по мощности толщи подвергшиеся опесчаниванию или глинизации, что стало предпосылкой для проведения автором расчленения гидрогеологического разреза восточной части Енисей-Хатангского регионального прогиба на четыре типа структур (рис. 2.2.1). Первый тип характеризуется наиболее полным разрезом, в нем присутствуют все водоносные комплексы и водоносные горизонты, такой тип разреза можно увидеть на скважинах Массоновская 363 и Новая 2. Территориально такой тип приурочен к Новому валу и Балахнинскому наклонному мезовалу. Второй тип характеризуется почти полным отсутствием нижне-среднеюрского водоносного комплекса (Волочанская 1). Второй тип расположен на территории Рассохинского наклонного мегавала. Третий тип характеризуется частичным размывом и глинизациией неокомского и нижне-средненеюрского водоносных комплексов (Кубалахская, Западно-Кубалахская). Третий тип встречен на восточной части Балахнинско-Рассохинской наклонной гряды. Четвертый тип характеризуется полным отсутствием неокомского и практически полным размывом нижне-среднеюрского водоносных комплексов и частичным размывом Нижне-среднеюрского водоносного комплекса (Владимирская 22). Данный тип встречается на территории Владимирского вала.



Рис. 2.2.1Схема гидрогеологического районирования.

Глава 3. Термобарические условия

3.1 Геотермический режим недр

Температурные условия оказывают решающее влияние на процессы нефтегазообразования и размещения скоплений УВ различного физико-химического состава и фазового состояния. (Зорькин, Суббота, Стадник Нефтегазопоисковая гидрогеология).Так при изменении регионального температурного фона, можно наблюдать качественную и количественную смену залежей углеводородов.

Исследованию геотермических условий осадочного чехла Западно-Сибирского мегабассейна посвящены работы: Ф.Г. Гурари, Н.В. Дубровой, Ю.Г. Зимина, А.Э. Конторовича, Н.М. Кругликова, А.Р. Курчикова, Б.Ф. Маврицкого, У.И. Моисеенко, В.Ф. Никонова, А.А. Розина, С.И. Сергиенко, Б.П. Ставицкого, В.Б. Торговановой, А.А. Трофимука, Э.Э. Фотиади, П.Ф. Швецова и других. В них отражены материалы, характеризующие геотермическое поле, так же проведено описание распределения температуры и геотермического градиента (Маврицкий, 1962; Торгованова и др., 1960; и др.).

Анализ геотермическихданных по гидрогеологическим комплексам восточной части Енисей-Хатангского регионального прогиба, показал что на исследуемой территории выявлена регрессионная зависимость температуры от глубины (рис. 3.1.1; 3.1.2; 3.1.3). Одной из особенностей территории является обширное распространение многолетнемерзлых пород, мощность толщи которых достигает 750 м. (рис. 3.1.1; 3.1.2; 3.1.3).



Рис. 3.1.1 Графики распределения градиентов температур с глубиной на Балахнинской площади.

Рис. 3.1.2 Графики распределения градиентов температур с глубиной на Владимирской и Новой площадях.



Рис. 3.1.3 Графики распределения градиентов температур с глубиной на Западно- и Восточно-кубалахских площадях.

Нижнесреднеюрский гидрогеологический комплекс характеризуется повышенными пластовыми температурами, которые, в самых прогретых частях прогиба, достигают 200^оС(рис. 3.1.4).

На карте распределения пластовых температур по кровле верхнеюрских отложений температуры варьируются в интервале от 0 до 110⁰С. Более прогретые толщи находятся в осевой части прогиба. Максимальные значения (90-110⁰С) приурочены к Массоновской площади и к Боганидско-Жданихинскому наклонному желобу. Самые низкие температуры (0-10⁰С) наблюдаются в краевых частях прогиба (рис. 3.1.5).

Неокомскому гидрогеологическому комплексу свойственны температуры, варьирующиеся от 0 ⁰С до 35 ⁰С. По краям территории, а так же в районе Балахнинской, Новой и Владимирской площади наблюдается распространение многолетнемерзлых пород. Максимальные температуры замечены на территории Богданидско-Ждахнинского наклонного желоба.(рис. 3.1.6)

Основным отличием апт-альб-сеноманского гидрогеологического комплекса является обширное распространение толщи многолетнемерзлых отложений. На остальной территории температуры не превышают 10 ⁰С(рис. 3.1.7).

Рис. 3.1.4. Карта пластовых температур в кровле триас-палеозойского водоносного комплекса. (Ватолина И.В., Кох А.А., Новиков Д.А., Садыкова Я.В., Сараев М.М., Сухорукова А.Ф.).

Рис. 3.1.5. Карта пластовых температур в кровле верхнеюрского водоносного комплекса. (Ватолина И.В., Кох А.А., Новиков Д.А., Садыкова Я.В., Сараев М.М., Сухорукова А.Ф.).



Рис. 3.1.6. Карта пластовых температур в кровле неокомского водоносного комплекса. (Ватолина И.В., Кох А.А., Новиков Д.А., Садыкова Я.В., Сараев М.М., Сухорукова А.Ф.).

Рис. 3.1.5. Карта пластовых температур в кровле апт-альб-сеноманского водоносного комплекса. (Ватолина И.В., Кох А.А., Новиков Д.А., Садыкова Я.В., Сараев М.М., Сухорукова А.Ф.).

3.2 Гидродинамическе условия

Выделение зон с различными гидродинамическими режимами и анализ основных гидродинамических факторов способствует выявлению гидрогеологических условий формирования залежей нефти и газа, а так же их сохранения. Изучением динамики подземных вод Западной Сибири было начато в середине пятидесятых годов двадцатого века. В трудах И.В. Гормонова, В.И. Дюпина, С.В. Егорова, Ю.Г. Зимина, А.Э. Конторовича, В.А. Кошляка, Н.М. Кругликова, А.Р. Курчикова, Б.Ф. Маврицкого, В.М. Матусевича, В.В. Нелюбина, А.Д. Резника, А.А. Розина, Б.П. Ставицкого, Ю.К. Смолянцова, В.В.Трушкина, В.К. Федорова и других исследователей обобщена накопленная информация (Кругликов и др., 1985; Курчиков, 1992; Трушкин, 2000).

Гидродинамика, или, как ее традиционно называют, динамика подземных вод, - отрасль гидрогеологии, в которой изучаются закономерности движения вод в земной коре, и разрабатывается математическая теория этого движения с целью количественной оценки условий формирования и управления режимом, балансом, ресурсами и качеством подземных вод, изменяющихся под влиянием естественных и искусственных факторов (Гавич, 1988).

При анализе гидродинамических условий территории исследования были изучены и обобщены все доступные материалы. Для расчета коэффициентов гидродинамического поля использовалась формула, предложенная М.Б. Букаты с соавторами (Букаты, Зуев, 1990, Букаты, 1992): Кнгп=Pпл/Pуг,

где Рпл - пластовое давление, Руг - условное гидростатическое давление на глубине замера Рпл.

В нижнесреднеюрском гидрогеологическом комплексе наиболее распространены давления 30-40 Мпа. Максимальные пластовые давления достигают 70 Мпа (рис. 3.2.1).

Верхнеюрский гидрогеологический комплекс, в основном, характеризуется средними давлениями. Повышенные давления приурочены к Массоновской площади и в структурном плане трассируют контуры Боганидско-Жданихинский наклонного желоба. Пониженные давления приурочены в основном к северной и южной границе исследуемой территории, в структурном плане характеризующиеся Северно-Сибирской мегамоноклизой(рис. 3.2.2).

Неокомский гирогеологический комплекс характеризуется нормальными пластовыми давлениями (13-16 МПа). Пониженные давления характерны для краевых частей прогиба, повышенные приурочены к юго-западному краю Богданинска-Ждахинского наклонного желоба(рис 3.2.3).

Для Апт-альб-сеноманского гидрогеологического комплекса характерны давления ниже среднего (4-8 МПа), минимальные давления наблюдаются в краевых частях ЕХРП и приурочены к Северно-Сибирской мегамоноклизе(рис. 3.2.4).

Рис. 3.2.1. Карта прогнозных пластовых давлений в кровле триас-палеозойского гидрогеологического комплекса. . (Ватолина И.В., Кох А.А., Новиков Д.А., Садыкова Я.В., Сараев М.М., Сухорукова А.Ф.).



Рис. 3.2.2. Карта прогнозных пластовых давлений в кровле верхнеюрского гидрогеологического комплекса. . (Ватолина И.В., Кох А.А., Новиков Д.А., Садыкова Я.В., Сараев М.М., Сухорукова А.Ф.).

Рис. 3.2.1. Карта прогнозных пластовых давлений в кровле неокомского гидрогеологического комплекса. . (Ватолина И.В., Кох А.А., Новиков Д.А., Садыкова Я.В., Сараев М.М., Сухорукова А.Ф.).



Рис. 3.2.1. Карта прогнозных пластовых давлений в кровле апт-альб-сеноманского гидрогеологического комплекса. . (Ватолина И.В., Кох А.А., Новиков Д.А., Садыкова Я.В., Сараев М.М., Сухорукова А.Ф.).

Глава 4. Геохимия подземных вод и водорастворенных газов

4.1 Статистическое обоснование гидрогеохимического фона

Из-за большого разнообразия химического состава подземных вод ученые занимаются поиском путей их систематизации, которая должна установить взаимосвязи химического состава подземных вод с литолого-фациальными особенностями водовмещающих пород, гидродинамическими условиями потока и залежами УВ. Этим вопросом занимались: О.А. Алекин, В.А. Александров, Т.П. Афанасьев, Л.С. Балашов, Е.Е. Белякова, М.Г. Валяшко, В.И. Вернадский, Б.В. Дерягин, О.С. Джикия, А.И. Дзенс-Литовский, А.М. Жирмунский, И.К. Зайцев, В.В. Иванов, Н.К. Игнатович, Г.Н. Каменский, А.А. Козырев, В.Н. Корценштейн, Н.С. Курнаков, О.К. Ланге, А.Ф. Лебедев, В.М. Левченко, Б.Л. Личков, Г.А. Максимович, Г.А. Невраев, А.М. Овчинников, А.Н. Павлов, Е.В. Пиннекер, К.Е. Питьева, Е.В. Посохов, В.А. Приклонский, Ф.П. Саваренский, В.С. Самарина, Е.М. Сергеев, Н.Н. Славянов, В.А. Сулин, Н.С. Спиро, Н.И. Толстихин, А.С. Уклонский, В.Н. Шемякин, С.А. Щукарев, Г.П. Якобсон и другие.

Ввиду ограниченного числа проб по комплексамстатистический анализ не проводился. Составлена серия гистограмм распределения минерализации, концентраций макро- и микрокомпонентов подземных вод восточной части ЕХРП.

Большое число анализируемых признаков требует использования комплексного статистического анализа, который позволяет вычислить степень различия между изучаемым объектом и каждым эталоном из системы критериев. Минимальное различие между ними дает возможность утверждать о подобии изучаемого параметра, которое устанавливается пороговым значением, вероятностью его появления. При любом пороговом значении решение формируется так, чтобы оно было оптимальным при заданном эталоне. Стоит помнить, что статистический анализ дает возможность формально разделить исходную информацию на отдельные составные элементы, частично позволяет вскрыть причинно-следственные связи. Возможность применения статистической теории в условиях неопределенности к построению прогнозных оценок подробно рассмотрены (А.А. Бугайцом и Л.Н. Дуденко,1976).

Проведение корреляционного анализ позволило установит тесноту линейной связи между переменными, выражающуюся коэффициентом корреляции (коэффициент принимает значения от -1 до 1, знаком «-» обозначает обратную связь).Чем ближе коэффициент к 1 тем теснее линейная связь. При величине коэффициента корреляции менее 0,3 связь оценивается как слабая, от 0,31 до 0,5 -- умеренная, от 0,51 до 0,7 --значительная, от 0,71 до 0,9 -- тесная, 0,91 и выше -- очень тесная (Балинова, 2005).

Для практических целей используются значительные, тесные и очень тесные связи. Анализ корреляционных связей между концентрациями химических элементов и соединений (Na, K, Ca, Mg, Cl, HCO3, I, Br, B) и общей минерализацией, позволил уточнить особенности геохимии подземных вод исследуемых комплексах. (табл.4).

В подземных водах восточной части Енисей-Хатангского регионального прогиба очень тесные связи наблюдаются между величиной общей минерализации и натрием (0,99), хлором (0,99), бромом (0,99), так же между натрием и хлором (1,00) и натрием и бромом (1,00) и между бромом с магнием (0,91) и хлором (1,00). Тесная связь замечена между магнием (0,88), кальцием (0,87), и величиной общей минерализации, так же между магнием (0,90), кальцием (0,83) и натрием. Кальций тесно связан с магнием (0,75), хлором (0,83), бромом (0,86). Тесная связь между магнием и хлором (0,92) и магнием и бором (0,88). Бор тесно связан с хлором (0,74) и с бромом (0,72). Значительная связь наблюдается только у бора с величиной общей минерализации (0,70), калия и сульфид иона (0,68) и йода с бором (0,51).

Тем самым, применяя различные статистические методы можно определить и отбросить плохие признаки, сформировав тем самым меньший набор лучших признаков.

Таблица4 Корреляционные связи между концентрациями химических элементов и соединений и минерализацией в подземных водах восточной части ЕнисеХатангского регионального прогиба

4.2 Особенности состава подземных вод

Подземные воды - это сложные химические растворы, которые содержат в своем составе все известные химические элементы в виде простых и сложных ионов (макро-и микрокомпоненты), комплексных соединений, растворенных или газообразных молекул, изотопов, живых и мертвых микроорганизмов и водорастворенного органического вещества (Шварцев, 1996).

Все элементы делятся на макро- и микрокомпоненты, причем основная соленость воды зависит от макрокомпонентов. Один из ключевых вопросов в гидрогеохимии, это выяснение происхождения главных ионов (Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42-, НСО3-), составляющих 90-95% всех растворимых в воде солей, именно этими ионами определяется химический тип воды. С другой стороны, на состав вод влияют:состав пород, вмещающих воду, фациальные обстановки накопления водовмещающих и изолирующих пород, типтектоники, особенность динамики подземных вод и процессов, происходящих в системе «вода-порода-газ-органическое вещество» (Садыкова, 2012)

При интерпретации гидрогеохимических данных былиустановлены характеристики гидрогеохимического поля. Для изучаемой территории составлены распределения концентраций химических элементов для основных гидрогеологических комплексов. В пределах изучаемого гидрогеологического разреза восточной части ЕХРП выявлены подземные воды разного химического состава. Преобладают воды (по С.А. Щукареву) хлоридного натриевого типа, гидрокарбонатно-хлоридного натриевого и хлоридно-гидрокарбонатного натриевого (рис. 4.2.1).

Рис. 4.2.1 Типы подземных вод.

Натрий (Na+) - самый распространенный в подземных водах катион, а так же натрий относится к основным солеобразующим макрокомпонентам. Натрий это консервативный элемент, так как он не участвует ни в биохимических, ни в химических процессах, заметно не поглощается ни органическим, ни минеральным веществом (Смирнов, 1974). Натрий практически в равной степени присутствует во всех типах вод. Его наибольшие концентрации характерны для высокоминерализованных Cl-Na вод. Зависимость содержания Натрия от величины общей минерализации, показывает на то, что содержание натрия повышается с увеличением общей минерализации (рис. 4.2.2). В пределах изученных комплексов содержание натрия варьируется от 774,4 до 5682,32 мг/л. В верхнеюрском водоносном комплексе концентрация натрия изменяется в пределах 3592,3-5540,03 мг/л, в нижнесреднеюрском: 680,94-5682,32 мг/л, в неокомском принимает значение 774,4 мг/л.

Рис. 4.2.2 Зависимость концентрации натрия от величины общей минерализации и глубины залегания водоносных комплексов.

Рис. 4.2.3 Зависимость концентрации кальция от величины общей минерализации и глубины залегания водоносных комплексов.

Кальций (Ca2+). В воде растворенный кальций находится в виде ионов Ca2+ и электрически нейтральных пар CaSO4. Кальций - неконсервативный элемент, у него хорошо выражен карбонатный барьер растворимости, кальций характеризуется высокой энергией поглощения и интенсивно сорбируется горными породами. На высоких глубинах один из главных факторов свободной миграции кальция является отсутствие барьера растворимости (Смирнов, 1974; Самарина, 1977). Наблюдается слабая зависимость содержания кальция от величины общей минерализации (рис. 4.2.3). Фоновые значения концентрации кальция изменяются от 2,55 до 120,24 мг/л. Максимальное значение концентрации выявлено в нижнесреднеюрском водоносном комплексе, где оно достигает 120,24 мг/л. В подземных водах верхнеюрского водоносного комплекса концентрация кальция варьируется от 22,36 до 42,14 мг/л, в неокомском комплексе величина равна 24 мг/л.

Магний (Mg2+). В воде растворенный магний находится в виде ионов Mg2+ и электрически нейтральных пар MgSO4. Содержание Mg2+ изменяется закономерно, в соответствии с величиной общей минерализации (рис. 4.2.4). По химическим свойствам ионы магния и кальция близки. Фоновые концентрации магния во всех комплексах колеблются в интервале 0-39,65 мг/л. Содержание магния в верхнеюрском комплексе изменяется от 21,39 до 39,65 мг/л, в нижнесреднеюрском от 0 до 32,78 мг/л, в неокомском магния не обнаружено.

Рис. 4.2.4 Зависимость концентрации магния от величины общей минерализации и глубины залегания водоносных комплексов.

Хлор (Cl-). У хлора отсутствует барьер растворимости и химический барьеры, следовательно, его можно считать консервативным элементом. Глубина залегания и возраст вмещающих отложений не влияет на концентрацию хлора. Хлор может свободно мигрировать, и с ростом минерализации его содержание увеличивается (Смирнов, 1974; Самарина, 1977). На рисунке 4.2.5 наблюдается отчетливое увеличение концентрации хлора с ростом общей минерализации. Фоновые значения концентрации хлора во всех изученных водоносных комплексах изменяются от 535,20 до 8569,74 мг/л. В водах верхнеюрского комплекса концентрация хлора варьируется от 5246,86 до 8393,31 мг/л, в нижнесреднеюрском водоносном комплексе от 412,01 до 8569,74 мг/л, в неокомском комплексе от 535,20 до 603,5 мг/л.

Рис. 4.2.5 Зависимость концентрации хлора от величины общей минерализации и глубины залегания водоносных комплексов.

Сульфат-ион (SO42-). У сульфат-ионаприсутствует биохимический барьер, он восстанавливается до H2S- сульфатредуцирующими микроорганизмами и это препятствует свободной миграции SO42-. В дальнейшем геохимическая эволюция сульфат-иона выглядит как биохимическое восстановление и фиксация сульфидной серы в твердых осадках (главным образом в виде пирита). SO42-ион может поступать из растворяющихся сульфидов металлов (пирит, содержащийся в глинистых породах), органического вещества (где сера присутствует в виде сераорганических соединений) (Смирнов, 1974; Самарина, 1977). Зависимости концентрации сульфат иона от глубины и общей минерализации не наблюдается (рис. 4.2.6). В верхнеюрском водоносном комплексе фоновая концентрация колеблется в пределах 30-74,07 мг/л, в нижнесреднеюрском 26,30-177,61 мг/л, в неокомском 8-66,70 мг/л.



Рис. 4.2.6 Зависимость концентрации сульфат-иона от величины общей минерализации и глубины залегания водоносных комплексов.

HCO3-ион. Для HCO3- иона хорошо выражены щелочноземельный и биохимический барьеры и это препятствует его свободной миграции. Известно, что HCO3- - ион образуется при метаморфизме органического вещества,но существуют теории, описывающие источник гидрокарбонат-иона как залежи углеводородов, либо окисление вещества этих залежей (Смирнов, 1974; Самарина, 1977).

Повышенные концентрации гидрокарбонат-иона согласно А.М. Велькову, А.С. Зингеру, Е.В. Стаднику и другим исследователям рассматриваются как прямой показатель наличия залежей нефти и газа. Но существуют ограничения, по данным М.И. Субботы (1990) при температурах более 50-600С поисковая значимость гидрокарбонат-иона снижается. Фоновые значения концентрации гидрокарбонат-иона на исследуемой территории изменятся в пределах 329,50-8569,74 мг/л. На рисунке 4.2.7 наблюдается неявная инверсионная зависимость концентрации хлора от величины общей минерализации. В химическом составе воды верхнеюрского водоносного комплекса концентрация колеблется от 329,50 до 360,01 мг/л, в нижнесреднеюрском от 335,60 до 2867,90 мг/л, в неокомском водоносном комплексе от 1525 до 1268,80 мг/л.



Рис. 4.2.7 Зависимость концентрации гидрокарбонат-иона от величины общей минерализации и глубины залегания водоносных комплексов.

Особую роль в подземных водах играют микрокомпоненты, включающие в себя многочисленную и весьма разнообразную количественно и химически группу лито-, халько- и сидерофилных элементов. Многие, из которых определяют промышленную и лечебную ценность вод и являются поисковыми показателями на нефть, газ, рудное сырье и другие полезные ископаемые. Присутствие некоторых микрокомпонентов в подземных водах, даже при малых концентрациях, может служить генетическим признаком, позволяя определять пути формирования состава подземных вод, их генезиса, процессов аккумуляции, миграции и деградации залежей нефти и газа.

Исследования, направленные на изучение распределения микроэлементов в подземных водах Западно-Сибирского Мегабассейна, проводили А.П. Виноградов, Л.А. Гуляева, М.С. Гуревич, В.П. Данилова, Ю.Г. Зимин, В.П. Казаринов, С.М. Катченков, А.Э. Конторович, А.В. Котов, В.М. Матусевич, А.Д. Назаров, А.И. Перельман, Г.Н. Перозио, С.А. Пунанова, Г.Э. Прозорович, Р.Г. Прокопьева, Б.П. Ставицкий, Н.М. Страхов, П.А. Удодов, И.Н. Ушатинский, С.Л. Шварцев, В.М. Швец и другие. Многими из них доказана высокая значимость микроэлементов при поисково-геохимической интерпретации.

Йод (J-). Широко распространен в подземных водах региона, является типичным рассеянным, биогенным элементом. На исследуемом регионе концентрация йода не зависит от величины общей минерализации. В морской воде накоплению йода препятствует жизнедеятельность организмов, которые активно извлекают из нее йод. Йод это типичный консервативный компонент (Смирнов, 1974; Учителева, 1974; Самарина, 1977). В подземных водах содержание йода служит индикатором гидрогеологической закрытости недр. При его высоком содержании (больше 10 мг/дм3) регионы характеризуются как зоны распространения древних седиментогенных вод, а инфильтрогенные воды, в этих зонах, занимают подчиненное положение (Карцев, Никаноров, 1983). Повышенные содержания йода являются благоприятным признаком для нефтегазообразования, но прямым показателем нефтегазоносности (Суббота и др., 1990). На территории восточной части ЕХРП не выявлено зависимости концентрации в подземных водах йода от общей минерализации(рис.4.2.8). В верхнеюрском водоносном комплексе концентрация йода принимает значения оот 14,644 до 25,22 мг/л, в нижнесреднеюрском от 3,8 до 21,58 мг/л, в неокомском 0 - 15,86 мг/л.

Рис. 4.2.8 Зависимость концентрации йода от величины общей минерализации и глубины залегания водоносных комплексов.

Бром (Br-). Бром встречается повсеместно в подземных водах месторождений нефти и газа. Повышенные концентрации брома часто указывают на уплотнение осадков с последующим разложением органического вещества. Содержание брома не зависит от возраста водовмещающих пород. Большая часть брома подземных вод образована в морских бассейнах и захоронина вместе с породами (Смирнов, 1974; Учителева, 1974;Самарина, 1977). Концентрация брома повышается по мере роста величины общей минерализации вод (рис. 4.2.9). В верхнеюрском водоносном комплексе концентрация колеблется в пределах 32,53-54,63 мг/л, в в нижнесреднеюрском 4,57-58,66 мг/л, в неокомском 0-29,26 мг/л.

Рис. 4.2.9 Зависимость концентрации брома от величины общей минерализации и глубины залегания водоносных комплексов.

Бор (B-). Наблюдается слабая зависимость концентрации бора от общей минерализации (рис. 4.2.10). В подземных водах восточной части ЕХРП фоновые значения бора варьируются в пределах: 0-20 мг/л. В верхнеюрском комплексе концентрация брома варьируется от 9 до 20 мг/л, в нижнесреднеюрском от 0 до 10 мг/л.

Рис. 4.2.10 Зависимость концентрации бора от величины общей минерализации и глубины залегания водоносных комплексов.

Таким образом, были выявлены зависимости в распределении главных химических элементов, что подтвердило выводы о формировании в пределах нефтегазоносных отложениях восточной части ЕХРП различных химических типов вод.

4.3 Гидрогеохимическая зональность.

Анализ изменения общей минерализации по комплексам показал, что для восточной части ЕХРП характерен инверсионный тип вертикальной гидрогеохимической зональности (рис. 4.2.11), выраженный уменьшением солености и содержания основных макро- и микрокомпонентов с глубиной.

Рис. 4.2.11 Зависимость минерализации подводных вод от глубины.

Опреснение подземных вод в глубокопогруженных горизонтах, по мнению многих исследователей, обусловлено процессами отжатия вод из глинистых осадков и дальнейшим их преобразованием (Карцев,1969, Мухин, 1965). По мере погружения и уплотнения глин, новые порции элизионных вод становятся все менее солёными. Во время этапа мезокатагенеза в процессе термодегидратации глинистых минералов высвобождаются «возрожденные» (физически и химически связанные) пресные воды. В результате смешения седиментогенных, элизионных и «возрожденных» вод происходит перераспределение концентраций компонентов ионно-солевого состава и значительное опреснение вод. (Садыкова, 2012).

4.4 Генезис подземных вод

Изучением генезиса подземных вод нефтегазоносных отложений является актуальным исследованием в гидрогеологии, на сегодняшний день. Э. Зюсс, Э.Т. Дегенс, Г.Н. Каменский, Р.А. Дели, А.А. Карцев, А.М. Овчинников, А.А. Козырев и другие исследователи, в разные годы являлись разработчиками генетических квалификаций подземных вод.

А.А. Карцевым, С.Б. Вагиным, Е.А. Басковым и В.М. Матусевичем была разработана классификация генетических типов водных растворов, которые встречаются в нефтегазоносных областях (Карцев и др., 1969, 1986). По классификации выделяются седиментогенные, метеогенные, конденсатогенные и литогенные воды.

Седиментогенные (талассогенные) водные растворы характеризуются морским генезисом, формируются благодаря водам, поступающим в литосферу при седиментации. Воды, происходящие из озер и лагун морского генезиса, иногда опресненных (в этом случае есть примесь метеогенных вод), так же относятся к этому типу. Элизионные воды по генезису также седиментационные. Их возникновение приурочено к процессам уплотнения глинистых пород и отжатия из них вод на больших глубинах (Карцев и др., 1969).

Инфильтрогенные (метеогенные, атмогенные) воды обычно атмосферного происхождения, пресные и почти не содержат растворенных веществ, но по мере погружения их минерализация возрастает. Седиментогенные воды, образовавшиеся в пресных водоемах, воды которых метеогенные, так же относятся к этому типу.

Литогенные (возрожденные, дегидратационные) водные растворы образованы из химически связанных молекул воды, которые высвобождаются при дегидратации различных минералов осадочных пород. Состав этих вод зависит от растворения компонентов водовмещающих пород. Эти воды формируются на стадии катагенеза (Карцев, 1969).

Конденсатогенные. При выделении из газового (метанового) раствора (паро-водо-газовой смеси) образуются конденсатогенные воды (эти воды приурочены к нефтегазоносным бассейнам). В дальнейшем они растворяют водовмещающие породы и насыщаются талассогенными компонентами.

На основе гидрогеохимических, палеогидрогеологических данных, результатах изучения изотопного состава молекул вод, можно считать, что в приделах литосферы талассогенные водные растворы доминируют над остальными типами. В основном подземные воды имеют гетерогенный состав (водный раствор одного генезиса, а растворенные вещества - другого). Практически все ионы, соли, газы, растворенные в водах глубоких горизонтов нефтегазоносных бассейнов и сам растворитель, происходят непосредственно из морских вод или из пород морского генезиса. Следовательно, определяя генезис подземных вод, мы имеем в виду происхождение растворителя (Карцев, 1969).

Рассмотрим подробнее генетические типы подземных вод согласно классификации А.А. Карцева.

Для отображения генезиса подземных вод были приняты генетические коэффициенты, предложенные В.А. Сулиным: rNa/rCl и Cl/Br, характеризующие количественные соотношения между различными компонентами состава вод. По мнению А.А. Карцева (1969) если натрий-хлорный коэффициент выше 0,87, то воды можно отнести к малометаморфизованным инфильтрогенным, либо седиментогенным из опресненных внутренних водоемов; если натрий-хлорный коэффициент ниже 0,87, то воды следует считать седиментогенными морскими, подвергшиеся метаморфизации, либо сильно метаморфизованными инфильтрогенными. Указанные две основные линии преобразования седиментогенных вод в осадочных толщах закладываются уже на стадии диагенеза, в сторону повышения rNa/rCl в морской среде, которая обогащена органическим в-вом, или в сторону снижения rNa/rCl в условиях чередования суши и моря (ионный обмен). Аналогичное значение отводится и хлор-бромному коэффициенту при его граничной величине 300.

Детальный анализ изменения основных генетических коэффициентов выявил, что все подземные воды территории имеют малометаморфизованное инфильтрогенное происхождение. Они характеризуются значениями rNa/rClкоэффициента от 1.01 до 2.61 и значениямиCl/Br коэффициента от 140,39 до 181,58.

Заключение

Исследуемый район тектонически приурочен к Енисей-Хатангскому региональному прогибу и структурам его обрамления.

В соответствии с принятым нефтегазогеологическим районированием, территория исследования приурочена к Хатангско-вилюйской нефтегазоносной провинции (НГП) в Енисей-Хатангской НГО, которая граничит с Анабаро-Хатангской НГО (на востоке), с Анабарской НГО (на северо-востоке) и с Северо-Тунгусской НГО (на юге). На территории выявлено 1 газовое месторождение.

В результате проведения детальной гидрогеологической стратификации на исследуемой территории были выделены и прослежены все водоносные горизонты, объединенные в водоносные комплексы (снизу - вверх): нижне-среднеюрский, верхнеюрский, неокомский, апт-альб сеноманский и верхнемеловой. Все перечисленные комплексы включаются в 2 гидрогеологических этажа. Верхний этаж состоит из верхнемелового водоносного комплекса и является зоной активного водообмена, нижний состоит из оставшихся комплексов и отделен от верхнего регионально выдержанным турон-олигоценовым водоупором.

При анализе геотермических данных была выделена одна из отличительных особенностей территории: повсеместное распространение толщи многолетнемерзлых пород. Так же при геотермическом анализе территории была выявлена линейная зависимость изменения пластовых температур с глубиной. На карте по кровле нижне-среднеюрских отложений пластовые температуры варьируются от 0 до 200⁰С, в кровле верхнеюрских отложений от 0 до 110⁰С, неокомскому комплексу свойственны температуры от 0 до 35⁰С и в апт-альб-сеноманском комплексе температуры варьируются от 0 до 10⁰С.

Гидродинамический анализ показал, что в кровле апт-альб-сеноманского комплекса пластовые давления в целом характеризуются условно гидростатическими, в кровле неокомского комплекса уже выделяются зоны повышенных давлений (районы Новой и Западно-Кубалахской площадей), которые прослеживаются и в кровле верхнеюрского комплекса, но захватывая Массоновскую площадь, в кровле нижне-среднеюоского комплексаобласть повышенных давлений приурочена к Новой и Массоновской площадям.

Анализ состава подземных вод показал, что на территории исследования распространены 3 типа вод: хлоридно-натриевые, гидрокарбонатно-хлоридные натриевые и хлоридно-гидрокарбонатные натриевые. Величина общей минерализации варьируется от 2 до 16 мг\л. Характерной особенностью территории является ее инверсионная вертикальная гидрогеохимическая зональность.

При анализе изменения основных генетических коэффициентов было выявлено, что на исследуемой территории распространены малометаморфизированные инфильтрогенные воды, которые характеризуются значениями rNa/rClкоэффициента от 1.01 до 2.61 и значениямиCl/Br коэффициента от 140,39 до 181,58.

Приложение

Размещено на Allbest.ru