Гидрогеология нефтегазоносных отложений Анабаро-Хатангской седловины

Рисунок 5 Палеогидрогеохимическаяская карта раннего силура (по данным ИНГГ СО РАН, 2010)

В пермско-нижнеоленекском цикле выделяется пермский элизионный этап проходивший в условиях морского терригенного осадконакопления, затем в течение раннего и среднего триаса территорию Анабаро-Хатангской седловины можно разделить на два различно развивавшихся района - Южно-Таймырскый на северо-западе Хатангского залива и Средне-Сибирский на юге-востоке. В период с индского века до середины оленекского Южно-Таймырскый район находился преимущесвтенно в прибрежно-морских условиях терригенного осадконакопления с некоторой долей вулканической активности, в то время как в Средне-Сибирском преобладали процессы денудации. В середине оленекского века заканчивается пермско-нижнеоленекский цикл и начинается верхнеоленекский, когда на юго-востоке территории протекает терригенное осадконакопление с перерывом на границе оленекского и анизийского веков. В среднем триасе Южно-Таймырский район испытывал постепенный переход от морских условий к континентальным, в то время как Средне-Сибирский находился в переходных условиях осадконакопления. В верхнем триасе можно выделить два гидрогеологических цикла: карнийско-нижнерэтский - характеризущийся регрессией, которая в итоге привела к перерыву в осадконакоплении в период с середины нория до середины рэта и преобладанием инфильтрационных процессов; верхнерэтский - с одновременным протеканием элизионных и инфильтрационных процессов в прибрежно-морских условиях, закончившийся перерывом в осадконакоплении.

Рисунок 6 Палеогидрогеохимическаяская карта раннего девона (по данным ИНГГ СО РАН, 2010)



Рисунок 7 Палеогидрогеохимическаяская карта средней юры, батский век (по данным ИНГГ СО РАН, 2010)

Рисунок 8 Палеогидрогеохимическаяская карта позднего мела, аптский век (по данным ИНГГ СО РАН, 2010)

На протяжении всей юры и раннего неокома на территории Анабаро-Хатангской седловины проходило спокойное теригенное морское осадконакопление (рис. 7). В позднем готериве началась очередная крупная регрессия, которая привела к континентальным условиям осадконакопления практически на всей территории исследования в период с баррема по ранний сеноман (рис. 8). До неоплейстоцена Анабаро-Хатангская седловина представляла собой денудационное плато - инфильтрационный этап. Начиная с неоплейстоцена район подвергался воздействию многочисленных оледенений.

В результате проведенных исследований была составлена принципиальная схема периодизации гидрогеологической истории Анабаро-Хатангской седловины с разделением на гидрогеологические циклы и этапы (рис. 9).

Рисунок 9 Схема периодизации гидрогеологической истории Анабаро-Хатангской седловины

4. Гидрогеологические условия

4.1 Методика исследований

Палеогидрогеологические реконструкции

Для восстановления гидрогеологической истории района необходимо выполнить следующие этапы:

-создание электронной базы данных на основе материалов бурения, стратиграфии, литологии, палеогеографических реконструкций.

-проведение детального анализа обстановок осадконакопления, выделение континентальных, переходных и морских обстановок.

-выделение элизионных и инфильтрационных этапов гидрогеологических циклов.

-составление типовых палеогидрогеохимических карт для различных временных срезов.

-составление схемы периодизации гидрогеологической истории района.

Интерпретация гидрогеохимических данных

Для решения поставленных вопросов обработка полученной гидрогеохимической информации предполагает следующие основные этапы:

-верификация (проверка) полученной гидрогеохимической информации, отбраковка некачественных и проб технической жидкости, систематизация и создание единой информационной базы, по каждому гидрогеологическому комплексу, при помощи программного пакета Microsoft Excel.

-выявление закономерностей поведения химических элементов в подземных водах и рассолах, сравнительный анализ разных химических типов, установление генетических связей, расчет основных генетических коэффициентов, сравнительный анализ вод различных гидрогеологических комплексов, проведение кластерного анализа.

-выявление особенностей латеральной и вертикальной гидрогеохимической зональности.

- построение соответствующих графиков, схем и зависимостей, оформление их в программном пакете CorelDRAW X4.

Интерпретация геотермических данных

Комплексное изучение геотермических условий недр включает в себя выполнение следующих этапов:

-проверка имеющейся геотермической информации, отбраковка некачественных результатов точечных замеров и термометрии скважин.

-систематизация данных и создание единой информационной базы, используя программный пакет Microsoft Excel.

-расчет геотермических характеристик (геотермический градиент и ступень) и изучение их поведения с глубиной для различных площадей.

-построение зависимостей температуры от глубины для различных площадей и оформление их в программном пакете CorelDRAW X4.

Построение гидрогеологической модели месторождения

Исследование гидрогеологических условия отдельного месторождение можно разделить на следующие этапы изучения:

-анализ имеющихся данных геологии района, результатов испытаний скважин, пробуренных в пределах изучаемой площади, анализ химического состава, положения статических и динамических уровней подземных вод и рассолов в призалежных пространствах.

-систематизация данных, создание единой информационной базы, с использованием программного пакета Microsoft Excel.

-построение схемы гидрогеологических условий месторождения на основе геологической схемы данного месторождения (в разрезе и в плане), с отметками химического состава (в виде круговых диаграмм Толстихина) имеющихся проб подземных вод и рассолов.

-оформление схемы с использованием программного пакета CorelDRAW X4

4.2 Гидрогеологическая стратификация

Гидрогеологическая стратификация является основой всех гидрогеологических исследований. В пределах Анабаро-Хатангской седловины выделяются два этажа. Верхний этаж - толща многолетнемерзлых пород, являющаяся мощным покровным флюидоупором для всей территории, мощностью 100-500 м. (в мерзлом состоянии находятся четвертичные, мезозойские и частично палеозойские отложения). Нижний этаж - это мезозойские, палеозойские и протерозойские отложения, находящиеся ниже границы зоны промерзания. Район исследования изучен слабо, все данные основаны на результатах бурения и сейсмического исследования. Для Хатангского артезианского бассейна (в состав которого входит Анабаро-Хатангская седловина) выделяются 14 комплексов [Геолого-геофизическое обоснование.., 2009ф], однако в районе Анабаро-Хатангской седловины по данным бурения было выявлено 13 гидрогеологических комплексов (рис. 10).

Архей-протерозойский гидрогеологический комплекс (XIII) вскрыт в пределах Костроминской площади. В литологическом составе преобладают различные гнейсами, кристаллические сланцы, карбонатные отложения, прорванные интрузиями основного состава. На Костроминской площади мощность вскрытая бурением составила порядка 400 м.

Рифейский гидрогеологический комплекс (XII) вскрывается скважинами площадей: Южно-Соулемская, Хорудалахская, Костроминская. Биляхская серия в скважине Костроминская-1 выделяется на глубине 1502-1720 м. В керне (4 м) она представлена тонкозернистыми терригенными породами - аргиллитами и алевролитами черными, тонкоплитчатыми. По шламу нижняя часть интервала представлена доломитами серыми, светло-серыми, скрытокристаллическими. Более мощный и лучше охарактеризованный керном разрез биляхской серии вскрыт в скважине Хорудалахская-1 на глубине 2620-3010. Здесь серия представлена темно-серыми доломитами, глинистыми доломитами, мергелями, черными аргиллитами, а также тонким переслаиванием этих пород. Присутствуют пластовые тела диабазов темно-серых.

Венд-кембрийский гидрогеологический комплекс (XI). К самым верхам венда относится чабурский горизонт, который представлен маломощной толщей преимущественно карбонатных отложений. Чабурский горизонт залегает с перерывом на различных стратиграфических уровнях отложений рифея. Кембрий вскрыт на следующих площадях: Восточная, Рыбинская, Улаханская, Южно-Суолемска, Северо-Суолемская, Хорудалахская, Костроминская. Во всех скважинах отложения, относимые к нижнему кембрию представлены доломитистыми породами; к среднему кембрию - доломитами и ангидритами; к верхнему кембрию - доломитами. Наибольшие мощности отмечаются на Северо-Суолемской площади (632 м.)

Ордовикский гидрогеологический комплекс (X). Ордовикские отложения в районе работ известны только в бассейне верхнего течения р. Хеты, по долинам рек Маймеча, Кунтыкахта и др. Наиболее полные разрезы ордовика были вскрыты на Ледянской площади на р. Хете глубокой параметрической скважиной Ледянская 358 (Л-358). Колонковыми скважинами вскрыта часть ордовикского разреза, захватывающая среднюю и верхнюю часть нижнего ордовика (Хорудалахская площадь). Отложения комплекса представлены в основном известняками, доломитами, с прослоями алевролитов, мергелей, прослоями песчаников и алевролитов.

Девонский гидрогеологический комплекс (IX). Отложения этого комплекса наиболее полно были изучены в пределах Кожевниковской, Нордвикской площадей. Отложения представлены глинистыми известняками, доломитам, мергелями. Верхнедевонские отложения представлены известняками серыми, глинистыми, доломитизированными нордвикской свиты, вскрыт скважиной Нордвикская-42. На Кожевниковской площади мощность девонского комплекса составила 211 м.

Каменноугольный гидрогеологический комплекс (VIII). Каменноугольные отложения вскрываются в пределах площадей: Восточная, Улаханская, Рыбинская, Нордвикская и тд. Толщи сложены известковистыми конгломератами, известняками, известковистыми и битуминозными аргиллитами, алевролитами, сланцами. Наибольшие мощности (до 1 км.) наблюдаются на Нордвикской площади.

Пермский гидрогеологический комплекс (VII). Пермские отложения вскрыты на всех площадях и представлены терригенными и частью вулканогенными образованиями. Терригенные отложения прогиба - это главным образом континентальные и паралические осадки, представленные ритмично чередующимися слоями аргиллитов, глин, алевролитов, песчаников, реже конгломератов; они сменяются вверх по разрезу вулканогенной толщей, образованной переслаиванием песчаников, алевролитов и аргиллитов со значительной примесью туфогенного материала. Пермская толща содержит интрузивные тела траппов, образующие пластовые интрузии и дайки. Наибольшая мощность пермских отложений отмечается в Нордвикском районе и достигает 2000 м.

Триасовый гидрогеологический комплекс (VI). Триасовые отложения вскрыты на большинстве площадей Анабаро-Хатангской седловины. Отложения триасовой системы отличаются большой мощностью, грубым составом осадков, широким развитием красноцветов, значительным участием в разрезах основных вулканитов, низкой долей морских пород. Для нижнего триаса характерна уникальная по масштабам вулканическая деятельность, в момент затихания которой образовывались слоистые осадочные породы: туфопесчаники, туфоалевролиты, туфоаргиллиты. В среднем мощность триасового комплекса варьируется в пределах 300 м.

Нижне-среднеюрский гидрогеологический комплекс (V). Отложения комплекса представлены морскими осадками. Нижнеюрские отложения представлены мелкозернистыми песчаниками, пески с прослоями глин и крупногалечных конгломератов, выше по разрезу они сменяются среднеюрскими аргиллитами и глинами с прослоями алевролитов и песчаников.

Верхнеюрский гидрогеологический комплекс (IV). Морские мощные отложения верхней юры сложены терригенными алевролитами, аргиллитами и песчаниками, с редкими прослоями конгломератов.

Неокомский гидрогеологический комплекс (III). Отложения этого комплекса представлены песчаными и глинистыми алевритами букатыйской свиты, мощностью 60-80 м; бояркинской свитой - песками светло-серыми и зелено-серыми мелкозернистыми с прослоями песчаников, глинистых алевритов, глин, известняков и крупными карбонатными конкрециями, мощность свиты 90-180 м. На западе территории залегает тигянская свита, которая в основном сложена мелководно-морскими, прибрежными, лагунными и субконтинентальными песками светло-серыми с зеленоватым или желтоватым оттенком, мелкозернистыми, с горизонтальной, линзовидной и косой слоистостью, мощность меняется в широких пределах от десятков до сотен метров. Наблюдаются прослои и пачки алевритов подчиненной мощности, а также пропластки бурого угля, редко - глин. Породы содержат много обугленного растительного детрита, встречаются слойки с обильной крошкой бурого угля.

Апт-альб-сеноманский гидрогеологический комплекс (II). Повсеместным распространением пользуются верхнемеловые (апт-альб-сеноманские) осадки - песчано-алевролитовые породы с прослоями глин, галечников и маломощных бурых углей). Это континентальные образования сангасалинской, рассохинской, огневской , бегичевской и яковлевской свит.

Гидрогеологический комплекс четвертичных отложений (I) практически сплошным маломощным чехлом покрывают территорию исследования, они представлены озерно-аллювиальными (Iа) и ледниковыми отложениями (Iб).



Рисунок 10 Гидрогеологическая стратификация Анабаро-Хатангской седловины (по результатам бурения)

4.3 Геотермия нефтегазоносных отложений

Геотермические условия недр являются одним из основных факторов, определяющих течение процессов преобразования ОВ, газо- и нефтеобразования, формирования и сохранения залежей УВ, контролирующих растворимость УВ в воде, фазовые переходы в углеводородных системах и т.д. [Кругликов, Нелюбин, Яковлев, 1985; Курчиков, Ставицкий, 1987].

Общий объем геотермических исследований скважин не удовлетворяет современным требованиям. Эта проблема присутствует и в районе исследовний. На нефтяных и газовых промыслах геотермические исследования проводятся эпизодически, лишь в отдельных случаях, причем во многих случаях методически неправильно и без соблюдения простейших условий, обеспечивающих правильность измерений. Между тем знание температуры недр необходимо для правильной постановки буровых, эксплуатационных и промыслово-геофизических работ и особенно для определения термических условий разработки нефтяных и газовых месторождений [Дьяконов, 1958]. При формировании базы данных геотермических параметров проводились работы по разбраковке имеющихся фактических материалов, рассчитаны геотермические параметры, было проанализировано 286 точечных замеров температур по Балахнинской, Волочанской, Восточно-Кубалахской, Джангодской, Костроминской, Кубалахской, Новой, Рассохинской, Тундровой, Улаханской, Южно-Суолемской, Нордвикской, Чайдахской, Ильинской, Кожевниковской и Южно-Тигянской площадям. В исследуемом районе были проведены работы по оценке мощности многолетнемерзлых пород (ММП), которая варьирует от 100 до 500 м. ММП, в целом, развиты на всей территории бассейна и оказывают существенное влияние на температурный режим осадочных пород и залежей углеводородов.

Обширный Хатангский артизианский бассейн имеет дифференцированно построенное геотермическое поле. Всвязи с этим было проведено геотермическое районирование данной территории по имеющимся данным.

Первоначально районирование было проведено по точечным замерам, как более точным характеристикам (табл. 1), по которым выявлено четыре геотермические зоны, характеризующиеся разным распределением пластовых температур в пределах вскрытой бурением мощности геологического разреза (рис. 11). Три из них связаны с региональной зоной разломов и с положительными тектоническими структурами, главным образом, I и II-ого порядка (Балахнинский и Рассохинский наклонные мегавалы). Четвертая зона включает положительные, отрицательные тектонические структуры (Эджанский наклонный мегапрогиб, Тигяно-Сопочный наклонный мегавал и тд.), а также промежуточные элементы (Восточно-Сибирская мегамоноклиза, Южно-Таймырская мегамоноклиналь).

Рисунок 11 Схема геотермического районирования Хатангского артезианского бассейна 1 - границы артезианских бассейнов, 2 - тектонические нарушения, 3 - границы геотермических зон, 4 - граница района исследований

Таблица 1 Характеристика геотермических зон Хатангского артезианского бассейна

Тип зависимости	Средний геотермический градиент выделенной области по точечным замерам, 0С/100м	Средний геотермический градиент площадей по термометриям и точечным замерам, 0С/100м
I	3,3	Джангодская	3,5
		Рассохинская	3,3
		Тундровая	3,2
		Средне-Пясинская	3,2
II	3,5	Волочанская	3,3
		Новая	3,74
III	2,7	Западно-Кубалахская	2,75
		Восточно-Кубалахская	2,1
		Балахнинская	2,69
		Логатская	2,7
		Владимирская	2,99
VI	2,11	Костроминская	1,43
		Улаханская	1,15
		Южно-Суолемская	2,18
		Ильинская и Кожевниковская	2,42
		Урюнг-Тумусская	3,06
		Чайдахская и Южно-Тигянская	2,45

Сравнение точечных замеров пластовых температур с термометриями скважин, относящихся к выделенным зонам, показало, что первые имеют более высокие значения для I и II-ой зон, и совпадают для площадей III геотермической зоны. Более низкий градиент третьей зоны может быть связан с влиянием толщи ММП. Четвертая зависимость, к которой относится практически вся территория исследования, характеризует зону пониженных градиентов, характерных для осадочного чехла прилегающих районов Сибирской платформы и прибортовой зоны с малой мощностью мезозойского чехла Енисей Хатангского регионального прогиба. Для IV типа характерны пониженные геотермические градиенты, ввиду наличия мощной толщи многолетнемерзлых пород и малой мощности осадочного чехла. Пятая зона выделена как промежуточная и носит переходный характер между зонами I, II, III и IV с соответствующими характеристиками геотермического разреза.

Была получена зависимость изменения пластовых температур с глубиной для Ильинской, Кожевниковской, Урюнг-Тумусской, Чайдахской и Южно-Тигянской площадей (рис.12). Ильинская и Кожевниковская площади, также как и Чайдахская и Южно-Тигянская площади были рассмотрены совместно ввиду близкого их расположения между собой. Выявлены следующие геотермические характеристики: слабо отличные друг от друга геотермические градиенты (Г) и ступени (G) для Ильинской, Кожевниковской, Чайдахской и Южно-Тигянской площадей (Г = 2,45 ^oC/100м., G = 40,864 м/1 ^oC для Ильинской и Кожевниковской площадей и соответственно Г = 2,42 ^oC/100м., G = 41,393 м/1 ^oC для Чайдахской и Южно-Тигянской площадей), и более высокие градиенты на Урюнг-Тумусской площади (Г = 3,06 ^oC/100м., G = 32,648 м/1 ^oC). Относительно высокий геотермический градиент Урюнг-Тумусской площади предположительно связан со значительной нарушенностью пород разрывной тектоникой, возникшей за счет выхода Нордвикского соляного купола на поверхность.

Рисунок 12 Зависимость изменения пластовых температур с глубиной для различных площадей в пределах Анабаро-Хатангской седловины

4.4 Гидродинамический режим недр

Подземные воды рассматриваемой территории обладают весьма разнообразными и сложными условиями взаимосвязи с дневной поверхностью. Это обусловливает наличие гидродинамической зональности, проявляющейся в разном характере процессов питания, движения и разгрузки подземных вод как в вертикальном разрезе, так и по площади гидрогеологических структур. При настоящей изученности подземных вод описываемой территории гидродинамическая зональность может быть охарактеризована лишь в общем виде, в порядке прогноза, основанного на небольшом количестве гидродинамических и гидрогеохимических данных.

В артезианских структурах достаточно четко выделяются два гидродинамических этажа. Верхний этаж, включающий зоны свободного и затрудненного водообмена, характеризуется наличием в настоящее время взаимосвязи с дневной поверхностью; воды нижнего гидродинамического этажа практически не участвуют в современном круговороте природных вод.

К зоне свободного водообмена принадлежат водоносные комплексы и горизонты, расположенные обычно выше, на уровне или несколько ниже местного базиса эрозии. Зона свободного водообмена распространена повсеместно. Мощность ее на рассматриваемой территории колеблется в широких пределах и определяется главным образом степенью расчлененности рельефа, а также литологическими и мерзлотными факторами.

На большей части Восточно-Сибирской артезианской области мощность зоны свободного водообмена составляет 200-400 м в соответствии с глубиной расчлененности рельефа местной гидрографической сетью. Наименьшие мощности (до 50-100 м) зоны свободного водообмена наблюдаются в Хатангском бассейне.

Питание подземных вод зоны свободного водообмена осуществляется на водораздельных пространствах, а разгрузка их происходит в долинах рек. Скорости движения подземных вод в этой зоне достигают 50-100 м/сут и зависят главным образом от фильтрационных свойств горных пород. Наибольшие скорости (до 50-100 м/сут и более) наблюдаются в сильно закарстованных породах и зонах разломов. Режим подземных вод зоны свободного водообмена в большой степени зависит от климатических факторов. Особенно резко это проявляется для грунтовых и, в частности, для пресных внутримерзлотных вод, которые зимой полностью промерзают.

По химическому составу воды зоны свободного водообмена весьма разнообразны. Преобладают воды гидрокарбонатного кальциевого (магниевого) состава с минерализацией 0,2-0,5 г/дм³. Вместе с тем в районах неглубокого залегания соленосных отложений в этой зоне встречаются соленые и рассольные воды хлоридного натриевого состава (Нордвикский солянокупольный район).

Воды более глубоких горизонтов верхнего гидродинамического этажа - зоны затрудненного водообмена - имеют ограниченную связь с дневной поверхностью (большей частью только в областях питания и разгрузки). Это обычно соленые и рассольные воды, химический состав которых тесно связан с вещественным составом водовмещающих пород. Весьма характерным для вод этой зоны является отсутствие кислорода в составе растворенных газов. Зона затрудненного водообмена практически отсутствует в бассейне Восточно-Сибирской области, где развита мощная толща многолетне-мерзлых пород, представляющая собой выдержанный водоупор, ниже которого подземные воды почти не имеют в настоящее время связи с дневной поверхностью или локальное значение.

Естественные ресурсы подземных вод верхнего гидродинамического этажа весьма значительные. Воды зоны свободного водообмена обеспечивают сток в реках в течение продолжительного зимнего периода. В южных и западных районах Восточно-Сибирской области модули подземного стока колеблются в пределах 1-4 л/сек с 1 км², резко уменьшаются их значения (до 0,5 л/с с 1 км² и менее) в северных районах Красноярского края, характеризующихся сплошным распространением мощной толщи многолетнемерзлых пород.

Нижний гидродинамический этаж объединяет водоносные горизонты и комплексы (зона весьма затрудненного водообмена), залегающие под покровом выдержанных водоупорных толщ. В настоящее время эти воды не имеют непосредственной связи с дневной поверхностью. В районе исследования роль верхнего регионального водоупора выполняют толщи многолетнемерзлых пород, мощность которых достигает 500 м. [Баулин, 1985]. Гидродинамическая обстановка отдельных водоносных горизонтов в пределах гидрогеологических комплексов носит весьма сложный характер как в мезозойской, так и в палеозойской части (рис. 13). Но положения статических уровней указывают на их гидравлическую изолированность водоупорными толщами.

Рисунок 13 Положение динамических и статических уровней в пределах изученных гидрогеологических комплексов восточной части Хатангского артезианского бассейна. 1 - интервал перфорации, 2 - положение динамического уровня, 3 - положение статического уровня.

В триасовом комплексе по данным бурения на Кожевниковской площади выделяется горизонт со статическим уровнем -87м, на Нордвикской площади 7 водоносных горизонтов, несмотря на небольшие различия в статических уровнях вод (-12м, -19м, -26м, -20м, -21м, -90м, -78м соответственно). В палеозойской части статические уровни различных горизонтов отличаются сильнее чем в триасе. В Пермском комплексе на Ильинской площади выявлено 4 горизонта (стат. уровни -732м, -205м, -754м, -276м.), 1 горизонт на Южно-Тигянской площади характеризующийся статическим уровнем -87м. 2 горизонта в каменноугольных отложениях на Нордвикской площади (-151м, -111м.), по одному горизонту в девонских отложениях на Кожевниковской (стат. ур. -10м) и Нордвикской площадях (стат. ур. 0м).

Подземные воды зоны весьма затрудненного водообмена в Восточно-Сибирской артезианской области представлены преимущественно высококонцентрированными рассолами хлоридного кальциево-натриевого и натриевого состава. Пьезометрические уровни межсолевых и подсолевых рассолоносных горизонтов здесь располагаются, как правило, ниже местных базисов эрозии на глубинах 300-350 м от поверхности земли. Это определенно свидетельствует о том, что разгрузка их на дневную поверхность невозможна.

4.5 Геохимия подземных вод и рассолов

С начала поисково-разведочных работ на нефть и газ в осадочных бассейнах Сибири накоплен огромный фактический материал, отражающий химический и газовый состав подземных вод нефтегазоносных отложений Хатангского артезианского бассейна. Но, к сожалению, геохимических данных взятых с проб на территории Анабаро-Хатангской седловины явно не хватает для полного описания всех выявленных гидрогеологических комплексов данной территории, ввиду того что основной упор был сосредоточен на верхнепалеозойско-нижнемезозойских комплексах. Поэтому судить о геохимическом составе вод некоторых комплексов можно лишь по данным прилегающих Тунгусского и Котуйского артезианских бассейнов.

В соответствии с гидрогеологической стратификацией в пределах региона исследований выделяются (снизу вверх): 1) архей-протерозойский водоносный комплекс; 2) водоносный комплекс рифейских отложений; 3) водоносный комплекс венд-кембрийских отложений; 4) водоносный комплекс ордовикских отложений; 5) водоносный комплекс девонских отложений; 6) водоносный комплекс каменноугольных отложений; 7) водоносный комплекс пермских отложений; 8) водоносный комплекс триасовых образований; 9) нижне-среднеюрский водоносный комплекс; 10) верхнеюрский водоносный комплекс; 11) неокомский водоносный комплекс; 12) апт-альб-сеноманский водоносный комплекс; 13) водоносные комплексы аллювиальных и ледниковых отложений;

Согласно имеющимся гидрогеохимическим материалам с площадей Анабаро-Хатангской седловины, фактическим материалом охарактеризованы 8 из 13 водоносных комплексов. Данные по апт-альб-сеноманскому, неокомскому и верхнеюрскому водоносным комплексам были взяты с прилегающих территорий. Отсутствуют материалы по водоносным отложениям ордовика. В рамках исследования были обработаны результаты 223 пробы одиннадцати водоносных комплексов Анабаро-Хатангской седловины с целью выделения химических типов вод. Подземные воды изученных комплексов относятся преимущественно к хлоридному натриевому типу (по С.А. Щукареву) с соленостью вод от 0,03 до 436 г/дм³. Статистические закономерности гидрогеохимического опробования рассматривались для двух совокупностей: для вод с минерализацией до 50 г/дм³, и отдельно - для рассолов (минерализация 50 г/дм³ и выше). В разрезе доминируют рассолы с минерализацией от 50 до 300 г/дм³, с максимумом в 250-300 г/дм³ (рис.15). Среди проб с минерализацией до 50 г/дм³, доминируют пресные воды с минерализацией от 0,03 до 5 г/дм³ (рис.14).

Рисунок 14 Распределение количества проб по минерализации для вод с минерализацией <50 г/дм³



Рисунок 15 Распределение количества проб по минерализации для рассолов с минерализацией >50 г/дм³

Было рассмотрено поведение катионов и анионов в зависимости от величины общей минерализации (рис. 16, 17). На общем фоне возрастания макрокомпонентов с ростом минерализации для рассолов отмечается уменьшение концентраций кальция и гидрокарбонат иона с увеличением минерализации.

Рисунок 16 Зависимость содержания макрокомпонентов от общей минерализации (подземные воды с минерализацией до 50 г/дм³



Рисунок 17 Зависимость содержания макрокомпонентов от общей минерализации (рассолы с минерализацией выше 50 г/дм³

Рисунок 18 Зависимость концентраций J, Br, B от общей минерализации

Концентрация микрокомпонентов брома, бора и йода с ростом минерализации также возрастает (рис. 18). В дополнение к этому были рассмотрены зависимости изменения концентраций (в г-экв/дм³) катионов (рис. 19, 20) и анионов (рис. 21, 22) в зависимости от роста минерализации как в целом, так и по отдельным гидрогеологическим комплексам (рис. 23, 24). Так для подземных вод с минерализацией менее 50 г/дм³ установлено обильное разнообразие химических типов вод при минерализации до 10 г/дм³ при этом наблюдается постепенный переход к хлоридным и сульфатно-хлоридным натриевым и кальциево-натриевым, а затем к хлоридным натриевым по мере роста минерализации.

Разнообразие химических типов вод с минерализацией до 5-10 г/дм³ связано, главным образом с наличием в выборке большого количества проб четвертичного гидрогеологического комплекса, которые широко распространены по латерали (рис.23, 24). Для рассолов (рис. 20, 22) характерно доминирование хлоридных натриевых вод при минерализации выше 150 г/дм³, для менее минерализованных рассолов характерно влияние кальция и соответственно появление хлоридных кальциево-натриевых и хлоридных натриево-кальциевых разностей.

Рисунок 19 Зависимость концентраций основных катионов в г-экв от общей минерализации для подземных вод с минерализацией до 50 г/дм³

Изучение зависимостей для разных гидрогеологических комплексов показало что, апт-альб-сеноманский, неокомский и верхнеюрский гидрогеологические комплексы схожи по химизму, для них характерны хлоридные, гидрокарбонатные, гидрокарбонатно-хлоридные и хлоридно-гидрокарбонатные натриевые воды с невысокими значениями минерализации (до 30 г/дм³), стоит напомнить, что данные по этим комплексам были взяты с прилегающих площадей.

Для нижне-среднеюрского, триасового, каменноугольного, пермского и девонского гидрогеологических комплексов характерны преимущественно хлоридные натриевые воды при повышенных общих минерализациях (до 400 и более г/дм³). Такой химизм в этих гидрогеологических комплексах обуславливается процессами выщелачивания соляных штоков (к примеру на Нордвикской структуре, где мощный девонский соляной шток выходит на поверхность полуострова Урюнг-Тумус), что подтверждается проведенными палеогидрогеологическими реконструкциями. Для пермского комплекса характерно также повышение роли кальция, что приводит к наличию в этом комплексе хлоридных кальциево-натриевых вод (рис. 23, 24).

Венд-кембрийский и рифейский гидрогеологические комплексы, исходя из трёхмерных диаграмм (рис. 23, 24), отличаются от вышележащих комплексов меньшими значениями общей минерализации и значительной метаморфизованностью этих вод, что проявляется в преобладании здесь кальциевого компонента. По химическому типу преобладают воды хлоридные кальциево-натриевые.

Рисунок 20 Зависимость концентраций основных катионов в г-экв от общей минерализации для рассолов с минерализацией выше 50 г/дм³



Рисунок 21 Зависимость концентраций основных анионов в г-экв от общей минерализации для подземных вод с минерализацией до 50 г/дм³

Рисунок 22 Зависимость концентраций основных анионов в г-экв от общей минерализации для рассолов с минерализацией выше 50 г/дм³



Рисунок 23 Трёхмерные диаграммы зависимости содержаний основных катионов от минерализации для различных гидрогеологических комплексов

Особенности накопления элементов в полной мере отражают результаты кластерного анализа (рис. 25, 26), которые выявили закономерную связь основных солеобразующих макрокомпонентов между собой.



Рисунок 24 Трёхмерные диаграммы зависимости содержаний основных анионов от минерализации для различных гидрогеологических комплексов

Рисунок 25 Древовидная диаграмма кластерного анализа состава подземных вод минерализацией менее 50 г/дм³



Рисунок 26 Древовидная диаграмма кластерного анализа состава рассолов

Результаты кластерного анализа концентраций макрокомпонентов позволили выделить химические типы вод и рассолов. Так, среди подземных вод с минерализацией менее 50 г/дм³ преобладает хлоридный натриевый тип вод, при значительном содержании гидрокарбонатных натриевых вод с различными примесями хлор иона, менее значительном содержании сульфатных кальциевых вод и практически незначительном содержании магниевых вод. Предполагается наличие широкого разнообразия химических типов вод, при незначительном их содержании в общем. Кластерный анализ подземных вод с минерализацией более 50 г/дм³ (рассолов) показывает, что из-за очень далекой связи хлора и суммы натрия и калия с остальными ионами здесь будут доминировать воды хлоридного натриевого состава, с крайне незначительными примесями хлоридных натриево-кальциевых и кальциево-натриевых вод. При этом концентрации гидрокарбонат иона и сульфат иона не оказывает существенного влияния на химизм рассольных типов вод.



Рисунок 27 Химические типы подземных вод с минерализацией до 50 г/дм³

Рисунок 28 Химические типы рассолов

В пределах изученных структур Хатангского артезианского бассейна выявлены подземные воды разнообразного химического состава. Детальное изучение химизма имеющихся проб воды привело к составлению гистограмм распределения различных химических типов воды (по С.А. Щукареву) по пробам для подземных вод с минерализацией до 50 г/дм³ (рис. 27) и отдельно для рассолов (рис. 28).



Рисунок 29 Гидрогеохимический корреляционный график подземных вод и рассолов различных водоносных комплексов Анабаро-Хатангской седловины

Корреляция содержаний натрия и хлора в эквивалентных формах позволила провести анализ генетических особенностей подземных вод и рассолов различных гидрогеологических комплексов. Как следует из графика (рис. 29), воды апт-альб-сеноманского, неокомского и верхнеюрского комплексов имеют инфильтрационное происхождение, ввиду высокого отношения rNa/rCl. Значительная часть рассолов триасового, пермского и каменноугольного комплексов, также характеризуются инфильтрационным генезисом, остальная часть этих вод явно отражает седиментационное происхождение. Воды нижележащих венд-кембрийского и рифейского комплексов также характеризуются седиментогенным происхождением. Воды триасового, пермского и каменноугольного комплексов не претерпевшие метаморфизации состава с глубиной, относятся к рассолам выщелачивания (что подтверждается проведенными автором палеогидрогеологическими исследованиями), в то время как воды венд-кембрийского и рифейского комплексов отражают обстановки затрудненного водообмена и метаморфизацию состава подземных вод.

Анализ зависимости общей минерализации от глубины различных проб территории Анабаро-Хатангского междуречья привел к построению графика (рис. 30).

Рисунок 30 График зависимости минерализации от глубины на территории Анабаро-Хатангской седловины

Прослеживается сложный характер изменения минерализации с глубиной. До 500 метров в глубину минерализация в целом уменьшается, это связано с выщелачиванием соляных куполов, имеющих выходы на поверхность территории исследования, (преимущественно Нордвикское солянокупольное поднятие) инфильтрогенными водами. Затем с увеличением глубины наблюдается закономерный рост минерализации.

Водоносный комплекс рифейских отложений



Рисунок 31 Гистограмма распределения химических типов вод рифейского комплекса

В пределах Хатангского артезианского бассейна гидрогеохимические исследования комплекса проведены на Костроминской и Северо-Суолемской площадях. По химическому типу воды хлоридные натриевые, хлоридные кальциево-натриевые и хлоридные натриево-кальциевые (что связано с зоной затрудненного водообмена, гидродинамической закрытостью недр и соответственно метаморфизацией химического состава вод), концентрация йода составляет 8,97 мг/дм³, брома - 10,96 мг/дм³. Величина общей минерализации на Костроминской площади изменяется в пределах 54,6-77,7 г/дм³, на Северо-Суолемской площади она составляет 200,7 г/дм³.

Водоносный комплекс венд-кембрийских отложений

Рисунок 32 Гистограмма распределения химических типов вод венд-кембрийского комплекса

В пределах Хатангского артезианского бассейна гидрогеохимические исследования комплекса проведены на Северо-Суолемской и Костроминской площадях. По химическому составу подземные воды хлоридные кальциево-натриевые, натриево-кальциевые и хлоридные натриевые минерализация составляет 10 г/ дм³ на Костроминской площади и 36,2-73,9 мг/дм³ на Северо-Суолемской. На последней отмечаются высокие содержания йода (51,48 мг/дм³) и брома (62,76 мг/дм³). Натрий-хлорный коэффициент равен 0,80 и 0,47-0,69 соответственно.

Водоносный комплекс девонских отложений

В Хатангском артезианском бассейне отложения девонского возраста установлены в Нордвикском солянокупольном районе. Они сложены в верхних частях разреза в основном карбонатными породами (доломитами и известняками), а в нижних - карбонатными породами с мощными пластами каменной соли, гипса и ангидрита. Общая мощность их в этом районе превышает 800-1000 м. Выходы девонских отложений наблюдаются лишь в сводах солянокупольных структур. На остальной площади бассейна они погружены на глубины от 2000-3000 до 5000-6000 м и более.

По химическому составу воды комплекса хлоридные натриевые, минерализация составляет 220-287 г/дм³.

Водоносный комплекс каменноугольных отложений

В Хатангском артезианском бассейне каменноугольные отложения изучены весьма слабо. В пределах бассейна они повсеместно залегают на глубинах 1000-2000 м под покровом более молодых образований. В Нордвикском районе скважинами вскрыты отложения только нижнего отдела каменноугольной системы. Они представлены в основном известняками с прослоями аргиллитов, мергелей и ангидритов общей мощностью до 800-1000 м. В западных районах бассейна в составе каменноугольных отложений наряду с карбонатными породами развиты, по-видимому, также терригенные угленосные породы.

Скважинами в районе Нордвикского соляного купола в известняках нижнего карбона вскрыты хлоридные натриевые рассолы с минерализацией до 237-306 г/дм³, на Южно-Суолемской площади минерализация значительно ниже - 23,1 г/дм³.

В зонах новейших разломов в каменноугольных отложениях, так же как и в перекрывающих их породах перми и триаса, развиты трещинно-жильные скопления рассолов хлоридного кальциево-натриевого и кальциевого состава, поступающих из водоносных горизонтов среднего и нижнего палеозоя.

Водоносный комплекс пермских отложений

Рисунок 33 Гистограмма распределения химических типов вод пермского комплекса

В Хатангском артезианском бассейне пермские отложения распространены повсеместно. Они сложены преимущественно прибрежно-морскими и морскими терригенными и угленосными породами: песчаниками, алевролитами, чередующимися с глинами, аргиллитами и углями. Мощность их колеблется от 300-500 м на южном борту бассейна до 1500-1800 м в его центральной части. Пермские отложения почти на всей площади бассейна перекрыты мезозойскими образованиями. В центральных частях бассейна кровля их погружена на глубину до 1000-1500 м и более. В пермских отложениях бассейна развиты главным образом порово-трещинно-пластовые скопления соленых вод и рассолов хлоридного натриевого состава, с минерализацией, до 270 г/дм³, присутствуют незначительное количество проб хлоридного кальциево-натриевого и и гидрокарбонатно-хлоридного натриевого составов (рис. 33).

Водоносность пермских отложений изучалась на Нордвикской, Ильинской, Чайдахской и других антиклинальных структурах, в разной степени осложненных соляной тектоникой. В пределах этих структур в пермских отложениях установлено наличие рассолов в основном хлоридного натриевого состава с минерализацией от 52-54 до 120--135 г/дм³. Хлоридные натриевые рассолы с минерализацией от 238 г/дм³, встречены в пермских терригенных и угленосных отложениях лишь на Нордвикском соляном куполе. Формирование этих рассолов связано, очевидно, с растворением каменной соли. Генезис хлоридных кальциево-натриевых рассолов, вскрытых скважинами на Ильинской и Чайдахской структурах, недостаточно ясен. Весьма высокое содержание хлоридов кальция и магния в этих рассолах указывает на их связь с высококонцентрированными рассолами седиментационного генезиса, залегающими в нижележащих галогенно-карбонатных толщах палеозоя. Эти высококонцентрированные рассолы поступают в пермские отложения по зонам разломов (часто в сводах структур) и смешиваются в разных соотношениях с пермскими порово-трещинно-пластовыми солеными водами. Следует отметить повсеместную высокую насыщенность углеводородными газами метанового ряда хлоридных кальциево-натриевых и хлоридных натриевых рассолов, вскрытых в пермских отложениях на изученных структурах Анабаро-Хатангского междуречья.

В целом для подземных вод отложений перми концентрации йода составляют 3-3,5 мг/дм³, брома - 11-49 мг/дм³, бора - 5-10 мг/дм³. Значение натрий-хлорного коэффициента - 0,68-0,88.

Водоносные комплексы триасовых образований

В Хатангском артезианском бассейне отложения триасового возраста распространены почти повсеместно. В восточной части бассейна в низовьях рек Лены, Оленека и Хатанги они сложены морскими терригенными породами, в основном песчаниками, чередующимися с аргиллитами и алевролитами. Мощность триасовых отложений колеблется в этих районах в пределах 200-600 м, возрастая в направлении от краевых к внутренним частям бассейна. Почти повсюду триасовые отложения перекрыты породами юрского и мелового возраста и залегают обычно глубже нижней поверхности мерзлой зоны.

Водоносность триасовых отложений Хатангского бассейна изучалась в пределах солянокупольных структур Нордвик-Хатангского района. Многочисленными скважинами, пройденными в непосредственной близости от соляных штоков, в песчаниках и алевролитах триасового возраста на глубинах 70-80 м вскрыты порово-трещинно-пластовые и жильные скопления рассолов хлоридного натриевого состава с минерализацией до 280 г/дм³.

Статические уровни этих рассолов располагались ниже уровня моря (абс. отм. минус 15-87 м). При испытании скважин притоки рассолов из триасовых отложений обычно не превышали 0,05-0,1 л/сек. Кроме рассолов, при испытаниях были получены небольшие притоки углеводородных газов (до 1500-3000 м³/сутки) и нефти. Очевидно, что рассолы хлоридного натриевого состава в триасовых отложениях бассейна имеют локальное распространение и приурочены только к соляным куполам.

В нижнем течении р. Хатанги в триасовых отложениях развиты жильные скопления рассолов, приуроченные к зонам новейших разломов. Эти жильные воды фиксируются на поверхности солеными источниками, вытекающими из меловых отложений. В пределах остальной территории бассейна в породах триасового возраста (так же, как и в перекрывающих их юрских и меловых отложениях) преимущественно распространены, по-видимому, порово-трещинно-пластовые скопления соленых вод и рассолов хлоридного кальциево-натриевого состава с минерализацией до 20-35, реже до 50-70 г/дм³. Не исключена возможность наличия в этих соленых водах и рассолах промышленных концентраций йода. При этом наиболее перспективными являются западные районы бассейна, где развиты морские песчано-глинистые триасовые отложения.

Нижне-среднеюрский комплекс

Отложения нижне-среднеюрского возраста особенно широко распространены на изучаемой территории, сложены морскими и прибрежно-морскими песчано-глинистыми толщами (переслаивающимися глинами, аргиллитами, алевролитами и песчаниками) общей мощностью от 300-500 до 1500-1600 м. В западных районах бассейна в составе отложений преобладают глинистые породы. На большей площади бассейна породы нижне-среднеюрского возраста залегают весьма полого и перекрыты меловыми отложениями.

Подземные воды комплекса хлоридные натриевые метановые с минерализацией до 250 г/дм³. Концентрации йода изменяются в интервале 4 - 22 г/дм³ , брома - 4,5 - 58 г/дм³, бора - до 10 г/дм³.

Верхнеюрский комплекс

Рисунок 34 Гистограмма распределения химических типов вод верхнеюрского комплекса

В Хатангском артезианском бассейне отложения комплекса широко представлены и сложены морскими и прибрежно-морскими песчано-глинистыми толщами (переслаивающимися глинами, аргиллитами, алевролитами и песчаниками). На большей площади бассейна породы верхнеюрского возраста залегают весьма полого и перекрыты меловыми отложениями.

Фактические сведения о водоносности юрских отложений в бассейне немногочисленны и относятся к его западной части (Рассохинский, Малохетский валы), где проводилось нефтепоисковое бурение. На нескольких разведочных площадях здесь в песчано-глинистых толщах юрского возраста на глубинах 700-1300 м вскрыты хлоридные и гидрокарбонатно-хлоридные натриевые метановые воды с минерализацией от 7 до 16 г/дм³. В этих водах обнаружен бром (до 50-55 мг/дм³), йод (до 26 г/дм³), бор (до 20 г/дм³).

По-видимому, близкие по составу пластовые воды содержатся повсеместно в верхнеюрских отложениях и в других районах бассейна. По составу водорастворенных газов воды метановые.

Неокомский комплекс

Рисунок 35 Гистограмма распределения химических типов вод неокомского комплекса

Отложения неокомского комплекса широко распространены в Хатангском артезианском бассейне, где они представлены в основном морскими, прибрежно-морскими, реже континентальными образованиями - песчаниками, алевролитами, аргиллитами с подчиненными пластами и линзами углей. В связи с наличием в бассейне мощной (до 500-600 м) многолетней мерзлоты верхние водоносные горизонты в меловых отложениях, как правило, проморожены. Геохимические пробы данного комплекса были получены в пределах восточной части Енисей-Хатангского прогиба, ввиду отсутствия данных по химизму вод данного комплекса на территории Анабаро-Хатангской седловины.

По составу преобладают воды хлоридного натриевого состава, реже хлоридно-гидрокарбонатного натриевого, гидрокарбонатно-хлоридного натриевого и гидрокарбонатного кальциево-натриевого. Общая минерализация варьирует в пределах 2,7 - 8,7 г/дм³. Повышены концентрации микроэлементов йода 1,29 - 15,59 мг/дм³, брома - 0,54 - 29,26 мг/дм³, бора - 0,7 - 5,5 мг/дм³. Наибольшие значения концентраций этих элементов обнаружены на Джангодской и Массоновской площадях. Значение натрий-хлорного коэффициента изменяется от 1,10 до 6,01.

Жильные воды в неокомских отложениях Хатангского бассейна, приуроченные, вероятно, к зонам новейших тектонических нарушений, фиксируются выходами соленых источников в районе среднего течения р. Хатанги. Минерализация вод источников колеблется от 6,6 до 130 г/дм³. Источник на р. Боганида, имеющий минерализацию всего 6,6 г/дм³, питается, по-видимому, водами только меловых отложений. Остальные источники (Салабирский, Тимофей-Юряхский, Чарский и др.), обладающие хлоридным магниево-кальциево-натриевым составом и минерализацией от 48 до 130 г/дм³, связаны с более глубокими, по-видимому, палеозойскими водоносными горизонтами. Особенности химического состава вод этих источников и, в частности, высокое содержание хлоридов кальция и магния, а также низкие значениях хлор-бромного коэффициента (450-550) указывают на то, что эти воды, вероятно, связаны с соленосными отложениями.

Апт-альб-сеноманский водоносный комплекс

Рисунок 36 Гистограмма распределения химических типов вод апт-альб-сеноманского комплекса

Водоносный комплекс представлен подземными водами гидрокарбонатного натриевого состава, реже - хлоридного натриевого (рис. 36), с минерализацией 0,5 - 3 г/дм³. Геохимические пробы данного комплекса были получены в пределах восточной части Енисей-Хатангского прогиба, ввиду отсутствия данных по химизму вод данного комплекса на территории Анабаро-Хатангской седловины.

На Средне-Пясинской площади состав вод преимущественно гидрокарбонатный натриевый, минерализация изменяется от 0,5 до 3,2 г/дм³. Концентрация йода изменяется от 0,01 до 0,43 мг/дм³, брома - 0,01-1,09 мг/дм³, бора - 0,1-0,3 мг/дм³. Значение натрий-хлорного коэффициента превышает 0,87. Растворенные газы в основном имеют метановый состав. На прилегающей Елогуйской площади подземные воды также имеют гидрокарбонатный натриевый состав, минерализация составляет 0,4 г/дм³, натрий-хлорный коэффициент составляет 3,7.

Водоносный комплекс аллювиальных и ледниковых четвертичных отложений.

Рисунок 37 Гистограмма распределения химических типов вод четвертичного комплекса

Четвертичный комплекс отличается широчайшим разнообразием химических типов вод (рис. 37). Геохимические пробы были отобраны с озер, рек и прочих поверхностных водоемов. Средняя минерализация вод составляет 1,8 г/дм³.

Сравнительная характеристика гидрогеологических комплексов

Четвертичный гидрогеологический комплекс отличается широким разнообразием химических типов вод, среди остальных комплексов, а также низкой минерализацией (0,3-4 г/дм³).

Мезозойские апт-альб-сеноманский и неокомский гидрогеологические комплексы по минерализации подземных вод довольно близки друг к другу (табл. 2). Неокомский комплекс отличается большей минерализацией, и значительным повышением (в десятки раз) концентраций микрокомпонентов J, Br, B. По химическому типу здесь также, как и в апт-альб-сеноманском комплексе присутствуют воды хлоридно-гидрокарбонатного натриевого состава, однако доминирующую роль уже играет не гидрокарбонат и хлор-ион.

Вниз по разрезу верхнеюрский гидрогеологический комплекс отличается от вышележащих меловых комплексов, ростом минерализации и соответственно повышением концентраций макро- и микрокомпонентов, в особенности Br и B. Также заметен окончательный переход к доминированию в разрезе данного комплекса хлоридных натриевых вод.

Триас - девонские гидрогеологические комплексы характеризуются наиболее высокими значениями минерализации в пределах Анабаро-Хатангского междуречья.