Гидрогеохимическая зональность тимано-печорского артезианского бассейна

Т.П.Митюшева (Институт геологии КНЦ УрО РАН)

«Пробле6мы изучения химического состава подземных вод» Шестые Толстихинские чтения Материалы научно-методической конференции. - С-Петербург, 1997. –с. 38-41.

Закономерное распределение химического состава вод осадочного чехла Печорского бассейна (ПБ) изучалось ранее Н.М.Невской (1979), Ю.А.Ежовым и ГИЛысениным (1985), В.М.Мильковым (1986, 1990) и др. В.М.Мильков выделяет три типа вертикальной гидрохимической зональности по различным типам тектонических элементов АБ: нормальный, инверсионный и аномальный; отмечая, что инверсионный тип зональности охватывает большую часть структур. К верхней нормальной и переходной зонам относятся, по его мнению, воды всех ВК, залегающих выше регионального тиманско(кыновско)-саргаевского флюидоупора. К нижней инверсионной зоне относятся среднедевонско-нижнефранский терригенный и ордовикско-нижнедевонскнй карбонатный ВК. Верхняя граница инверсионной зоны варьирует в широких пределах: от 2.8 до 6.2 км (В.М.Мильков, 1990).


Иной точки зрения придерживаются Ю.А.Ежов и Г.ПЛысенин (1985), которые указывают, что установленная закономерность, выражающаяся в смене гидрохимического типа вод и минерализации, - химическая инверсия, имеет планетарное значение, и обусловлена планетарной гидрогеодинамической зональностью. Глубины залегания гидрогеохимических зон в различных регионах существенно изменяются: в областях альпийского тектогенеза обнаруживаются на глубинах от 0.5-1.5 км, на древних платформах на глубинах 3-5 км и более.


Изменение минерализации в водах АБ наблюдается как в разрезе в целом, так и в пределах каждого комплекса в отдельности. Причем, с увеличением возраста отложений выявлен рост максимальной величины минерализации; глубины проявления инверсии; кривизны регрессионных зависимостей (рис.1). Поэтому, приуроченность проявления инверсии только к ВК нижней части осадочного чехла (по В.М Милькову) не отражает действительности: инверсионная зональность проявляется и в водах ВК верхнедевонско-турнейских отложений. Что касается вышезалегающего ВК нижнекаменноугольно-нижнепермских отложений, то здесь зависимость почти прямолинейная. Отсутствие значительного опреснения вод может быть связано с частыми перерывами в осадконакоплении, отсутствием мощных толщ глинистых пород в одновозрастных отложениях и другими факторами (время, термобарические условия).


Наиболее ярко процессы преобразования вод Тимано-Печорского бассейна прослеживаются в водах терригенного среднедевонско-нижнефранского ВК, залегающего непосредственно под нижнефранской карбонатно-глинистой толщей, являющейся региональным флюидоупором. На глубинах 2.0-2.5 км, где температуры достигают значений 60-80 °С, наблюдается инверсия значений минерализации, основных катионов и хлора, брома, плотности, ионной силы рассолов при хлоридно-натриевом составе воды (рис.2). Также выявлен температурный скачок и изменение значений геотермического градиента. Эндотермический эффект в 20°С обусловлен,вероятно,затратами энергии при переходе связанной воды глин в свободное состояние.


Анализ гидрохимических коэффициентов (rNa/rCl - 0,47-0,99, С1/Вг - 90-800,  rNa+rMg)/rCa -0,23-11,74 и изотопный состав вод (δD -91—28 ‰, δ180 -8,6—1 ‰) указывают на высокую степень метаморфизма морских седиментационных и смешанных вод, увеличение роли возрожденных вод в составе вод бассейна по мере увеличения температуры и глубины залегания отложений (рис.2).




Наблюдается прямая зависимость в распределении коэффициента rNa/rCl от глубины залегания отложений (рис.2), минерализации вод и термобарических условий; с их увеличением незначительно растет и натрий-хлорный коэффициент, что связано с повышением степени преобразований в системе вода-порода, с процессами ионного обмена. Л.Н.Капченко (1983) отмечает возможность появления гидрогеохимических аномалий, сопровождающихся часто обратной метаморфизацией вод с повышением отношения rNa/rCl до 0.0-1.0 и более в условиях зоны застойного режима.


Существует несколько гипотез, объясняющих существование гидрохимических инверсий [1, 7,9]:


O  современная или древняя инфильтрация пресных вод в глубокие горизонты;


O  проникновение пресных метаморфогенных флюидов по зонам тектонических нарушений;


O  разбавление седиментационных вод за счет дегидратационных (возрожденных) вод из глинистых пород при высоких давлениях и температуре в процессе постседиментационных преобразований (в т.ч. и при гидрослюдизации монтмориллонитов);


O  опреснение водами конденсационной и солюционной природы вблизи залежи углеводородов(УВ);


O  разрушение газовых кристаллогидратов в районах многолетнемерзлых пород и деградация самой многолетней мерзлоты и др.


Анализ гидрогеологических и термобарических условий Печорского бассейна показывает, что ни одна из гипотез не может быть полностью исключена, т.е. их влияние наблюдается в определенных условиях. Но наиболее вероятностной представляется дегидратационная природа снижения минерализации вод, сторонниками которой являются также М.С.Powers (1967), J.F.Burs Р.И.Злочевская, З.А.Кривошеева (1977) и многие другие исследователи, которые отмечают поэтапные изменения в породах, связывая возникновение вертикальной постседиментационной зональности с процессами дегидратации глин. Г.В.Лебедевой (1977) и Б.А.Лебедевым (1992) при изучении трещиноватости, пористости и проницаемости глин и песчаников Печорского бассейна предложена зональность, где глубинам 2,5 (2,3) км соответствует граница зон умеренного и сильного уплотнения.


Таким образом, гидрохимические и термобарические исследования Печорского бассейна подтверждают, что формирование вертикальной зональности осадочного чехла есть результат единой системы взаимодействия вода-порода-органическое вещество-газ. При определенных температурах и глубинах происходит переход связанной воды глин в свободное состояние, изменение химического и газового состава вод, развитие маловодных минералов, увеличение их плотности и стирание минералогических различий, уменьшение пористости и проницаемости, аутигенное минералообразование, преобразования органического вещества и генерация УВ, а также другие изменения.


Библиографический список

  1. Ежов ЮЛ. Закономерности распределения химической инверсии в подземной гидросфере // Советская геология, №1, 1981. -с.106-112.
  2. Ежов ЮЛ., Лысенин ГЛ. Химическая модель подземной гидросферы // Подземные воды и эволюция литосферы. Т.Н. - М. Наука, 1985.-с. 289-291.
  3. Злочевская Р.И., Королев В.Л., Кривошеееа З.В., Сергеев Е.М. и др. О природе изменения свойств связной воды в глинах под действием повышающихся температур и давлений / Вестник Московского университета. Геология, №3, - М. Изд-во Моск. ун-та, 1988. -с.80-97.
  4. Капченко J1.H. Гидрогеологические основы теории нефтегазонакопления. Л.: Недра,  1983. - 263 с.
  5. Кривошеееа З.В., Злочевская Р.И., Королев В.Л., Сергеев Е.М. О природе изменения состава и свойств глинистых пород в процессах литогенеза // Вестник Московского университета. Геология, № 4, - М. Изд-во Моск. ун-та, 1988. - с.60-74.
  6. Критерии раздельной оценки нефтеносности и газоносности (на примере Тимано-Печорской провинции) / Г.А.Амосов, М.Д.Белонин, И.С.Гольдберг и др. - Л.: Недра, 1974. -183 с. (Тр.ВНИГРИ, вып.334).
  7. Лагунова И.А. Условия проявления и особенности формирования вод поижнной минерализации в глубоких зонах осадочных бассейнов // Сов.геология. - 1979. - № 2, - с.48-62.
  8. Лебедев БЛ. Геохимия эпигенетических процессов в осадочных бассейнах. - Л.: Недра, 1992. - 239 с.
  9. Маломинерализованные воды глубоких горизонтов нефтегазоносных воднапорных бассейнов Украины / В.В.Колодий, В.М.Щепак, Б.И.Нудык и др. -Киев: Наук, думка, 1991. - 184 с.
  10. Мильков ВМ. Вертикальная гидрохимическая зональность Тимано-Печорской НГП и ее связь с нефтегазоносностью на больших глубинах // Геология нефти и газа. -1990. - № 4, - С.30-33.
  11. Мильков ВМ. Гидрогеохимическая инверсия в глубоких горизонтах Печорского нефтегазоносного бассейна /7 Геология нефти и газа.-1986.-№ 5, -С.38-41.
  12. Burst J.F. Diagenesis of Gulf Coast clayey sediments and its possible relation to petroleum migration. Bull. Amer. Assoc. Petrol. Geol., 1969, vol. 53, № 1. P. 73-93.
  13. Powers M.C. Fluid-release mechanisms in compacting marine mudrocks and their importance in oil exploration. - Bull. Amer. Assoc. Petrol. Geol, 1967, vol.51, № 7. P.1240-1254.

Авторы: 

Тематические разделы: