К оглавлению

Некоторые вопросы гидрогеологии продуктивных горизонтов палеозоя Саратовского Поволжья

А. С. ЗИНГЕР

Основными продуктивными горизонтами Саратовского Поволжья являются горизонты живетского яруса девона, турнейского, визейского и башкирского ярусов карбона. Ниже приводятся краткая гидрохимическая характеристика и основные закономерности изменения солевого состава вод нижнебашкирского, тульского и сталиногорского горизонтов.

Нижнебашкирский горизонт сложен в основном оолитовыми, трещиноватыми, брекчиевидными разностями известняков с различным количеством органогенно-обломочного материала.

Трещиноватость известняков имеет значительные размеры и является одним из факторов, обусловливающих нефтеносность данного горизонта. Пористость известняков колеблется в широких пределах от 0,2 до 20%. Проницаемость определяется сотыми и тысячными долями единицы дарси и значительно реже десятыми долями.

Мощность отложений колеблется от 28 до 54 м. В известняках нижнебашкирских отложений присутствуют один-два водоносных горизонта мощностью от 2 до 14 м. Воды пластовые, иногда (в случае трещиноватости пород) пластово-трещиноватые.

Характеристика химического состава вод дана в табл. 1.

Удельный вес воды нижнебашкирского горизонта, а также содержание ионов Сl, Са и Вr максимальные для района Степновcкого месторождения, где данный горизонт залегает глубже, чем на остальных исследованных площадях. Близкие глубины залегания отложений нижнебашкирского горизонта по сравнению со Степновским месторождением наблюдаются в районе Багаевского месторождения, и здесь содержание ионов Cl, Ca, Mg, J и Br также высокое.

Наиболее близко к поверхности отложения нижнебашкирското горизонта залегают в районе Казанлинокого и Хлебновского месторождений. Содержание конов Cl, Ca, Mg, Br здесь наименьшее. На остальных площадях, где глубины залеганий нижнебашкирского горизонта занимают промежуточное положение по сравнению с указанными площадями, содержание анализируемых компонентов изменяется соответственно и не нарушает определившейся закономерности увеличения содержания данных компонентов с глубиной залегания.

На различных площадях содержание иона SO₄ в водах исследуемого горизонта различно; пределы колебаний весьма значительны: от 70 мг/л в районе Багаевского месторождения до 1203 мг/л на Степновском.

Тульский горизонт представлен переслаиванием терригенных и карбонатных пород.

В разрезе принимают участие песчаники (иногда пески), алевролиты, глины, известняки, в единичных случаях доломиты и прослоями глинисто-углистые сланцы. Степень цементации песчаных пород различна: от довольно высокой до совсем низкой, когда песчаники переходят в пески. Пористость известняков меняется от 0,8 до 16,1%. Проницаемость составляет тысячные доли дарси. Пористость доломитов колеблется от 0,5 до 7,5%. Проницаемость выражается сотыми долями, а в отдельных случаях достигает нескольких дарси. Коллекторские свойства песчаных пород высоки. Общая пористость порядка 19,4-27,3%. Проницаемость для газа составляет 0,268- 0,346 дарси.

Мощность отложений изменяется от 24 до 43 м. В отложениях тульского горизонта присутствует от одного до четырех водоносных горизонтов. Проследить выдержанность одного и того же водоносного горизонта в пределах ряда площадей не представляется возможным. Мощности водоносных горизонтов изменяются от 2 до 11 м.

Химический состав вод тульского горизонта приведен в табл. 2.

Наибольшее содержание ионов Сl*, Са**, Mg**, а также J и Вr приурочено к водам Горючкинского месторождения, где отложения тульского горизонта наиболее погружены.

В районе Казашшнского месторождения отложения тульского горизонта наиболее приподняты, и содержание ионов Сl* здесь наименьшее. Содержания ионов SO₄ и НСО3 колеблются в очень широких пределах и никаких зависимостей от глубины залегания горизонта не отражают. Таким образом, для вод тульского горизонта характерна та же закономерность увеличения некоторых компонентов состава, что и для вод нижнебашкирского горизонта.

Сталиногорский горизонт представлен почти исключительно терригенными образованиями. Присутствуют песчаники, алевролиты с прослоями глин, пески. Степень цементации различная: от высокой до совсем низкой, когда песчаники переходят в пески. Коллекторские свойства песчаников исключительно высоки. Пористость достигает 25%. Проницаемость часто выражается десятыми долями, а иногда и единицами дарси.

В отложениях сталиногорского горизонта на разных структурах присутствует от одного до трех водоносных горизонтов мощностью от 1,5 до 15 м.

Строение водоносных горизонтов целиком подчинено условиям залегания песчаных пород. Водоносные горизонты приурочены к песчаным линзам и пропласткам, разделенным и изолированным глинистыми перемычками, иногда незначительной мощности. В случае отсутствия глинистых перемычек (сводовая часть Грузиновского месторождения) песчаные породы сталиногорского горизонта нацело обводнены.

Химический состав вод приведен в табл. 3.

Пластовые воды сталиногорского горизонта в пределах всех описываемых площадей (за исключением Елшанского месторождения) сохраняют тенденцию увеличения содержания ионов Cl*, Ca**, Mg** и Вr с глубиной залегания горизонта. Наиболее погружен сталиногорский горизонт в районе Горючкинского и Степновского месторождений, и содержание Cl*, Ca**, Mg** и Br здесь максимальное. Наиболее приподняты отложения сталиногорского горизонта в районе Елшанского месторождения, однако здесь наряду с некоторыми анализами вод, в которых содержание ионов Сl* не превышает 95-100000 мг/л, имеются анализы вод, в которых содержание хлора составляет 135-140000 мг/л, а также отмечено соответственно высокое содержание Ca, Mg, Br и в некоторых случаях J.

Нужно заметить, что обнаружение гидрохимических аномалий, особенно на глубине, представляет значительный интерес и связывается с наличием каких-либо разрывов сплошности пород, наличием зон трещиноватости или разломов. В.А. Кротова считает, что одним из способов обнаружения гидрохимических аномалий, более надежным, чем другие, является анализ хлорбромного показателя. Расчеты бромного показателя (0,73) подтверждают аномальный характер вод сталиногорского горизонта на Елшанке, однако происхождение аномалии различные исследователи объясняют по-разному.

В.А. Кротова объясняет повышенную минерализацию вод угленосных отложений Елшанского месторождения подтоком более глубоких и, следовательно, более минерализованных вод; другие, как, например, И.К. Зерчанинов [2, стр. 7] считают, что это «вызвано подпором вод группой залежей в районе Елшанки, Песчаного Умета, Грузиновки и Соколовой горы, т.е. замедленным движением вод и, следовательно, более слабой промытостью отложений.

Здесь необходимо отметить, что минерализации вод угленосного горизонта в районе Елшанското месторождения значительно превышает минерализацию вод ряда более глубоко залегающих горизонтов и приблизительно однозначна минерализации вод отложений живетского яруса, залегающих на глубинах 1800-1900 м. Глубина залегания отложений угленосного горизонта составляет 800-900 м, следовательно, кратчайший путь, который должна пройти вода девона прежде, чем она достигнет вод угленосного горизонта, составляет 1000 м. Так как аномалийный состав вод отмечается только в угленосном горизонте, а для вод промежуточных стратиграфических интервалов от угленосного горизонта и до девона влияния более минерализованных вод не замечено, то приходится предположить наличие весьма значительного разлома, по которому в условиях изоляции было бы возможным осуществление вертикальной миграции вод из девона в угленосный горизонт. Однако многочисленные глубокие скважины, пробуренные на Елшанском месторождении, никаких следов разрыва сплошности слоев как в девоне, так и в карбоне не обнаружили.

Объяснение, выдвинутое И.К. Зерчаниновым, также трудно приемлемо. Во-первых, высокая минерализация вод угленосного горизонта отмечается не во всех скважинах. Ряд анализов вод показывает «нормальную» минерализацию. Поэтому необходимо предположить какую-то избирательность в процессе, предложенном И.К. Зерчаниновым, которая, однако, не объясняется самим процессом. Во-вторых, в районе Песчано-Уметского месторождения только в одной скв. 73, где водоносный горизонт залегает на глубине 1145-1148 м, содержание ионов С1* составляет 130 350 мг/л, тогда как во всех других многочисленных скважинах, вскрывших воду в отложениях сталиногорского горизонта, химический анализ показывает «нормальную» минерализацию, свойственную водам всех других месторождений при прочих равных условиях.

Исследование фактического материала по строению водоносных горизонтов позволяет прийти к выводу, что гидрохимическая аномалия вод сталиногорского горизонта в районе Елшанского месторождения имеет иную природу, чем аномалии ряда других районов Волго-Уральской области (Краснокамско-Полазненский район, Самарская Лука), и обусловливается линзообразным строением водоносных горизонтов, их хорошей запечатанностью и отсутствием движения. Неравномерное расположение мелких песчаных линз, заполненных водой, и объясняет наблюдаемую мозаичность в минерализации вод в пределах одного горизонта и на одной площади.

Рассмотрим некоторые закономерности в изменении состава пластовых вод черепетского и сталиногорского горизонтов. Рис. 1 показывает изменение содержания ряда компонентов химического состава вод черепетского горизонта по мере увеличения абсолютных отметок глубин залегания. В интервале 650-800 м отмечается резкое увеличение содержания в водах ионов С1, Сa, Mg, Вr, J, затем до рассматриваемой абсолютной отметки минус 1800 м кривые содержания всех компонентов, за исключением Mg, приобретают тенденцию плавного роста. Содержание Mg остается примерно равным и не испытывает колебаний по мере увеличения глубины залегания от 800 до 1800 м.

Аналогичную картину изменения исследуемых компонентов по мере увеличения абсолютных отметок иллюстрирует рис. 2 для сталиногорского горизонта. С глубины 700 м до 1700 м кривые содержания всех компонентов, за исключением Mg, постепенно растут по мере погружения горизонта. Содержание Mg, как и в водах черепетского горизонта, почти не испытывает изменений.

Прилагаемые графики могут быть использованы в практике геологов-нефтяников для определения характера полученной в результате опробования воды. Если точки, характеризующие содержание Cl на данном отрезке глубин, не будут удалены от кривой более чем на ошибку анализа, воду опробуемого горизонта следует считать пластовой. Однако глубина залегания горизонта не является единственным фактором, определяющим изменение химического состава подземных вод. Значительное влияние на формирование состава глубинных вод оказывает фактор геологического времени. Чем моложе в геологическом понимании данный горизонт, тем менее минерализованы его воды при прочих равных условиях. Чем древнее возраст горизонта, тем выше степень минерализации вод, к нему приуроченных. Это хорошо видно из табл. 4.

Анализ ее показывает, во-первых, что водоносные горизонты, залегающие примерно на равных глубинах в различных по литологическому составу породах, имеют близкую химическую характеристику. Таким образом, литологический состав водовмещающих пород не влияет на изменение состава вод.

Во-вторых, воды более молодых отложений во всех случаях содержат меньшее количество ионов Cl, Mg, часто Ca, Br и J.

Резюмируя изложенное выше, можно перечислить некоторые факторы, влияющие на изменение химического состава глубинных вод: факторы, связанные с глубиной залегания водоносных горизонтов (температура, давление), геологическое время и степень изоляции водоносных горизонтов. Литологический состав водовмещающих пород на изменение химического состава глубинных вод заметного влияния не оказывает.

Примечание редакции. Степень изоляции водовмещающих пород теснейшим образом связана с их миграцией. Поэтому выводы автора о зависимости состава глубинных вод от степени изоляции и независимости от литологического состава пород вызывают сомнение.

ЛИТЕРАТУРА

1. Зерчанинов И.К. Гидрогеология продуктивных отложений нижнего карбона Саратовского Поволжья. Газовая промышленность, № 6, 1957.

2. Кротова В.А. О гидрохимических аномалиях на территории Волго-Уральской области. Геология и геохимия, сб. ВНИГРИ, 1 (VII), тр. ВНИГРИ, 1957.

Нижне-Волжский фил. ВНИГНИ

Таблица 1

Месторождение и интервал залегания водоносных горизонтов, м	№ скв	Удельный вес	Содержание, мг/л							Содержание, г/100 г							Сумма солей
			НСО3	С1	SO4	Са	Mg	J	Вr	Са(НСО3)2	CaSO4	СaС12	MgCl2	NaCl	NaBr	NaJ
Хлебновка, 435-405	1	0,039	256	49 321	117	4 229	711	_	138	0,0340	0,0163	1,1343	0,2783	6,5843	0,0177		8,0649
Казанла, 440-456.	5	1,056	225	46 960	1005	5 603	2367	-	-	0,0299	0,1422	1,4149	0,9265	5,1040	_	-	7,6175
Грузиновка, 684-706.	4	1,050	128,1	44 528	110,26	5 640	1729,7	1,82	99,5	-	-	-	-	-	-	-	-
Соколиная Гора, 725-763	4	-	18	59 808	77	7 531	1675	-	-	0,0023	0,0109	2,0752	0,0555	6,8658	-	_	9,6097
Суровка, 811-840 .	2	1,058	219	53 393	159	7 785	1524	6	250	0,0291	0,0225	2,1177	0,5965	5,8207	0,0321	0,0007	8,6193
Генеральское, 892-897	5	1,072	305	69 091	604	8 225	2240	3,45	326,53	0,0405	0,0857	2,1867	0,8770	8,0079	0,0420	-	11,2336
Багаевка, 1223-1230. .	9	1,105	73	98 224	70	12 733	2686	7	472,5	0,0097	0,0997	3,5127	1,0520	11,2033	0,0609	0,0009	15,8494
Степное, 1340-1370	3	1,109	146	99 850	1203	12 929	2608	-	482	0,0195	0,1569	3,4178	1,0213	11,6972	0,0621	-	16,2848

Таблица 2

			Содержание, мг-экв					Содержание, г/100 г.
Месторождение и интервал залегания водоносных горизонтов, м	№ скв	Удельный вес	НСО3	CI	SO4	Са	Mg	J	Вг	Са(НСО3)а	CaSO4	СаС12	MgCl2	NaCl	NaBr	NaJ	Сумма солей
Казанла, 735-745	6		162	88 994	473	11371	3835	-	-	0,0134	0,0667	3,0855	1,5011	9,5784	-	-	14,2451
Грузиновка, 1139-1141	15	-	219	9 7 959	110	11357	3302	6	382	0,0292	0,0156	3,1126	1,2923	11,2786	0,0492	0,0007	15,7782
Вязовка, 1223-1227.	5	1,117	79	107 788	24	12 963	3841	9	501	0,0097	0,0034	3,5815	1,5053	12,1507	0,0646	0,0011	17,3163
Горючка, 1806-1810.	14	1,550	18	141211	169	19 247	4036	11,37	694,3	0,003	0,0240	5,309	1,579	15,741	0,089	0,001	22,7460

Таблица 3

Месторождение и интервал залегания водоносных горизонтов, м	№ скважины	Удельный вес	Содержание, мг/л					Содержание, 100 г
			HCO3	С1	SO4	Са	Mg	J	Вr	Са(НСО3)2	CaSO4	СаС12	MgCI2	NaCl	NaBr	NaJ	Сумма солей
Елшанка, 840-844	263	1,150	61	139 040	55	16 167	5836	10	618	0,0081	0,0078	4,4666	2,3092	15,3835	0,0797	0,0012	22,2561
Песчаный Умет, 1127-1136	67	1,116	170	103 543	90	12 285	3271	5,16	480,37	0,0227	0,0127	3,3772	1,2812	11,9416	0 0619	0,0009	16,6982
Пристаное, 1139-1141	3	1,125	323	109 231	51	12 256	3581	7,9	520,25	0,0429	0,0072	3,3591	1,4013	12,0833	0,067	0,0009	17,5622
Грузиновка, 1150-1152	3	1,109	402	100 507	13	11390	3800	9	454	0,0534	0,0018	3,1163	1,4865	10,4508	0,0684	0,0010	16,1742
Соколиная гора, 1173-1184	14	1,116	581	111 171	6	13 324	3372	-	-	0,0777	0,0008	3,6528	1,3197	12,8535	-	-	17,9045
Багаевка, 1508-1509	9	1,132	49	119 374	36	14 549	3372	11,29	579,57	0,0057	0,0044	4,4436	1,2111	13,2324	0,0773	0,0011	18,9756
Степное, 1670-1673	1	1,149	158	139 388	179	21955	4173	6	746	0,0210	0,0253	6,0469	1,8302	14,3648	0,0962	0,0007	22,3851
Горючка, 1838-1841	21	1,147	24	131 663	Следы	18 810	4001	6,68	723,8	0,0032	-	5,2086	1,5669	14,2980	0,0933	0,0011	21,1711
Генеральское, 1212-1216	5	1,120	183	112311	11	12 399	3158	7,9	318	0,0243	0,0016	3,4160	1,2343	13,3958	0,0410	0,0009	18,1139

Таблица 4

Месторождение	№ скважины	Абсолютная отметка	Возраст	Литология	Содержание, мг/л
					HCO3	Сl	so4	Са	Mg	J	Вr
Горючка	13	1243,1	Верхнебашкирский горизонт	Пески	36	80210	41	10200	2201	-	344,75
Степное	3	1267,5	Нижнебашкирский горизонт	Известняки	146	99850	1203	12929	2608	-	482
Пристаное	3	1111,6	Угленосная свита	Пески	323	109231	51	12256	3581	7,9	520,25
Генеральское	3	1166,8	То же	„	317	107637	763	12830	3197	6,35	430,19
Генеральское	16	834	Верхнебашкирский горизонт		195	67125	436	7575	2053	3,18	313,58
Генеральское	5	860,5	Нижнебашкирский горизонт	Известняки	305	69091	604	8225	2240	3,45	326,53
Генеральское	9	833,3	То же		146	59806	120	7260	1843	-	245,5
Суровка	4	862,8	Тульский горизонт	Пески, песчаники	61,0	91841,4	13,1	9838,0	3581,7	5,42	348,57
Суровка	1	852,6	То же	То же	291,8	92075,0	11,52	8971,2	3800,1	7,55	423,10
Песчаный Умет	26	891,5	Угленосная свита	Пески	390	94200	16	9580	3581	7,18	424,66
Грузиновка ....	3	909,4	То же	Пески, песчаники	402	100 507	13	11390	3800	9	454
Елшанка	20	817,5	Черепетский горизонт	Известняки	79	107 232	32	11600	2358	-	-
Песчаный Умет	6	878,3	То же		306	115 875	243	14872	3229	-	-
Елшанка	13	821,6			48	107 232	52	11600	2358	-	-

Рис. 1. Изменение содержания ионов Cl, Са, Mg и Вr в водах сталиногорского горизонта.

1-Cl; 2-Са; 3-Mg; 4-Вr; 5-средняя точка.

Рис. 2. Изменение содержания ионов Сl, Са, Mg, Вr и I в водах черепетского горизонта.

1 - Сl; 2 - Са; 3 - Mg; 4-J; 5 - Вr; 6 - средняя Точка.