Подземные воды газо-нефтяных месторождений Нижнего Поволжья
А.С. ЗИНГЕР, Ю.Н. ПЛОТНИКОВ
Формирование подземных вод - это результат сложного сочетания и последовательной смены процессов осадочного и инфильтрационного циклов, следствием чего является определенное размещение в артезианских бассейнах вод различного генезиса и состава: от пресных инфильтрационных до высокоминерализованных хлориднонатриевокальциевых рассолов. Распределение различных химических типов вод связано с условиями их формирования. Поэтому необходимо детально изучать распределение солевого состава подземных вод по всей толще осадочных пород как в отдельных локальных структурах, так и в региональном плане в зависимости от глубины залегания водовмещающих отложений.
В пределах разведочных структур Нижнего Поволжья по всему разрезу палеозоя присутствуют воды хлоркальциевого типа. Минерализация вод изменяется в широких пределах от 3-5 до 250-255 г/л. На основании анализа характера изменения степени минерализации подземных вод в пределах локальных структур можно внести существенные поправки в имевшееся ранее представление о строго закономерном характере увеличения степени минерализации вод с увеличением стратиграфической или гипсометрической глубины. Гидрохимический разрез осадочной водоносной толщи сложно построен, и характер изменения минерализации вод в пределах локальных структур различен.
Объединив структуры с идентичным характером изменения минерализации пластовых вод палеозойских отложений по разрезу, мы выделяем несколько типов вертикальных гидрохимических разрезов.
К первому типу относятся разрезы, в которых минерализация вод постепенно и строго увеличивается по мере увеличения глубины залегания, а следовательно, и возраста водоносных горизонтов. Например, Уметовское, Саушинское, Линевское, Бахметьевское, Багаевское и Степновское месторождения (см. таблицу).
Ко второму типу мы относим такие разрезы осадочной водоносной толщи, в которых постепенное изменение минерализации вод нарушается резким ее падением - скачком на границе терригенных отложений яснополянского и карбонатных образований окско-серпуховского или нижнебашкирского подъярусов, иногда в отложениях намюрского яруса. Структуры с таким типом разреза весьма многочисленны. Например, Абрамовское, Суровское, Песчано-Уметское, Грузиновское, Елшанское, Соколовогорское, Пристанское и Казанлинское месторождения. Несколько обособленное место занимает Песковатское месторождение, гидрохимический разрез которого, по-видимому, также может быть отнесен ко второму типу. Здесь наблюдается последовательное и закономерное увеличение минерализации с увеличением глубины гипсометрической (800-3150 м) и стратиграфической. Вместе с тем наблюдается и скачок в падении минерализации, но не на границе яснополянских и окско-серпуховских отложений, как это отмечалось для всех указанных выше месторождений, а при переходе от вод намюра к водоносным горизонтам верхнебашкирских отложений (см. таблицу).
К третьему типу из числа, исследованных могут быть отнесены разрезы месторождений Жирновского и Курдюмо-Елшанского.
Для данного типа характерно нарушение закономерного увеличения минерализации вод с глубиной, более высокая аномальная минерализация вод, приуроченных к более молодым по возрасту и приподнятым отложениям (см. таблицу).
Для разрезов четвертого типа характерна повышенная минерализация почти по всему разрезу осадочных водоносных толщ палеозоя в отличие от третьего типа, где аномалийно высокая минерализация свойственна водам одного или двух каких-либо стратиграфических горизонтов. Примером четвертого типа гидрохимических разрезов являются некоторые Структуры Доно-Медведицких и Балаковских дислокаций, а также Пугачевская разведочная площадь.
Рассмотрим изменение характера минерализации по падению водоносных пластов, т.е. «вертикальную пластовую или даже просто пластовую зональность» [1].
На рис. 1 по характеру изменения содержания Сl' в зависимости от глубины залегания водоносных горизонтов выделяются четыре вертикальные гидрохимические зоны.
Первая зона приурочена к интервалам глубин 400-700 м. Для нее характерно постепенное, плавное увеличение содержания ионов Сl' в основном от 30 000 до 47 000 мг/л.
Вторая зона располагается в интервалах глубин 700-900 м. Основанием для выделения рассматриваемой зоны является исключительно интенсивный, резкий рост концентраций ионов Сl', изменяющихся в больших пределах от 40000 до 95000 мг/л.
Третья зона приурочена к интервалам глубин 900-2000 м. На всем этом интервале глубин происходит не резко скачкообразное, а постепенное увеличение содержания хлоридов с глубиной.
Четвертая зона располагается глубже 2000 м. Основанием для ее выделения является практически постоянное содержание ионов Сl' в пластовых водах. На графике для рассматриваемой зоны характерно наличие площадки, параллельной оси абсцисс.
Выделенные для Саратовской области гидрохимические зоны в основном подтверждаются и для вод Сталинградской области. Наиболее четко наблюдается четвертая зона, причем границы по глубине распространения ее почти совпадают. Первая и вторая зоны для вод Сталинградской области выделены в значительной степени условно. Дело в том, что на глубинах, к которым они приурочены, т.е. в интервале 450- 1050 м, имеется целый ряд положительных аномалий, обязанных своим происхождением водам структур зоны Доно-Медведицких дислокаций, затрудняющих интерпретацию характера изменения хлоридов.
Таким образом, для Нижнего Поволжья можно выделить два вида вертикальной гидрохимической зональности: вертикальную зональность наслоения (типы гидрохимических разрезов) и зональность по падению водоносных пластов (пластовая зональность). Поэтому, говоря о вертикальной зональности подземных вод, всегда следует учитывать, о каком именно ее виде идет речь.
Значительный интерес представляют изменения содержания основных компонентов состава вод в зависимости от глубины залегания вмещающих пород. Количество ионов кальция закономерно увеличивается с погружением водоносных горизонтов от 100 мг/л (на глубине 50-100 м) до 30 000 мг/л (на глубине 3150-3250 м). Так же увеличивается количество ионов брома от 100 мг/л (глубина 400 м) до 1200 мг/л (глубина 3000 м) и магния от 25 мг/л (глубина 300 м) до 6000 мг/л (глубина 2400 м).
По-иному изменяется с глубиной содержание ионов сульфатов, бикарбонатов и йода. Закономерного увеличения или уменьшения концентраций названных компонентов с глубиной не наблюдается. Вместе с тем следует отметить повышение содержания сульфатов и уменьшение бикарбонатов в водах более глубоко залегающих водоносных горизонтов. Своеобразие распределения сульфатов и бикарбонатов объясняется, по-видимому, резким преобладанием хлоридов, которыми связываются почти все излишние катионы, а остающиеся на долю сульфатов и карбонатов щелочноземельные минералы дают с ними соединения сравнительно низкой растворимости. Понижение содержания ионов НСО3 с глубиной обусловлено термической нестойкостью бикарбонатов, которые уже при небольших температурах (60°-80° С) и при дефиците растворенного в воде углекислого газа склонны распадаться с образованием двуокиси углерода и карбонат-иона, дающих более труднорастворимые соединения.
Содержание сульфатов в водах каменноугольных и девонских отложений изменяется в широких пределах от 0 до 600 мг/л. Наиболее часто встречаемые концентрации иона SО4" составляют 0-200 мг/л.
В широких пределах варьируют также концентрации бикарбонатов - от 0 до 700 мг/л, однако наиболее часто - от 50 до 360 мг/л. Содержание иода в водах палеозоя изменяется в основном от 2 до 16 мг/л.
Таким образом, можно выделить две группы компонентов химического состава подземных вод:
а) ионы, концентрация которых закономерно возрастает с увеличением гипсометрической глубины залегания водоносных горизонтов. К ним относятся хлор, магний, бром и кальций;
б) ионы, концентрация которых не зависит от глубины залегания вмещающих пород. Это сульфаты, бикарбонаты и йод.
На концентрацию ионов второй группы оказывает существенное влияние присутствие залежи углеводородов. Конкретные величины содержания указанных компонентов в водах «пустых» и продуктивных горизонтов рассмотрены специально [3].
Для анализа изменения минерализации и химического состава пластовых вод по Нижнему Поволжью и решения вопросов горизонтальной гидрохимической зональности составлена серия карт по различным стратиграфическим интервалам разреза отложений от живетского яруса до Верейского горизонта. Во всех рассмотренных стратиграфических диапазонах минерализация вод закономерно увеличивается с северо-запада на юго-восток и с севера на юг (рис. 2 и 3). В этом же направлении намечается движение пластовых вод, приуроченных к отложениям палеозоя. На схемах пьезометрических поверхностей вод палеозоя по различным участкам рассматриваемого региона напоры падают неравномерно. Это зависит от проницаемости водовмещающих пород, живого сечения водоносного горизонта и наличия газовых залежей на пути движения вод. Участки пород с плохой проницаемостью и газовые залежи сильно затрудняют, а иногда и совсем преграждают путь потоку вод.
Сопоставление схем пьезометрических поверхностей вод среднего и нижнего карбона и среднего девона позволяет отметить, что воды палеозоя обладают близкими напорами, а это говорит об общих областях питания всех водоносных горизонтов палеозоя и о гидравлической связи всего разреза.
В более молодых отложениях палеозоя Саратовской области воды подвижнее и имеют наивысшие показатели скорости движения потока; чем древнее воды, тем скорости движения их меньше. Ориентировочно для карбона они составляют 21,4 см/год, а для девона - 5,5 см/год. Относительная статичность девонских вод объясняется, вероятно, большей глубиной залегания и изолированностью от влияния вод зоны гипергенеза.
Пластовые воды палеозойских отложений движутся с северо-запада на юго-восток. Увеличение минерализации при движении вод (чем большее расстояние прошли пластовые воды, тем больше времени они находились в контакте с породой и, следовательно, тем больше растворенных солей должно поступать в воду) происходит в тех случаях, когда: 1) они движутся в изолированном пласте; 2) пласты, по которым проходит вода, залегают на одинаковых глубинах и 3) скорости движения пластовых вод постоянны. Эти условия в изучаемом регионе отсутствуют. При прослеживании одного какого-либо горизонта приходится отмечать, что он попадает в различные вертикальные гидрохимические зоны. Поскольку вертикальная гидрохимическая зональность связана с увеличением глубин залегания водовмещающих пород, то можно сделать вывод, что увеличение минерализации в юго-восточном направлении обусловливается не движением вод, а факторами, связанными с глубиной залегания водоносных горизонтов - главным образом увеличением степени гидрологической закрытости недр, повышением температуры и давления. Вопрос о влиянии литологического состава пород на изменение степени минерализации и состава вод в настоящее время почти не изучен. Однако многие геологи и некоторые гидрогеологи считают такое влияние обязательным.
Наши исследования показывают, что в условиях зоны застойного водного режима литологический состав пород не влияет на изменение степени минерализации вод.
ЛИТЕРАТУРА
1. Альтовский М. Е. Значение природных условий, физико-химических и биохимических процессов в формировании подземных вод. Тр. Лаборатории гидрогеологических проблем, т. XVI, 1958.
2. Зингер А.С. Некоторые вопросы гидрогеологии продуктивных горизонтов палеозоя Саратовского Поволжья. Геология нефти, 1958, № 11.
3. Зингер А. С. Поиски залежей нефти и газа по гидрохимическим показателям (на примере месторождений Саратовской области) ННТ, геология, № 3, 1959.
Нижне-Волжский филиал ВНИГНИ
Таблица Изменение минерализации пластовых вод по разрезу палеозойских отложений
|
Типы гидрохимических разрезов |
Площадь |
Возраст |
Интервал перфорации |
Минерализация , мг/л |
|
Первый |
Бахметьевская |
евланово-ливенские слои |
1837-1864 |
209494,6 |
|
данково-лебедянские слои |
1326-1334 |
167410,4 |
||
|
сталиногорский горизонт |
1080-1083 |
142301,0 |
||
|
тульский горизонт |
1052-1055 |
135469,0 |
||
|
окско-серпуховская свита |
913-917 |
129352,5 |
||
|
намюрский ярус |
704-730 |
122729,1 |
||
|
башкирский ярус |
628-655 |
108002,2 |
||
|
Второй |
Суровская |
живетский ярус |
2354-2360 |
210061,0 |
|
семилукские слои |
1763-1773 |
209016,5 |
||
|
черепетский горизонт |
1151-1165 |
161019,3 |
||
|
сталиногорский горизонт |
1125-1126 |
151579,2 |
||
|
тульский горизонт |
1077-1079 |
146976,0 |
||
|
нижнебашкирский горизонт |
311-340 |
36056,1 |
||
|
Третий |
Жирновская |
воронежские слои |
1910-1925 |
199228,8 |
|
данково-лебедянские слои |
1350-1360 |
163989,9 |
||
|
турнейский ярус |
1064-1068 |
158725,6 |
||
|
яснополянский подъярус |
1015-1028 |
146067,2 |
||
|
окско-серпуховская свита |
997-999 |
172288,3 |
||
|
намюрский ярус |
700-705 |
118255,4 |
||
|
башкирский ярус |
651-674 |
101009,0 |
||
|
верейский горизонт |
641-644 |
82869,0 |
||
|
Четвертый |
Пугачев ская |
черепетский горизонт |
1280-1300 |
251072,5 |
|
нижнебашкирский подъярус |
889-893 |
152995,1 |
||
|
верхнебашкирский подъярус |
738-760 |
139002,2 |
Рис. 1. Изменение содержания хлоридов с глубиной залегания водоносных горизонтов.
I-IV - гидрохимические зоны; 1 - содержание С1', мг/л; 2 - средние точки; 3- границы зон.
Рис. 2. Карта содержания хлоридов в подземных водах визейского яруса Нижнего Поволжья.
А - изолинии содержания Сl', мг/л; Б - площади: 1 - Верховская; 2 - Саушинская; 3 - Паникская; 4 - Арчединская; 5 - Ветютневская; 6 - Абрамовская; 7 - Серо-Арчединская; 8 - Раковская; 9 - Уметская; 10 - Коробковская; 11 - Иловлинская; 12 - Линевская; 13 - Жирновская; 14 - Бахметьевская; 15 - Перевозниковская; 16 - Песковатская; 17 - Карамышская; 18 - Баландинская; 19 - Урицкая; 20 - Суравская; 21 - Шалинская: 22 - Горючкинская; 23 - Калатовская; 24 - Маякская; 25 - Багаевская; 26 - Вязовская; 26а - Песчано-Уметская; 27- Грузиновская; 28 - Гуселкинская; 29 - Елшанская; 29а - Пристанская; 30 - Клещевская; 31 - Слепцовская; 32 - Хлебновская; 33 - Ивановская; 34 - Малиноовражная; 35 - Полчаниновская; 36 - Радищевская; 37 - Ириновская; 38 - Тепловская; 39 - Казанлинская; 40 - Гусихинская; 41 - Балаковская; 42 - Пылковская; 43 - Чапаевская; 44 - Генеральская; 45 - Сусловская; 46 - Советская; 47 - Степновская; 48 - Отроговская; 49 - Южно-Степновская.
Рис. 3. Схема гидроизопьез и распределения минерализации в водах живетского яруса.
А - в числителе - суммарная минерализация; в знаменателе - величины приведенных давлений; Б -линии равной минерализации; В - гидроизопьезы; Г - площади; 1 - Колотовская; 2 - Маякская; 3 - Багаевская; 4 - Суровская; 5 - Вязовская; 6 - Песчано-Уметская; 7 - Грузиновская; 8 - Елшанская; 9 - Гуселкинская; 10 - Шумейская; 11 - Пристанская; 12 - Соколовогорская; 13 - Генеральская; 14 - Сусловская; 15 - Советская; 16 - Степновская; 17 - Отроговская; 18 - Клещевская; 19- Слепцовская; 20 - Хлебновская; 21 - Ивановская; 22 - Полчаниновская; 23 - Малиноовражная; 24 - Радищевская; 25 - Ириновская; 26 - Тепловская; 27- Казанлинская.