Характер гидрогеохимической зональности в разнотипных осадочных бассейнах Северо-Востока СССР

В.Е. ГЛОТОВ, В.В. ИВАНОВ (Северо-Восточный КНИИ ДВНЦ АН СССР)

Осадочные бассейны Северо-Востока СССР располагаются в зоне перехода от материка к Тихому океану. Они сформировались в различные этапы тектонического развития этой зоны и несходны по составу и возрасту геологических формаций, времени и интенсивности складчатых и разрывных нарушений, неотектонической активности и т.д. Как и любые вещественно-структурные элементы стратисферы, их удобно классифицировать на основе историческо-тектонического или генетического признака [4]. Материалы опробования скважин показывают, что тектоно-генетическая природа бассейна проявляется и в специфике гидрогеохимической зональности. Это отчетливо видно на примере Хатырского, Анадырского и Ямско-Туйского бассейнов.

Хатырский осадочный бассейн относится к геосинклинальному типу и расположен в области поздних кайнозоид. Накопление терригенных, глинистых и кремнистых образований здесь происходило в обстановке открытых морей, нередко в условиях аваншельфа и континентального склона. До настоящего времени большая часть бассейна находится в шельфе Берингова моря, а на суше обнажена только краевая его часть. В неотектонический этап эта территория развивалась неоднородно.

Отдельные участки уже с середины миоцена поднялись выше уровня моря и в их пределах началось интенсивное внедрение пресных вод по слоям грубообломочных отложений верхнеолигоцен-нижнемиоценового возраста. В современную эпоху на площади бассейна распространены многолетнемерзлые породы, затруднившие инфильтрацию. Она возможна под руслами водотоков, на склонах речных долин по сквозным таликам.

По данным геофизических и гидрогеологических исследований, глубина внедрения пресных вод на участках, претерпевших инверсию, достигает 500 мм ниже современного уровня моря.

В тектонических зонах, где осадконакопление происходило в течение всего позднего кайнозоя, вскрытая мощность зоны пресных вод в 3-5 км от морского берега не превышает нескольких десятков метров. Ниже, в осадках миоцена, до глубины не менее 2200 м, залегают соленые воды хлоридного, кальциево-натриевого состава, хлоркальциевого типа с минерализацией 19,5-21,2 г/л. В еще более глубоких горизонтах минерализация вод снижается до 8,6 г/л. При этом состав их преобразуется в гидрокарбонатно-хлоридный, натриевый (табл. 1 ).

Состав газов, растворенных в водах, по разрезу меняется от метаново-азотных до метановых. При переходе к зоне вод хлоридно-щелочного типа появляются гомолога метана до 3,23%. ( табл.2 ).

Гидрогеохимическая инверсия может быть вызвана внедрением инфильтрационных вод по слоям песчаников и конгломератов верхнеолигоцен-нижнемиоценового возраста со стороны поднятых участков бассейна. Но такие признаки, как появление гомологов метана, переход от монтмориллонитовых глин к смешаннослойным на глубинах ниже 2500 м, позволяют предположить, что инверсия в этом случае, скорее всего, связана с процессами дегидратации глинистых минералов [7, 8].

Анадырский осадочный бассейн относится к протоорогенному типу. Начиная с верхнего эоцена, накопление терригенных и глинистых осадков происходило в морских, постепенно опресняющихся водоемах. В плейстоцене, в связи с колебаниями уровня Мирового океана, значительная часть площади бассейна затапливалась морем. В современную эпоху восточная часть бассейна покрыта водами Анадырского залива. В пределах суши породы осадочного чехла проморожены до глубины 220 м. Сквозные водопоглощающие талики достоверно установлены на участках развития рыхлых водно-ледниковых и речных образований, прилегающих к Корякскому нагорью. От очагов современной инфильтрации пресные воды в виде отдельных рукавов проникают в недра Анадырского бассейна до глубины по меньшей мере 300- 400 м. На этих участках ниже зоны пресных вод выделяются зоны вод солоноватых и слабосоленых, хлоридного, кальциево-натриевого или натриевого состава, хлоркальциевого типа (см. табл. 1 ).

На участках, заливавшихся во время плейстоценовых ингрессий морем, под многолетнемерзлыми породами находятся соленые воды с минерализацией до 30 г/л (см. табл. 1 ), хлоридного, магниево-кальциево-натриевого и хлоридного, кальциево-натриевого составов (Сl/Br = 260-298). По гидрогеохимическим признакам можно заключить, что соленые подмерзлотные воды являются инфильтрационными, морскими. Глубина их проникновения в недра определяется наличием и положением флюидонепроницаемых слоев в осадочном чехле и достигает 1500 м.

Ниже соленых вод в неогеновых отложениях залегают солоноватые и слабосоленые с минерализацией до 16 г/л, хлоридные кальциево-натриевые и натриевые воды хлоркальциевого типа. Не исключена возможность того, что повсеместное распространение в низах разреза неогеновых отложений хлоркальциевых, слабосоленых и солоноватых вод вызвано опреснением вод бассейнов седиментации, устанавливаемым по комплексу микрофауны.

В палеогеновых и возможных верхнемеловых глинисто-алевролитовых образованиях воды сменяются гидрокарбонатно-натриевыми, одновременно с ростом отношения rNa/rCl снижается минерализация подземных вод до 5,3 г/л на глубине около 3000 м (скв. 6).

Состав растворенных газов в известной степени связан с гидрогеохимической зональностью: в зоне солоноватых и соленых вод хлоркальциевого типа неогеновых отложений - метановые сухие, а в водах гидрокарбонатно-натриевого типа палеогеновых и верхнемеловых пород - метановые с примесью до 10-12 % тяжелых УВ до пентана включительно. Азотные и азотно-метановые газы зафиксированы в единичных случаях в скважинах вблизи горноскладчатого обрамления на участках современной активной инфильтрации поверхностных вод.

Комплекс гидрогеохимических, газогеохимических, минералогических и геолого-структурных показателей свидетельствует о возможной связи гидрогеохимической инверсии палеогеновых и верхнемеловых пород с процессами дегидратации и минерального преобразования глин в осадочном чехле при погружении их ниже 2000 м.

Ямско-Тауйский осадочный бассейн относится к дейтероорогенному типу. Накопление глинистых и терригенных образований осадочного чехла происходило в континентальных условиях исключительно в пресноводных водоемах. Только в плиоцен-плейстоценовое время площадь его частично была затоплена морем. В пределах наземной части породы до глубины 100-140 м проморожены. Достоверных сведений о сквозных водопоглощающих таликах нет, хотя можно предполагать их наличие под руслами крупных рек.

При бурении скважин установлено, что с многолетнемерзлыми породами контактируют пресные гидрокарбонатно-натриевые воды с минерализацией 0,2-0,3 г/л. В песчано-алевролитовых, иногда угленосных отложениях неогенового возраста содержание растворенных: солей на глубинах около 700 м достигает 2 г/л, но состав вод при этом не меняется. Ниже по разрезу в конгломератах верхнего олигоцена минерализация вод снижается до 0,66 г/л (см. табл. 1 ).

Вариации в количестве растворенных солей вызваны в основном изменениями в содержаниях NaHCO₃ и Na₂CO₃. В свою очередь, приуроченность наиболее минерализованных вод к отложениям, относительно обогащенным ОВ, позволяет предположить, что гидрогеохимические изменения в подземных водах связаны с процессами его трансформации в восстановительной среде на начальных этапах катагенеза, где, как известно, основным продуктом является углекислый газ [9].

Результаты изучения водорастворенных солей и газов кайнозойских осадочных бассейнов показывают, что современная гидрогеохимическая обстановка в их недрах определяется совокупным влиянием двух групп факторов: первичных и вторичных. Среди первичных ведущим является состав вод, захороняемых с осадками. В геосинклинальных бассейнах это воды открытых или эпиконтинентальных морей, в протоорогенных - полузамкнутых, временами замкнутых водоемов, в дейтероорогенных - континентальных водоемов и водотоков. На Северо-Востоке СССР, где в течение всего кайнозоя господствовал гумидный климат, минерализация захороняемых вод не превышала 30-35 г/л, снижаясь в континентальных замкнутых водоемах до 1 г/л и ниже. Дальнейшие изменения первичного гидрогеохимического поля вызывались многочисленными причинами. В верхних частях осадочного чехла, по-видимому, превалируют экзогенные факторы: криогенез, плейстоценовые трансгрессии моря, распределение и характер очагов инфильтрации поверхностных вод. С ростом глубин на первое место выдвигаются факторы, связанные с трансформацией ОВ и аутигенного минералообразования в зоне воздействия повышенных температур и давлений.

Особый теоретический и практический интерес вызывают впервые установленные для данного региона гидрогеохимические инверсии на глубинах более 2000 м. Они сопровождаются изменениями в составе растворенных газов, в частности появлением гомологов метана, и, возможно, связаны с процессами генерации и эмиграции УВ. Само по себе явление гидрогеохимической инверсии на больших глубинах в осадочных бассейнах привлекает внимание многих исследователей [1-3, 5, 6, 8]. При этом отмечается приуроченность глубинных щелочных вод к наиболее перспективным в нефтегазоносном отношении участкам бассейнов.

Таким образом, выявленные факты формирования подземных щелочных вод на больших глубинах представляют интерес не только для теоретической гидрогеологии, но и для выработки новых нефтегазопоисковых критериев в специфических условиях Северо-Востока СССР.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Безроднов В.Д. О происхождении инверсионной гидрохимической зональности в областях интенсивных тектонических движений. - Докл. АН СССР, 1970, т. 194, № 4, с. 915-918.
2. Ежов Ю.А. О химической инверсии в подземной гидросфере. - Сов. геология,1978, № 12, с. 132-136.
3. Ежов Ю.А. Закономерности распространения химической инверсии в подземной гидросфере. - Сов. геология, 1981, № 1, с. 106-112.
4. Иванов В.В. К построению историко-тектонической классификации нефтегазоносных бассейнов. - Изв. АН СССР. Сер. геол., 1976, № 2, с. 16-23.
5. Лагунова И.А. Условия проявления и особенности формирования вод пониженной минерализации в глубоких зонах осадочных бассейнов. - Сов. геология, 1979, № 2, с. 48-61.
6. Лагунова И.А., Капченко Л.Н. Гидрогеохимические закономерности размещения зон нефтегазонакопления в пределах молодых платформ. - Геология нефти и газа, 1981, № 2 , с. 42-47.
7. Карцев А.А., Вагин С.Б. О роли “межслоевых” вод глинистых минералов в формировании подземных вод. - Изв. вузов. Геология и разведка, 1973, № 3, с. 64-67.
8. Капченко Л.Н. Преобразование ионно-солевого состава подземных вод нефтегазоносных бассейнов при дегидратации монтмориллонита. - Геология нефти и газа, 1978, № 7 , с. 57-60.
9. Особенности катагенетического преобразования органического вещества современных и ископаемых осадков / С.Г. Неручев, И.А. Зеличенко, Е.А. Рогозина и др. М., Наука, 1978.

Поступила 15/VII 1981 г.

Таблица 1

Химический состав подземных вод некоторых горизонтов кайнозойских осадочных бассейнов Северо-Востока СССР (по материалам ПГО Сахалингеология и Севвостокгеология)

Таблица 2

Состав газа некоторых водогазоносных объектов кайнозойских осадочных бассейнов Северо-Востока СССР