|
УДК 550.84:553.55 |
Палеогидрохимические реконструкции и их использование для выяснения условий формирования карбонатных коллекторов (На примере Куйбышевского Заволжья.)
А.И. ЧИСТОВСКИЙ (ВО ИГиРГИ)
Палеогидрохимические реконструкции предусматривают выяснение изменений химического состава подземных вод на протяжении всей гидрогеологической истории. Поскольку последняя представляет последовательную смену гидрогеологических циклов, каждый из которых состоит из седиментационного и инфильтрационного этапов [4], задачами реконструкций являются:
1) установление исходного состава и минерализации вод бассейна седиментации для вмещающих пород и их главных отличий от современных пластовых вод;
2) оценка влияния на состав и минерализацию седиментационных вод последующих инфильтрационных и седиментационных этапов гидрогеологической истории;
3) изучение изменений состава и минерализации вод под действием вмещающих, подстилающих и перекрывающих пород, а также других физико-химических процессов и факторов в ходе всей геологической истории.
Весьма существенны для выполнения палеогидрохимических реконструкций сведения о литологическом составе пород в разрезе и их стратификации. Они позволяют судить о смене седиментационных и инфильтрационных этапов, их продолжительности и приближенно о минерализации и составе вод бассейнов седиментации. Влияние последующих инфильтрационных этапов оценивается на основании сложившихся представлений о возможной глубине базиса эрозии по аналогии с современными условиями, а влияние седиментационных этапов - с учетом содержания брома в современной воде. Этот элемент накапливается в водах бассейнов седиментации за счет кондентрирования вод при солнечном испарении [3]. Методика такой оценки приводится ниже.
Палеогидрохимические реконструкции целесообразно проводить для карбонатных отложений верхней части разреза, так как в терригенных труднее, а порой и невозможно, учесть влияние сложных и многообразных процессов взаимодействия вод с вмещающими породами; в нижней части разреза нельзя полностью исключить вероятность обогащения вод хлоридами и бромидами металлов за счет их поступления из глубинных частей Земли - из мантии [2, 5].
Приведем примеры палеогидрохимических реконструкций для карбонатных отложений Куйбышевского Поволжья.
Пример 1. На Лебяжинской площади в скв. 1 при опробовании пласта КС получена вода следующей химической характеристики: М (минерализация) = 165 г/л; S1 (первая соленость, по Пальмеру) =94,3; Вr (содержание брома) =85 мг/л.
Рассмотрим историю формирования состава и минерализации этой воды. Вода нормальной морской солености характеризуется: ММ = 36 г/л; S1 = 79; Вr = 60 мг/л [6]. Используя содержание брома в современной пластовой воде и воде нормальной морской солености, определим концентрацию воды бассейна седиментации:
где Мс - минерализация воды в бассейне седиментации, г/л; Вrпл, Вrм - содержания брома соответственно в пластовой и морской воде.
Подставляя соответствующие значения в формулу (1), получим:
Мс = 36*85/60 = 51 г/л.
Таким образом, в момент садки карбонатов КС морская вода имела М = 51 г/л, S1 =79, Вr = 85 мг/л.
Современная вода имеет минерализацию 165 г/л. Можно предположить, что она сформировалась при выщелачивании хлоридов натрия из перекрывающих отложений гидрохимической свиты верхней перми, развитых в юго-восточной части территории.
Рассмотрим, каким образом изменится состав пластовой воды по сравнению с исходной седиментационной, если в последней увеличится содержание хлористого натрия. Влиянием растворения сульфата кальция можно пренебречь из-за его относительно невысокой растворимости. Возрастание минерализации за счет увеличения в воде хлористого натрия составляет DМ =МПЛ-Мс=165-51 = 114 г/л. Этому количеству хлористого натрия соответствует (114/58)*23=45 г/л натрия и 69 г/л хлора.
Таким образом, содержание натрия в пластовой воде увеличится с 675 мг-экв/л (в морской воде с минерализацией 51 г/л) до 675+1960 = 2635 мг-экв/л, что составляет 46,5 %. Первая соленость, по Пальмеру, составит 93%, т. е. будет очень близка к фактической. Это подтверждает реальность механизма формирования пластовой воды при обогащении исходной седиментационной воды хлористым натрием. Об этом говорит и предельная насыщенность пластовой воды сульфат-ионом, что характерно для условий выщелачивания сульфатов.
Пример 2. Пласт КС Городецкой площади, скв. 7. Мпл = 182 г/л; S1 = 87,3; Вr = 223 мг/л.
Определяем минерализацию седиментационной воды: Мс = 36*223/60 = 133 г/л. Превышение минерализации пластовой воды над седиментационной составляет: DМ=182-133 = 49 г/л, или 1690 мг-экв/л.
Определяем изменение первой солености пластовой воды при поступлении хлористого натрия. 49 г/л хлористого натрия соответствует (49/58)*23 = 19 г/л натрия и 30 г/л хлора, или 845 мг-экв/л того и другого. Содержание натрия возрастает с 1780 мг-экв/л до 1780 + 845 = 2625 мг-экв/л, что составляет 41,5 %.
Первая соленость составит 83 (фактически 87,3), т.е. отмечается удовлетворительное совпадение расчетных и фактических значений.
Воды карбонатных толщ нижнепермских отложений существенно не отличаются от вод пласта КС. Лишь, судя по содержанию брома, седиментационные воды образовались из морских более высокой степени сгущения (на стадии садки гипса).
В отдельных случаях в крайней юго-восточной части территории в кунгурских отложениях встречены воды, образовавшиеся за счет морских вод галитовой и даже эпсомитовой стадии сгущения. Они существенно обогащены магнием, кальцием, бромом. При этом обогащенные магнием рассолы встречены преимущественно в межсолевых отложениях. Они представляют собой малоизмененные седиментационные воды эпсомитовой стадии сгущения. Обогащенные кальцием воды являются рассолами такой же высокой стадии сгущения, видоизмененными под влиянием вмещающих их карбонатных пород (доломитизация пород) [8]. Последняя, по-видимому, приводила к существенному улучшению коллекторских свойств.
Пример 3. Рассмотрим более сложный пример формирования вод в пласте А4 среднего карбона на Кулешовской площади (скв. 56). Характеристика пластовой воды: Мпл=252 г/л; S1 = 87,8; Вr=319 мг/л.
Минерализация седиментационной воды Mс = 36*319/60= 182 г/л. Такая минерализация явно не соответствует составу вмещающих пород - известняков, отложившихся в условиях нормальной морской солености. В данном случае с учетом стратификации отложений по разрезу история формирования состава и минерализации вод представляется в следующем виде. Первоначально седиментационные воды имели облик морcкой воды нормальной солености. В конце башкирского и начале московского веков во время континентального этапа произошло существенное опреснение вод. В этот период формируются основные коллекторские свойства пласта за счет выщелачивания карбонатов кальция инфильтрационными водами, обогащенными углекислотой. В верейское время воды сменились слабоминерализованными, характерными для прибрежно-морских условий, а в последующее каширское и мячковско-подольское время - рассолами морского генезиса с S1 = 75-78 и минерализацией 180 г/л.
Такая смена происходила путем гравитационного опускания более тяжелых вод из бассейнов седиментации через недостаточно литифицированную толщу пород. Этот процесс, теоретически и экспериментально обоснованный М.Г. Валяшко и А.И. Поливановой [1], в условиях рассматриваемого района охватывал вниз по разрезу относительно небольшие глубины, по-видимому не превышающие 150-200 м. Последнее довольно убедительно подтверждается распределением в разрезе характерных нижнепермских рассолов лагунного концентрирования, которые в отложениях верхнего карбона уже не встречаются [8].
Последующая история вод характеризуется стабилизацией их состава и минерализации до иреньского времени, когда на юго-востоке территории в нижнепермском солеродном бассейне стали отлагаться толщи галогенных осадков. После этого начинаются рост минерализации и изменение качественного состава вод за счет обогащения их хлористым натрием путем его молекулярно-диффузионного массопереноса. Механизм такого переноса обоснован С.И. Смирновым [7], а для районов юго-востока Русской платформы аргументирован в работе [9].
Возрастание минерализации в рассматриваемом примере составит 252- 182 = 70 г/л. В пересчете на натрий это (70/58)*23 = 28 г/л, или 1220 мг-экв/л. Общее содержание натрия в воде составило 1220 + 2400 = 3620 мг- экв/л, или 41 %, первая соленость S1 = 82 (фактически 87,8).
Карбонатные отложения окского надгоризонта, судя по палеогидрохимическим реконструкциям с учетом состава вмещающих пород, на большей части рассматриваемой территории содержали воды нормальной морской солености. Лишь на крайнем юго-востоке седиментационные воды имели более высокую минерализацию - стадии начала садки гипса (130 г/л) и более высокой степени сгущения (200-240 г/л).
В последнем случае возрастание минерализации до современной в послепермское время не приводило к существенному изменению состава седиментапионной воды (S1 =75-80). Изменение проявилось главным образом в возрастании содержания кальция и уменьшении количества магния.
Приведенные примеры палеогидрохимических реконструкций показывают, что чем ниже минерализация седиментационных вод, тем больше в составе современных пластовых вод оказывается хлоридов натрия, тем выше их первая соленость и ниже содержание брома. Воды, залегающие ниже континентальных перерывов в осадконакоплении, в соответствии с выявленной закономерностью характеризуются максимальной первой соленостью и минимальным содержанием брома. Поскольку в карбонатных толщах это, как правило, участки разреза с наилучшими (за счет выщелачивания) коллекторскими свойствами, то воды такого состава (S1 = 85-95) однозначно указывают на перспективы обнаружения коллекторов. Наоборот, воды с пониженной первой соленостью (S1 = 75- 80) в большинстве случаев свидетельствуют об относительно худших коллекторских свойствах пород. Коллекторские свойства в этом случае могли формироваться только в результате эпигенетической доломитизации, т. е. в условиях, когда богатые магнием морские воды высокой степени сгущения заменяли воды нормальной морской солености.
Рассматривая с гидрогеологических и палеогидрогеологических позиций карты гидрохимической зональности, для основных пластов карбонатного разреза можно выделить следующие региональные участки, перспективные для обнаружения коллекторов.
Коллекторы КС распространены на территории Куйбышевской области к востоку от границы развития сульфатно-галогенной пачки гидрохимической свиты, за исключением крайнего восточного участка (Жуково, Неклюдово, Долматово, Могутово).
Коллекторы сакмаро-артинских и кунгурских отложений протягиваются узкой полосой вдоль границы развития сульфатно-галогенной пачки гидрохимической свиты и в северо-восточной части территории области, к северу от Дмитриевки, Михайловки, Городецкого.
В отложениях верхнего карбона региональные участки развития коллекторов отсутствуют. В башкирских отложениях коллекторы развиты повсеместно, их свойства ухудшаются в западной, северной и северо-западной частях территории. В окских отложениях коллекторы развиты на большей части территории области, за исключением южной части Южно-Куйбышевского района (к югу от Ореховской, Славинской, Петровской площадей). Коллекторы турнейского яруса выявлены на всей территории, их свойства ухудшаются в западной, северной и северо-западной частях области.
Коллекторы заволжского горизонта и фаменского яруса распространены на прибортовых участках Камско-Кинельской впадины и на ее юго-западном борту.
Аналогичным образом решается вопрос о возможности обнаружения рифовых сооружений в карбонатных толщах палеозоя Куйбышевского Поволжья. Поскольку рифообразующие организмы не могут развиваться в условиях моря с повышенной соленостью, из перспективных объектов должны быть исключены карбонатные толщи, характеризующиеся параметрами солевого состава с S1 <80-85. С этой точки зрения наиболее перспективны для обнаружения рифовых структур карбонатные отложения окского надгоризонта (за исключением юго-восточной части территории) и башкирского яруса, наименее - отложения нижней перми и верхнего карбона.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Валяшко М.Г., Поливанова А.И., Жеребцова И.К. Экспериментальное исследование перемещения растворов разного удельного веса в пористых породах в связи с вертикальной гидрохимической зональностью. - Геохимия, 1963, № 3, с. 312-326.
2. Гавриленко Е. С., Дерпгольц В. Ф. Глубинная гидросфера Земли. Киев, Наукова думка, 1971.
3. Жеребцова И.К., Волкова Н.Н. Экспериментальное изучение поведения микроэлементов в процессе естественного солнечного испарения воды Черного моря и рапы Сасык-Сивашского озера. - Геохимия, 1966, № 7, с. 832-845.
4. Карцев А.А. Гидрогеология нефтяных и газовых месторождений. М., Гостоптехиздат, 1963.
5. Козин А.Н. Влияние эндогенного фактора на формирование минерализованных хлоридных вод. - В кн.: - Геология и геохимия горючих ископаемых. Вып. 50. Киев, 1978, с. 16-21.
6. Питьева К.Е. Состав морской воды различной солености. - В кн.: Основы региональной геохимии подземных вод. М. 1969, с. 37-38.
7. Смирнов С.И. Происхождение солености подземных вод седиментационных бассейнов. М„ Недра, 1971.
8. Чистовский А.И. К вопросу о формировании рассолов верхне- и нижнепермских отложений на юго-востоке Русской платформы. - Сов. геология, 1974, № 10, с. 135-140.
9. Чистовский А.И. К вопросу о формировании пластовых вод юго-востока Русской платформы, - В кн.: Геология, геохимия и геофизика Волго-Уральской области. М., 1972, с. 57-56.
Поступила 14/Х 1982 г.