К оглавлению

УДК 556.3

Новый метод оценки возраста соленых вод и рассолов нефтегазоносных бассейнов

А. Н. РЕЗНИКОВ (Рост. гос. ун-т)

Трудности определения возраста подземных вод связаны с многообразием источников их формирования. Особенно сложно изучать древние седиментогенные воды, участвующие в образовании, миграции и аккумуляции УВ. Из существующих методов наилучшие результаты дают гелий- и калий-аргоновые и радий-гелиевый методы [1, 2, 4, 8]. Однако нам представляется, что в обстановке геогидродинамической зоны весьма замедленного водообмена возраст седиментогенных вод можно определить и на основании процесса замещения натрия и магния жидкой фазы кальцием, поступающим из вмещающих пород. Различные реакции, сопровождающие течение этого процесса, рассматривались ранее [6, 7]. Поскольку в последнее время обращается внимание на выявление особенностей взаимодействия пород с водными растворами на разных этапах литогенеза [3], остановимся на характере его проявления в условиях диагенеза, прото , мезо- и апокатагенеза. В качестве количественного критерия будем использовать коэффициент

Для иловых растворов современных морей и океанов на стадии седиментогенезапреимущественно равен 28-31,4 [5, 7]. При диагенезе свободные талассогенные водные растворы выжимаются из сильно уплотняющихся илов в песчаные и карбонатные слои. Один из важнейших литогенетических процессов на этой стадии - обмен катионами между растворами и поглощенным комплексом осадка. В результате в поровых водах осадков Каспийского моря с минерализацией 36,8-81,7 г/л на глубинах от 4 до 58 м от дна бассейна величинаснижается до 6,7-10 [7]. Н.В. Тагеева [6] считает производными диагенеза поровые воды хлоркальциевого типа (по В.А. Сулину) в четвертичных и плиоценовых глинистых отложениях Бакинского архипелага на глубинах от 5 до 1100 м от дна.

Для подстадии протокатагенеза типично обогащение водных растворов кальцием вследствие доломитизации твердой части пород [3].

В условиях мезокатагенеза в результате обменных реакций образуются и изменяются натрийсодержащие алюмосиликаты. Гравитационные воды и рассолы обедняются натрием и обогащаются кальцием. Однако уменьшение общей минерализации растворов из-за разбавления возрожденными водами тормозит дальнейшее снижение величины, так как в составе дегидратационных вод доминируют бикарбонаты натрия, которые при смешивании выводят часть кальция в осадок. Тем не менее гидрогеохимический материал по соленым водам и рассолам нефтегазоносных бассейнов СССР свидетельствует о том, что в интервале градаций мезокатагенеза MK₁-МК₄ закономерно уменьшается с увеличением возраста водосодержащих пород: верхнемеловых 10,7-17,4, нижнемеловых 4,7-12,1, среднеюрских 3,3-7,2, триасовых 2,4-3,7, девонских 0,9-2,8, нижнекембрийских 0,2-0,8. Эти данные подтверждаются экспериментами И.Г. Киссина, С.И. Пахомова [6], которые изучали изменение состава раствора, первоначально представляющего собой морскую воду с минерализацией 35 г/л, в результате повторной обработки свежих образцов мергеля при температуре 150°С. При однократной обработке, при двукратной 5,5, при трехкратной 3,9, т. е. продолжительное взаимодействие воды с породой при высокой температуре в лаборатории приводит к заметному снижению

Апокатагенез охватывает очень большой диапазон термобарических условий. Так, температуры могут меняться от 200 до 350 °С, а пластовые давления измеряться сотнями мегапаскалей. На этой подстадии продолжается термическая дегидратация минералов и появляются новые порции возрожденных вод. В результате конверсии метана образуются значительные количества хемогенной воды [3]. В указанных условиях гравитационные воды могут обладать невысокой минерализацией и коэффициентуже нельзя использовать для оценок возраста.

Итак, с учетом требований, предъявляемых к процессам, учитываемым при гидрогеохронологических оценках [2], констатируем.

1. Процесс замещения натрия и магния гравитационных вод кальцием вмещающих пород отмечается на стадиях диагенеза и катагенеза в условиях элизионного водообмена.

2. Псевдоэнергия активации может быть принята 19 тыс. Дж/моль [10].

3. Свойства гидрогеологической системы описываются [10] комплексными параметрами - экспоненциальной геохронотермой (ЭГХТ), экспоненциальным хронобарическим градиентом (ЭХБГ) и минерализацией пластовых вод (М).

4. В системе сохраняются материальные следы процесса в виде определяемых химическим анализом содержаний (мг-экв) натрия, магния и кальция.

5. Начальной точкой отсчета является стадия седиментогенеза, на которой талассогенные воды характеризуются величиной

Вывод формулыседиментогенных водосновывается на кинетическом законе первого порядка. Для этого используются такие объекты, которые достаточно хорошо изучены, гидродинамически изолированы один от другого и в них установлены типично седиментогенные воды. Указанным условиям удовлетворяют водоносные горизонты подмайкопского этажа некоторых площадей Восточно-Предкавказского бассейна (табл. 1).

Допустим, что разница в возрасте рассолов каждой пары горизонтов равна разнице в возрасте вмещающих пород (Т, млн. лет). Тогда константа скорости преобразования седиментогенных вод

А предэкспоненциальный множитель

где Т° - средняя пластовая температура, (К) в интервале залегания пары водоносных горизонтов.

Используя различные выражения константы скорости процесса, получим уравнение:

В результате множественной корреляции [12] по 30 объектам Восточно-Предкавказского, Южно-Мангышлакского, Амударьинского, Днепровско-Донецкого, Печорского, Восточно-Русского и Ангаро-Ленского бассейнов установлена весьма ощутимая зависимостьот М (г/л), ЭГХТ и ЭХБГ:

Совокупный коэффициент корреляции R = 0,9, частные коэффициенты корреляции второго порядка

Следовательно, в уравнение (3) необходимо ввести соотношение

Покажем весь ход вывода формулывозраста рассолов на примере пары горизонтов верхнемелового - валанжинского площади Советской (см. табл. 1).

Рассчитаем величину для объектов площади Советской:

1. -возраст рассолов верхнемелового горизонта (T°=413 К;=1,73;

2. возраст рассолов валанжинского горизонта (Т°=439К;

Как видим, полученный возраст рассолов заметно ниже возраста вмещающих пород, а, учитывая изложенные требования к процессу, должно быть полное соответствие. Произведем нужную корректировку:

Аналогично определялись значения поправочного коэффициента A и в других случаях. Из табл. 1 следует, что величина А имеет тенденцию к росту с увеличением температуры, отражая повышение уровня энергии активации метаморфизации седиментогенных вод в соответствии с законами химической кинетики.

Для оценки указанной тенденции предлагается формула

согласно которой имеем

T°, к	А	T°, К	А
330	0,09	430	0,40
350	0,13	450	0,48
370	0,19	470	0,56
390	0,25	490	0,64
410	0,32	510	0,72

Итак, окончательный вид формулы для оценки -возраста седиментогенных вод - следующий:

Точность таких определений не выше ±20 %. Данная диагностическая граница-полоса позволяет рассмотреть в пределах подмайкопского этажа Восточно-Предкавказского бассейна три генерации пластовых вод (рассолов): автохтонные, аллотигенные и омоложенные.

Под автохтонными подразумеваются гравитационные седиментогенные воды, накопившиеся в коллекторах горизонта (комплекса) в процессе элизионного водообмена и повозрасту близкие к вмещающим породам. Аллотигенные - это воды, образовавшиеся ранее данного водоносного горизонта и мигрировавшие в его пределы снизу по зонам разрывных нарушений и стратиграфических несогласий. К омоложенным относятся седиментогенные воды комплекса, сильно разбавленные возрожденными водами перекрывающих или подстилающих глинистых толщ. Естественно, такое деление условно, но достаточно хорошо обосновано обширным гидрогеохимическим материалом.

В табл. 2 в качестве примера приводится характеристика автохтонных рассолов. Находящиеся в одновозрастных комплексах аллотигенные флюиды отличаются от них более высокой минерализацией и пониженными значениями коэффициента. Напротив, омоложенные воды обладают пониженной минерализацией и повышенными величинами. Эти данные можно использовать для диагностики флюидов различного происхождения.

Табл. 3 дает представление об уравнениях множественной связи для рассолов выявленных генераций.

Флюиды различного происхождения четко разделяются по величинам соответствующих параметров уравнений. Наиболее тесной, как и следовало ожидать, оказалась связь для автохтонных рассолов, наиболее слабой - для аллотигенных.

Приведенные результаты свидетельствуют о необходимости раздельного рассмотрения гидрогеохимических критериев нефтегазоносности локальных структур Восточно-Предкавказского бассейна по группам вод разного формирования.

Необходимо остановиться и на количественной роли аллотигенной и дегидратационной составляющих пластовых вод мезозойских горизонтов бассейна.

Для этого используем формулу

где- доля вод чуждого происхождения (по отношению к данному горизонту); Т_г - возраст пород горизонта, млн. лет;- пластовых вод, млн. лет, Т_чп - возраст вод чуждого происхождения, млн. лет.

В качестве примера рассмотрим влияние аллотигенной составляющей на формирование пластовых флюидов верхнемелового и барремского комплексов Восточного Предкавказья.

Существует довольно много доказательств образования нефтяных залежей в верхнемеловых отложениях Грозненского района (площади Ачалуки, Орлиная, Хаян-Корт) и в IX пласте барремского яруса Озексуатского района (площади Колодезная, Правобережная, Поварковская, Зимняя Ставка) при доминирующем влиянии вертикальной миграции УВ [9]. В первом случае воды и УВ перемещались из аптского яруса (Тчп=112 млн. лет), во втором - из среднеюрской толщи (Тчп=170 млн. лет).

Минимальные значения аллотигенной составляющей следующие:

т. е. не менее 36-48 % объема пластовых рассолов в указанных ловушках аллотигенные.

Долю дегидратационной составляющей определим на примере верхнемелового комплекса площадей Ахлово, Малгобек, Эльдарово, Минеральная, Правобережная, Курган-Амур, Русский Хутор. Поскольку за счет притока отжимающихся флюидов из нижнемайкопской глинистой толщи в коллекторах верхнемелового комплекса осуществилось 5-7 циклов элизионного водообмена [9], основным источником дегидратационных вод являлась указанная толща. К началу плиоцена ее породы погрузились на глубину более 2400 м и вошли в зону максимального обезвоживания глинистых минералов, т. е. Т_чп можно принять равным 10 млн. лет.

Тогда

Получается, что омоложенные воды верхнемелового комплекса содержат от 49 до 78 % возрожденных вод.

Приведенные цифры, конечно, приближенные, но они довольно убедительно характеризуют количественно формирование ресурсов гравитационных вод подмайкопского этажа Восточно-Предкавказского бассейна.

Таким образом, предложенная нами методика оценки  пластовых вод открывает новые перспективы для гидрогеохимических исследований нефтегазовых месторождений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гуцало Л.К. Новые методы определения возраста подземных вод осадочных пород.- В кн.: Геология и геохимия горючих ископаемых. Киев, 1975, вып. 45, с. 69-77.

2. Дубинчук В.Т. Что такое возраст подземных вод? Бюл. МОИП, отд. геол., 1979. т. 54, вып. 3, с. 70-79.

3. Карцев А.А. Стадийность литогенеза и гидрогеологические процессы. - Изв. АН СССР. Сер. геол., 1982, № 2, с. 107-112.

4. Корценштейн В.Н. Методика гидрогеологических исследований нефтегазоносных районов. М., Недра, 1976.

5. Краткий справочник по геохимии. Под ред. Г.В. Войткевич и др. М., Недра, 1970.

6. Материалы научного семинара по проблеме формирования хлоридных кальциево-натриевых подземных вод. М., ВСЕГИНГЕО, 1968.

7. Основы гидрогеологии. Гидрогеохимия. Новосибирск, Наука, 1982.

8. Павлов А.Н. Об определении возраста подземных вод гелий-аргоновым методом. - Сов. геология, 1970, № 10, с. 140-148.

9. Резников А.Н. Геохимические особенности газов, конденсатов и нефтей зоны катагенеза. - Автореф. дис. на соиск. учен. степ, д-ра геол.-минер, наук. Баку, 1970, (АЗИНХ).

10. Резников А.Н. Хронобаротермические условия размещения углеводородных скоплений.- Сов. геология, 1982, № 6, с. 17-30.

11. Справочник по подземным водам нефтяных и газовых месторождений Северного Кавказа. Под ред. А.М. Никанорова, М. В. Мирошникова. Орджоникидзе, ИР, 1970.

12. Юл Д.Э., Кендел М.Д. Теория статистики. М., Госстатиздат ЦСУ СССР, I960.

Поступила 11/V 1983 г.

Таблица 1 Исходные данные для вывода формулывозраста седиментогенных вод [11]

Площадь	Пары водоносных горизонтов	Разница в возрасте вмещающих пород (Т), млн. лет	Средняя температура в интервале горизонтов, К				Ко	Средние значения параметров			Поправочный коэффициент А
								LgM
Заманкульская	Верхнемеловой (1) - валанжинский (2)	40	383	14,0	8,5	0,217	5,10	1,78	1,56	1,74	0,24-0,35
Озек-Суатская	Барремский (1) - среднеюрский (2)	40	419	9,0	3,6	0,398	5,61	1,98	1,81	1,48	0,31-0,32
Советская	Верхнемеловой (1) - валанжинский (2)	48	427	12,2	4,7	0,415	4,36	2,08	1,85	1,90	0,33-0,40
Советская	Валанжинский (1) - верхнеюрский (2)	10	447	4,7	2,8	0,225	8,92	2,40	2,02	2,85	0,40-0,59

Таблица 2 Средняя характеристика автохтонных рассолов подмайкопского этажа Восточно-Предкавказского бассейна [11]

Водоносный горизонт (комплекс)	Пластовая температура, К			Общая минерализация, г/л	Коэффициент	Возраст , млн.лет	Изученные площади
Верхнемеловой	363-415	1,41-1,73	1,47-1,86	42,6-83,0	10,7-15,1	45-75	Заманкул, Карабулак, Серноводская, Ачи-Су, Советская, Курган-Амур, Безопасненская, Сизовская
Альбский	388-406	1,57-1,68	1,38-1,45	69,1-100,1	11,3-12,1	84-93	Величаевская, Колодезная, Курган-Амур
Аптский	368-439	1,45-1,91	1,40-1,50	67,5-109,6	6,9-11,8	105-131	Карабулак, Ковыльная, Колодезная, Прасковейская, Кучерлинская
Барремский	415-421	1,76-1,79	1,49-1,52	61,5-81,2	7,1-9,0	109-130	Озек-Суат, Бажиганская, Перекрестная
Валанжинский	403-439	1,70-1,96	1,73-2,10	81,2-177,8	4,7-8,5	118-144	Галюгаевская, Советская, Заманкул
Верхнеюрский	436-455	2,00-2,08	2,60-3,60	324-355	2,8-3,9	120-161	Советская, Сухопадинская, Отказненская
Среднеюрский	403-429	1,71-1,90	1,43-1,55	77,6-138,0	4,6-7,2	134-190	Гороховская, Новоколодезная, Величаевская, Зимняя Ставка, Восточная, Русский Хутор, Урожайненская, Восточно-Сухокумская, Степная, Солончаковая, Бажиганская
Триасовый	420-456	1,85-2,20	1,45-2,45	89,0-109,4	1,1- 3,7	200-233	Зимняя Ставка, Восточная, Юбилейная

Таблица 3 Корреляционные уравнения, характеризующие пластовые рассолы мезозойских комплексов Восточно-Предкавказского бассейна

Вид уравнения	Совокупный коэффициент корреляции R	Частные коэффициенты корреляции второго порядка
Автохтонные (40 объектов)
	0,84	-0,36	-0,63	+0,21
Аллотигенные (26)
	0,55	-0,28	-0,16	-0,34
Омоложенные (20)
	0,75	-0,31	-0,47	+0,01