Влияние тектонических нарушений на свойства подземных вод в южном предуралье

). Сверху и снизу гидрогеологические комплексы ограничены слабопроницаемыми разделами, входящими в состав комплексовХарактеристика комплексов представлена в таблице 3Таблица 3Характеристика гидрогеологических комплексов по С.П. НосаревойКомплекс Охватываемые толщиСостав водСостав растворенных газовАрхейско-нижнепротерозойский метаморфический гидрогеологическийкомплекссильно метаморфизованных и дислоцированных пород кристаллического фундаментапочти чистые хлоридные кальциевыми рассолы с минерализацией 300 г/дм 3 и более. Ca 86–90%, Na 9,6–14%, Mg практически отсутствует.Коэффициенты:rCl–rNa/rMg — 470,rNa/rCl — 0,1.Содержание микроэлементов (мг/дм3): B — 8–10,К — 720, Li — 2,6–8,4, Rb — 4,5–5,1, Cs — 0,3, Sr —457,5.Общее содержание водорастворенных газов 390–450 см3/дм3. По составу газы азотно-метановые с высоким содержанием гелия — 31,5 см3 /дм3Верхнепротерозойский карбонатно-терригенный гидрогеологический комплекскарбонатно-терригенные отложения рифея.Особенность комплекса: толща метасоматиче45ских доломитов мощностью до 1,5 км в калтасинской свите рифея. Водоносными породами являются трещиноватые мелко- и крупнозернистые песчаники икарбонатные породы рифея (шиханская и калтасинская свиты). Пористостьпесчаников колеблется от 1 до 10, иногда 23%, проницаемость 10–560 мДрассолы хлоридного натриево-кальциевого состава(Кушкульская, Уржумовская, Орьебашская, Игровская, Четырманская площади). Показатель степени метаморфизации рассолов (rNa/rCl): 0,43–0,47 наПермско-Башкирском своде, 0,59–0,62 в Бирской седловине, 0,54 на Татарскомсводе. В платформенных условиях концентрация микроэлементов (в мг/дм3):Br — 1285–1575, I — 2–10, K — 813–1355.В составе водорастворенных газовпреобладают азот (82,6–72,9%) и метан (21,8–57,9%), иногда присутствуютгелий (3,1%) и водород (5,2%). Общее содержание водорастворенных газовколеблется в пределах 260–472 см 3 /дм 3 .Таблица 3 продолжениеКомплекс Охватываемые толщиСостав водСостав растворенных газовСредне-верхнедевонский карбонатно-терригенный гидрогеологическийкомплексот основания нижнего девона до кровлифранского яруса верхнего девона.Характерно чередование относительно водоупорных (глины, аргиллиты, глинистые сланцы) и водопроницаемых пород.Коллекторами подземных вод и нефти служат пласты пористых песчаников.Выделяется 5 водогазонефтяных пластов —общей мощностью от 100 до 380 м. Пористость песчаников от 10 до 26%, проницаемость от 150 до 1500 мД.хлоридные кальциево-натриевые рассолы сминерализацией 260–280 г/дм3 , rNa/rCl 0,5–0,7, обогащенные хлористым кальцием (25–50% экв), бромом (1,0–2,2 г/дм 3 ), калием (1,0–2,4 г/дм 3 ). Наиболее метаморфизованные рассолы тяготеют к Пермско-Башкирскому своду, в пределах Татарского свода и средней части Бельской впадины как правило, по составу хлоридные натриевые (rNa/rCl 0,8–0,9),обеднены бромом (500–600 мг/дм3 ).В газовом составе рассолов преобладаютазот и метан, общаягазонасыщенность 300–500, иногда до 1000 см3 /дм3 .Верхнедевонско-турнейский карбонатный гидрогеологический комплекскарбонатные толщи среднеи верхнефранскогоподъяруса, а также фаменского яруса верхнего девона и турнейского яруса нижнего карбона. Комплекс в пределах турнейского и фаменскогоярусов подвергся значительному размыву, особенно в северной части Бирской седловины, вызвавшему широкое развитие палеокарстовых процессов.Мощность закарстованных зон от 2 до 30 м. Комплекс характеризуетсясложным сочетанием в разрезе и по площади слабопроницаемых, пористых икавернозных пород. Пористость доломитов изменяется от 8 до 12%, а проницаемость от 15 до 312 мД, а в палеокарстовых зонах соответственно достигает 22% и 2200 мД. Статические уровни вод комплекса устанавливаются наабсолютных отметках +5 ÷ +35 м.Состав и минерализация рассолов в пределах платформы и прогибаразличаются. На платформе хлоркальциевый тип (rNa/rCl 0,5–0,7), в среднем 240–260 г/дм3 . Содержание CaCl2 25–33%. Brмаксимальная длякомплекса (1000–2040 мг/дм3). По направлению к Бирской седловине и Верхне-Камской впадине степень метаморфизации рассолов снижается (rNa/rCl0,75–0,85, CaCl2 10–15%), уменьшается содержание Br(300–700 мг/дм3).Рассолы подобного состава в пределахТатарского свода, с высокой сульфатностью (1,6–1,8 г SO4 /дм3) иминерализацией (190–230 г/дм3). В прогибе (Бельская впадина), наряду с ранее известными хлоридными натриевымирассолами (rNa/rCl 0,98, CaCl2 1%), в турнейских и фаменских отложенияхобнаружены и кальциево-натриевые рассолы (rNa/rCl 0,68–0,77, CaCl2 22–30%).Среднее содержание микроэлементов (в г/дм3): I — 0,02, Br —0,5, B — 0,04, Li — 0,001, Sr — 0,32, Rb — 0,001, Cs —0,02 В составе водорастворенных газов преобладают азот (613 см 3 /дм3 ) и метан (1507 см3 /дм3).Таблица 3 продолжениеКомплекс Охватываемые толщиСостав водСостав растворенных газовНижнекаменноугольный терригенный гидрогеологический комплекселховский, радаевский, бобриковский и тульский горизонты визейского яруса. Водоносны песчаники и алевролиты. Суммарная мощность коллекторов – песчаников составляет 5–25 м, сокращаясь к югу и востоку до 2–5 м, и до полного замещения глинистыми разностями пород.рассолы комплекса на платформе — хлоридные натриевые икальциево-натриевые с концентрацией солей в среднем 250–270 г/дм3 , rNa/rCl0,61–0,98, средние содержанияBr 425 мг/дм3 , K — 1150 мг/дм3. ДляТатарского свода характерны слабометаморфизованные рассолы (rNa/rCl 0,85–0,98, CaCl2 2,5–7,0%). Рассолы Бирской и Верхне-Камской впадин занимают промежуточное геохимическое положение.В рассолах содержатся I (0,02 г/дм3), Br (0,5 г/дм3) а также B, Li, Sr, RbCs.Газовый состав водпреимущественно азотный с содержанием N2 — 64–92%, СН4 — 4,6–25,6%.Общаягазонасыщенность от 147 до 436 см3 /дм3 . На некоторых нефтеразведочных площадях Татарского свода в водах и нефтях обнаружен сероводород(до 150 мг/дм3 ).Нижне-среднекаменноугольный карбонатный гидрогеологический комплексотложения верхней части визейского (окский и серпуховский горизонты) и намюрского ярусов нижнего карбона, а также башкирского яруса среднего карбона. Коллекторские свойства пород определяются степенью ихзакарстованности и кавернозности. С палеокарстовыми явлениями связаны многочисленные осложнения при бурении скважин, провалы бурового инструмента и поглощения промывочной жидкости. Мощность закарстованных интервалов обычно от 0,5 до 10, редко до 25 м. Воды комплексанапорные. Водообильность отложений по разрезу и по площади весьма неравномерная.на платформе хлоридный натриевый. В пределах Пермско-Башкирского свода минерализация рассолов намюрских и башкирских отложений (200–207 г/дм3 )rNa/rCl — 0,68–0,87, CaCl2 — 11–19%. Такая же степень метаморфизации наблюдается в пределах Бирской, Верхне-Камскойвпадин и на Татарском своде. Наибольшая минерализация вод (263 г/дм3) в визейском ярусе нижнего карбона. По результатам опробованияскважин в пределах нефтеразведочных площадей в прогибе (Бельская впадина) обнаружены рассолы хлоридного кальциево-натриевого состава в среднем карбоне на глубине 2,1–3,3 км. Минерализация их достигает 227 г/дм3 ,rNa/rCl 0,56–0,75, CaCl2 до 30–35%.Таблица 3 продолжениеКомплекс Охватываемые толщиСостав водСостав растворенных газовСреднекаменноугольный (верейский) терригенно-карбонатный гидрогеологический комплексОснованиемосковского яруса среднего карбона.В пределах платформыкомплекс представлен глинистыми известняками и мергелями, переслаивающимися с аргиллитами, реже алевролитами и песчаниками. Терригенныеосадки составляют 30–60% всего разреза.Водоносными являются пласты известняков и песчаников. Наибольшейпроницаемостью (до 40–100, редко 700 мД) обладают известняки; пористостьих от 0,5 до 20%. Пористость песчаников 15–18%, проницаемость обычнонизкая (около 5 мД).хлоридный натриевый с минерализацией до 240 г/дм3 , rNa/rCl —0,72–0,94, CaCl2 5–17%, Br 112–395 мг/дм3. В юго-западной части территории, на глубине 1,9–2,7 км распространены крепкие рассолы с минерализацией 291–329 г/дм3 и высоким содержанием брома — 1902 мг/дм3В составе водорастворенного газа преобладает азот.Средне-верхнекаменноугольный и нижнепермский карбонатный гидрогеологический комплексмосковский ярус среднего карбона(исключая верейский горизонт), верхний карбон, ассельский, сакмарский, артинский ярусы и филипповский горизонт нижней перми. Преимущественно карбонатные породы морского, прибрежно-морского и лагунного происхождения, в крайних восточныхрайонах в разрезе также терригенные осадки.На значительной части территории имеет водоупорную кровлю в виде галогенной толщи кунгура, которая обеспечиваетнапорный до самоизлива режим. Там, где галогенная толща отсутствуетили маломощная, воды безнапорныемаломинерализованные гидрокарбонатные, реже сульфатные..Химический состав и минерализация вод разнообразны. С удалением от внутриплатформенных областей питания ипогружением комплекса под галогенный кунгур водыприобретают высокую минерализацию, изменяется химический и газовыйсостав. В южной части Пермско-Башкирского свода в среднем карбоне хлоридные натриевые рассолы с минерализацией 130–233 г/дм3 . НаТатарском своде в нижней части разреза минерализация до168 г/дм3при хлоридном натриевом составе. По мере погружения от Пермско-Башкирского свода в сторону Бирской седловины минерализация постепенного возрастает до 200–250 г/дм3 . При погружении комплекса на глубины свыше1000 м минерализация хлоридных натриевых рассолов достигает 260–272 г/дм3 .Таблица 3 продолжениеКомплекс Охватываемые толщиСостав водСостав растворенных газовНижнепермский (кунгурский) карбонатно-галогенный гидрогеологический комплекссложен преимущественногалогенными породами (гипсы, ангидриты, соли) с прослоями карбонатных(преимущественно доломитовых) пород. На значительных площадях вдольюго-западного склона Пермско-Башкирского свода, вдоль юго-восточной окраины платформы, а также на отдельных участках Бельской впадины комплекс залегает с поверхности, в результате чего слагающие его гипсы сильноподвержены современному карстовому процессу.Химический состав вод данного комплекса в первую очередь определяется минералогическим составом вмещающих пород. Воды хлоридно-сульфатного, сульфатно-хлоридного и хлоридного классов развиты локально исвязаны с наличием солей среди гипсов и ангидритов. Хлоридные натриевыерассолы на платформе встречаются в прослоях доломитов, залегающих средигипсов на глубинах до 400–500 м. Они обладают высокой минерализацией (до 200 г/дм3 и более), rNa/rCl около 1, хлорбромный коэффициент 500–1000 и более. На глубине 425–1144 м в ангидритах и солях ОГКМ хлоридные натриево-магниевые рассолы с минерализацией 308–367 г/дм3 (ρ 1,22–1,28), с высоким содержанием Br (1–5,3 г/дм3), K (13,1–41,9 г/дм3), B (0,22–1,22 г/д3 ),I (10–20,5 мг/дм3) и низкими величинами отношений rNa/rCl (0,2–0,6) иCl/Br (42–78).преобладают N 2 и CH 4 , количество H 2 S¯+HS¯ не-велико (11–59,5 мг/дм 3 ).На глубине до 1,0–1,5 км, распространена инфильтрогеннаянапорная гидрогеодинамическая система, охватывающая гидрогеологическиекомплексы, находящиеся в обстановке затрудненного и весьма затрудненноговодообмена. Под нею находится седиментогенная напорная гидрогеодинамическая система, соответствующая условиям застойного водного режима. С.П. Носарева вслед за Поповым считает также, что есть основания предполагать в нижней части осадочной толщи (на глубинах свыше10 км) наличие термогидродинамической системы. В верхнем гидрогеологическом этаже, мощность которого не превышает 400–600 м. заключены преимущественно пресные и соленые воды. Для этого этажа характерен интенсивный и затрудненный водообмен. Для нижнего же структурного этажа свойственны зоны весьма затрудненного и застойного водообмена. Зона весьма затрудненного водообмена включает терригенно-карбонатные комплексы от нижнепермского до девонского возрастов и распространена до до глубины 1,5–2 км. Преобладающей является убвертикальная миграция вод по проницаемым зонам литолого-фациального итектонического происхождения. Латеральный массоперенос имеет локальное распространение, его контролируют расположение местных (внутриструктурных) областей питания и областей разгрузки. Водообмен затухает с глубиной, продолжительность его периода в верхней части зоны — десяткимиллионов лет, а нижней — первые сотни миллионов лет. Ориентировочнаясредняя скорость движения рассолов n·(10 –1 –10 –2 ) м/год. Воды смешанные(инфильтрогенно-седиментогенные) и инфильтрогенные, возраст их от сотентысяч лет до 100–160 млн. лет.В зоне квазизастойного режима под влиянием геотектонических и геостатических напряжений происходят локальные перемещенияседиментогенных рассолов в верхнепротерозойско-девонских отложениях. Вероятноглавную роль в этих перемещениях играют неотектонические движения, которыеприводят к изменению гипсометрического положения гидрогеологических комплексов. Скорости конвективной миграции рассолов в этойзоне крайне малы и составляют n·(10 –3 –10 –5 ) м/год. Возраст рассолов составляет 200–300 млн. лет, иногда старше.Зоны весьма затрудненного и квазизастойного гидрогеодинамическогорежима нижнего этажа бассейна включают палеозойские и допалеозойские гидрогеологические комплексы общая мощность которых от 1,5–2 до 5–6 км и выше. В этих зонах существует восстановительная геохимическаяобстановка (Eh до –300 ÷ –430 мВ,pH 5,4–7,0) и распространены рассольные воды, температура, минерализация иметаморфизация которых с глубиной возрастают. Границу между зонами весьмазатрудненного водообмена и застойного режима нельзя очертить рамками какого-либо одного гидрогеологического комплекса или литолого-стратиграфического подразделения даже в пределах единоймакрострукты. Вслед за В.Г. Поповым Носарева констатирует, что в Предуралье положение гидрогеодинамических зон контролируется глубиной, на которой в современную эпоху еще ощущается движение подземных вод.По характеру скопления подземных вод здесь развиты пластово-поровые, пластово-трещинные и пластово-трещинно-карстовые воды. С глубиной роль пористости в формировании водопроницаемости пород снижается, также как снижаются латеральные градиенты напора до n·*10 –4 –10 –5 и скоростидвижения рассолов от n·10–1 до n·10–5 м/год. Вследствие этого снижения время полноговодообмена возрастает от сотен тысяч и первых миллионов лет в верхнихчастях этажа до 300–500 млн. лет в нижних.Породы анизотропны по коэффициенту фильтрации(который составляет от n*10–1до n*10 –5 м/сут). В силу сложных геотектонических илитолого-фациальных условиях региона ведущим гидрогеодинамическимпроцессом является вертикальная миграция вод. Этот вывод подтверждается наличием газогидрогеохимических, гидрогеотермических и прочих аномалий. Для рассоловнижних гидрогеодинамических зон отличительными газогидрогеохимическими чертами являются: в зоне весьма затрудненного водообменахлоридные натриевые сероводородные рассолы, инфильтрогенного и смешанного (инфильтрогенно-седиментогенного) генезиса. в зоне квазизастойноговодообмена хлоридные кальциево-натриевые (натриево-кальциевые) рассолы седиментогенного генезиса, азотно-метанового иметанового (бессульфидного) газового состава с высокими содержаниямиброма и гелия. Метаморфизация рассолов, величины бромного градиента (Br/H), коэффициентов Br/M, He/Ar резко возрастают в стратиграфическом интервале между терригеннымикомплексами нижнего карбона и среднего и верхнего девона, что примерно отвечает глубине 1,5 км. На этом рубеже из газовой фазы исчезает сероводородбиохимической природы, генерациякоторого связана с подвижными подземными водами. По мнению С.П. Носаревой уровень исчезновения сероводорода как раз отвечает границе между зонами весьма затрудненного и квазизастойного режима.Важную гидродинамическую роль выполняют тектонические нарушения молодого заложения, служащие каналами вертикальной миграции подземных вод. Вертикальная миграция флюидов(подземных вод, нефтей и газов) может осуществляться и через галогеннуютолщу кунгура, разделяющую верхний и нижний гидрогеологические этажи. С миграцией через эту толщу связано формирование геохимических аномалий на различныхуровнях осадочного бассейна. ЗаключениеНа гидродинамический режим и состав подземных вод Южного Предуралья значимое влияние оказывают два фактора: состав вмещающих воды толщ и геодинамическая ситуация. Последний фактор во многом определяет возможности и границы для вертикальной миграции вод.В геологическом строении Южного Предуралья выделено два структурных этажа: кристаллический фундамент и осадочный чехол. Фундамент имеет блоковое строение, разбит глубинными разломами, преимущственнодорифейского заложения, некоторые из которых, однако, продолжали развиваться и в рифее и в венде. Часть разломов проходит через весь осадочный чехол и имеет отражение в современных геоморфологических структурах. Кроме этого, в чехле имеются более молодые тектонические нарушения, как хрупкие, так и пластичные, некоторые из которых активны и в настоящее время. Все разрывные нарушения могут служить каналами вертикальной миграции вод. В осадочном чехле рядом исследователей, в том числе А.Я. Гаев и С.П. Нестеренко выделяют отдельный этаж (Гаев) или комплекс (Нестеренко) вод кристаллического фундамента. По мнению Гаева наличие прямой зависимости между тектоническими движениямии гидравлическими законами движения флюидов является главным критерием для выделения вод фундамента в отдельный гидрогеологический этаж.При гидрогеологической характеристике вод осадочного чехла большинство исследователей сходится на выделении двух структурных этажей, разделенных кунгурскими галогеновыми отложениями. Выше и ниже кунгурской толщи состав и режим движения вод значимо различается. Ю.М. Нестеренко на основании практически прямолинейной зависимостью давления в водоносных горизонтах палеозоя Бузулукскойвпадины от глубины их залегания утверждает о существующей гидродинамической связи между водоносными комплексами нижнего и верхнего гидродинмических этажей Южного Предуралья через сульфатно-галогенные отложения кунгура. Анализ фиксируемых в Южном Предуралье сейсмических событий, выполненный Ю.М. Нестеренко с коллегами, показывает, что эпицентры сейсмических событий располагаются в основном в зонах техногенных нарушений в геологической среде и тяготеют к зонам разломов и линеаментов.Добыча углеводородов приводит к падению давлений пластовых вод и нарушению естественного гидродинамического равновесия в подземных водах. В районе месторождений углеводородов создались условия для нисходящего движения вод над его пластовыми водами и восходящего – под ними, а также увеличения латерального притока с прилегающих территорий.Список литературыАбдрахмановР. Ф., ПоповВ. Г. Геохимия и формирование подземных вод Южного Урала //Ответственный редакторчлен-корреспондент РАН В. Н. Пучков. Уфа. Гилем. 2010. 420.ГаевА. Я. Гидрогеологические условия регионов Приуралья//электронный сборник тезисов конференции http://www.hydropetroleum.ru/conference/teoret/teo16.pdfГеология СССР том 4. Центр Европейской части СССР. Главный редактор А.В. Сидоренко. М: «.Недра» 1971. 742с. Гидрогеология СССР / Под ред. Е.А. Зубровой. – М.: Недра, 1972. – Т. 15. –344 с.Лозин. Е.В. Глубинное строение и нефтегазоносность Волго-Уральской области и смежных территорий. Литосфера. 2002. №3 c. 46-68.НестеренкоЮ. М., ДнистрянскийВ. И., НестеренкоМ. Ю., ГлянцевА. В. Влияние разработки месторождений углеводородов на геодинамику и водные системы Южного Предуралья//Литосфера, 2010, № 4, с. 128–141Носарева С.П. Формирование и геохимические особенности рассолов Южного Предуралья // автореферат диссертации на соискание степени кандидата геолого-минералогических наук, специальность 250007 – гидрогеология. Пермь. 2007.Плотникова Г.Н. Сероводородные воды СССР. – М.: Наука, 1981. – 132с.Плотникова И. Н. Зоны разуплотнения кристаллического фундамента Волго-Уральской антеклизы как потенциальные нефтепоисковые объекты. автореферат диссертации на соискание степени доктора геолого-минералогических наук, Казань, 2006.Попов В.Г. Гидрогеохимия и гидрогеодинамика Предуралья. – М.:Наука, 1985. –278 с.Степанов В.П. автореферат диссертации на соискание степени доктора геолого-минералогических наук Разломная тектоника кристаллического фундамента восточной части Волжско-Камской антеклизы и ее взаимоотношение со структурой осадочных толщ:по данным геолого-геофизических методов. Казань. 2002