Содержание к диссертации
стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
ЧАСТЬ I. МАССХПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ИЗОТОПНЫЙ АНАЛИЗ ПРИРОД
НЫХ ВОД 8
ГЛАВА I. АППАРАТУРА И МЕТОДИКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПНОГО
СОСТАВА ВОДОРОДА И КИСЛОРОДА В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ . 10
Масс-спектрометры для экспрессного прецизионного анализа изотопного состава водорода и кислорода II
Химическая подготовка проб . 25
Точность масс-спектрометрических определений изотопного состава природных соединений 30
ГЛАВА П. ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ ПРИРОДНЫХ ВОД И ПРОЦЕССЫ, КОНТ
РОЛИРУЮЩИЕ ЕГО ФОРМИРОВАНИЕ 32
Атмосферные осадки 33
Речные и озерные воды 35
Океанические и морские воды 35
Подземные воды 36
"Ювенильные" воды 41
ЧАСТЬ П. ГЕОХИМИЯ ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА И КИСЛОРОДА ПОДЗЕМНЫХ
ВОД ПРИПЯТСКОГО ПРОГИБА ., 45
ГЛАВА Ш. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ И
ГИДРОГЕОЛОГИИ ПРИПЯТСКОГО ПРОГИБА 45
Геолого-гидрогеологические условия 45
Нефгегазоносность 51
ГЛАВА ІУ.ЗАКОНСЖРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА И
КИСЛОРОДА В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ ПРИПЯТСКОГО ПРОШБА 53
1. Геохимия изотопов 53
2, Гидроизотопная зональность Припятского прпгиба . 78
стр.
Генезис рассолов Припятского прогиба 78
Соотношение $D ( slQ0) - сі/Br 88
ГЛАВА У. ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ ПЛАСТОВЫХ ВОД НЕФТЯНЫХ И
ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 92
Соотношение тяжелых изотопов водорода и кисло-лорода в пластовых водах фоновых и продуктивных структур 93
Особенности формирования изотопного и химического составов вод Ельской депрессии Припятского прогиба 102
Сравнительный анализ условий формирования изотопного состава пластовых вод Припятского прогиба с водами Западно-Сибирского и Днепровско-Донецкого НГБ 108
Условия формирования изотопного состава водорода и кислорода пластовых вод в зоне водонефтя-ного контакта 117
Перспективы нефтегазоносности Припятского прогиба по изотопным данным 122
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 127
ЛИТЕРАТУРА 130
Приложение I 147
Приложение П....... 149
Введение к работе
Основными направлениями развития народного хозяйства СССР на XI пятилетку и до 1990 года включительно, принятыми ХХУІ съездом КПСС, предусматривается дальнейший рост топливо-энергетической базы страны за счет расширения и ускорения поиска и разведки новых месторождений полезных ископаемых и более полной переработки уже эксплуатируемых. Для выполнения поставленной задачи существенная роль отводится увеличению объема геолого-разведочных работ, а также применению более совершенных, прогрессивных методов поиска и разведки, в том числе и научных разработок как теоретического, так и прикладного характера.
Задачей настоящего исследования являлось изучение закономерностей распределения изотопов водорода и кислорода в пластовых водах нефтяных месторождений осадочных бассейнов (в данной работе преимущественно Припятского) и на этой основе установление возможностей использования изотопно-геохимических данных для прогнозирования перспектив нефтегазоносности локальных структур.
Для осуществления поставленной задачи нами разработан комплекс аппаратуры и методик для экспрессного прецизионного изотопного анализа водорода и кислорода в природных соединениях (в том числе и в природных водах), изучено содержание дейтерия и кислорода-18 в более, чем 300 образцах подземных вод Припятского прогиба, отобранных из различных литолого-стратиг-рафических образований. Всего выполнено свыше 1500 определений. Наряду с изучением изотопного состава вод определялись также Р-Т-условия, общая минерализация вод, анионно-катионные компо-
- 5 ~
ненты, вычислялись основные коэффициенты метаморфизации вод. Результаты исследований обработаны по программе "Комплекс-2 (ЕС ЭВМ)". Поскольку коррелятивной связи между изотопным и химическим составами вод в региональном плане не установлено, в настоящей работе аналитические данные привлекаются лишь в тех случаях, когда фактический материал способствует доказательству той или иной альтернативы.
В работе приводятся сведения о распространенности изотопов водорода и кислорода в основных генетических типах природных вод и процессах, обусловивших их формирование. Дается краткое описание геологического строения осадочного чехла Припятского прогиба. Рассматриваются вопросы геохимии стабильных изотопов водорода и кислорода глубоких подземных вод и теоретические аспекты формирования крепких и сверхкрепких рассолов и др. Установлена возможность использования изотопно-геохимических данных для поисков залежей природных углеводородов, а также обсуждаются процессы, контролирующие формирование изотопного состава вод в зоне водо-нефтяного контакта. Впервые по изотопным данным составлена карта перспектив нефтегазоносности Припятского прогиба.
Наряду с материалами собственных исследований автора в работе частично используются данные по гидрогеохимии треста "Белнефтегазразведка" , а также некоторые опубликованные работы по изотопному ооставу подземных вод Припятского прогиба. Отбор представительных образцов пластовых вод осуществлялся преимущественно геологоразведочными экспедициями треста "Белнефтегазразведка" и частично - объединения "Белоруснефть".
- б -
Основные защищаемые положения
Экспериментально подтверждено, что концентрация дейтерия и кислорода-18 в подземных водах (рассолах) Припятского прогиба отвечает современным морским (океаническим) водам, претерпевшим метаморфизацию в период седиментации.
Показано, что изотопный состав пластовых вод межсолевых и подсолевых отложений сформировался в условиях диалогической закрытости.
Установлено, что содержание дейтерия и кислорода-18
в пластовых водах продуктивных структур существенно выше, чем в фоновых, и их концентрация закономерно убывает с увеличением расстояния до водо-нефтяного контакта.
Результаты исследований автора опубликованы и докладывались на Международном симпозиуме по взаимодействию вода-порода (ЧХР, Прага, 1974); Всесоюзном семинаре "Опыт и методика изотопно-геохимических исследований в Прибалтике и Белоруссии" (Рига, 1975); УІ-ІХ Всесоюзных симпозиумах по стабильным изотопам в геохимии (Москва, ГЕОХИ, 1976, 1978, 1980, 1983); Всесоюзном семинаре "Ядерные и изотопные исследования природных вод" (Москва, ИВП АН СССР, 1979); 2-м рабочем совещании "Изотопы в природе" (ГДР, Лейпциг, 1979); Всесоюзном симпозиуме "Изотопы в гидросфере" (Таллин, 1981); 1-й Выездной сессии Секции гидрогеологии и инженерной геологии АН СССР по промышленному использованию рассолов Припятского прогиба (Гомель, 1981) и др.
Работа выполнена в отделе геохимии изотопов и радиогеохронологии Института геохимии и физики минералов АН УССР под
руководством академика АН yGCP Н.П.Щербака и старшего научного сотрудника В.Е.Ветштейна.
Определение содержания дейтерия и киелорода-18 в природных водах, наряду с автором, производилось также В.П.Антоненко. Химическая подготовка проб к изотопному анализу осуществлялась Т.Н.Воиновой и Т.А.Садовой. При оформлении рукописи большую помощь автору оказала Л.Н.Петленко.
На всех этапах подготовки рукописи автор пользовался консультациями докторов геол.-мин. наук Е.А.Баскова, Р.П.Готтих, И.Ф.Вовка; кандидатов геол.-мин. наук П.Г.Альтшулера, Я.Г.Гри-бика, Л.К.Гуцало, В.А.Кривошеи, М.А.Рынского, гл. геолога треста "Белнефтегазразведка" Б.Р.Кусова и др. Всем названным товарищам автор выражает свою искреннюю признательность.
ЧАСТЬ I. МАССДЛЖКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ИЗОТОПНЫЙ АНАЛИЗ ПРИРОДНЫХ ВОД
Как известно, изотопы - это атомы одного и того же химического элемента, ядра которых содержат одинаковое число протонов, но отличаются количеством нейтронов. Другими словами -изотопы имеют различный атомный вес при равном заряде их ядра. Это свойство атомов положено в основу определения изотопного состава химических элементов.
Радиоактивные изотопы распадаются с течением времени и служат достаточно надежным хронометром временного образования минералов и горных пород. Стабильные же изотопы преимущественно сохраняют свой исходный состав и, как правило, являются индикаторами тех далеких геохимических условий, которые обусловили
их накопление.
16 17 18
Кислород имеет три стабильных (0, 0, 0) и три радио
активных изотопа ^0, ^0). Тяжелые стабильные изотопы
17 18 (А'0, АО0) были открыты В.Джиоком и Х.Джонстоном в 1929 году,
а чуть позднее, но также в 1929 г., В.Н.Кондратьевым. В при-
Т7 Т8 Tfi родных объектах соотношение О:1 О:1 0 соответствует 0,2:1:500.
Практическое применение при геохимических исследованиях нахо-
то тс
дят, в основном, 0 и 0. Остальные не нашли широкого применения из-за чрезвычайно малой их распространенности.
Водород имеет два стабильных изотопа ( Н-протий) и Сті-дей-терий) и один радиоактивный (3Н-тритий). Дейтерий был открыт в 1932 г. Г.Юри с сотрудниками и соотносится к протию в природных водах в пропорции 1:6700.
Три стабильных изотопа кислорода и два стабильных изотопа водорода образуют 9 изотопных разновидностей молекул воды 14] :
%2I60 %DI60 D2I60
IH2I70 IHDI70 D2I70
хн2І8о WI80 D2I80
С открытием дейтерия и кислорода-І8 начались интенсивные исследования изотопного состава природных вод. Первые работы были выполнены в соответствии с методикой "общей изотопной плотности". В дальнейшем были разработаны интерферометрический и фотонейтронный метод с целью определения содержания дейтерия в природных водах. Результаты этих исследований подробно изложены в работах А.И.Бродского fl4j , И.Ингерсона [ 65] , И.Кир-шенбаума [66] , К.Ранкамы f 91 ] , А.И.Шатенштейна [ 55 ] и др. Отдавая должное этим работам, необходимо отметить, что все они были трудоемки и не отличались удовлетворительной точностью. Лишь с разработкой методов прецизионной масс-епектрометрии появились надежные, достаточно быстрые и точные методы и подходы для определения изотопного состава природных вод. Это позволило перейти от единичных уникальных определений к массовым, что способствовало применению изотопов для решения проблем формирования массы и состава природных вод.
