Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Научно-методические основы применения современных изотопных, радиогеохимических и гидрогеохимических методов исследований гидросферы и осадочной толщи 7
1.1. Обоснование методов по применению стабильных изотопов водорода, кислорода и углерода ( Н, О, С) в гидрогеологических исследованиях 7
1.2. Радиогеохимические критерии при изучении подземных вод и осадочных пород 20
Глава 2. Физико-географические и геолого-тектонические условия 29
2.1. Физико-географические условия 29
2.2. Геологоструктурные и тектонические элементы 33
2.3. Литолого-стратиграфическая характеристика 40
Глава 3. Гидрогеологическая характеристика мезо- кайнозойских отложений 54
3.1. Терско-Кумский артезианский бассейн 56
Глава 4. Результаты изотопно-геохимических исследований подземных вод и их обсуждение 75
4.1. Выбор и обоснование методик и аппаратуры исследований 75
4.2. Геохимическая характеристика подземных вод 80
4.3. Особенности распределения U, Ra, Th, К в подземных водах и породах 98
4.4. Содержание растворенного гелия и общая газонасыщенность подземных вод 129
4.5. Изотопный состав водорода и кислорода подземных вод 140
4.6. Изотопный состав углерода газов 152
4.7. Идентификация подземных вод Терско-Кумского бассейна по изотопным и радиогеохимическим показателям 159
Глава 5. Региональная оценка теплоэнергетического потенциала петротермальных и гидротермальных ресурсов и вклада процессов радиотеплогенерации на геотермальных месторождениях 174
5.1. Геотермическое поле 174
5.2. Роль процессов радиотеплогенерации в осадочной толще и консолидированных слоях земной коры в образовании теплового потока 182
5.3. Особенности формирования и размещения геотермальных аномалий 190
5.4. Оценка теплоэнергетического потенциала петротермальных и гидротермальных ресурсов геотермальных месторождений 197
Заключение 260
Литература
- Радиогеохимические критерии при изучении подземных вод и осадочных пород
- Геологоструктурные и тектонические элементы
- Терско-Кумский артезианский бассейн
- Геохимическая характеристика подземных вод
Введение к работе
Прогнозирование и оценка новых альтернативных, экологически безопасных источников энергии и гидроминерального сырья, изучение закономерностей их формирования во взаимосвязи с геофизическими и геохимическими полями земной коры на фоне убывающих запасов традиционных углеводородных источников энергии, общепризнанно является актуальной научной и практической проблемой. Петротермальные и гидротермальные ресурсы осадочной толщи являются одним из альтернативных возобновляемых источников энергии, а при комплексном использовании и сырьем для редкометальнои и химической промышленности, а также базой для развития санаторно-бальнеологических комплексов.
В связи с этим их всестороннее изучение, прогнозирование и оценка ресурсов, закономерностей их формирования во взаимосвязи с тепловым полем Земли, геофизическими и геохимическими условиями и геолого-тектоническими особенностями на примере такого перспективного региона по запасам и освоению геотермальных ресурсов, как Дагестан и Восточное Предкавказье в целом, который характеризуется сейсмотектонической и геотермической напряженностью, является весьма актуальным исследованием в геотермии и гидрогеологии.
Целью работы является исследование закономерностей формирования
химического состава и генезиса геотермальных вод мезо-кайнозойских
отложений Восточного Предкавказья изотопно-геохимическими и
радиоактивно-геофизическими методами. Оценка петротермальных и гидротермальных ресурсов и роли процессов радиотеплогенерации при распаде естественных радиоактивных элементов (ЕРЭ) в формировании теплового поля и его составляющих на примере геотермальных месторождений. Прикладной задачей является разработка соответствующих рекомендаций по повышению эффективности геолого-поисковых работ на геотермальные и нефтегазовые месторождения и комплексному освоению геотермальных ресурсов в народном
хозяйстве. То есть, в работе обсуждаются вопросы формирования и оценки петротермальных и гидротермальных ресурсов, прогнозируется и обосновывается их комплексное освоение в качестве решения крупной народно-хозяйственной задачи.
Общие вопросы формирования солевого и микрокомпонентного состава подземных вод и рассолов достаточно полно освещены в работах М.Г. Валяшко, И.К. Зайцева, A.M. Овчинникова, Е.В. Посохова, СИ. Смирнова, Н.И.Толстихина, Кирюхина В.А., Короткова А.И., A.M. Никанорова, К.В. Филатова, Г. Крейга и других отечественных и зарубежных авторов. С целью выяснения особенностей формирования подземных вод и рассолов Восточного Предкавказья нами привлечены методы изучения с использованием экспериментальных графиков сгущения морских вод, полученных в частности М.Г. Валяшко с сотрудниками, для нанесения фигуративных точек, характерных для подземных вод района исследований. Использованы также современные изотопные, радиогеохимические и гидрогеохимические методы изучения подземной гидросферы.
Что касается геотермического поля и составляющих теплового потока, то роль процессов радиотеплогенерации в осадочной толще и консолидированных слоях земной коры в разных регионах оценивается по-разному. Хотя общие принципы и взгляды на эти вопросы освещены в трудах ведущих отечественных и зарубежных авторов: А.Н. Тихонова, В.Г. Хлопина, Е.А.Любимовой, Н.С. Боганик, А.А. Смыслова и других.
Академики В.А. Кириллин и М.А. Стырокович отмечали, что решение проблемы превращения солнечной энергии и тепла земных недр в электрическую энергию по своему значению сопоставима с управлением термоядерной реакцией. Помимо геотермальных вод, использование теплоэнергетического потенциала, аккумулированного в горных породах до глубины 6-8 км и имеющих температуру от 150 до 250 С, составляет важнейшую часть геотермальной энергии недр. Извлечение петротермальной энергии горных пород может быть осуществлено с помощью геотермальных
«котлов» на конкретных месторождениях.
В настоящей работе, на примере конкретных геотермальных
месторождений, на основе собственных данных и литературных источников,
проведено изучение роли процессов радиотеплогенерации за счет распада
естественных радиоактивных элементов (урана, тория, калия) в осадочной
толще и консолидированных слоях земной коры в наблюдаемом на
поверхности тепловом потоке. Проведена оценка теплоэнергетического
потенциала геотермальных ресурсов на конкретных месторождениях Дагестана
вблизи крупных населенных пунктов, принимая за расчетные ячейки
определенные объемы осадочной толщи, с известным
литологостратиграфическим составом и теплофизическими параметрами.
Важность оценки теплоэнергетического потенциала петротермальных и гидротермальных ресурсов на геотермальных месторождениях, расположенных вблизи крупных населенных пунктов и промышленных объектов, заключается в том, что такие месторождения являются наиболее оптимальными с точки зрения первоочередности их практического использования в народном хозяйстве по технико-экономическим показателям их освоения.
В то же время общая оценка потенциала геотермальных ресурсов по водоносным комплексам и структурно-гидрогеологическим этажам по территории Восточно-Предкавказского артезианского бассейна (ВПАБ) на удаленных от населенных пунктов и промышленных объектов территориях имеет скорее теоретическое и абстрактное значение с точки зрения очередности их освоения и использования в народном хозяйстве.
В процессе работы автор консультировался и ощущал помощь д.г-м.н. М.К. Курбанова, д.т.н. М.Г. Алишаева, д.т.н. А.Б.Алхасова, к.г-м.н. В.А.Филонова, к.г-м.н. Р.А. Магомедова, которым выражает глубокую благодарность. За оказанную помощь при выполнении экспериментальных работ, выражаю свою признательность сотрудникам Лаборатории изотопии и радиогенного тепла Института проблем геотермии ДНЦ РАН Ш.А. Магомедову, Х.А. Гаирбекову, А.А. Гусейнову.
Радиогеохимические критерии при изучении подземных вод и осадочных пород
Помимо изотопных соотношений стабильных изотопов, в комплекс изотопно-геохимических показателей подземной гидросферы и осадочной толщи нами включены концентрации естественных радиоактивных элементов (ЕРЭ) и соотношения их изотопов (уран, радий, торий, калий, радон, U/ U, Ra/U, Th/U, Не). Каждый из приведенных выше показателей может нести генетическую, гидродинамическую информацию о воде как о растворителе, а также о вмещающих горных породах или структурно-геологическом строении осадочной толщи. Рассмотрим методические основы их применения.
Исследованию радиоактивности подземных вод посвящены многие работы отечественных и зарубежных авторов [2, 8, 29, 41, 50, 51, 60, 171, 186, 189, 192, 199,201,202,204,214,243]. Растворенные в подземных водах в виде химических соединений уран и радий, благодаря особенностям их геохимии, могут быть использованы как индикаторы геохимических процессов и гидродинамических условий в водоносных горизонтах. В исследованиях многих авторов [29, 41, 50, 60, 170, 171, 203, 204, 214 и др.] установлено, что поступление урана в подземные воды и его миграция прежде всего определяется процессом окисления и переходом его из 4-х валентного состояния в 6-ти валентное. Следствием такого процесса является относительное обогащение ураном (до п-10 6 - п-10-5 г/л) слабоминерализованных вод верхней зоны аэрации, как правило гидрокарбонатного типа, для которых характерны положительные относительно повышенные значения Eh.
Отмечается устойчивая тенденция к уменьшению концентрации урана в водах по мере увеличения глубины залегания водоносных горизонтов с уменьшением значений Eh и соответствующим изменением геохимической обстановки и гидродинамического режима. В то же время изменение значения рН в пределах 4-9 не оказывает заметного влияния на степень выщелачивания и миграции урана в подземные воды.
Вопросы выщелачивания урана и радия из различных горных пород впервые изучались И.Е. Стариком с сотрудниками [80, 170, 171] и продолжены другими авторами. В частности растворы NaCl и СаСІг выщелачивают уран незначительно, а раствор Na НСО3 выделяет максимальное количество урана.
Для подземных вод нижних гидрогеологических этажей, характеризующихся повышенной минерализацией, хлоридно-кальциевым составом (хлоридным типом), присутствием углеводородных газов, восстановительной геохимической обстановкой с невысокими или отрицательными значениями Eh характерными концентрациями урана являются величины п-10 - п-10 г/л. Такие концентрации урана показывают, что при смене геохимических условий уран из растворов минерализованных термоминеральных вод осаждается и переходит в осадочные отложения, то есть, является критерием геохимических условий осадконакопления в бассейнах, что можно использовать и интерпретировать при изучении осадочной толщи.
Обогащение радием подземных вод происходит по иному пути. Согласно А.Н. Токареву и А.В. Щербакову [182] переход радия из пород в воду происходит через «капилляры» в породах заполненных водой. Переход же радия из капилляров в гравитационную воду происходит крайне медленно. Поэтому седиментационные застойные воды мезозойских отложений только обогащены радием. На процесс выщелачивания радия из пород в подземные воды большое влияние оказывает катионный состав воды, геохимическая обстановка, значения Eh и рН. В зонах развития восстановительной геохимической обстановки происходит постепенное обогащение вод радием до п-КГ12 - - п-10-9 г/л причем, содержание его увеличивается с глубиной по мере роста степени метаморфизации вод. В водах гидрокарбонатного и сульфатного типов верхнего гидрогеологического этажа, содержащих кислород, миграция радия из пород в воды ограничена и его содержание в этих случаях составляет -n-10 13-4vl0 12 г/л. В высокоминерализованных хлоридно-кальциевых рассолах застойных гидродинамических зон концентрация радия относительно высокая -пТ0 10- п-10-8 г/л. Радиоактивное равновесие в водах этой зоны резко сдвинуто в сторону радия до п-104 - п-105 раз. В случае существования современной инфильтрации, воды содержат промежуточные значения Ra и U, отвечающие пропорциям смешения разных типов вод.
Детальные исследования, связанные с геохимией радионуклидов (U, Th, Ra, Rn и др.) в пластовых водах и нефтеносных породах Азербайджана проведены Эфендиевым Г.Х. с сотрудниками [214]. По радиохимической оценке подземных вод нефтегазоносных площадей Средней Азии, Припятского прогиба и Северного Кавказа проведены работы рядом авторов [3, 29, 50, 80, 101,160, 174,177, 179 и др.].
Эффект смещения равновесных отношений четных изотопов урана 234U/238U был обнаружен в 1953 году В.В. Чердынцевым и П.И. Чаловым [200, 204]. Как показали последующие многочисленные исследования этих и других авторов, это явление широко распространено в природе. Работы в этом направлении были нацелены на изучение геохимии урана, механизма распределения изотопов и формирования их изотопных отношений, использование этого эффекта для решения многих генетических вопросов, в том числе и в гидрогеохимии, а также для интерпретации радиоактивных аномалий [177-179, 199, 200,203, 258].
Геологоструктурные и тектонические элементы
Основными структурно-тектоническими элементами района исследований являются: северо-восточная часть мегаантиклинория Большого Кавказа, Терско-Каспийский краевой прогиб, Предкавказская эпигерцинская платформа, которая отделена на севере от вала Карпинского узким Восточно-Манычским прогибом. Вопросы тектонического районирования и строения отдельных структурных элементов региона освещены в работах И.О. Брода, Н.С.Шатского, В.П. Ренгартена, Д.В. Дробышева, Н.Ю. Успенской, В.Д.Голубятникова, Н.Б. Вассоевича, В.Е. Хаина, А.И. Летавина, С.Э. Мусаева, В.Л. Галина, Г.Г. Гасангусейнова, Д.А. Мирзоева, М.К. Курбанова, Г.Д.Буторина, Ф.Г. Шарафутдинова и других исследователей. [38, 77, 79, 89, 91, 132,133,176,194,207]. На данной территории в альпийском осадочном чехле выделяются четыре структурно-тектонических этажа: нижне-среднеюрский, верхнеюрско-эоценовый, олигоцен-миоценовыи, плиоцен-антропогеновый. Критериями их выделения являются региональные перерывы, угловые несогласия, характер проявления складчатости, изменение литофациального состава пород и другие признаки.
По мнению многих исследователей фундамент платформенной части территории имеет блоковое строение, которое отражается и в строении осадочного чехла. Наиболее приподнят он в районе Озек-Суата (рис. 2.2.) -3350-3370 м, откуда на север и юг происходит его погружение. В пределах платформенной части породы фундамента по данным глубокого бурения представлены в основном сильно метаморфизированными карбонатами, глинистыми и тальковыми сланцами и прорваны многочисленными гранитными интрузиями (Озек-Суат, Юбилейная, Сухокумск и др.). Возраст фундамента датируется - верхний карбон - нижний пермь. Поверхность этих отложений имеет многочисленные эрозионные выступы, обусловленные крупными перерывами в осадконакоплении, отражаемые трансгрессивным залеганием нижнего мела и различных горизонтов триаса.
Региональная структура платформенной части Дагестана, входящая в состав Скифской эпигерцинской плиты, наиболее рельефно выражается по поверхности палеозойского складчатого фундамента, вскрытого здесь многими глубокими скважинами. Герцинский комплекс Восточного Предкавказья позднекаменноугольной-раннепермской консолидации сложен на эродированной поверхности сланцевой формацией среднего и верхнего карбона, имеющей внутреннюю складчатую структуру. Поверхность фундамента погружается на юго-восток от 4,5 км на широте севернее р. Кумы до 7-7,5 км у Аграханского залива. На этом фоне выделяются крупные тектонические элементы первого порядка: (сложный вал) Прикумская система поднятий и Восточно-Манычский прогиб, севернее которых за пределами Дагестана прослеживается вал Карпинского. Контрастность проявления этих структур ослабляется дифференциацией фундамента на выступы и впадины значительной амплитуды, но более низкого порядка. Проявляются признаки ограничения этих выступов и впадин системой разрывных нарушений свидетельством которых являются крутые углы падения слоев (до 60-80 ), тектонические брекчии, зеркала скольжения на месторождениях (Леваневское, Бажиган, Южно-Таловское, Восточно-Сухокумское и др.), явления эффузивного вулканизма (Тюбинское, Капиевское, Граничное, Восточно-Песчаное и др.) и гидротермальных процессов (Юбилейное и др.). Иногда фундамент сложен гранитными интрузиями, вскрытыми на месторождениях (Капиевское, Южно-Буйнакское, Кумбатарское, Мартовское и др.).
Граница между Прикумской системой поднятий и Восточно-Манычским прогибом в Ставрополье проходит по северным склонам Величаевско-Зимнеставкинской зоны поднятий, а на территории Дагестана продолжается по северным склонам поднятий Русского Хутора, Центрального, Сухокумского, Восточно-Сухокумского, Солончакового, Северного Кочубея, Цудахарского. Южная граница поднятий Прикумской зоны соответствует шовной зоне, разделяющей по данным ГСЗ, эпигерцинскую плиту и Терско-Каспийский передовой прогиб.
Глубокий Чернорынковский прогиб северо-восточного простирания разделяет Прикумский сложный вал и Кочубеевско-Тарумовское поднятие. Прикумский сложный вал, в границах которого выделяются Озексуатский и Северо-Соляной выступы, Мектебско-Кумбатарская и Величаевско-Зимнеставкинская зоны поднятий, является наиболее изученной по сравнению с другими территориями Восточного Предкавказья. Прикумский сложный вал простирается на юго-восток, где ограничен Чернорынковским прогибом, по данным сейморазведки поверхность фундамента определена на глубинах порядка в 5 км и к юго-западу расположение фундамента предполагается на глубинах поменьше и после некоторого воздымания он срезается шовной зоной, отделяющей Прикумскую часть плиты от передового прогиба. Далее на юго-восток располагается Кочубеевско-Тарумовское поднятие, где поверхность фундамента залегает на глубине 5,6 км. Юго-восточный склон поднятия выполаживается на коротком расстоянии и образует пологую Крайновскую ступень, ширина которой увеличивается в северо-восточном направлении, достигая вдоль побережья Каспия 50 км, южной границей ее является шовная зона сочленения с передовым прогибом.
Восточно-Манычский прогиб по сравнению с Прикумским сложным валом, изучен в меньшей степени. В результате обобщения и анализа геолого-географического материала (Н.Т. Копылов, А.С. Горкушин, Н.В. Фролов и др., 1980г.) были составлены структурные карты Восточно-Манычского прогиба, которые могут служить основой общих представлений о его строении.
Южная граница Восточно-Манычского прогиба проводится по северному склону Величаевско-Зимнеставкинской зоны поднятий и северо-западному склону Таловского валообразного выступа. Зона сочленения с Прикумским валом имеет зигзагообразный характер, что обусловлено осложнением вала и прогиба структурами низшего порядка. Погребенный Восточно-Манычский прогиб сложен мощной толщей (более 2 км) триасовых отложений, которые резко выклиниваются от этого разлома на север к валу Карпинского, что подтверждается результатами глубокого бурения на площадях Калининская,
Даргинская, Андра-Ата и др. На основании интерпретации временных сейсмометрических разрезов и данных бурения установлено, что северный борт и осевая часть Восточно-Манычского прогиба осложнены системой надвиговых нарушений с падением плоскостей разрывов на север, по которым более древние породы палеозоя и нижнего триаса оказались надвинуты на средне- и верхнетриасовые отложения с амплитудой смещения до 600 м (Андра-Ата, Бирюзакская). Триасовый комплекс изучен здесь более полно, но еще далеко недостаточно. Анализ геолого-геофизического материала свидетельствует о том, что триасовый комплекс характеризуется переходными чертами строения, отличными от подстилающих отложений палеозоя и перекрывающих мел-юрских платформенных образований.
В целом по триасовому комплексу следует отметить, что в связи с многочисленными перерывами и несогласиями между его стратиграфическими подразделениями, его внутренняя структура очень сложна, а соотношение с формами залегания мел-юрских слоев изучено слабо. Это, прежде всего, относится к большей части Восточно-Манычского прогиба, к восточному погружению Прикумского вала и Приморской впадине, а также к зоне сочленения их с Терско-Каспийским передовым прогибом.
Терско-Кумский артезианский бассейн
Характерной особенностью Терско-Кумского артезианского бассейна является четко выраженная вертикальная гидрогеологическая зональность. С учетом геолого-структурных, геохимических и литолого-стратиграфических факторов в разрезе бассейна выделяют три структурно-гидрогеологических этажа (СГЭ): мезозойский, миоценовый, плиоцен-четвертичный. Эти этажи разделены между собой мощными регионально выдержанными водоупорными толщами глинистых отложений майкопского и сарматского возрастов. Выделенные структурно-гидрогеологические этажи различаются между собой гидродинамическими и гидрогеохимическими особенностями, о которых подробнее будет сказано ниже.
Общая мощность мезокайнозойских отложений, в разрезе которых выделены структурно-гидрогеологические этажи, составляет от 5 до 12 км. [84, 90 - 92, 175, 176, 207]. Отложения, формирующие мезозойский структурно-гидрогеологический этаж, вскрыты на глубинах от 3 до 5,5 тыс. м на нефтегазовых месторождениях Прикумской зоны поднятий, на Ставропольском поднятии и на других районах бассейна (рис. 3.2.).
Мезозойский структурно-гидрогеологический этаж состоит из четырех крупных водоносных комплексов: пермо-триасового, юрского, нижнемелового и верхнемелового. Юрский и нижнемеловой комплексы по гидрогеохимическим и литолого-стратиграфическим признакам подразделены на отдельные водоносные горизонты. Коллектора водоносных горизонтов представлены гранулярными и трещиноватыми породами значительной мощности и выдержаны по площади.
Водоносные горизонты изолированы между собой слабо проницаемыми глинистыми толщами аалена-байоса, апта и олигоцена, а на востоке бассейна -хемогенной ангидритовой толщей титона и кимериджа. Пластовые воды относятся к хлоридному типу (натриевого и кальциевого подтипов), их минерализация составляет от 30 до 160 г/л и в редких случаях достигает 200-220 г/л. Несмотря на однотипность пластовых вод, они отличаются значительным разнообразием по общей минерализации, содержанию макро- и микрокомпонентов и газовому составу. Общая минерализация пластовых вод пермо-триасового и юрского водоносных комплексов на рассматриваемой территории увеличивается с северо-запада на юго-восток (Зимняя Ставка-Тарумовка), а для меловых комплексов она возрастает в противоположном направлении. Общая газонасыщенность пластовых вод мезозойских комплексов изменяется в пределах от 1000 до 6000 см3/л, с четкой тенденцией увеличения с глубиной. Наиболее газонасыщенными являются рассольные воды юры и неокома, а воды остальных водоносных комплексов имеют значительно пониженную газонасыщенность.
В целом мезозойские водоносные комплексы рассматриваемой территории обладают нормальными пластовыми давлениями. Только на востоке бассейна в пределах северного борта Терско-Каспийского прогиба резко повышаются пластовые давления, образуя зоны АВПД на Тарумовской и Комсомольской площадях .
Пермо-триасовый водоносный комплекс представлен преимущественно вулканогенно-осадочными образованиями. Залегают эти отложения на палеозойском кристаллическом фундаменте с резким угловым несогласием, образуя мощность от 300 до 1500 м.
Гидродинамическая схема пластовых вод юрских отложений Прикумской зоны (по В.М. Кирьяшкину с дополнениями О.А. Маммаева). Водоносные пласты среднего триаса представлены в основном терригенно-карбонатными породами. Суммарная мощность этих пластов составляет в Прикумской зоне от 120 (Дахадаевская) до 270 м (Северо-Кочубеевская), пористость их меняется от 3 до 15%, а проницаемость от 1 до 79 мд. Наилучшие коллекторские свойства имеют обломочно-оолитовые и известняковые доломиты, к которым приурочена промышленная нефтегазоносность и значительные притоки пластовых вод (Восточно-Сухокумск). Верхний слой сложен в основном вулканогенно-осадочными породами, пористость их не превышает 4-5%, проницаемость составляет порядка 1 мд. Притоки пластовых вод при испытании этих отложений не получены и они по существу являются водоупором.
Пластовые давления в триасовом комплексе меняются в пределах от 382 атм (Ачикулак) до 540 атм (Юбилейная, Каясула) с превышением пластового давления над условным гидростатическим (Рпл/Рг) соответственно от 1,03 до 1,23. Пластовые давления (Рпл) в триасовом комплексе составили на площади Мартовская 458,9 атм на глубине 4262 м и 435,6 атм на глубине 4167 м; на площади Солончаковая 495,8 атм, на глубине 4400 м и Рпл/Рг = 1,13. Анализ гидродинамических параметров свидетельствует о том, что пермо-триасовый комплекс находится в резко разобщенных условиях как по вертикальному разрезу так и по площади. Более высокие гидростатические напоры триасового комплекса создают условия для вертикальных перетоков пластовых вод в верхние горизонты при отсутствии надежных водоупоров, что вызывают обширную гидрохимическую инверсию в юрском комплексе в полосе поднятий Русский Хутор - Колодезное. Значения приведенных напоров уменьшаются от 1038-1130 м (Каясула) до 180-200 м (Сухокумск) и 450-500 м (Солончаковая), определяя тем самым восточное, северо-восточное направление потока пластовых вод.
Температура пластовых вод достигает 180-200 С на глубинах 4500 м и более, при средних значениях 170-180 С по кровле триасового комплекса. На северной части территории эти значения несколько уменьшаются до 132 С (Русский Хутор).
Пластовые воды пермо-триасового комплекса представляют собой сильно метаморфизованные рассолы хлор-кальциевого типа. Коэффициент метаморфизации (зИа/зСІ) лежит в пределах 0,39-0,84, минерализация вод составляет в среднем 100-120 г/л, иногда уменьшаясь до 60-70 г/л (Восточно-Сухокумская) и возрастая до 160-173 г/л (Северо-Кочубеевская).
Газонасыщенность пластовых вод триасовых отложений растет с западной части бассейна на восток от 1000 см3/л (Сухокумская) до 5000-6000 см3/л (Северо-Кочубеевская). В этом же направлении возрастает общая доля углеводородных газов (до 80-90%) и уменьшается содержание углекислоты до нескольких %. Остальные газы (N2, СЬ, Нг, Не) встречаются в незначительных количествах (табл. З.1.).
Юрский водоносный комплекс представлен повсеместно и подразделяется на три водоносных горизонта: нижнеюрский, среднеюрский, верхнеюрский карбонатный. Нижнеюрский горизонт имеет относительно ограниченное распространение, малую мощность и по гидрогеологическим условиям можно рассматривать со среднеюрским горизонтом как единый водоносный комплекс в интервале от домерского до батского ярусов.
Геохимическая характеристика подземных вод
Вопросы геохимии подземных вод мезокайнозойских отложений Восточного Предкавказья освещены в ряде работ [2, 5, 42, 75, 77-79, 90, 91, 92, 94-96, 114, 115, 125, 175, 176, 207, 212 и др.]. В этих работах рассматривались общие гидрохимические особенности подземных вод Терско-Кумской нефтегазоносной области, однако вопросы генезиса и геохимии подземных вод мезокайнозойских отложений этого региона изучены еще недостаточно полно. Для того чтобы иметь достаточно надежную основу для применения на втором этапе методы изотопных исследований необходимо провести более полный геохимический анализ этих вод. Нами детально рассмотрены геохимические особенности пластовых вод мезозойских и кайнозойских отложений на примере вод нефтегазовых площадей Восточного Предкавказья. Для геохимической характеристики рассматриваемых подземных вод нами были использованы следующие генетические соотношения пар элементов: Вг-103 эЩ 3Na К-103 К_ J-104 J_ В-104 Sr_ LMO4 Rb-103 СІ зСі зСҐ CI Br CI Br СІ Ca СІ СІ Построены графики с нанесением фигуративных точек, соответствующих пластовым водам, на графики сгущения морской воды. Фигуративные точки химического состава вод различных водоносных комплексов на объединенной квадрат-треугольной диаграмме (рис. 4.1.) наглядно показывают распространенность отдельных генетических типов вод, как по площади артезианского бассейна, так и по разрезу мезо-кайнозойских отложений.
В породах - коллекторах пермо-триасового водоносного комплекса распространены высокоминерализованные (100-130 г/л) воды хлоркальциевого типа. Основными компонентами химического состава этих вод являются хлориды натрия и кальция. Содержание хлора составляет (99-99,9)%-экв. и лишь на отдельных площадях (В. Сухокумск и Р. Хутор) оно снижается до 98,8%-экв. Содержание гидрокарбонат-иона изменяется от 2,2 до 14,8 мг-экв./л, а сульфат-ион встречается в незначительных количествах -(0,1-0,8) мг-экв./л или не обнаруживается.
Фигуративные точки химического состава вод пермо-триасового комплекса на объединенной квадрат-треугольной диаграмме химического состава вод (рис. 4.1.) в хлоркальциевом треугольнике ниже линии ОК-ОК и группируются у полюса СаСЬ. На графике изменения магний-хлорного отношения (aMg/aCl) фигуративные точки вод этого комплекса располагаются ниже линии, отражающей процесс сгущения морской воды (рис. 4.2.), что свидетельствует о глубокой степени метаморфизации данных вод. Na2S04.
А именно, первоначальная морская вода утратила ион SOf и в ней произошла замена растворенного в воде Mg2+ на Са2+ вмещающих пород, а также Na обменялся на Са глинистых терригенных и карбонатных пород. Коэффициенты метаморфизации вод 3Na/3Cl изменяются в среднем в пределах 0,61-0,75, но никогда не достигают величины, близкой к 1. А коэффициент Km = MgCl2/CaCl2, характеризующий степень метаморфизации хлоридных вод изменяется в пределах 0,1-0,16. Значения Eh низкие отрицательные, характерные для восстановительной геохимической среды. Значения рН для вод лежат в основном в пределах 5,0-7,0. Содержание редких и щелочноземельных элементов в водах пермо-триасового комплекса составляют: лития 27-48 мг/л, рубидия 1,7-4 мг/л, цезия 1,9-3,0 мг/л (Сухокумск, Граничная), стронция 410-935 мг/л, что является аномальным (табл. 4.2.1). Содержание йода меняется в диапазоне 4-21 мг/л, причем максимальные концентрации отмечаются на площадях Сев. Кочубеевская, Смолянская, Сухокумская, а минимальные - на площадях Р. Хутор, Юбилейная, Граничная. В концентрациях йода не обнаруживается какая-либо закономерность в зависимости от стратиграфических горизонтов или минерализации вод. Концентрации брома обнаружены в пределах 180-400 мг/л; максимальных значений эта величина достигает на Сев. Кочубеевской площади (548-580 мг/л) на глубинах 4460-4660 м. Минерализация воды здесь достигает 160-173 г/л. Бор в водах триасовых отложений в составе борной кислоты встречается до 30-60 мг/л, причем максимальные значения на Сухокумской и Сев. Кочубеевской площадях.
К нижнеюрским отложениям приурочены хлоридные воды с минерализацией в среднем 100-135 г/л. Основной солевой состав этих вод представлен также хлоридами натрия, кальция и магния. Сульфат и гидрокарбонат ионы встречаются в незначительных количествах 0,01 + 0,1%-экв. Большинство фигуративных точек химического состава вод юрских отложений лежат ниже линии ОК и ОК и смещены, как и для рассмотренных выше вод к полюсу СаСЬ (рис. 4.1.). На графике (рис. 4.2 б) изменения отношений 3-Mg/3Cl фигуративные точки этих рассолов расположены выше кривой, отражающей процесс сгущения морской воды. На графике, отражающем зависимость между магний-ионом и хлор-ионом в процессе испарения морской воды, фигуративные точки этих вод расположены ниже экспериментальной кривой (рис. 4.3.).
Воды терригенных отложений средней и верхней юры по химическому составу и минерализации идентичны. В основном минерализация таких вод составляет 130-140 г/л. Тип воды хлоридно-натриевый и хлоридно-кальциевый. Содержание кальция составляет 18 - 28%-экв., а натрия 63 - 69%-экв. Сульфат ион S04 обнаружен в небольших количествах (0,Н2,6%-экв.), а гидрокарбонаты HCOj составляют 0,7-4,4%-экв. Отношение 3Na/3Cl изменяется в пределах 0,71 +- 0,88, а коэффициент Кш= 0,1 + 0,25. Значения Eh достигают величины -450 мВ (скв. Тарумовская), а величина рН меняется в пределах 4 - 6,5. Эти рассолы также содержат аномальные концентрации редких щелочных элементов (табл. 4.2.1.). Причем для площадей, где юрские отложения более погружены (Тарумовка, Кочубей, Комсомольская) наблюдается рост общей минерализации рассолов и содержаний в них редких элементов. Фигуративные точки химического состава вод отложений средней и верхней юры расположены в хлоркальциевом треугольнике и преимущественно ниже линии ОК -ОК" (рис. 4.1.). На графике изменения натрий-хлорного отношения фигуративные точки, соответствующие этим рассолам расположены, как правило, ниже линии сгущения морской воды, а на графике магний-хлорного отношения - выше этой линии. Это свидетельствует о том, что по сравнению с продуктами сгущения морской воды эти рассолы обеднены натрием и обогащены кальцием. На графиках зависимости 3Mg от эС1 и эЫа от эС1 фигуративные точки данных рассолов также расположены ниже линии сгущения морской воды.
Похожие диссертации на Геотермальные ресурсы Восточно-Предкавказского артезианского бассейна : формирование, изотопная гидрогеохимия, процессы радиотеплогенерации
