Введение к работе
Актуальность проблемы. С глубокими горизонтами артезианских бассейнов глоистых систем платформ связана подавляющая часть нефтегазовых месторождений и значительные запасы промышленных, термальных и минеральных, вод. В последние годы глубины скважин 4.5-5 км обычное явление, все чаще бурят скважины глубиной до 7 км. Известно, что глубокие воды играют значимую роль в формировании и разрушение месторождений нефти и газа. В связи с этим изучение глубоких подземных вод приобретает особое значение, как в научном, так и в практическом отношении. Решение проблемы формирования глубоких подземных вод позволило бы решить многие вопросы практической геологии и разработать гидрогеологические критерии поисков месторождений полезных ископаемых, и прежде всего углеводородов. Однако в настоящее время проблема формирования глубоких подземных вод далека от своего решения. Связано это прежде всего со сложностью объекта исследования: глубокие подземные воды обладают переменной в пространстве плотностью, их движение осуществляется в упруго-деформируемых средах и сопровождается фазовыми переходами в системе раствор - газ - порода. Нерешенными научными проблемами остаются: движутся или не движутся глубокие воды и если движутся, то под действием каких :ил; положение в пространстве областей питания, движения и разгрузки; роль вмещающих пород (включая глинистые) в формировании глубоких вод; палеогидрогеоло-гические аспекты формирования глубоких вод; гидродинамическое взаимодействие })ундаменга и осадочного чехла; геодинамика и формирование глубоких вод и др.
Подчеркнем, что зга проблема является не только гидрогеологической, но в значительной степени геологической. Без привлечения достижений смежных геологических наук о Земле (истории геологического развития, геодинамики, литологии, минералогии, механики грунтов, термодинамики и др.) решить ее практически невозможно. Именно по этой причине для ее успешного решения необходим комплексный подход.
Целью исследования являлось изучение гидрогеодинамики глубоких горизонтов слоистых систем платформ.
Задачи исследования:
анализ существующих методов приведения пластовых давлений и обоснование методов, используемых в исследованиях автора;
изучение поля пластовых давлений (гидродинамического потенциала) в естественных и в отдельных случаях нарушенных условиях;
оценка роли периферии артезианских бассейнов на формирование глубоких подземных вод;
изучение процессов формирования фильтрационных свойств пород на больших глубинах и их изменение во времени и пространстве;
изучение гидрогеохимического и температурного полей;
изучение условий формирования и сохранения аномально высоких пласто-аых давлений; _'~
оценка роли элизионных процессов на формирование глубоких подземных вод;
оценка роли современных геодинамических процессов на формирование поля пластовых давлений;
изучение гидродинамической связи между фундаментом и осадочным чехлом и разработка принципиальной модели движения глубоких подземных вод.
Научная новизна исследований:
- теоретически и результатам моделирования на примере Западно-
Сибирского, Восточно-Предкавказского и Бухаро-Каршинского артезианских бассей
нов путем анализа изменения латеральных расходов и латеральных градиентов пла
стовых давлений вдоль линий тока доказано отсутствие влияния периферии артезиан
ских бассейнов на формирование глубоких вод. Практически весь подземный сток
сформированный в региональных областях питания, разгружается в непосредственно*
близости от них. На основе анализа вертикальных и горизонтальных фильтрационные
сопротивлений доказывается невозможность существования потоков подземных вол
от региональных областей питания к региональным областям разгрузки. В связи с
этим показывается, что формирование глубоких вод связано с внутренними, главным
образом, эндогенными процессами;
количественно на тестовых задачах и двух артезианских бассейнах методом моделирования доказано отсутствие значимой роли глинистых пород в формировании поля пластовых давлений и невозможности формирования в глинистых отложениях границы раздела с разнонаправленными движениями отжимающихся поровых растворов;
на основе сопоставления скоростей геологических процессов и скоростей перераспределения пластовых давлений обоснованы основные процессы формирования аномально высоких пластовых давлений;
путем анализа поля пластовых давлений на хорошо изученных структурах (около 200) на четырех артезианских бассейнах, отличающихся друг от друга многими признаками, доказано пластово-блоковое строение глубоких горизонтов и существование непроницаемых или слабопроницаемых границ различного генезиса между блоками. Блоками могут быть как отдельные структуры, так и их части. Пластово-блоковое строение подтверждается также существенной неоднородностью теплового и гидрохимического и др. полей;
на основе обобщения большого объема опубликованной информации делается вывод о преобладании вертикальной миграции над латеральной в глубоких водоносных горизонтах;
утверждается, что на больших глубинах все породы независимо от их лито-логического состава (включая глинистые) в различные периоды геологического развития могут быть проницаемы или непроницаемы. Фильтрационные свойства на больших глубинах определяются, в основном трещиноватостью;
дается типизация границ по генетическому признаку, без существования которых невозможно пластово-блоковое строение глубоких горизонтов;
предлагается принципиальная модель формирования глубоких подземных вод, которая объединяет в себе тектоническую активность регионов, гидротермальную
4
деятельность, развитие термодинамических процессов, обуславливающих фазовые
переходы в упруго-деформируемой среде, которые в свою очередь формируют резкую
неоднородность емкостных и фильтрационных свойств вмещающих пород и непрони
цаемые (или слабопроницаемые ) границы, а также различные аномалии (гидродина
мические, гидрохимические, газовые, тепловые, минералогические, палинологические
и др.), которые являются отличительной чертой глубоких горизонтов. Методы иссле
дования. 1) сбор, анализ и обобщение фондовых и опубликованных материалов по
гидродинамическому, гидрогеохимическому опробованию глубоких скважин; текто
нике (геодинамике), палинологии, фильтрационным свойствам и др. материалы; 2)
широко использовались аналитические расчеты и методы моделирования, для изуче
ния гидрогеодинамических условий на конкретных объектах (плоско
пространственные и плоские в разрезе задачи) и для решения тестовых задач для
оценки влияния тех или иных процессов на формирование глубоких вод (например,
для изучения распределения порового давления в уплотняющихся осадках, оценка
влияния изменения напряженного состояния на поле пластовых давлений и др.); 3)
комплексный анализ всего имеющего материала по опробованию глубоких горизонтов
(поля пластовых давлений, температур и концентраций); 4) построение специальных
карт и разрезов с использованием метода приведения пластовых давлений с оценкой
погрешности приведения, горизонтальной составляющей фильтрационной силы (по
А.Е. Гуревичу), "прямой метод" (оценка латеральных градиентов при замерах пласто
вых давлений, температур и концентраций на равных глубинах). 5) значительное
внимание уделялось анализу исходной информации и оценке степени ее достоверно
сти.
Практическая значимость работы. Полученные принципиально новые результаты о псфогеодинамике глубоких горизонтов платформ могут использоваться для оценки перспектив нефтегазоносности артезианских бассейнов, в частности для Печорского бассейна, для которого по результатам моделирования построены послойные гидродинамические карты м-ба 1:200000. Результаты работы (наряду с существующими нефтепоисковыми признаками) могут использоваться для разработки методики целенаправленных поисков и разведочного бурения; при оценке запасов полезных ископаемых и, прежде всего месторождений нефти и газа. На основе новых представлений могут разрабатываться модели оптимальной эксплуатации месторождений полезных ископаемых.
Апробация и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались: на IY научной отчетной конференции Геологического ф-та МГУ, 1971; Совещание "Гидродинамика глубоких структур", Ленинград, 1972; Международный симпозиум по фильтрации, Киев, 1976; Научная конференция аспирантов и молодых ученых МГУ, Москва, 1977; Совещание по подземным водам Сибири и Дальнего Востока, 1979,1985; IY-й Международный геологический конгресс, Москва, 1984; на Ломоносовских чтениях, Москва, 1994-1997; Всероссийской геологической конференции и XII Геологической конференции Республики Коми (1993, Сыктывкар), Международной научно-практической конференции "Проблемы нефтегазогеологиче-ской науки и перспективы развития топливно-энергетического комплекса Туркмени-
стана". Ашгабат, 1996; Меяугународная конференция "Новые идеи в геологии и гее химии нефти и газа". Москва, 1997. По теме диссертации опубликованы 36 работ, том числе одна монография.
Используемые материалы. В основу работы положены материалы более чеі 20-ти летних исследований автора. При анализе гидрогеодинамических условий н конкретных объектах использовалась исключительно первичная информация, содер жащаяся в актах испытания скважин нефтяного ряда, достоверность, которой оцени валась. Всего было использовано материалов по около 200 опробованных площада (структур, месторождений), несколько тысяч скважин по различным регионам Россиі и СНГ. Широко использовалась обширная информация в опубликованной литературе.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, Г глав, выводов и защищаемых положений. Содержит 308 страниц текста, 96 рисунков 28 таблиц, список литературы из 311 наименований.