Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор состояния проблемы 18
1.1. История изученности 18
1.2. Геологическое строение района 21
1.3. Гидрогеологическая стратификация разреза 27
1.4. Обоснование выбранного направления исследований 38
Глава 2. Закономерности распределения и локализации предельно насыщенных рассолов в осадочном чехле 40
2.1. Закономерности обводнения рассоловмещающих пород терригенной формации..40
2.2. Закономерности обводнения рассоловмещающих пород галогенно-карбонатной гидрогеологической формации 43
2.2.1 Промысловая характеристика объектов с притоками рассолов в скважинах глубокого бурения 47
2.2.2. Особенности отражения аномальных коллекторов в геофизических полях. Комплексная физико-геологическая модель рассолонасыщенной зоны, залежи...57
2.2.3. Структурно- геологический контроль формирования и локализации АК-АВПД залежей концентрированных рассолов 89
2.2.4. Гидродинамическая характеристика приточных объектов, структура фильтрационного поля 126
2.2.5. Структурно-гидрогеологическая модель АК-АВПД-залежей 146
Глава 3. Геохимия рассолов 152
3.1. Гидрогеохимическая характеристика рассолов 152
3.2. Концентрированные глубокие рассолы как комплексное сырье 161
3.3. Новые данные по геохимии редких, рассеянных, редкоземельных элементов и тяжелых металлов 165
3.4. К вопросу о формировании концентрированных рассолов с позиции с теории равновесия в системе «вода-порода» 186
Глава 4. Глубокое гидрогеологическое бурение и освоение залежей сверхкрепкихи предельно насыщенных рассолов с АК-АВПД параметрами 200
4.1. Глубокое гидрогеологическое бурение - исследования на стадии создания и испытания природно-технической системы (технология первичного вскрытия продуктивной зоны глубокими гидрогеологическими скважинами - испытания)...201
4.2. Технология опытно- промышленной эксплуатации природно- технической системы (добычи предельно - насыщенных промышленных рассолов - глубокими скважинами) 224
4.3. Прикладные аспекты скважинной добычи глубоких сверхкрепких и предельно насыщенных рассолов 237
Глава 5. Технологии переработки сверхкрепких и предельно насыщенных магниево- кальциевых и кальциевых рассолов 243
5.1. Извлечение брома 246
5.2. Извлечение лития. Получение хлорида и карбоната лития 259
5.3. Получение комплексных литий - фторсодержащих добавок 268
5.4. Получение бромпродуктов из рассола Знаменского проявления 270
5.5. Магниевые продукты. Получение оксида магния и бишофита 278
5.6. Использование солей из рассола (рапы) для приготовления буровых растворов..282
Глава 6. Прикладные аспекты гидрогеологических исследований месторождений промышленных рассолов с АК-АВПД параметрами 296
6.1. Понятие месторождения промышленных подземных вод 296
6.2. Методология ГРР на глубокие промышленные рассолы 300
6.3. Оценка прогнозных ресурсов и эксплуатационных запасов
глубоких промышленных рассолов 305
6.3.1.Прогнозные ресурсы рассолов терригенной гидрогеологической формацииЗОб 6.3.2.Прогнозные эксплуатационные запасы промышленных рассолов галогенно-карбонатной гидрогеологической формации (на примере Знаменского участка) 308
Заключение 336
Литература 342
- Гидрогеологическая стратификация разреза
- Промысловая характеристика объектов с притоками рассолов в скважинах глубокого бурения
- Новые данные по геохимии редких, рассеянных, редкоземельных элементов и тяжелых металлов
- Технология опытно- промышленной эксплуатации природно- технической системы (добычи предельно - насыщенных промышленных рассолов - глубокими скважинами)
Введение к работе
В пятидесятых годах глубокими скважинами на юге Сибирской платформы были впервые обнаружены фонтанные притоки «предельно насыщенных» хлоридных кальциевых рассолов с минерализацией до 600 кг/м и более с уникальными содержаниями калия, брома. Очевидно, что тем самым были сделаны крайне важные для гидрогеологии научные открытия неизвестного ранее типа рассолов и по сути самостоятельного регионально распространенного типа промышленного сырья на бром, литий, магний, калий, стронций, рубидий, цезий. Разведка здесь месторождений нефти и газа вместе с известными проявлениями рассолов выдвинула территорию Сибирской платформы в число наиболее перспективных углеводородно-гидроминеральных провинций России.
Сегодня освоение территории Восточной Сибири и Якутии находится под особым вниманием Правительства РФ. На основе Государственных программ ведется ускоренная подготовка и освоение запасов нефти и природного газа для энергетического и нефтехимического обеспечения России и экспортных поставок в страны Азиатско-Тихоокеанского региона.
Актуальность исследований. Интерес к использованию гидроминерального сырья для добычи лития появился в России в связи с истощением освоенной сырьевой базы традиционного алюмосиликатного сырья (сподумена), что послужило основанием для импорта австралийского сподумена и чилийского карбоната лития. В связи с распадом СССР остро встал вопрос подготовки сырьевой базы брома, т.к. основные освоенные источники сырья оказались за пределами России (Украина, Азербайджан, Туркмения). Вплоть до 2004 года значительная часть промышленного производства брома в России осуществлялась на Краснокамском месторождения йодо-бромных вод (Пермская обл.) со средним содержанием брома 0,74-0,84 кг/м, с принудительным отбором рассола с глубин 1500 – 2000 м. В рассолах Сибирской платформы содержание лития, брома, магния и других элементов в десятки раз превышает их концентрации в промышленно перерабатываемом сырье. Это единственная гидроминеральная провинция мира, где в парагенезисе находятся литий – до 0,7 кг/м и бром – до 13,6 кг/м, и соискателем задокументированы фонтанирующие скважины с дебитом до 5-7 тыс. м/сут, выносящие на поверхность до 10 т хлористого лития и до 70 т брома в сутки. Научное обоснование дискуссионных аспектов гидрогеологии глубоких горизонтов осадочного чехла платформенных областей, поиск новых эффективных технологий разведки, скважинной добычи, переработки и утилизации рассолов хлоридного кальциевого и магниево-кальциевого типа, выбор наиболее экономичного пути их промышленного использования весьма актуальны.
Дефицит брома и солей лития в России создают благоприятные предпосылки для выхода с названными продуктами как на отечественный, так и на внешний рынок. Так, в поставках брома и бромпродуктов весьма заинтересованы ОАО "Омскхимпром", ОАО "Алтайхимпром", а также японские фирмы "Tosoh" и "Mitsui". В гидроокиси лития остро нуждаются такие гиганты химической индустрии как Новосибирский завод химических концентратов и Красноярский химико-металлургический завод, химические предприятия ФРГ, Китая. Хлорид лития – это производство сверхлегких сплавов. Тепловые реакции дейтерий-тритий – будущее в производстве энергии. Литиевые добавки многие годы эффективно используются в производстве первичного алюминия за рубежом. Сегодня их готовы применять алюминиевые заводы БрАЗ, КрАЗ и ИркАЗ.
Настоящая диссертационная работа посвящена решению крупной актуальной научной проблемы: изучению закономерностей формирования и локализации месторождений глубоких высококонцентрированных промышленных бромо-литиеносных рассолов Сибирской платформы; созданию методики вскрытия и последующего освоения продуктивных интервалов в глубоких гидрогеологических скважинах, геолого-экономической оценке перспективных участков; разработке технических решений и технологии рентабельных способов добычи «жидкой руды» и переработки ее в конечные химические продукты. Проблема имеет важнейшее народно-хозяйственное значение для России и является одним из сложившихся направлений школы гидрогеологии глубоких горизонтов, созданной в г. Иркутске под руководством чл.-корр. АН СССР д.г-м.н Е.В. Пиннекера.
Цель работы: создание теоретических основ и разработка научно-прикладных аспектов поисков, разведки и геолого-экономической оценки месторождений высококонцентрированных поликомпонентных магниево-кальциевых рассолов, наиболее богатого в России по промысловым параметрам гидроминерального сырья, научное обоснование способов их добычи, комплексной переработки, и последующей утилизации отходов производства с учетом требований охраны окружающей среды.
В конкретные задачи исследований входило:
Изучить и охарактеризовать гидрогеологические условия и геодинамические обстановки формирования залежей предельно насыщенных рассолов Сибирской платформы, структурно-тектонические критерии локализации зон достаточно проницаемых коллекторов.
Изучить закономерности формирования и распределения в геологическом разрезе гидродинамически активных зон аномально-высоких пластовых давлений (АВПД); взаимосвязь аномальных (по дебиту) притоков предельно насыщенных кальциевых рассолов (ПНР) и барических обстановок (АВПД). Выявить возможную генетическую взаимосвязь аномально-высоких концентраций растворенных солей (аномальная минерализация – АМ) и аномальных фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС).
Предложить и обосновать решения проблемных вопросов методологии гидрогеологического изучения залежей ПНР, т.е. поисково-разведочного цикла, технологий скважинной добычи и переработки богатейшего гидроминерального сырья Сибири.
Одновременно с комплексом специальных гидрогеологических исследований продуктивных коллекторов в глубоких скважинах обосновать принципы новых технологий переработки предельно насыщенных магниево-кальциевых рассолов.
На основе длительных опытно-фильтрационных работ (ОФР) сформулировать версию аппроксимации фильтрационной среды, обосновать расчетные гидрогеологические параметры и принципы схематизации граничных условий, обеспечивающие промышленный статус глубоких сверхкрепких рассолов как важнейшего типа гидроминерального сырья.
Исследовать геохимические характеристики глубоких кальциевых и кальциево-магниевых ПНР, факторы и условия, благоприятствующие процессу концентрирования в рассолах элементов, которые находятся во вмещающих породах в рассеянном состоянии, близком по значениям к кларковым. Дать характеристику промышленно-ценных компонентов в весьма крепких и предельно насыщенных рассолах.
Основные научные положения, защищаемые автором:
1. В зонах развития сложных трещинно-кавернозных, трещинно-жильно-пластовых коллекторов галогенно-карбонатных гидрогеологических формациях платформ формируются два типа фильтрационно-емкостной среды - нормальный (НК) и аномальный коллекторы (АК) - и аномально-высокое пластовое давление. Явление АК и АВПД в межсолевых карбонатных пластах зафиксировано в регионах развития складчато-надвиговых деформаций осадочного чехла и обусловлено: для АК зонами активной субгоризонтальной трещиноватости (межпластовых срывов) и глубинным карстом; для современных зон АВПД – передачей на флюидную систему определенной доли геостатического давления аллохтонных пластин и толщи вышележащих пород в пределах мульд проседания. Аппроксимация фильтрационной среды реализуется последовательно по принципу «вложения сред» или «двойной пористости».
2. Закономерности накопления промышленно ценных элементов в исследуемой хлоридной кальциевой и магниево-кальциевой геохимической системе, явление ускоренного концентрирования редких и редкоземельных элементов (РЗЭ). Промышленные рассолы глубоких горизонтов – устойчивый гидрогенно-минеральный комплекс со свойствами сильного электролита, с уникально-высокими концентрациями растворенных солей до 620 кг/м и извлекаемых промышленных элементов. Парагенетические ассоциации иттрия, циркония, тантала, ниобия, РЗЭ с ранее изученными калием, рубидием, цезием, литием, бромом, магнием позволяют прогнозировать запасы полезных компонентов в глубоких промышленных рассолах.
3. Базовыми принципами технологии безопасной проходки и освоения глубоких гидрогеологических скважин, вскрывающих рассолонасыщенные залежи с аномальными (АК-АВПД) параметрами, являются:
– опережающее формирование зоны поглощения под закачку флюида, поступающего «на перелив» на любой стадии буровых работ;
– вскрытие, углубление и освоение зоны АК-АВПД на «управляемом переливе» с одновременной утилизацией поступающих из скважин рассолов в полигоны захоронения.
4. Термодинамические параметры фазовых переходов в лифтовых трубах гидрогеологической скважины, работающей концентрированным промышленным рассолом, определяются функциями природно-технической системы (ПТС) – пластовым (забойным) давлением, температурой, минерализацией, а также газонасыщенностью и давлением насыщения рассола водорастворенным газом. В процессе строительства гидрогеологической скважины и эксплуатации ПТС условие гарантированного сохранения однофазности потока флюида обеспечивается стационарными температурными параметрами эксплуатационной колонны. Барические условия подбираются экспериментально.
5. Поликомпонентные концентрированные кальциевые и магниево-кальциевые рассолы являются самостоятельным высокорентабельным типом глубоких промышленных вод. Основные критерии выделения типа – результаты оценки ресурсов и извлекаемых запасов рассолов, геолого-экономической оценки перспективных участков, технологические решения по скважинной добыче и комплексной переработке, реально установленные коэффициенты сквозного извлечения полезных компонентов – брома, лития, магния, их соединений. Комплексная технология переработки рассолов в рамках промышленного химического производства является гибкой, существенно снижает себестоимость конечных продуктов и глобально улучшает экологию потребляющих металлургических производств.
Научная новизна работы:
В диссертации с новых позиций на обширном фактическом материале выполнено теоретическое обобщение данных по промышленным рассолам юга Сибирской платформы.
-
В области гидрогеологии предельно насыщенных рассолов. Установлены закономерности формирования и локализации зон улучшенных коллекторов в галогенно-карбонатной гидрогеологической формации Сибирской платформы, которые ассоциируют с «трещинно-пластово-жильным» типом гидрогеологической структуры. На основе анализа обширного геолого-геофизического материала выявлены критерии структурного, геодинамического, гидрогеологического контроля распределения аномального коллектора с АВПД в плане и геологическом разрезе осадочного чехла платформенных областей. С новых позиций сформулированы физико-геологическая, структурно-гидрогеологическая и фильтрационная модели залежи промышленных рассолов. Фильтрационная модель с «двойной пористостью» и аномальный коллектор (АК) впервые увязаны с геодинамической концепцией формирования линейной соляной складчатости – шарьяжно-надвиговой тектоникой, и ее структурных элементов – тектонического сместителя зон межпластовых срывов и наложенных карстовых локальных структур – мульд проседания.
Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден комплекс площадных геофизических методов поиска, интерпретации рассолонасыщенного коллектора, участков с аномальными барическими характеристиками. Впервые установлена геолого-генетическая взаимосвязь трех основных факторов, характеризующих залежь промышленных рассолов: трещинно-пластово-жильного коллектора, его барических характеристик и степени насыщения предельного по концентрации природного раствора солей.
Опираясь на современные воззрения в смежных геологических дисциплинах – геотектонике, геодинамике, тектонофизике и новые гипотезы формирования южной окраины Сибирского кратона, соискателем сформулирована геодинамическая модель формирования флюидной системы с АК-АВПД-параметрами в галогенно-карбонатных толщах осадочного чехла платформ, основанная на шарьяжно-надвиговой теории (Камалетдинов, Казанцев, Казанцева, 1987; Шерман, Семинский, Борняков, 1994; Сизых, 2000; Сметанин, 2000). Уточнены границы гидрогеологической области активизированного коллектора с рассольным насыщением. Основной объем глубоких скважин с АК-АВПД- параметрами, располагается в полосе (ширина полосы достигает 300 - 400 км) вдоль всей краевой части платформы, сопоставимой с зоной отраженной складчатости, форланд-границы современного аллохтона, где идет обновление процесса шарьяжной активности.
Результаты исследований соискателя подтверждают гипотезу о геологической роли концентрированных рассолов в геодинамических, флюидодинамических процессах в земной коре, в частности – в процессе надвигообразования в осадочном чехле Сибирской платформы. Во-первых – роль «жидкости гидроразрыва – флюидоразрыва» в плоскости развития максимальных напряжений, объединяющего локальную трещиноватость в единый магистральный разрыв – сместитель зоны межпластового срыва при значениях пластового и порового давлений, превышающих давление гидроразрыва компетентных слоев осадочных горных пород. Во-вторых – роль «смазки» в основании аллохтонных пластин, которая снижает трение поверхностей срыва и обеспечивает эффект «всплытия» аллохтона в процессе надвигания геологических блоков.
-
В области гидрогеохимии. Выявлены новые закономерности в формировании химического состава концентрированных поликомпонентных металлоносных рассолов. Наряду с известными макро- и микроэлементами в магниево-кальциевых рассолах глубоких горизонтов химическими анализами обнаружены неизвестные и малоизученные редкие и редкоземельные элементы – иттрий, тантал, ниобий, европий, церий, иттербий, торий, цирконий, молибден, вольфрам, концентрация которых в 104-105 раз превышает их кларковые содержания в морской воде. Установлено, что вновь обнаруженные редкие элементы и РЗЭ обладают свойством избирательного концентрирования в рассолах с повышением уровня минерализации, а выявленные концентрации РЗЭ имеют один порядок с промышленными кондициями на твердые виды редкоземельного сырья. Автор рассматривает глубокие рассолы как новый самостоятельный геохимический (минерагенический) тип месторождений РЗЭ Сибирской платформы. Исследована неравновесная система рассол – соли; изучены минералы, выпадающие из предельно насыщенного рассола, и термобарические параметры фазовых переходов. Результаты исследований положены в основу технических решений по скважинной добыче промышленных рассолов.
-
В области технологии глубокого гидрогеологического бурения. Сформулированы основные положения технологии бурения гидрогеологических скважин на глубокие промышленные рассолы, залежи которых характеризуются АК-АВПД-АМ параметрами. На основе экспериментальных исследований на Знаменском месторождении (Ангаро-Ленский артезианский бассейн) разработан на уровне изобретений и реализован на практике комплекс специальных технических и технологических решений для безопасного углубления высокодебитных интервалов с АК-АВПД-АМ параметрами, цикла гидродинамических исследований любой длительности и последующей эксплуатацию «природно-технической системы» в оптимальном режиме. Теоретически обоснована и внедрена конструкция глубокой гидрогеологической скважины, объединяющая в едином техническом решении геологоразведочную и захороняющую функции. Технология позволяет произвести управляемое вскрытие и проходку одного или нескольких «рапогазонасыщенных» высокодебитных АК-АВПД-интервалов разреза «на управляемом переливе» с одновременным захоронением получаемых на поверхность объемов флюида.
-
В области технологии скважиной добычи рассолов; эксплуатации природно-технической системы «пласт – скважина». Разработанные автором способы и конструктивные решения по эксплуатации природно-технической системы приоритетны, защищены заявками на изобретения, патентами и объединяют в единый научно-производственный технологический цикл следующие аспекты:
Теоретически обоснована стационарность теплового режима работы скважины на перелив как главное условие борьбы с явлением выпадения, кристаллизации солей в трубах в процессе геологоразведочного цикла через параллельную закачку теплоносителя – рассола с «пластовой» температурой в заколонное пространство и зону захоронения по проточной схеме. Для длительных циклов (добыча и переработка рассолов) предложена конструкция с замкнутым циклом теплоносителя. Захоронение значительных объемов переработанного гидроминерального сырья и промышленных стоков выполнено в единой конструкции с добывающей скважиной, без дополнительного бурения закачивающей (скважины).
Теоретически обоснована возможность прямой работы высокодебитного пласта с АВПД в аварийной ситуации (кАn~ 2,65) через устьевую обвязку в поглощающий пласт, причем закачка-захоронение идет за счет собственной энергии (давления) продуктивного пласта. Возможность прямой работы продуктивного пласта с АВПД за счет создаваемой репрессии в поглощающий пласт крайне важна в аварийной ситуации, при отказе насосов.
5. В области переработки рассолов на химические продукты. Разработанные с участием автора способы и технические решения по технологии переработки предельно насыщенных хлоридных магниево-кальциевых рассолов приоритетны и объединяют в единый научно-производственный технологический цикл следующие аспекты:
Научно обоснованы процессы переработки предельно насыщенных рассолов хлоридного магниево-кальциевого и кальциевого типа, выполнены патентный поиск, их лабораторное, пилотное опробование. Исследованы два основных этапа переработки промышленных рассолов: 1) первичной переработки с получением первичных продуктов, например элементарного брома, бромида лития, оксида магния и 2) вторичной с получением сложных соединений декабромдифенилоксида, тетрабромдифенилолпропана, дибромэтана.
Предложен и опробован пионерный способ получения бромида лития с использованием промежуточных стадий и полупродуктов технологического цикла. Разработаны новые переделы в известных технологических цепочках, принципиально улучшающие технологичность традиционных способов, например: использование промышленного типа ионообменной смолы КУ-2 в способе паровой отгонки; использование способа электролиза рассола для получения свободного хлора непосредственно в технологическом цикле паровой отгонки, что позволяет полностью отказаться от хлорного хозяйства и перевозок газообразного хлора. Эффективность технологической схемы дополняется здесь эффектом повышения безопасности промышленного производства брома. Предложен новый реагент дибромантин (ДБА), заменяющий цианиды в кучном выщелачивании рудного золота. Применение ДБА эффективно технологически и экологически. Новая технология получения гидроокиси магния из рассолов позволяет удвоить выход конечного продукта.
Научно обоснована и экспериментально подтверждена высокая эффективность новых растворов для бурения глубоких скважин на основе хлоридной магниево-кальциевой системы ПНР. Внедрены в практику глубокого бурения, и запатентованы составы и способы получения буровых растворов, установки для их промышленного производства, а также полимеры, устойчивые в среде двухвалентных катионов – кальция и магния.
6. В области методологии оценки запасов глубоких рассолов по промышленным категориям, геолого-экономичекой оценки перспективных участков в качестве самостоятельного гидроминерального сырья: обоснована гидрогеологическая модель зонально-неоднородного пласта, количественно охарактеризован аномально-проводящий жильно-пластовый коллектор на перспективных участках галогенно-карбонатной формации. Оценка запасов рассолов по промышленным категориям выполнена с учетом результатов площадной геофизики и длительных ОФР. Впервые для сибирских рассолов геолого-экономическая оценка вариантов освоения и глубокой переработки гидроминерального сырья с обоснованием временных кондиций выполнена применительно к разработанным и апробированным технологиям извлечения полезных компонентов с повариантной оценкой структуры себестоимости конечных химических продуктов.
Личный вклад автора. Приведенные в диссертации полевые материалы, результаты теоретических и прикладных исследований получены автором, либо при его непосредственном участии и руководстве. Ему принадлежат формулировка целей и задач исследования, определение путей их решения, обобщение результатов и концепция развития научных, экспериментальных и геологоразведочных работ. В основу диссертации положены работы по опробованию, изучению и оценке продуктивных углеводородных и гидроминеральных объектов Сибирской платформы, глубоких скважин с АК-АВПД объектами, выполненные автором лично и в соавторстве в 1983-2008 годах в составе опытно-методической гидрогеологической партии, под руководством автора в секторе гидроминерального сырья ВСНИИГГиМС МинГео СССР, в научно-производственных фирмах «Брайнсиб» на Знаменском и «Сибирский Салар» на Ковыктинском месторождениях юга Сибирской платформы в процессе реализации государственных целевых программ «Рациональное, комплексное использование минерально-сырьевых ресурсов в народном хозяйстве на 1987-1990 и на период до 2000 г», «Гидроминеральное сырье России» на 1992-1995 гг., ФЦП «Интеграция» (проект Л-0047); комплексных инвестиционных проектов освоения промышленных рассолов; в составе ОАО «ИркутскГазПром», ООО «Иркутской Буровой Компании», в ООО «НафтаБурСервис». В 1983-2008 г.г. при непосредственном участии автора испытано около 50 объектов с притоками промышленных рассолов, причем некоторые из них – Знаменские 3, 3А; Карахунская 2; Рудовская 176; Ковыктинские 3,18,53,60,61,64; Верхоленская 100; Алтыбские 244, 250 – уникальны по гидродинамическим показателям. На промплощадке Знаменского месторождения промышленных рассолов автору по сути удалось организовать научно-производственный полигон и объединить усилия научных школ, проектных групп и производственных предприятий по бурению глубоких скважин, изготовлению опытного технологического оборудования с целью опробования и внедрения научных, технических и технологических решений. Специальные геологоразведочные (глубокое гидрогеологическое бурение, площадные геофизические исследования, длительные ОФР продуктивного и захороняющего объектов), и технологические исследования по переработке предельно насыщенных металлоносных рассолов выполнены впервые. Целенаправленно изучен крайне сложный объект гидрогеологических исследований – природно-техническая система скважина – АК-АВПД-залежь, магниево-кальциевые рассолы с минерализацией 624 кг/м, с дебитом перелива до 7000 м/сут, коэффициент аномальности пластового давления кАn~ 2,65 и давление на устье скважины 18,7 МПа.
Практическая значимость исследований заключается в повышении эффективности геологоразведочных работ (ГРР) на глубокие промышленные рассолы, геолого-экономической оценки и освоения месторождений поликомпонентного металлоносного гидроминерального сырья Сибирской платформы по следующим направлениям.
Обоснован и внедрен в производство оптимальный комплекс гидрогеологических, геолого-геофизических и технологических исследований при поисках, разведке и геолого-экономической оценке месторождений предельно насыщенных кальциевых рассолов. Эффективность комплекса, внедренного в практику, иллюстрируется установлением новых, неизвестных ранее закономерностей пространственного размещения и открытием с его помощью новых залежей, участков и месторождений промышленных рассолов, конкретными рекомендациями по направлениям ГРР на гидроминеральное сырье.
Автором открыто и разведано типичное для гидрогеологических условий юга Сибирской платформы Знаменское месторождение промышленных магниево-кальциевых рассолов, с его участием выполнен значительный комплекс полевых и научных гидрогеологических исследований залежей ПНР на Верхнечонском и Ковыктинском углеводородных месторождениях, сопредельных площадях.
Анализ результатов испытания продуктивных интервалов позволил обосновать гидрогеологическую модель зонально-неоднородного пласта и получить количественные характеристики аномально-проводящего коллектора в галогенно-карбонатной формации. Таким образом, впервые установлено, что залежи и химический состав ПНР формируются в совершенно определенных гидрогеологических и флюидодинамических обстановках.
Разработаны, запатентованы и внедрены в производство 1) комплекс технических решений, 2) технология производства работ и 3) комплекс инженерно-экологических мероприятий по безаварийному ведению ГГР на высокодебитных АК-АВПД объектах, 4) пионерные конструкции гидрогеологических скважин, 5) методология вскрытия продуктивной зоны и захоронения рассолов, 6) методы вторичного воздействия на пласт.
Впервые решены ключевые проблемные вопросы борьбы с выпадением солей в трубах при транспортировке рассола от призабойной зоны к устью; управления процессами в природно-технической системе – разбавления, совместимости при захоронении стоков; реализована пионерная схема захоронения в межколонное пространство скважины.
Осуществлено безаварийное вскрытие продуктивной зоны с АК-АВПД- параметрами (кАn~ 2,65) глубокой гидрогеологической скважиной. Впервые в практике гидрогеологии глубоких горизонтов Сибирской платформы выполнены длительные многолетние совмещенные гидродинамические исследования продуктивного и поглощающего пластов (отбор на перелив около 20000 м3 рассола) и длительная – более года запись – конечной кривой восстановления давления (КВД).
Одновременно с комплексом гидрогеологических исследований организованы и реализованы значительные объемы технологических исследований; найдены новые, во многом приоритетные решения по переработке ПНР, не имеющих аналогов в мировой практике либо серьезно улучшающие известные переделы (например, извлечение бромида лития). Адаптированы, доработаны такие известные технологии, как паровая отгонка брома или осадительная технология гидроокиси магния. В частности, использование ионитной технологии в 10 раз снижает потребность в остром паре, отпадает необходимость приобретения спецконтейнеров для перевозок брома марки «А», решена проблема перевозки брома в связанном виде в ионообменной смоле, удвоен обьем получаемой окиси магния.
Выполнена региональная оценка прогнозных эксплуатационных запасов промышленных рассолов и ценных компонентов для южных и центральных районов Сибирской платформы, которая отражена на специальных гидрогеологических картах.
Первое месторождение поликомпонентных (бромо-магниево-литиевых) промышленных рассолов в Восточной Сибири, в России представлено к защите. Извлекаемые запасы рассолов и полезных (извлекаемых) компонентов месторождения поставлены на государственный баланс. Конкретные результаты и объемы работ по внедрению представлены в текстовых приложениях.
Научно-технические и технологические решения, разработки, технологические схемы добычи сырья и его переработки на конечные химические продукты – бром, литий, их соединения, оксид магния, добавки в электролит для выплавки первичного алюминия и составы буровых растворов, защищены патентами и рядом авторских свидетельств на изобретения, внедрены в практику геологоразведочных работ. Ряд научных разработок вошли составными частями в проектную документацию по объектам недропользования: рабочие проекты ГРР и технологические регламенты для проектирования строительства, рабочие проекты строительства опытно- промышленных установок (ОПУ). Результаты работ являются научно-прикладной основой для практического промышленного освоения нового гидроминерального сырьевого источника – глубоких концентрированных металлоносных хлоридных кальциево-магниевых рассолов.
Апробация работы. Основные разделы диссертационной работы прошли апробацию в процессе защиты результатов исследований на Ученом Совете ВСНИИГГиМС, в головном институте ВСЕГИНГЕО, в отделе геоэкологии и гидрогеологии МинГео СССР, на секции НТС «ВСНГГ» и ГГП «Иркутскгеология», в процессе экспертизы – в подкомиссии экспертной комиссии Госплана СССР, в АО «Атомредмедзолото», в МПР России, в МинАтоме. Основные выводы и результаты исследований докладывались автором на следующих конференциях, совещаниях: региональных XIX, XII и XIV - по геологии и геофизике Восточной Сибири (Иркутск, 1984, 1986, 1990); геофак ИГУ (Иркутск, 1988); «Геология и полезные ископаемые…», «Геология и прогнозирование…» (Иркутск, 1989); по проблемам Верхнеленского ТПК (Усть-Кут, 1989); «Гидроминеральные ресурсы Восточной Сибири» (Иркутск, 1998); Всероссийских и Международных: «Вопросы гидрогеологии…» (Пермь, 1983); «Горнодобывающие комплексы Сибири…» (Улан-Уде, 1990); «По испытанию скважин…» (Карши, 1991); «Алюминий Сибири – 97» (Красноярск, 1997); на НТС № 7 Минатома России «Сырьевая база и горно-технологические вопросы» (Москва, 1998); «MINITEK-99» Москва,1999; XVIII «Геология и геодинамика Евразии» (Иркутск, 1999); «Сергеевские чтения» (Москва, 2000); «Экология ландшафта» (Иркутск, 2000); “Проблемы разведки, добычи и обогащения руд…”(Екатеринбург, 2000); «Исследования эколого-географических проблем…» (Нижневартовск, 2000); V “Новые идеи в науках о Земле” (Москва, 2001); «Легкие металлы на рубеже веков» (Санкт-Петербург, 2002); «Современная геодинамика и сейсмичность Центральной Азии», «Проявления активного тектогенеза на пассивных окраинах литосферных плит» (Иркутск 2005); XVI, XVIII “Подземные воды Востока России (Иркутск, 2000, 2006); на VII и VIII «ГЕОМОДЕЛЬ» (Геленджик, 2004, 2006).
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 85 работ, в том числе главы и разделы в 6 коллективных монографиях, 17 авторских свидетельств, патентов и заявок, в том числе 14 работ в ведущих рецензируемых журналах перечня ВАК 2001-2005 гг.; 7 работ из перечня ВАК с 2006 г.
Объем и структура работы. Работа состоит из 2 томов: 1 том – текст диссертации из введения, шести глав и заключения объемом 438 страниц, включая 108 рисунков и список литературы из 306 наименований. 2 том – текстовые и графические приложения.
Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту доктору геол.-мин.наук профессору Б.И. Писарскому за оказанную помощь, содержательную критику и внимание. Автор считает своим долгом выразить признательность ученым и специалистам, коллегам по работе, общение с которыми оказало значительное влияние на формирование изложенных в работе представлений, за активное обсуждение гидрогеологических и смежных проблем, помощь в практической реализации технических и технологических решений: Артеменко А.С., Коцупало Н.П., Рябцеву А.Д, Жилину А.Г., Володченко Л.Ф., Богданову В.С., Брагиной А.А., Головину А.П., Валлу А.Н., Хохлову Г.А., Кравчуку Э.А., Фокину Е.К., Низамову Г.С., Башлыковой Т.В., Тарасову К.И., Данилову В.А., Перову С.С., Сизых В.И., Оскорбину П.А., Черенцову Г.П., Адмакину Ф.А., Рябец С.И., Рожкову В.В., Тибилову А.С., Поспееву А.В., Баранову А.Н., Носову В.В., Агафонову Ю.А., Храмкову В.Г.
Автор чтит память чл.-корр. АН СССР профессора Е.В. Пиннекера, профессора В.Н. Воробьева, профессора С.С. Бондаренко, оказывавших исследованиям необходимое внимание и поддержку.
Гидрогеологическая стратификация разреза
Верхнеленская впадина, (Сибирская платформа) анализу геологического строения которой посвящены работы М.А. Дубровина, относится к числу выделенных Н.С. Зайцевым [76] работ в составе Ангаро-Ленского прогиба. Наиболее четко она прослеживается по распределению палеомощностей слагающих ее осадков в качестве древней депрессии, сформированной в нижнепалеозойский этап развития южной окраины Сибирской платформы. В последующие этапы структура впадины была существенно деформирована, нарушены ее первичные очертания. В современном плане впадина расположена в восточной части внутреннего поля Иркутского амфитеатра. На юго-востоке она примыкает к Байкальской горной области, а на северо-западе ее граница очерчивается долинами рек Ангары и Тубы, низовьями р. Непы и верховьями р. Пеле-дуй.
На указанной территории соленосная формация прослеживается почти повсеместно, за исключением узкой предгорной полосы, где галогенные образования замещены карбонатными осадками. Площадь, занимаемая соленосной формацией, не менее 200 тыс. км". Суммарная мощность пластов каменной соли местами достигает 900 м. В исследуемом регионе отчетливо проявилась тектоническая дифференциация нижнепалеозойского осадочного чехла Сибирской платформы. Подсолевая толща характеризуется исключительно пологими изгибами, в целом конформными поверхностям кристаллического фундамента; для соленосных отложений типична многоплановая неоднородность деформации (дисгармоничность), для надсоленосных слоев - параллельная складчатость.
С другой стороны, в подсолевом, соленосном и надсолевом комплексах пород сформированы разнообразные по форме и размерам, определенным образом расположенные структурные элементы. В соответствии с различным характером деформации перечисленных комплексов пород разработаны положения о вертикальной и латеральной зональности дислокаций в соленосном чехле, дифференцированных на три структурных подэтажа. Их обособление объясняется специфической реакцией анизотропных по физико-механическим свойствам пород на тектонические напряжения.
Известно, что тектонические движения предопределяют эволюцию любых геологических процессов в осадочных толщах. Исследованиями М.С. Дубровина (1974; 1979) подтверждена роль структурного фактора и особенно соляной тектоники в формировании фильтрационно-емкостных свойств галогенно-карбонатных огложений. На основе сопоставления нефтегазо-проявлений с особенностями развития структурного плана карбонатных пластов-коллекторов установлено, что карбонатные верхнеусольские, бельские и ангарские пласты наиболее продуктивны в области брахиформной складчатости.
Своеобразное положение в разрезе соленосной формации и в структуре Верхнеленской впадины занимает регионально-флюидоносный осинский горизонт карбонатных пород в нижней части усольской свиты. Эффективная нефтегазовая и рассольная продуктивность осинского горизонта тесно связана с интенсивностью развития в нем вторичной трещиноватости тектонического происхождения [Комарова, 1974; Пиннекер, 1966]. Сопоставление известных нефтега-зопроявлений осинского горизонта с его структурным положением указывает на то, что основное внимание при поиске зон коллекторов здесь следует уделять зонам глыбовых движений фундамента, подобных Приангарской, а также участкам линейных зон скалывания в подсолевом комплексе пород или флексурообразного залегания булайско-бельских карбонатных пластов, максимально приближенных при деформации к осинскому горизонту аналогично тому, как это наблюдается местами в линейных соляных ядрах марковского и киренского типа.
По тектоническим показателям высокой прогнозной оценки-заслуживает биссекторная зона Иркутского амфитеатра, в которой обнаружены признаки глыбовых движений фундамента и наличие региональной зоны разлома Приангарского сдвига. В таких зонах, как правило, повышается проницаемость отложений. М.А. Дубровин [1979] ссылается на Иркутское, Парфе новское, Осинское, Бильчирское, Атовское, Биркинское и Братское нефтегазовые проявления. Руководствуясь специфичностью тектонического развития описанной биссекторной зоны, он считает возможным выделить ее в качестве объекта, в котором карбонатные отложения могут быть существенно нефтегазофлюидоносными как на любом уровне соленосного и подсолевого комплекса пород, так и на любом участке.
Степень сокращения горизонтальных размеров продольно-сжимаемой слоистой среды, а также ее дислоцированность в целом лимитировались прочностными свойствами кристаллических пород фундамента: сланцев, гнейсов, гранитов и др. Что же касается неравномерной дис-лоцированности осадочного чехла, которая определялась распределением механических напряжений и особым механическим поведением каменной соли при деформации, то здесь имело значение положение в разрезе того или иного слоя относительно упругого фундамента, с приближением к которому интенсивность зарождения и распространения складок в слоистой толще снижается.
Соленосный чехол и его кристаллический субстрат на начальных этапах складчато-глыбовых движений были деформированы в едином поле напряжений, преимущественно под действием нормальных сжимающих составляющих. Деформирующее влияние продольного сжатия было повсеместным, неравномерным и многоактным [Дубровин, 1979]. На неравномерную дислоцированность пород осадочного чехла существенно повлияла его гетерогенность, что особенно заметно на примере соленосных отложений; галогенные и карбонатные разности пород которых, многократно и неравномерно чередующиеся в разрезе, отличаются наиболее контрастными пределами упругости. Кроме того, галогенные образования обладают исключительно высокой текучестью. Очевидно, что при горизонтальных напряжениях в процессе сжатия, разрядка напряжения могла идти по линии складкообразования либо надвигообразования. Однако, длительная геологическая история и ее отдельные этапы не могли не отразиться на дальнейшей эволюции описанных структур осадочного чехла.
Целесообразно, на наш взгляд, выделить базовые этапы формирования геологических структур. Первый этап связан с наполнением морских осадков, седиментацией. Для него характерна определенная цикличность, ритмичность, детально рассмотренные в работах М.А. Жаркова, СМ. Замараева, Я.Г. Машовича, Ю.Г. Гилева, В.Н. Воробьева, С.Л. Арутюнова. Характерно, что по распределению палеомощностей, слагающих Верхнеленскую впадину осадков, эта структура рассматривается в качестве древней депрессии, сформированной в нижнепалеозойский этап развития южной окраины Сибирской платформы. В последующие этапы структура впадины была существенно деформирована, нарушены ее первичные очертания, причем особенно важно, с точки зрения автора, что на начальных этапах деформирующие направления бьши сжимающие (складчатость, надвигообразование), а на последующих и заключительных (неотектонический этап) - растягивающие (зоны разуплотнения, воздымания, блоковость с активизацией эрозионных процессов) [Адамов и др., 1970; Анциферов, I960; Базанов, 1972; Кара-сев И.П., Карасев О.И., I960; Кононов, 1959; Мазур, 1969].
Наиболее важные моменты: унаследованность тектонических движений, периодичность тектонической активизации, послеверхоленское воздымание территории, длительное воздействие эрозионных процессов и соподчиненность основным структурным элементам. Следовательно, блоковые структуры характеризуются практически неизменной фильтрационной средой (пористость), а пограничные структуры различного рода подвергались многоактному воздействию различных процессов и разного рода напряжений.
Промысловая характеристика объектов с притоками рассолов в скважинах глубокого бурения
По аналогии с терригенной формацией автор на первом этапе исследований обратился к моделям резервуаров, разработанным геологами-нефтяниками [Ильин, 1981]. Модельные представления о закономерностях изменения фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) разработаны для карбонатного коллектора преимущественно порового типа [Комарова, 1974; Комарова, Ильин, Шашин, 1981].
Необходимо подчеркнуть, что до недавнего времени исследователи - гидрогеологи считали изученность галогенно-карбонатной части разреза явно недостаточной для обоснованного подсчета запасов. По Трофимуку П.И., 1969г. «карбонатный коллектор невыдержан по простиранию, закономерностей в изменчивости ФЕС не установлено, поэтому оценка прогнозных ресурсов и эксплуатационных запасов рассолов по галогенно-карбонатному комплексу преждевременна». Аналогичен вывод А.Н. Золотова (1969): «резкое изменение трещиноватости карбонатных пород на незначительном расстоянии, выявленное в пределах Шелонинской, Тырет-ской, Марковской площадей, не позволяет сделать конкретную оценку продуктивности этих отложений». Оценка прогнозных запасов промышленных рассолов [П.И. Трофимук, Е.К. Фокин, Л.Н. Гомонова, 1973, З.А. Другова и др., 1985] выполнена по стандартной расчетной схеме (неограниченный пласт) как для терригенных, так и для карбонатных коллекторов. Между тем условия распределения и локализации промышленных рассолов, гидровлические механизмы резервуаров в терригенной и галогенно-карбонатной формациях принципиально различны.
В работе коллектива авторов [А.А. Дзюба, В.Н.Борисов, Е.В.Пиннекер, 1984] впервые предложена типизация месторождений глубоких рассолов Сибирской платформы по условиям залегания. Выделено три типа: тонкий неограниченный пласт, толстый пласт, трещинно-жильная зона. Однако каких-либо количественных показателей, расчетных моделей и увязки с конкретным типом коллектора и известными месторождениями-аналогами не проведено.
Таким образом, модельные представления о граничных условиях карбонатных рассоловмещающих резервуаров, закономерностях изменения, условиях формирования высокоемких проводящих коллекторов во многом дискуссионны и сегодня до конца не разработаны. Для продуктивных горизонтов галогенно-карбонатного рассолоносного комплекса наиболее приме-шшы модели, разработанные (ВСНИИГГиМС) для-Ангаро-Ленской ступени [Рекомендации, 1977; Ильин, 1981; Комарова, Ильин, Шашин, 1981]. Эти модели выполнены в виде атласов структурных и литофациальных карт по продуктивным карбонатным горизонтам и отражают распределение коллекторов и граничные условия для коллектора преимущественно порового типа. Трещинный же коллектор практически не изучался, возможно, вследствие низкого выхода керна. Если посмотреть на предмет под углом палеогидрогеологических реконструкций, то именно с карбонатными горизонтами связаны основные объемы разгрузки рассолов на всех инфильтрационных и элизионных этапах развития Сибирской платформы, что доказано работами А. А. Дзюбы (1982, 1984). Основным процессом во время этих этапов был процесс растворения галита и сульфатных пород в карбонатной толще с последующим выносом растворенного вещества. При этом шло активное формирование вторичного коллектора в процессе выщелачивания [Вологодский, 1961, Ильин, Комарова, Юркевич. 1972] и карстования, а также формирование наложенных структурных форм, связанных с процессом глубинного соляного карста [Анциферов, 1979; Дзюба и др., 1982; Кононов, 1960; Вахромеев, 1986, 2000]. Значительные территории были затронуты этими процессами, что обусловило формирование вторичных изменений на значительной площади распространения карбонатных горизонтов с преимущественным развитием в зонах повышенной трещиноватости.
Логичны следующие предположения: а) зоны трещиноватости могут служить индикаторами по отношению к зонам распространения вторичных улучшенных коллекторов; б) размеры последних ограничены в разрезе мощностью карбонатных прослоев, а в плане могут занимать значительные территории; в) структурные формы, образованные в результате процессов проседания, обрушения, как итог многоэтапных процессов соляного и карбонатного карста отражают размеры наложенных структур и могут отождествляться с гидрогеологическими структурами соответствующего масштаба; г) независимо от знаков тектонических движений в течении геологического времени на современном этапе эти гидрогеологические структуры с коллектором карстового генезиса должны быть: захоронены (запечатаны) сохранившимися пластами солей либо кепроковьми шляпами; отрицательными по знаку - воронки, прогибы, мульды, синклинальные брахиформные складки, сопряженные с аллохтонными антиклиналями, и занимать гипсометрически нижние зоны на границах фациального замещения (выклинивания) - в противоположность положительному знаку, т.е. приподнятому положению резервуаров или их частей, благоприятному для сохранения- углеводородных залежей; закарстованные массивы и переработанные, в процессе карста карбонаты должны иметь ослабленный скелет породы [Вахромеев; 2000]. Это значит, что через него на флюид должна передаваться часть горного давления. При этом пластовые флюиды, насыщающие эти резервуары, могут быть под давлением выше пластового, но ниже горного. Это явление характеризует прочность скелета породы и не является в данном случае признаком, по которому можно судить о размерах структуры с АВПД, т.е. о ее локальности. Гигантский по размерам в плане закарстованный карбонатный массив может быть обнаружен гидрогеологическим бурением равновероятно с локальной воронкой или ли нейной зоной трещиноватости. Косвенным, но в то же время базовым признаком захороненно-сти этих структур является степень метаморфизации вскрываемых скважинами рассолов и ураганные концентрации промышленных и редких элементов.
Очевидно, изложенная гипотеза должна подтверждаться: а) прямыми методами - бурение, исследование керна, замеры пластового давления и дебитов; б) косвенно - данными ГИС, площадной геофизики; в) гидродинамическими расчетами и расчетно-фильтрационными моделями; г) объектами - аналогами в других регионах со сходными палео-условиями, например, на Русской платформе. Актуальная задача - обнаружить захороненный закарстованный карбонатный массив на территории Верхне-Ленской впадины в зоне распространения рассолоносных горизонтов галогенно-карбонатной толщи. Желательно, чтобы этот массив имел значительные размеры и занимал как в палео- так и в современной геологической структуре отрицательную пликативную структурную форму. Тогда в интервалах продуктивных карбонатных горизонтов можно ожидать рассолонасыщенный коллектор.
Всем этим условиям отвечает территория зоны отраженной складчатости, в плане совпадающая с наиболее интенсивно проявленной соляной тектоникой Илгинской впадины, выделенной в юго-восточной части Верхнеленской впадины в 60-х годах, детально исследованная и описанная по результатам поискового колонкового бурения на калийные соли и глубоким бурением на углеводородное сырье [Адамов., Цобин, Чечель, 1970; Жарков. 1965; Жарков, Чечель, 1973; Мазур, 1964]. Впадина прослеживается на расстояние 350 км при ширине 150 км [Мазур, 1969] и относится к наиболее прогнутой части Верхнеленской впадины [Дубровин, 1974, 1979]. Далее на северо-запад зона отраженной складчатости прослежена полосой протяженностью около 1000 км [Сизых, 2000]. Подобные зоны линейной складчатости меридиального простирания, обрамляющие Сибирский кратон с востока, закартированы в Якутии [Гайдук, Прокопь-ев, 1999], в западной полосе Берямбинская, Сухотунгусская и со стороны Восточных Саян. Последняя вскрыта глубокими скважинами на Тыретской и Шелонинской площадях.
Новые данные по геохимии редких, рассеянных, редкоземельных элементов и тяжелых металлов
Таким образом, обобщение результатов работ по проблеме геофизических исследований АК-АВПД интервалов разрезов чехла вскрытых глубоких скважин на территории центральной части Ковыктинского газоконденсатного месторождения и Хандинского лицензионного участка [Вахромеев, 2006; 2008 а, б; Вахромеев, Мышевский, Хохлов, 2006] позволило впервые сформулировать следующие положения: 1. По результатам бурения и промысловых характеристик продуктивных «рапопрояв-ляющих» (или рапогазопроявляющих) интервалов разреза выделены пять уровней (горизонтов) с АК-АВПД параметрами (бильчирский, атовский, христофоровский + балыхтинский, средне- усольский, осинский), которые разделены непроницаемыми, водоупорными интервалами. 2. Определены границы распространения улучшенных рассолонасыщенных коллекторов в основных целевых уровнях АК-АВПД-систем соленосной гидрогеологической формации. Контуры аномальных зон оценены в соответствии с разрешающей способностью каждого из привлеченных геофизических методов. 3. Морфология поля рассолонасыщенных коллекторов уточнена по результатам анализа комплекса методов сейамо- и электроразведки, и заверена глубоким бурением. 4. Составлены статистические зависимости, характеризующие распределение геоэлектрических параметров галогенно-карбонатного комплекса в условиях нормальных и аномальных коллекторов. 5. Выполнена интерпретация результатов ЗСБ с использованием тонко-слоистых моделей. Данный подход впервые предложен соискателем [Агафонов, Вахромеев, 2004] и позволяет более точно корректировать привязку коллекторов по глубине при формировании апостериорной модели рассолонасыщенного коллектора с АК-АВПД в сопоставлении с данными бурения скважин. Этим обусловлена возможность проведения следующего важного этапа исследований - решение задачи локального прогноза аномальных коллекторов и АВПД. 6. По результатам интерпретации данных MOFT существенно уточнена геологическая структура;.изучен.характер пликативных и дизъюнктивных дислокаций в.разрезе соленосной толщи. На основе анализа изменчивости толщины солей; построены геолого-структурные карты для интервалов между отражающими горизонтами К2-А и Н2-НЗ, карты изопахит по различным горизонтам. 7. Впервые сформирована геологическая основа для анализа распределения физических полей в целевых уровнях галогено-карбонатной гидрогеологической формации (ангарская свита, бельско-булайский комплекс, усольская свита) и обоснованы геологические модели формирования и локализации АК-АВПД-систем. 8. Результаты гравиразведки и магниторазведки представляются менее информативными из-за несоответствия масштаба полевых съемок. В первом приближении наблюдается корреляция поля Ag с геолого-структурнон основой. Однако выделение локальных минимумов гравитационного поля позволяет увязать их с зонами АВПД, выделенными CSD-методами, и соответственно с зонами повышенной проводимости, определенными по данным ЗСБ, и вскрытыми скважинами.
Согласно проведенным исследованиям, переобработке и комплексной переинтерпретации сейсморазведочных, электроразведочных, гравимагнитных данных, вскрытые бурением рассо-лонасыщенные зоны АК-АВПД, как целевые гидрогеологические объекты, располагаются в специфических геологических и тектонических условиях. Южной и восточной границами области проявлений АВПД являются Жигаловский и Хандинский валы, западная граница обусловлена затуханием складчатости, имеющей преимущественно меридиональное направление, и выраженной в породах карбонатно-галогенного комплекса. На север область проявления АВПД, вероятно, простирается за пределы Ковыктинского месторождения. Локальные зоны АК-АВПД достаточно четко проявляются в геофизических полях. Им соответствуют аномалии проводимости ангарской свиты и бельско-булайского комплекса (соответственно San 3 См и Sbb 3.5 См), полимодальность распределения проводимости комплексов, повышенные значения коэффициента аномалийности по данным анализа резонансного затухания сейсмических волн, локальные отрицательные аномалии поля силы тяжести интенсивностью до первых мГал. Совокупность подобных факторов позволяет сделать вывод, что формирование зон АК-АВПД обусловлено соляным тектогенезом во внутреннем поле Жигаловского и Хандинского валов, как реакция на шаръяжно - надвиговую тектонику. Это приводит к формированию субпластовых и реже наклонных активных, проницаемых трещиноватых коллекторов в пределах ряда карбонатных коллекторов галогенно-карбонатного комплекса. Гидродинамическая закрытость коллекторских зон в этом случае приводит к близости давления порового флюида к литостатическому, то есть к формированию -работы методом ЗСБ на площади 10-15 км2 по сети 200x500 м; - обработку данных МОГТ по методике CSD с оценкой затухания и добротности резонансных характеристик волнового поля; - высокоточную детальную гравиметрическая съемка по сети 200x500 м.
Важно отметить, что соискателем выявлена закономерность, что на сейсморазрезах во многих случаях наблюдаются наклонные разрывные нарушения с падением на восток— юго-восток, иногда - серии нарушений, расположенные кулисообразно. На электрических разрезах мы наблюдаем наклонные, под таким же углом (30-450), проводящие границы (см. рис. 2.17). Это явление не было описано ранее в литературе и трактуется автором [Вахромеев, 2008 а, б], как пологопадающая рассолонасыщенная зона активной трещиноватости, переходящая по простиранию в зону межнластового срыва. Эту же модель отражает рис. 2.23, построенный по результатам бурения двух стволов на скв. 52 Ковыктинской.
Технология опытно- промышленной эксплуатации природно- технической системы (добычи предельно - насыщенных промышленных рассолов - глубокими скважинами)
Действительно, эти графики можно считать аргументом в пользу тезиса о едином механизме формирования активных трещиноватости и активном участии флюидов в этом процессе. Эти деформации гидроразрыва с непосредственным участием рассола в качестве агента (жидкости гидроразрыва), а также явления всплытия аллохтона и скольжения по поверхности срыва, где рассолы играют роль смазки. Последние аналогичны по механизму действия на аллохтонный блок описанному в литературе процессу гравитационного соскальзывания. Но в отличие от него, для протекания этого процесса - перемещения блока с участием АВПД, сопоставимым с горным давлением, необходимо последовательное приложение к блоку тангенциальных сил с величиной, значительно меньшей, чем горизонтальная составляющая веса пластины при гравитационном соскальзывании [Дубровин, 1979]. Совершенно ясно, что описанный автором процесс значительно облегчает реализацию как смещения основной части перемещающегося блока, так и протекание деформаций по хрупкому механизму на дистальных окончаниях основных и оперяющих разрывов, детально рассмотренному в работах научной школы СИ. Шерман - К.Ж. Семинский. Действительно, идея не нова и она детально исследована гидрогеологами, геологами [Ходьков, Валуконис, 1968; Фертль, 1980; Файф, Прайс, Томпсон, 1988; Соколов, Старостин, 1997; Тимурзиев , 2008] и развита сибирскими учеными [Мигурский, Старосельцев, 2000].
Пликативные дислокации - аллохтонные антиклинали, осложненные послойными срывами и задокументированным в глубоких скважинах сдваиванием геологического разреза на определенных участках, формируются в форланде. На первый взгляд эти дислокации - наиболее молодые структуры. Но эта версия противоречит работам А.С.Анциферова (1964, 1971), трактовавшего многоэтапный механизм формирования Жигаловского вала. Можно предположить барражирующую роль разломной зоны - взброса в фундаменте, благодаря которому в осевой части вала многократно формировался форланд как единая, геологически обусловленная граница для всех чешуи и дуплексов, различавшихся по возрасту заложения и развития в едином поле тангенциальных напряжений. Существует и детально описан в литературе [Шерман. Семи-нский, Борняков, 1994] процесс поэтапного формирования надвигов, где каждый этап для структуры одного порядка характеризуется типовыми стадиями развития процесса, его протекания и затухания. Следующая структура послойного срыва и надвига развивается в собственных габаритах, не наследуя ранее сформированный послойный срыв. ТакИхМ образом, в многоэтапном процессе формируется многоуровневая тектоническая структура, «наложенная» по этапам. Описанный механизм флюидоразрыва предполагает импульсную, пульсационную миграцию флюидов (ПНС) из уже сформированной зоны флюидоразрыва в следующую, и является гидрогеологическим механизмом миграции залежей ПНС при крайне низких параметрах межзерновой проницаемости «нормального», порового коллектора [Мигурский, Старосельцев, 2000].
Рассматривавхмая в структурной геологии как дизъюнктивная граница и (или) контролирующая структура, в тектонофизике разломная зона трактуется как объемное тело, внутреннюю структуру которого, кроме зоны тектонитов магистрального сместителя, составляют все генетически связанные с его формированием пластические и разрывные деформации, и включает в себя существенно большие по размерам объемы пород [Семинский, Гладков, Лунина и др., 2005]. Внутреннее строение разломных зон определяется существованием различных структурных парагенезисов, каждый из которых представляет собой совокупность разрывных систем, образовавшихся в одной динамической обстановке и составляющих в плане единые, чаще линейно вытянутые зоны.
Изучая закономерности пространственной неравномерности разрывообразования в континентальных разломных зонах [Семинский, Гладков, Лунина и др, 2005], авторы привлекают в качестве механизма волновой способ распространения деформации. В этой (волновой) версии сравнения разрывов независимо от скорости распространения напряжений (колебаний) синхронные колебания должна испытывать гидродинамическая система, т.е. совокупность гидгс лически связанных между собой пор, каверн, микро и макро трещин. Реакция геологичес - «-среды может быть двояка - через колебания давления в гидравлической системе или через - грузку этого давления путем формирования дополнительного объема активного (традицио; - го) емкостного пространства. Это взаимосвязанные процессы, ибо рост давления в замкну— объеме до величин 1.3-1.5 от гидростатики приведет к старту (или продолжению) процесса, г - роразрыва по напластованию и к формированию трещин расслоения. Четкую локализац - разрезе галогенной толщи АВПД слоев, по данным CSD-метода, автор считает аргумент? ,. пользу этого тезиса (рис. 2.32 А). К близким выводам приходит А.И. Тимурзиев (2008).
Волновая передача колебаний в теле чехла возможна только, если в его структуре е шарнирные слои, слои сочленения, и разделены они слабым коллектором, породой со слоистой среде колебаться с возвращением в исходное состояние, т.е. смещаясь и возвращ исходному реперу (в плане, в разрезе, в объеме геологического пространства) или занимав - дый раз новое положение в геологическом пространстве из-за смещения блоков [модель «ja са» по Старосельцеву, Мигурскому, 2000].
Таким образом, автор приходит к выводу о вероятной генетической взаимосвязи расс0 носных интервалов АК-АВПД в галогенно-карбонатной толще с надвиговыми структуг Блок геоморфоогии
Для складчато- надвиговых структур континентальной коры характерны опредедЄй геоморфологические элементы [Вахромеев И.С., 1998]. Приурочены они к фронтальным Нас надвигов и участкам синклинальных прогибов, сопряженных с аллохтонными антиклиналям Это линейные понижения земной поверхности, закономерно возникающие вследствие Од правленного действия ряда геологических факторов. Определяющее значение отводится двум: прогибание постели надвига под весом аллт тонной пластины; повышенная податливость горных пород зоны надвига экзогенной эг о вследствие их нарушенности интенсивной тектонической трещиноватостью, формирование.
