CC BY
91
УДК 556.3:553.98(571.121)
DOI: 10.18303/2618-981X-2018-1-3-9
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ЯМАЛЬСКОЙ НГО
Ксения Валерьевна Сесь
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, младший научный сотрудник лаборатории гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири, тел. (383)363-80-37, e-mail: seskv@ipgg.sbras.ru
Установлено, что в пределах нефтегазоносных отложений Ямальской НГО развиты Cl-Na, Cl-HCO3-Na, HCO3-Cl-Na воды с величиной общей минерализации от 2 до 51 г/дм3. Предварительно выделены генетические типы подземных вод: седиментогенные слабые рассолы, седиментогенные, смешанные и конденсатогенные воды. Выявлена схема взаимосвязи химических типов и генетических групп подземных вод и рассолов в пределах нефтегазоносных отложений Ямала.
Ключевые слова: подземные воды, нефтегазоносные отложения, генетические типы, генезис подземных вод, Ямал.
GENETIC TYPES OF GROUNDWATER OF YAMAL PETROLEUM REGION'S OIL-AND-GAS BEARING DEPOSITS
Ksenia V. Ses
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Prospect Аkademik Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, Junior Researcher, Laboratory of Sedimentary Basins Hydrogeol-ogy of Siberia, phone: (383)363-80-37, e-mail: seskv@ipgg.sbras.ru
It was established that total mineralization is varied from 2 to 51 g/dm within oil-and-gas bearing deposits of Yamal petroleum region. Three chemical types of waters are predominated: Cl-Na, Cl-HCO3-Na, HCO3-Cl-Na. Genetic types of groundwater had been identified in advance. There are sedimentagenous weak brines, sedimentagenous, compounded and condensation waters. The scheme of interrelation between chemical types and genetic groups of groundwater and brines is revealed within Yamal oil and gas bearing deposits.
Key words: groundwater, oil-and-gas bearing deposits, genetic type, groundwater genesis, Yamal.
На сегодняшний день одним из сложнейших фундаментальных и ключевых вопросов гидрогеологии является изучение происхождения подземных вод. В разные годы вопрос о происхождении подземных вод изучался В. И. Вернадским, А. П. Виноградовым, Э. Т. Дегенсом, Р. А. Дели, В. А. Ковдой, М. В. Кур-ловым, Г. Н. Каменским, О. К. Ланге, О. Е. Мейнцером, А. М. Овчинниковым, Е. В. Пиннекером, Ф. П. Саваренским, В. А. Сулиным, Н. И. Толстихиным, С. А. Щукаревым, Д. Е. Уйатом, А. Шоллером, С. А. Шварцевым и многими другими учеными [1-3]. На основе их исследований А. А. Карцевым, С. Б. Ва-гиным, Е. А. Басковым, В. М. Матусевичем и В. П. Шугриным разработана
классификация генетических типов подземных вод, которые встречаются в нефтегазоносных бассейнах [2, 3].
Кратко приведем ключевые термины и определения. Под генетическим типом воды понимают группу природных подземных растворов, характеризующие специфику обстановки их формирования. Выделяют седиментогенные (талассогенные), инфильтрогенные, литогенные, конденсатогенные и глубинные типы вод. Седиментогенные (талассогенные) - как растворитель, так и растворенные вещества имеют морской генезис, формируются в основном за счет вод, увлеченных осадками при седиментогенезе. Инфильтрогенные (атмоген-ные, метеорные) - обычно пресные, солоноватые воды, имеющие атмосферный генезис. Формируются за счет инфильтрационных вод и вод, проникающих в литосферу при гипергенезе. Литогенные (возрожденные, дегидратацион-ные) - связаны с возрожденным растворителем. Происходят из химически связанных молекул воды, высвобождающихся при дегидратации различных минералов осадочных пород (конституционные, кристаллизационные, цеолитные связи). Поскольку дегидратация происходит в значительной степени за счет отжатия (элизии) при уплотнении пород, их также называют элизионными. Эти воды формируются на стадии катагенеза. Конденсатогенные - маломинерализованные (иногда ультрапресные) растворы, характерные для нефтегазоносных бассейнов. Растворитель в них образуется при выделении из газового (метанового) раствора (паро-водно-газовой смеси), растворенные вещества большей частью талассогенные. Конденсатогенные водные растворы образуют локальные скопления вблизи залежей УВ. Глубинные (гипогенные, метаморфогенные, магматогенные или мантийногенные) - в нефтегазоносных бассейнах могут появляться по глубинным разломам и связаны с подкоровыми источниками. Достоверно существование этого типа не установлено [3].
В процессе диагенеза и особенно катагенеза происходят значительные изменения химического состава (сингенетичных) погребенных вод за счет их взаимодействия с вмещающими породами и рассеянным органическим веществом, и их смешение с термодегидратационными и элизионными водами. Идентифицировать их генетический облик за счет наложенных процессов представляется очень сложной задачей. Только в зонах затрудненного водообмена возможно с помощью косвенных признаков (генетических коэффициентов) попытаться выявить их первоначальный генезис.
Для идентификации генетического типа воды применяются генетические коэффициенты, которые отражают отношения различных макро- и микрокомпонентов в ее составе: ^а/гС1, С1/Вг, гКа/(гСа + гМ^), (г№ + гМ£)/гСа, гСа/гМ£ и др. [2, 3]. Главными коэффициентами, определяющими генетический облик подземных вод, являются ^а/гС1 и С1/Вг. О степени их метаморфизации удобно судить по отношению Са/С1, С1/Вг, В/Вг. Сводная информация по различным химическим типам подземных вод нефтегазоносных отложений Ямальской нефтегазоносной области (НГО) приведена в таблице.
Типовые анализы подземных вод Ямальской НТО
Площадь ю и о Интервал, м + + + ев О + ао Е О) ' СП О + О Цч С1/Вг О В/Вг Химический Ген.
от до ^ + ев £ О со О О К т щ ев £ ев О тип воды тип*
Северо-Тамбейская 31 2558 2561 3,5 1006 236 221 1525 464 0,8 1,6 2,3 1,02 941,36 0,15 1,42 СШа I
Харасавэйская 44 2496 2609 4,0 1122 140 13 715 816 1159 1,7 2,1 5,9 2,12 383,10 0,17 2,76 О-НСОз-Ыа I
Северо-Тамбейская 21 2814 2822 2,6 814 30 7 149 468 1159 0,54 6,78 2,69 866,67 0,06 12,56 НСОз-СШа I
Арктическая 10 760 803 5,5 1987 48 11 91 2837 488 3,4 13,0 6,3 1,08 218,23 0,02 0,48 СШа II
Бованенковская 81 1748 1760 5,8 1746 64 11 20 1312 2599 3,4 4,8 2,9 2,05 274,48 0,05 0,60 НСОз-СШа II
Ростовцевская 78 2646 2652 6,3 2018 42 6 76 2021 2037 19,3 21,0 6,4 1,54 96,15 0,02 0,30 О-НСОз-Ма II
Тасийская 144 2156 2159 6,6 1989 28 12 - 1489 3099 2,6 6,5 5,2 2,06 229,78 0,02 0,80 НСОз-СШа II
Новопортовская 172 1914 1920 17,9 6724 50 33 10 9397 1562 18,4 44,4 30,3 1,Ю 211,69 0,01 0,68 СШа II
Нейтинская 34 1556 1564 18,0 6087 56 27 32 6383 5429 5,9 26,1 0,8 1,47 244,93 0,01 0,03 О-НСОз-Ма II
Среднеямальская 13 1545 1550 18,8 6907 720 68 18 10283 708 8,5 42,9 6,0 1,04 239,70 0,07 0,14 СШа III
Харатская 1040 2550 2558 14,2 4725 532 35 30 7518 1342 20,6 24,0 4,0 0,97 313,25 0,07 0,17 СШа III
Малыгинская 14 2840 2848 16,7 5445 1106 12 10 9929 122 1,8 2,2 1,3 0,85 4596,76 0,11 0,59 СШа III
Малыгинская 3 3539 3548 51,1 19410 1224 141 - 29077 732 135,9 214,9 56,6 1,03 135,29 0,04 0,26 СШа IV
Малыгинская 3 3572 3585 44,9 15787 1116 106 - 26840 671 120,4 162,0 41,2 0,91 165,68 0,04 0,25 СШа IV
* Генетические типы подземных вод: I - конденсатогенные; II - смешанные; III - седиментогенные; IV - седиментогенные рассолы «Малыгинского типа».
Натрий-хлорный коэффициент - отношение эквивалентных концентраций натрия и хлора является показателем глубинности преобразования вод в недрах. Если ^а/гС1 больше 0,87, то воды либо малометаморфизованные инфильтра-ционные, либо седиментационные из опресненных внутренних водоемов. Если данный коэффициент меньше 0,87 - воды либо седиментационные морского генезиса (талассогенные), подвергшиеся метаморфизации, либо сильно мета-морфизованные инфильтрационные [3].
Хлор-бромный коэффициент - отношение весовых концентраций хлора и брома, также характеризует степень преобразования вод. При длительном взаимодействии захороненных морских вод и пород, концентрация в водах брома происходит более быстрыми темпами, чем хлора. За границу раздела взято значение 300 - близкие значения к 300 свидетельствуют о производных водах нормальной морской воды. Для метеогенных (или инфильтрогенных) либо седиментогенных вод опресненных бассейнов значение этого показателя выше 300. Для глубинных вод, метаморфизованных седиментогенных, либо слабометаморфизованных инфильтрогенных значение меньше 300 [3].
Кальций-хлорный коэффициент является показателем метаморфизации вод. Отношение Са/С1 обычно не превышает 0,20 для вод, находящихся на самой начальной стадии метаморфизации состава, а более высокие значения относятся к водам активного газоводообмена и/или наиболее метаморфизован-ным водам. Для нормальных морских вод значение Са/С1 составляет 0,02 (рисунок, г).
Бор-бромный коэффициент характеризует наличие конденсатогенных вод.
Детальный анализ гидрогеохимических материалов показал, что в разрезе нижнего гидрогеологического этажа Ямальской НГО развиты хлоридные натриевые, хлоридно-гидрокарбонатные натриевые, гидрокарбонатно-хлоридные натриевые (по С. А. Щукареву) воды с величиной общей минерализации от 2 до
3 3
51 г/дм (фон 7-9 г/дм ). Наблюдается четкая зависимость изменения состава вод с глубиной: при погружении происходит смена химического типа вод от С1-№ к С1-НСОз-Ыа и НСОз-С1-Ка.
На основе классификации генетических типов подземных вод в пределах нефтегазоносных отложений Ямальской НГО предварительно можно выделить следующие их типы: седиментогенные слабые рассолы, седиментогенные, смешанные и конденсатогенные воды.
При сравнительном анализе изученных подземных вод выделяется несколько гидрогеохимических групп (см. таблицу и рисунок). Первая представлена солоноватыми и солеными водами пестрого состава с величиной общей
-5
минерализации до 10 г/дм и величиной В/Вг коэффициента более 1,5. Эти воды повсеместно распространены в водоносных горизонтах зоны активного газоводообмена (гипергенеза) или выявлены в приконтурных зонах углеводородных залежей (конденсатогенные воды). Помимо пестрого химического состава и невысокой минерализации, конденсатогенные воды также характеризуются высокой газонасыщенностью до 2 л/л и более.
Вторая - наиболее многочисленная группа представлена подземными водами смешанного генезиса хлоридного натриевого, хлоридно-гидрокарбо-натного натриевого состава с величиной общей минерализации от 5 до 20 г/дм3 (см. таблицу). В меньшей степени распространены подземные воды третьей и четвертой групп. Соленые подземные воды и слабые рассолы хлоридного натриевого состава с величиной общей минерализации около 50 г/дм3, как показывает детальный анализ результатов гидрогеохимического опробования и па-леогидрогеологических реконструкций, относятся по генезису к седиментоген-ным водам в различной мере смешанным с литогенными (элизионными), высвобождающимися из уплотняющихся глинистых осадков сопровождая процесс их термодегидратации при минералогической перестройке. При этом, их высокая минерализация может говорить о их возможном поступлении из отложений палеозойского фундамента (межпластовые перетоки в зоне отсутствия триасовых отложений) [4].
Генетические типы подземных вод Ямальской НГО. Химические
типы подземных вод: а) С1-Ыа; б) С1-НСОз-Ка; в) НСОз-О-Ш; г) морская вода
Установлено, что с ростом степени метаморфизации подземных вод значительно меняется их состав. Так, в изучаемом регионе наиболее метаморфизо-ванные воды с повышенным содержанием кальция (отношение Са/С1 составляет до 0,06 и выше) характеризуются величиной общей минерализации
-5
14-20 г/дм (см. рисунок, г). Подземные же воды более низкой минерализации
-5
до 10 г/дм , у которых отношение Са/С1 такое же, можно идентифицировать как воды зоны активного газоводообмена, получившие широкое развитие в прибор-товых частях бассейна.
Среди всех изученных подземных вод нефтегазоносных отложений, как показал детальный анализ гидрогеохимических материалов, наиболее метамор-физованными являются слабые рассолы «Малыгинского типа», распространенные в пределах нижне-среднеюрских отложений на севере полуострова Ямал, которые характеризуются хлоридным натриевым составом и величиной общей
-5
минерализации 45-51 г/дм [4]. Анализ распределения основных генетических коэффициентов подтверждает это. Величина С1/Вг у них составляет менее 200, В/Вг колеблется около 0,1, а отношение Са/С1 не превышает 0,05 (см. рисунок, б-г). Таким образом, выстраивается четкая схема химических типов и генетических групп подземных вод и рассолов в пределах нефтегазоносных отложений Ямальской НГО. На самой начальной стадии находятся воды пестрого химического состава зоны активного газоводообмена и приконтруные воды углеводородных залежей (конденсатогенные). Затем идут подземные воды смешанного генезиса, которые, в свою очередь, сменяются седиментогенными водами. Заключительным звеном в этой цепи с максимальной степенью метаморфизации являются слабые рассолы «Малыгинского типа».
Несмотря на доминирование морских условий седиментации в юрско-меловое время, сингенетичные воды морского состава в нефтегазоносных отложениях практически не сохранились. Некоторые исследователи считают, что современные водонапорные системы юрских и меловых комплексов опреснены водами элизионного (теромодегидратационного) и конденсационного происхождения [5-7]. Это подтверждается и гидродинамическими данными (широкое проявление АВПД). Со стороны Полярного Урала также поступают инфильт-рационные воды, в том числе инфильтрация идет от структур Щучьинского выступа палеозойского фундамента [4, 6]. Таким образом, в пределах Ямальской НГО распространены в основном слабометаморфизованные седиментогенные и инфильтрогенные воды, проникшие с дневной поверхности во время регрессии морского бассейна и в разной степени смешанные в последующие геологические эпохи. Локальным распростронением вблизи углеводородных залежей пользуются конденсатогенные воды, а также седиментогенные «Малыгинские» слабые рассолы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шварцев С. Л., Пиннекер Е. В., Перельман А. И. Основы гидрогеологии. Гидрогеохимия. - Новосибирск : Наука, 1982. - 287 с.
2. Карцев А. А., Вагин С. Б., Матусевич В. М. Гидрогеология нефтегазоносных бассейнов. - М. : Недра, 1986. - 224 с.
3. Карцев А. А., Вагин С. Б., Шугрин В. П. Нефтегазовая гидрогеология. - М. : Недра, 1992. - 208 с.
4. Новиков Д. А. Перспективы нефтегазоносности среднеюрских отложений полуострова Ямал по гидрогеологическим данным // Геология нефти и газа. - 2013. - № 6. - С. 65-74.
5. Матусевич В. М., Рыльков А. В., Ушатинский И. Н. Геофлюидальные системы и проблемы нефтегазоносности Западно-Сибирского мегабассейна. - Тюмень : ТюмГНГУ, 2005. - 225 с.
6. Novikov D. A. Hydrogeochemical features of petroleum-bearing deposits of the Yamal peninsula // Oil and Gas Business: Electronic scientific journal. - 2013. - Vol. 1. - P. 114-143.
7. Novikov D. A. Hydrogeochemistry of the Arctic areas of Siberian petroleum basins // Petroleum Exploration and Development. - 2017. - Vol. 44. - № 5. - P. 780-786.
REFERENCES
1. Shvarcev S. L., Pinneker E. V., Perel'man A. I. Osnovy gidrogeologii. Gidrogeohimiya. -Novosibirsk : Nauka, 1982. - 287 s.
2. Karcev A. A., Vagin S. B., Matusevich V. M. Gidrogeologiya neftegazonosnyh bassejnov. - M. : Nedra, 1986. - 224 s.
3. Karcev A. A., Vagin S. B., Shugrin V. P. Neftegazovaya gidrogeologiya. - M. : Nedra, 1992. - 208 s.
4. Novikov D. A. Perspektivy neftegazonosnosti sredneyurskih otlozhenij poluostrova Yamal po gidrogeologicheskim dannym // Geologiya nefti i gaza. - 2013. - № 6. - S. 65-74.
5. Matusevich V. M., Ryl'kov A. V., Ushatinskij I. N. Geoflyuidal'nye sistemy i problemy neftegazonosnosti Zapadno-Sibirskogo megabassejna. - Tyumen' : TyumGNGU, 2005. - 225 s.
6. Novikov D. A. Hydrogeochemical features of petroleum-bearing deposits of the Yamal peninsula // Oil and Gas Business: Electronic scientific journal. - 2013. - Vol. 1. - P. 114-143.
7. Novikov D. A. Hydrogeochemistry of the Arctic areas of Siberian petroleum basins // Petroleum Exploration and Development. - 2017. - Vol. 44. - № 5. - P. 780-786.
© К. В. Сесь, 2018
