CC BY
66
ГИДРОГЕОХИМИЯ И МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ СОСТАВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД АРКТИЧЕСКИХ РАЙОНОВ СИБИРИ
Дмитрий Анатольевич Новиков
ФГБУН Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири, тел. (383)363-80-36, e-mail: [email protected]
Арктические районы осадочных бассейнов Сибири являются уникальными с гидрогеологической точки зрения. Здесь бессолевой тип разреза меняется на соленосный по направлению от полуострова Ямал через структуры Енисей-Хатангского регионального прогиба к Анабаро-Хатангскому междуречью, где развиты солянокупольные структуры. Выявлены обширные области распространения инверсии гидрогеохимического поля, не характерные для большинства осадочных бассейнов мира. С гидрогеохимической точки зрения здесь развиты практически все геохимические типы подземных вод от пресных до сверхкрепких рассолов с величиной общей минерализации более 300 г/л.
Ключевые слова: гидрогеохимия, вертикальная гидрогеохимическая зональность,
подземные воды и рассолы, осадочные процессы, вода-порода.
HYDROGEOCHEMISTRY AND MECHANISMS OF GROUNDWATER FORMATION IN SIBERIAN ARCTIC
Dmitry A. Novikov
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, Russia, 630090, Novosibirsk, Koptyug Prospect 3, Ph. D., Head of the Laboratory of Hydrogeology of sedimentary basins of Siberia, tel. (383)363-80-36, e-mail: [email protected]
Sedimentary basins of Siberian arctic have unique hydrogeology. Here, non-salt type of the section changes to salt one from the Yamal peninsula through the structures of the Yenisei- Khatanga regional trough to the Anabar-Khatanga interfluve, where salt-dome structures exist. Widespread areas of hydrogeochemical field inversion have been revealed being not typical for most of the sedimentary basins in the world. From hydrogeological point of view, almost all geochemical types of groundwaters exist here from fresh to ultra-strong brines with the TDS of more than 300 g/L.
Key words: hydrogeochemistry, vertical hydrogeochemical zoning, groundwaters and brines, sedimentary processes, water-rock.
С начала поисково-разведочных работ на нефть и газ в осадочных бассейнах Сибири накоплен огромный фактический материал, отражающий химический и газовый состав подземных вод. При этом надо отметить, что самые северные районы, к которым относится исследуемый район (рис. 1), характеризуется высокой степенью неоднородности гидрогеологической изученности. Гидрогеохимическим исследованиям арктических районов Сибири посвящены многочисленные работы А.С. Анциферова, М.Б. Букаты, В.И. Вожова, Г.Д. Гинсбурга, Ю.Г. Зимина, Г.А. Ивановой, М.К. Калинко,
A.А. Карцева, А.Э. Конторовича, Н.М. Кругликова, А.Р. Курчикова,
B.М. Матусевича, Д.А. Новикова, Б.П. Ставицкого, О.Н. Яковлева и других.
Рис. 1. Местоположение района исследований на севере Сибири
Обобщение всего фактического материала по гидрогеохимии арктической зоны Западно-Сибирской геосинеклизы и Сибирской платформы (рис. 2) позволило уточнить особенности региональной гидрогеохимической зональности, характер проявления локальных и зональных гидрогеохимических аномалий
и установить пространственную связь последних с углеводородными залежами.
Установлено, что Западно-Сибирский мегабассейн отличается невысокой минерализацией подземных вод и рассолов (в исследуемом
-5
регионе до 70 г/дм в районе Известинского, Комсомольского и Губкинского
-5
месторождений Надым-Тазовского междуречья и до 55 г/дм в пределах Малыгинской группы месторождений на полуострове Ямал), бессульфатностью, значительным содержанием в пластовых водах мезозойского этажа растворенных ОВ и газов углеводородного состава, изменениями гидрогеохимических типов и минерализации подземных вод по площади и в разрезе. При этом каждая из рассматриваемых водонапорных толщ мезозоя характеризуется рядом гидрогеохимических особенностей, обусловленных палеогидрогеологической историей, последующими процессами метаморфизации пластовых вод, а также вертикальной миграцией вод из палеозойского фундамента в осадочный чехол в районах отсутствия мощной вулканогенно-осадочной толщи триаса.
Продвигаясь на восток в пределах структур Енисей-Хатангского регионального прогиба в изученной части мезозойского разреза в соответствии
с гидродинамическими и гидрогеотермическими условиями водоносных комплексов юрских и меловых отложений, устанавливаются основные гидрогеохимические закономерности: вдоль северо-восточной границы
распространены гидрокарбонатные натриевые и хлоридно-гидрокарбонатные
натриевые воды
-5
с минерализацией до 5 г/дм , сменяющиеся по мере продвижения к центральным и юго-западным областям хлоридными натриевыми водами с
-5
минерализацией до 15-20 г/дм . Гидрогеохимическая картина подземных вод свидетельствует о дифференциации водоносных комплексов юрских и меловых отложений. В разрезе можно выделить различные типы вертикальной гидрогеохимической зональности от прямой доминирующей в пределах Мессояхской наклонной гряды до инверсионной.
Рис. 2. Диаграмма Пайпера по составу подземных вод осадочных бассейнов Сибири:
1-12 - Анабаро-Хатангский бассейн; 13-17 - арктические районы Западной Сибири;
18 - Сибирская платформа
Далее на восток бессолевой тип разреза характерный для Западной Сибири в пределах Анабаро-Хатангского бассейна сменяется на соленосный. Здесь широко развиты соляно-купольные и штоковые структуры, характерные для многих солеродных бассейнов мира [1], что в сочетании с ранее открытыми на прилегающей суше месторождениями и
зафиксированными в обнажениях нефтегазопроявлениями, свидетельствует о
высокой перспективности данного региона, в том числе и на обнаружение крупных по запасам месторождений, связанных с известными здесь большими по размерам поднятиями [2-3]. Соль - предположительно девонского возраста [4], хотя корни ее диапиров на отдельным сейсмопрофилях прослеживаются глубже предполагаемой подошвы девона [2]. Поэтому здесь можно ожидать наличие еще одной, додевонской соленосной толщи, например, кембрийского возраста, аналога соленосной формации кембрия Сибирской платформы, формации Хормоз бассейна Загрос в Иране [5-8] и формации Ара бассейнов Габа и Южного в Омане [911].
Изученные рассолы имеют хлоридный натриевый состав с величиной общей минерализации варьирующей в широком интервале 52,3 - 350 г/дм . Химический тип рассолов с повышенным содержанием кальция и
-5
минерализацией 54,6 - 144,6 г/дм выявлен в пределах водоносного комплекса рифейских отложений на Костроминской площади, кембрийских на Северо-Соулемской
и пермских отложений на Улаханской и Северо-Соулемской площадях.
При сравнительном анализе подземных вод и рассолов (рис. 3) выделяется группа проб хлоридного натриевого состава с величиной общей
-5
минерализации более 250 г/дм , которая характеризует генетический тип рассолов выщелачивания каменной соли.
Рис. 3. Зависимость отношения Са/С1 от величины общей минерализации подземных вод
Такими же геохимическими параметрами характеризуются рассолы из схожих геологических условий районов проявления соляного тектогенеза в осадочных бассейнах Аликанте (Испания) [12], Заргос (Иран) [13], Северного моря [14], Свердрап (арктические районы Канады) [15], Северной Германии [16]
и многих других. С ростом степени метаморфизации рассолов значительно меняется их состав. Так, в изучаемом районе наиболее метаморфизованные рассолы с повышенным содержанием кальция (отношение Ca/Cl составляет до 0,33) выявлены в водоносных горизонтах венд-кембрийского и рифейского комплексов. Они во многом приобретают черты высокометаморфизованных рассолов Сибирской платформы, у которых коэффициент метаморфизации Ca/Cl нередко превышает 0,25-0,35, подземные же воды и рассолы Западной Сибири находятся на самой начальной стадии метаморфизации состава.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 14-0500868 А).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Hudec M.R., Jackson M.P.A. Terra infirma: Understanding salt tectonics // Earth-Science Reviews. - 2007. - V. 82. - PP. 1-28.
2. Пронкин А.П., Савченко В.И., Цехмейстрюк А.К., Шумский Б.В. Основные результаты работ ГНЦ ФГУГП «Южморгеология» в транзитных зонах акваторий морей России//Геология нефти и газа. - 2011. - № 6,- С. 21-30.
3. Пронкин А.П., Савченко В.И., Хлебников П.А., Эрнст В.А., Филипцов Ю.А., Афанасенков А.П., Ефимов А.С., Ступакова А.В., Бордунов С.И., Суслова А.А., Сауткин Р.С., Глухова Т.А., Перетолчин К.А. Новые данные о геологическом строении и возможной нефтегазоносности зон сочленения Западно-Сибирской и Сибирской платформ со складчатым Таймыром //Геология нефти и газа. - 2012. - № 1. - С. 28-42.
4. Иванов А.А., Левицкий Ю.Ф. Геология галогенных отложений (формаций) СССР // Труды ВСЕГЕИ, Новая серия. Т. 35. - М.: Госгеолтехиздат. - 1960. - 424 с.
5. Jahani S., Callot J.P., Frizon de Lamotte D., Letouzey J., Leturmy P. (2007) The Salt Diapirs of the Eastern Fars Province (Zagros, Iran): A Brief Outline of their Past and Present, pp. 289-308. In: Thrust Belts and Foreland Basins. From Fold Kinematics to Hydrocarbon Systems Lacombe O., Lave J., Roure F.M., Verges J. (Eds.). - Vol. XXIII. - 491 p.
6. Callot J.P., Jahani S., Letouzey J. (2007) The Role of Pre-Existing Diapirs in Fold and Thrust Belt Development, pp. 309-325. In: Thrust Belts and Foreland Basins. From Fold Kinematics to Hydrocarbon Systems Lacombe O., Lave J., Roure F.M., Verges J. (Eds.). - Vol. XXIII. - 491 p.
7. Talbot C., Aftabi P., Chemia Z. Potash in a salt mushroom at Hormoz Island, Hormoz Strait. IranOre Geology Reviews. - 2009. - V. 35. - PP. 317-332.
8. Ghazban F., Al-Aasm I.S. Hydrocarbon-induced diagenetic dolomite and pyrite formation associated with the Hormoz island salt dome, offshore Iran. Journal of Petroleum Geology. - 2010. - V. 33. - PP. 183-196.
9. Mattes B.W., Conway Morris S. Carbonate/evaporite deposition in the Late Precambrian-Early Cambrian Ara formation of Southern Oman. Geol Soc Spec Publ. - 1990. -V. 49. - PP. 617-636.
10. Al-Siyabi HA. Exploration history of the Ara intrasalt carbonate stringers in the South Oman Salt Basin. GeoArabia. - 2005. - V. 10(4). - PP. 39-72.
1 1 . Schoenherr J., Schle der Z., Urai J.L., Littke R., Kukla P.A. Deformation mechanisms of deeply buried and surface-piercing Late Pre-Cambrian to Early Cambrian Ara Salt from interior Oman. International Journal of Earth Science. - 2010. - V. 99. - PP. 1007-1025.
12. Rodn'guez-Estrella Т., Pulido-Bosch A. Gypsum karst evolution in a diapir: a case study (Pinoso, Alicante, Spain). Environmental Earth Science. - 2010. - V. 59. - PP. 1057-1063.
13. Zarei М., Raeisi E. Karst development and hydrogeology of Konarsiah salt diapir, south of Iran. Carbonates Evaporites. - 2010. - V. 25. - PP. 217-229.
14. Niemann H., Elvert М., Hovland М., Orcutt B., Judd A., Suck I., Gutt J., Joye S., Damm E., Finster K., Boetius A. Methane emission and consumption at a North Sea gas seep (Tommeliten area). Biogeosciences. - 2005. - V. 2. - PP. 335-351.
15. Grasby S.E., Zhuoheng C., Dewing K. Formation water geochemistry of the Sverdrup Basin: Implications for hydrocarbon development in the High Arctic. Applied Geochemistry. -2012. - V. 27. - PP. 1623-1632.
16. Margi F., Bayer U., Pekdeger A., Otto R., Thomsen C., Maiwald U. Salty groundwater flow in the shallow and deep aquifer systems of the Schleswig-Holstein area (North German Basin). Tectonophysics. - 2009. - V. 470. - PP. 183-194.
©Д. А. Новиков, 2014
