CC BY
93
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ КРИОГЕННОЙ ТОЛЩИ АРКТИЧЕСКИХ РАЙОНОВ СИБИРИ
Анна Федоровна Сухорукова
ФГБУН Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр-т Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, доцент, научный сотрудник лаборатории гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири, тел. (383)363-80-36, е-mail: [email protected]
В настоящей работе рассмотрены современные геокриологические условия Енисей-Хатангского регионального прогиба, расположенного в пределах Западно-Сибирского мегабассейна и Анабаро-Хатангской седловины, относящейся к Анабаро-Ленской зоне Сибирской платформы, и гидрогеологические условия этих районов. Дана сравнительная характеристика подземных вод криолитозы этих районов.
Ключевые слова: Енисей-Хатангский региональный прогиб, Анабаро-Хатангская седловина, подземные воды, гидрогеологическая стратификация, криогенная толща, рассолы, криопэги.
HYDROGEOLODICAL VIEW ON THE CRYOGENETIC STRATA STUDY OF SIBERIAN ARCTIC
Anna F. Sukhorukova
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 630090, Russia, Novosibirsk, Aсad. Koptyug av., 3, Ph. D., associate professor, research scientist of Laboratory of hydrogeology of Siberian sedimentary basins, tel. (383)363-80-36,
e-mail: [email protected]
This paper deals with current geocryological and hydrogeological conditions of the Yenisei-Khatanga regional trough located within limits of the West Siberian megabasin and Anabar-Khatanga saddle related to the Anabar-Lena area of the Siberian Craton. Comparative analysis is given on the structure of cryogenic strata and groundwaters in permafrost zone of these regions.
Key words: Yenisei-Khatanga regional trough, Anabar-Khatanga saddle, groundwaters, hydrostratigraphy, cryogenic strata, brines, cryopegs.
Полярные и приполярные территории и акватории России обладают огромными ресурсами углеводородов. Существенная часть нефтегазоносных бассейнов Арктики и Субарктики располагается на площадях с охлажденной ниже 0 °С литосферой (криолитозоной) мощностью до 100-200 м в областях с несплошным развитием криогенной толщи пород и до 600-700 м и более - в областях сплошного развития многолетнемерзлых толщ. Одна и та же порода, в зависимости от насыщения ее пресными или же высокоминерализованными водами, при одной и той же температуре может быть талой и мерзлой [1, 2, 7, 8].
Поведение подземных вод в криолитозоне сложное и требует тщательной обработки геотермических материалов (так как одна лишь нулевая температура не может служить критической точкой, характеризующей переход породы из мерзлого состояния в талое и, наоборот). Необходим учет степени насыщения породы водой, ее минерализации, величины пластового давления. К мерзлым породам независимо от температурных условий относятся только те породы, в которых произошла кристаллизация заключающейся в ней свободной воды. Переохлажденная пресная вода может устойчиво сохраняться при температуре от 0 до -3 оС, а соленая до -12 оС (такие рассолы называются «криопэгами», термин введен Н.И. Толстихиным). Поэтому подошва мерзлоты может располагаться выше или ниже нулевой изотермической поверхности в зависимости от динамики мерзлоты.
При освоении месторождений углеводородов Арктических районов как Западной, так и Восточной Сибири возникает целый комплекс проблем, обусловленных сплошным распространением криогенной толщи, которая представляет собой мощный региональный флюидоупор, обуславливающий криогенный напор содержащихся в них вод. Это и большая группа инженерно-геологических, геокриологических и экологических проблем, возникающих при освоении и эксплуатации месторождений в результате техногенной деградации мерзлоты и непосредственное влияние отрицательных температур на разведочные и эксплуатационные скважины. Наличие криопэгов, вкрапленных в толщу мерзлых пород создают трудностей проходке разведочных и эксплуатационных скважин и наличие в нижнем ярусе криогенной толщи вместо обычного льда-цемента -газогидратного цемента. Кроме того, неoбходимо отметить, что изучение истории развития криогенной толщи [1, 8, 9] свидетельствуют о возможном увеличении мощности мерзлых пород в наиболее холодные эпохи на 200-300 м по сравнению с существующей. Следовательно, газовые месторождения неглубокого залегания могли попадать в зону значительного охлаждения в четвертичное время, что могло приводить к образованию газогидратов.
Район исследований включает в себя Енисей-Хатангский региональный прогиб (ЕХРП) и Анабаро-Хатангскую седловину (АХС), для их территорий ранее были составлены карты распространения мощности криогенной толщи (материалы ИННГ СО РАН, 2009-2011 г.).
Территория Енисей-Хатангского прогиба относится к зоне сплошного монолитного распространения многолетнемерзлых пород (ММП). Район исследования находится севернее полярного круга, где для Западной Сибири происходит своеобразное изменение мощности криогенной толщи -мощность в нарушении логики увеличивается в направлении с севера на юг [5]. Мощность криогенной толщи колеблется в значительных пределах (170490 м) в зависимости от структурных особенностей залегания пород, при этом отмечается уменьшение глубины залегания изотермы с нулевой температурой к сводам поднятия (Малохетское, Точинское, Долганское). ММП имеет практически сплошное распространение, сквозные талики
установлены под руслом Енисея и локально приурочены к тектоническим разломам. В этой области, которая неоднократно и на продолжительное время затапливалась морем, преимущественно развита криогенная толща, состоящая из яруса мерзлых пород и пород с положительной температурой [9], т. е. криогенная толща имеет одноярусное строение. Мерзлотой охвачены четвертичные отложения и верхи меловых образований.
В пределах ЕХГП выделены пять водоносных комплексов (сверху -вниз): апт-альб-сеноманский, неокомский, верхнеюрский, нижне-
среднеюрский и триас-палеозойский (нерасчлененный) [3]. Все выделенные мезозойские комплексы сложены преимущественно проницаемыми песчано-алевролитовыми породами, которые разделяются аргиллито-глинистыми водоупорами. От зоны активного водообмена (гипергенеза) вышеперечисленные комплексы изолированы надежным, выдержанным по простиранию турон-олигоценовым водоупором, который полностью проморожен в течение длительного времени. Составлены карты гидрогеохимического районирования, гидрогеохимическая характеристика разреза. Воды апт-альб-сеноманского комплекса хлоридные натриевые со
-5
средней минерализации вод этого комплекса - 7,9 г/дм . Для вод
-5
неокомского комплекса среднее значение минерализации 6,5 г/дм (при этом северные и восточные участки района являются практически пресными), воды по составу преимущественно хлоридно-натриевые, значение хлор-бромного коэфиициента не превышает 300, что свидетельствует о седиментационном генезисе подземных вод комплекса. Водоносные отложения верхнеюрского возраста распространены не повсеместно (достаточно узкой полосой на востоке изучаемой территории), остальная часть представляет собой зону глинизации. Среднее значение минерализации верхнеюрского гидрогеологического комплекса составляет 9,3 дм3 что позволяет отнести их к солоноватым, по составу воды хлоридные натриевые и гидрокарбонатно-хлоридные натриевые. По величине хлор-бромного коэффициента выделяются две гидрогеохимические области, в южной части региона - область со значения более 300 (свидетельство инфильтрационного генезиса вод) и севернее коэффициент имеет значение менее 300, что позволяет рассматривать седиментационный путь образования вод. Воды нижне-среднеюрских отложений распространены повсеместно в
исследуемом районе, на значительных площадях воды пресные (север и северо-западные участки, восточная окраина) Среднее значение
3
минерализации составляет 8,4 дм По типам воды они достаточно пестрые, выделяются гидрокарбонатно-хлоридные натриевые хлоридные натриевые и хлоридно-гидрокарбонатные натриевые.лор-бромный коэффициент практически для всей также как и для неокомского комплекса не превышает 300, что свидетельствует о седиментационном образовании .
В горно-складчатых областях, окаймляющих нефтегазоносные бассейны,
и в пределах Анабаро-Хатангской седловины (АХС) Сибирской платформы
мощность криогенной толщи увеличивается до 1 000-1 500 м [4]. Мерзлотногеотермические проблемы освоения нефтегазовых ресурсов севера древней Сибирской платформы связаны с глубоким охлаждением ее недр, что усугубляется низкими значениями глубинного теплового потока. Глубокому охлаждению способствует проникновение отрицательно-температурных рассолов в недра, по трещинам в земной коре. Криопэги здесь образуются при вымораживании рыхлых прибрежно-морских отложений, насыщенных морскими водами. Криогенная толща АХС имеет двухярусное строение-верхний ярус сложен мерзлыми льдистыми породами, а нижний ярус -охлажденными породами с криопэгами. Бассейн характеризуется ярко выраженными особенностями: наличием криолитозоны, соляно-купольных структур, и как следствие развитием высокоминерализованных рассолов и криопэгов [6].
В пределах Анабаро-Хатангского бассейна выделяются 13 водоносных комплексов. Из них охарактеризовано десять, а рассолы выявлены в пределах шести: 1) триасовых 2) пермских; 3) каменноугольных; 4) девонских; 5) венд-кембрийских и 6) рифейских отложениях. В мерзлом состоянии находятся водоносные горизонты четвертичных, меловых, юрских отложениях, а также неглубоко залегающих триасовых и пермских образований.
Водоносность триасовых образований изучена в пределах солянокупольных структур Нордвик-Хатангского района, там встречены
-5
рассолы хлоридного натриевого состава с минерализацией до 436 г/дм . Водоносный комплекс пермских отложений распространен повсеместно
-5
среднее значение минерализации 97,4 г/дм . Его водоносность изучалась на Нордвикской, Ильинской, Чайдахской и других антиклинальных структурах, в разной степени осложненных соляной тектоникой. Формирование этих рассолов связано с растворением каменной соли.
Нижележащие водоносные комплексы каменноугольных и девонских отложений характеризуются закономерным ростом минерализации рассолов. Рассолы хлоридного натриевого состава с величиной общей минерализации
-5
220-287 г/дм3 установлены на Нордвикской и Кожевниковской площадях в известняках нижнего карбона и генетически связаны с выщелачиванием каменной соли в пределах этих структур. Г идрогеологические комплексы венд-кембрийских
и рифейских отложений отличаются высокой степенью гидрогеологической закрытости и соответственно более низкой минерализацией (48,2 и 133,3
г/дм3).
Корреляция содержаний натрия и хлора в эквивалентных формах позволила выявить особенности генезиса подземных вод изученных комплексов. Воды апт-альб-сеноманского, неокомского и верхнеюрского комплексов имеют преимущественно инфильтрационное происхождение.
В пределах Юрюнг-Тумусской площади рассолы водоносных комплексов триасовых, пермских и каменноугольных отложений, также характеризуются инфильтрационным генезисом, в то время как на Южно-Тигянской площади они имеют седиментационное происхождение.
Воды нижележащих водоносных комплексов венд-кембрийских и рифейских отложений характеризуются седиментогенным происхождением.
-5
Высокоминерализованные (с минерализацией до 436 г/дм ) инфильтрогенные воды не претерпевшие высокой метаморфизации состава с глубиной, относятся к рассолам выщелачивания, в то время как воды гидрогеологических комплексов венд-кембрийских и рифейских отложений относятся к высокометаморфизованным седиментогенным рассолам.
Как показали результаты исследований, единственным возможным источником для появления рассолов в разрезе водоносных комплексов от нижней юры до девона могли являться соли, сформированные на границе раннего
и среднего девона.
В заключение необходимо отметить, что геокриологические условия и гидрогеологические особенности водоносных комплексов районов развития криолитозоны различных районов Арктики Сибири достаточно существенно различаются. Для ЕХРП характерно одноярусное строение криогенной толщи, минерализация подземных вод всех изученных комплексов не превышает
-5
20 г/дм , воды преимущественно седиментационного, инфлитрационного генезиса. Криогенная толща АХС имеет двух ярусное строение и состоит из яруса мерзлых льдистых пород и нижнего яруса, представленного охлажденными породами с криопэгами. В шести водоносных комплексах
-5
распространены рассолы выщелачивания с минерализацией до 450 г/дм .
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Баулин В.В. Многолетнемерзлые породы нефтегазоносных районов CCCР. - М.: Недра, 1985, 175 с.
2. Геокриологический прогноз для Западно-Сибирской газоносной провинции // Новосибирск: Наука, 1983, 180 с.
3. Гинсбург Г.Д., Иванова Г.А. Подземные воды // Геология и нефтеносность Енисей-Хатангского прогиба. - Л.: Изд-во НИИГА, 1971. - С. 66-72.
4. Калинко М.К., Сиденко П.Д. Геологическое строение и нефтеносность Анабаро-Хатангского междуречья. Книга 1. НИИ геологии Арктики. - Ленинград, 1955, 200 с.
5. Розенбаум Г.Э., Шполянская Н.А. Позднекайнозойская история криолитозоны Арктики и тенденции ее будущего развития, М.: Науч. мир, 2000, 103 с.
6. Новиков Д.А. Особенности состава рассолов Анабаро-Ленской зоны // Мат. науч. Сессии, посвященной 100-летию рождения чл.-корр. АН СССР В.А. Сакса « Седьмые Саксовские чтения», Т^ Новосибирск, ИНГГ СО РАН, 2011. С.209-213.
7. Романовский Н.Н., Гаврилов А.В., Тумский В.Е., Холодов А.Л. Криолитозона Восточно-Сибирского арктического шельфа // Вестн. МГУ. Сер. 4. Геология. 2003. № 4. С. 51-56.
8. Фотиев С.М., Данилова Баулин В.В. Многолетнемерзлые породы нефтегазоносных районов СССР. - М.: Недра, 1985, 175 с.
9. Фотиев С.М. Современные представления об эволюции криогенной области Западной и Восточной Сибири в плейстоцене и голоцене // Криосфера Земли, 2006, т. X, № 2, С. 27-45
© А. Ф. Сухорукова, 2014
