CC BY
49
УКД 553.98:556.3(571.511)
Я.В. Садыкова
ИНГГ СО РАН, Новосибирск
О ФАКТОРАХ ФОРМИРОВАНИЯ СОСТАВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД НИЖНЕСРЕДНЕЮРСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ЕНИСЕЙ-ХАТАНГСКОГО РЕГИОНАЛЬНОГО ПРОГИБА И АНАБАРО-ХАТАНГСКОЙ СЕДЛОВИНЫ
В работе представлены результаты детальных палеогидрогеологических реконструкций восточной части Енисей-Хатангского регионального прогиба и Анабаро-Хатангской седловины. В нижне-среднеюрском комплексе были выделены два трансгрессивных и один регрессивный седиментационных цикла, в течение которых совместно с осадками захоранивались соленые седиментогенные и пресные инфильтрогенные воды. Затем в процессе эволюции осадочного бассейна происходило значительное изменение состава сингенетичных вод в результате взаимодействия в системе «вода-порода-газ-органическое вещество».
Ya.V. Sadykova
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS (IPGG)
Acad. Koptyug av.3, Novosibirsk, 630090, Russia
ABOUT FACTORS OF THE LOWER-MIDLE JURASSIC SEDIMENT GROUNDWATERS COMPOSITION FORMATION OF THE YENISEI-HATANGA REGIONAL FLEXURE EAST PART AND OF THE ANABARO-HATANGA SADDLE
Detailed paleohydrogeochemical reconstruction of the eastern part of Yenisei-Khatanga regional flexure and of the Anabaro-Khatanga Saddle are presented. Two transgressive and one regressive cycles were shown to exist in the course of the Lower-Middle Jurassic period. During these cycles salty waters of a marine genesis as well as saltish and fresh infiltration waters were co-buried with deposits. In the course of subsequent sedimentary basin evolution their composition changed considerable as the result of interaction in system «water - rock - gas - organic matter».
В работе представлены результаты детальных палеогидрогеологических реконструкций восточной части Енисей-Хатангского регионального прогиба и Анабаро-Хатангской седловины. В нижне-среднеюрском комплексе были выделены два трансгрессивных и один регрессивный седиментационных цикла, в течение которых совместно с осадками захоранивались соленые седиментогенные и пресные инфильтрогенные воды. Затем в процессе эволюции осадочного бассейна происходило значительное изменение состава
сингенетичных вод в результате взаимодействия в системе «вода-порода-газ-органическое вещество».
Вопрос о факторах формирования состава пластовых вод широко обсуждается в литературе. Традиционно выделяют факторы: 1) физикогеографические, 2) геологические, 3) физико-химические, 4) физические, 5) биологические и 6) искусственные [8]. Основными или прямыми факторами являются физико-географические и геологические. Процессы, которые протекают в системе «вода - порода - газ - органическое вещество» являются следствием выше перечисленных факторов и на прямую влияют на химический состав подземных вод. Основные процессы - это перенос вещества водой (инфильтрация, диффузия, смешение различных типов вод), перевод вещества в раствор (растворение, окисление, выщелачивание), вывод вещества из раствора (вторичное минералообразование) и добавление или удаление молекул воды (гидратация и дегидратация).
Действие описанных выше процессов и факторов формирования подземных вод зависит от генетического типа подземных вод. Так изначально седиментационные воды дают начало ветви соленых вод и рассолов, а инфильтрационные - пресных и солоноватых вод. Начиная со стадии диагенеза, пластовые воды претерпевают значительные изменения своего состава. С момента попадания в осадочный бассейн воды вовлекаются во множество процессов взаимодействия в системе «вода - порода - газ - органическое вещество». Вследствие чего современный химизм подземных вод является вторичным продуктом этой эволюции [7].
Территория исследований в гидрогеологическом отношении относится к восточной части Хатангского артезианского бассейна, который лучше именовать Хатангским криоартезианским бассейном (ХКАБ), ввиду развития здесь мощной (до 800 м) зоны многолетнемерзлых пород [6]. В тектоническом отношении исследуемый регион включает восточную часть Енисей-Хатангского регионального прогиба и Анабаро-Хатангскую седловину.
В пределах нижне-среднеюрских отложений восточной части ХКАБ распространены седиментогенные и древние инфильтрогенные воды, смешанные в разной степени. Благодаря проведенным палеогидрогеологическим реконструкциям нами были выявлены значительные различия в составе современных пластовых вод и тех, которые захоранивались на данной территории в течение седиментационного этапа развития бассейна.
Рассмотрим историю формирования верхнеюрских отложений в пределах Енисей-Хатангского регионального прогиба и Анабаро-Хатангской седловины. За основу для палеогидрогеологических реконструкций были приняты палеогеологические карты, построенные сотрудниками ИНГГ СО РАН, атлас литолого-палеогеографических карт СССР [1], атлас палеогеографических карт «Палеоландшафты Западной Сибири в юре, мелу и палеогене» [3] и палеогеографические схемы Захарова В.А., Месенжникова М.С., Ронкина З.З. [4].
В соответствии с работами Алекина О.А., Ляхина Ю.И. [2], Шишкиной
О.В. [9] и других авторов по термогалийной стратификации вод мирового океана и по геохимии морских и океанических иловых вод, основываясь на
методе актуализма, были приняты значения минерализации и основные характеристики состава сингенетичных вод.
В геттанге и синемюре большая часть территории исследования представляла собой прибрежно-морскую равнину, в пределах которой захоранивались
-5
солоноватые воды с минерализацией 2-5 г/дм преимущественно хлоридного натриевого состава с высоким содержанием кальция и гидрокарбонат - иона.
Начало трансгрессии привело к образованию мелководного залива в северовосточной части территории, который в отдельные моменты мог достигать низов Енисея. Вместе с мелководно-морскими осадкам здесь начали захораниваться
-5
воды с минерализацией 5-15 г/дм преимущественно хлоридного натриевого состава.
На севере и северо-западе территории Хатангский бассейн ограничивался Таймырской возвышенностью, а на юге и юго-востоке - Среднесибирской сушей, которые представляли собой невысокие возвышенности с участками денудационных равнин и служили основными источниками сноса обломочного материала. В пределах возвышенных частей рельефа в осадки проникали
-5
пресные инфильтрационные метеогенные воды с минерализацией до 0,5 г/дм гидрокарбонатного кальциевого состава.
В плинсбахское время трансгрессия получила дальнейшее развитие. Мелкое море затопило весь Енисей-Хатангский прогиб и прилегающую территорию. Море с северной и южной стороны было ограниченно крутыми склонами денудационной равнины и денудационного плато. На большей части
-5
территории захоранивались соленые воды с минерализацией 5-15 г/дм преимущественно хлоридного натриевого состава, характерного для мелководноморских обстановок.
В тоарское время трансгрессия достигла максимума. На севере территории исследования мелководное море затопило денудационную равнину, теперь его ограничивало лишь денудационное плато, расположенное в пределах современного Таймыра. На юге оно также значительно продвинулось вглубь континента, затапливая денудационную равнину. Практически повсеместно
-5
захоранивались воды с минерализацией 5-15 г/дм , за исключением возвышенных частей рельефа, где по прежнему преобладали метеогенные
-5
осадки с минерализацией до 0,5 г/дм гидрокарбонатного кальциевого состава.
В начале ааленского века началась регрессия морского бассейна. Большую часть Енисей-Хатангского прогиба занимала зона мелководья и островной суши, в пределах которой вместе с пляжевыми песками отлагались солоноватые
-5
воды с минерализацией 2-5 г/дм хлоридного натриевого состава. Море узкой полосой проникало на континент на северо-востоке территории. В наиболее глубоководных впадинах соленость морской достигала 15-20 г/дм . В пределах мелкого моря захоранивались соленые таласогенные воды с минерализацией 515 г/дм3.
В пределах Таймыра и Среднесибирской суши пресные инфильтрационные
-5
метеогенные воды с минерализацией до 0,5 г/дм3 гидрокарбонатного кальциевого состава проникали в эродированную поверхность пород. В северозападной части берега узкой полосой обособилась прибрежно-морская равнина.
В байосе началась трансгрессия моря, произошло региональное погружение седиментационного бассейна и выравнивание рельефа областей размыва. Бывшая в аалене островная суша и прибрежное мелководье стала мелководным морским бассейном, в котором совместно с осадками
-5
захоранивались соленые таласогенные воды с минерализацией 5-15 г/дм . В западной части территории обособилась более глубоководная часть бассейна, в которой с глинистыми отложениями захоранивались таласогенные хлоридные
-5
натриевые воды соленостью 15-20 г/дм . Хатангское море обрамляли возвышенные части суши в виде денудационной равнины и денудационного плато, в которые просачивались пресные инфильтрогенные воды.
В батский век территория Енисей-Хатангского регионального прогиба и Анабаро-Хатангской седловины, представляла собой мелководно-морской бассейн, вытянутый в субширотном направлении. В северо-восточной части прогиба узкой полосой существовала глубоководная впадина. С севера и юга Хатангский бассейн ограничивался денудационными возвышенными равнинами, а на юго-востоке и на северо-западе денудационными плато, которые служили основными источниками сноса обломочного материала. Вдоль побережья возникли узкие зоны прибрежного мелководья, глубина которых не превышала 20 м. Здесь совместно с песчаными отложениями захоранивались
-5
солоноватые воды с минерализацией 2-5 г/дм3.
На северо-западе исследуемой территории узким клином вдоль западного побережья Таймырской возвышенности существовали отложения прибрежной равнины, временами затапливаемой морем, в пределах которой захоранивались
-5
солоноватые воды с минерализацией 2-5 г/дм хлоридного натриевого состава с повышенным содержанием гидрокарбонат - иона и кальция. На юге мелководное море было отделено от денудационной равнины аллювиальноозерной равниной. Совместно с аллювиальными отложениями здесь захоранивались пресные и солоноватые инфильтрационные воды с
-5
минерализацией 0,5-2 г/дм3.
Таким образом, палеогеографические обстановки определяют химизм сингенетичных вод. Морские воды уже на ранних стадиях захоронения претерпевают значительные изменения своего состава. Скорость этой метаморфизации зависит от состава осадков, их обогащенности органическим веществом, интенсивности микробиологической деятельности, гидродинамического режима, скорости седиментации. Иловые осадки представляют собой сложную систему, в которой протекают процессы разрушения частиц первичных пород и разложения органического вещества. Разложение органического вещества определяет окислительновосстановительные и кислотно-щелочные свойства среды, а также создает благоприятные условия для бактериальной жизнедеятельности. Благодаря чему иловые растворы обогащаются биогенными компонентами - сероводородом, аммонием, метаном, азотом, фосфором, бором, углекислым газом и органическими кислотами [8].
На иловой стадии запускается механизм уплотнения осадков, как только иловые осадки оказываются гидродинамически изолированными от вод
исходного морского бассейна. По мере развития осадочного бассейна и возрастания геостатических нагрузок, осадки уплотняются и из них отжимаются сингенетичные пластовые воды, которые затем поступают в песчаные пласты. Элизионные воды глин в коллекторах смешиваются с исходными седиментационными. На больших глубинах (от 3 км и более) происходит также выжимание связанной воды пониженной минерализации, за счет процессов термодегидратации глинистых минералов [5].
В песчаники из глин поступают воды, обогащенные органическим веществом, СО2, Н^, СН4, тяжелыми углеводородами, металлами, т.е. представляющие собой газоводные растворы. Они взаимодействую с породой, вызывая вторичное минералообразование и изменяются сами, обогащаются новыми компонентами. Наряду с метаморфизацией состава растет и общая минерализация вод [7].
Таким образом, седиментационные воды на всех этапах захоронения и погружения претерпевают глубокие изменения, вызванные непрерывной эволюцией в системе «вода - порода - газ - органическое вещество».
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 10-0500442) и гранта Лаврентьевского конкурса молодежных проектов СО РАН.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 10-0500442), гранта Лаврентьевского конкурса молодежных проектов СО РАН и НШ-6244.2010.5.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Атлас литолого-палеогеографических карт СССР. Триасовый, юрский и меловой периоды / под ред. Виноградова А.П. // Москва: Всесоюзный аэрогеологический трест министерства геологии СССР, 1968. -Т.3- 80с.
2. Алекин О.А., Ляхин Ю.И. Химия окана / О.А. Алекин, Ю.И. Ляхин // Ленинград: Гидрометиздат, 1984, 343 с.
3. Гольберт А.В., Маркова Л.Г., Полякова И.Д. Палеоландшафты Западной Сибири в юре, мелу и палеогене / А.В. Гольберт, Л.Г.Маркова, И.Д.Полякова// Москва: Наука, 1968, 20 с.
4. Захаров В.А., Месенжников М.С., Ронкина З.З. Палеогеография севера СССР в юрском периоде / В.А.Захаров, М.С. Месенджников, З.З.Родкина // Москва: Наука, 1983, 190 с.
5. Карцев А.А., Вагин С.Ю., Басков Е.А., Палеогидрогеология /А.А.Карцев, С.Ю. Вагин, Е.А. Басков // Москва: Недра, 1969, 150 с.
6. Кирюхин В.А., Толстихин Н.И. Региональная гидрогеология/ В.А. Кирюхин, Н.И. Толстихин// Москва: Недра, 1987, 382 с.
7. Шварцев С.Л. Взаимодействие воды с алюмосиликатными горными породами / С.Л. Шварцев // Геология и геофизика. -1991. - № 12. -С. 16-50.
8. Шварцев С.Л. Общая гидрогеология / С.Л.Шварцев// Москва: Недра, 1996, 423 с.
9. Шишкина О.В. Геохимия морских и океанических иловых вод / О.В. Шишкина // Москва: Наука, 1972, 228 с.
© Я.В. Садыкова, 2011
