CC BY
114
2007
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Геология
Вып. 4 (9)
О гидрогеологическом районировании Пермского Прикамья и сопредельных территорий
А.Я. Гаевa, С.М. Блиновb, В.Г. Гацковс, А.А. Лукмановb, Ю.В. Михайловd, В.В. Фетисовb
a Оренбургский государственный университет, e-mail: gayev@mail.ru b Пермский государственный университет. 614990, Пермь, ул. Букирева, 15. c ООО “Геоэкология”
d Уральский технический университет (У ПИ)
Раскрыты принципы гидрогеологического районирования Пермского Прикамья и сопредельных территорий на основе общности вертикальной гидрогеохимической и гидрогеологической зональности.
1. Вертикальная гидрогеологическая и гидрогеохимическая зональность
Отечественные ученые выдвинули положение о взаимосвязи и генетическом единстве подземных вод с окружающей средой (ОС) [1,4, 5, 6]. Для вод зоны активного водообмена наряду со структурно-гидрогеологическими факторами большое значение имеют воздействия на воды и их химический состав рельефа, климата, гидрографии, почв и растительности [9]. Для глубоких горизонтов земной коры эта взаимосвязь запечатлена в литологии, фациях, геохимии водовмещающих пород, структуре, а также в составе флюидов, поровых, физически и химически связанных вод, в физико-географических и палеогеологических условиях.
На картах бывшего СССР нефтегазоносные районы Пермского Прикамья отнесены к гидрогеохимическим поясам, в осадочных толщах которых установлена каменная соль, а Северо-Каспийский бассейн показан как пояс развития сверхкрепких рассолов с минерализацией 350 г/кг при нормальном типе вертикальной зональности [3]. Гидрогеологическое районирование Пермского Прикамья и сопредельных территорий выполнено нами по признакам общности вертикальной зональности (рис. 1). Последовательность расположения и мощности соответствующих зон в вертикальном разрезе могут быть основанием для выделения гидрогеологических районов [2,8]. Нами
выделено восемь вертикальных гидрогеохимических зон: четыре в зоне гидрогенеза и три в зоне гидрогалогенеза*. Зона гидрогенеза расчленяется на гидрокарбонатную, сульфатную, сульфатно-хлоридную (и хлоридно-сульфатную), хлоридную. Воды зоны гидрогалогенеза отличаются по степени метаморфизации рассолов [6]. Поэтому в развитие идей Г.А. Максимовича она делится нами на три зоны: максимального, равновесного и унаследованного гидрогалогенеза. В верхней ее части выделяется зона максимального гидрогалогенеза с высокой минерализацией и слабой метаморфиза-цией рассолов (гШ/гООД), что связано с выщелачиванием каменной соли. В нижней части осадочного чехла рассолы метаморфи-зованы (rNa/rCl<0,5), что обусловлено их унаследованной связью с трещинно-жильными водами кристаллического фундамента. Промежуточная по своему положению зона равновесного гидрогалогенеза характеризуется резко восстановительной обстановкой из-за скоплений залежей углеводородов (УВ) и максимальной гидрогеологической закрытости средней части
* Термины «гидрогенез», «катагенез», «гидрогалогенез, «метагенез» предложены А.Е. Ферсманом (1955), «криптогипергенез» - Н.Б. Вассоевичем. Зона гидрогалогенеза выделена и описана Г.А. Максимовичем (1964). Гидрогеохимическая зона гидрометагенеза выделена А.Я. Гаевым в пределах геохимической зоны метагенеза.
© А.Я. Гаев, С.М. Блинов, В.Г. Гацков, А.А. Лукманов, Ю.В. Михайлов, В.В. Фетисов, 2007
129
разреза осадочного чехла. С зоной гидрометагенеза связаны гидротермальные рассолы кристаллического фундамента.
По тектоническим нарушениям фундамента воды зоны гидрометагенеза взаимодействуют с водами нижней части осадочного чехла, которые характеризуются повышенной газонасы-
щенностью гелием, водородом и др. Оптимальные условия сохранения залежей УВ существуют в зоне равновесного гидрогалогене-за. Наличие этой зоны в разрезе, ее мощность, стратиграфическое положение ее границ характеризуют степень гидрогеологической закрытости структур.
Рис. 1. Схематичный гидрогеологический разрез Пермского Прикамья и сопредельных территорий:
1 - границы гидродинамических этажей; 2 - границы гидрогеохимических зон; 3 - зоны тектонических нарушений; 4 - направление движения флюидов; 5 - кристаллический фундамент. Гидродинамические этажи: I - верхний, соответствующий зонам активного и замедленного водообмена; II - нижний в осадочном чехле, соответствующий зоне весьма затрудненного водообмена; III - трещинно-жильных вод кристаллического фундамента.
Гидрогеохимические зоны: гидрогенеза (А, Б, В, Г): А - карбонатного, Б - сульфатного, В - суль-фатно-хлоридного и хлоридно-сульфатного, Г - хлоридного; гидрогалогенеза (Д, Е, Ж): Д - максимального, Е - равновесного, Ж - унаследованного; гидрометагенеза (З)
В районах Предуралья закрытый тип разреза характеризуется наличием мощной (до нескольких километров) зоны равновесного гидрогалогенеза. Здесь в составе пермских отложений большую мощность имеют соленосные толщи, поэтому степень закрытости недр возрастает. Это обеспечивает формирование залежей газообразных УВ и газовых шапок на нефтяных месторождениях. Эти особенности строения разреза региона и положены в основу гидрогеохимического и геоэкологического районирования территории. Модель подземной гидросферы региона выглядит следующим образом.
В осадочном чехле выделяются два гидродинамических этажа:
1) верхний, включающий гидрогеологические этажи местного и регионального подземного стока;
2) нижний, образующий единую водонапорную систему благодаря развитию мощных и хорошо выдержанных региональных водо-нефтегазоупоров. В этом этаже существуют хорошие условия для сохранения залежей нефти и газа, преобладают местные, локальные, преимущественно вертикальные перемещения флюидов.
В гидродинамическом этаже трещинножильных вод кристаллического фундамента движение флюидов осуществляется по зонам тектонической трещиноватости за счет разнообразных и постоянно действующих дефор-
О гидрогеологическом районировании Пермского Прикамья
маций коры и ее отдельных блоков и плит; характер движения гидродинамический. Вывод о возможности более интенсивного водообмена в нижних горизонтах артезианских бассейнов впервые сделал Н.И. Толстихин
[7].
Рис. 2. Типы вертикальной гидрогеохимической зональности Пермского Прикамья и сопредельных территорий.
Гидрогеологические провинции и районы: II -гидрогеологически полуоткрытые; III - полузакрытые; IV - закрытые; V - хорошо закрытые; АС - артезианские своды; АБ - артезианские бассейны; А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, 3 -гидрогеохимические зоны (см. рис. 1)
Детальное расчленение вертикального гидрогеохимического разреза и стратиграфическая привязка вертикальных зон к конкретным гидрогеологическим этажам региона позволяют раскрыть гидрогеохимическую структуру региона и расчленить ее на составные элементы. Артезианские бассейны (Волго-Камский, Прикаспийский и др.) и Уральская гидрогеологическая складчатая область в структурногидрогеохимическом отношении рассматриваются в качестве гидрогеохимических областей и расчленяются на гидрогеохимические провинции (пояса) и гидрогеохимические районы. Каждой гидрогеохимической провинции соответствует свой тип вертикальной гидрогеохимической зональности (рис. 2). Наличие хорошо развитых по мощности зон гидрогало-генеза, особенно равновесного гидрогалогене-за, свидетельствует о соответствующем уровне гидрогеологической закрытости структур. И наоборот, при открытом гидрогеологическом режиме зоны гидрогалогенеза полностью выклиниваются из разреза.
2. Районирование Пермского Прикамья и сопредельных территорий
Для территории Предуралья свойственны четыре основных типа вертикальной гидрогеологической зональности (рис. 2). Гидрогеологические районы и провинции выделяются по структурно-гидрогеологическому принципу и отличаются по наличию и мощностям отдельных гидрогеологических зон. Установлены три гидрогеологические провинции (рис. 3): гидрогеологически хорошо закрытая, закрытая и полузакрытая. В пределах выступов кристаллического фундамента Котельничского, Токмовского сводов картируются гидрогеологические районы гидрогеологически полуоткрытые.
Провинция хоро шо закрытая с широким развитием в разрезе зон гидрогалоге-неза характеризуется относительно небольшой мощностью и не повсеместным развитием зон гидрогенеза. Это особенно характерно для артезианских бассейнов более высокого порядка, например, Соликамской впадины, где в долине р. Камы зона максимального гидро-галогенеза картируется уже на глубинах 200 м и менее. Зоны гидрогалогенеза занимают здесь подавляющую часть разреза осадочного чехла. Хорошая гидрогеологическая закрытость недр обусловлена наличием в разрезе пермской соленосной толщи.
Показателем хорошей закрытости недр служит наличие залежей газообразных УВ, развитие газовых шапок на нефтяных месторождениях и высокий процент в них такого подвижного мигранта, как гелий. Зоне равновесного гидрогалогенеза соответствуют наиболее благоприятные условия сохранения залежей УВ. Она имеет здесь максимальную мощность, до 3 км и более. Средняя минерализация рассолов этой зоны 240-280 г/л. Они характеризуются хлоридно-натриево-кальциевым составом, средним уровнем метаморфизации и низкими значениями коэффициента сульфатно-сти (0,1-0,2). Реакция среды рассолов - от нейтральной до слабокислой.
Рис. 3. Схема гидрогеологического районирования Пермского Прикамья и сопредельных территорий
(составили авторы).
Границы: а — гидрогеологических регионов; б — гидрогеологических провинций и районов; в — Камско-Кинельской системы межформационных прогибов. Гидрогеологические регионы: I — Волго-Камский; II — Уральский складчатый; III — Московский; IV— Прикаспийский; V — Западно-Сибирский. Гидрогеологические провинции и районы с различной степенью закрытости гидрогеологических структур: II1 — открытые; II2, I2 — полуоткрытые, I — полузакрытые; I — закрытые и I — гидрогеологически хорошо закрытые. Гидрогеологические районы, соответствующие гидрогеологическим структурам: артезианским бассейнам: I-A-I — Ка-занско-Кажимский; I-A-2 — Верхнекамский; I-A-3 — Западно-Соликамский; I-A-4 — Западно-Юрюзано-Сылвинский; I-A-5 — Мелекес-ский; I-A-6 — Благовещенский; I-A-7 — Серноводско-Абдулинский; I-A-8 — Бузулукский; I-A-9 — Западно-Вельский; I-A1 — Камско-Кинельских межформационных прогибов. Гидрогеологические районы, соответствующие артезианским сводам и моноклиналям: I-B-1 — Сысольский; I-B-2 — Коми-Пермяцкий, I-Б-З — Камский; 1-Б-4 — Восточно-Соликамский, I-B-5 — Котельничский; I-B-6 — Нем-ский; ВБ-7 — Пермский; ВБ-8 — Восточно-Юрюзано-Сылвинский; ВБ-9 — Токмовский; ВБ-10 — Кукморский; ВБ-11 — Башкирский; I-Б-12 — Альметьевско-Белебеевский; ВБ-13 — Юго-Восточного склона Русской платформы; ВБ-14 — Жигулевско-Пугачевский; ВБ-15 — Оренбургский; ВБ-16 — Восточно-Бельский; ВБ-17 — Прибортовой Прикаспийский. Гидрогеологические районы постмиогеосинк-линальной провинции Уральского региона: II-A-1 — Верхневишерский; II-A-2 — Кизеловско-Теплогорский; II-A-3 — Белорецко-Чусовской; II-A-4 — Зилаирско-Верхнесакмарский; II-A-5 — Саринско-Губерлинский. Гидрогеологические районы постэвгеосинкли-нальной провинции Уральского региона: П-Б-1 — Верхнелозьвинско-Карпинский; П-Б-2 — Тагило-Туринский; II-Б-З — Свердловский; П-Б-4 — Aлаnаевско-Миасско-Сибайский; П-Б-5 — Магнитогорско-Орский
Средняя концентрация кальция в водах составляет 15-19 г/л, или 17-22% экв. Среднее относительное содержание магния чаще колеблется в интервале 6-7,5% экв. Над артезианскими сводами с унаследованными положительными неотектоническими движениями мощности вышерасположенных гидрогеохимических зон максимального гидрогалогенеза и хлоридного гидрогенеза возрастают. Минера-
лизация вод в зоне максимального гидрогалогенеза нередко достигает 350-400 г/л и более благодаря наличию в составе соленосных толщ солей магния и калия. Необходимо отметить, что рассматриваемая провинция приурочена к наиболее погруженной части поверхности кристаллического фундамента и наибольшим мощностям осадочного чехла. Она тяготеет к Соликамской и Бельской впадинам Преду-
О гидрогеологическом районировании Пермского Прикамья
ральского краевого прогиба и к северному обрамлению Прикаспийской синеклизы.
Провинция гидрогеологически закрытая. Сменяет предыдущую в северозападном и западном направлении (рис. 3). Мощность осадочного чехла здесь несколько уменьшается, из разреза выклиниваются галогенные отложения, они замещаются сульфатно-карбонатными. Это снижает степень гидрогеологической закрытости. Практически исчезают залежи газообразных УВ, снижаются газонасыщенность вод и газовый фактор нефтяных залежей, которые практически утрачивают газовые шапки. Эти изменения согласуются с общими преобразованиями вертикальной гидрогеохимической зональности. Увеличивается мощность зон гидрогенеза (главным образом хлоридного), и несколько сокращается мощность зоны равновесного гидрогалогенеза. Однако количество вертикальных гидрогеохимических зон и последовательность их расположения остаются те же. Заметно снижается минерализация рассолов в зоне максимального гидрогалогенеза, не превышая обычно 280-300 г/л, что обусловлено исчезновением из состава сульфатно-карбонатного во-доупора хлоридов калия и магния.
Пр о в инци я гид р о г е о л о г и ч е с ки
полузакрытая расположена западнее и северо-западнее предыдущей (рис. 3). Она приурочена к артезианским бассейнам Казан-ско-Кажимского прогиба, к западной части Ме-лекесской впадины, Камской моноклинали, к Немскому, Коми-Пермяцкому, Кукморскому артезианским сводам, значительной части Сы-сольского, Котельничского и Токмовского сводов. Здесь мощности зон гидрогенеза еще более возрастают (рис. 2). Зона равновесного гидрогалогенеза, наоборот, резко сокращается по мощности и местами почти выклинивается из разреза. Поэтому нефтепроявления в верхней части разреза вплоть до кыновского водоупора имеют характер продуктов разрушения ранее существовавших залежей УВ. Воды зон гидрогалогенеза характеризуются неустойчивостью основных параметров химического состава, нередко проявляются признаки смещения вод разных зон. Несколько уменьшается и минерализация рассолов, особенно в зоне максимального гидрогалогенеза и хлоридного гидрогенеза, возрастает встречаемость зон деминерализации и в более глубоких горизонтах.
Над выступами кристаллического фунда-
мента Котельничского и Токмовского сводов, где мощность осадочного чехла сокращается до 1-1,5 км, вертикальная гидрогеохимическая зональность существенно меняется (рис. 3), что свидетельствует о полуоткрытом гидрогеологическом режиме. Зоны гидрогенеза здесь в разрезе осадочного чехла доминируют, а зона гидрогалогенеза не дифференцируется по гидрогеохимическим признакам. По природе — это зона унаследованного гидрогалогенеза, по характеру проявляющихся процессов — максимального гидрогалогенеза, гидрогеохимические признаки свидетельствуют о том, что это деминерализованные рассолы с крайне неустойчивыми параметрами химического состава.
В пределах охарактеризованных провинций выделяются гидрогеологические районы, соответствующие гидрогеологическим структурам -артезианским сводам, артезианским бассейнам и моноклиналям. Даже в пределах одной провинции эти районы (структуры) отличаются по уровню дренированности, закрытости, проточности и промытости осадочного чехла.
Заключение
Схему гидрогеологического районирования Предуралья (рис. 3) можно использовать при оценке дальнейших перспектив нефтегазонос-ности территории, а также при решении вопросов охраны геологической среды. Благоприятные условия для сохранения залежей нефти и газа существуют в тех районах, где развита гидрогеохимическая зона равновесного гидрогалогенеза. Так, к неперспективным на нефть и газ землям в пределах осадочного чехла можно отнести те площади, где зона равновесного гидрогалогенеза выклинивается из разреза осадочного чехла (Котельничская, Опаринская, Шихово-Чепецкая и др). Развитие мощной зоны равновесного гидрогалогенеза свидетельствует о хороших перспективах обнаружения новых залежей нефти и газа в Предуральском краевом прогибе, в зонах погружения Ка-занско-Кажимского прогиба, в пределах протерозойско-девонских образований и пород фундамента Камской моноклинали, в прибортовой зоне Прикаспийской синеклизы и в других районах.
Библиографический список
1. Вернадский В.И. История природных вод / В.И. Вернадский // Избр. соч. М.: Изд-во АН СССР, 1960. Т. 4, кн. 2. 651 с.
2. Гаев А.Я. О глубинной гидродинамике (на примере востока Русской платформы) / А.Я. Гаев, А.С. Хоментовский // Докл. АН СССР. 1982. Т. 263, № 4. С. 967-970.
3. Гидрохимическая карта СССР / под ред. И.К. Зайцева. Л.: Госгеолтехиздат, 1957.
4. Личков Б.Л. Формирование подземных вод и единство природных вод / Б.Л. Личков // Тр. Лабор. гидрогеол. проблем АН СССР. М., 1958. Т. 16. С. 27-33
5. Максимович Г.А. Гидрогеохимические зоны платформы / Г.А. Максимович // Химическая география и гидрогеохимия. Пермь, 1964. Вып. 3(4). С. 101-120.
6. Овчинников А.М. Гидрогеохимия / А.М. Овчинников. М.: Недра, 1970. 200 с.
7. Проблемы региональной динамики артезианских вод. Л.: Недра, 1972. 61 с.
8. Силин-Бекчурин А.И. Зональные и азональные процессы формирования подземных вод / А.И. Силин-Бекчурин // Тр. Лаборатории гидрогеол. проблем АН СССР. М., 1958. Т. 16. С. 181—186.
9. Шварцев С.Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза/ С.Л. Шварцев. 2-е изд. М.: Недра, 1998. 366 с.
О гидрогеологическом районировании Пермского Прикамья и сопредельных территорий
А.Я. Гаевa, С.М. Блиновb, В.Г. Гацковс, А.А. Лукмановb, Ю.В. Михайловd, В.В. Фетисовb
a Оренбургский государственный университет, e-mail: gayev@mail.ru b Пермский государственный университет. 614990, Пермь, ул. Букирева, 15. c ООО “Геоэкология”
d Уральский технический университет (У ПИ)
Principles of hydro-geological zoning of the Perm Prikamye and adjacent territories on the basis of a generality of vertical hydrogeochemical and hydro-geological zonality are opened.
Рецензент: доктор геол.-мин. наук А.И. Семячков
