CC BY
52
УДК: 556.3
P.P. Рахматулина
Институт проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан, Казань
Regina.Rahmatullina@tatar. ru
ОСОБЕННОСТИ ГИДРОГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ЗАЛЕГАНИЯ ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ НА ТЕРРИТОРИИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕРХВЯЗКИХ НЕФТЕЙ И ПРИРОДНЫХ БИТУМОВ НА ЗАПАДНОМ СКЛОНЕ ЮЖНО-ТАТАРСКОГО СВОДА
Рассмотрены некоторые аспекты залегания водоносных горизонтов на территории распространения природных битумов и сверхвязких нефтей, факторы загрязнения подземных вод, роль «лингуловых глин».
Ключевые слова: водоносные горизонты, природные битумы, сверхвязкие нефти, «лингуловые глины», загрязнение подземных вод.
В силу особенностей геологического строения и гидрогеологических условий ресурсы пресных подземных вод получили неравномерное распространение в пределах исследуемой площади. На формирование сложной картины распространения питьевых вод оказали влияние тектоника, литология, современный и погребенный рельеф местности и наличие в разрезе битумов. В районах размещения битумных залежей на западном склоне Южно-Татарского свода, Мелекесской впадине (в отложениях казанского, уфимского ярусов) распространены гидрокарбонатные натриевые (магниево-натриевые) воды с минерализацией до 10 г/л (типа Нафтуси, Боржоми) (Ибрагимов, 2004).
Происхождение гидрокарбонатных натриевых (содовых) вод связывают с процессами биохимического взаимодействия сульфатных вод с углеводородами, в результате которого образуется сероводород и выпадает из раствора кальцит.
Покрышкой для залежей сверхвязких нефтей (СВН) в отложениях песчаной пачки шешминского горизонта служит нижняя пачка байтуганского горизонта - отложения «лингуловых глин» нижнего подъяруса казанского яруса. Общая толщина «лингуловых глин» и пород песчаной пачки в пределах поднятий составляет почти постоянную величину. Толщина «лингуловых глин» имеет закономерную зависимость от их местоположения относительно структуры песчаной пачки, что обусловлено условиями ее формирования. В присводовых и сводовых частях песчаная пачка перекрыта «лингуловыми глинами» толщиной 4-10 м. В пониженных частях поверхности уфимских отложений толщина «лингуловых глин» достигает 20 и более метров (Тахаутдинов и др., 2011). Другой особенностью залежей СВН является содержание в их разрезе водонасыщенных пропластков в виде линз.
Подземные воды, полученные вместе с СВН, имеют специфический состав. Высокое содержание сероводорода, наличие органических веществ и аммония свидетельствуют о достаточно длительном контакте этих вод с залежью СВН. Эти воды занимают свободное от СВН по-ровое пространство и возможно трещины, секущие песчаные пласты. Значительные колебания минерализации вод, содержание сероводорода позволяют сделать вывод о том, что это не сплошной однородный горизонт, а свое-
образная совокупность линз и прослоев, водообмен между которыми затруднен присутствием СВН. К подошве залежи со снижением нефтенасыщенности условия для водообмена улучшаются, химический состав воды несколько выравнивается.
Наличие сульфатных вод выше и ниже залежи СВН можно объяснить поступлением их снизу из шешминских и сакмарских отложений, что связано с гидродинамической инверсией пьезометрических уровней (нижнеказанский водоносный горизонт - 77,5 м; шешминский и сак-марский - 78-80 м и 80 м соответственно). Пьезометрический уровень шешминского водоносного горизонта выше, чем нижнеказанского («среднеспириферовый» известняк), и поэтому фильтрация воды вниз исключается. Тем более, что между ними залегает пачка «лингуловых» глин, которая считается хорошим водоупором. Сакмарский водоносный горизонт имеет самый высокий пьезометрический уровень. Между ним и залежью СВН нет надежного и выдержанного водоупора. Залежь СВН «прижата» подошвенными водами к «лингуловым» глинам - покрышке.
Поступление нижних сульфатных вод в верхние водоносные горизонты как в прошлом, так и в настоящее время происходило по трещинам или тектонически ослабленным зонам, которые впоследствии залечивались. Выпадение кальцита в результате сульфатредукции приводит к запечатыванию залежи снизу. Об этом свидетельствует содержание кальцита в песчаниках нижней части. Содержание кальцита в песчаниках шешминского горизонта увеличивается сверху вниз от 3-5 % (интервал 77-86 м) до 2127 % (интервал 101-105 м), т.е. в том же направлении, в котором снижается степень нефтенасыщенности. Этот факт является доказательством того, что процесс разрушения залежи СВН происходит преимущественно снизу, со стороны подошвенных вод.
В сложившихся гидрогеологических условиях при обнаруженной инверсии уровней для охраны подземных вод большое значение приобретает их защищенность снизу. При наличии путей перетоков снизу (как природных тектонических трещин, литологических окон, так и техногенных - скважин) сульфатные законтурные воды могут стать поставщиками загрязнителей в пресные воды.
При оценке защищенности снизу учитываются следу-
^я— •— научно-технический журнал
5^ Георесур СЫ 2 (44) 2012
ющие факторы:
- взаимосвязь водоносных горизонтов;
- тектоническая нарушенность пород;
- толщина покрышки («лингуловых глин»);
- развитие процессов карстования и наличие неогеновых врезов.
На основе анализа перечисленных факторов выделяются участки плохой, слабой и удовлетворительной защищенности в пределах залежи и в районах возможного техногенного влияния (Тахаутдинов и др., 2011).
В некоторых районах юго-востока Татарстана нижнеказанские и верхнеказанские водоносные горизонты являются первыми от поверхности и подвержены загрязнению сверху.
Загрязнение пресных подземных вод снизу носит очаговый характер. Оно может быть связано с естественными нарушениями водоупоров (карст, тектонических трещин), но чаще всего бывает вызвано техногенными перетоками жидкости. Причиной этих перетоков являются высокие пластовые давления в зонах нагнетания воды в разрабатываемые нефтяные пласты (Коротков, Учаев, 2007).
Слабоводоносный локально водоносный нижнеказанский (пачка 1) карбонатно-терригенный комплекс (Р2к711) приурочен к байтуганским отложениям. Залегает на глубине 85-250 м. Абсолютная отметка кровли комплекса изменяется от +25,5 до -71 м.
В верхней части комплекса распространен слой известняка мощностью до 7 м, ниже залегают «лингуловые» глины, мощностью от 10 до 20 м, в подошве прослеживаются песчаники. Мощность комплекса изменяется от 16 до 25 м.
Подземные воды приурочены к трещиноватым известнякам и песчаникам. Условия залегания обусловили напорный характер подземных вод. Величина напора изменяется от 18 до 100 м. Водообильность преимущественно незначительная - от 0,7 до 34 м /сут. Удельные дебиты скважин составляют 0,01-0,07 л/с.
Питание подземных вод происходит за счет перетоков из вышележащих отложений, при выходе комплекса на поверхность за счет инфильтрации атмосферных осадков. Разгрузка осуществляется в долины рек и в породы уфимского комплекса.
Локальный характер загипсованности как по территории распространения, так и по разрезу, а также различные условия залегания и режима фильтрации обусловили пестрый химический состав подземных вод и изменение минерализации от 0,7 до 2,3 мг/л. Подземные воды - сульфатно-гидрокарбонатные и гидрокарбонатно-сульфатные. Общая жесткость колеблется от 5,0 до 17,0 ммоль/л, содержание бора - до 1,6 мг/л и железа - до 0,7 мг/л.
В связи с малообильностью и неудовлетворительным качеством подземные воды являются неперспективными для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Представляют интерес как минеральные лечебно-столовые и лечебные воды.
Слабоводоносный локально водоносный уфимский терригенный комплекс (Р 2и) распространен повсеместно, залегает под татарскими и казанскими отложениями. Глубина залегания комплекса в зависимости от структурного строения изменяется от 84 до 330 м, увеличиваясь в юго-западном и южном направлениях.
Литологический состав комплекса весьма изменчив,
но в целом это глинисто-алевролитовая толща пород с прослоями песчаников, редко мергелей и известняков. Подземные воды приурочены к прослоям трещиноватых песчаников, алевролитов. Песчаники, как правило, битуминозные. Общая мощность водосодержащей толщи изменяется от 6 до 20 м.
По условиям залегания и типу циркуляции подземные воды комплекса напорные. Напор над кровлей верхнего водосодержащего прослоя с глубиной увеличивается до 121 м. Пьезометрический уровень зафиксирован на глубине от 26,8 м до 64,9 м и ограничен абсолютными отметками 150-120 м. Литологический состав водовмещающих пород характеризуется преобладанием алевролитов. Коэффициенты фильтрации изменяются от 0,4 до 5,1 м/сут. Удельные дебиты скважин составляют 0,008-0,001 л/с. Коэффициент водопроводимости 0,2-1,0 м2/сут.
По химическому составу воды хлоридно-сульфатные или сульфатные, солоноватые. Минерализация достигает 5,6 г/л. Содержание хлоридов и сульфатов превышает ПДК в 2-3 раза.
Практическое значение подземных вод комплекса ограничено вследствие глубокого залегания, наличия биту-мопроявлений, малой водообильности, невыдержанности мощности водовмещающих пород.
Подземные воды комплекса представляют интерес как минеральные лечебные и лечебно-столовые воды. Так, в д. Мордовская Кармалка вскрыты воды с содержанием сероводорода до 184,7 мг/л (Схема территориального планирования..., 2012).
Литература
Ибрагимов Р.Л. Вопросы гидрогеологии и использования подземных вод при разведке и разработке нефтяных месторождений. Москва: Изд-во ОАО «ВНИИОЭНГ», 2004.140.
Коротков А.И., Учаев В.К. Гидрогеоэкологические исследования в нефтедобывающих районах республики Татарстан. Казань: Изд-во НПО «РЕПЕР». 2007. 300.
Схема территориального планирования Черемшанского муниципального района. Часть 2. Казань: «ТАТИНВЕСТГРАЖДАН-ПРОЕКТ». 2012. 200.
Тахаутдинов Ш.Ф., Ибрагимов Н.Г., Хисамов Р.С., Сабиров Р.К., Ибатуллин Р. Р., Зарипов А.Т. Создание и промышленное внедрение комплекса технологий разработки месторождений сверхвязких нефтей. Казань: Академия наук РТ. 2011. 189.
R.R. Rakhmatulina. Peculiarities of Hydro-Geoecological Conditions of Water Bearing Horizons Occurrence in the area of Ultra viscous Oil and Natural Bitumen Distribution on the Western Slope of the South-Tatar Arch (Russia).
Some aspects of water bearing horizons on the territory of natural bitumen and ultra viscous oil distribution, underground waters contamination causes, role of "lingual clays” are reviewed.
Key words: water bearing horizons, natural bitumen, viscous oil, "lingual clays", underground waters contamination.
Регина Радиковна Рахматулина Научный сотрудник. Научные интересы: геоинформа-ционные системы, гидрогеоэкология.
Институт проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан
420087, Казань, ул. Даурская, 28. Тел.: (843) 299-35-13.
■— научно-технический журнал
2 (44) 20пШ К iMflW 51
