Формирование линзы солоноватых вод в условиях гетерогенно-слоистого строения пластов

Платонова, Алла Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Формирование линзы солоноватых вод в условиях гетерогенно-слоистого строения пластов
ВАК РФ 25.00.07, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Формирование линзы солоноватых вод в условиях гетерогенно-слоистого строения пластов"

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. С. ОРДЖОНИКИДЗЕ

На правах рукописи

Платонова Алла Владимировна

ФОРМИРОВАНИЕ ЛИНЗЫ СОЛОНОВАТЫХ ВОД В УСЛОВИЯХ ГЕТЕРОГЕННО-СЛОИСТОГО СТРОЕНИЯ ПЛАСТОВ (НА ПРИМЕРЕ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ЮЖНО-МАНГЫШЛАКСКОГО АРТЕЗИАНСКОГО БАССЕЙНА)

Специальность 25.00.07 - гидрогеология

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

МОСКВА ¿006 г.

Работа выполнена на кафедре гидрогеологии Российского государственного геологоразведочного университета

Научный руководитель - кандидат геолого-минералогических наук,

доцент Ленченко Николай Николаевич, Научный консультант - доктор геолого-минералогических наук, профессор Гавич Ирина Константиновна

Официальные оппоненты - доктор геолого-минералогических наук,

профессор Крашин Игорь Иванович (ВСЕГИНГЕО), кандидат геолого-минералогических наук Боревский Леонид Владимирович (ГИДЭК)

Ведущая организация - ГНЦ РФ ФГУП "НИИ ВОДГЕО"

Защита состоится " 20 " апреля 2006 года в 15 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.121.01 в Российском государственном геологоразведочном университете им. С Орджоникидзе по адресу: 117997, ГСП-7, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 23, гидрогеологический факультет, аудитория 5-49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного геологоразведочного университета им. С. Орджоникидзе

Автореферат разослан 15 марта 2006 г.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 117997, ГСП-7, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.23. Российский государственный геологоразведочный университет, ученому секретарю Диссертационного совета Д.212.121.01. Телефон: (495)433-65-44 (добавочный 11-$0, 12-05)

Ученый секретарь Диссертационного совета доктор геолого-минералогических наук, профессор

Пендин В.В.

Х006А

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Объектом исследований является Куюлусское месторождение подземных вод (КМПВ), расположенное в северо-западной части Южно-Мангышлакского артезианского бассейна (ЮМАБ) и имеющее площадь около 3 тыс. км2, которое используется в качестве одного из основных источников централизованного водоснабжения для г. Актау, центра Мангышлакской области Республики Казахстан и для целей орошаемого земледелия и пастбищного скотоводства на прилегающей территории. Южно-Мангышлакский артезианский бассейн является перспективной гидрогеологической структурой на получение углеводородного сырья в домеловых отложениях.

Территория Мангышлакской области характеризуется весьма ограниченным и крайне неравномерным распределением поверхностных водных ресурсов. Существующий дефииит пресных питьевых вод предопределил в качестве основного источника их получения процесс опреснения морских вод Каспийского моря с минерализацией 10-14 г/дм3. Дополнительным источником водоснабжения служат практически невосполнимые запасы слабоминерализованных подземных вод (ПВ) альб-сеноманского комплекса Куюлусского месторождения. Как по капитальным, так и по эксплуатационным затратам, опреснение морской воды обходится пятикратно дороже, чем использование в системе водоснабжения подземных вод. В связи с этим особое значение приобретает бережное и оптимальное использование запасов подземных вод и достоверность проводимых гидродинамических и геомшрационных прогнозов.

Изученная территория относится к аридной зоне с преимущественным распространением средне- и высоко минерализованных ПВ, не пригодных для хозяйственно-питьевых, а зачастую и производственно-технических целей. Исключением являются альб-сеноманские отложения, где развиты солоноватые ПВ, относящиеся к Куюлусскому месторождению. Наличие напорно-безнапорного режима, обусловленного выходами водоносных отложений на дневную поверхность, литолого-фациальная изменчивость водовмещающих пород, осложненная наличием тектонических нарушений различного гидродинамического характера, а также практическое отсутствие восполнения запасов, в целом, предопределяют уникальность и многие особенности данного месторождения. Условия формирования подземных вод весьма сложные и использование аналитических методов для их изучения встречает значительные трудности, вследствие этого математическое моделирование является более надежным средством прогнозирования эксплуатации месторождения. Изучение гиппогеппппшепги* и лтли* Лмк-гпппп

определяющих формирование состава

значение При этом существенным является прогноз движения подземных вод, некондиционный состав которых обусловлен естественными факторами. Цель работы и задачи исследований

Основной целью диссертационной работы является уточнение гидрогеологических условий и разработка палеомиграционной модели в связи с решением проблемы формирования Куюлусской линзы солоноватых вод в гетерогенно-слоистых отложениях альб-сеноманского комплекса Южного Мангышлака.

Основные задачи исследований формулируются следующим образом' 1) изучить и обобщить ранее существующую и новую информацию о северо-западной части ЮМАБ, применительно к поставленной проблеме формирования линзы солоноватых вод; 2) изучить многолетний режим и процессы формирования ЭЗПВ при водоотборе на Куюлусском месторождении, а также балансовые я гидродинамические особенности ненарушенного состояния; 3) исследовать особенности процесса формирования упругих запасов подземных вод в гетерогенно-слоистом водоносном пласте с весьма низкими фильтрационными свойствами глинистых слоев. Количественно оценить гидродинамические параметры слабопроницаемых слоев; 4) изучить влияние основных механизмов миграции на условия формирования линзы солоноватых вод. Выявить влияние величин миграционных параметров в возможном диапазоне их изменения на размеры переходной зоны и длительность ее формирования; 5) провести палеомиграционное моделирование условий образования существующей линзы солоноватых вод. Материалы, положенные в основу исследований

Исходным гидрогеологическим материалом послужили:

- во-первых, материалы геолого-гидрогеологической съемки масштаба 1. 200 ООО, геологические, гидрогеологические, гидрохимические, литолого-фациальные и структурно-тектонические карты и разрезы, геофизические исследования, полученные как в процессе разведки, так и при последующей эксплуатации Куюлусского месторождения.

- во-вторых, данные о гидродинамическом и гидрохимическом режиме водоносных горизонтов за период времени с 1958 по 2005 г, содержащиеся в фондовых отчетах, выполненных при разведке Копытовской экспедицией под руководством К.Ф. Орфаниди, и коллективом авторов кафедры гидрогеологии МГРИ -РГГРУ при эксплуатации Куюлусского водозабора и последующих переоценках эксплуатационных запасов подземных вод.

В работе использованы опубликованная и фондовая литература большого числа авторов, в том числе: У.М. Ахмедсафина, Ю.А. Висковского, И.К. Гавич, Г.Ч. Диккенштейна, В.Н. Корценштейна, Н. Н. Ленченко, А.Б. Лисенкова, К.Ф. Орфаниди, Ж.С. Сыдыкова и др.

Методы исследований

Работа выполнена методами аналитических решений для типовых расчетных схем и численного эксперимента с использованием гидродинамического и миграционного моделирования конкретного объекта (Куюлусского месторождения подземных вод Южного Мангышлака). Большое место в исследованиях заняла постановка, реализация и интерпретация результатов аналитических и численных модельных экспериментов по определению диапазона гидродинамических и основных миграционных параметров как водоносных, так и слабопроницаемых отложений в рамках поставленной задачи. Научная новизна

^ Впервые построена палеомиграционная нестационарная модель формирования слабосолоноватой линзы подземных вод Куюлусского месторождения с оценкой элементов водного и солевого балансов подземного потока. Установлены основные механизмы массопереноса и миграционные параметры этого процесса.

^ Установлена аналитическими расчетами и численным моделированием геофильтрации значимая роль упругой емкости глинистых слоев в гетерогенно-слоистом водоносном комплексе в формировании ЭЗПВ на месторождении.

Впервые на диагностическом графике изменения уровня при откачках в гетерогенно-слоистых и многослойных системах даны все обобщенные зависимости определения временных границ этих периодов и показано, что в условиях ЮМАБ некоторые из этих периодов могут выпадать. Защищаемые положения

1. В формировании линзы солоноватых подземных вод Куюлусского месторождения наряду с конвективным вытеснением, определяющую роль играют процессы диффузионного выноса солей из глинистых слоев и слоистое строение водоносных горизонтов, что предопределило существование переходной зоны изменения минерализации, измеряемой десятками километров.

2. Продолжительность формирования солоноватых вод Куюлусского месторождения не превышает 1млн. лет. За этот период времени за счет внедрения инфильтрационных вод из изученной части пласта в вышележащие горизонты было вынесено 530 млн. тонн солей, что составляет 25% от общего их количества назначало рассмагриваемого периода.

3. На известном диагностическом графике изменения понижения уровня во времени в слоистой толще без устойчивого питания на верхней границ? обобщены данные о временных границах характерных периодов. При невысокой емкости питающих слоев.

когда разность величин водоотдач водоносного и питающих пластов меньше двух порядков, период псевдостабилизации режима не выделяется.

4. Гидродинамические параметры глинистых слоев альб-сеноманского комплекса составляют: ко - Ю'7 - 10"' м/сут, р* = 3*Ю'5 1/м. Такие значения параметров исключают возможность перетекания между водоносными горизонтами комплекса но площади их распространения, но значительно увеличивают упругие запасы подземных вод Куюлусского месторождения.

5. Прикаратауский региональный разлом, осложняющий южный борт Каратауской мегантиклинали является полупроницаемым барьером на пути движения подземных вод в центральную часть Южно-Мангышлакского артезианского бассейна, вызывающим увеличение фильтрационного сопротивления пластов в среднем на два порядка.

Практическая значимость и реализация результатов работы

Выполнена количественная оценка параметров глинистых слоев альб-сеноманского водоносного комплекса КМПВ. Показано, что в условиях длительной эксплуатации действующего водозабора при сохранении существующего режима водоотбора заметного изменения минерализации и химического состава ПВ не произойдет. Результаты исследований по выявлению закономерностей формирования химического состава подземных вод Куюлусского месторождения позволяют существенно повысить надежность и достоверность прогнозов изменения качества подземных вод в процессе их эксплуатации. Автором диссертационной работы составлен алгоритм обработки базы данных наблюдений за качеством подземных вод, построены и внедрены на производстве численные модели прогноза изменения качества при изменении режима эксплуатации скважинами различных горизонтов альб-сеноманского комплекса. Апробация работы и публикации

Результаты выполненных работ по теме диссертационной работы получили высокчто оценку на НТС ТОО "МАЭК-Казатомпром" в сентябре 2005 г. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на следующих семинарах и конференциях: 1) V и VI Международные конференции "Новые идеи в науках о земле" (Москва, 2001 и 2003); 2) Научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых МГГРУ "Молодые наукам о земле" (Москва, 2002); 3) Всероссийское совещание "Современные проблемы изучения и использования питьевых подземных вод", посвященное памяти Н.Н. Биндемана (ГИДЭК, Звенигород, 2003); 4) Международная научная конференция, посвященная 100-летию академика Г.В. Богомолова. "Проблемы водных ресурсов, геотермии и геоэкологии" (Минск, 2004); 5) Научные семинары в "Геолинк

консалтинг": "Актуальные проблемы гидрогеологии и геоэкологии" (Москва, 2003 и 2005); 6)Международная конференция "Фундаментальные проблемы нефтегазовой гидрогеологии", посвященная 80-летнему юбилею А А. Карцева (Москва, 2005). По теме диссертации опубликовано 9 статей и одна в печати. Личный вклад автора

Автором непосредственно разработаны основные принципы учета гетерогенно-слонстого строения пластов и определение параметров глинистых толщ при длительной эксплуатации месторождения водозабором подземных вод Решены как фильтрационные задачи по уточнению величин гидродинамических параметров, так и задача массопереноса с оценкой приемлемых значений миграционных параметров и учетом процесса рассоления глин. На основании численных и аналитических расчетов обоснованы временные границы периодов диагностического графика. Автор непосредственно участвовал в постановке проблемы, в обсуждении и интерпретации полученных данных. Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, общим объемом fSfy страниц, включает38 рисунка, ß таблицы. Список литературы содержитЭб наименований. Благодарности

Автор глубоко признателен и благодарен научным руководителям профессору, заслуженному деятелю науки РФ, лауреату Государственной премии СССР, д.г.-м.н. И.К. Гавич и к.г.-м.н. H.H. Ленченко за всемерную поддержку и помощь при подготовке диссертации. Искреннюю признательность автор приносит: А А. Рошалю, Д.С. Кузнецову (Геолинк Консалтинг); Г.Е. Ершову (ЗАО ГИДЭК); М.П. Антипову, Ю.А. Воложу (Геологический институт РАН), И.С. Зекцеру (ИВПАН), а также профессорам кафедры гидрогеологии РГГРУ A.B. Воронову, А Б. Лисенкову, В М Швецу за неоценимую помощь, многочисленные консультации и обсуждения.

Работа выполнена при поддержке гранта МО РФ №А03-2.13-178

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность уточнения гидрогеологических условий КМПВ, сформулированы цели и задачи исследования.

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ СЕВЕРОЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ЮЖНО-МАНГЫШЛАКСКОГО АРТЕЗИАНСКОГО

БАССЕЙНА

Геолого-гидрогеологические условия Куюлусского месторождения, расположенного в северо-западной части Южно-Мангышлакского артезианского бассейна являются сложными. Они изучены исследованиями У.М Ахмедсафина, Ю.А. Воложа, Ю А. Висковского, Г.Х.

Диккенштейна, В.Н. Колпакова, В.Н. Корценштейна, А.К. Кугешева, JI.B. Морозова, К.Ф Орфаниди, Ж.С. Сыдыкова, А.Е. Шлезингера и др.

Основными структурными элементами территории являются Мангышлакекая система дислокаций и Южно-Мангышлакский прогиб. Мангышлакская система дислокаций в пределах района состоит из Каратауской мегантиклинали, Чакырганского прогиба, Беке-Башкудукского вала. Южно-Мангышлакский прогиб, являясь структурой, вмещающей изучаемый бассейн, сложен более мелкими структурами (Жетыбай-Узеньская антиклинальная зона, Карагиинская седловина, Сегендыкская и Жазгурлинская впадины).

В связи с целевым назначением настоящей работы в ней наиболее детально освещены гидрогеологические условия альб-сеноманского водоносного комплекса, являющегося основным источником водоснабжения полуострова Мангышлак. Этот водоносный комплекс имеет сплошное распространение на территории артезианского бассейна, за исключением площадей, где на поверхность выведены более древние отложения. В северной и восточной части территории отложения комплекса обнажаются в виде полосы в районе Прикаратауских долин и присводовой части Беке-Башкудукского вала, общей площадью 1500 км2. В южном и западном направлениях водоносные отложения испытывают погружение. В районе месторождения кровля водоносного комплекса залегает на глубинах 400-700 м от поверхности земли. Комплекс представлен мощной (400-650 м) толщей терригенных осадков. Отложения этого комплекса содержат высоконапорные воды, приуроченные к четырем горизонтам (сеноманский, I, II и III альбекие). Данные о геологическом строении комплекса и литолого-фациальные схемы показывают, что водоносные горизонты отделены друг от друга достаточно мощными (порядка 30 метров) слоями глин. В то же время отложения водоносных горизонтов мощностью от 40 до 180 м характеризуются неоднородным строением, как в разрезе, так и по площади распространения. В песчаных слоях горизонтов встречаются прослои глин мощностью до 10 м, протяженность которых составляет несколько километров (до 10-15 км). Такая литолого-фациальная неоднородность альб-сеноманского комплекса определяет его гетерогенно-слоистое строение с двойной емкостью. Водоупорное ложе комплекса представлено 300-метровой толщей глин апт-нижнеапьбекого возраста, кровля - глинисто-карбонатными породами верхнего мела и палеогена.

На основании изучения гидродинамических и гидрохимических условий по материалам, ранее выполненных на данной территории поисково-разведочных работ на подземные воды и углеводородное сырье, а также по данным аэро- и космофотоснимков предшествующими исследователями выявлены тектонические нарушения. Было установлено, что в районе Куюлусской зоны разломов осуществляется локальная

взаимосвязь напорных водоносных горизонтов между собой и вышележащими водоносными комплексами (А.Б. Лисенков, 1977).

Перетоки подземных вод в альб-сеноманском комплексе, способствовали как ускорению процесса конвективного внедрения инфильтрационных вод со стороны предгорий Каратау в альбские горизонты, так и возникновению замкнутой линзы солоноватых вод в менее проницаемом сеноманском горизонте. Однако, до последнего времени не было выявлено влияние Прикаратауского регионального разлома, расположенного в северной части рассматриваемой территории Эта линейная структура фиксируется углом падения пластов в альб-сеноманском водоносном комплексе, превышающим 6°. Протяженность разлома, по-видимому, составляет около 50 км. ширина измеряется первыми десятками или сотнями метров. Нашими исследованиями показано, что этот разлом создает барражный эффект на пути фильтрации в первом апьбском горизонте в центральную часть исследуемого района.

Гидрогеохимические условия месторождения также весьма сложные. Отмечено существенное изменение химического состава и минерализации воды, как в плане, так и по разрезу водоносного комплекса. Вместе с тем, нами установлено, что содержание основных анионов и катионов, за исключением гидрокарбонатов, пропорционально величине общей минерализации с коэффициентом корреляции 0,6-0,75. Это обстоятельство позволило нам в дальнейшем ограничиться преимущественно анализом изменения минерализации подземных вод. Особенностью Куюлусского месторождения является наличие обратной зональности в водоносных отложениях от палеоцена до верхнего альба, характеризующейся изменением величины минерализации от 46 до 3-5 г/дм3 в центральной части месторождения.

Водоносные горизонты альб-сеноманского комплекса содержат воды различного состава с минерализацией от 2 (в районе выходов отложений на дневную поверхность) до 1015 г/дм3, по мере погружения комплекса в сторону Южно-Мангышлакского прогиба. На северо-западе бассейна, в районе переклинальной части Беке-Башкудукского вала в первом альбском горизонте, в виде линзы раскрывающейся в сторону Каратау распространены воды с минерализацией 2-5 г/дм3 гидрокарбонатно-натриевого и сульфатно-натриевого состава (по Сулину В.А.). Эта линза и является Куюлусским месторождением солоноватых вод, площадью около 3 тыс. км2(рис.1.).

Подземные воды альб-сеноманского комплекса являются напорно-безнапорными. Абсолютные отметки пьезометрических уровней до начала эксплуатации изменялись в диапазоне от +130-140 м (в районе выходов водоносных пород на поверхность) до -1-70-105 м (в зонах разгрузки на юго-западе территории). Подземные воды эксплуатируются водозабором с 1962 года. В последние годы водоотбор составляет около 30 тыс. м3/сут.

Восполнения запасов подземных вод практически не происходит, так как климат района полупустынный и величина осадков не превышает 170 мм/год. Естественный расход оценен моделированием равным 1140 м3/сут, что составляет около 5% от суммы эксплуатационных запасов подземных вод. В процессе эксплуатации происходит сработка упругих запасов ПВ комплекса в пределах площади его распространения, а также сработка гравитационных запасов в области выхода водоносных пород иа поверхность земли и осушение их при снижении уровня грунтовых вод.

2001

Рис.1. Карта минерализации первого альбского водоносного горизонта Куюлусского месторождения подземных вод.

Основным эксплуатационным горизонтом является первый альбский водоносный

горизонт, который характеризуется максимальной проницаемостью, а содержащиеся в нем

воды наименее солоноватые. Из этого горизонта извлекается более 75 % суммарного расхода

водозаборов. Вследствие этого иапш исследования были, в основном, связаны с этим горизонтом. В процессе эксплуатации существенных изменений минерализации подземных вод не отмечено. Многолетними исследованиями различных авторов в районе Куюлусского месторождения установлено отсутствие взаимосвязи между альб-сеноманским и нижележащими неокомским и юрским комплексами. Переток подземных вод из нижележащих водоносных горизонтов по зонам тектонических нарушений возможен в предгорьях Каратау, где по фактическим данным на отдельных участках наблюдается увеличение минерализации в скважинах I апьбского водоносного горизонта.

Выводы:

1. Важной особенностью альб-сеноманского комплекса на Куюлусском месторождении ПВ является его гетерогенно-слоистое строение с двойной емкостью, изучению влияния которого до настоящего времени не уделялось должного внимания. Наличие дополнительной упругоемкостн глинистых слоев может значимо увеличивать ЭЗПВ Куюлусского месторождения, а диффузионный вынос солей из глин влиять на процессы массопереноса, осложняя конвекцию.

2. Наличие различного рода тектонических разломов и нарушений сформировало своеобразную структуру естественного потока в альб-сеноманском комплексе, которая привела к образованию существующей гидрохимической зональности на месторождении.

ГЛАВА 2. ИЗУЧЕНИЕ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ЛИНЗЫ СОЛОНОВАТЫХ ВОД КУЮЛУССКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Различные мнения об условиях формирования подземных вод на ЮМАБ выдвигались в связи с рассмотрением и изучением границ бассейна и направлением движения подземных вод (современные области разгрузки и питания) и гидрогеохимических условий следующими исследователями: С.Б. Вагиным, Ю.А. Висковским, В.П. Гавриловым, В.Б. Колпаковым, В.Н. Корценштейном, В.А. Кудряковым, А.Б. Лисенковым, В.В. Ларичевым, Л.И. Морозовым, К.Ф. Орфаниди, A.B. Сотниковым, Ж.С. Сыдыковым, К.К. Тумаревым, и др. Анализ материалов предшествующих исследователей показал, что практически не изученной осталась проблема влияния диффузионного переноса вещества из глинистых слоев на процесс конвекции в водоносных горизонтах.

Нами была сформулирована следующая гипотеза формирования линзы с чабо минерализованных подземных вод на Куюлусском месторождении. Современная линза солоноватых вод сформировалась в четвертичное время (за последний миллион лет), В формировании линзы наряду с конвективным вытеснением, определяющую роль играют процессы диффузионного выноса солей из глинистых слоев и неоднородное строение

водоносных горизонтов, что предопределило существование переходной зоны минерализации, измеряемой десятками километров. Ниже даны алгоритм и методы решения поставленной проблемы (Таблица №1.).

Алгоритм решения поставленной проблемы Таблица №. 1

Задачи Методы

1. Анализ папеоклимэтических и палеотектонических особенностей территории Южного Мангышлака за предыдущие 20 млн. лет с наиболее подробным исследованием последних двух миллионов лет, охватывающих весь четвертичный период. Метод актуализма, аналогии.

2 Построение и анализ уровней до начала эксплуатации альб-сеноманского комплекса с целью получения поля распределения скоростей фильтрации, выявления зон питання и разгрузки, определения элементов баланса. Гидродинамическое моделирование.

3 На основе воспроизведения опыта 45-летней эксплуатации водозабора на модели, выявление фильтрационных свойств глинистых слоев для последующей оценки интенсивности массообмена между водоносными и глинистыми слоями за счет конвективно-диффузионного переноса. 3.1. Решение тестовых задач факторно-диапазонного анализа (ФДА) для определения влияния изменения параметров глинистых толщ (ко/то и р') на упругий режим откачки в гегерогенно^лоисгшх системах. 3.2. Выбор диапазона изменения 1сУшо и р\ характерного для гидрогеологических условий КМПВ. 3 3. Решение обратной задачи длительной эксплуатации Куюлусского водозабора с целью калибровки гидродинамической модели гетерогенно-слоистого строения I альбского горизонта. Аналитический. Аналитический, имитационное моделирование. Гидродинамическое моделирование

4. Палеомиграциошюе моделирование условий формирования современной линзы солоноватых вод КМПВ за четвертичный период. 4.1 Выполнение тестовых задач массопереноса вещества с учетом влияния гетерогенно-слоистого строения пластов на конвективно-диффузионные процессы. 4.2. Выполнение ФДА для выбора приемлемого диапазона изменения основных миграционных параметров для последующего палеомш-рационного моделирования. 4.3 Создание и калибровка модели I альбского водоносного горизонта I с последующим выполнением папеомиграционного моделирования Аналитический. Аналитический, геомиграционное моделирование. Моделирование массопереноса

Исходные данные и принятые допущения

По данным проведенных палеогидрологических исследований (М.П. Антипов, И.Д. Данилов, Ю.А. Лаврушин, Ю.Г. Леонов, Д.А. Лилиенберг, Р.К. Клиге) 20 млн. лет назад произошло отделение Сарматского моря от Мирового океана, началось его опреснение с последующим уменьшением площади и формирование отдельных внутренних бассейнов. В это время на рассматриваемой территории происходило постепенное отступание моря и начались эрозионные процессы меловых пород. В районе выходов меловых пород на поверхность в этот период происходило их периодическое затопление мелководным морем. Развитие Каспия как изолированного бассейна началось после балханской регрессии 4,8-3,5

млн. лет назад В районе Прикаратауских долин продолжались процессы денудации отложений с вскрытием более древних пород. Очевидно, тогда же ожили древние разломы и образовались очаги разгрузки в центральной части современного Куюлусского месторождения. Но климат был сухим и жарким, питание незначительным, поэтому, видимо, происходило формирование солоноватых воя коитинентапьного засоления. В неогеновое время (3,2-2,1 млн. лет назад) произошли две крупных трансгрессии моря - акчагыльская и апшеронская (Р.К. Клиге, И.Д. Данилов и др., 1998), когда, возможно, Каспийское море рукавом заходило на территорию меловых выходов и затапливало их. Однако, Каспий в это время представлял собой солоноватый бассейн в результате перехвата стока рек, питавших ранее бессточную впадину Аральского бассейна. Примерно 1 млн. лет назад климат стал более влажным. Возросла интенсивность денудации и, следовательно, значительное, по сравнению с предыдущей эпохой увеличение поступления инфильтрационных вод. Четвертичный период характеризовался общим похолоданием, увеличением гумидности, которое хорошо коррелируется с трансгрессиями Каспия и суммарно составляет около 600700 тысяч лет. Уровень Каспия в этот период приблизился к современному положению, а имевшие место за этот период времени три значительные трансгрессии не заходили в район обнажения меловых пород (М.П. Антипов, Ю.А. Волож, 2005).

К началу четвертичного времени, как сказано выше, в меловые отложения альб-сеноманского комплекса могли поступать как солоноватые морские воды, так и поверхностные воды, формирующиеся в условиях континентального засоления. Поэтому в пределах Куюлусского месторождения произошло формирование подземных вод с минерализацией около 10 г/дм3 (рис.1.). Это значение минерализации соответствует современному уровню солености Каспия, в районе полуострова Мангышлак и величине солесодержания комплекса в зоне его погружения за пределами месторождения. Принятые допущения:

1 В качестве основного горизонта рассмотрен 1 альбекий водоносный горизонт, для которого построена геомиграционная модель, характеризующая изменение минерализации за период времени 700 тыс. лет.

2. Данных о тектонических движениях за рассматриваемый период нет, но известно, что колебания уровня Каспия в большей мере зависели от палеокллматических изменений, основные черты рельефа фактически соответствовали современным. Поэтому распределение напоров принято соответствующим современной карте естественных уровней и не менялось на весь период моделирования.

3 В районе выходов меловых отложений в предгорьях Каратау, на миграционной модели, заданы значения минерализации по фактической карте.

4 Рассмотрены процессы массопереноса вещества без учета физико-химического взаимодействия подземных вод с горной породой.

5 Конвективная составляющая выноса солей из глин значительно меньше диффузионной, о чем свидетельствует значение числа Пекле для рассматриваемых условий, равное 0,03.

6. Начальная величина минерализации на всей территории, кроме выходов меловых отложений принята равной 10 г/дмЗ.

7. Данных о составе и минерализации вод в глинистых отложениях для данной территории нет, но проведенный Н.П. Затенацкой (1974) анализ показал, что минерализация поровых вод в глинистых отложениях часто совпадает с минерализацией подземных вод, в том числе и в районе Каспия. Проверочный расчет показывает, что даже при исходном различии минерализации более чем в 3 раза практически полное выравнивание содержания солей в глинах и песках за счет диффузионного выноса Происходит в течение 50 тыс. лет. Поэтому, в качестве начальных условий минерализация вод в глинах и водоносных горизонтах принята одинаковой.

8. В районе Куюлусской зоны разломов, где осуществляется переток между горизонтами альб-сеноманского комплекса, задан источник - переток из И альбского водоносного горизонта с линейно изменяющейся во времени минерализацией от 10 до 3 г/дмЗ. ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ЕСТЕСТВЕННЫХ УСЛОВИЙ ПЕРВОГО АЛЬБСКОГО

ВОДОНОСНОГО ГОРИЗОНТА Обоснование надежности исходных данных В 1957-59 гг. в процессе разведочных работ на месторождении были проведены длительные высокодебитные опытно-фильтрационные работы (ОФР) для определения гидродинамических параметров пласта. На основе данных измерений уровня многими исследователями (Ю.А. Висковский, В.Н. Корценштейн и др.) построены карты естественных уровней ПВ в I альбском водоносном горизонте. Однако, известно, что выпуски воды, осуществляемые непосредственно после завершения бурения в скважинах, привели к значительному снижению уровней в районе всего месторождения. За весь период разведочных работ понижение достигло 30-40 метров и последующего восстановления не произошло.

В связи с вышесказанным, достоверными определениями естественных )ровней могут быть признаны только те, которые были выполнены в начальный период разведки Вследствие этого приводимые в литературе карты статических уровней не в прямом виде отвечают существовавшей динамике естественного потока ПВ. Нами было выполнено

восстановление величин статических уровней до их первоначальных значений (до начала разведочных работ), путем аналитического определения величины срезки уровня с учетом реальных выпусков воды и времени начального измерения уровня в скважинах. По исправленным таким способом величинам уровней построены схематические карты пьезометрической поверхности сеноманского и I альбского водоносных горизонтов.

Транзитный поток в I альбском горизонте от предгорий Каратау на юг осложнен влиянием Прикаратауского разлома, проходящего южнее Прикаратаусской долины. Здесь подземный поток частично поворачивает на запад и разгружается в ее западной части. В центральной части месторождения существует достаточно крупная депрессионная воронка, четко оконтуренная изопьезами 108-114 м (рис. 2) Согласно воднобалансовым расчетам в пределах этой воронки осуществляется разгрузка потока, формирующегося в северной части месторождения. В южном направлении поток в значительной мере формируется, по-видимому, перетоком из второго альбского водоносного горизонта. Как показывает анализ карт минерализации подземных вод, форма зон с минимальными ее значениями во всех горизонтах хорошо согласуется с местоположением зон разломов в водоносных горизонтах.

Результаты моделирования естественных условий I альбского горизонта

Геофильтрационное моделирование выполнено для области площадью 13 тыс. км7 в масштабе 1:200 ООО. Модель является врезкой ранее построенной модели того же масштаба, откалиброванной по опыту эксплуатации Куюлусского месторождения. Режим фильтрации стационарный. Структура потока -планово пространственная.

Граничные условия: на севере, в области выходов водоносных отложений на поверхность, задан постоянный уровень подземных вод, изменяющийся от 130,0 м на востоке до 116,0 - 115,0 м на западе. На выходах отложений в юго-восточной части Беке-Баппсудукского поднятия задан уровень - 105 м. На остальной территории закрытая граница соответствует линии тока подземных вод. Области гидравлической взаимосвязи с сеноманским и вторым атьбским водоносными горизонтами располагаются в районе продолжения Беке-Башкудукского поднятия по линиям тектонических нарушений.

Геофильтеаиионные параметры модели: водоносный горизонт аппроксимируется кусочно-неоднородным пластом. Распределение водопроводимости по площади соответствует уточненному по опыту эксплуатации месторождения и изменяется от 30 до 90 м2/сут, при среднем значении 65 м2/сут.

Решение на модели в основном соответствует естественному полю пьезометрических уровней (рис.2). Среднеквадратичное отклонение расчетных уровней от их естественного положения для всей модели оказалось равным 2,23 м или 10% от максимального перепада уровней на модели. Величина питания горизонта по данным моделирования равна 1140

м3/сут. Разгрузка водоносного горизонта в пределах области моделирования не превышает 340 м3/сут. Перетоки между сеноманским, I и II альбскими водоносными горизонтами равны соответственно, 610 и 1250 м^/сут. Напорные градиенты потоков составляют не более 3*10"*. действительные скорости фильтрации до 0,3 м/год, то есть на порядок меньше существующих в условиях эксплуатации подземных вод.

ГЛАВА 4. УТОЧНЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ГЛИНИСТЫХ СЛОЕВ АЛЬБ-СЕНОМАНСКОГО КОМПЛЕКСА Постановка задачи

В процессе разведочных работ была определена величина упругой водоотдачи ц', равная 10"4 В последующем, параметры уточнялись и по данным режима эксплуатации обобщенная величина упругой водоотдачи оказалась равной ц*=2* 10"* Это увеличение, по нашему мнению, связано с длительным процессом подтока воды вследствие проявления упругих свойств глин, которые являются дополнительным источником питания в формировании ЭЗПВ на месторождении.

Рис. 2. Модельная карта статических уровней Куюлусского месторождения подземных вод. Условные обозначения: 1 - ГУ I рода; 2 - изолиния статического уровня; 3 -

тектонические нарушения; 4 - скважина: в числителе - модельное, в знаменателе -фактическое значение статического уровня, м.

Воспроизведение опыта эксплуатации выполнялось на однослойной постоянно-действующей модели 1:200000 масштаба, которая охватывала площадь около 40 тыс. км2. При анализе темпов фактических и модельных понижений уровня по скважинам на отдельные периоды времени нами была установлена недостаточно хорошая сходимость решения с натурными данными. Максимальные расхождения приурочены к периоду смены режима водоотбора на месторождении. Было сделано предположение, что несоответствия в уровнях и темпах их изменения, помимо ошибок измерения и моделирования, могут быть связаны с недоучетом влияния динамики проявления упругой емкости в многочисленных глинистых прослоях альб-сеноманского гетерогенно-слоистого комплекса

Кроме того, для изучения условий формирования линзы слабоминерализованных вод на месторождении обобщенные параметры пластов, полученные для фильтрационных моделей, не могут быть использованы, так как при решении геомиграционных задач необходимо располагать данными о параметрах как водопроницаемых, так и слабопроницаемых слоев.

В 60-е и 70-е годы понятие о двойной пористости и трещиноватости среди гидрогеологов практически не было известно, только к концу 70-х и в 80-е годы это учение получило признание и стало широко использоваться. Поэтому в гидродинамических расчетах на Куюлусском месторождении в глинистых слоях, как это было принято у гидрогеологов, принимался жесткий режим и упругоемкостью этих слоев обычно пренебрегали. В свете сказанного, исследования гидродинамических свойств и оценка диапазона возможных числовых величин параметров глинистых слоев альб-сеноманского водоносного комплекса ЮМАБ приобретает важное научное и практическое значение.

В качестве основных задач для решения этой проблемы были рассмотрены:

1. Выявление основных этапов формирования упругого режима в гетерогенно-слоистом пласте в результате водоотбора из скважин.

2. Оценка величины коэффициента перетекания и упругой водоотдачи слабопроницаемых пластов в виде диапазона их возможного изменения для последующего учета на геолого-математической модели Куюлусского месторождения.

3. Калибровка параметров на численной фильтрационной модели гетерогенно-слоистого строения для последующего использования при решении миграционной задачи.

Выполнение факторно-диапазонного анализа для оценки значений параметров глинистых слоев гетерогеино-слоистых комплексов

Для того чтобы провести целенаправленную калибровку модели нами были выполнены аналитические решения и имитационное моделирование тестовых задач факторно-

диапазонного анализа. Рассмотрены двух-, трех-, многослойные и многопластовые схемы строения пластов В качестве изменяющихся условий принимались: постоянный и переменный уровни в питающем пласте, перетекание через разделяющие слои без и с учетом их водоотдачи.

Все решения можно представить одним обобщенным диагностическим графиком (рис.3.). График является широко известным и охватывает все этапы смены режйма уровня в окрестностях скважины. На данном рисунке впервые представлены все временные критерии смены периодов, выявленные нами у различных авторов для слоистых систем. Нами установлено выражение для оценки времени начала изменения уровня (11) под влиянием перетекания. Этот критерий соответствует 5% расхождению решений изолированного пласта и пласта с перетеканием. Все разнообразие строения слоистой толщи находит свое отражение в зависимостях для определения коэффициентов Ь, входящих во временные критерии.

Рис.3. Диагностический график понижения уровня в слоистых системах при откачке

В соответствии с реальными гидрогеологическими условиями были рассмотрены две типовые расчетные схемы: 1) двухслойного строения со свободно изменяющимся напором в питающем горизонте (Ф.М. Вочевер, 1968,1976); 2) трехслойная система, когда водоносный горизонт перекрыт и подстилается слабопроницаемыми слоями, водоотдача которых учитывается (М С. Хантуш, 1964). В этих схемах определяющим фактором является именно

величина водоотдачи смежных с эксплуатируемым горизонтом слоев. Кроме этого было выполнено решение имитационных задач с помощью компьютерного моделирования осесимметричной фильтрации многослойной толщи (программа RADIAL, разработка ЗАО "ГИДЭК", 1991). Тестовые задачи включали в себя решения при изменении значений коэффициента фильтрации и упругоемкости глинистых слоев в диапазоне: ко = 5* КГ6 - 10"* м/сут; Р*= 10"4-2*10"5 1/м.

При решении тестовых задач, впервые было установлено, что при соотношении емкости питающего и основного горизонтов менее 100, время t3 меньше t2, "ложно-стационарный" режим отсутствует и после завершения первого периода на диагностическом графике будет фиксироваться длительный переходный этап, характеризующийся некоторым уменьшением темпа роста понижения уровня, который завершится периодом квазистационарной фильтрации для всей слоистой толщи. При низких значениях параметра перетекания (менее 10"' - Ю"10 сут'1) продолжительность этого этапа может достигать десятков и даже сотен лет, что и наблюдается на Куюлусском месторождении.

Так же были выполнены тестовые решения для условий изменяющегося во времени водоотбора из скважин, приближенных к реальным (рис.4.). Характер изменения расчетного уровня совпадает с фактическими изменениями на Куюлусском месторождении, что дополнительно подтверждает участие упругой емкости глинистых слоев в формировании эксплуатационных запасов, а, следовательно, возможность моделирования первого альбского водоносного горизонта в виде изолированной двухслойной системы с учетом параметров глинистых пластов. В итоге, в качестве основных параметров, задаваемых на геолого-математической модели были приняты- тг.пш, = 30 м; Р*глия = 3,33*10"' м*1; ц*,лии = 10*3; ко = 10~7- 10"&м/суг.

Предложенный вид обобщенного диагностического графика (рис.3.), возможно найдет более широкое практическое использование, которое полезно, как при планировании опытно-фильтрационных работ, так и при гидродинамическом анализе режима длительной работы водозабора. В последнем случае могут быть решены задачи идентификации гидродинамической роли перекрывающей эксплуатируемый горизонт толщи в формировании эксплуатационных запасов подземных вод и предварительной количественной оценке емкостных параметров разделяющих и питающих слоев.

Калибровка модели слоистой толщи в условиях длительной эксплуатации водозабором

Нами создана альтернативная ранее построенной однослойной (2002 г.), двухслойная модель I альбскою водоносного горизорта, которая учитывает параметры как водопроницаемого, так и слабопроницаемых слоев. Она имеет площадь 40 тыс. км2 и

масштаб моделирования 1:200000. Рассматривался 45-летний период эксплуатации Куюлусского водозабора.

т™. = 30 м —•— —■— . —■»— —»—

ГПта** ЮОМ М-маи = Ю"* |1™о,+ Ц = 11*10"* Ц Ц м = 11*10* ц „„,+ ц а 11*10*

Т = 100 м'/еут ш суг1 = 3.3*10-' суг1, - 3 3*10"» суг1

Рис. 4. График зависимости понижений уровня от времени при эксплуатации с изменяющимся водоотбором

Расчетная схема с гидродинамическими параметрами слоев и диапазоном их изменения для калибровки модели, представлена на рисунке 5. В районах выходов водоносных отложений на дневную поверхность (предгорья Каратау и Беке-Башкудукский вал) и по границам модели задано ГУ II рода (закрытый контур). Естественные ресурсы подземных вод и перетоки по тектоническим нарушениям практически не влияют на формирование понижений уровня подземных вод в период эксплуатации водозаборов и не учитывались на модели. Решение выполнено в понижениях уровня. В результате калибровки численной модели были приняты следующие фильтрационные параметры для глинистых слоев: значение упругоемкости ¡3°гмш = 3*10"5 м"1; коэффициент фильтрации ко = 10'7 -10"* м/сут.

Определение гидродинамической роли Прикаратаусского регионального разлома на основе калибровки геолого-математической модели I альбского водоносного горизонта

В северной части водозабора из года в год фиксируется искривление линий равных понижений таким образом, что можно предполагать наличие вытянутой в широтном направлении зоны с очень низкими значениями водопроводимости. Местоположение этой зоны совпадает с северным крутым бортом Чакырганской синеклизы и обусловлено наличием Прикаратауского разлома со смещением пластов в альб-сеноманском водоносном

комплексе. Неучет Прикаратауского разлома на модели приводил к существенным ошибкам моделирования, достигающим 40 м или 30 % от максимальной величины понижения (рис.6.).

сщотСч.

. т-воичл: гл./ ""*"

4'Я. / - . 1 . ТЬЭмЧсут

-ЧЬ~]| г: 1; -1";

I—. I , , I , .... . (. : , j

..па—р ---

Ммшп<

Т«в5«Лсут

И =00001 + . • .

о ГУ I геэ ГУ Я-источник 19 ГУ И - сток 0 = 0

Рис.5. Расчетная схема врезки геофнльтрационной модели условий эксплуатации

Решение задачи реализовалось путем воспроизведения всего периода разведки и эксплуатации водозабора на модели (47 лет). Калибровка осуществлялась по фактическим наблюдениям понижения уровня подземных вод и темпам их изменения в точках модели, соответствующих положению 60 водозаборных и 35 наблюдательных скважин режимной сети на весь период эксплуатации. При калибровке учитывался также баланс формирования эксплуатационного водоотбора, определяемый по каргам понижений уровня.

Ошибка при решении обратной задачи оказалась на уровне 10-20 м или 10%. что обусловлено погрешностями в определенна положения уровня в наблюдательных и водозаборных скважинах, расходов отдельных скважин, влиянием неравномерной их эксплуатации на определение положения уровня и темп его изменения. Улучшилось совпадение темпов изменения уровней во времени. Полученные расхождения не превышают 0.5-1.0 м/год (рис.6.).

Рис.6. Врезка схематической карты разности понижений уровня первого альбского водоносного горизонта (А- без учета разлома; Б- с учетом разлома)

Условные обозначения: 1 - изолинии разности понижений уровня, м; 2- тектонические нарушения; 3 - скважина и ее номер.

ГЛАВА 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ЛИНЗЫ СОЛОНОВАТЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА КУЮЛУССКОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ Аналитические расчетные схемы Рассматривается рассоление альб-сеноманского гетерогенно-слоистого комплекса инфильтрационньши водами в пределах Куюлусского месторождения. Миграция солей происходит по проницаемым слоям путем конвективно-дисперсионного переноса, осложненного влиянием поперечной диффузии из слабопроницаемых слоев. В результате этого, на фронте вытеснения одного раствора другим, образуется переходная зона с постепенно меняющейся концентрацией. Расчет параметра Пекле (Ре°) показал, что ведущую роль занимает диффузионный процесс (Ре°=0,03), так как при условии 0<Ре" <0.3 + 0.5 дисперсионный перенос полностью определяется молекулярной диффузией в поровом пространстве. Нами выполнены исследования, направленные на выявление особенностей

формирования величин минерализации в хорошо проницаемых слоях. Для изученного месторождения характерны два вида неоднородности строения:

1. Мезонеоднородность, которая обусловленная чередованием водоносных горизонтов и разделяющих их глинистых слоев.

2. Макронеоднородность, обусловленная наличием в толще водоносного пласта слоев глин, мощностью до 10 м и протяженностью несколько километров.

Принято допущение об отсутствии взаимодействия мигрантов с окружающей средой. Были рассмотрены две основные расчетные схемы (рис.7.):

1. Двухслойная система (упорядоченно-стратифицированный пласт; Шестаков, 1986);

2. Однослойная система (неупорядоченно-неоднородный пласт; Мироненко, 1998).

//////////////////////////////////////////

о о

кт = 65 м'/сут -у =10-' . ' . 8\'= .1(100 мг/сут' п. = 0.2

(гттит •.

<гггптр

кт = 65 м'/сут •

. 0»= 5*10-* м'/сут К,а1, 8", = 1000 м2/сут '

. гшшш

сПТТТР • • •

ШШШШШШШШШ ////Ж/Ж/////////Ш///ШШ

Рис.7. Расчетные схемы миграционной задачи: А - двухслойная система упорядоченно-стратифицированного строения; Б - однослойная система неупорядоченного строения

Для условий латерального конвективного переноса средняя скорость в пределах месторождения, по данным моделирования, составляет (1,5 - 2)*) О"4 м/сут. За период 500 тыс. лет фронт инфильтрационных вод только за счет конвективного переноса продвинулся бы на 140 км. То есть, в пределах всего Куюлусского месторождения за этот период времени подземные воды имели бы минерализацию менее 2 г/дм5, чего в действительности не наблюдается (рис.1).

Аналитическим решением для расчетной схемы А является частное решение для двухслойного пласта с резко различными значениями проницаемости пород отдельных слоев (схема сосредоточенной емкости), имеющее вид:

с=4 = .^(т;, г) = 1 -е" )«"/,(*/£)*, (5.1)

; тт-£-ц--—г-, где (5.2)

/>*„- коэффициент молекулярной диффузии, м2/сут; /я/, т.? - мощности водоносного и слабопроницаемого слоев, м; гц, П2 - активные пористости водоносного и слабопроницаемого слоев; V, - скорость фильтрации в водоносном горизонте, м/сут; х -расстояние от источника инфильтрационного питания, м; а1 -коэффициент межслоевого массообмена, м/сут.

Решение применимо при выполнении условий.

-^->(0.5+1.0) = 99; х<-^-,50000 < 105288 м, (5.3)

тгпг 1+т2п2 /(т,и,)

где хт = V//«, -координата фронта поршневого вытеснения в проницаемом слое;

х - размер линзы на месторождении « 50000 м.

Для расчетной схемы Б применимо решение модели предельного конвективно-

диффузионного переноса. Решение для этой расчетной схемы будет иметь вид: • •

с = 0,5ег/с Х". ~У/ ; (5.8)

у = . „• = Ъ-Ч + ъ-т, ¿> =__?тА--^ ^

т, + т, т, + т2 Зас [1 + / /п2и2 ]

где и", ^ - эффективные параметры пористости и скорости, м/сут; /3*^ - коэффициент макродисперсии, м2/сут; /г. - дисперсивность, м.

Для наших условий величина дисперсивности составляет 5*1, = 1796 м.

Уравнение (5.8) формально аналогично схеме микродисперсии и выполняется при условии- //и,л,))10. Для Куюлусского месторождения оно выполняется спустя Ютас. лег.

Результаты решения для расчетной схемы однослойного строения имеют существенные расхождения с решениями для двухслойного пласта. По-видимому, это связано с тем, что получаемые значения концентрации являются средневзвешенными для всего пласта. Поэтому, для изучения влияния гетерогенно-слоистого строения горизонтов она является достаточно приближенной. В дальнейшем нами было использовано решение для двухслойного пласта с сосредоточенной емкостью.

Результаты факторно-диапазонного анализа

Сопоставление расчетов ФДА свидетельствуют о следующем. На приведенном графике (рис.8.) видно, что при увеличении коэффициента молекулярной диффузии возрастает

скорость рассоления глин. Вследствие этого уменьшается размер переходной зоны, так как полный вынос солей идет практически с такой же скоростью, что и граница конвективного переноса в песках. Для КМПВ нами выявлена зависимость между величиной коэффициента диффузии глин и скорости фильтрации на условия возникновения переходной зоны, формирующейся за счет диффузионного выноса солей из глинистого слоя, которая составляет (Dm/v,)3 0,33 - 0,03. При меньших значениях процесс выноса солей практически не оказывает воздействия на формирование минерализации в конвективном потоке. При больших значениях рассоление глинистого слоя происходит практически одновременно с прохождением поршневого вытеснения. На величину переходной зоны концентраций существенное влияние оказывают скорость фильтрации и эффективная пористость.

Исходный мриаит

От = 1.5*10-4, п0 = 0 2: V = 1 540-4

-»-увеличение коэффициента диффузии

От > 2 раза -«-увеличение коэффициента диффузии От в 5 раз

-»-уменьшение эффективной пористости пО в 2 раза

-•-уменьшение эффективной пористости пО

в 1,5 раза -«-увеличение скорости v * 2 раза -»-увеличение скорости V в 3 раза

-О-уменьшение коэффициента диффузии От в 10 раз

—увеличение коэффициента диффузии От в 10 раз ^

-«.увеличение коэффициента диффузии От в 100 раз

10000 15000 20000 26000 30000 35000 40000 45000 50000 расстояние от источника инфильтрационного питания, м

рис.8. Графика сравнении решений конвективно-днффузиоиного процесса в слоистой системе на период 200 тыс. лет

Расчетная схема палеомиграционной модели Область моделирования составила 13 тыс. км' и значительно превышает территорию распространения слабоминерализованной линзы подземных вод на месторождении. Геомиграционный поток принимался нестационарным, планово-пространственным по структуре. Масштаб моделирования 1 : 200 000. В качестве расчетного времени был принят период, соответствующий 1 млн. лет с длиной шага по времени 5*104 сут.

Рассмотрены три принципиально различных расчетных схемы модели геомиграции: 1) однослойная с конвективным переносом; 2) однослойная, осложненная процессами

макродисперсии в гетерогенио-слоистом пласте и 3) двухслойная с учетом диффузионного выноса солей из гтанистых отложений (рис 7 ). Моделирование осуществлялось с помошью программного комплекса РМ\У1№ и МТЗОМЭ. Использовался полный тензор дисперсии.

Геофильтрационные параметры и положение уровней подземных вод соответствует результатам моделирования естественных условий. Для расчетных схем значения постоянной минерализации поддерживались на выходах отложений в предгорья* Каратау по фактическим данным. Остальные границы моделируемой области приняты закрытыми. Линейно изменяющееся во времени значение минерализации от 10 до 3 г/дм3 задано для потока, поступающего из второго альбского горизонта в погруженной части Беке-Башкудукского вала В пределах всей области начальное значение минерализации принято равным 10 г/дм3. Основные параметры расчетных схем даны на рисунке 7.

Выполнен факторно-диапазонный анализ оценки влияния изменения граничных и начальных условий, параметров диффузии в глинах, гидродисперсии и активной пористости на результаты решения. В качестве критерия оценки выступали фактические значения минерализации в скважинах I альбского горизонта. Выявлено, что главными факторами управления калибровки модели являются наличие зон локальной взаимосвязи между горизонтами, значения минерализации воды в области питания и начальной величины активной пористости и дисперсивности. Влияние этих факторов на изменение величины минерализации в исследуемой области достигает 1,5-3 г/дм3.

В результате первого варианта моделирования была построена модельная карта вынужденной конвекции I альбского водоносного горизонта. Конвективный фронт за 400 тыс. лет продвинулся на 40-60 км к югу от предгорий Каратау Переходная зона имеет размер 2-4 км (в пределах 1-2 блоков, что можно отнести к численной дисперсии использования метода конечных разностей). В пределах Куюлусского месторождения для области, ограниченной контуром менее 5 г/дм3, средняя минерализация составила 2 - 3 г/дм3.

Ошибка моделирования достигает 40%. Кроме этого, наблюдаемый "поршневой" фронт вытеснения соленых вод не соответствует реальной действительности (рис.1.). Таким образом, можно предполагать, что на конвективный перенос вещества в водоносных горизонтах Куюлусского месторождения оказывает влияние поступление солей из глин, а. следовательно, необходимо учитывать диффузионные процессы на модели.

Для однослойной системы, осложненной процессом макродисперсии период моделирования составил 600 тыс. лет, для двухслойной с учетом диффузионного выноса солен из глинистых отложений аналогичная картина распределения минерализации воды реализуется через 900 тыс. лет (рис 9). В районе собственно Куюлусского месторождения ошибка в среднем не превысила 0,4 г/дм3 или 5% от размаха значений минерализации на

модели. Среднеквадратичное отклонение для всей модели оказалось равным 1,4 г/дм или 16,5%.

1Г 1 ®®пмть вь'носа солей 1ч- _I за пределы модели

•8

Минерализация, кг/м'

Тектонические нарушения

Скважина: в числителе-модельное значение минерализации, кг/м1-, в знаменателе • фактическое значение минерализации, ю№

минерализация

110 КМ

<5 = 0

Рис.9. Модельная карта минерализации первого альбского водоносного горизонта Куюлусского месторождения подземных вод (с учетом влияния диффузионно-дисперсионных процессов)

По сравнению с решением варианта конвективного переноса без учета дисперсии (расчетная схема 1) произошло замедление процесса рассоления во времени и, следовательно, продвижения фронта вытеснения за счет диффузия солей из глинистых слоев, замедляющая процесс рассоления в песчаных слоях. Это привело к формированию переходной зоны, размеры которой по данным моделирования составляют 35-40 км. Вместе с тем, существенное значение оказывает неоднородность самих проницаемых слоев и связанное с этим дисперсионное рассеяние. В формировании естественных ресурсов солоноватых подземных вод района, особенно в течение последнего гидрогеологического цикла, большое значение имели внутренняя область инфильтрационного питания - предгорья Каратау и разгрузка по тектоническим нарушениям в центральной части месторождения.

Примерно за 1 млн. лет могло произойти частичное рассоление подземных вод альб-сеноманского комплекса с 10 - 15 г/дм3 до 2-5 г/дм3 и формирование современной гидрогеохимической обстановки на Куюлусском месторождении. За расчетный период было вынесено 530 млн тонн солей, что составляет 25% от их первоначальной массы. Средневзвешенная минерализация воды понизилась с 8,3 до 6,2 г/дм3.

В завершение на построенной и откалиброванной геомиграционной модели Куюлусского месторождения были воспроизведены условия существующей 45-летней эксплуатации водозабора. При этом резко (в десятки раз) возросли латеральные и вертикальные градиенты и скорости фильтрации. Результаты моделирования свидетельствуют о полном отсутствии каких-либо изменений величины минерализации воды, поступающей к скважинам за короткий промежуток времени (45 лет) по сравнению с периодом формирования линзы. Этот процесс наблюдается в действительности и подтверждает ранее выполненные аналитические расчеты (А.Б. Лисенков. 2001). К настоящему времени в глинах, по-видимому, наступил квазистационарный процесс выноса солей, причем вертикальный градиент минерализации в глинах не превышает 10"3 кг/м3*м Диффузионный поток из глин в этом случае составляет 5*10"* кг/сут*м2, что приводит к увеличению концентрации солей в водоносном горизонте на 2,5*10"9 кг/м3сут*м. Увеличение минерализации воды в I альбском водоносном горизонте, вследствие диффузионного выноса солей за 45 лет эксплуатации с учетом его средней мощности 100 м и активной пористости п, V

= 0,2 равно- Ш = = 5-10"' кг/м3. п„т

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Формирование линзы солоноватых вод Куюлусского месторождения происходило путем конвективного вытеснения инфильтрацнонными водами со стороны выходов меловых отложений на поверхность погребенных соленых вод, содержащихся в песчаных отложениях альб-сеноманского комплекса, осложненного диффузионным выносом солей из слоев глин. Зона дисперсии рассоления, полученная по данным моделирования измеряется 40-50 километрами, что соответствует размерам Куюлусского месторождения.

2. Воспроизведение условий эксплуатации Куюлусского водозабора на геофильтрационной и геомиграционной моделях подтвердило, сделанный ранее вывод о том. что за 45 лет эксплуатации не произошло изменения минерализации и химического состава подземных вод в горизонтах альб-сеноманского комплекса и по прогнозу не произойдет в течение ближайших 50 лет.

3. Выявлено, что существенное влияние на процесс формирования эксплуатационных запасов подземных вод оказывает упругая емкость глинистых слоев и прослоев, которая оценена нами равной ц* - 10"'. При весьма низких значениях коэффициента фильтраций глин (10"7 - 108 м/сут) перераспределение емкостных запасов внутри системы ПЛАСТ+ВОДОУПОР продолжается в течение 5-20 лет, то есть может быль выявлено юлько в процессе длительной эксплуатации водозабора.

4. Установлено, что региональный Прикаратаусский разлом, осложняющий северный борт Чакрыганской синклинали, является полупроницаемым барьером для движения подземных вод в первом альбском горизонте. Тектонические нарушения в погруженной сводовой части Беке-Башкудукского поднятия, обусловили возникновение зон локальных перетоков между верхними водоносными горизонтами альб-сеноманского комплекса, которые способствовали ускорению процесса конвективного внедрения инфяльтрационных вод в первом и втором альбских горизонтах и возникновению замкнутой линзы солоноватых вод в сеноманском горизонте

5. На диагностическом графике откачки из слоистых толщ впервые выявлены все временные критерии продолжительности формирования режима на разных этапах. Практическое использование диагностического графика полезно как при планировании опытно-фильтрационных работ, так и при гидродинамическом анализе режима длительной работы действующего водозабора.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Исследования схематизации гидрогеологических условий при моделировании нестационарной фильтрации (на примере эксплуатации крупного водозабора) // Тезисы докладов V международной конференции "Новые идеи в науках о земле". МГГРУ. М.:2001 С.109 (в соавторстве с H.H. Ленченко)

2. Некоторые принципы построения региональных и локальных геофильтрационных моделей // Геология и разведка. М.: 2002,№4.С. 87-94 (в соавторстве с H.H. Ленченко)

3. Концепция построения региональных и локальных постоянно действующих моделей // Научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодые наукам о земле". МГГРУ. М.:2002. С.20

4. Уточнение гидрогеологических условий Куюлусского месторождения по опыту 40-летней эксплуатации подземных вод // Материалы всероссийского совещания "Современные проблемы изучения и использования питьевых подземных вод" (памяти H.H. Биндемана). ГИДЭК.,М.:2003.С. 128-129

5. Влияние гетерогенно-слоистого строения пласта на упругий режим фильтрации при откачке И Избранные доклады VI международной конференции "Новые идеи в науках о земле". МГГРУ. М.: 2003. С. 158-170

6. Влияние гетерогенно-слоистого строения пласта на динамику уровней воды при откачке // Материалы VI международной конференции "Новые идеи в науках о земле" МГТРУ. М.:2003.С.134 (в соавторстве с Н.В. Алексеевой, O.A. Ерастовой)

7. Аналитическая оценка "скин-эффекта" водопритока к скважине // Материалы VI международной конференции "Новые идеи в науках о земле". МГГРУ. М.:2003.С.135 (в соавторстве с J1.A. Тихоновой, В.В. Ермаковой)

8. Имитационное моделирование откачки в планово-неоднородном пласте // Материалы международной научной конференции "Проблемы водных ресурсов, геотермии и геоэкологии", посвященной 100-летию академика Г.В. Богомолова. ' Том I Минск.М.:2005.С.123-124 (в соавторстве с A.A. Митюшкиным, C.B. Косюрой)

9 Влияние диффузионного переноса на формирование солевого состава подземных вод альб-сеноманских отложений на Южном Мангышлаке // Фундаментальные проблемы нефтегазовой гидрогеологии. Материалы международной конференции, посвященной 80-летию A.A. Карцева., M: 2005.С.527-531

Подписано в печать ОТ». 2006 г. Объем 4,5 и.л. Тираж ЛО О экз. Зака ьЧ« 67

Редакционно-и шахельский отдел РГГРУ Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23

200Cfl

S747

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Платонова, Алла Владимировна

Введение

Глава 1. Особенности гидрогеологических условий северо-западной части Южно

Мангышлакского артезианского бассейна

1.1 Геологическая и гидрогеологическая изученность территории

1.2 Физико-географические условия

1.3 Геологическое строение территории

1.4 Тектоника и тектонические нарушения

1.5 Гидрогеологические условия

1.6 Характеристика существующей гидрохимической зональности в северо-западной части Южио-Мангышлакского артезианского бассейна 45 1.6.1.Гидрогеохимические условия основных водоносных горизонтов в пределах Куюлусского месторождения

1.7 Изменение гидрогеологических условий в результате длительной эксплуатации

1.7.1. Гидродинамический анализ режима эксплуатации

1.7.2. Гидрохимический анализ режима эксплуатации 58 1.8. Выводы по главе

Глава 2. Изучение условий формирования линзы солоноватых вод Куюлусского месторождения

2.1 Состояние вопроса

2.2 Палеогидрогеологические условия формирования подземных вод

2.3 Постановка проблемы

2.4 Алгоритм исследований и методы решения поставленной проблемы

Глава 3. Оценка естественных условий первого альбского водоносного горизонта

3.1 Обоснование надежности исходных данных

3.1.1. Характеристика количественных показателей естественного режима

3.1.2. Оценка геолого-гидрогеологических предпосылок перетекания

3.2 Результаты моделирования естественных условий I альбского горизонта

3.2.1. Характеристика расчетной схемы

3.2.2. Обоснование достоверности построения естественной модели

3.3 Выводы по главе

Глава 4. Уточнение гидродинамических параметров глинистых слоев альбсеноманского комплекса

4.1 Постановка задачи

4.2 Выполнение факторно-диапазонного анализа для оценки значений параметров глинистых слоев гетерогенно-слоистых пластов

4.3 Калибровка модели слоистой толщи в условиях длительной эксплуатации

Водозабором

4.3.1 Оценка гидродинамических параметров глинистых слоев

4.3.2 Определение гидродинамической роли Прикаратауского регионального разлома на основе калибровки геолого-математической модели I альбского водоносного горизонта

4.4 Выводы по главе

Глава 5. Моделирование формирования солоноватой линзы подземных вод на Куюлусском месторождении

5.1 Аналитические расчетные схемы

5.2 Результаты факторно-диапазонного анализа

5.3 Расчетные схемы палеомиграционной модели

5.3.1 Результаты факторно-диапазонного анализа геомиграционной модели

5.4 Анализ и обсуждение полученных результатов

5.5 Выводы по главе 5 142 Заключение 143 Список литературы

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Формирование линзы солоноватых вод в условиях гетерогенно-слоистого строения пластов"

Проблема рационального использования подземных вод особенно актуальна в условиях острого водного дефицита, характерного как для Республики Казахстан, так и для Центральноазиатского региона в целом. Объектом исследований является Куюлусское месторождение подземных вод (КМПВ), расположенное в северо-западной части Южно-Мангышлакского артезианского бассейна (ЮМАБ), и имеющее площадь около 3 тыс. км2. Месторождение используется в качестве одного из основных источников централизованного водоснабжения для г. Актау, центра Мангышлакской области Республики Казахстан, а также для целей орошаемого земледелия и пастбищного скотоводства на прилегающей территории. Южно-Мангышлакский артезианский бассейн, является перспективной гидрогеологической структурой на получение углеводородного сырья в домеловых отложениях.

Территория Мангышлакской области характеризуется весьма ограниченным и крайне неравномерным распределением поверхностных водных ресурсов. Существующий дефицит пресных питьевых вод предопределил в качестве основного источника их получения процесс опреснения вод Каспийского моря с минерализацией 10-14 г/дм3. Дополнительным источником водоснабжения служат практически невосполнимые запасы слабоминерализованных подземных вод альб-сеноманского комплекса Куюлусского месторождения. Как по капитальным, так и по эксплуатационным затратам, опреснение морской воды обходится пятикратно дороже, чем использование в системе водоснабжения подземных вод. В связи с этим особое значение приобретает бережное и оптимальное использование запасов подземных вод и достоверность проводимых гидродинамических и геомиграционных прогнозов.

Изученная территория относится к аридной зоне с преимущественным распространением средне- и высоко минерализованных подземных вод, не пригодных для хозяйственно-питьевых, а зачастую и производственно-технических целей. Исключением являются альб-сеноманские отложения, где развиты солоноватые подземные воды, относящиеся к Куюлусскому месторождению. Наличие напорно-безнапорного режима, обусловленного выходами водоносных отложений на дневную поверхность, литолого-фациальная изменчивость водовмещающих пород, осложненная наличием тектонических нарушений различного гидродинамического характера, а также практическое отсутствие восполнения запасов, в целом, предопределяют уникальность и многие особенности данного месторождения. Условия формирования подземных вод весьма сложные и использование аналитических методов для их изучения встречает значительные трудности. При таких масштабах процессов математическое моделирование является более надежным средством прогнозирования эксплуатации месторождения. Изучение гидрогеологических и других факторов, определяющих формирование состава подземных вод, приобретает первостепенное значение. При этом существенным является прогноз движения подземных вод, некондиционный состав которых обусловлен естественными факторами.

Актуальность настоящей работы определяется необходимостью: уточнение гидрогеологических условий альб-сеноманского гетерогенно-слоистого комплекса; ^ получение количественных характеристик условий формирования линзы солоноватых вод в северо-западной части ЮМАБ; разработка методики палеомиграционного моделирования условий формирования современной линзы солоноватых вод Куюлусского месторождения.

Цель работы и задачи исследований

Изучить и обобщить ранее существующую и новую информацию о Куюлусском месторождении и ЮМАБ, применительно к поставленной проблеме формирования линзы солоноватых вод.

Изучить многолетний режим и процессы формирования ЭЗПВ при водоотборе на Куюлусском месторождении, а также балансовые и гидродинамические особенности ненарушенного состояния. Исследовать особенности процесса формирования упругих запасов подземных вод в гетерогенно-слоистом водоносном пласте с весьма низкими фильтрационными свойствами глинистых слоев. Количественно оценить гидродинамические параметры слабопроницаемых слоев. Изучить влияние основных механизмов миграции на условия формирования линзы солоноватых вод. Выявить влияние величин миграционных параметров в возможном диапазоне их изменения на размеры переходной зоны и длительность ее формирования для условий ЮМАБ.

Провести палеомиграционное моделирование условий образования существующей линзы солоноватых вод на Куюлусском месторождении.

Материалы, положенные в основу исследований

Исходным гидрогеологическим материалом послужили:

- во-первых, материалы геолого-гидрогеологической съемки масштаба 1: 200 ООО, геологические, гидрогеологические, гидрохимические, литолого-фациальные и структурно-тектонические карты и разрезы, геофизические исследования, полученные как в процессе разведки, так и при последующей эксплуатации Куюлусского месторождения.

- во-вторых, данные о гидродинамическом и гидрохимическом режиме водоносных горизонтов за период времени с 1958 по 2005 г, содержащиеся в фондовых отчетах, выполненных при разведке Кольцовской экспедицией под руководством К.Ф. Орфаниди, и коллективом авторов кафедры гидрогеологии МГРИ -РГГРУ при эксплуатации Куюлусского водозабора и последующих переоценках эксплуатационных запасов подземных вод.

Методы исследований

Работа выполнена методами аналитических решений для типовых расчетных схем и численного эксперимента с использованием гидродинамического и миграционного моделирования конкретного объекта (Куюлусского месторождения подземных вод Южного Мангышлака). Большое место в исследованиях заняла постановка, реализация и интерпретация результатов численных модельных экспериментов по определению диапазона гидродинамических и основных миграционных параметров как водоносных, так и слабопроницаемых отложений в рамках поставленной задачи.

Научная новизна

Впервые построена палеомиграционная нестационарная модель формирования слабосолоповатой линзы подземных вод Куюлусского месторождения с оценкой элементов водного и солевого балансов подземного потока. Установлены основные механизмы массопереноса и миграционные параметры этого процесса.

Установлена аналитическими расчетами и численным моделированием геофильтрации значимая роль упругой емкости глинистых слоев в гетерогенно-слоистом водоносном комплексе в формировании ЭЗПВ на месторождении. Впервые на диагностическом графике изменения уровня при откачках в гетерогенно-слоистых и многослойных системах даны все обобщенные зависимости определения временных границ этих периодов и показано, что в условиях ЮМАБ некоторые из этих периодов могут выпадать.

Защищаемые положения

2. Продолжительность формирования солоноватых вод Куюлусского месторождения не превышает 1млн. лет. За этот период времени за счет внедрения инфильтрационных вод из изученной части пласта в вышележащие горизонты было вынесено 530 млн. тонн солей, что составляет 25% от общего их количества на начало рассматриваемого периода.

3. На известном диагностическом графике изменения понижения уровня во времени в слоистой толще без устойчивого питания на верхней границе обобщены данные о временных границах характерных периодов. При невысокой емкости питающих слоев, когда разность величин водоотдач водоносного и питающих пластов меньше двух порядков, период псевдостабилизации режима не выделяется.

4. Гидродинамические параметры глинистых слоев альб-сеноманского п о г комплекса составляют: ко = 10" - 10" м/сут, Р* = 3*10" 1/м. Такие значения параметров исключают возможность перетекания между водоносными горизонтами комплекса по площади их распространения, но значительно увеличивают упругие запасы подземных вод Куюлусского месторождения.

Практическая значимость и реализация результатов работы

Выполнена количественная оценка параметров глинистых слоев альб-сеноманского водоносного комплекса КМПВ.

Показано, что в условиях длительной эксплуатации действующего водозабора при сохранении существующего режима водоотбора заметного изменения минерализации и химического состава подземных вод не произойдет.

Результаты исследований по выявлению закономерностей формирования химического состава подземных вод Куюлусского месторождения позволяют существенно повысить надежность и достоверность прогнозов изменения качества подземных вод в процессе их эксплуатации. Автором диссертационной работы составлен алгоритм обработки базы данных наблюдений за качеством подземных вод, построены и внедрены на производстве численные модели прогноза изменения качества при изменении режима эксплуатации скважинами различных горизонтов альб-сеноманского комплекса.

Апробация работы и публикации

Результаты выполненных работ по теме диссертационной работы получили высокую оценку на НТС ТОО "МАЭК-Казатомпром" в сентябре 2005 г. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на следующих семинарах и конференциях:

•S V и VI Международные конференции "Новые идеи в науках о земле"

Москва, 2001 и 2003) ■S Научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых МГГРУ

Молодые наукам о земле" (Москва, 2002) ■S Всероссийское совещание "Современные проблемы изучения и использования питьевых подземных вод", посвященное памяти H.H. Биндемана (ГИДЭК, Звенигород, 2003)

S Международная научная конференция, посвященная 100-летию академика Г.В. Богомолова. "Проблемы водных ресурсов, геотермии и геоэкологии" (Минск, 2004)

S Научные семинары в "Геолинк консалтинг". "Актуальные проблемы гидрогеологии и геоэкологии" (Москва, 2003 и 2005) S Международная конференция "Фундаментальные проблемы нефтегазовой гидрогеологии", посвященная 80-летнему юбилею A.A. Карцева (Москва, 2005)

По теме диссертации опубликовано 9 статей и одна в печати.

Личный вклад автора

Автором непосредственно разработаны основные принципы учета гетерогенно-слоистого строения пластов и определения параметров глинистых толщ при длительной эксплуатации месторождения водозабором подземных вод. Решены как фильтрационные задачи по уточнению величин гидродинамических параметров, так и задача массопереноса с оценкой приемлемых значений миграционных параметров и учетом процесса рассоления глин. На основании численных и аналитических расчетов построен и обоснован диагностический график. Автор непосредственно участвовал в постановке проблемы, в обсуждении и интерпретации полученных данных.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, общим объемом 152 страница, включает 38 рисунков, 9 таблиц. Список литературы содержит 96 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Гидрогеология", Платонова, Алла Владимировна

5.5 Выводы по главе 5

1. В процессе формирования линзы солоноватых вод на Куюлусском месторождении на конвективный перенос существенное влияние оказала диффузия солей из глинистых слоев, замедляющая процесс рассоления в песчаных слоях. Вместе с тем, значимой оказывается также неоднородность самих проницаемых слоев и связанное с этим дисперсионное рассеяние.

2. Примерно за 1 млн. лет могло произойти частичное рассоление подземных вод ч л альб-сеноманского комплекса с 10 - 15 г/дм до 2-5 г/дм и формирование современной гидрогеохимической обстановки на Куюлусском месторождении. В формировании естественных ресурсов солоноватых подземных вод района, особенно в течение последнего гидрогеологического цикла, большое значение имела внутренняя область инфильтрационного питания - предгорья Каратау и разгрузка по тектоническим нарушениям в центральной части месторождения.

Заключение

1. Формирование линзы солоноватых вод Куюлуса происходило путем конвективного вытеснения инфильтрационными водами погребенных соленых вод, осложненного диффузионным выносом солей из слоев глин. Зона дисперсии рассоления, полученная по данным моделирования измеряется 40-50 километрами, что соответствует размерам Куюлусского месторождения. За этот период из первого альбского горизонта было вынесено 530 млн. тонн солей, что составляет 25 % от их первоначальной массы. Средневзвешенная минерализация воды в пределах изученной территории понизилась с 8,3 до 6,2 г/дм3, а в северной части линзы до 1,8 г/дм3. В глинах наступил квазистационарный процесс выноса солей, причем

Л 1 градиент минерализации здесь не превышает 10" г/дм /м.

2. Воспроизведение условий эксплуатации Куюлусского водозабора на геофильтрационной и геомиграционной моделях подтвердило, сделанный ранее, вывод о том, что за 45 лет эксплуатации не произошло изменения минерализации и химического состава подземных вод в горизонтах альб-сеноманского комплекса и по прогнозу не произойдет в течение ближайших 50 лет. Катастрофические повышения минерализации могут быть связаны только с техногенными факторами (соединением горизонтов через скважины).

7 о весьма низких значениях коэффициента фильтрации глин (10"' - 10"° м/сут) перераспределение емкостных запасов внутри системы ПЛАСТ+ВОДОУПОР продолжается в течение 5-20 лет, то есть может быть выявлено только в процессе длительной эксплуатации водозабора. В результате этого перераспределения упругие емкостные запасы возрастают в два раза.

4. Установлено, что региональный Прикаратаусский разлом, осложняющий северный борт Чакрыганской синклинали, является полупроницаемым барьером для движения подземных вод в первом альбском горизонте, вызывающим увеличение фильтрационного сопротивления пластов на один-два порядка. В сеноманском горизонте, по-видимому, Прикаратауский разлом является закрытой границей и основной поток направлен со стороны Беке-Башкудукского поднятия. Тектонические нарушения в погруженной сводовой части Беке-Башкудукского поднятия, обусловили возникновение зон локальных перетоков между верхними водоносными горизонтами альб-сеноманского комплекса, которые способствовали ускорению процесса конвективного внедрения инфильтрационных вод в первом и втором альбских горизонтах и возникновению замкнутой линзы солоноватых вод в сеноманском горизонте. В нижележащих альбских горизонтах, по-видимому, перетока по разломам не осуществляется, поэтому опресненные линзы не образовались. В области выходов отложений этих горизонтов минерализация достигает 8 г/дм3.

5. На известном диагностическом графике откачки из слоистых обобщены все временные критерии продолжительности формирования режима на разных этапах. При соотношении емкости питающего и основного горизонтов менее 100 период псевдостабилизации не выделяется, что и наблюдается в условиях эксплуатации Куюлусского водозабора. Практическое использование диагностического графика полезно как при планировании опытно-фильтрационных работ, так и при гидродинамическом анализе режима длительной работы действующего водозабора.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Платонова, Алла Владимировна, Москва

1. Антипов М.П., Бобылова Е.Е. Роль секвесной стратиграфии в решении вопросов палеогеографии. Труды геологического института РАН. М., Изд-во АН СССР 19321964 -. М. Наука, 1964, вып. 516.

2. Антипов М.П., Волож Ю.А., Леонов Ю.Г. Геологические события и изменения уровня Каспийского моря. Геоэкология., №3, М.,1996 г., с. 38-50

3. Ахмедсафин У.М. Гидрогеологическое районирование и региональная оценка ресурсов подземных вод Казахстана. Алма-Ата, Наука, 1964 г., с. 106

4. Ахмедсафин У.М. Ресурсы подземных вод Казахстана, перспективы и методы их использования для орошения. В кн.: Региональные гидрогеологические исследования в Казахстане. Алма-Ата, Наука, 1968 г., с. 3-23

5. Боревский Б.В., Дробноход Н.И., Язвин Л.С. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод, Киев, Выща школа, 1989г. с. 378

6. Боревский Б.В, Самсонов Б.Г., Язвин Л.С. Методика определения параметров водоносных горизонтов по данным откачек. Изд. 2-ое, переработанное и дополненное. М., Недра, 1979, с. 326

7. Боревский Б.В, Язвин Л.С., Пересунько Д.И. Влияние осреднения фильтрационных параметров на точность гидрогеологических прогнозов. Сб. "Вопросы оценки эксплуатационных ресурсов подземных вод". ВСЕГИНГЕО, М., вып. 32, 1970.

8. Бочевер Ф.М. Теория и практические методы расчета эксплуатационных запасов подземных вод. — М., Недра, 1968 г., с. 328.

9. Бочевер Ф.М., Арцев А.И. и др. Проектирование водозаборов подземных вод. Под ред. Бочевера Ф.М. М., Стройиздат, 1976 г., с. 292

10. Бочевер Ф.М., Гармонов И.В., Лебедев A.B., Шестаков В.М., Основы гидрогеологических расчетов. М., Недра, 1969 г., с. 368

11. Бочевер Ф.М., Лапшин H.H. К вопросу о гидрогеологических расчетах водозаборных скважин в слоистых толщах. Труды ВОДГЕО, 1969, вып.22.

12. Вдовыкин Г.П. О связи изменения уровня Каспия снеотектоникой. Доклады АНСССР, 1990, т.ЗЮ. №3, с.673-675

13. Висковский Ю.А. Гидрогеологические условия Прикарабогазголья в связи с оценкойперспектив нефтегазоносности. Труды КЮГЭ, вып. X., Гостоптехиздат,1962 г.

14. Висковский Ю.А., Польстер J1.A., Куприн П.Н. и др. Геология и нефтегазоносность юга СССР. Прикарабогазье. J1. Недра, 1964 г., с. 299

15. Вопросы гидрогеологических расчетов. Сборник статей. Перевод английского и французского B.C. Алексеева и В.В. Данилов. Под редакцией и с предисловием Ф.М. Бочевера и В.М. Шестакова., М., Из-во МИР, 1964 г., с. 180

16. И.К. Гавич. Гидрогеодинамика., -М., Недра, 1988 г., с. 352

17. И.К. Гавич. Теория и практика применения моделирования в гидрогеологии М., Недра, 1980 г., с. 358

18. Биосфера-экосистема-биота в прошлом Земли: палеобиографические аспекты. К 100 летию со дня рождения академика В.В. Менера. Галденков, Кузнецова М., Наука, 2005 г., с. 512

19. Голубев Б.Н., Новиков B.JL, Шлезингер А.Е. Процессы, определяющее формирование водных масс Каспия и колебание его уровня. Доклады РАН, 1998. т.358, с. 538-542

20. Глобальные изменения природной среды. Глав, ред.: Добрецов H.JL, Коваленко В.И., -Новосибирск, изд. СО РАН, филиал "Гео", 2001, с. 373

21. Диккенштейн Г.Х. под ред. Атлас литолого-фациальных и геохимических карт для западных районов Средней Азии. -М., 1963г., 70 л.

22. Диккенштейн Г.Х. Гидрогеологические условия западный районов Средней Азии. М., 1964 г., с. 175

23. Дубильер A.C. Гидрогеологические условия северо-западной части Прикаспия. М., АН СССР, 1954 г., с. 174

24. Дьяков Б.Ф. Схема тектонического строения и перспективы нефтегазоносности полуострова Мангышлак. "Геология нефти", №7, 1957 г

25. Затенацкая Н.П. Поровые растворы глинистых пород и их значение в гидрогеологии и инженерной геологии. Поровые растворы и методы их изучения. -Минск, Изд-во: "Наука и техника", 1968 г., с. 22-31

26. Затенацкая Н.П. Поровые воды осадочных пород. -М., Наука, 1974 г., с. 160

27. Карцев A.A. Гидрогеология нефтяных и газовых месторождений. -М., Недра, 1972 г., с. 280

28. Карцев A.A., Вагин С.Б., Шугрин В.П., Брагин Ю.И. Нефтегазовая гидрогеология., -М., РГУ Нефти и газа им. Губкина, 2001 г., с. 264

29. Клиге Р.К., Данилов И.Д., Конищев В.Н. История гидросферы. М., Научный мир, 1998 г., с. 368

30. Колпаков В.Б. Водные ресурсы горного Мангышлака. Тр. института нефти Ан. Каз. ССР .IV. 1961 г.

31. Крайнов С.Р., Рыженко Б.Н., Швец В.М. Геохимия подземных вод. Теоретические, прикладные и экологические аспекты. Под редакцией Лаверова Н.П. М., Наука, 2004 г., с.677

32. Корценштейн В.Н. Гидрогеология нефтегазовых месторождений Южного Мангышлака., М., Недра, 1967 г., с. 211

33. Корценштейн В.Н. Гидрогеология нефтегазовых месторождений и разведочных площадей Южного Мангышлака и сопредельных районов Устюрта. М., Недра, 1972г., с. 34934.

34. Кугешев A.A., Сыдыков Ж.С. Пространственное размещение и формирование слабоминерализованных вод полуострова Мангышлак, Алма-Ата, Наука, 1968 г., с. 235

35. Ларичев В.В. Попков В.И. Гидрогеология доюрских отложений Южного Мангышлака. Ставрополь, Изд-во СевКав ГТУ, 2003 г., с. 144

36. Ленченко H.H. Динамика подземных вод. М., МГГРУ, 2004 г., с. 325

37. Ленченко H.H. К вопросу определения обобщенных гидродинамических параметров по результатам режимных наблюдений на действующих водозаборах. Изв. ВУЗов "Геология и разведка, 1974, №2.

38. Летавин А.И., Крылов H.A. Основные черты тектоники платформенного чехла Мангышлака, Устюрта и прилегающих территорий. "Геология и нефтегазоносность Южного Мангышлака", М., "Наука", 1968 г.

39. Леонов Ю.Г., Антипов М.П., Бобылова Е.Е., Волож Ю.А. и др. Геологическая история четвертичных осадочных бассейнов Каспийского региона за последние 700000 лет:седиментационные и геодинамические события., М., РАН Геологический институт, 2005 г., с. 35

40. Ломакин Е.А., Мироненко В.А., Шестаков В.М. Численное моделирование геофильтрации М.: Недра, 1988, с. 228

41. Лукнер Л., Шестаков В.М. Моделирование геофильтрации М.:Недра,1976, с. 407

42. Л.Лукнер, В.М. Шестаков. Моделирование миграции подземных вод. М.: Недра, 1986, с. 208

43. Методы охраны подземных вод от загрязнения и истощения. Под ред. Гавич И.К. М., Недра, 1985 г., с. 320

44. Мироненко В.А. Динамика подземных вод., М., МГГУ, 2001 г., с. 521

45. Мироненко В.А., Румынии В.Г. Проблемы гидроэкологии. Монография в 3-х томах. Том 1. Теоретическое изучение и моделирование геомиграционных процессов., М., МГГУ, 1998 г.,с.611

46. Мироненко В.А., Шестаков В.М. Теория и методы интерпретации опытно-фильтрационных работ. М., Недра, 1978 г., с. 325

47. Морозов Л.И. Гидрогеология и гидрохимия мезозоя Южного Мангышлака в связи с оценкой перспектив нефтегазоносности. Автореферат на соиск. учен, степени канд. геол.-минер. наук. М., ИГИРГИ, 1966 г., с. 22

48. Нагевич П.П. Формирование и оценка фильтрационных свойств водоносных толщ. Ташкент, 1998 г. 216 с.:ил.

49. Номикос Л.И., Крюков Г.А. Горные растворы осадочных отложений района кавказских минеральных вод и некоторые вопросы формирования подземных вод. Поровые растворы и методы их изучения. Минск, Изд-во: "Наука и техника", 1968 г., с. 12-21

50. Овчинников A.M. Гидрогеохимия. М., Недра, 1970 г., с. 200

51. Орфаниди К.Ф. Условия формирования артезианских вод Южного Мангышлака. М., "Советская геология", 1962 г., №6, с. 104-111

52. Орфаниди К.Ф. Гидрохимическая зональность артезианских вод и ее связь с палеоклиматическими условиями. Докл. АН СССР, т. 144, 1962 г., №5, с. 1110-1143

53. Орфаниди К.Ф. Некоторые результаты гидрогеологических исследований на Мангышлаке в сб. : "Гидрогеология Северного Кавказа". М., Недра, 1967 г., с. 53-63

54. Пашковский И.С., Рошаль A.A., Шестаков В.М. О конвективном и диффузионном переносе в подземных водах. В сб. : "Взаимодействие поверхностного и подземного стока", М., МГУ, 1973 г., с. 45-54

55. Питьева К.Е. Гидрогеохимия (формирование химического состава подземных вод)., -М., изд. МГУ, 1978 г., с. 328

56. Платонова A.B. Концепция построения региональных и локальных постоянно действующих моделей. Научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "молодые наукам о земле", МГГРУ, М.:2002. с.20

57. Платонова A.B. Влияние гетерогенно-слоистого строения пласта на упругий режим фильтрации при откачке. Избранные доклады VI международной конференции "новые идеи в науках о земле", МГГРУ, М.: 2003 г., с. 158-170

58. Платонова A.B., Ленченко H.H. Некоторые принципы построения региональных и локальных геофильтрационных моделей. Геология и разведка. М.: 2002,№4.с. 87-94

59. Платонова A.B., Алексеева Н.В., Ерастова O.A. Влияние гетерогенно-слоистого строения пласта на динамику уровней воды при откачке. Материалы VI международной конференции "новые идеи в науках о земле". МГГРУ. М.:2003.с.134

60. Платонова A.B., Тихонова Л.А., Ермакова В.В. Аналитическая оценка "скин-эффекта" водопритока к скважине. Материалы VI международной конференции "новые идеи в науках о земле". МГГРУ. М.:2003.с.135

61. Плотников Н.И. Введение в экологическую гидрогеологию. Научно-методические основы и прикладные разделы. -М.Изд-во МГУ, 1998 г., с.240

62. Рошаль A.A., Кузнецов Д.С. Проблемы моделирования конвективного массопереноса в подземных водах. //Проблемы гидрогеологии XXI века-М.: МГУ, 2003 г., с. 184-191

63. Румынии В.Г. Изучение массопереноса при гидрогеохимических исследованиях с целью охраны подземных вод. Учебное пособие. Л., изд.ЛГИ, 1985 г, 102 с.

64. Рычагов Г.И. Уровеный режим Каспия за последние 10 тысяч лет. Вести МГУ. География, 1993 г., №2, с. 5

65. Свиточ A.A. Колебания уровня Каспийского моря в плейстоцене. Палеогеография и геоморфология Каспийского региона в плейстоцене., М., Наука, 1991 г., с. 3-100

66. Смирнов С.И. Происхождение солености подземных вод седиментационных бассейнов., М., Изд-во "Недра", 1971, 216 с.

67. Сулин В.А. О классификации природных вод. Труды лаборатории гидрогеологических проблем им. академ. Ф.П. Саваренского. т. 111, 1948 г.

68. Сыдыков Ж.С., K.M. Давлетгалиева, М.Х. Джабасов. Зональное распределение подземных вод Казахстана региональная основа гидрогеологических прогнозов.

69. Материалы I Всесоюзной гидрогеологической конференции. Формирование подземных вод как основа гидрогеологических прогнозов, т.1., М.,: Наука, 1982 г. с.290-294

70. Сыдыков Ж.С. Формирование и ресурсы подземных вод меловых отложений Западного и Северного Казахстана. Изв. АН Каз. ССР, сер. Геол. Вып 5,1976 г., с. 189

71. Сыдыков Ж.С., Ахмедсафин У.М. Формирование подземного стока на территории Казахстана., Алма-Ата, Наука, 1970 г., с. 146

72. Сыдыков Ж.С., Кукабаев В.К. , Кугешев А.К. и др. Подземные воды Мангышлак -Устюртской нефтегазоносной провинции.- Алма-Ата, Наука, 1970 г., с.201

73. Сыдыков Ж.С., Бочкарева В.А. Формирование и ресурсы подземных вод меловых отложений Западного и Северо-западного Казахстана. Алма-Ата, Наука, 1976 г., 160 с.

74. Сыдыков Ж.С. Стрельникова В.А. Формирование подземных вод района Каратау (Мангышлака). Изв. АН Каз.ССР, серия геологич., вып. 22, 1956 г., с.112-125

75. Тимурзиев А.И. Обоснование структурно-геоморфологического метода прогноза локальных зон новейшего растяжения. М., Советская геология, 31,1989.

76. Филиппова Н.Ю. Палинология верхнего плиоцена среднего плейстоцена юга Каспийской области., M., ТЕОС", 1997 г., с. 164

77. Чакабаев С.Е., Кононов Ю.С., Воцалевский Э.С. и др. Геология и нефтегазоносность Южного Мангышлака. Алма-Ата, Наука, 1967, с. 225

78. Шварцев С.Л. Общая гидрогеология. Учеб. для ВУЗов. -М., Недра, 1996 г., с. 423

79. Шестаков В.М. Гидрогеодинамика. М., МГУ, 1995 г., с. 326

80. Шестаков В.М., Невечеря И.К. Теория и методы интерпретации опытных откачек -М.: МГУ, 1998, 160 с.

81. Шлезингер А.Е. Структурное положение и развитие Мангышлакской системы дислокаций. М., Изд-во АН ССР, вып. 132., 1965 г., с. 210

82. Shestakov V.M., Development of relationship between spécifié storage and depth sandy and clay formations. International Journal of Geosciences. Volume42, № 2-3, 2002 г., с. 127-129

83. Zheng С., Wang P. P. MT3DMS, documentation and user's guide. Vicksburg, MS: U.S. Army Engineer Research and Development Center, 1999. Contract Report SERDP-99-1. 221 c. 1.1. Фондовая литература

84. Висковский Ю.А. Автореферат диссертации кандидата геолого-минералогических наук. Гидрогеологические условия Среднекаспийского бассейна. -М., 1965 г., с. 23

85. Кузнецов Д.С. Моделирование структуры потоков подземных вод в многослойных водоносных системах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.г.м.-н. М., РАН Институт Водных проблем, 2004 г., с. 22

86. Орфаниди К.Ф. Отчет по оценке эксплуатационных запасов подземных вод месторождения К-М. Ессентуки, 1960 г., с. 320

87. Переоценка эксплуатационных запасов подземных вод Куюлусского месторождения (опты эксплуатации по состоянию на 01.09.2002 г). Отчет в 5-х томах (Ленченко H.H., Лисенков А.Б. и др.). Фонды РГГРУ, Запказнедра, МАЭК, М., 2002 г.

Информация о работе

Платонова, Алла Владимировна
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 2006
ВАК 25.00.07

Диссертация

Формирование линзы солоноватых вод в условиях гетерогенно-слоистого строения пластов - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы