Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Гидродинамика глубоких горизонтов северной части Печорского артезианского бассейна

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Гидродинамика глубоких горизонтов северной части Печорского артезианского бассейна"

Р Г Б

1(рСКОВСКПН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСНТЕП' им. М.В ЛОМОНОСОВА

1 1 Щ? Г

Геологи ч сек 11 ¡1 ф а к у л ьтет Кафедра гидрогеологии

На правах рукописи

КОРЗУН Анна Вадимовна

ГИДРОДИНАМИКА ГЛУБОКИХ ГОРИЗОНТОВ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ПЕЧОРСКОГО АРТЕЗИАНСКОГО БАССЕЙНА

Специальность 04.00.06 - Гидрогеология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-мпнералогнчеекпх наук

Москва - 1996

Работа выполнена на кафедре гидрогеологии Московского Государственно' го Университета им. М.В.Ломоносова.

Научные руководители: Доктор геолого-мннералогнчееких наук, профессор В.Л.Всеволожский

Кандидат геолого-мипералогнческих наук В.II .Дюшш

Официальные опоненты: Доктор гсолого-минералогнческнх наук, профессор С .С. Бондаренко

Кандидат гсолого-минералогнческнх наук А.М:Фартуков

Ведущая организация: Научно-технический центр

АО "Архангельскгеолдобыча".

Защита состоится 5 апреля 1996 г. в/Ч на заседании Спецналпзнровашю-го совета Д.053.05.27 при Московском Государственном Университете им.М.В.Ломоносова по адресу: 119899, ГСП, г.Москва, В-234, Леппнскнс горы, МГУ, геологический факультет, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке геологического факультета МГУ.

Автореферат разослан " " 1996 г.

Ученый секретарь

Специализированного совета ,

/Л.С. Гарагуля

Введеипе

Актуальность. С глубокими горизонтами артезианских бассейнов платфор-1СИНОГО типа связаны многочисленные месторождения нефти, газа, промышленных, пшеральпых и термальных вод. Потребность в энергетическом сырье (нефть, газ, ермальные воды) постоянно возрастает. С каждым годом расширяется курортно-анаторпая база, испытывающая потребность в минеральных водах и водах бальнео-огпчсского назначения. Глубины скважин на углеводородное сырье увеличиваются ,о 5 и более км. Вместе с тем известно, что подземные воды глубоких горизонтов пг->ают существенную роль в формировании, сохранении и разрушении залежей углеводородов. В связи с этим изучение гидродинамических условий глубоких горизонтов лонстых систем платформ является важной задачей и научном и практическом отпо-теннн.

Проблема формирования глубоких вод в настоящий момент является в значп-ельной мере не решенной и поэтому даже небольшой шаг в этом направлении поможет в решении этой проблемы.

Печорский артезианский бассейн (ПАБ) является перспективной территорией ;ля поисков углеводородного сырья, промышленных п минеральных вод. В последние оды здесь открыты десятки месторождений нефти и газа. Большие объемы разведоч-[ых работ привели к ноявлепшо большого количества новой информации по геоло-пп, тектонике, гидрогеологии и другим разделам геологии, которая требует ком-[.текспого обобщения и анализа. Потребность в этом возникает прежде всего п связи прогнозом нефтегазоиоспостн территории, а также с поисками, разведкой и оценкой апасов промышленных п минеральных вод, достоверность которых связана с кадетом информации и существующими представлениями о гидродинамике подземных вод глубоких горизонтов.

1Телп и задачи. Целью исследовании являлось изучение гидродинамики глу-юкпх горизонтов северной части ПАБ. Для достижения этой цели решались следующие задачи:

- гидрогеологическая стратификация осадочного чехла северной части Пе-орекого артезианского бассейна, в пределах распространения палеозойских и мезо-ойских отложений;

- разработка методических подходов к изучению гидродинамики глубоких од переменной плотности;

- анализ распределения гидродинамического потенциала и пространстве и |Ценка направлений потенциального (возможного) движения подземных под в ссте-твенных условиях;

- изучение температурного поля и поля минерализации подземных вод глубо-:пх горизонтов ПАБ

- сопоставление, комплексный анализ и интерпретация особенностей барпче-кого, температурного и гидрохимического полей.

Научная новизна исследований. Доказано плаетово-блоковое строение глу-юких водоносных комплексов, отсутствие региональных потоков даже в пределах ло-альпых площадей ПАБ. Показана существенная неоднородность гндродинамнческо-о, температурного и гидрохимического полей. Осуществлена типизация гндродина-шчеекпх блоков и предложены генетические типы границ, отделяющие блоки друг от руга. Разработан и апробирован методический подход к изучению гпдродпнампче-кнх особенностей подземных вод глубоких горизонтов. Установлена связь между рсобсниоегямн гидродинамических условий и размещением месторождений нефти и аза, что позволит в будущем разработать гидрогеологические критерии поисков (есторождсннй углеводородов.

Мстолы исследования. В процессе исследования гидродинамики ПАБ применялись различные гидродинамические методы: метод приведенных давлений, метод локальных градиентов, метод попарно-последовательного приведения п "прямой" метод н численное моделирование па ЭВМ гидродинамики крупных структурно-тектонпчеекпх элементов в четырехедонноп стационарной постановке. Также проведен комплексный анализ и сопоставление распределения давления, температуры и минерализации. Большое внимание уделялось анализу исходной информации и оценке степени ее достоверности.

Практическая значимость работы. Представленные новые представления о гидродинамике глубоких горизонтов северной части ПАБ могут использоваться при проведении разведочных работ при поисках углеводородного сырья, минеральных и промышленных вод, а также при прогнозе пластовых давлений. Построенные по результатам моделирования региональные гидродинамические схемы можно использовать для оценки перспектив нсфтегазоносностп северной часги ПАБ. Предложенные методические подходы изучения гидродинамики глубоких горизонтов могут быть использованы для других артезианских бассейнов.

Апробация н публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались на Ломоносовских чтениях (1995, Москва), Всероссийской геологической конференции и XII Геологической конференции Республики Коми (1993, Сыктывкар), конференциях молодых ученых Республики Коми (1992, 1994, Сыктывкар), конференциях молодых ученых геологического факультета МГУ (1993,1994, Москва). Результаты работ по проблеме формирования гидродинамических условий глубоких горизонтов северной части Печорского артезианского бассейна опубликованы в б научных работах автора.

Используемые материалы. Использовалась опубликованная п фондовая литература по геологии, тектонике п гидродинамическому, гидрохимическому опробованию глубоких скважин, а также по замерам температур в них. Вся исходная информация предоставлена АО "Архангельсгсолдобыча", ТПО ВНИГРН/ИГ Коми НЦ УрО РАН. Всего была обработана первичная информация по более чем 500 скважин. Это 1500 замеров пластового давления, около 500 измерений плотности воды, около 100(1 результатов химического анализа проб глубоких вод и сотни замеров температур.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав и заключения. Содержит 145 страниц текста, 38 рисунков, 11 таблиц, список литературы из 173 наименований.

Работа выполнена под руководством профессора Всеволожского В.А. и старшего научного сотрудника Дюннна В.И. Автор выражает сердечную благодарность'научным руководителям Дюннну Валерию Ивановичу и Всеволожскому Владимиру Алексеевичу, которые оказали большую помощь в написании работы. Автор также выражает признательность сотрудникам кафедры гидрогеологии доцентам: Семеновой В.М., Куваеву A.A. Орлову М.С., профессору Шссгакову В.М., Питьевой К.Е., сг.науч.сотр. Шмапшу Б.А., Лсхову A.B., Бруснловскому С.А. за ряд ценных советов и замечаний прн работе над диссертацией. Советы и рекомендации автор получил также от сотрудников Института геологии Коми НЦ УрО РАН Беляевой II.В. Малышева H.A., Пнмепова Б.А., Корзуна А.Л., за что выражает им особую признательность.

Глава 1. Геологическое строение и тектоника

1.1 Тектоника. Печорская плита занимает крайнюю северо-восточную част! Европейской платформы и расположена в пределах одноименной гшнбайкальскоГ плиты. В строении Печорской плиты принимают участие два крупных структурны* комплекса: нижний - фундамент и верхний - осадочный чехол.

Оеадочпые образования платформенного чехла ПечорскоГ1 плиты можно юдразделпть на три крупных структурных этажа, разделенных стратиграфическими и тловымп несогласиями и существенно отличных по своему геологическому строе-шю: ордовшсско-енлурнйский, верхнедевонско-триаеовый и юрско-ангропогеновый.

По поверхности фундамента и другим структурным поверхностям выделяют- • я следующие (надпорядковые) структуры: Печорская спиеклиза и Предуральекий [рогнб. Печорская еннеклича, представляет собой пологую платформенную ппадину, осгоящую из чередования относительно стабильных (Ижма-Печорская и Болыпезе-(ельская) и мобильных (Печоро-Колвинскпя п сложнопостроенпая Варандей-\.дзьвипская структурные зоны) структурных элементов. Тектоническое районпрова-ше Печорской плиты проводится по среднему структурному этажу, который раечле-шстся на структур!,I первого порядка: Мжма-Печорекую впадину, Малозсмельско-Солгуевскую моноклиналь, Псчоро-Кожвипскнй и Колвпнский мегавал!>1, Деннеов-:кую п Хорсйверскую впадины и Варандей-Ад'зьвннскую структурную зону.

Па современное геологическое строение рассматриваемого региона большое ¡лияппе оказали днзыонктивные движения. Все разрывные нарушения Печорской 1литы ориентированы в четырех направлениях: северо-западном, северо-восточном, •убмерндианалмюм и субшпротпом. По возрасту заложения разломы разделяют на шфенекпе, вендско(?)- ранненалеозопекпе, нозднспалеозойско-раинемезозойекие п :айнозойскне.

1.2 Лптолого-сгратпграфическпй очерк. Осадочный чехол Печорского арте-иапского бассейна представлен породами палеозонско-кайнозонского возраста, ко-орые залегают на рнфейском фундаменте. В строении осадочного чехла принимают частне отложения вендского, инжне-кембрийского (?), ордовикского, силурийского, (евонского, каменноугольного, пермского, триасового, юрского, мелового и кайно-ойского возрастов. Мощность осадочного чехла меняется от 10-12 км в Преду-тльском краевом прогибе до 6-8 км в налсоавлакогенах и до 2-3 км в районах палео-юднятпй. Палеозойский комплекс отложений сложен преимущественно карбонатпы-ш породами. Только среднедевонскнй и верхпеисрмскнй отделы представлены террп-еннымп отложениями. Все породы накапливались в морских условиях. Отложения 1езозойской группы несогласно залегают на породах пермской системы. В составе руины установлено присутствие триасовых, юрекпх и меловых отложений, которые федегавлены переслаиванием терригепных пород как морского, так и коптнненталь-юго происхождения. Отложения кайнозойского возраста представлены чередованием орнзоптов ледникового генезиса, с толщами сформированными в обстановке мор-кого осадконакопления на севере и озерно-ледникового на юге.

В пределах ПЛБ широко развиты многолетне-мерзлые породы (ММП). Рпс-матрпваемая территория характеризуется сплошным п массивным распространением ЛМ11. По вертикальному строению н мощности мерзлых пород она представляет со-юй в северной части область распространения однослойных ММП, а в центральной :астн ММП имеют двухслойное строение. Общая мощность ММП до 500 м.

Глава 2. Гидрогеологические условия Печорского артезианского бассейна.

Печорский артезианский бассейн выделен в пределах Печорской епнеклизы. 5 соответствии с принципами выделения гидрогеологических этажей в северной части 1АБ может быть выделено четыре гидрогеологических этажа: первый (мезозонско-:айнозойскнй) расположенный выше регионально распространенных многолетне-(ерзлых пород, второй (верхнедсвонско-триасовый) нижним водоупором является ыиовско-саргаевскне отложения, третий (ордовикско-нижнефранаспй и четвертый рифейско-пнжпекембрийский) - фундамент. В работе изучались пять основных регно-[алыю распространенных водоносных комплексов (ВК), которые располагаются в

предслах третьего и второго гидрогеологических этажей.

Верхнеиермско-триасовый водоносный комплекс развит повсеместно на территории ПАБ и состоит, в основном, из иеечано-глннистых отложений морского генезиса. Позднеисрмская толща иредсгапляег собой чередование песчаников и глшшсгых разностей. Триасовые отложения представляют собой толщу континентальных осадков. Мощность также сильно меняется от 200 м на юге до 1500 и более м на севере ПЛБ. ВК характеризуется резкой невыдержанностью хорошо проницаемых зон, которые имеют линзовиднып характер. Минерализация от 5 до 100 г/л. Глинпето-алеврнтовые толщи верхнего триаса, мощностью 20-50 м являются верхней водоупорной толщей. На севере верхняя часть комплекса расположена в зоне MMIi, которые являются водоупором. Выше расположенные водоносные комплексы юрских, меловых н четвертичных отложении не являлись объектом исследования.

Ннжнепермская (кунгурская) водоупорная толща выделяется на территории всего Печорского артезианского бассейна в объеме террнгенной толщи ранне- и позд-неартннского возраста и глинисто-галогенных пород кунгура. По литологии выделяют два типа: к северо-востоку от Печоро-Кожвинского мсгавала это преимущественно глинистые и глинисто-алевритовые породы, а на юге и юго-востоке - карбонатно-террпгенно-галогснно-сульфатпые образования. Мощность водоунора сильно варьирует в пределах бассейна от 250 до первых мстров.

Верхпевнзейско-артннский водоносный комплекс широко распространен и НАБ. Его мощность около 2000 м. Сложен преимущественно карбонатными отложениями. Характеризуется мозаичным распределением фильтрацнонно-емкоетпых свойств. Минерализация 40-170 г/л. Перекрыт региональным нижиепермским водоупором.

Впзейекая водоупорная толща выделена в объеме малниовского и яснополянского надгоризонтов визейского яруса. Повсеместно развита в Варандей-Адьзвпискои структурной зоне, Печоро-Колвинском авлакогене, а в пределах Хоренвсрской впадины распространена фрагментарно. Мощности незначительные до 50-70м.

Верхнефранско-гуриепекий водоносный комплекс сложен преимущественно карбонатными отложениями и характеризуется разнообразием литолого-фацналыюго состава, а также резким изменением мощностей различных фации. Максимальной мощности водоносный комплекс достигает на Средпе-Печорском поднятии. Минерализация 100-200 г/л. Верхним водоупором служат глинистые породы визейского возраста.

Нпжнефранская (кыновско-саргаевская) водоупорная толща выделена в объеме кыновского и саргаевского горизонтов верхнего девона и является верхним региональным водоупором для средпедевонско-нижнефранского комплекса, а в случае его отсутствия для более древних водоносных комплексов. Уменьшение мощности но-доупора до 10-50 м, а также увеличение песчанистое™ происходит в северо-восточном и южном направлениях, что отражается на фплмрацнонно-емкосгных свойствах водоунора.

Среднедеионско-нпжнефранский водоносный комплекс террпгенных отложений с максимальной мощностью до 1000 и более метров. Водовмещающпми породами являются, в основном, песчаные породы с высокими фнльтрацпонно-емкостнымп свойствами. Минерализация 100-250 г/л. Верхним водоупором служит глинистая толща кыновского и саргаевского горизонтов верхнего девона.

Ордовнкско-нпжпедсвонский водоносный комплекс это преимущественно карбонатный комплекс с максимальной мощностью до 2500 м в Предуральско.м прогибе. Минерализация 130-190 г/л. Верхним водоупором являются глинистые отложения верхнего силура и нижнего девона, в случае отсутствия последних (Хорейверская впадина) - кыновско-саргаевская глинистая толща.

Глава. 3 Развитие иредетаилешп"! о региональной динамике подземных вод глубоких горизонтов.

В 1880 г. С.II.Никитин впервые в мировой литературе определил понятие "грунтовые воды", а в конце 20-х В.С.Ильин п В.Л.Лнчков в 30-х годах нашего столетия предложили гидродинамический критерий - местный базис эрозии отделяющий грунтовые воды от артезианских. Это деление вскрыло существующую в природе вертикальную зональность и впоследствии вылилось в учение о вертикальной гидродинамической зональности, которое в настоящее время является основой современных представлений о региональной динамике подземных вод артезианских бассейнов. В 1937-39 г. Ф.А.Макаренко и в 1939 г. Н.К.Игнатович выделили три гидродинамические зоны. Подробная схема гидродинамической зональности была опубликована И.К.Игнатовичем в 1944г. В дальнейшем некоторые основные положения схемы о гидродинамической зональности II.К.Игнатовича подвергались доработке п дополнениям, а иногда и пересмотру в работах ряда исследователей: В.Л.Лнчков, М.А.Гатальский, И.К.Зайцев, А.И.Каменский, А.А.Карцев, А.М.Овчинников, Б.В.Ппипекер, Н.НЛ'олсгпхип, П.Г.Кпееип, В.В.Колодпй, А.В.Кудельскнм М.И.Зайдельсон, П.М.Круглнков, С.С.Бондарспко, В.А. Всеволожский и других.

Последними работами, посвященными вопросам гидродинамической стратификации артезианских бассейнов, являются работы В.А.Всеволожского. Наиболее крупным стратификационно-гидродинамическим элементом в бассейне является гидрогеологический этаж, кроме того он выделил для артезианских бассейнов три гидродинамические зоны, в той пли иной мере охватывающие гидрогеологические этажи. В.Н.Дюнпп количественно обосновал выделение грех гидродинамических зон на основании соошошсппя величин горизонтальных и вертикальных фпльтрацнонпых сопротивлений, характера изменения градиентов и расходов вдоль линии тока. В настоящее время принципиально против выделения трех гидродинамических зон в разрезе артезианских бассейнов никто пе возражает (принципы выделения и названия зон могут отличаться). Представления же о гидродинамике флюидов глубоких частей разреза артезианских бассейнов, соответствующих зоне весьма затрудненного водообмена, очень противоречивы.

При всем разнообразии взглядов на гидродинамические условия зоны весьма за трудненного водообмена определилось три основные точки зрения. Первая, предполагает, что движение подземных вод происходит под действием гидростатического напора (в терминологии авторов), который в процессе геологического развития распространяется на весь артезианский бассейн и делает его единой гидродинамически взаимосвязанной системой. Движение подземных вод осуществляется под действием градиента напора в направлении от региональных областей питания (горноскладчатое обрамление, приподнятые и периферийные части АБ) к региональным областям разгрузки (океанические п морские впадпны) преодолевая при этом расстояния в сотнп и тысячи километров. Также не отрицается влияние на распределение пластовых давлений эндогенного фактора. Такой взгляд на гидродинамику глубоких подземных вод был перенесен из представлений о динамике зоны активного водообмена. Для ПАБ подобные взгляды предлагались II.М.Невской, Г.П.Лысеннным, Ю.Д.Николаевым, Е.А.Барс, Ю.П.Гатепбергером п др.

Вторая точка зрения основывается на гипотезе о компрессионном (элизпонном) движении подземных вод, (А.А.Карцев, Ю.В.Мухин, И.К.Зайцев, В.В.Колодпй п другие.). Основное в этой гипо тезе то, что глинистые тонкоднеперсиые породы при осаждении захватывают большое количество воды. В последующем, при уплотнении и литогенезе они отдают воды, которые мигрируют в коллекторские тол-

щн. Это и приводит к формированию в глубоких частях разреза аномально-высоких пластовых давлений и движению подземных вод из наиболее погруженных частей (областей питания) артезианского бассейна к приподнятым периферийным частям (областям разгрузки). Как и в первой точке зрения здесь предполагаются региональные потоки. Элизпонные представления о гидродинамических условиях зоны весьма затрудненного водообмена ПАБ были сформированы Б.II Любомнровым, Н.М.Круглпковым, П.И.Мотовиловым и др.

Рассмотренные выше две точки зрения на гидродинамику подземных вод глубоких горизонтов предполагают гидродинамическое единство в пределах водоносных комплексов пли горизонтов по всей площади их распространения.

Однако ряд исследователей (В.А.Кротова, А.В.Кудельский, М.И.Зайдельсоп и др.) ограничивают для отдельных регионов роль горного обрамления в формировании глубоких вод. В.А.Всеволожский и В.П.Дюнпп на основании изучения соотношения горизонтальных и вертикальных фильтрационных сопротивлений впервые теоретически доказали "ничтожную" роль периферии 1! питании подземных иод глубоких горн-зонтов для всех без исключения артезианских бассейнов, независимо от геолого-сгруктурных условий. Они предложили принципиально новую модель строения глубоких горизонтов артезианских бассейнов - нластово-блокопую. Эга точка зрения в последнее время принимается все большим числом исследователей и подтверждается исследованиям для многих регионов. Последней работой, посвященными гидродинамике глубоких горизонтов ПАБ и впервые показавшей гидродинамическую разобщенность в строении глубоких горизонтов является работа А.М.Фартукова, который исследовал каменноуголыю-пермекпе отложения севера Тпмапо-Печорского НГБ. По его мнению рассматриваемый водоносный комплекс неоднороден по всей площади и разбит на несколько автономных участков, каждый из которых характеризуется различной интенсивностью и направленностью флюидоообмеппых процессов.

.Подобных взглядов придерживаются н зарубежные исследователи, которые считают, что "осадочный бассейн - состоит из отдельных участков, ограниченных друг от друга гидравлическими барьерами" (Р.Берг, Д.Деллнс, Т.Деберс и др).

Краткий анализ существующих представлений о региональной динамики глубоких горизонтов артезианских бассейнов показал, что на современном этапе развития гидрогеологии не существует.единого взгляда об условиях формирования подземных вод зоны весьма затрудненного водообмена вообще и Печорского артезианского бассейна в частности.

Глава. 4 Методика изучения гидродинамики глубоких горизонтов северной часта Печорского артезианского бассейна.

4.1 Существующие методы изучения движения жидкости переменной плотности. В разделе рассмотрены методы изучения движения жидкости переменной плотности от первого предложенного А.И.Силиным-Бекчурппым в начале сороковых годов до самых последних (Ксркнс Е.Е., Ермилов П.Я., Ягодин Я.Я., Бондаренко С.С., Кнссин И.Г., Якобсон Г.Г1., Зерчашшов И.К., Станкевич Е.Ф., Гуревич А.Е., Шсета-ков В.М., Самсонов Ф.П. и др.)

Анализ показал, что большинство предлагаемых методов являются пли модификацией формулы А.Н.Сплнпа-Бскчурина или направлены уточнение значения плотности воды в зависимости от пластовых условий. Исключением являются графические методы и метод расчета фильтрационной силы (А.Е.Гуревичу). Но первый метод является приближенным. Второй метод имеет два существенных ограничения: 1 - в пределах расчетной области значения плотности, коэффициентов проницаемости п пористости должны меняться незначительно, 2 - точки должны быть удалены от границ и от районов с резкими изменениями потока подземных вод. Выполнение этих

.-ловпй возможно тогда, когда между рассматриваемыми точками нет разрывных наущений, резкой смены лнтолого-фациального состава. Это приводит к невозможней! применения этого метода для сложного геологического объекта каким являет ся ЛИ.

При изучении гидродинамики глубоких горизонтов ПАБ основным методом ^следования являлся методика приведения Пластовых давлении А.Н.Гуревпча, кото-ая в отличие от остальных методик приведения позволяет оценить погрешность приучения связанную с изменением плотности воды в горизонтальной плоскости. Пзуче-пе гидродинамики в пределах локальных площадей осуществлялось также методами ^парно-последовательного приведения, локальных градиентов и непосредственно по актнчеекпм замерам давления.

4.2 Методы используемые при изучении гидродинамики глубоких* гощзонтои лурнон части Печорского артезианского бассейна.

Традиционно при изучении регионально!! гидродинамики артезианских бас-;йиов отдел 1>|иле площади представляют в виде "точки", что связано с мелким мас-[табом исследовании. В связи с этим значения давления но этим площадям оередня-1тся или выбирается какое-либо одно значение из нескольких. Все это может привес-I к искажению реальной гидродинамической ситуации. Поэтому изучение поля пощипала осуществлялось вначале на отдел!,пых хорошо изученных площадях в масштабе 1:25 ООО - 1: 50 ООО с последующим региональным обобщением. Такой подход эзволяег использовать весь фонд скважин, пробуренных и опробованных на пзучае-он территории, максимально учесть геологическое строение, тектонические условия что важно выявить особенности гидродинамики на локальных площадях.

Одним из самых сложных вопросов гидродинамики глубоких горизонтов яв->!ется движение жидкости переменной плотности. В связи с этим при анализе гпдро-!шампческпх условий на локальных площадях использовались, следующие методы: етод приведенных давлении, с оценкой погрешности приведения (А.Е.Гурсвич); ме-VI локальных градиентов (В.М.Шестаков) ; определение градиен тов по фактическим 1мерам на одной плоскости; метод попарно-последовательного приведения ЛО.Боидаренко), а для составления региональной модели - метод численного моде-ирования на ЭВМ гидродинамики крупных структурно-тектонических элементов в етырехслопнон стационарной постановке.

Предварительно была осуществлена отбраковка исходной информации. Были ¡бракованы: расчетные значения пластовых давлений, полученные но кривой восста-эвлення; педовостаноилеппые значения - отмеченные в актах испытания скважин, инимальные значения давлений, замеренные на одной и той же глубине для одной п ,)й же скважины; давления замеренные во время проведения опытной эксплуатации пи при гидродинамических опробованиях скважин (гпдропроелушнвание).

ПрипеОение пластовых давлений. Распределение плотности флюида но разрезу пределах отдельных площадей ПАБ представляет собой ноле точек. Поле точек на эафнках р(/) ограничивалось прямыми линиями, что упростило расчеты и повысило х "запас надежности". Плоскость сравнения была выбрана единая для всей изучае-он территории и для всех рассматриваемых комплексов с таким расчетом, чтобы по-хчнность приведения была минимальной (на глубине -2400 м). Это позволило про-млпзиронать распределение давления не только отдельно для каждого ВК, но и оце-нть вертикальное взаимодействие между ними. Погрешность приведения, в боль-[пнетве случаев не превышает 0.5 МПа. Перепад пластового давления в пределах лояльных площадей достигает 10 МПа, в основном находясь пределах 1-5 МПа, что шчшельно больше погрешности приведения. Такой анализ был проведен для всех чощадеи и показал, что использование метода приведенных давлений для ПАБ пра-•»мерио. Значения приведенных давлении использовались при моделировании гидро-

дииампческих условий многопластовой системы и для оцепкн вертикальных п латеральных градиентов.

Изучение гидродинамических условий по данным прямых замеров тастовых давлений. В связи с существующими и не прекращающимися дискуссиями о возможности (невозможности) использования метода приведения пластовых давлений, нами предлагается подход позволяющий оценивать градиенты по фактическим данным с последующим их сравнением с направлениями градиентов полученными различными методами: приведение давлений, локальные градиенты, попарно-последовательное приведение.

При наличии двух замеров пластового давления в разных скважинах на одной и той же глубине не возникает вопроса об их приведении т.е. в этом случае можно уверенно утверждать о наличии пли отсутствия градиента между этими двумя точками (скважинами). Но так как абсолютно одинаковая глубина опробования невозможна для большой территории, можно выбрать наиболее изученные интервалы разреза на относительно небольшой площади. Величина выбранных памп интервалов не превышала 20-30 м. Следовательно можно говорить о наличии градиента при перепаде давлении более 0.2-0.3 МП а. Этот метод применялся только на хорошо изученных структурах, большинство которых находится в пределах центральной части Хорспверской впадпны. Для них были построены схемы направления латеральных градиентов пластовых давлений для хорошо изученного всрхнсфранско-турпейского комплекса.

Метод «окольных градиентов. Этот метод с точки зрения автора позволяет оценивать направления движения глубоких флюидов без приведения пластовых давлений. Для тех же площадей Центральной части Хорспверской впадины были рассчитаны значения локальных градиентов л построены схемы градиентов.

Метод попарно-последовательного приведения давлений. По мнению автора (С.С.Бондаренко) н его последователей этот метод существенно уменьшает или практически исключает погрешность приведения пластовых давлении. Метод использовался для тех же хорошо изученных площадей центральной части Хорспверской впадины.

Метод моделирования. Описанные выше методы исследования позволяют оценить направление и величину градиента только между точками (скважинами), которые достаточно неравномерно расположены по изучаемой территории. Региональные представления о гидродинамике глубоких горизонтов получены в результате численного моделирования с привлечением информации по всем скважинам и учитывая особенности геологического строения и тектоники. Было осуществлено моделирование для всего региона и для всего изучаемого разреза (см.выше). Моделировалась четырех пластовая система в масштабе 1:200000 для всей территории п отдельно вал Сорокина в масштабе 1:50000.

Гидрогеологические условия схематизировались в виде четырехслойной толщи с тремя слабопроиицаемыми толщами, перекрытые сверху ММП. Вся изучаемая область разбивалась прямоугольной неравномерной сеткой так, чтобы скважины н геологические границы попадали в центры блоков. Граничные условия задавались: 1-го рода если на границу попадали скважины с данными но замеренным пластовым давлениям); 2-го рода с нулевым расходом блоки в с разломами; 3-го рода на границе с акваторией моря и в отдельных блоках внутри изучаемой области (как правило, на границах сочленения крупных структурных элементов). Задача решалась в стационарной постановке.

В процессе решения обратной задачи корректировали проницаемость ВК и разделяющих толщ. Решение счит алось законченным когда модельные давления соответствовали природным, а горизонтальные и вертикальные граппепт совпадали по величине и направлению. Точность решения составляла 0,5 МПа (2%), что равно мак-

еималыюй погрешности приведенных давлений. В процессе решения при корректировке модели проницаемость ВК приходилось уменьшать до Ю-4-5 м/сут, а межпластовую проницаемость до И)10'11 м/'суг, т.е. но существу задавать непроницаемые грани-щи. 13 ряде случаев в изучаемой области приходилось задавать граничные условия 2-го рода с пулевым расходом.

В результате решения обратной задачи получены значения давлений по всей изучаемой области, что было использовано при построении гидродинамических схем для всех водоносных комплексов, а также гидродинамических профилен. Кроме того результаты моделирования позволили оценить величину и направление вертикального градиента, т.е. оцепить межпласговое взаимодействие.

Сопоставление направлений латеральных градиентов полученных различными методами показало, что наиболее хорошо совпадают направления градиентов полученные по фактическим замерам пластового давления п методом приведенных давлении. Доста точно неоднозначные результаты получаются при использовании метода локальных градиентов и попарно-последовательного приведения пластовых давлений. Ото обьяспяетея, по-вндпмому, тем, что не учитывается изменение плотности воды между точками, для которых осуществляется расчет, особенно при больших расстояниях по вертикали между ними и существенным изменением плотности по глубине, а также другими причинами. Распределение потенциалов но результатам моделирования, не противоречат направлениям латеральных градиентов на локальных площадях.

4-3 Методика изучения температурного поля н ¡юля минералнзатт.

При исследовании гидродинамики глубоких горизонтов, как правило, сталкиваются с такими трудностями как недостаток п в ряде случаев малая достоверность исходной гидродинамической информации. Это определило необходимость не только гидродинамических оценок, но и анализа косвенных показателей, которые могут свидетельствовать <5 гидродинамике. Это прежде всего температура и минерализация воды. Как известно, на распределение в пространстве н величину давления кроме чисто гидродинамических факторов могут влиять и другие процессы, например - фпзпко-хпмичеекпе, тектонические движения, которые могут привести к изменению температуры и минерализации и химического состава воды.

В связи с этим анализ закономерностей и особенностей поля температуры п минерализации, может помочь расшифровке причин, формирующих сложную картину распределения давления.

Существующие на настоящий момент представления о температурном поле Печорского артезианского бассейна предполагают закономерное увеличение температур от Уральского кряжа и Тпмапа к центральным и северным наиболее погруженным частям бассейна. Построение таких карг п разрезов как правило основано па осреднении вертикального температурного градиента но отдельным площадям, каждая из которых характеризуется одним средним значением температуры, причем построения часто проводятся не по глубинным срезам, а по комплексам. Это приводит к картине не отражающей природную ситуацию (к отсутствию пли малому значению латерального температурного градиента и упрощенному представлению о распределении температурного поля или к полному его искажению).

Чтобы исключить ошибки, связанные с пересчетом температур па единые глубинные температурные срезы, изучение температурного поля в плане проводилось с выборкой замеров температур в узком интервале разреза (20-30 м). Это позволило построить схемы латеральных градиентов температур и изучить их распределение в пространстве на хорошо изученных площадях центральной части Хорейверскон впадины. Кроме того проведено изучение изменения температуры в вертикальном разрезе для большинства локальных площадей изучаемой территории.

Традиционно изучение региональных закономерностей гидрогеохнмпческого

поля заключалось в построении карт минерализации и различных компонентов химического состава подземных вод. В этом случае значение минерализации выбирается одно на структуру для всего водоносного комплекса, что при значительных мощностях' комплексов (500-1000 м) и больших вариациях лнтолого-фациального состава пород неправомерно. Что бы избежать этого поле минерализации изучалось нами на локальных структурах центральной части Хорейверской впадины, где уже были проанализированы температурное и барическое поля. Чтобы определить наличие и направление градиента минерализации между точками (скважинами) выбирались такие значения минерализации которые были замерена практически на одной н тон же глубине, интервал поболее 50 м. В результате были построены схемы латеральных градиентов минерализации и изучено их распределение.

Последним этапом в изучении гидродинамики глубоких горизонтов был комплексный анализ и интерпретация особенностей барического, температурного н г идрохимического полей.

Глава 5. Анализ полей температуры и минерализации глубоких подземных вод.

5.1 Результаты анализа поля температур.

Полученные значения вертикального температурного градиента варьируются только между крупными тектоническими элементами. Максимальные значения градиента наблюдаются на Колвннском мегавале (2,3-2,6°С/100м), исключение Сарута-юская структура (1,7°С/100м). На вале Сорокина значения вертикальных градиентов (1,7-2,ГС/100м), за исключением Осовенской структуры (3,4°С/100м). Расчет вертикальных градиентов, полученный таким методом не позволяет оценить колебания температуры в горизонтальной плоскости в пределах отдельных площадей. Весь перепад температуры на одной глубине осредняегся п представляется точкой с одним значением температуры. Температурные профиля построенные по площадям вдоль вала Сорокина и Колвннского мегавала, характеризуются наличием малого латерального температурного градиента или полным его отсутствием. В тоже время построение профилей по той же линии, но уже но скважинам этих же площадей для среза наиболее изученного верхневизейско-артинского водоносного комплекса указывает на наличие латерального температурного градиента с перепадом температур в пределах одной структуры до 10°С. Это свидетельствует о неоднородности ноля температур в плане в пределах вала Сорокина и Колвинского мегавала. Дегальный анализ распределение температур по глубине показал на отдельных структурах изменение вертикального градиента по глубине. На Восточно-Колвпнскоп площади в интервале 2500-4100 м, ниже глубины 3400 м вертикальный градиент температуры значительно увеличивается до 10°С/100м. В верхней части изучаемого разреза градиент 3.3°С/100м.

Во избежание ошибок, связанных с пересчетом температур на единые глубинные температурные срезы, изучение температурного поля в плане проводилось с выборкой замеров температур в узком интервале разреза (20-30 м) (см.глава 4) для хорошо изученных площадей центральной части Хорейверской впадины. На схемах распределения латеральных температурных градиентов отчетливо видна неоднородность поля температур в плане. Неоднородность поля также видна на графиках температуры от глубины построенных для изучаемых интервалов по отдельным скважинам и если величина вертикального температурного градиента и не меняется, то происходит смещение графиков по оси температур, что свидетельствует об изменение абсолютного значения температуры на одинаковой глубине для разных скважин. Наличие неоднородного поля температур свидетельствует об отсутствие регионального латерального движения (конвективного латерального теплопереноса) глубоких подземных вод

даже и пределах локальных площадей.

5.2 Результаты анализа поля минерализации. Значения минерализации на од-нон глубинен пределах локальных площадей центральной части ХореПшерской впадп-ны меняются от 122 до 204 г/л. На отдельных площадях максимум минерализации приурочен к центральной наиболее приподнятой часгн структур. Анализ полученных схем градиентов минерализации показал что, ее изменение не закономерно п имеет мозаичный характер. Наблюдается довольно сложная картина распределения минерализации даже на одном срезе мощностью 30-50 м. Неоднородность поля минерализации можно объяснить различными причинами - как чисто гидродинамическими (вертикальное перетекание), так и физико-химическими процессами в системе вода-порода, а также изменением напряженного состояния пород.

Глава 6. Гидродинамические закономерности глубоких горизонтов северной части Печорского артезианского бассейна.

6.1 Региональные закономерности гидродинамики глубоких горизонтов. Описание региональных закономерностей проводятся по результатам численного моделирования. В пределах вала Сорокина и Хорейверекон вппднны во всех водоносных комплексах наблюдается сложная картина распределения гидродинамического потенциала и латеральных градиентов, мозаичное незакономерное распределение пьезомп-нпмумов, пьезомаксимумов, а также мало - п высокограднеитпых зон.

Контрастность барического поля уменьшается вверх но разрезу. В самом нижнем (сплурийско-нижпедевонеком комплексе) величина латеральных градиентов составляет Ю-2-10-' (в отдельных случаях до 1). В верхнем верхненермско-трпаеовом ВК наблюдается практически безградиентная картина. Также по разрезу меняется и величина вертикального градиента. Максимальные значения вертикального градиента наблюдается между самыми нижними сплурпйско-нижнедевоискпм п верхпефранеко-гурнейскнм ВК. При мощности кыновско-саргаевекого водоупора 100 м. перепад потенциала составляет 5-10 МПа, следовательно величина вертикального градиента достигает 10-'-°. Вверх по разрезу величина градиента снижается, в отдельных случаях градиент между смежными ВК отсутствует.

Большинство гидродинамических границ, установленных на вале Сорокина в результате решения обратной задачи, как правило, пространственно совпадают с положением дизъюнктивных нарушений. Так, гидродинамическая граница выявленная на Наульской площади прослеживается только в нижнем ВК п корродируется с разломом секущим отложения залегающие только ниже кыновско-саргасвского водоупора. В вышележащем верхнефранско-турпейском ВК зоне этого разлома соответствует пьезомакеимум. Такое соотношение распределение приведенного потенциала в разрезе может быть сформировано, за счет восходящего перетекания, через более проницаемую зону водоупора, которая могла сформироваться над разломом. Кроме того наличие вертикальной разгрузки из нижележащего ВК подтверждается данными по геохимии нефтей. Залежи нефти расположенные в пижпедевопскнх и верхнедевоиекпх отложениях имеют одинаковые геохимические и генетические свойства, свидетельствующие о том что нефтем атер и иски м и породами для них являются одни и те же ннжнедевопекпе отложения. Крупный субшпротный разлом секущий дотриаеовые отложения и разбивающий вал Сорокина на северную опущенную и южную приподнятую части, в гидродинамическом отношении проявился во всех ВК, как непроницаемая граница. Другие гидродинамические границы, имеющие различную природу, выделенные в разных комплексах, как правило смещены относительно друг и друга I! разрезе.

Сопосгавленис размещения залежей углеводородов в пределах вала Сорокина с распределением потенциала в пространстве показало, что в подавляющем большинстве случаев залежи нефти попадают в области с ньезомнпимумами или совпадают с малограднептными зонами. Так, например, в силурпйско-ннжнедевонском комплексе на Торавепской и Южпо-Торавейской структурах не обнаружены залежи. В гидродинамическом отношении здесь четко выраженный пьезомакепмум. В расположенных на севере (Варандейская структура ) и на юге (Наульская структура) площадях - области пьезомпнимума открыты залежи нефти. Аналогичные совпадения отмечены и в вышележащих комплексах. В верхнефранско-турнейеком - Южно-Торавенская, Наульская, Лабаганская, Седьягииекая структуры. В каменноугольно-аргипском - Варандейская, Южпо-Торавейская, Лабаганская, исключение составляют Наульская и Торавейская площади. Интересно, что в верхнепсрмеко-триасовом комплексе. характеризующимся малоградиентойон гидродинамической картиной, независимо от структурного плана, расположена единая нефтяная залежь, протягивающаяся с севера от Варапдея на юг до Лабаганской структуры.

6.2 Локальные закономерности гидродинамики глубоких горизонтов. Локальные закономерности гидродинамики изучались на площадях центральной части Хорейверекой виадниы но более хорошо изученному верхнсфранско-турнейскому ВК. Кроме того проводился детальный анализ некоторых достаточно изученных структур вала Сорокина и Колвинского мсгавала. Анализ особенностей проводился в виде сопоставления и комплексного анализа направлений, величины латеральных градиентов давления полученных всеми методами (см.глава 5), а также температуры и минерализации. Все изученные площади характеризуются отсутствием монотонного изменения гидродинамического потенциала, температуры и минерализации, а мозаичным распределением этих параметров в плане. Перепад этих параметров в пределах площади как полностью отсутствует (безградиентос поле), так и достигает по давлениям 3-4 МПа (до 10 МПа), температуры 10-15 °С, минерализации 40-50 т/л.

Среди них наиболее интересной является Северо-Хоеедаюская, которая характеризуется наибольшими изменениями давлении, температур п минерализации и по которой имеется максимальное количество информации. В ее пределах можно выделить два блока и с некоторой условностью третий блок, характеризующиеся различными гидродинамическими условиями. Первый блок расположен на юго-западе площади (скв. 10, 19, 23, 7, 14, 22). В ее пределах приведенные давление меняется от 24 до 24,5 МПа, а замеренные 31 - 31,5 МПа на одной глубине, т.е. перепад не более 0.5 МПа, поэтому характер эюго блока'может быть охарактеризован как безградпепт-ныи. В северо-восточном направлении па расстоянии 4 км от него происходит резкий скачек пластовых давлении до 33 МПа (скв. 2, 3, 24, 33). Это несомненно свидетельствует о наличии непроницаемой или слабопронпцаемой границы между этими зонами. Третья зона выделена, с некоторой долей условности, здесь наблюдается, смена небольших по размеру пьезомакспмумов и -минимумов. В процессе моделирования неоднородность поля давлений была решена за счет существенного изменения фильтрационных свойств на коротких расстояниях до несколько порядков (минимальные значения К.И м/еут, которые можно рассматривать как относительно непроницаемую границу).

В поле температур можно выделить два блока. Одни из которых, характеризующийся повышенными температурами, пространственно совпадает с блоком с максимальными значениями давлений. Второй "температурный" блок характеризуется малоградиеитиым картиной перепадом температур - 2-3 °С. О го г блок охватывает большую часть Северо-Хоседаюекаой структуры и пространственно включает первый и третий гидродинамические блоки.

Гпдрогеохнмическос поле является наиболее сложным, но тем не менее наблюдается корреляция с распределением давлении и температур. Так, в пределах первого гидродинамического блока не наблюдается изменения минерализации, величина которой колеблется около 170 г/л. Максимальные же значения минерализации приурочены к блоку с максимальными значениями давления и температуры.

Интересным является тот факт, что в пределах Северо-Хоседаюской площади в верхнефранско-турнейском водоносном комплексе Т.А.Кирюхинои было выделено три геохимических типа нефти, которые характеризуются различными теистическими параметрами, геохимическими свойствами и сформировались из различных нефтема-тернпекпх толщ. Пространственное распределение этих нефтей по площади совпадает с гидродинамическими блоками.

Анализ проведенный для других структур показал аналогичную сложную картину в ноле давлении, температур и минерализации. Все это позволяет сделать принципиальное заключение о невозможности формирования, даже в пределах локальных структур во всех водоносных комплексах, региональных потоков с единой структурой и единым направлением и существовании ггластово-блоковон структуры.

Одной из наиболее ярких особенностей гидродинамики глубоких горизонтов вообще и Печорского артезианского бассейна в частности являются аномально-высокие пластовые давления (АВПД). Зоны с АВНД встречаются па всей территории ПАВ, одной из таких зон является Инзырейская площадь, расположенная в зоне сочленения Хоренверской впадины и Кодшшского мегавала. Максимальные значения коэффициента аномальности 1,86-1,99 для этой площади. Геологическое строение этой площади характеризуется наличием в разрезе плохопронпцаемых толщ, затрудняющих вертикальную взаимосвязь. Многочисленные разномасштабные тектонические нарушения могут играть роль субвертикальных непроницаемых границ, помогающих сохранению АВПД. Кроме того даже в пределах одного ВК па этой площади наблюдаются значительных латеральные градиенты, с максимальными значениями в самом нижнем ВК, что свидетельствует о наличии непроницаемых границ. Сопоставление расположения гидродинамических границ с положением тектонических нарушении показало, что как правило генезис границ - тектонический. Причиной приведшей к формированию АВПД па Пизырейской площади по-видимому являются неотектонп-чеекпе движения о чем свидетельствует данные о современных вертикальных движениях. При общем опускании Печорской синеклизы, район Пизырейской площади попадает в локальную область интенсивного воздымаиня, которое сопровождается сильным боковым сжатием. Наличие АВПД подтверждает гипотезу о иластово-б.чоковом строении глубоких частей разреза ПАВ и свидетельствует об отсутствии региональных потоков в пределах зон с пх развитием .

Все сказанное (наличие разнонаправленных латеральных градиентов гидродинамического потенциала, развитие АВПД) говорит о том, что глубокие горизонты в пределах Хоренверской впадины, Колвинского мегавала и вала Сорокина следует рассматривать как пластово-блоковую систему. Аналогичная сложная картина распределения латеральных градиентов (пластово-блоковая) фиксируется в температурном поле и поле минерализации подземных вод. Как по результатам моделирования всего региона, так и детального анализа гидрогеологических условий на отдельных структурах выделяются блоки, характеризующиеся различными особенностями.

6.3. Типы границ, разделяющих гидродинамические блоки

Существование блоков изолированных друг от друга невозможно без существования границ между ними. В этой связи нами предпринята попытка выделить тины границ, отличающихся друг от друга своим генезисом. Анализ материалов по геологии, тектонике, литолого-минералогическому составу пород, истории геологического развития и др. позволил выделить следующие типы границ: тектонические, литоло-

го-фацнальпые и геохимические. Существование этих типов границ, в "чистом" виде встречается редко.

Тектонические границы.Тектонические границы связаны с нарушениями целостности горных пород под воздействием эндог енных сил. Зги нарушения образуют как правило субвертнкальные границы в толще пород и среди них выделяется несколько подтипов.

Первый подтип связан с разрывными нарушениями со смещениями, амплитуда которых достигает десятков и сотен метров и сопоставима с мощностью водоносного комплекса. В этом случае смещенный блок может контактировать в плане с непроницаемыми пли елабопроницаемыми породами. Этот подтип характерен для зон сочленения структур первого и более мелкого порядков.

Второй подтип тектонических границ образуется тогда, когда тектонические нарушения характеризуются малыми амплитудами смещения или их отсутствием, по образуются в условиях сжатия. В этом случае происходит дробление пород, сопровождаемое выжиманием обломков в норовое и трещинное пространство, их растворением н переходом в цементирующую массу, что влечет за собой ухудшение емкостных и фильтрационных характеристик пород.

Третий подтип тектонических границ связан с зонами растяжения. В противоположность второму подтипу эти зоны характеризуются повышенными значениями емкостных и фильтрационных свойств. В силу эюго по ним может осуществляться дренирование глубоких вод. 13 этом случае эта зона будет также являться гидродинамической границей, подобно реке, дренирующей грунтовые воды. Однако дренирующие свойства этого подтипа границ быстро ухудшаются иод воздействием процессов залечивания трещинного пространства минералами, выпадение которых из относительно высоко минерализованных вод, поступающих в зону тектонического нарушения, активно происходит в условиях резкого падения давления п уменьшения предела растворимости минералов. В результате подобных процессов такая граница также, как и предыдущая становится непроницаемой. Таким образом тектопичеекпе границы третьего подтипа являются короткожпвущнми в масштабе геологического времени.

Литолого-фациилъныс границы

Для сред седпментационио-фациалыюго типа характерна резкая анизотропия фильтрационных свойств в латеральном и вертикальном направлениях, которая определяется как условиями осадконакоплення, так и диагенетнческо-катагенетическимн процессами. В одновозрастных образованиях ПАВ сосуществуют разнофацнальные породы, сменяющие друг друга по латералн. В карбонатных комплексах они образуют фацпальпые пояса пли одиночные изолированные банки. В терригенных комплексах существуют фациально и лптологнческн разнородные отложения, связанные с прибрежными фацпальными поясами, русловыми отложениями налеорек, подводными конусами выноса н другими. Смена фации в карбонатных комплексах происходит обычно на расстояниях от сотен метров до первых км, мощность фацнй до километра. В терригенных комплексах смена от первых метров до первых км, при мощности до первых сотен метров.

Особенно резкая фациальпая изменчивость отмечена в верхнефранско-турнейском, преимущественно карбонатном ВК, здесь существуют как широкие пояса мелководно-шельфовых отложений, так и узкие рпфогашые зоны {первые км). Рифовые постройки обладают наиболее высокими фпльтрационно-емкостнымп свойствами среди прочих карбонатных отложений и образуют высоконрошщаемые тела мощностью до нескольких сотен метров, которые плавно переходят в карбонатные отложения тыловой (зарифовоп) части шельфа и резко сменяются в своей фронтальной части предрифовымн комплексами пород. Фильтрацношю-смкоетные свойства рифовых зон резко ухудшаются в сторону открытого моря н в проливах между рифовыми

осгройками. В зоне перехода к шельфовым не рпфогенпым отложениям такого рез-ого ухудшения фильтрационно-емкосгных свойств ие происходит. Однако реальная арпша изменения фильтрационных свойств еще сложнее. Рифы могуг образовывать ак линейные образования вдоль берега - барьерные рифы, так и одиночные построн-н - рифовые банки. Рифогепиые постройки в районе Ценгралыю-Хоренверского одияшя представляют собой цепочки из отдельных рнфогепных построек, которые ¡азделяются заполненными плохоирошщаемыми отложениями проливами. Кроме тоо в центральной н южной частях Хорейверскон впадины в последние годы выявлены шогочпеленные одиночные рнфогенные банки (Северо-Хоседаюская, Багапекая) вм-окопропицаемые комплексы которых обрамлены дспресспоннымп образованиями с [пзкпмп фильтрационными свойствами. Рнфогенные образования установлены в от-;оженнях силурийского, верхнедевопского, каменноугольного и пермского возраста.

В геррнгеипых комплексах существенные изменения фильтрационных свойств [роиеходят резче. Изначально зоны с повышенными емкостными и фильтрационными арактернстикамп связаны главным образом с областями налеоразмывов, поясами фпбрежпых песчаников вы тянутых вдоль береговой линии и сменяющихся в сторону ьтлеобаесейиа глинистыми алевролитами и аргиллитами и в сводовых частях налео-юдпятин. Известны в ПЛБ очень узкие "шнурковые" образования песчаников древ-И1Х речных русел. Очень сложное строение имеют подводные конуса выноса . которые >бразуются на границе мелководных и глубоководных областей. Наиболее высокие [шлырацпонные свойства в теле конуса имеют породы его верхних частей. На лояльных структурах тектонические процессы часто проявляются в интенсивной тре-пнноватостн сводовых частей складок. На сводах локальных поднятий увеличение решнповатостн порой проявляется чрезвычайно резко, при этом трещинная проницаемость на коротких расстояниях может меняться на 2-3 порядка п более как для сарбонатиых, так и террпгенных пород.

На процессы седпмеитогепнон лптолого-фацпальной неоднородности накла-(ываются процессы неравномерного геостатнчсского уплотнения при погружении по-)од. Кроме того различия в лнтологическом составе, гранулометрии определяют ете-1снь н направлепне вторичных процессов.

Геохимические границы

Иод геохимическими границами понимаются зоны различной ориентации горизонтальные, вертикальные н иные), в пределах которых норовое п трещинное фостранетво частично или полностью заполнено повомппералообразоваипями. Су-цествование таких границ в АБ подтверждается следующими фактами: соседство 'сухих" п продуктивных скважин, вскрывающих в узком интервале .цитологически однородных и одповозрастных пород на расстоянии в 0.5-1 км; отсутствие гидродинамического взаимодействия между близко расположенными скважинами, экенлуатпрую-цнмн один и тот же продуктивный горизонт; наличие значительного градиента по-кчщнала в естественных условиях между соседними скважинами.

Процессы новомпнералообразовашш или выщелачивания могут происходить только при смене термодинамических условий и при нернодпчсском поступлении в Л1стему флюид-порода растворов неравновесных в этой системе. Формирование подомных вод глубоких горизонтов слоистых систем можно представить в виде пульса-шоппо-геотермодинамическон (В.И.Дюннн) пли газогсодниамнчсскон модели (К.А. Апикиев), в соответствии с которыми в периоды тектонической активности 1! осадоч-тьш чехол осуществляется внедрение под большим давлением газо-водяион смеси, в результате чего нарушается сложившееся до.этого времени геохимическое и термодинамическое равновесие в системе флюид-порода. Это приводит к активным физико-шмпческим процессам с фазовыми переходами.

Возможность формирования этого тина границ в 11АБ подтверждаются исследованиями Т.И.Кушнаревой, которой в карбонатных отложениях фамепского воз раста обнаружены признаки указывающие на наличие гидротермальной деятельности Н.М.Невская показывает, что палеогидротермальная деятельность оставила своп еле ды в виде "многочисленных кальциевых, халцедоновых жил секущих известняки фа-мена и турне, с приуроченным к ним характерным комплексом сульфидных мпнерало1. (сфалерита, галенита, флюорита, серы) и тектонической брекчии". Несомненно, чт*. иовомииералообразованпя, описанные рядом исследователей, существенное снижают емкостные и следовательно фильтрационные свойства пород и приводят к формированию непроницаемых или слабопроиицасмых границ.

Таким образом результаты как региональных и локальных гидродинамических исследований, так и изучение температурного и гидрогеохимического полей приводят к одному и тому же выводу о пласгово-блоковом строении глубоких чаете! разреза северной части ПАБ. Этот вывод подтверждается и распределением залеже! углеводородов, данными но палинологии, геологическому строению, разрывной тектонике, пеотектоннке.

Глава 7. Особенности флюпдодпнамикн гидродинамических блоков.

В качестве относительно изолированного гидродинамического блока в работе рассматривается часть пластовой системы, ограниченная в плане п разрезе относи телыю непроницаемыми границами, характеризующейся единством условий формирования глубоких вод.

Анализ результатов проведенных исследований показывает, что в гидродинамическом отношении могут быть выделены два тина блоков. Первый с более высокими значениями гидродинамического потенциала, но отношению к окружающим счч блокам. Второй напротив характеризуется пониженными значениями потенциала пс отношению к значениям потенциала в рядом расположенных блоках. Размеры выделенных блоков определяются как геолого-гпдрогеологнческой ситуацией, так и со стоянием изученности территории. В соответствии с этим выделяются блоки различного объема в плане п разрезе. В разрезе блок может охватывать один пли нееколькс ВК, а иногда - только часть ВК. Площадь блоков в плане меняется от 10-25 км2 дс 1000-5000 км2. Наиболее крупные блоки выявлены в Хорейверской впадине, где они как правило, имеют сложную изометрическую форму, что связано с типом границ (см главу 6). На вале Сорокина и Колвинском мет авале, блоки, в основном, имеют меньшую площадь, которая увеличивается вверх по разрезу. Эти блоки имеют и болеч простую форму, также определяемую типом границ (см. главу 6).

Перепады давления между блоками в среднем 2-3 МПа, достигая в областях с АВГ1Д 10-14 МПа, что больше ошибок приведения (см. главу 4). В Хорейверской впадине контрастность между блоками наименьшая, перепад давлении в основном 2-i МПа, достигая максимальных величин лишь на небольших участках севера внадпнь в снлурийско-нпжнедевопском ВК (до 10 МПа). Наиболее контрастное поле паблю дается в центральной и южной части Колвинского мегавала (АР- 2-14 МПа), особешк в областях граничащих с зоной АВПД (см. главу 6). Вал Сорокина занимает промежуточное значение перепад давления между блоками достигает в нижнем ВК (до 6 МПа и практически исчезает в верхнепермско-триасовом ВК (см главу 6).

Значения потенциала в блоках и его изменение может быт ь связано как чисгс с гидродинамическими, так вероятно и с другими процессами, о чем свидетельств ус, его сочетание с температурой и минерализацией. Сопоставление и комплексный ана лиз распределения давления, температуры и минерализации позволил охарактернзо вать гидродинамику и особенности ее формирования некоторых блоков, и хотя бы i общих чертах осуществить систематизацию блоков. В отдельных случаях нривлека

iiici. данные по геохимии нефти. На основе анализа сочетания этих характеристик бы-ю выделено 2 основных типа гидродинамических блоков и их подтипы.

Первый тип. Характеризуется более высокими значениями гидродинамического потенциала, по отношению к окружающим его блокам. По сочетанию гидро-еологических характеристик можно выделить несколько подтипов

Первый подтип - это блоки, где отмечаются максимальные значения потен-щала п минерализации, но минимальные значения температур. Пнзырейекая площадь сличается развитием в разрезе зон аномально-высоких пластовых давлении (ЛВПД). 1лощадь того блока невелика около 250 км2. Перепад давления между блоками мак-.'пмальные для всей изучаемой территории 14 МПа. Значения вертикального градиси-а очень высокие до 1. Район этой структуры характеризуется интенсивными нсотск-оппчеекпмп движениям, в частности воздымается при общем опускании территории, no приводит к изменению напряженного состояния пород. В результате выживающего сжатия, в условиях хорошей изолированности (см.главу 6.) происходит по-)ышсннс пластовых давлений до аномально-высоких, которое могло принести к уве-шчешпо растворимости минералов и, как следствие, - к увеличению минерализации юдземных вод. Пониженные значения температуры на данной площади, по-видпмому объясняются эффектом охлаждения (Джоуля-Томпсона), наблюдаемом при переходе •аза из растворенного состояние в газообразное при вскрытии пласта и резкой релаксации давлений. При бурении и испытании скважин на Ннзырейской площади были отмечены интенсивные газопроявления, а при дегазации подземных вод могло про-пойти локальное понижение температуры в прпекважпнпоп зоне (р+ш.).

Блоки второго подтипа характеризуются максимумом пластовых давлений, емператур и минерализации по отношению к окружающей их территории. Площадь них блоков сильно варьируют 20-500 км: п определяется как геолого-идрогсологнческимп условиями, так и степенью изученности. Блок этою типа выяв-1спы на Северо-Хоеедаюской, Восточпо-Колвннской, Ардалинскоп, Заиадно-хоседаюекой, Спхорепскон, Торавейской, Южно-Торавейской и других площадях, охватывая как целиком структуры (или несколько), так их часть. Такая ситуация мо-кет быть объяснена существующей субвертпкалыюй восходящей фильтрацией подомных вод, имеющих более высокие давление, температуру и минерализацию. Зпаче-шя вертикального градиента получены, в основном, по результатам моделирования и : нижележащим комплексом составляют от 1(И до К)'1, с вышележащим 10-'-2. Результаты моделирования позволяют оценить величину мела ¡ластовой фильтрации, но в словпях глубоких горизонтов эти количественные оценки мало достоверны. Однако гачеетвеппо наличие такой фильтрации подтверждается данными по палинологии -февиие формы мпкрофоссплнн встречаются в более молодых отложениях, а также оезультатами изучения геохимического состава нефтсн (Северо-Хоседаюская, Южпо-Торхаратннская). Возможность субвертпкалыюй фильтрации в пределах локальных областей не про тиворечит существующим представлениям о проницаемости геологн-iecKiix сред глубоких горизонтов.

Блоки этого подтипа в пределах вала Сорокина приурочены к зонам текто-шческнх нарушений (например, Варандейскпй разлом), что, по видимому, связано с юсходящнм движением подземных вод по прпразломиой зоне. Кроме того некоторые олокп располагаются в сводовых частях структур Варандейская, Седьягииская и др. в ¡ерхнефранеко-турнейском водоносном комплексе, аналогичная картина выявлена [ля некоторых площадей центральной части Хорейверской впадины, что по-видимому объясняется развитием наиболее ин тенсивной трещнноватости в сводах структур.

Блоки третьего подтипа характеризуются высокими значениями потенциала и шлоградиентиым полем температуры с перепадом в 2 - 3°С (Сюрхаратпнская и Гэдппская площади) по отношению к соседним блокам. Отсутствие максимума темпе-

ратур не позволяет говорить о возможности субвертнкалыюй восходящей (фильтрации подземных вод. А повышенное значение потенциала, вероятно, связано с приложением сжимающих сил к этим блокам (рис).

Блоки второго типа. Характеризуется пониженными значениями потенциала по отношению к значениям потенциала в рядом расположенных блоках. По сочетанию гидрогеологических характеристик можно выделить несколько подтипов.

Первый подтип - это блоки с минимальным значением пластовых давлении но с максимальными температурой и минерализацией подземных вод, установленные в районе Ардалннской и Лабагапской площадей. Такие блоки охватывают несколькс ВК, вертикальный градиент между которыми отсутствует или находится в пределах точности. Площадь же блока от комплекса к комплексу меняется, как правило, увеличиваясь вверх по разрезу и охватывать уже не одну пли часть структуры, а несколько Такое распределение давления, температуры и минерализации в нескольких ВК наиболее вероятно, связано с тем, что блок открыт сверху и снизу и это создает предпосылки для релаксации гидродинамического потенциала вверх но разрезу. Т.е. в этом случае предполагается "сквозная" вертикальная миграция через этот блок (рис), чте подтверждается косвенными данными по геохимии нефти. В этом случае давление г блоке будет пониженным, а переток из нижележащего комплекса будет определят! повышенные температуру и минерализацию подземных вод.

Ь'локн второго подтипа, в которых отмечаются минимальные значения гидродинамического потенциала, температур и минерализации. Они как правило приурочены к зонам сочленения структур (например, Ардалннская, Восточно-Колвинска! и Сихорсйская) и имеют небольшую площадь до 200 км2. Формирование гидродинамики таких блоков определяется в первую очередь устойчивым понижением давлепш в блоке или в следствие разгрузки в вышележащий комплекс или из-за умепьшеиш напряженного состояния пород. Относительно длительное понижение давления приводит к активизации процессов новомннералообразовання (например, выпадешь, карбонатов из раствора). Эти процессы, в свою очередь, приводят к уменьшению минерализации и снижению температуры. Кроме того понижение температур!,I также может быть связано с эффектом Джоуля-Томпсона при высвобождении водораство-репного газа благодаря понижению давления в блоке (рис-).

Также выделяются области, в пределах которых наблюдается практичеаа безградненттюе распределение гидродинамического потенциала между нескольким! опробованными скважинами (перепад потенциала меньше или равен 0.5 МПа). 1Ь особенностью является то что это как правило крупные по размерам блоки до 1000 5000 км2. Эти блоки выделены как но результатам моделирования, гак и детальны? исследований. По результатам моделирования 15 снлурнйско-нпжнедевопском водо поеном комплексе такой значительный по размерам блок выделен в северо-западно! части Хорейверской впадины; на вале Сорокина во всех водоносных комплексах вы деляегся несколько блоков, характеризующихся малоградиентной структурой потока а верхнепермско-триасовын комплекс представляет собой два практически безгради ептиых блока. Такая ситуация можег определяться как геолого-гндрогеологпческо! ситуацией, так и состоянием изученности территории. В первом случае распределенш давления можег свидетельствовать об отсутствии в настоящее время значимого двн ження подземных вод в пределах этих блоков. Стабильные термобарнчеекпе условш не дают предпосылок для активных физико-химических процессов, которые могли бь привести к усложнению структуры потока. Также, по-видимому, отсутствуют и нзме нения напряженного состояния пород, которые обычно приводят к дестабплизацш гидродинамической ситуации (рне).

Заключенне

Выполненные исследования позволили рассмотреть гидродинамические усло-пя пяти основных ВК северной части Печорского артезианского бассейна. При анаше гидродинамических условий использовалась вся имеющаяся информация по гидродинамическому опробованию водоносных комплексов, данные по температуре, хп-[пческому составу флюида, по фпльтрацпопно-емкосгным свойствам пород. Кроме ого привлекалась информация по геологическому строению рассматриваемого ре-пона, тектоническим условиям, разрывной тектонике, неотсктоинке, лнтолого-)ацпальиым закономерностям. Были проведены как детальные, так п региональные ;сслсдовання. Первые включали в себя изучение гидродинамики на локальных пло-цадях различными методами: приведение давлений, локальных градиентов, попарно-юследовательпого приведения и "прямо!!" метод. Кроме того для этих же площадей >ыло изучено ноле температур н минерализации- Региональные закономерности гнд-юдппампкп изучались па основе результатов численного моделирования. Проведение нсследовання п анализ результатов позволили рассмотреть региональные и ло-альные особенности гидродинамики пластовой системы и дать первые представления | формировании гидродинамики относительно изолированных блоков.

13 качестве основных выводов и защищаемых положений могут рассматрп-атьея следующие:

1. В пределах северной част Печорского артезианского бассейна каждый н'з-ченный элемент разреза (водоносный комплекс) представляет собой сложную плас-ово-блоковую систему, состоящую из относительно изолированных блоков. Пло-цадь блоков меняется от 25 до 5000 км2. В разрезе блок может охватывать как один 5К или его часть, так и несколько ВК. Генетическая природа границ и характер их [роявлення в гидродинамическом отношении может быть существенно различными, 'акнм образом, глубокие горизонты северной части Печорского артезианского бас-ейна представляют собой плаегово-блоковую систему с границами тектонического, штолого-фациального и, вероятно, геохимического генезиса или их сочетанием.

2. Во всем изученном разрезе в отложениях от ордовикского до триасового озраста (мощность около 4000 метров ) наблюдаются разнонаправленные латераль-[ые градиенты давления в пределах ВК, отражающие сложную картину структуру по-енниалъных потоков глубоких вод. Максимальные градиенты наблюдаются в силу-шпско-нижиедевонском ВК до 1, уменьшаясь вверх по разрезу до полного отеутевпя ; верхнепермско-трнасовом. В том же направлении уменьшаются и значения вертикальных градиентов Кроме сложной картины распределения градиентов давления, для шссматриваемон территории характерна также и незакономерное распределение ла-еральпых градиентов температуры и минерализации. Все это подтверждает вывод о лоисго-блоковом строении глубоких частей разреза северной части Печорского ар-езиаиского бассейна. Таким образом, результаты исследования показывают, что [аиболее сложная структура потоков характерна для нижних частей разреза, посте-[енно вверх по разрезу становлясь более простои.

3. Наличие относительно изолированных в гидродинамическом отношении >локов в пределах северной части Печорского артезианского бассейна проводят к то-IV, что отсутствуют региональные потоки в глубоких элементах разреза как в пределах относительно крупных структурных элементов (Хорейверекая впадина, Колвпи-кнй мставал и вал Сорокина),так п структур третьего и более мелких порядков. В феделах северной части Печорского артезианского бассейна во вех изученных ВК ггсутствуют региональные потоки подземных вод не только в пределах крупных труктурных элементов, но мелких структур третьего и менее порядка.

4. В гидродинамическом отношении в пределах рассматриваемой территории наделено два характерных типа блоков и несколько подтипов, отличающихся друг от

друга гидродинамической ситуацией. Каждый блок характеризуется своими, толы« ему присущими гидродинамическими, геодинампческими, температурными, гидро геохимическими особенностями, которые меняются в пространстве (от блока к блоку н вероятно во времени на протяжении геологической истории развития региона.

5. В пределах изученного региона уверенно выделяется два типа границ, фор мирующих слоисто - блоковое строение глубоких горизонтов, связанные с тектоннче скнмн нарушениями (Колвинскин мегавал, вал Сорокина) и лнтолого фацнальпымизамещеннямп (в основном в Хорейверскон впадине). Имеются такж< свидетельства о возможности формирования третьего типа - геохимических границ.

6. При проведении изучении глубоких горизонтов (прогноз нефтегазонос ности, поиски, разведка, оценка запасов промышленных и минеральных вод) гидро гелогические исследования должны быть ориентированы на выявление относителык изолированных блоков, положения и генезиса гренпц. Поскольку положение относи тельно непроницаемых границ является принципиальным при обосновании гпдрогео логических моделей, прогнозе нефтегазоносногн, подсчете запасов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Гидродинамические условия Наульского нефтяного месторождения. Тез докл. науч. конференции молодых ученых республики Коми, Сыктывкар, 1992, с. 18.

2. Гидрогеологические условия Наульского нефтяного месторождения. Вест ник МГУ, геология, сер. 4, №4, 1992, с. 71-75 (в соавторстве с В.И. Дюннным, Г.Е Яковлевым).

3. Экранирующие свойства основных покрышек восточной части Хорейвер ской виадппы. Материалы III научной конференции Института геологин Коми ГШ УрОРАН, 1994 г. с. 21-23.

4. Моделирование гидродинамических условий глубоких горизонтов (на при мере Хорейверскон впадины и вала Сорокина) Тез. докл. 1993 г. с. 73-74 (в соавторстве с В.И. Дюннным).

5. Генезис границ, формирующих блоковую структуру потоков г лубоких подземных вод. Тез. докл. Ломоносовских чтений, 1995, с. (в соавторстве с В.А. Всеволожским, В.И. Дюннным).

6. Гидродинамические условия центральной части Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции. Сборник науч. тр. Инст. геологии Коми НЦ УрО РАН, сдапг в печати в 1995, (в соавторстве с В.И. Дюннным)