Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Палеогидрогеологические и палеогеотермические реконструкции восточной части Предкавказья на основе термобарогеохимических исследований

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Белгурш Абдельжалал, Ростов-на-Дону

£/¿б'*- ф/ "

Ростовский государственный университет

На правах рукописи

Белгурш Абдельжалал

ПАЛЕО ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ПАЛЕОГЕОТЕРМИЧЕСКИЕ

РЕКОНСТРУКЦИИ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ПРЕДКАВКАЗЬЯ НА ОСНОВЕ ТЕРМО Б А РО ГЕОХИМИ Ч ЕСКИ X ИССЛЕДОВАНИЙ

Специальность 04. 00. 06 (гидрогеология)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Сианисян. Э.С

Ростов-на-Дону, 1999

Содержание

Стр.

Введение .............................................................................................................5

1. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ТЕРРИТОРИИ ДАГЕСТАНА.......................................................................................10

1.1 .Литолого-стратиграфическая характеристика.......................10

1.2. Тектоника................................................................................15

2. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ ГЕНЕЗИСА И ФОРМИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД ТЕРРИТОРИИ ДАГЕСТАНА.......................... 23

2.1. Выбор оптимального комплекса исследований......................23

2.2. Гидрогеохимический анализ состава подземных вод территории Дагестана............................................................. 25

2.2.1. Водоносный комплекс верхнемеловых отложений........ 30

2.2.2. Водоносный комплекс среднеюрских отложений.......... 31

2.3. Гидрогеохимические особенности отдельных компонентов............................................................................ 34

3. ХАРАКТЕРИСТИКА ФЛЮИДНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ В МИНЕРАЛАХ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛЯ ПАЛЕОГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ РЕКОНСТРУКЦИЙ..............................................................................53

3.1. Основные направления и методы исследования флюидных включений (ФВ) в осадочных породах..........................................53

3.2. Методы и приборы , использованные для реконструкции

условий палеосреды.......................................................................... 58

3.2.1. Вакуумная декриптометрия систем

"минерал-флюид"............................................................... 58

3.2.1.1. Подготовка проб к анализу.................................. 62

3.2.1.2. Обработка данных вакуумной декриптометрии...................................................... 63

3.2.2. Определение вещественного состава включений............. 66

3.2.3. Оптико-политермические методы исследований ФВ........ 68

3.2.4. Методика определения максимальных палеотемператур............................................................... 72

3.2.5. Определение газового состава ФВ................................... 74

3.2.5.1. Практические методы газово-адсорбционной хроматографии ...................................................... 75

3.2.5.2. Подготовка проб к анализу............................... 76

4. ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННЫХ, ПАЛЕОГИДРО-ГЕОХИМИЧЕСКИХ, И ГЕОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ МЕЗОЗОЙСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ ДАГЕСТАНА НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ФВ.......................... 78

4.1. Палеотермическая характеристика на основе методов гомогенизации и декриптации..................................................... 82

4.2. Современный и палеотепловой поток

Предгорного Дагестана............................................................ 95

4.3. Особенности газового состава палеовод..................................... 98

4.4. Палеогидрогеохимическая реконструкция для решения вопросов формирования подземных вод..................................104

5. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДИНАМОКАТАГЕНЕ-ТИЧЕСКОЙ ПРЕОБРАЗОВАННОСТИ МЕЗОЗОЙСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ ТЕРРИТОРИИ ДАГЕСТАНА............................119

5.1. Методики количественной оценки динамокатагене-тического фактора .......................................................

5.2. Сопоставление палео- и современной гидродинамической напряженности восточной части Терско-Каспийского прогиба (ТКП)............................................................................. 131

6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕРМОБАРОГЕОГИМИЧЕСКИХ, ДИНАМОКАТАГЕНЕТИЧЕСКИХ И ПАЛЕОГИДРОГЕОХИМИ-ЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОГНОЗА НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ ТЕРРИТОРИИ ДАГЕСТАНА................ 143

Заключение ............................................................................................. 148

Литература ....................................................................................................... 150

Приложения............................................................................................. 160

Введение

Палеогидрогеологические и палеогеотермические исследования к настоящему времени зарекомендовали себя как надежные методы изучения осадочных бассейнов. Их теоретическое и практическое использование имеет существенное значение при освоении недр и, в частности, при изучении нефтегазоносных бассейнов. Восточное Предкавказье - важный нефтегазодобывающий район. Большая часть запасов углеводородов сосредоточена в мезозойских отложениях, с ними же связываются основные перспективы открытия новых залежей нефти и газа. Тесная взаимосвязь углеводородов и пластовых вод обусловливает необходимость гидрогеологических исследований при решении многих проблем нефтегазоносности бассейна. Их решение требует привлечения максимально возможной гидрогеологической информации и изучения геологических процессов и явлений в их историческом развитии. В этом плане сведения о палеогидрогеохимическом и палеогео-термическом режиме комплексов пород восточной части Терско-Каспийского прогиба (ТКП) помогают целенаправленно вести разведку и разработку месторождений различных типов.

С целью реконструкции палеогидрогеологических и палеогеотермиче-ских условий мезозойских отложений Восточного Предкавказья использованы хорошо себя зарекомендовавшие и апробированные методы, основанные на информации, полученной при изучении газово-жидких включений. Постановка настоящих исследований является актуальной и своевременной, поскольку несет генетическую информацию о происходящих в недрах процессах преобразования пород, вод углеводородов изучаемого района.

Целью диссертационной работы является реконструкция палеогео-термических, палеогидрогеологических и динамокатагенетических условий формирования и преобразования мезозойских комплексов различных тектонических зон восточной части ТКП.

Исходя из поставленной перед автором цели, задачи могут быть сформулированы следующим образом:

1. Эмпирическое подтверждение применимости термобарогеохимиче-ского (ТРХ) метода исследования осадочных пород с целью палеогеотерми-ческих и палеогидрогеологических реконструкций.

2. Выбор и обоснование оптимального и достоверного комплекса исследований для реконструкции палеогидрогеологических условий осадочных отложений в период максимальных термобарических напряжений.

3. Реконструкция палеогеотермических и палеогидрогеологических условий формирования мезозойских отложений восточной части ТКП.

4. Сопоставление палео- и современной гидрогеологической обстановки с целью установления закономерностей формирования подземных вод мезозойских отложений восточной части ТКП.

Для решения этих задач был выполнен ряд работ, в который вошли: анализ существующих методик палеогидрогеохимических и палеогеотермических реконструкций, а также методов, используемых для изучения флюидных микровакуолей; визуальные исследования путем оптического изучения шлифов и микрообъектов разнообразных морфологических типов в минералах и породах. Большое внимание было уделено определению ионно-солевого и газового состава палеовод, а также установлению максимальных палеотемператур, испытываемых разновозрастными комплексами пород и гидротермальными минералами. При выполнении работы использовались следующие приборы: вакуумный декриптометр, хроматограф, поляризационный микроскоп, дериватограф, микротермокамера.

Основой диссертационной работы послужили собственные, главным образом экспериментальные материалы автора, полученные за время учебы в магистратуре и аспирантуре на кафедре гидрогеологии, инженерной и нефтегазовой геологии Ростовского государственного университета.

В процессе проведения исследований был собран большой материал по геологическому строению территории, петрографическим особенностям пород, химизму подземных вод и органическому веществу мезозойских от-

ложений изучаемого района. Для достижения поставленных задач различным видам анализов были подвергнуты более 150 образцов мезозойских отложений восточной части ТКП, охватывающие разрез от миоцена до триаса, включая зоны различной тектонической активности. Вакуумнодекрип-тометрические определения и гомогенизация включений производились в Лаборатории термобарогеохимии осадочных отложений РГУ. Экспериментальные исследования по определению химического состава вытяжек из включений и термометрия осадочных пород и минералов производились в аналитической лаборатории геолого-географического факультета РГУ. Построения и выводы, представленные в работе, основываются на 120 вак у-умнодекриптометрических определениях (по части из них - с применением хроматографической приставки, 43 оценках температур методом гомогенизации, 38 дериватографических анализах, 78 водных вытяжек для проведения шестикомпонентного анализа ионно-солевого состава палеовод, 47 описаниях шлифов. Для контроля полученных результатов часть определений была выполнена в термобарогеохимических лабораториях НИИФОХ РГУ и ВИМС РАН.

При проведении исследований были изучены воды флюидных включений в осадочных горных породах, определены палеотемпературы, прослежены изменения их с возрастом комплексов, составлена схематическая карта максимальных палеотемператур для верхнемеловых отложений восточной части ТКП. Построены зависимости изменения компонентного состава вод включений от общей минерализации, а также палеогидрогеохими-ческий разрез мезозойских отложений Предгорного Дагестана. Установлены основные факторы, способствующие формированию подземных вод; на основе анализа новых данных о составе вод включений и условий их "консервации", выявлена роль температурного фактора при преобразовании подземных вод. С использованием хроматографической приставки к вакуумному декриптометру был определен газовый состав включений; произведены петрографические исследования осадочных пород и минералов.

Применение указанных методов позволило восстановить палеогидро-геохимические и палеогеотермические условия формирования подземных вод восточной части ТКП. Для установления гидрогеологической обстановки района нами составлены карты распределения приведенных напоров, минерализации и Na-С/ отношения верхнемеловых отложений. Впервые предпринята попытка сопоставления палео- и современной динамической напряженности мезозойских отложений восточной части ТКП на основе изучения коэффициента аномальности, условного показателя динамоката-генеза и показателя динамокатагенетической активности. Полученные результаты имеют большое практическое значение, т. к. отражают условия формирования и размещения залежей нефти и газа.

В первых главах приводятся краткие сведения о геологическом строении, истории развития мезозойских отложений, гидрогеологических особенностях изучаемой территории. Большой вклад в развитие этих представлений внесли И.О. Брод, М.С. Бурштар, В.Н. Волков, В.П. Ильченко, Б.Ф. Крымов, А.И.Летавин, Е.Е. Милановский, Д.А. Мирзоев, A.M. Никаноров,

A.Н. Резников, М.Н. Смирнова, К.О. Соборнов, Б.А. Соколов, Э.С. Сиани-сян, В.А. Станулис, Ю.А. Стерленко, Г.М. Сухарев, М.Г. Тарасов, В.Е. Ха-ин, В.Н. Холодов, Л.Н. Шалаев, Г.А. Шарафутдинов и другие.

Третья глава посвящена методике исследования флюидосодержащих включений в породах и минералах для реконструкции палеоусловий мезозойских отложений восточной части ТКП. Методические основы применения вакуумно-декриптометрического метода были разработаны

B.Н.Труфановым, Ю.Г.Майским, А.Т.Ушаком, С.А.Куршевым и успешно продолжены в области изучения осадочных пород А.М.Никаноровым и Э.С.Сианисяном. Методами термобарогеохимии были определены максимальные палеотемпературы и газовый состав разновозрастных осадочных образований. Прозрачные минералы, содержащие достаточно крупные включения, исследовались методом гомогенизации, а для непрозрачных образцов был применен декриптометрический метод. Термобарогеохимиче-ские исследования предваряли петрографические анализы. Ионно-солевой

состав включений, отражающий состав палеовод, определялся путем водных вытяжек по общепринятой методике.

В четвертой главе приведены результаты экспериментального определения температур образования и минерального состава газово-жидких включений. Прослежено изменение их по разрезу и выявлен ряд закономерностей, отвечающих условиям захвата содержимого вакуолей. Установленные зависимости изменения химического состава включений от глубины залегания и общей минерализации комплекса, сравнение этих зависимостей с пластовыми водами убедительно показало, что растворы вакуолей являются реликтами древних пластовых вод. Это позволило использовать результаты исследования флюидных включений для палеогеотермических и палеогид-рогеохимических реконструкций.

В пятой главе отражены общие закономерности динамокатагенетиче-ской преобразованности мезозойских отложений территории Дагестана. Теоретическая основа использования критериев оценки динамокатагенети-ческих факторов базируется на работах Г.И.Амурского и Н.Н.Соловьева, Б.А.Соколова и О.В.Япаскурта, А.Н.Резникова, Э.С.Сианисяна.

В шестой главе дается обзор геологического строения и перспективы использования термобарогеохимических и динамокатагенетических методов исследований при оценке нефтегазоносности недр на территории Марокко.

Работа выполнена под общим руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора Э.С.Сианисяна. Значительная помощь была оказана автору со стороны сотрудников кафедры гидрогеологии, инженерной и нефтегазовой геологии РГУ. Одобрения в выборе направления исследований и полезные рекомендации были высказаны при консультации с докторами геолого-минералогических наук, профессорами Ф.П.Мельниковым, О.В.Япаскуртом, А.Н.Резниковым, Б.А.Соколовым. Всем перечисленным лицам автор выражает глубокую и искреннюю благодарность.

1. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ТЕРРИТОРИИ ДАГЕСТАНА

1.1. Литолого-стратиграфическая характеристика

Изучению геологии Восточного Предкавказья и Восточного Кавказа посвящены работы многих исследователей. Особый вклад принадлежит Н.И.Андрусову, И.О.Броду, М.С.Бурштару, Г.Д.Буторину, Н.Б.Вассоевичу, В.Д.Голубятникову, М.О.Джабраилову, С.И.Дотдуеву, Н.А.Еременко, Н.В.Короновскому, Н.А.Крылову, А.И.Летавину, Д.А.Мирзоеву, Д.В.Несмянову, Л.В.Паниной, В.М.Пирбудагову, В.П.Ренгартену, Л.А.Ройтману, П.Г.Романову, М.Н.Смирновой, Б.А.Соколову, Ю.А.Стерленко, Ю.П.Смирнову, Н.Ю.Успенской, В.Е.Хаину, Н.С.Шатскому, Ф.Г.Шарафутдинову и многим другим .

Основные этапы геологического изучения рассматриваемого района базировались на признании примата вертикальных движений земной коры и, как следствие этого, предполагалось подобное строение отдельных складчатых зон, сложенных мезо-кайнозойскими отложениями. Однако, открытие в 70-х годах в северной части Предгорного Дагестана Махачкала-Таркинского и Шамхалбулакского месторождений позволило выявить резкое несоответствие структурных планов по мезозойским и кайнозойским комплексам. Было также установлено, что многочисленные геолого-геофизические данные фиксируют наличие различных складок СевероВосточного Кавказа. Это позволило ряду исследователей (Б.А.Соколов, Д.А.Мирзоев, Ф.Д.Шарафутдинов, К.О.Соборнов и др.) выдвинуть в качестве основополагающей концепции гипотезу о покровно-надвиговой природе Дагестанского клина. При этом Восточная часть Предкавказья и территория Дагестана выбрана нами в качестве объекта исследования и как один из наиболее изученных в геологическом отношении нефтегазоносных районов страны.

Территория Дагестана занимает восточную часть Северного Кавказа и Предкавказья, в нефтегеологическом отношении входит в состав Средне-Каспийского нефтегазоносного бассейна.

В Терско-Каспийскую нефтегазоносную область входит нефтегазоносный район Предгорного Дагестана, в пределах которого установлена промышленная нефтегазоносность в палеогеновых, верхнемеловых, нижнемеловых и верхнеюрских отложениях [55,92] на 15 месторождениях.

Нефтегазоносные месторождения и перспективные площади Предгорного Дагестана сконцентрированы в южной части республики: Буйнаксом, Ленинском, Табасаранском административных районах Дагестана [55].

Месторождения расположены как в предгорьях, так и в Прикаспийской низменности в пределах аккумулятивных долин рек Сулак, Самура и др., а также в зоне подводного берегового склона Каспийского моря.

Выяснение геологического строения и нефтегазоносности области Предгорного Дагестана на всех этапах изучения было затруднено ввиду сложных сейсмогеологических условий проведения работ, а также большой глубины погружения основной структуро-формирующей поверхности кровли мезозойских отложений. Начало планомерного изучения приходится на конец 70-х годов и связано с применением более эффективных методов сейсморазведки, на базе которой в значительном объ