Особенности вертикальной гидрогеохимической зональности северных районов Западно-Сибирского артезианского бассейна

УДК 550.41.553.3

Д.А. Новиков

ИНГГ им. А.А. Трофимука СО РАН, Новосибирск

ОСОБЕННОСТИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКОЙ ЗОНАЛЬНОСТИ СЕВЕРНЫХ РАЙОНОВ ЗАПАДНО-СИБИРСКОГО АРТЕЗИАНСКОГО БАССЕЙНА

Приводятся результаты изучения геохимии подземных вод нефтегазоносных отложений обширного региона с различными типами вертикальной гидрогеохимической зональности. Показано, что природа последней определяется двумя основными факторами: генетическим типом подземных вод (1) и характером взаимодействия воды с горными породами и органическим веществом (2), которые, в свою очередь, являются продуктом геологической истории региона. Химический состав подземных вод в значительной мере изменен за счет взаимодействия с горными породами, газами и органическим веществом, а также за счет смешения с водами других генетических типов. Различная последовательность смены с глубиной генетических типов вод разной степени метаморфизации и смешения определяет характер прямой, обратной или более сложной гидрогеохимической зональности в регионе.

D.A. Novikov

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS

Acad. Koptyug av. 3, Novosibirsk, 630090, Russian Federation

THE FEATURES OF VERTICAL HYDROGEOCHEMICAL ZONING IN THE NORTH AREAS OF WEST SIBERIA ARTESIAN BASIN

Underground water geochemistry of petroleum deposits in a vast region with different types of vertical hydrogeochemical zoning research are given. It has been shown that its character is determined by two main factors: genetic type of water (1) and interaction character between water with rocks and organic matter (2), which are in turn a product of region geological history.

Chemical composition of underground waters is substantial altered by interaction with rocks, gases and organic matter as well as mixing with other genetic type waters. Different succession of genetic types of waters subjected to different grade metamorphism and mixing at depth are responsible for the character of direct, inverse or more complicated hydrogeochemical zoning in the region.

Сложность геологических условий в пределах северных районов Западной Сибири нашла свое закономерное отражение в гидрогеологических условиях, площадном распространении вод различной минерализации, геохимических и генетических типов. В целом, в пределах ЗападноСибирского артезианского бассейна (ЗСАБ) «работают» классические постулаты нефтегазовой гидрогеологии, говорящие о том, что по мере снижения степени водообмена должна расти общая минерализация подземных вод. Таким образом, в соответствии с гидродинамической зональностью устанавливаются региональные гидрогеохимические закономерности: в окраинных частях бассейна распространены

гидрокарбонатно-хлоридные и хлоридно-гидрокарбонатные натриевые воды

с минерализацией до 1-3 г/дм3, сменяющиеся по мере погружения горизонтов и продвижения к центральным областям хлоридными натриевыми

-5

водами повышенной минерализации (до 15-20 г/дм и более). Такой характер гидрогеохимических зон осложняется в погруженной части бассейна появлением щелочных вод с повышенным содержанием гидрокарбонат-иона и

-5

минерализацией до 7-15 г/дм , иногда выше, а в низах осадочного чехла -хлоридных натриевых рассолов с повышенным содержанием кальция с

-5

минерализацией более 50 г/дм [1-10].

Анализ имеющихся материалов позволил выявить два доминирующих и ряд переходных типов вертикального гидрогеохимического разреза для северных регионов ЗСАБ. Первый отвечает прямой (нормальной) гидрогеохимической зональности и характеризуется ростом общей минерализации подземных вод и содержаний основных макро - и микрокомпонентов по мере погружения водоносных горизонтов (рис. 1. а). Второй, или инверсионный тип отличается от первого снижением общей минерализации с глубиной (рис. 1. б, в).

Так, например, инверсионный тип вертикальной гидрогеохимической зональности распространен в пределах структур южных районов полуострова Ямал, северных районов Надым-Тазовского междуречья, северо-восточных районов ЗСАБ (полуостров Гыдан и сопредельных к структурам Енисей -Хатангского регионального прогиба территорий). Нормальный тип зональности распространен в пределах северных районов полуострова Ямал и южных районов Надым-Тазовского междуречья. Здесь, в пределах отложений нижне-среднеюрского комплекса встречаются рассолы хлоридного натриевого состава с величиной общей минерализации более 50

-5

г/дм (Малыгинская, Харампурская, Губкинская и другие структуры).

Более детальный анализ гидрогеологических материалов по территории полуострова Ямал показал, что здесь основной причиной инверсии состава подземных вод в его южных районах следует считать близость границ ЗСАБ и, как следствие, значительную степень промытости отложений осадочного чехла.

Прямой (нормальный) тип вертикальной гидрогеохимической зональности, установленный нами для северных районов Ямала и юга Надым-Тазовского междуречья находит свое объяснение не только в проведенном анализе условий седиментации отложений осадочного чехла и реконструкции захороняющихся сингенетичных вод определенного состава. Другим возможным источником вод более высокой минерализации в пределах нижне-среднеюрского комплекса могут выступать рассолы, поступающие за счет вертикальной миграции из отложений палеозойского фундамента. На что неоднократно указывалось в работах Ю.Г Зимина, А.Э. Конторовича, И.И. Нестерова, Ф.К. Салманова, А.А. Розина, Н.М. Кругликова, В.В. Нелюбина, О.Н. Яковлева, В.М. Матусевича и многих др. [2-5, 7-8].

Необходимо также отметить, что попавшие в отложения чехла воды в течение длительного геологического времени были метаморфизованы в

прямом направлении и эволюционировали за счет взаимодействия с вмещающими горными породами и рассеянным органическим веществом.

Выявленные выше региональные закономерности в распространении типов вертикальной зональности в пределах нижнего гидрогеологического этажа северных районов ЗСАБ значительно усложняются при анализе гидрогеохимических разрезов отдельных месторождений и площадей (рис. 1).

Так, в пределах областей с доминированием нормальной или инверсионной вертикальной гидрогеохимической зональности нами установлены структуры, не подчиняющиеся общим региональным

закономерностям. Например, в пределах южной - инверсионной зоны полуострова Ямал вертикальный гидрогеохимический разрез Западно-Яротинской площади имеет нормальный характер, и наоборот, в северной зоне с прямой гидрогеохимической зональностью в пределах Верхнетиутейского, Нейтинского, Тасийского, Северо-, Западно- и Северо-Тамбейского месторождений выявлен инверсионный тип разреза,

характерный для южных регионов.

В одной из наших работ [7] было высказано предположение о связи нормального (прямого) типа вертикальной гидрогеохимической зональности с отсутствием в геологическом разрезе вулканогенно-осадочного комплекса триаса. Проверка этой гипотезы на примере месторождений полуострова Ямал и Надым-Тазовского междуречья оказалась справедливой. Все месторождения, имеющие нормальный тип вертикального

гидрогеохимического разреза

приурочены к областям отсутствия триасовых отложений и наличием под породами осадочного мезозойско-кайнозойского чехла в разной степени метаморфизованных образований палеозойского фундамента. Наличие вод с

-5

величиной солености до 12 г/дм в пределах верхней части палеозойского фундамента в районе Новопортовской структуры на юге полуострова Ямал [11] указывает лишь на высокую степень промытости отложений, а также влияние процессов нефтегазообразования.

Таким образом, установлено, что основными факторами, оказывающими влияние на характер вертикальной гидрогеохимической зональности в пределах северных районов ЗСМБ являются: 1) характер гидродинамического режима и степень гидрогеологической закрытости недр), 2) обстановки седиментогенеза в разные геологические эпохи, 3) геологическая эволюция системы вода - порода - газ - органическое вещество, 4) наличие в разрезе вулканогенно-осадочного комплекса триаса (при его отсутствии -доминирование нормальной вертикальной гидрогеохимической зональности), 5) вертикальная миграция рассолов из палеозойского фундамента в вышезалегающие отложения осадочного чехла.

Работа выполнена при финансовой поддержке Фонда имени В.И. Вернадского, Минпромнауки РФ (проект НШ-9542.2006.5), РФФИ (№ 07-05-00877) и гранта Лаврентьевского конкурса молодежных проектов СО РАН (проект ВМТК «Система»),

о

-500

-1000

-1500

ю

с

-2000

-2500

-3000

-3500

-4000

♦ -Бованенковское

° - Западно-Яротинская

О - Харатская

♦ - Верхнетиутейское

♦ - Ростовцевское

Рис. 1. Типы прямой (а) и инверсионной (б, в) вертикальной гидрогеохимической зональности

ряда месторождений полуострова Ямал

1. Гидрогеология СССР. Т. XVI. Западно-Сибирская равнина (Тюменская, Омская, Новосибирская и Томская области) [Текст]. - М.: Недра, 1970. - 368 с.

2. Розин А.А. Подземные воды Западно-Сибирского артезианского бассейна и их формирование [Текст] / А.А. Розин. - Новосибирск: Наука, 1977. - 102 с.

3. Кругликов Н.М., Нелюбин В.В., Яковлев О.Н. Гидрогеология ЗападноСибирского нефтегазоносного бассейна и особенности формирования залежей углеводородов [Текст] / Н.М. Кругликов, В.В. Нелюбин, О.Н. Яковлев. - Л.: Недра, 1985. - 279 с.

4. Шварцев С.Л., Силкина Т.Н., Жуковская Е.А., Трушкин В.В. Подземные воды нефтегазоносных отложений Нюрольского осадочного бассейна (Томская область) [Текст] / С.Л. Шварцев, Т.Н Силкина, Е.А. Жуковская, В.В. Трушкин // Геология и геофизика. -2003. - Т. 44. - № 5. - С. 451-464.

5. Матусевич В.М., Рыльков А.В., Ушатинский И.Н. Геофлюидальные системы и проблемы нефтегазоносности Западно-Сибирского мегабассейна [Текст] / В.М. Матусевич, А.В. Рыльков, И.Н. Ушатинский. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2005. - 225 с.

6. Ставицкий Б.П., Курчиков А.Р., Конторович А.Э., Плавник А.Г. Гидрохимическая зональность юрских и меловых отложений Западно-Сибирского бассейна [Текст] / Б.П. Ставицкий, А.Р. Курчиков, А.Э. Конторович, А.Г. Плавник // Геология и геофизика. - 2004. - Т. 45. - № 7. - С. 826-832.

7. Шварцев С.Л., Новиков Д.А. Природа вертикальной гидрогеохимической зональности нефтегазоносных отложений (на примере Надым-Тазовского междуречья, Западная Сибирь) [Текст] / С.Л. Шварцев, Д.А. Новиков // Геология и геофизика. - 2004. -Т. 45. - № 8. - С. 1008-1020.

8. Новиков Д.А., Лепокуров А.В. Гидрогеологические условия нефтегазоносных отложений на структурах южной части Ямало-Карской депрессии [Текст] / Д.А. Новиков, А.В. Лепокуров // Геология нефти и газа. - № 5. - 2005. - С. 21-30.

9. Новиков Д.А. Геохимия подземных вод апт-альб-сеноманского гидрогеологического комплекса Надым-Тазовского междуречья [Текст] / Д.А. Новиков // Отечественная геология, № 3. - 2005. - С. 73-82.

10. Новиков Д.А., Шварцев С.Л. Гидрогеологические условия Предъенисейской нефтегазоносной субпровинции [Текст] / Д.А. Новиков, С.Л. Шварцев // Геология и геофизика, 2009 - Т. 50. - № 10. - С. 1131-1143.

11. Новиков Д.А. Геолого-гидрогеологические условия палеозойского фундамента Новопортовского нефтегазоконденсатного месторождения [Текст] / Д.А. Новиков // Известия Вузов. Нефть и газ. - 2005. - № 5. - С. 14-20.

© Д.А. Новиков, 2010