25 Гидрогеологические условия формирования залежей нефти, газа и др.Полезных ископаемых

Водные растворы играют важную роль в формировании различных полезных ископаемых, в том числе и залежей нефти и газа.

По современным, представлениям происхождение нефти и углеводородных газов связано с захоронением и последующим преобразованием органического вещества в осадочных отложениях. В морском бассейне, в котором идет процесс седиментации, накапливается большой обьем биомассы как животного, так и растительного происхождения. Подсчитано, что количество органического углерода из- этой биомассы в кубометре породы может достигать 13 -15 кг.

Расчеты показывают, что рассеянного органического вещества восадочных породах на континентах имеется до 5*10¹⁵ т. Это говорит о том, чтоколичество органического вещества в породах намного превышает выявленныев настоящее время запасы нефти и газа. ^А

В осадочных бассейнах преобразование органического вещества начинается на ранней стадии осадконакопления. Уже в иловых водных растворах происходит биохимическая переработка органического вещества. По мере накопления осадочных отложений и их уплотнения, что соответствует элизионному этапу гидрогеологического цикла, идет дальнейшее преобразование органики, связанное с повышением температуры и давления в ведрах. Воды, выжимающиеся из уплотняющихся глин, выносят в менее уплотняющиеся коллекторы различные органические соединения.

Таким образом, элизионный водообмен способствует пополнению коллекторов органическим веществом. И чем он интенсивнее, тем больше органических веществ накапливается в коллекторских толщах. Этот процесс может прерваться во время инфильтрационных этапов развития осадочных бассейнов. Регрессия моря, выход пород на дневную поверхность и их денудация приводят к началу инфильтрации метеогенных вод в коллекторские толщи. Инфильрогенные воды обычно содержат различные окислители, такие, например, как кислород и сульфаты. Окисление органики кислородом сульфат-редукция приводят к разрушению части органических соединений в коллекторах. На элизионных этапах последующих гидрогеологических циклов возобновляется элизионный водообмен. При погружении пород, которое сопровождается повышением температуры и давления, происходят термокаталитические процессы, приводящие к превращению органических веществ в углеводороды (нефть и газ). Наиболее активно этот процесс наблю­дается в интервале глубин 3-4 км и при температуре, свыше 1 00°С.

Миграция частиц нефти и газа протекает в водной среде в пластах-коллекторах. Коллекторами, в которых выявлены залежи нефти являются песчаники, алевролиты, гораздо реже глинистые породы (например, аргиллиты баженовской свиты Западной Сибири), карбонатные толщи. В последнее время промышленные скопления нефти обнаружены (и интенсивно разрабатываются) в трещиноватых гранитах (месторождение Белый Тигр во Вьетнаме и др.). Вследствие различия плотностей газа, нефти и воды происходит их дифференциация. Газ и нефть стремятся занять наиболее приподнятые участки проницаемых пластов. Нефтегазовые залежи формируются в ловушках, которыми служат антиклинальные поднятия или выкликивающиеся кверху участки проницаемых пластов. Всплывающие частички нефти или газа заполняют ловушку и образуются залежи. Залежи нефти и газа являются частью природных водонапорных систем. От типа природных водонапорных систем и в конечном итоге от гидродинамических условий в этих системах зависит их сохранение или разрушение.

Так, на ннфильтрационных этапах в результате восходящих тектонических движений могут создаться такие условия, когда области питания

водоносных пластов, содержащих залежи углеводородов, могут оказаться на высоких гипсометрических отметках (например, в предгорных районах). Интенсивная инфильтрация метеогенных вод и большие по величине гидравлические уклоны могут привести к вымыванию залежей из ловушек. В этом же случае поступление в пласт вод с большим содержанием окислителей также может привести к разрушению (преимущественно за счет

сульфатредукиии) скоплений нефти и газа. Наиболее благоприятные условия, способствующие сохранению залежей нефти и газа, существуют в природных водонапорных системах элизионного типа. Из изложенного следует, что нефть, газ и вода являются элементами природных водонапорных систем и тесно связаны между собой.

В истории развития осадочных бассейнов может происходить во времени чередование элизионных и инфильтрационных этапов гидрогеологических циклов. В течение элизионных этапов идет преимущественно процесс формирования залежей, а на инфильтрационных этапах -их частичное разрушение или переформирование. Таким образом, осадочный бассейн -сложная система, развитие которой происходит циклически, определяя направленность процессов нефтегазообразования и нефтегазонакопления.

Важную роль подземные воды играют и при формировании рудных месторождений. Вода при этом служит той подвижной средой, в которой в растворенном состояния переносятся металлические соединения. В воде происходят различные химические реакции, регулирующие процессы отложения минералов и образование их скоплений. Так, если в породы осадочного бассейна внедряется магматическое тело, то это приводит к тому, что породы и воды, их насыщающие, начинают нагреваться. Образуются гидротермальные растворы с высокой температурой, которые начинают циркулировать по трещинам. Эти нагретые воды являются химически агрессивными и активно растворяют части компонентов промываемых ими пород.. Таким образом, они становятся настоящими рудными гидротермами. По мере движения вверх по разломам и трещинам к области разгрузки происходит понижение температуры и выпадение из раствора соединений меди, пинка, свинца и других цветных и драгоценных металлов. К этому же типу месторождений относятся, например, золотоносные кварцевые жилы Бендаго в Австралии, Восточной Сибири и на Кавказе. Но образование рудных месторождений связано не только с гидротермальными растворами. Процесс формирования рудных тел может быть обусловлен деятельностью

инфильтрационных вод. Так, взаимодействие подземных вод, содержащих железо, с карбонатными породами приводит к формированию рудных тел, состоящих из сидерита (FeCOsj.

С деятельностью инфильтрационных вод связано формирование некоторых месторождений урана. Например, труднорастворимые четырехвалентные соединения урана, свойственные глубинным уровням земной коры, в зоне интенсивного водообмена окисляются и переходят в легкорастворимые шестивалентные соединения. Большая часть урана при этом выносится грунтовыми водами нередко на значительные расстояния и пе­реотлагается, образуя месторождения урана (В.И.Смирнов, 1989 г.).

С деятельностью подземных вод может быть связано разрушение залежей нефти и образование рудного тела. В этом отношении интересна история формирования медного месторождения -гиганта Джезказган. Ученые (А-И-Германов, 1962 г.) реконструировали условия формирования этого месторождения и установили, что вначале на Джезказганской структуре образовалось нефтяное месторождение. Затем глинистая покрышка, пре­дохранявшая залежь нефти, была нарушена тектоническими разломами. По этим разломам нефть стала, проникать в вышележащие песчаники Джезказганской свиты. Поступавшие в эти песчаники воды, обогащенные сульфатами, вызвали начало процесса сулъфатредукции. При этом нефть разрушалась и шло образование сероводорода. Приносимые в водных растворах соединения меди и других металлов образовывали концентрации сульфидов. Так, на месте нефтяного месторождения сформировалось месторождение медных руд. Этот пример показывает, как велика роль водных растворов в "жизни" осадочных бассейнов и как тесно связаны между собой различные полезные ископаемые.

В подземных водах содержится очень много различных химических элементов, имеющих большую ценность. Так, уже давно подземные воды стали поставщиком таких элементов, как йод и бром. Во всех странах мира, кроме Чили, йод -в промышленных количествах получают только из подземных вод.

26МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ГЕОТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ

Распределение температуры внутри Земли, обуслов­ленное сложным взаимодействием различных природ­ных факторов (частично они были охарактеризованы выше), представляет собой геотемпературное поле. Изучение геотермических условий проводится путем непосредственного измерения температуры пород в скважинах до глубин, достигнутых современной буро­вой техникой — 4—5 км и даже более. Для этого ис­пользуются электрические термометры сопротивления, термопары, биметаллические, ртутные максимальные и замедленного действия термометры, обеспечивающие точность измерений до 0.10 С.

Обобщение результатов термометрических наблюде­ний позволяет установить региональные закономерности формирования и распределения геотемпературного по­ля, выявить и расшифровать его различные вариации и аномалии. Для этого строят геотермические карты геоизотерм, термоизогипс и равного геотермического градиента

*Геоизотермы (изотермы) — линии, соединяющие точ­ки с одинаковыми температурами на определенном уровне. В зависимости от характера поверхности карты изотерм могут быть составлены для определенной глу­бины, заданной абсолютной отметки, установленной литологической, стратиграфической или структурной поверхности.

Термоизогипсы — линии, соединяющие точки с оди­наковыми глубинами на заданной изотермической по­верхности. Карта термоизогипс (карта рельефа задан­ной изотермической поверхности) отражает в абсолют­ных отметках или в изолиниях равных глубин залегания изучаемую поверхность.

Карта равного геотермического градиента показыва­ет его распределение по площади. Она составляется в трех модификациях: карта геотермического градиента для определенного интервала глубин (или абсолютных отметок); карта градиента для одного и того же литологически однородного комплекса пород (однородная теплопроводность пород); карта среднего геотермиче­ского градиента (в геологически едином интервале, на­пример, структурного этажа).

Для участков скрытого выхода горячих вод, особен­но когда температура, замеренная в разведочных сква­жинах на участке, незначительно отличается от темпе­ратуры, которая определена термометрическими стан­циями или постами, строят карты термоизоклин. Термоизоклины — линии, соединяющие равные отклонения температур от нормального температурного поля рай­она исследований.

19