3.3 Нафтогазоводоносні геологічні структури

З гідрогеологічних позицій цікавими є гідравлічні пастки, здатні утримувати нафту або газ у структурно незамкнутих ділянках флексур і структурних „носів”. У пастках такого типу розташовані родовища-гіганти Пангендл-Г’юготон і Індіан Бейсін у США.

На відміну від газового, нафтовий поклад, не перекритий зверху флюїдоупор, може частково зберегтися від остаточного руйнування внаслідок формування вторинної пастки, де екраном слугуватиме, наприклад, асфальтовий „корок”, який посприяє збереженню уцілілої решти нафти у покладі.

Пастка, яка заповнена повністю або частково нафтою і/або газом називається покладом. Група покладів, що об’єднана за територіальною або геолого-структурною ознакою утворює нафтове або газове родовище. Практично усі нафтові родовища є нафтогазовими, бо у нафті розчинена велика кількість вуглеводневого газу. Газові родовища можуть складатися не тільки з газів, але й з газових розчинів рідких вуглеводнів (газокондесатні родовища).

Найпростішими пастками є антиклінальні складки, у склепінних частинах яких нагромаджені нафта або газ, зусібіч оточені підземними водами. У одному і тому ж пласті можуть залягати нафта, а вище неї вільний газ, який у цьому випадку отримав назву газової шапки.

Залежно від просторового розміщення вуглеводневих скупчень стосовно підземних вод, серед останніх розрізняють контурні і законтурні (краєві), підошовні, внутрішні, верхні, нижні, проміжні.

Нафтогазові родовища є відносно невеликими елементами великих гідрогеологічних структур. Серед цих структур, складених, головним чином, потужною товщею осадових порід виділяють басейни напірних вод або водонапірні басейни (ВНБ). Водонапірний басейн є сукупністю напірних водоносних пластів і водотривких порід, що контролюються депресійними тектонічними структурами регіонального або надрегіонального порядків.

В основу гідрогеологічного районування напірних вод покладено геолого-структурний принцип, згідно якого за одиницю районування найвищого рівня приймається гідрогеологічна структура, яка визначає просторовий розподіл вод у земній корі і їх співвідношення з водовмісними породами. До таких структур належать басейни напірних вод або водонапірні басейни. ВНБ зазвичай є великою депресійною структурою (авлакоген, прогин, синекліза), заповненою осадовими породами, що залягають на породах старшого за віком складчастого ложа або кристалічного фундаменту. ВНБ властиві переважно рівнинно-платформним структурам, передгірським прогинам, міжгірським западинам тощо.

У межах ВНБ виділяються області живлення, транзиту і розвантаження підземних вод. Басейни, у яких живлення і створення гідростатичних напорів завдячують наявності гіпсометрично піднятих ділянок інфільтації називаються артезіанськими (від назви французької провінції Артуа, де вперше отримали самовилив напірної води). Гіпсометрично вище ВНБ розташовані басейни і потоки ненапірних ґрунтових вод, в яких нафтові і газові поклади відсутні.

Дуже великі за площею ВНБ часом називають мегабасейнами, наприклад, Західносибірський, Східносибірський, Прикаспійський, Південнокаспійський, які складаються з низки менших басейнів.

Водонапірний басейн складається із однієї або декількох систем напірних підземних вод, що характеризуються спільними чинниками формування напорів. Такі системи отримали назву геогідродинамічних. Вони можуть бути природними або техногенними.

Гірськоскладчасті споруди і кристалічні щити, де відсутні просторово витримані водоносні і водотривкі пласти, а води нагромаджуються і циркулюють переважно у тріщинних зонах, називаються гідрогеологічними масивами. Такі ж гідрогеологічні умови здебільшого властиві ложам водонапірних басейнів, складеним метаморфічними або вулканогенними породами.

Причини створення напорів і умови руху підземних вод у різних частинах ВНБ можуть суттєво відрізнятися в залежності від типу геогідродинамічних систем. За напрямком руху підземних вод геогідродинамічні системи діляться на інфільтраційні (фільтрація від зовнішніх областей живлення всередину системи) і ексфільтраційні (фільтрація води від внутрішніх областей живлення до периферії). Гідростатичний напір у інфільтраційній геогідродинамічній системі зумовлений вагою стовпа метеогенних вод, яка внаслідок інфільтрації заповнює водоносні пласти-колектори, що залягають під водонепроникнимии пластами. Інфільтраційні системи є відкритими, основним джерелом їх енергії виступає потенціальна енергія води в полі сили тяжіння.

Природні ексфільтраційні системи характеризуються створенням напорів у водоносних пластах внаслідок перетікання води з одних пластів до інших без надходження води з-поза системи. До ексфільтраційних належить елізійна геостатична, елізійна геодинамічна і термогідродинамічна (термодегідратаційна, термоелізійна) системи.

Напір в елізійній геостатичній системі утворюється при ущільненні і дегідратації глинистих порід, коли пласти-колектори поповнюються внаслідок дегідратації глин, та, частково, ущільнення самих колекторів і відтискання вод з одних їх ділянок у інші. Елізійні геостатичні геогідродинамічні системи розташовуються в депресійних ділянках земної кори, заповнених потужним чохлом осадових порід. Ці системи є закритими або напіврозкритими, без гідравлічного зв’язку або з обмеженим зв’язком з денною поверхнею в зонах розвантаження вод. Головним джерелом енергії є пружна деформація породи і води, що нагромаджується у колекторах внаслідок їх ущільнення, ущільнення водотривких товщ та відтискання з останніх вод у суміжні пласти-колектори.

У термогідродинамічних водонапірних системах (Г.В. Богомолов, А.В. Кудельский, В.В. Колодий, 1973), відомих також, як термодегідратаційні (А.А. Карцев и др., 2001) напори вод формуються внаслідок термічної дегідратації мінералів-кристалогідратів, яка відбувається в геотермобаричних умовах осадової оболонки при температурах і тисках, нижчих за критичні для води. Утворення рідкої фази перед тим хімічно зв’язаних вод викликає не тільки збільшення пластового тиску, а й зменшення мінералізації підземних вод у глибоких надрах.

Геогідродинамічні системи еволюціонують у часі згідно зі спрямованістю геологічного розвитку геоструктури та стадіями перетворення осадових порід. Одні й ті ж водоносні пласти протягом свого існування можуть входити до складу ексфільтраційних і інфільтраційних водонапірних систем. Тип водонапірної системи залежить від етапу гідрогеологічної історії водоносного пласта чи комплексу.

При трансгресії моря водоносний комплекс інфільтраційної геогідродинамічної системи перекривається молодшими осадами, з чого розпочинається новий гідрогеологічний цикл. Відновлюється ущільнення глинистих порід і води, що відтискуються, надходять у колектори, внаслідок чого відбувається перерозподіл тиску і інфільтраційна водонапірна система поступово трансформується у елізійну. Після регресії моря, на інфільтраційному етапі другого гідрогеологічного циклу відбувається новий перерозподіл тисків. Занурення водоносних комплексів на дуже великі глибини з температурами понад 200^о С спричиняє перетворення елізійної геогідродинамічної системи в термогідродинамічну.

Процес перерозподілу пластових тисків у водонапірних системах ВНБ сприяє формуванню в ньому генетично різнотипних водонапірних систем, як у геологічному минулому, так і протягом антропогену. Тому у водонапірних басейнах можуть бути присутні як однотипні – тільки інфільтраційні чи тільки ексфільтраційні геогідродинамічні системи, так і системи різних типів.

Прикладом водонапірного басейну з різнотипними водонапірними системами може бути Дніпровсько-Донецький, де палеозойські водоносні комплекси у глибокозанурених частинах перебувають в умовах ексфільтраційної елізійної або термогідродинамічної геогідродинамічних систем, а у мезокайнозойських – розвинуті інфільтраційні геогідродинамічні системи. Прикладом водонапірного басейну з виключно елізійною геогідродинамічною системою може бути пліоценовий комплекс туркменської частини Південнокаспійського водонапірного басейну (В.В. Колодий, 1964, 1969).