title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Нижний гидрогеодинамический этаж осадочных бассейнов

Нижний гидрогеодинамический этаж осадочных бассейнов

В осадочных бассейнах суши этот этаж приурочен в основном к зоне катагенеза, а в акваториях — к зонам диагенеза и катагенеза. Резко возрастает (до 1—3 км и более) глубина залегания кровли как на суше, так и в акваториях, в районах проявления современного вулканизма. Для нижнего этажа наиболее характерно, что в естественных условиях сюда не поступают природные воды с дневной поверхности (воды атмосферных осадков, озерные, морские и т. п.). Питание подземных вод осуществляется в результате дегидратации уплотняющихся осадочных пород, слагающих бассейны, отжима из них жидких свободных вод, перехода физически и химически связанных вод в жидкие свободные. Распределение пластовых давлений в водоносных горизонтах нижнего этажа — в основном результат взаимодействия разнообразных процессов уплотнения и геохимического преобразования горных пород в зонах диа- и катагенеза, условий миграции отжимаемых подземных вод и образующихся здесь газов к дневной поверхности.
В нижнем этаже осадочных бассейнов фильтрационное движение подземных вод под действием гравитационных сил, возникающих вследствие негоризонтальности рельефа поверхности Земли (точнее, зеркала природных вод), обычно не происходит, так как в субаквальных бассейнах эта поверхность горизонтальна (поверхность водоема), а в областях суши это движение практически быстро затухает с глубиной и проявлено в основном лишь в пределах верхнего этажа.
В нижнем этаже осадочных бассейнов функционируют главным образом элизионные (компрессионные) гидрогеодинамические системы разного типа: элизионные геостатические (литостатические, квазиэлизионные), термоэлизионные (эксфильтрационные термодегидратационные) и др.
Элизионные гсостатические системы характерны для зон диагенеза и протокатагенеза осадочных бассейнов, главным образом до глубин 1—1,5 км (реже до 2 км и более). Движение подземных вод здесь определяется в основном процессами уплотнения пород под действием горного давления. Для гидродинамики термозлизионных систем весьма важным является температурный фактор, предопределяющий, в частности, высвобождение в свободную фазу огромных масс физически и химически связанных вод и интенсивные процессы газообразования при разложении органического вещества.
Основной причиной движения подземных вод в элизионных системах является потенциальная энергия упругой деформации жидкости, возникающая при сжатии ее в результате различных процессов уплотнения и геохимического преобразования пород на стадиях диа- и катагенеза. При этом основными факторами являются: 1) уменьшение порового и трещинного пространства горных пород (под действием геостатического и геодинамического давления, а также за счет новообразования твердых минералов); 2) появление новых объемов свободной воды в результате процессов дегидратации твердых минералов и (или) миграции вод из более глубоких частей разреза бассейнов (и их фундамента); 3) повышение температуры с глубиной. Все эти процессы приводят к увеличению удельного объема подземных вод в порах и трещинах и соответственно к повышению пластового давления этих вод. При преобладании в бассейнах нисходящих тектонических движений в песчано-глинистых, галогенных и других формациях, с чередованием в разрезе пород с разной проницаемостью, часто возникают гидродинамически изолированные блоки, в которых пластовое давление подземных вод существенно (до 1,5—2 раз, а иногда и более) превышает условное гидростатическое. Подобные сверхгидростатические (аномально высокие) пластовые давления могут возникать в разных частях разреза осадочных бассейнов, но наиболее характерны они для глубин 4—6 км и более.
Движение подземных вод из уплотняющихся осадочных толщ происходит преимущественно по субвертикальным направлениям. Очага разгрузки этих вод тяготеют к крупным зонам разломов, соляным куполам, грязевым вулканам. Возможна и латеральная миграция потоков отжимаемых вод к краевым частям бассейнов по хорошо выдержанным и вы-сокопроницаемым пластам.
Весьма важную роль в конвекционной миграции подземных вод осадочных бассейнов в зонах диа- и катагенеза играют процессы интенсивного газообразования (в основном метана), связанные с разложением органического вещества. При этом возникают водно-газовые смеси, которые способны активно мигрировать к дневной поверхности по образующимся периодически при растяжении проницаемым зонам (открытым трещинам и др.). Особенно активны эти процессы в главной зоне газообразования, в области температур более 200 °С, где формируется огромное количество фазовообособленных газообразных веществ (в основном метан и углекислый газ) с давлением (в закрытых порах), превышающим геостатические. Возникающие в порах весьма высокие давления приводят к появлению систем микротрещин, к гидроразрыву пластов, что способствует миграции этих газов в верхние части разреза и формированию там крупных газовых залежей. Возможно, что именно с этим сопряжены процессы миграции тяжелых (плотность 1,15—1,24) высококонцентрированных (до 200—350 г/кг) хлоридных металлоносных рассолов из нижних подсолевых горизонтов осадочных бассейнов в верхние части разреза.
Нужно также отметить весьма существенное иногда влияние на динамику подземных вод нижнего этажа осадочных бассейнов фундамента. При этом здесь возможны два случая. Во-первых, при новообразовании трещин в фундаменте бассейнов подземные воды из водоносных горизонтов чехла будут мигрировать (засасываться) в возникающие системы трещин. Эти процессы весьма характерны для погребенных сводовых поднятий фундамента древних платформ (Татарский свод Русской платформы и др.). Во-вторых, и это более характерно для молодых платформ (Западно-Сибирской, Скифской и др.), по зонам разломов в осадочный чехол бассейнов внедряются углекислый газ и водные растворы, взаимосвязанные с метаморфическими процессами.
Значительно активизируются процессы миграции подземных вод в осадочных бассейнах при существенных перестройках их структурного плана, при внедрении магматических тел в чехол бассейнов. В результате воздействия интрузий температура подземных вод в зонах экзоконтакта возрастает до 800—1000 °С. Возникают сложно построенные гидротермальные термоконвекционные гидрогеодинамические системы, в питании которых обычно участвуют подземные воды как нижнего, так и верхнего этажей. Достоверных данных о поступлении при этом в осадочный чехол мантийных водных флюидов не имеется. В том случае, когда магматические тела залегают на достаточно больших глубинах и хорошо изолированы от поверхности земли мощными выдержанными водоупорами, в нижних горизонтах осадочного бассейна может возникнуть закрытая термоконвекционная система, не достигающая поверхности земли.
В осадочных бассейнах, содержащих галогенные формации, установлены широкие масштабы гравитационной нисходящей струйной миграции хлоридных рассолов (преимущественно седиментогенных — захороненной маточной солеродной рапы) в подстилающие формации разного типа. Повсеместно в подсоленосных отложениях (в том числе морских, континентальных гумидных и др.) этих бассейнов содержатся хлоридные кальциево-натриевые (реже кальциевые) металлоносные рассолы с минерализацией до 200—270 г/кг (реже до 350 г/кг), с высокими содержаниями брома (до 4—6 г/кг), калия (до 5—10 г/кг). Наличие этих рассолов в подсоленосных отложениях можно связать только с процессами их гравитационной нисходящей струйной миграции из галогенных формаций во взаимосвязи с формированием и преобразованием этих формаций на стадиях синдиагенеза.
Важно отметить также, что для подземных вод нижнего этажа кроме фильтрационного (вынужденного конвекционного) движения, происходящего под действием гидравлического градиента, существенную роль приобретают процессы диффузионного переноса вещества, обусловленные градиентами геотермического, концентрационного и геоэлектрического полей. В условиях описываемого этажа при малых гидравлических градиентах диффузионный массоперенос в периоды тектонической стабильности становится часто соизмеримым с фильтрационным движением.
В нижнем этаже осадочных бассейнов как на суше, так и в акваториях развиты в основном (по имеющимся данным до глубин 5—7 км) метановые и метаново-азотные (местами с сероводородом), в нижних горизонтах — также углекисло-метановые соленые и рассольные воды преимущественно хлоридного натриевого и кальциево-натриевого состава с минерализацией обычно от 10—15 до 300—350 г/кг. Реже в нижнем этаже содержатся метановые и метаново-азотные пресные и слабосоленые (до 5 г/кг, иногда более) гидрокарбонатные и гидрокарбонатно-хлоридные натриевые воды. По генезису подземные воды в нижнем этаже в основном седиментогенные, захороненные с осадками, а также возрожденные (за счет физически и химически связанных вод) и реже древнеинфильтрационные воды, связанные с древними континентальными перерывами в осадконакоплении.

title-icon Подобные новости