Нефтегазовая гидрогеология. Лекция 10. Палеогидрогеология

План занятий по курсу

Палеогидрогеология:
Теоретические основы палеогидрогеологических исследований
Палеогидрогеодинамика
Палеогидрогеохимия
Палеогидрогеотермия
Палеогидрогеологические исследования при поисках залежей углеводородов

Палеогидрогеология — отрасль геологических знаний, изучающих древние гидрогеологические условия и их развитие в течение геологического времени
Задачи палеогидрогеологии:
Реконст­рукция гидрогеологических условий минувших геологических эпох
Изучение геологической деятельности литосферных вод
Выявление роли литосферных вод в формировании, сохранении и разрушении различных полезных ископаемых
Воссоздание условий (гидрогеодинамических, гидрогеохимических и гидрогеотермических), при которых происходили процессы нефтегазообразования нефтегазонакопления и нефтегазоразрушения
Теоретические основы
палеогидрогеологических исследований

Палеотектонические реконструкции
Реконструкции на основе изучения изменения во времени ФЕС горных пород
Палеогеоморфологические реконструкции
Реконструкции на основе палеоформационного и фациального анализа
Палеоклиматические реконструкции
Палеомагматические реконструкции
Реконструкции на основе изучения возраста подземных вод (гелий-аргоновый метод), их генезиса (соотношение изотопов водорода и кислорода)
Реконструкции на основе изучения состава поглощенного комплекса глинистых пород
Реконструкции на основе эпигенетических новообразований в горных породах
Реконструкции на основе изучения
жильных образований
Реконструкции на основе изучения
газово-жидких включений
Реконструкции на основе изучения
отражательной способности витринита*
Палеогидрогеодинамические реконструкции
Палеогидрогеохимические реконструкции
Палеогидрогеотермические реконструкции
Схема взаимосвязи историко-геологических и гидрогеологических данных при палеогидрогеологических реконструкциях
Палео-гидрогеологические реконструкции
Современные гидрогеологические условия
Современные геологические условия

Гидрогеологический цикл
Гидрогеологический цикл – период гидрогеологической истории водоносного комплекса или района, охва­тывающий элизионный и инфильтрационный этапы его развития:
Элизионный (седиментационный) этап гидрогеологического цикла: это отрезок гидрогеологической истории, начинающийся с осадконакопления и фор­мирования пластовых вод в условиях уплотнения вмещающих и пере­крывающих пород.
Элизионный этап заканчивается с подъемом терри­тории, регрессией и началом денудации пород
Инфильтрационный этап гидрогеологического цикла: отрезок гидро­геологической истории водоносного комплекса, на котором вследствие инверсии тектонических движений возникают условия, способствующие проникновению в него атмосферных и поверхностных вод
Элизионный этап
Инфильтрационный этап

Схема периодизации гидрогеологической истории Лено-Вилюйского бассейна
Развитие элизионного этапа на всей (1) и на части территории (2) нефтегазоносного бассейна
Развитие инфильтрационного этапа на всей (3) и на части территории (4) нефтегазоносного бассейна
I, II — гидрогеологические циклы
этапы: Э — элизионный, И — инфильтрационный

Палеогидрогеодинамика
Гидрогеодинамические условия в водоносных комплексах на элизионных и инфильтрационных этапах различны:
на элизионных этапах движение вод зависит в первую очередь от градиен­тов геостатического давления и упругой деформации флюидов в разных точках пласта
на инфильтрационных этапах — от разности градиентов гидро­статического давления, создаваемого в области питания и зоне раз­грузки
Методика построения простейших палеогидрогеодинамических схем основана на анализе распределения мощностей осадков:
Для характеристики каждого последующего элизионного этапа строится карта мощностей покрывающих отложений
Предполагается, что градиенты напоров перпендикулярны к изолиниям мощностей и направлены от зон максимального прогибания к зонам с минимальными мощностями осадков
Серия таких карт дает возможность судить о последовательном изменении условий миграции флюидов (в том числе и УВ) в водоносном комплексе во вре­мени

Сопоставление палеотектонических карт северной части Западно-Сибирской плиты на окончание юрского (а), неокомского (б), аптского (в), сеноманского (г), сантонского (д) и кайнозойского (е) времени
Юрское время
Неокомское время
Аптское время
Сеноманское время
Сантонское время
Кайнозойское время

Палеотектонический профиль по линии Лензитского, Медвежьего, Уренгойского, Заполярного и
Русско-Реченского месторождений

Схемы градиентов тектонических напряжений для юрского (а), неокомского (б), аптского (в),
альб-сеноманского (г), турон-сантонского (д) и кайнозойского (е) осадочного комплекса

Схема расположения перспективных нефтегазоносных структур нанесенных поверх схемы сквозной тектонической дислоцированности осадочного чехла
Представляется возможным установить взаимосвязь между нефтегазоносностью и степенью тектонической дислоцированности отложений осадочного чехла и выявить зоны, в пределах которых наиболее интенсивно протекали процессы флюидомиграции и которые наиболее предпочтительны для аккумуляции углеводородов

Палеогидрогеодинамика
При палеогидрогеологических реконструкциях существенное значе­ние имеет определение интенсивности водообмена на элизионных и ин­фильтрационных этапах гидрогеологической истории:
На элизионном этапе гидрогеологической истории показатель интен­сивности элизионного водообмена (ПИЭВ) определяют по формуле
ПИЭВ = Vг△mг/(Vпmп)
Vг – первоначальный объем глин данного водоносного комплекса (произведение площади распространения глинистой толщи на ее мощ­ность)
△mг – величина изменения пористости глин в течение данного этапа
Vп – объем песчаных коллекторов данного водоносного комп­лекса
mп — пористость песчаников (с учетом изменения во времени)
Для определения показателя интенсивности инфильтрационного водообмена (ПИИВ) используется формула
ПИИВ = Fu?i/(Vпmп)
F — поперечное сечение древнего потока литосферных вод
и — скорость этого потока
?i — длительность инфильтрационного этапа (по данным абсолютной геохронологии)

Палеогидрогеодинамика
Важное значение при палеогидрогеологических реконструк­циях имеет определение интенсивности разгрузки пластовых вод в тече­ние геологического времени
Разгрузка пластовых вод осуществляется и на элизионных, и на инфильтрационных этапах гидрогеологической ис­тории бассейна
Специальные исследования позволяют проводить периодизацию разгрузки литосферных вод, выделяя гидрогеодинамические циклы
Каждый цикл можно подразделить на этапы активизации разгрузки и эта­пы ее затухания
Схема гидрогеодинамической цикличности развития Сибирской платфор­мы
Этапы:
1 — гидрогеодинамической активизации
2 — тектоно-гидродинамический
3 — тектоно-магмогидродинамический
4 — гидрогеодинамическая пауза

Палеогидрогеохимические реконструкции заключаются в выяв­лении первичного состава вод бассейна осадконакопления, их минерали­зации и последующих изменений в результате элизионных и инфильтрационных водообменов, а также связанных с ними физико-химических процессов
Сведения о палеогеографических условиях позволяют воспроизвести возможные минерализацию и состав литосферных вод
На основе палеогеографических и литолого-фациальных карт строятся палеогеографические схемы, отражающие условия формирования плас­товых вод в различных палеогеографических обстановках. На таких схе­мах отражаются первоначальные условия формирования водных раство­ров при седиментогенезе и диагенезе. Дальнейшие изменения в условиях формирования вод могут рассматриваться на основе расчетов показате­лей элизионного и инфильтрационного водообменов
Методика восстановления палеоминерализации основана на учете группы природ­ных факторов, влияющих на процесс формирования подземных вод.
К группе основных факторов, обусловливающих формирование химического состава литосферных водных растворов, отнесены литолого-фациальный, палеогеографический, палеоклиматический факторы
Палеогидрогеохимия

Палеогидрогеохимическая карта неокомского водоносного горизонта Каракумского бассейна на конец элизионного этапа палеогенового гидрогеологи­ческого цикла
Выходы на поверхность отложений:
1 — доюрских, 2 — юрских, 3 — меловых;
4 — тектоническое нарушение; 5 — границы структурных элементов; 6 — разве­дочные площади; 7 — изоминеры, г/л; 8 — границы расчетных объемов; зоны распространения вод разного типа: 9 — гидрокарбонатно-натриевого, 10 — хлоридно-кальциевого,
11 — хлоридно-магниевого

Карта палеогазонасыщенности юрского водоносного комплекса Каракумс­кого бассейна к концу элизионного этапа плеогенового гидрогеологического цик­ла
изолинии газонасыщенности
При палеогидрогеологических реконструкциях, особенно с целью оценки перспектив газоносности бассейна, существенное значение имеет определение палеогазонасыщенности литосферных вод

Палеогидрогеотермия
Процессы формирования химического состава водных растворов во многом определяются температурным режимом недр
Знание геотерми­ческих условий, существовавших на отдельных этапах геологической истории района, имеет существенное значение для нефтегазовой геоло­гии, в первую очередь для выявления зон нефтегазообразования и опре­деления направления миграции флюидов, в том числе УВ
Существуют различные методы расчета палеотемпературы
Один из методов учитывает особеннос­ти палеотектонических условий изучаемых отрезков времени, измене­ние мощностей отложений при уплотнении пород, а также изменение геотермических градиентов в зависимости от глубины погружения стратиг­рафических комплексов
Для нефтегазовой геологии важное значение имеют данные о макси­мальных температурах, существовавших на различных этапах развития изучаемого комплекса, позволяющие судить о степени преобразования ОВ и фазовом состоянии УВ

Палеогидрогеотермия
изотермы
границы
отложений
границы
З-С плиты
Пример реконструкции поля максимальных темпе­ратур:
Для ряда нефтегазоводоносных комплексов Западно-Сибирского бассейна реконструкция основана на учете данных по современным температурам и степени ох­лаждения пород в результате влияния следующих факторов:
региональ­ного уменьшения плотности теплового потока в геологической истории бассейна
изменения климатических условий в олигоцен-раннечетвертичное время
воздымания и размыва части ранее накопленных осадков на севере бассейна
резкого похолодания климата в позднечетвертичное время
Учитывая степень влияния каждого фактора, а также современные геотермические условия, составлены карты максималь­ных палеотемператур

Палеогидрогеотермия
Различные другие методы определения палеотемператур:
На основе выявления закономерностей распределения температуры в разновозрастных регионах, рассматривае­мых на фоне особенностей геологического развития
На основе соста­ва газово-жидких включений. Сведения об их составе позволяют судить о температуре и минерализации водных растворов
На основе зависимости отражающей способности витринита от температуры
На основе определе­ния температуры древних водных растворов по составу травертинов

Палеогидрогеологические исследования при поисках залежей углеводородов
На элизионных этапах гидрогеологической исто­рии в природных водонапорных системах геостатического типа под действием неравномерного прогибания и уплотнения осадков движение флюидов происходит с относительно небольшими скоростями при низкой окисляющей активности литосферных вод
Компрессия осадков, сопровождающаяся элизионным водообменом, обусловливает эмиграцию УВ из нефтегазопроизводящих толщ и поступление их в коллекто­ры
Восстановительный характер водных растворов препятствует хими­ческой деструкции УВ и способствует продолжению процессов их гене­рации

На инфильтрационных этапах в результате инфильтрации атмогенных вод в нефтегазоводоносные толщи в этих толщах происходит деструк­ция УВ или переформирование залежей как следствие изменения струк­турного плана и гидродинамических условий
Поэтому при сравнитель­ной оценке перспектив нефтегазоносности необходимо учитывать интен­сивность водообмена на всех этапах
Интенсивность элизионного водо­обмена особенно важно учитывать после времени формирования ловуш­ки
В этом случае, чем больше величина ПИЭВ, тем выше следует оцени­вать перспективы нефтегазоносности изучаемого комплекса
Необходи­мо также учитывать абсолютную и относительную длительность инфильт­рационных этапов в гидрогеологической истории района или комплекса после образования залежей, а также показатель интенсивности инфильт­рационного водообмена на этапах, следовавших за временем образова­ния залежей
Палеогидрогеологические исследования при поисках залежей углеводородов

Палеогидрогеологические исследования при поисках залежей углеводородов
В качестве ориентировочного критерия для сравнения различных районов может служить коэффициент, представляющий собой отноше­ние суммы времени элизионных этапов к сумме времени инфильтра­ционных этапов в истории изучаемого комплекса осадков.
Чем продол­жительнее элизионные и более кратковременны инфильтрационные эта­пы, тем этот коэффициент больше по своему числовому значению, а сле­довательно, и более благоприятны (при прочих равных факторах) усло­вия для формирования и консервации залежей нефти и газа

Палеогидрогеологические исследования при поисках залежей углеводородов
При оценке перспектив нефтегазоносности существенное значение имеет определение масштабов разгрузки вод во времени
Это позволяет судить о гидрогеологической раскрытости недр, возможной утечке УВ из нефтегазоводоносных комплексов, о переформировании залежей, а также о степени сохранности залежей нефти и газа на различных этапах гидрогеологической истории

Палеогидрогеологические исследования при поисках залежей углеводородов
Палеогидрогеодинамические реконструкции на элизионных этапах гидрогеологической истории позволяют воссоздавать пространственное положение зон генерации и аккумуляции нефти и газов
При этом в оса­дочном бассейне области прогибания и накопления осадков (палеопьезомаксимумы) рассматриваются как зоны нефтегазообразования, в которых происходит генерация УВ, а области относительных поднятий, где давление ниже и куда вследствие этого направлено движение флюи­дов (палеопьезоминимумы), относятся к зонам нефтегазонакопления
Воссоздание гидрогеодинамических условий для каждого этапа раз­вития комплекса на основе периодизации гидрогеологической истории позволяет установить унаследованность пространственного положения зон нефтегазообразования и нефтегазонакопления или определить их смещение в плане и во времени

Палеогидрогеологические исследования при поисках залежей углеводородов
Палеогидрогеологические реконструкции, являясь составной частью комплекса геологических и гидрогеологических исследований осадоч­ных бассейнов, дают возможность сравнительной оценки перспектив нефтегазоносности отдельных частей изучаемой теорритории (аквато­рии).
По анализу развития палеоструктурного плана представляется возможным реконструировать изменение палеогидрогеодинамических условий, а в пре­делах распространения пластов-коллекторов – выделить территории раз­личной степени перспективности

Схема палеогидрогеологических реконструкций при поисках залежей УВ