К оглавлению

Подземные воды Чуйской впадины какпоказатель возможной нефтегазоносности

М.И. СУББОТА

Гидрогеохимические исследования входят в общий комплекс поисковых и разведочных работ на нефть и газ.

В 1955-1956 гг. автором совместно с Е.А. Никитиной, С.Г. Жуковым, В.И. Ушаковой и другими была исследована Чуйская впадина с целью определения перспектив ее нефтегазоносности. Полевые гидрогеохимические исследования проводились совместное геологическими исследованиями [8].

Ранее гидрогеологические исследования в Чуйской впадине для изучения возможности ее обводнения проводились рядом геологов (А.А. Козырев, Д.И. Яковлев, Б.К. Терлецкий, Н.С. Зайцев, П.Г. Григоренко, В.И. Дмитровский, М.С. Кан, А.А. Мухоряпова, Н.Н. Костенко, У.М. Ахмедсафин, М.И. Александрова, А.Т. Алещенко и др.). Однако выполненные ими химические анализы воды не использовались для прогнозирования нефтегазоносности области. Такая попытка предпринята в данной статье.

Чуйская впадина имеет площадь около 100 000 км2. Она окружена с трех сторон горными массивами: с юга хребтами Кара-Тау и Киргизским Ала-Тау, с востока и северо-востока массивом Кендыктас и Чу-Илийскими горами. Изученная нами площадь составляет 150 000 км2.

В пределах Чуйской впадины и на северных склонах Кара-Тау и Киргизского Ала-Тау было изучено 1984 пробы воды, из которых 1534 анализа нами взято в геологических фондах из различных отчетов и 450 анализов проб собственных сборов.

Чуйская впадина в целом представляет обширный артезианский бассейн, который Уланбель-Таласским подземным валом делится на две части: Восточно-Чуйскую и Западно-

Чуйскую. Восточно-Чуйский участок питается водами со стороны Киргизского Ала-Тау и Кендыктас - Чу-Илийских гор, причем напорные воды известны в неогене и четвертичных отложениях. Западно-Чуйский участок питается в основном со стороны Кара-Тау и содержит напорные воды в меловых отложениях и морском палеогене.

Минерализация и химический состав неглубоко залегающих, главным образом грунтовых вод впадины, закономерно изменяются от районов питания к центральной части впадины. В горах Кара-Тау, Киргизском Ала-Тау и в средней части долины р. Чу распространены пресные воды с минерализацией меньше 1 г/л гидрокарбонатно-кальциевого состава с заметным присутствием сульфатов. Севернее в пределах центральной части впадины распространены слабо солоноватые воды (минерализация 1-5 г/л) преимущественно сульфатно-натриевого состава. В восточной части центральных Муюн-Кумов имеются пресные воды гидрокарбонатно-кальциевого состава.

Ближе к северной границе Чуйской впадины, параллельно плато Бет-Пак- Дала, протягивается зона сильно солоноватых и соленых грунтовых вод (с минерализацией от 10 до 25 г/л и редко до 150 г/л) хлоридно-натриевого состава. Такие же воды распространены в низовьях р. Таласс и в районе оз. Арыс.

Химический состав и минерализация грунтовых вод тесно связаны с характером пород, количеством атмосферных осадков и интенсивностью испарения влаги с поверхности почвы.

Для характеристики впадины в отношении ее нефтегазоносности по гидрохимическим данным все анализы воды были пересчитаны для определения генетического типа воды по В.А. Сулину [2].

В пределах Чуйской впадины встречаются воды всех четырех типов В.А. Сулина. Наибольшее распространение имеют воды сульфатно-натриевого типа, которые встречаются независимо от минерализации воды на всех участках впадины. В частности, они обнаружены почти во всех источниках в горных районах, окружающих впадину, на многих участках центральной части впадины и в долинах рек Чу, Таласс и Сары-Су. Воды сульфатно-натриевого типа характерны для зоны свободного водообмена с дневной поверхностью и для поверхностных вод суши. Они свидетельствуют, что на значительной территории Чуйской впадины и в горных районах нет выходов глубинных вод или их смешения с грунтовыми водами. Встреченные разрозненные источники с водами иного типа – хлор-магниевого и гидрокарбонатно-натриевого - не меняют этой общей характеристики, так как они содержат повышенное количество сульфатов и имеют незначительную хлоридность.

На общем фоне вод сульфатно-натриевого типа в пределах Чуйской впадины выделяются четыре участка с водами иных генетических типов, а именно: 1) Фрунзенский участок, 2) Муюн-Кумский, 3) Камкалинский и 4) Ащикуль-Телекульский (см. рисунок).

Фрунзенский участок сложен водами преимущественно хлормагниевого типа, редко встречаются воды хлор-кальциевого типа. В пределах выделенной зоны распространены также воды гидрокарбонатно-натриевого и сульфатно-натриевого типов. Участок расположен в треугольнике между с. Караболты - с. Ивановка - р. Чу вблизи с. Благовещенское. Воды гидрокарбонатно-натриевого типа обычно имеют минерализацию от 0,4 до 0,9 г/л, иногда до 2,8 г/л. Коэффициент SO4/Cl больше единицы и в ряде случаев достигает 4 и даже 5,9. Содержание Сl колеблется от 1,2 до 10,0% мг-экв. По своей минерализации, химическому составу и соотношению анионов эти воды являются по происхождению поверхностными. Только в одном источнике можно предполагать влияние на грунтовую воду глубинной, так как минерализация воды повышается до 3,9 г/л, коэффициент SO4/C1 падает до 0,11, содержание SO4 не превышает 0,52% мг-экв с одновременным ростом хлоридности.

Воды сульфатно-натриевого типа, встреченные на Фрунзенском участке, пресные и по происхождению типично поверхностные. Воды хлормагниевого типа также пресные (минерализация от 0,5 до 0,9 г/л и в двух источниках до 1,4 г/л), коэффициент SО4/C1 обычно равен от 0,8 до 3,5, а коэффициент С1-Na/Mg от 0,01 до 0,6. Количество сульфатов повышенное (до 17% мг-экв), хлоридов низкое (обычно до 10% мг-экв). Только в трех источниках обнаружена вода глубинного подтипа. Коэффициент С1-Na/Mg повышается в этих водах до 0,97, SО4/C1 понижается до 0,3-0,7, количество хлоридов увеличивается.

Воды хлор-кальциевого типа встречены в двух источниках. Эти воды имеют повышенную хлоридность (до 18% мг-экв), низкий коэффициент SO4/Cl (0,4-0,5) и Na/Cl (0,1-0,5). По своему типу это сильно разбавленные пресными грунтовыми водами глубинные хлор-магниевые воды, проникшие к поверхности по тектоническим нарушениям, которыми изобилуют северные склоны Киргизского Ала-Тау.

Муюн-Кумский участок расположен в восточной половине песков Муюн- Кум и занимает их центральную часть. Здесь распространены пресные воды гидрокарбонатно-натриевого типа, в составе которых преобладают гидрокарбонаты кальция.

Детальное рассмотрение химического состава вод Муюн-Кумского участка показало, что они не имеют никакой связи с глубинными водами.

Камкалинский участок расположен в нижнем течении р. Чу, несколько южнее оз. Б. Камкалы, и имеет сравнительно небольшую площадь. Он характеризуется распространением вод хлор-кальциевого, хлор-магниевого и гидрокарбонатно-натриевого типов.

Почти все воды этого участка имеют поверхностное происхождение, и только воды одного источника с малым содержанием сульфатов, высоким содержанием хлора и гидрокарбонатов можно отнести к смешанным.

Ащикуль-Телекульский участок расположен в устьях рек Чу и Сары-Су в районе озер Ащи-Куль и Теле-Куль и образован водами хлор-магниевого и хлор-кальциевого типов. Как показывает их детальное рассмотрение, все воды хлор-магниевого типа являются водами зоны свободного водообмена с дневной поверхностью. В составе этих вод много сульфатов (обычно от 10 до 27% мг-экв), коэффициент SO4/Cl равен от 0,3 до 1,29, минерализация сильно колеблется в зависимости от рельефа местности и условий концентрирования солей вблизи дневной поверхности.

Более интересны воды хлор-кальциевого типа, которые можно отнести к глубинному подтипу, т.е. к водам смешанным. Хлор-кальциевые воды обычно имеют повышенную минерализацию, но присутствие сульфатов свидетельствует о большом влиянии на них вод дневной поверхности. Минерализация колеблется от 2,7 до 114,4 г/л, коэффициент SO4/Cl равен 0,06-0,49, a Na/Cl от 0,19 до 0,6 (в одной пробе 0,9). По-видимому, глубинные воды могли проникнуть по тектоническим нарушениям.

Глубинные воды в пределах Чуйской впадины не изучены. В районе Камкалы воды меловых отложений по нарушениям выходят на поверхность, они же вскрыты скважинами у оз. Ащи-Куль. Воды являются пресными и не похожи на воды глубоких недр. Можно предполагать, что хлоркальциевые воды в небольших количествах могли проникнуть в район оз. Б. Камкалы из более глубоких палеозойских отложений. Западнее же оз. Ащи-Куль замкнутые бассейны (зоны затрудненного водообмена) могли быть не только в палеозойских отложениях, но также на отдельных участках среди мезокайнозойских отложений. По данным А.В. Кучапина [8] приблизительно в этом районе можно ожидать значительного увеличения мощности мезокайнозойских отложений и, следовательно, появления участков с затрудненным водообменом с дневной поверхностью, в которых могут формироваться воды глубинного облика.

Так как гидрогеохимический разрез отложений Чуйской впадины неизвестен, для решения вопроса о происхождении хлоркальциевых вод, встреченных на Фрунзенском, Камкалинском и Ащикулъ-Телекульском участках, приходится обращаться к соседним с Чуйской впадиной территориям. Так, в Ферганской впадине хлор-кальциевые воды встречены в отложениях верхнего неогена, в палеогене, меле и юре.

Несколько севернее Чуйской впадины, в районах Центрального Казахстана, воды хлоркальциевого типа известны в угленосных отложениях карбона [3]. В том же районе известно пять озер, содержащих воды хлор-кальциевого типа. Детальное исследование вод этих озер [3, 4] показало, что в их питании, несомненно, участвуют подземные хлор-кальциевые воды.

Хлор-кальциевые воды образуются в результате катионного обмена натрия хлоридно-натриевых сильно минерализованных вод с кальцием породы в условиях затрудненного водообмена с дневной поверхностью [2]. Образование хлоркальциевых вод в условиях поверхности [6, 7] весьма затруднено в связи с постоянным присутствием в поверхностных водах сульфатов и бикарбоната магния [5].

Таким образом, есть все основания считать, что обнаруженные в Чуйской впадине хлор-кальциевые воды имеют глубинное происхождение и указывают на наличие в недрах условий, которые могут быть благоприятны для сохранения нефти (при условии наличия коллекторов и структур).

Из всех четырех рассмотренных участков Муюн-Кумский и Камкалинский не дают оснований для дальнейших исследований, так как воды Муюн-Кумского участка не связаны с проникновением их из недр, а на Камкалияском участке близко к дневной поверхности залегают складчатые породы палеозойского фундамента.

Прямые признаки нефтегазоносности в Чуйской впадине весьма слабы. Иод и бром в водах присутствуют в очень незначительных количествах. Естественные выходы нефти и углеводородного газа неизвестны. В палеозойских отложениях нижнего карбона в низовьях р. Чу иногда обнаруживаются черные примазки и точечные битуминозные включения, но серьезного значения они иметь не могут. Известны битумопроявления в палеозойских отложениях Кара-Тау в фосфоритах.

Многочисленные газовые выходы вдоль южных предгорий впадины содержат главным образом азот и по происхождению являются воздушными. Напорные источники «тма», распространенные в нижнем течении р. Чу (особенно вблизи оз. Камкалы), которые иногда принимали за миниатюрные грязевые вулканчики, не имеют признаков нефтеносности.

На территории Чуйской впадины были изучены растворенные углеводородные газы в водах источников и колодцах. Почти на всей территории, кроме юго-восточного района, растворенный метан в водах отсутствует или содержится меньше 0,01 см3/л. Выделяется лишь один участок, где сосредоточены источники с относительно повышенным содержанием метана. Южная граница его проходит по линии Токмак-Фрунзе-Караболты, западная Караболты - ст. Чу, северо-восточная вдоль русла р. Чу, отдаленно повторяя конфигурацию выхода палеозойских и изверженных пород Кендыктасских гор. На этом участке, имеющем вид неправильного треугольника и площадь около 8 тыс. км2, встречено 15 источников с содержанием растворенного метана значительно больше 0,01 см3/л, а в двух источниках и тяжелых летучих углеводородов в небольшом количестве (до 0,013 см3/л). В остальных 37 источниках концентрации метана низкие или он совсем отсутствует.

Точки с повышенным содержанием метана разбросаны на большой площади, и при проведении рекогносцировочных работ не удалось детализировать аномалию. Однако полученные результаты по растворенным битумам подтверждают, что газовая аномалия не представляет случайного явления.

Исследование растворенного битума показало, что почти на всей территории впадины в водах присутствуют следы битума (меньше 0,00015 г/л) и только на участке площадью около 7 км2, почти совпадающем с участком распространения растворенного метана, концентрации его повышаются в 2-4 раза - до 0,0003-0,0006 г/л, а в отдельных источниках до 0,0009 г/л (см. рисунок). Из 45 источников на этом участке в 28 концентрации битума фоновые, а в 17 источниках относительно повышенные, и они позволили выделить битумную аномалию. Следует напомнить, что растворимость нефти в воде весьма незначительная. Обычно в водах из нефтяных горизонтов количество растворенного битума не превышает 0,001-0,005 г/л и повышается до 0,07-0,1 г/л в тех случаях, когда в воде наблюдается эмульсия, т.е. невидимые на глаз рассеянные «пузырьки» нефти. В водах Фрунзенского участка только в нескольких точках концентрации битума приближаются к нефтяным; при этом изучена битумонасыщенность только грунтовых вод и, вероятно, смешанных грунтовых с глубинными. Пластовые воды не изучены.

Таким образом, на Фрунзенском участке имеется совпадение газовой и битумной аномалий с участком распространения у поверхности вод, имеющих по химическому составу облик смешанных с глубинными. Эти данные целесообразно учесть при решении вопросов о постановке опорного бурения или других поисковых работ на нефть и газ в восточной части Чуйской впадины.

В западной части Чуйской впадины наибольший интерес в этом отношении представляет район озер Ащи-Куль и Теле-Куль, где грунтовые воды практически не содержат растворенных углеводородных газов и битума, но солевая характеристика вод более благоприятна, чем на всей огромной территории примыкающих пустынь. Эти выводы целиком согласуются с результатами геологического изучения Чуйской впадины [8].

Выводы

1.     В результате рекогносцировочных гидрогеохимических исследований в пределах Чуйской впадины выделены два наиболее перспективных в нефтегазоносном отношении района, что целесообразно учесть при планировании геологопоисковых работ и опорного бурения.

2.     Гидрогеохимические исследования, проводимые в тесной увязке с геологическими, могут оказаться полезными при изучении новых территорий, подготовляемых к разведке на нефть.

 

ЛИТЕРАТУРА

1.     Ахмедсафин У.М. Подземные воды Казахстана. Сб. «Очерки по физической географии Казахстана». Изд. АН Казах. ССР, 1952.

2.     Сулин В.А. Гидрогеология нефтяных месторождений. Гостоптехиздат, 1948.

3.     Посохов Е.В. Хлоркальциевые озера Центрального Казахстана. ДАН СССР, XVI, № 3, 1949.

4.     Посохов Е.В. Соляные озера Казахстана. Изд. АН СССР, 1955.

5.  Тагеева Н.В. О некоторых геохимических типах подземных вод. Изв. АН СССР, сер. геол., № 1, 1954.

6.     Тагеева Н.В. Природные воды долины Узбоя. Природа, № 9, 1952.

7.     Тагеева Н.В. и Тихомирова М.М. К геохимии природных вод хлоридного магниево-натриевого типа. ДАН СССР, т. XCVI, № 1, 1954.

8.     Кучапин А.В. К вопросу о перспективах нефтегазоносности мезозойско-кайнозойских отложений Чуйской впадины. Геология нефти, 1957, № 7.

ВНИГНИ

 

Рисунок Схематическая гидрогеохимическая карта Чуйской впадины.

1-области распространения докембрийских и палеозойских отложений; 2- полого дислоцированный меловой и третичный покров; 3 - четвертичные отложения; 4 -воды сульфатно-натриевого типа поверхностного происхождения; 5 - воды гидрокарбонатно-натриевого типа поверхностного происхождения (Муюн-Кумский участок Б); 6- воды преимущественно хлор-магниевого типа с включением вод гидрокарбонатно-кальциевого и хлор-кальциевого типов, частично смешанные с глубинными (Фрунзенский участок А), 7 - воды преимущественно хлор-кальциевого и хлор-магниевого типов, частично смешанные с глубинными (Ащикуль-Телекульский Г и Камкалинский В участки); 8 - участок расположения вод с повышенным содержанием метана и следами тяжелых углеводородов; 9 - участок вод с повышенным содержанием растворенного битума.