К оглавлению

Скорость движения и некоторые особенности химического состава вод девона юго-востока Татарии

Б.В. Васильев

Девонские отложения на крайнем юго-востоке Татарии (Бавлинский район) залегают на терригенных осадках верхнебавлинской серии, а к северу и к северо- западу от Бавлов - непосредственно па породах кристаллического фундамента. Они представлены живетским, франским и фаменским ярусами общей мощностью 600-800 м. Выше залегают каменноугольные и пермские отложения.

Скважины глубокого бурения и проведенные по ним гидрогеологические наблюдения в настоящее время позволяют дать в общих чертах гидрогеологическую характеристику девонских отложений этого района.

По характеру литологического состава, а следовательно, и по коллекторским особенностям, девонские отложения можно разделить на две толщи: верхнюю (карбонатные породы) и нижнюю (песчано-глинистые породы).

С точки зрения условий залегания и химизма, сравнительно подробно изучены подземные воды, приуроченные к песчаниково-глинистой толще нижнефранского подъяруса. Водоносность этой толщи обусловлена наличием песчаников и алевролитов, залегающих в виде отдельных слоев, изолированных друг от друга прослоями аргиллитов.

Водоносные горизонты в породах нижнеживетского подъяруса развиты лишь на крайнем юго-востоке Татарской АССР.

К северу и северо-западу песчаники нижнеживетского подъяруса резко выклиниваются, а на отдельных участках часто переслаиваются с аргиллитами. В верхнеживетском подъярусе водоносные песчаники залегают в виде отдельных слоев, разделенных прослоями аргиллитов. В нижнефранском подъярусе выделяются четыре водоносных горизонта. Из них нижние три приурочены к песчаникам и алевролитам пашийского горизонта, а верхний - к алевролитам кыновского горизонта. Нижний водоносный слой пашийского горизонта залегает на размытой поверхности аргиллитов франского яруса. В редких случаях, когда прослой аргиллитов отсутствует, два водоносных пласта верхнеживетского и нижнефранского подъяруса соединяются между собой. Второй водоносный горизонт включает в себя до пяти часто выклинивающихся прослоев аргиллита, которые расклинивают песчаники на 5-6 отдельных местных водоносных горизонтов. Третий водоносный горизонт также не монолитен. Он часто расслаивается на севере и северо-западе рассматриваемой территории на два пласта, разделенных аргиллитами и алевролитами.

Верхний водоносный пласт, литологически неоднородный, залегает в средней части кыновского горизонта. На северо-западе описываемой территории он сложен тонкозернистыми кварцевыми песчаниками и алевролитами, на остальной площади обычно глинистыми алевролитами.

Таким образом, песчано-глинистая толща девона характеризуется наличием нескольких водоносных горизонтов, приуроченных к песчаникам и алевролитам. Участками они подвержены местным осложнениям. Водоносные горизонты изолированы друг от друга прослоями аргиллитов, мощность которых изменяется от 3 до 15 м. Мощность водоносных песчаников и алевролитов тоже непостоянна и колеблется от 5 до 30 м.

Основная масса песчаников и алевролитов состоит из зерен кварца и, в меньшей степени, полевых шпатов. Пористость песчаников меняется от 10 до 30%, а алевролитов от 5 до 23%.

Водоносность песчаниково-глинистой толщи девона установлена по данным каротажа и при испытании скважин на приток воды. Была установлена общая гидравлическая связь между водоносными горизонтами, а между отдельными горизонтами и слоями лишь на небольших участках. Поэтому, например, искусственное изменение гидродинамического режима, в зависимости от близости очагов гидравлической связи, будет распространяться неравномерно по всему пласту, с большим запозданием на участках, отдаленных от места непосредственного контакта водоносных горизонтов.

Толща карбонатных пород, относимая к фаменскому ярусу и верхам франского, характеризуется наличием трещиноватых и реже пористых водоносных горизонтов.

В толще верхнефранских отложений, судя по поглощению глинистого раствора в процессе бурения и по каротажным диаграммам, водоносны два горизонта, приуроченные к зонам развития пористых, чаще трещиноватых известняков и доломитов. По тем же признакам выделяются три водоносных горизонта в толще фаменского яруса, заключенные также в основном в трещиноватых известняках и доломитах.

Трещиноватость и разрушенность толщи карбонатных пород, обусловленная тектоническими процессами, приурочены к определенным зонам тектонических нарушений, причем степень и характер их не одинаковы. Если трещиноватость в толще карбонатных пород носит региональный характер, то сильная раздробленность наблюдается на отдельных небольших участках. Подземные воды девона Татарии залегают глубоко и вскрыты скважинами, по опробованию которых в настоящее время накоплен большой материал, но качество проведенных по ним гидрогеологических исследований не всегда удовлетворительное. Критический отбор качественно опробованных скважин позволил построить карту пьезометрической поверхности пластовых вод терригенной толщи верхнего девона (см. рисунок), на которой направление движения воды изображено гидроизопьезами, приведенными к статическому уровню пресных вод и рассчитанными по формуле А.И. Силина-Бекчурина [2].

где Р - приведенное давление, м водяного столба пресной воды;

h - высота столба воды в скважине, м;

g1 - удельный вес воды в интервале опробования, г/см3;

Z - расстояние средней абсолютной отметки интервала перфорации от принятой плоскости сравнения (-2000 м);

g2 - удельный вес воды на принятой плоскости сравнения (1,2 г/см2).

Приведенные отметки пьезометрических уровней даны в табл. 1.

Приведенные отметки пьезометрических уровней и построенная по ним карта гидроизопьез показывают, что воды в терригенной толще верхнего девона юго-востока Татарии в основном движутся с севера на юг с очень небольшим отклонением на запад, в сторону Кинельской впадины.

Скорости движения вод определялись по формуле Дарси:

где К0 - коэффициент проницаемости пород, единицы дарси;

 1/m - вязкость воды, сантипуазы;

DP/Dx - градиент приведенных давлений, ат/км.

Скорости движения воды приведены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что скорости подземных вод, имеющих западное направление, наименьшие (0,457-0,530 см/год), а у вод южного направления наибольшие.

Аналогичная картина отмечена В.И. Вещезеровым и Б.М. Козловым [1] для терригенной толщи нижнего карбона Пермского Прикамья. Авторы объясняют это низкими коллекторскими свойствами песчаников в прибортовой части Предуральского прогиба, вследствие чего воды с западного Урала на платформу поступают медленно.

По нашим определениям скорость движения воды в толще D2 от Губахи к Северокамску и Краснокамску (при градиенте приведенного давления в 4,5 ат и проницаемости 0,25 дарси) равна 1,46 см/год.

Анализ изложенного материала показывает, что терригенная толща верхнего девона на территории юго-востока Татарии в настоящее время характеризуется единой гидродинамической зоной меридионального направления с областью питания на Тиманском кряже. Питание пород водами здесь обеспечивается выходами на поверхность толщи пород от пермских до протерозоя в крутых складках, осложненных разрывами. Питанию способствует и относительно высокий рельеф. Понижение рельефа и общее погружение пород от складчатого Тимана к югу создает необходимые условия для движения подземных вод в данном направлении. В рассматриваемом районе девонские отложения образуют пологие прогибы и поднятия, формирование которых, несомненно, повлияло на движение подземных вод глубоких водоносных горизонтов, в результате чего в некоторых районах создались благоприятные условия для промышленного скопления нефти.

При весьма замедленном водообмене состав подземных вод девона в процессе миграции в течение длительного геологического времени изменялся под влиянием различных гидрохимических процессов. Последние были направлены в основном в сторону образования концентрированных рассолов за счет обогащения наиболее устойчивыми в водном растворе компонентами.

Наряду с устойчивыми компонентами в ходе общего процесса метаморфизации в подземных водах накапливались и специфические соединения.

Минерализация вод терригенной толщи девона Татарии, выраженная в виде плотного остатка, колеблется в пределах 286-325 г/кг, а удельный вес 1,180-1,190. Преобладающими компонентами являются ионы Na (1772,15-2814,8 мг-экв/кг) и С1 (3312,24-4124,9 мг-экв/кг), составляющие более половины общего количества растворенных солей. Коэффициент метаморфизации (rNa+rK)/rCl в среднем равен 0,64; коэффициент сульфатности  изменяется от 0 до 0,28 и в среднем составляет 0,05; отношение rCa/rMg в среднем равно 3,64.

Подземные воды песчаниково-глинистой толщи девона Татарии отличаются от рассолов карбонатной толщи девона и карбона кислой реакцией, обусловленной содержанием в воде закисного железа от 4,22 до 9,88 мг-экв/кг; pH воды, определенное непосредственно на месте отбора пробы, равно 6,6-6,8.

 

ЛИТЕРАТУРА

1.     Вещезеров В.И., Козлов Б.М. Гидрогеология терригенной толщи нижнего карбона Пермского Прикамья в связи с условиями формирования нефтяных залежей. Геологическое строение и нефтегазоносность Пермской области и Прикамья. Тр. ВНИГНИ, вып. XXXI, 1960.

2.     Силин-Бекчурин А.И. Метод приближенного расчета скоростей фильтрации и подземного стока рассолов по пьезометрам. Тр. Лаборатории гидрогеологических проблем, т. 2, изд. АН СССР, 1949.

Пермский, госуниверситет

 

Таблица 1

Район

№ скв.

Интервал опробования, м

Глубина залегания статического уровня воды, м

Абсолютные отметки, м

Гидростатический уровень, приведенный к уровню пресных вод, абс, отм.

устья скважин

статического уровня воды в скважинах

Голюшурма

4

1534-1536

67

62,5

-4,5

360

Елабуга

9

1518-1520

79

72,05

-7,0

357

Акташ

34

1701-1709

184

174.5

-10,0

350

Азнакаево

26

1640-1646

165

148,4

-16,6

344

Между Лениногорском и ст. Письмянка

75

Высота столба воды в скв. 1455 м

 

-21,0

339

Дурасово

43

То же 1506,3 м

 

-25,0

335

Шугурово

5

1632-1635

145,5

123

-22,5

332

Черемшан

3

1732-1734

155

111,93

-43,1

330

Ивановка

44

Высота столба воды в скв. 1464 м

 

-29,57

330

Бавлы

2

1714-1721

 260

232,6

-27,4

332

Тат. Тумбарла

11

Высота столба воды в скв. 1562 м

 

-31,0

327

* Удельный вес воды в интервале опробования во всех районах 1,18, лишь в Черемшане 1,19.

 

Таблица 2

Направление движения воды

Градиент приведенных давлений, ат/км

Скорость, см/год

Елабуга - Черемшан

0,0400

3,660

Елабуга - Азнакаево

0,0100

0,915

Акташ - Шугурово

0,0270

2,650

Дурасово - Тат. Тумбарла

0,0110

1,000

Шугурово - Черемшан

0,0050

0,457

Голюшурма - Елабуга

0,0058

0,530

Азнакаево - Тат. Тумбарла

0,0260

2,379

Азнакаево - Шугурово

0,0150

1,370

Шугурово - Тат. Тумбарла

0,0070

0,640

Акташ - Азнакаево

0,0090

0,823

Елабуга - Акташ

0,0083

0,757

* Вязкость воды 0,5 сантипуазов; коэффициент проницаемости пород 0,5 дарси.

 

Рисунок Карта пьезометрической поверхности пластовых вод терригенной толщи верхнего девона.