Гідрогеологічна історія басейну

Завдання палеогідрогеологічних досліджень – це відновлення гідрогеологічної історії району, басейну. Такі дослідження мають велике значення для з’ясування умов формування і руйнування нафтових і газових скупчень. Засновниками цього напряму гідрогеологічних досліджень при пошуках i розвідці нафтових і газових родовищ є          А.Н. Семіхатов, О.О. Карцев, С.Б. Ваган та інші. Однією із задач палеогiдрогеології є визначення віку підземних вод. Ця задача складна, бо ми знаємо, що підземні води знаходяться у русi. Вік геологічний (у млн. років) ми можемо визначити для підземних вод, які знаходяться в зонах утрудненого водообміну. На теперішній час запропоновано декілька методів визначення віку підземних вод. У їх основу покладено процес радіоактивного розпаду елементів торієвого і уранового рядів. Найбільш поширений гелiй-аргоновий метод, який запропонував В.П.Савченко. Він базується:

1) на сталій швидкості утворення гелію і радіоактивних

       компонентів, останні будуть нагромаджуватись у  

       підземних водах;

2) на сталій концентрації у воді аргону, який має повітряне походження i не вступає в реакцію з іншими компонентами.

Виходячи з визначеної швидкості нагромадження у підземній воді гелію, коефіцієнта розчинності аргону у воді, для визначення абсолютного визначення підземних вод найбільш широко використовують наступні формули:

для вільного газу, за А.Л. Козловим,

                                  (7.1)

для розчиненого газу, за А.Л. Козловим,

                      (7.2)

      для вільного газу за В.П. Савченком,

                   (7.3)

         У наведених формулах використовується загальний вміст аргону не враховуючи частки долі радіогенного аргону, що може викликати значні похибки в розрахунках.

 Раніше вважали, що весь Аr має повітряне походження, а зараз визначили, що частка  нагромаджується у підземних водах за рахунок радіоактивного розпаду. Радіоактивний Ar визначають за співвідношенням . Якщо вона =300, то частина  буде мати радіоактивне походження і його треба враховувати, щоб точно визначити  – повітряного походження. Це ускладнює дослідження за таким методом. Треба визначити ізотопи–   (який повітряного походження). Є.В. Стадник запропонував формулу, яка дозволяє враховувати радіогенний (Ar):

              (7.4)

де , В – вміст радіогенного Ar в % до всього Аr.

Було встановлено, що у гiдрогеологiчній історії району, басейну спостерігається певна циклічність процесів (їх повторення). Ця циклічність процесів буде тісно зв’язана з тектонічним режимом басейну у геологічному минулому. Гідрогеологічна історія району або водоносного комплексу може бути розбита на гідрогеологічні цикли і етапи. 

Під гідрогеологічним циклом ми розуміємо відрізок гідрогеологічної історії басейну, який починається з прогинання площі, трансгресії, осадкоутворення i формування седиментаційних вод (тектонічні рухи від’ємного значення), потім регресії (тектонічні рухи позитивного значення), денудації (руйнування в умовах підняття) і заглиблення у породи інфільтраційних вод. Початок нової трансгресії буде визначати кінець 1-го гідрогеологічного циклу і початок 2-го гідрогеологічного циклу. Весь гiдрогеологiчний цикл можна розбити на два етапи.

Перший елiзiйний етап – коли в умовах прогинання відбувається осадкоутворення і разом з осадом формуються седиментаційні води

Другий інфільтраційний етап – коли в умовах підняття площі і денудації порід інфільтрація, упровадження у колектори iнфiльтрацiйних вод.

У період 1-го елiзiйного етапу будуть формуватися седиментаційні води і відбуватися седиментаційний водообмін. Седиментаційні води будуть витискувати пластову воду з породи-колектора. У період 2-го інфільтраційного етапу вода, яка інфільтрує в пласт, буде витискувати пластову воду з породи-колектора – інфільтраційний водообмін. З початком нового гідрогеологічного циклу весь процес буде повторюватись. Седиментаційні води будуть виділятися із глинистих товщ, які під дією геостатичного тиску (вага вищезалягаючих порід) будуть ущільнюватись i седиментаційні води будуть переходити у піщані породи i витискувати з них сингенетичні води – так відбувається елiзiйний водообмін.

Максимальні напори будуть у центральній найбільш прогнутій частині басейну. Рух води відбувається по підняттю пластів у крайові частини басейну, де менше прогинання, менший геостатичний тиск. У iнфiльтрацiйний етап iнфільтрацiйнi води будуть витискувати з пластiв-колекторiв седиментаційні води – iнфiльтрацiйний водообмін.

Максимальні гідростатичні напори формуються у зонах гiпсометрично найвищого залягання пласта. Якщо етап триває довгий час i при відповідних умовах може відбуватися повна заміна води у пласті – повний водообмін. Його тривалість залежить від маси (об’єму) вільної води у пласті, від швидкості руху води. Показником тривалості водообміну буде коефіцієнт водообміну (k_в):

                 .             (7.5)

Це відношення втрати підземного потоку за рік (q) до загального об’єму води у пласті (Q). Наприклад:  м³,  м³, тоді

                 .                    (7.6)

Тобто повна заміна води у пласті відбувається за 100 тисяч років. Якщо К_в більший від часу, за який відбувається iнфiльтрацiйний етап, то вся седиментаційна вода у пласті буде заміщатися інфільтраційною водою i весь пласт-колектор буде промитий iнфiльтрацiйною водою.

О.О.Карцев запропонував для характеристики інтенсивності водообміну для інфільтраційного етапу i елiзiйного етапу вiдповiднi показники:

 

1. ПІІВ – це показник інтенсивного інфільтраційного водообміну.

                ,                         (7.7)

де F – площа поперечного січення давнього підземного  

      водного потоку (у даному водяному комплексі);

u – швидкість підземно-водного потоку (береться по 

      аналогії із сучасною швидкістю підземних вод

      басейну);

t – тривалість інфільтраційного етапу за даними     

      абсолютної геохронології;

V_п – об’єм піщаного колектора даного горизонту;

m_п – пористість піщаного колектора.

2. ПІЕВ – це показник інтенсивності елізійного водообміну.

                              (7.8)

де V_г – об’єм глин, з яких вижимається седиментаційна вода;

Dm_г – зміна пористості глин протягом даного елізійного    

         етапу ;

V_п- об’єм пісчаного колектора даного водоносного 

        колектора;

m_п- пористість пісковиків колектора (з врахуванням у

        часі).