ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 4
Глава 1. Состояние проблемы 9
Глава 2. Эволюция системы «вода-порода» и РГ-условий при
метаморфизме базитов 20
2.1. Оценка интенсивности гидродинамического возмущения в результате химических и термических деформаций 22
2.2. Факторы и виды нарушений сплошности породного матрикса 26
2.3.Масштабы и характер взаимного влияния гидродинамических, химических и термических процессов в земной коре 30
2.4. Флюидное давление, температура среды и метаморфические фации 48
Глава 3. Нисходящий поток элизионных вод (по материалам
бурения Саатлинской сверхглубокой скважины) 53
3.1. Литолого-стратиграфическая характеристика разреза 5 5
3.2. Водоносность вскрытых пород 63
3.3. Гсотсрмическое отражение флюидного режима 73
3.4. Изотопные индикаторы флюидного режима 94
3.5. Гидрогеологическая модель околоскважинного пространства 101
Глава 4. Метаморфогенная инфильтрация флюидов в базиты
Восточного Закавказья 109
4.1. Гидрогеологичсские условия Куринской впадины 109
4.2. Особенности флюидного режима Восточного Закавказья в кайнозое 151
Глава 5. Геологические следствия метаморфогенной
инфильтрации 159
5.1. Гидродинамика осадочного бассейна на меланократовом основании 159
5.2. Катагенез осадков, метаморфизм базитов и эволюция элизионных флюидов 165
5.3. М-инфильтрация в коре океанического и переходного типов 170
5.4. Миграция органического вещества и образование глубинных залежей углеводородов 185
5.5. Геохимическое отражение метаморфогенной инфильтрации 198
5.6. Диафторез базитов и напряженное состояние земной коры 231
Глава 6. Практические приложения 235
6.1. Особенности сейсмического мониторинга 235
6.2. Проблема захоронения промышленных отходов 238
Заключение 244
Приложение 1. Математический аппарат 249
1.1. Закон сохранения массы в системе «вода-порода» 249
1.2. Дейтерий как изотопный индикатор миграции флюидов 252
1.3. Метод определения параметров тепломассопереноса (v и q)
по геотермическим данным 254
Приложение 2. Гидрогеологическая характеристика опорных нефтяных
структур Куринской впадины (Азербайджан) 267
2.1. Г идродинамические данные 268
2.2. Г идрохимические данные 271
Литература
276
29
течением пород (медленный процесс) [Файф и др. 1981], когда не возникают магистральные каналы, делающие систему открытой. Действие перечисленных факторов замедляет или ускоряет общий процесс открытия исходно закрытой системы, но не может полностью ему воспрепятствовать. Отсюда вытекает вывод, который будет использован в дальнейшем: химические превращения и температурные изменения в изначально закрытой системе бода- порода в целом направлены на открытие системы за счет прогрессирующих нарушений ее сплошности.
В открытой системе (у * 0) гидродинамическое возмущение, описываемое уравнением (2.1), носит более сложный характер. С одной стороны, вариации норового давления, обусловленные объемными деформациями, приводят к возбуждению флюидной адвекции в том или ином направлении, зависящем от знака преобладающего объемного эффекта. При положительном объемном эффекте возникает, преимущественно, восходящий поток флюидов, описанный многими исследователями [Файф и др. 1981, Боревский, Кременецкий, 1985 и др.]. При отрицательном объемном эффекте может сформироваться нисходящий поток флюидов. Примером последнего может служить нисходящая метаморфогенная инфильтрация элизионных вод в гидратируемое меланократовое основание осадочного бассейна [Яковлев, 1992, 1998] (см. раздел 2.5.1). Вместе с тем, слабопроницаемые блоки породы, заключенные между проводящими трещинами в открытой системе, изначально обладают свойствами закрытой системы, и в них, благодаря локальным объемным деформациям, создается гидродинамическое возмущение по одной из рассмотренных выше схем. Это приводит, как показано выше, к увеличению проницаемости исходно «монолитных» блоков (слоев) пород и усилению флюидной адвекции.
Интенсивное разуплотнение разных типов водонасыщенных пород с одновременным увеличением их проницаемости на несколько порядков было установлено экспериментально при их нагревании [Зарайский, Балашов, 1978]. Авторы объясняют эти эффекты анизотропным термическим расширением матрикса и действием воды как поверхностно активного вещества при образовании трещин разуплотнения. Они не рассматривали признаки гидрогенного разуплотнения в испытуемых образцах. Вместе с тем, приведенные в цитированной работе данные (повышение проницаемости во влагонасыщенных породах на 3-5 по-
30
рядков, а в сухих - на 1-2 порядка) позволяют предположить, что большей частью разуплотнение пород было связано именно с образованием микротрещин гидроразрыва.
Из изложенного видно, что в открытой водоносной системе (толше или прослое трещиноватых пород) исходно «монолитные» блоки породы, заключенные между проводящими каналами, проявляют свойства закрытой системы до тех пор, пока не произойдет нарушение их сплошности. Другими словами, макроскопически открытая система, если ее рассматривать на все болсс элементарных уровнях, локально проявляет свойства закрытой системы. Любая же закрытая система стремится стать открытой. Таким образом, система вода-порода совмещает в себе свойства открытой и закрытой систем. Этот вывод особенно важен при исследовании гидродинамики глубоких зон земной коры, в которых протекают метаморфические преобразования.
2.3. Масштабы и характер взаимного влияния гидродинамических, химических и термических процессов в земной коре
Выше было показано, что при вещественных превращениях и температурных изменениях в системе вода-порода развиваются объемные деформации, которые вызывают сильное гидродинамическое возмущение. В исходно «монолитных», слабопроницаемых породах пьзоэффект АР, характеризующий это возмущение, быстро достигает критической величины порядка ДЯкрш ~ ±100 -ь 1000 бар, при которой порода теряет сплошность в результате образования трещин гидроразрыва или разрушения минеральных зерен вблизи контактов между ними. Первоначально закрытая система раскрывается, и в ней возбуждаются адвективные токи водного флюида. Соответствующее этим условиям критическое значение объемного эффекта реакций минералообразования имеет порядок Д^крит. ~ ±10° (т.е., 0,1 об. %) а критическое изменение температуры ДГкрит. ~ ±ях10 °С. Если порода была исходно достаточно хорошо проницаемой, то гидродинамическое возмущение проявляется в усилении флюидной адвекции по уже существующим каналам. Попытаемся в первом приближении оценить масштабы и геологическое значение этих эффектов в различных обстановках.
- Київ+380960830922