В элизионных термогидродинамических водонапорных системах природа энергетического потенциала обусловлена высвобождением жидкости в процессе термической дегидратации минералов.
Природные "водонапорные системы гидрогеологических бассейнов различаются и по происхождению подземных вод: инфильтрационные природные водонапорные системы содержат инфильтрационные водные растворы, литостатические элизионные — седиментогенные (талассогенные) водные растворы преимущественно морского генезиса, в термогидродинамических и геодинамических водонапорных системах значительную роль начинают играть литогенные и возрожденные водные растворы.
НЕФТЕГАЗОНОСНЫЙ БАССЕЙН КАК ЧАСТЬ БАССЕЙНА ПЛАСТОВЫХ ВОД
В бассейнах пластовых вод наблюдается сложное сочетание различных геогидродинамических систем с генетически разными классами подземных вод. Каждый бассейн пластовых вод венчается геогидродинамической системой безнапорных (грунтовых) вод. Глубже по разрезу бассейна пластовых вод довольно часто залегают безнапорные пластовые воды (со свободным зеркалом подземных вод). Наконец, среди напорных вод прослеживается сложное сочетание инфильтрационных и эксфильтрационных водонапорных систем. Вполне допустимо, что даже в пределах одного и того же гидрогеологического горизонта или комплекса во внутренних частях бассейна развита эксфильтрационная водонапорная система, а в обрамлениях бассейна — инфильтрационная. Вследствие этого не так просто ограничить водонапорную систему нефтегазоносного бассейна в гидрогеологическом бассейне — бассейне пластовых вод.
И.О. Брод и его последователи считали, что нефтегазоносный бассейн является частью артезианского бассейна. Они исключали из него краевые зоны бассейна и прежде всего области инфильтрационного питания и прилегающие зоны «активного водообмена», где условия для сохранения УВ неблагоприятны. Интуитивно чувствуя исключительную роль подземных вод в онтогенезе нефти и газа, И.О. Брод тем не менее не смог определить водонапорную систему нефтегазоносного бассейна — к тому времени сведений о природных водонапорных системах было явно недостаточно для решения этого сложного вопроса.
Недостатком информации можно объяснить и появление впоследствии внутренне противоречивого понятия «нефтегазоносный артезианский бассейн». В классическом понимании артезианский бассейн представляет собой комплекс водоносных пластов, слагающих различного рода прогибы (впадины, синеклизы и т.д.) с внешней областью питания. Для таких бассейнов характерны воды инфильтрационного генезиса, а природа гидродинамического потенциала — гидростатическая. По мере разбуривания нижних этажей нефтегазоносных бассейнов все чаще стали вскрывать эксфильтрационные водонапорные системы с иными природой гидродинамического потенциала и генезисом подземных вод (литостатические, геодинамические и термогидратационные элизионные водонапорные системы). Ряд гидрогеологов такие водонапорные системы стали относить также к артезианским бассейнам, тем самым существенно расширив понятие «артезианский бассейн».
Так как и бассейны пластовых вод и нефтегазоносные бассейны приурочены к осадочно-породным бассейнам, последние являются для них родовым понятием. Для нефтегазоносного бассейна основной характеристикой служит онтогенез нефти и газа — генерация УВ, формирование и консервация их залежей. Практически все осадочные толщи содержат рассеянное ОВ, которое в благоприятных условиях генерирует УВ. Эти благоприятные условия сохраняются там, где осадочные породы хорошо изолированы от воздействия поверхностных факторов, иначе говоря, в зоне распространения эксфильтрационных водонапорных систем. Очевидно, формирующийся осадочно-породный бассейн будет полностью соответствовать нефтегазоносному с эксфильтрационной водонапорной системой. Если процесс осадконакопления прерван и осадочно-породный бассейн выведен на дневную поверхность, то в краевых его частях и в покровных отложениях начнут формироваться инфильтрационные водонапорные системы, которые неблагоприятны для онтогенеза нефти и газа. Следовательно, границами нефтегазоносного бассейна следует считать границу между эксфильтрационными и инфильтрационными режимами в пределах водонапорных систем бассейна.
Однако в последнее время получены данные, что и к водонапорным системам с инфильтрационным режимом могут быть приурочены залежи УВ. что позволяет расширить объем нефтегазоносных бассейнов в пределах пластовых водонапорных систем.
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СТАДИЙНОСТЬ РАЗВИТИЯ НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ БАССЕЙНОВ
Бассейн пластовых вод с эксфильтрационной водонапорной системой первоначально начинает развиваться в пределах бассейна седиментации. Па этом этапе границы бассейна пластовых вод с эксфильтрационной водонапорной системой и нефтегазоносного бассейна. совпадают. Н эпохи перерывов в осадконакоплении при наступлении континентального режима в краевых частях и в верхних горизонтах осадочно-породного бассейна начинает формироваться инфильтрационная водонапорная система. В небольших по площади и маломощных осадочно-породных бассейнах инфильтрационный режим достаточно быстро распространяется на всю площадь и глубину бассейна пластовых вод, в крупных бассейнах эксфильтрационный режим сохраняется длительное время.
Глубина и скорость проникновения инфильтрационных вод в недра осадочно-породного бассейна определяются фациальными особенностями пластов-коллекторов, гипсометрическим положением областей инфильтрационного питания, степенью тектонической нарушенности слагающих бассейн пород и другими геологическими условиями. Глубоким разведочным бурением во внутренних частях почти всех нефтегазоносных бассейнов Российской Федерации установлены древние седиментогенные воды с той или иной долей литогенных вод, а сами водонапорные системы находятся на эксфильтрационных этапах развития. Глобальная направленность развития гидрогеологических структур осадочных бассейнов от эксфильтрационных к инфильтрационным системам неизбежна для любых тектонических элементов земной коры. Различна лишь интенсивность процесса: чем крупнее и глубже осадочный бассейн, тем длительнее процесс перестройки его водонапорной системы.
В направленном развитии водонапорной системы нефтегазоносного бассейна выделяют три этапа.
Первый этап — зарождение гидрогеологической структуры. Огромное геохимическое разнообразие глубинных подземных вод в осадочных породах закладывается в бассейне осадконакопления на стадии седиментогенеза, а их дальнейший облик определяется особенностями литогенеза пород. Так, воды, захороняемые вместе с осадками в пресноводных бассейнах, как правило, характеризуются невысокой минерализацией. Наоборот, для солеродных бассейнов характерны высокоминерализованные растворы. Взаимосвязь между особенностями геохимического облика глубинных подземных вод и пород в процессе литогенеза прослеживается во всех литогенетических зонах. Поэтому продуктом литогенеза являются не только нефть и газ, но и глубинные подземные воды. На стадии седиментогенеза еще в донных илах начинается преобразование седиментационных вод, илов, ОВ и эмиграция продуктов их преобразования.
Второй этап — дифференциация твердой и жидкой фаз, миграция флюидов и формирование залежей УВ. Если в донных илах содержание воды достигает 90%, то в метаморфических сланцах оно снижается до 1%. Следовательно, процессы литогенеза связаны преимущественно с удалением флюидной фазы — воды, нефти и газа. Поистине доминантой литогенеза является дифференциация жидкой и твердой фаз. В процессе этой дифференциации твердая (породы) и флюидная (вода, нефть, газ) фазы постоянно изменяются, воздействуя друг на друга.
Второй этап распадается на три подэтапа. На первом подэтапе происходит эмиграция седиментационных вод (на стадии диагенеза в интервале глубин до 600—800 м осадок теряет до 75% воды) и генерация биогенных газов — формируются месторождения биогенных природных газов. Второй подэтап характеризуется «рождением» литогенных, органогенных, возрожденных вод и вод отжатия, генерацией жирных газов и нефтей, формированием преимущественно нефтяных и газоконденсатных месторождений. Второй подэтап приурочен к глубинам 1—6 км и температурному интервалу 85 — 125° С. В этих условиях набухающие глинистые минералы превращаются в ненабухающие, что сопровождается высвобождением воды в объеме 14—15% от общего объема породы. Все это приводит к изменению химического состава глубинных подземных вод и к инверсии в гидрохимическом разрезе подземной гидросферы. На третьем подэтапе формируются преимущественно литогенные и возрожденные воды, но объем вновь образовавшихся вод незначителен. Из УВ генерируется преимущественно метан, и формируются метановые месторождения нижней газовой зоны.
Рассмотренные подэтапы дифференциации твердой и жидкой фаз связаны со стадиями литогенеза: первый подэтап приходится на стадии диагенеза, раннего и среднего протокатагенеза, второй — на стадии позднего протокатагенеза и мезокатагенеза, третий — на стадии позднего мезокатагенеза и апокатагенеза.
Третий этап — инфильтрационное развитие гидрогеологической структуры, переформирование и разрушение залежей УВ.
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В НЕФТЕГАЗОПОИСКОВЫХ ЦЕЛЯХ
МЕТОДЫ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО ОПРОБОВАНИЯ