referat - Саратовский государственный университет

На правах рукописи
МУЗАЛЕВСКАЯ
Лилия Владимировна
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ
ФОРМИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ТЕКСТУРНЫХ РАЗНОСТЕЙ
КАМЕННОЙ СОЛИ ИЗ ГАЛОГЕННЫХ РАЗРЕЗОВ КУНГУРА
(ЗАПАДНОЕ И СЕВЕРО-ЗАПАДНОЕ ОБРАМЛЕНИЕ
ПРИКАСПИЙСКОЙ ВПАДИНЫ)
Специальность: 25.00.01 – общая и региональная геология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата
геолого-минералогических наук
С А Р А Т О В – 2009
Работа выполнена на кафедре петрографии и минералогии геологического факультета
Саратовского государственного университет им. Н.Г. Чернышевского
Научный руководитель:
доктор геолого-минералогических наук,
профессор Московский Георгий Александрович
Официальные оппоненты:
доктор геолого-минералогических наук,
профессор Писаренко Юрий Алексеевич
ФГУП «НВНИИГГ», г. Саратов
кандидат геолого-минералогических наук,
Солдаткин Степан Иннокентьевич
ЗАО «Петролеум Технолоджис», г. Москва
Ведущая организация:
Волгоградская геолого-разведочная экспедиция
ФГУГП «Волгагеология», г. Волгоград
Защита состоится 9 октября 2009 года в 14 часов на заседании Диссертационного Совета
Д. 212.243.08 геологического факультета Саратовского государственного университета им. Н.Г.
Чернышевского по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83, ауд.53, 1 учебный корпус
СГУ.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Саратовского государственного
университета.
Автореферат разослан «_____» сентября 2009г.
Ученый секретарь Диссертационного Совета
Д 212.243.08
доктор геол.-мин. наук, профессор
О.П. Гончаренко
2
Актуальность работы.
Соленосные отложения Прикаспийского региона, занимают огромные
площади, и содержат значительные интервалы, сложенные однородной каменной
солью, которая обладает высокими изолирующими свойствами и может
использоваться как депонирующая среда для нефтепродуктов. В странах СНГ
сегодня эксплуатируются 16 подземных хранилищ газа состоящих из 103
подземных резервуаров. Примеры строительства и хранения газонефтепродуктов
известны в Оренбургской, Саратовской, Волгоградской, Астраханской областях.
Для создания подземных резервуаров в толщах каменных солей разработан
ряд критериев определяющих пригодность галогенных разрезов для этих целей. К
ним относятся - механические свойства солей, их литологическая однородность и
текстурно-структурные характеристики, особенности деформации на стадии
галокинеза, масштабы и интенсивность проявления неотектонических движений в
галогенных разрезах, особенности локализации внутрисолевых и надсолевых
рассолов. Непременным условием при выборе интервалов является отсутствие
легкорастворимых калийных минералов.
Выбор районов развития и интервалов разрезов с горизонтами каменной соли,
однородной по составу, текстурно-структурным характеристикам и физикомеханическим свойствам, пригодных для использования в качестве депонирующей
среды без бурения скважин или с фрагментарным отбором керна из скважин
весьма проблематичен. Используемые при изучении галогенных разрезов
геофизические методы (ГК, НГК) для установления текстурных характеристик
каменной соли, являются не эффективными, так как не различаются породы разной
текстуры. Поэтому, детальное исследование условий формирования текстур
каменной соли на стадии седиментации с их постседиментационными
преобразованиями, в различных геоструктурных зонах соленосного бассейна, в
разрезах, где выполнялось бурение со 100% отбором керна солей, является
актуальной задачей для региона, и, главной геологической предпосылкой для
создания подземных резервуаров.
Цель работы.
Повышение эффективности прогнозирования интервалов галогенных пород,
сложенных горизонтами каменной соли, обладающими текстурно-структурными
разностями, пригодными для использования в качестве депонирующей среды, в
галогенных разрезах западного и северо-западного обрамления Прикаспийской
впадины.
Задачи исследований:
1. Выявление закономерностей формирования и особенностей строения толщ
каменной соли с полными ритмами галогенеза, с пониженным содержанием пород
заключительных стадий, в разрезах современных структурных зон Прикаспийской
впадины
2. Прогнозирование расположения участков и интервалов разрезов в
Прикаспийском регионе, со значительными мощностями горизонтов каменной
3
соли, с учетом роли цикличности галогенеза, литолого-фациальной зональности, и
гидрохимических условий образования солеродного бассейна.
3. Определение характера преобразования структур галита и текстур
каменной соли, от степени, направленности и соотношений постседиментационных
процессов (катагенеза, галокинеза, гипергенеза) и положении их в разрезах в
современной структуре Прикаспийской впадины.
4. Выяснение закономерностей распределения текстурно-структурных
разновидностей каменной соли в галитовых зонах основных типов ритмопачек
(полных, неполных, редуцированных).
5. Повышение эффективности прогнозирования участков и интервалов
разрезов, наиболее благоприятных для создания резервуаров в каменной соли до
бурения разведочных скважин.
Методика исследований.
В керне детально изучались текстурные особенности каменной соли и,
прежде всего, строение элементарных ритмов: закономерности изменения их
толщин в ритмопачках галогенных разрезов для различных литолого-фациальных
зон солеродного бассейна Прикаспийской впадины и при различной
направленности эволюции состава рапы в нем.
Устанавливались закономерности распределения основных генетических
типов галита в разностях каменной соли, прошедших постседиментационные
стадии галогенеза, для различных структурных зон Прикаспийской впадины.
На основании разработанных критериев анализировалось распределение по
латерали и в разрезе однородных по составу и строению разностей каменной соли
для наиболее разбуренных участков галогенных отложений в Прикаспийской
впадине и ее обрамлении.
Научная новизна.
1. Определены критерии формирования каменной соли позволяющие
детализировать
распределение ее разностей в разрезах и по латерали
Прикаспийского региона.
2. Установлено, что постседиментационные преобразования каменной соли
определялись структурным положением галогенного разреза в регионе и
заключаются
в
изменении
соотношений
седиментационных
и
перекристаллизованных разностей галита, что определяет изменения физико–
механических свойств породы.
3. Показано, с какими геоструктурными элементами Прикаспийской впадины
и интервалами галогенных разрезов связаны горизонты каменной соли с
максимальными толщинами, однородного состава, с минимальным содержанием
пород заключительных стадий галогенеза.
4
Защищаемые положения:
1. Установлено, что критериями оценки территории Прикаспийской впадины
по пригодности использования каменной соли в качестве депонирующей среды,
является распространение в регионе интервалов и участков с полными ритмами
галогенеза, с пониженным содержанием пород заключительных стадий и с
максимальным развитием в них каменной соли специфических текстурноструктурных разностей.
2. Определена закономерность изменений структур галита и текстур каменной
соли, для отдельных участков Прикаспийской впадины и ее обрамления, по
степени и направленности постседиментационных процессов, и различным
проявлением солянокупольной тектоники.
3. Предложены участки и интервалы, с максимальными толщинами
однородной каменной соли, на основании разработанных критериев,
благоприятные для создания подземных резервуаров на территории обрамления
Прикаспийской впадины.
Практическая ценность.
Разработанные автором критерии оценки состава и строения горизонтов
каменной соли рекомендуются к использованию при проектировании подземных
резервуаров.
На основе всех факторов, определяющих формирование каменной соли
впервые рекомендованы интервалы галогенных разрезов в Прикаспийской впадине
и ее обрамлении, имеющие значительные толщины горизонтов каменной соли,
однородные по составу и пригодные для депонирования газонефтепродуктов.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались автором на
межведомственных научных конференциях: «Геологические науки-99» (Саратов,
1999),
«Геологические
науки-2000» (Саратов, 2000),
«Геологические,
геофизические и геохимические исследования юга-востока Русской плиты»
(Саратов, 2001), на Всероссийской научно-практической конференции к 120-летию
со дня рождения Б.А. Можаровского, «Проблемы геологии Европейской России»
(Саратов, 2002). На научно-практической региональной конференции «Стратегия
развития минерально-сырьевого комплекса Приволжского и Южного федерального
округов на 2005 и последующие годы», (Саратов, 2005); «Геодинамика,
минералогия, геохимические и геофизические методы поиска и разведки полезных
ископаемых» (Саратов, 2007).
Публикации по теме диссертации. Основные положения диссертационной
работы опубликованы в 9 научных работах, в том числе одна в рецензируемом
журнале, рекомендованном ВАК.
Фактический материал.
В работе использованы данные изучения керна по скважинам, пробуренным
на Приволжской моноклинали Наримановское, Гремяченское месторождение
5
Волгоградская область, на с-з обрамлении впадины Дергуновские 1 и 2 Самарская
область и Краснокутская 1 Саратовская область, в западной части впадины
структуры Эльтон Волгоградская область и Баскунчак Астраханская область.
По Александровско-Кисловскому и Ровенскому профилям, пересекающим
зону предбортового прогиба использовались опорные разрезы скважин,
определяющие глубину залегания и мощности толщ каменных солей. При
детальном описании текстур каменной соли и структур галита из образцов
галогенных отложений западной части впадины и ее обрамления, для
сравнительных характеристик нами использовалось описание литологических
типов пород Свидзинского С.А., Журавлевой Т.В., Деревягина В.С., Кореневского
С.М., Хрущова Д.П., В.Я. Дорохова. Особенности состава ритмопачек,
приведенные далее в нашей работе и заимствованные из работ Ю.А. Писаренко
(1983,1987), В.С. Деревягина и др. (1981), С.А. Свидзинского и др. были
дополнены нами детальным описанием текстур каменной соли и структур галита
для образцов керна из скв. Краснокутской 1К; Сафроновской 2; Наримановской
1,14; Дергуновской 1; Озинки 1,2 и др.
Для интерпретации данных литолого-генетических типов каменных солей, их
условий образования и формирования использовался химический анализ состава
солей, из работ Московского Г.А., Гончаренко О.П. Использовались данные ГИС,
выполненные геофизиками Волгоградской ГРЭ.
Личный вклад автора. Диссертация обобщает результаты теоретических и
методических исследований автора за 10-ти летний период работы. Обработка и
комплексная оценка фактического литологического материала осуществлялась
непосредственно автором. Из исследованного керна по разрезам 12 скважин (700
образцов) западного и северо-западного обрамления Прикаспийской впадины были
отобраны 200 образцов каменной соли, и изготовлены 75 штуфов, с характерными
текстурно-структурными характеристиками. Проведен анализ текстур каменной
соли, с учетом их расположения в регионе и в разрезах.
Автор выражает глубокую благодарность руководителю научной работы д.г.м.н. Московскому Г.А., сотруднику ОАО ЕвроХим-ВолгаКалий д.г.-м.н.
Свидзинскому С.А., сотрудникам геологического факультета университета д.г.м.н. Ваньшину Ю.А., д.г.-м.н. Коробову А.Д. за помощь и поддержку при
организации работ и ценные замечания при обсуждении диссертации.
Благодарность автор выражает также ученому секретарю Специализированного
Совета д.г.-м.н. Гончаренко О.П.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из
введения, пяти глав и заключения, общим объемом 160 страниц, в том числе 32
рисунка. Список литературы включает 143 наименования.
Содержание работы.
В первой главе рассмотрена начальная история исследований, связанных с
анализом условий седиментации галогенных отложений Прикаспийской впадины, а
также изучения химического и минерального состава солей, их структурно6
текстурных характеристик. Необходимость выполнения подобных изучений
соленосных толщ в современное время обусловлена тем, что масштабы
строительства подземных резервуаров в регионе весьма значительны. Изучение
геологических условий образования и формирования галогенных отложений,
является определяющими предпосылками при прогнозировании интервалов
однородных по составу и текстурно-структурным характеристикам, горизонтов
каменной соли.
Для детальной характеристики условий образования и формирования
галогенных разрезов западного и северо-западного обрамления Прикаспийской
впадины особое внимание уделяется основным чертам тектонического строения
региона приведенных по данным некоторых исследователей (Журавлев, 1972,
Айзенштадт, Слепакова, 1982, Иванов, 1982, Коробов и др., 1986, Яцкевич и др.,
1990, Рихтер Я.А. и др., 2003).
К кунгурскому времени Прикаспийская впадина приобрела облик крупной
кольцеобразной структуры, в бортовой части которой под молодыми осадками
оказались погребенными краевые участки Жигулевско-Пугачевского и СольИлецкого сводов, Рязано-Саратовского прогиба и склона Воронежской антеклизы.
Погруженные участки этих структур образовали структурные элементы краевой
части впадины: внешнюю бортовую зону, бортовой уступ и внутреннюю бортовую
зону. В центральной части впадины образовался ряд крупных поднятий и прогибов
(Астраханское, Аралсорское, Уральское и др. поднятия, Сарпинский,
Приволжский, Краснокутско-Озинский и др. прогибы).
В районе бортового уступа галогенные отложения погружаются, образуя во
внутренней части прибортовых районов зону соляных валов, антиклиналей и, далее
- в центральной части впадины – зону интенсивной солянокупольной тектоники.
За пределами впадины, на ее северо-западном обрамлении, соленосные отложения
имеют моноклинальное залегание.
Многообразие тектонических элементов разных порядков, проявившихся в
геологической истории на территории Поволжского соленосного бассейна, не
способствовало сохранению единых условий соленакопления.
Стратиграфия соленосной толщи галогенных отложений Западного и
северо-западного обрамления Прикаспийской впадины. Соленосные отложения
встречены во впадине в артинском, кунгурском ярусах нижнего отдела, уфимском
и казанском ярусах верхнего отдела перми (Журавлев, 1970, 1972, Деревягин и др.,
1981). Кунгурские отложения залегают преимущественно на нормальных морских
известняках артинского возраста, а иногда на более древних породах (Урусов и др.,
1962). Комплекс надсолевых отложений слагается во впадине породами верхней
перми, мезозоя и кайнозоя. Соотношение мощностей этих элементов
геологического разреза отражает развитие структур впадины, продолжавшееся во
время их отложения.
Наибольшие толщины горизонтов каменной соли, представляющей основной
объект наших исследований приурочен к иреньскому горизонту кунгурского яруса.
В галогенной формации внешней бортовой зоны впадины, достаточно условно,
выделяют
филипповский,
преимущественно
сульфатно-карбонатный,
и
иреньский, преимущественно соленосный горизонты. Иреньский горизонт,
7
залегающий выше карбонатно-сульфатных отложений филипповского горизонта
сложен, в основном, каменной солью с прослоями карбонатно-сульфатных и
калийно-магниевых солей.
В пределах Саратовско-Волгоградской части внешней бортовой зоны, в
соленосной толще, исследователями выделяется разное количество ритмопачек от
7 до 13. А.С. Макаров и др. (1985) и Ю.А. Писаренко (1982), стратиграфически в
соленосной толще Прикаспия выделяют 10 ритмопачек: волгоградскую,
балыклейскую, карпенскую, приволжскую, луговскую, погожскую, антиповскую,
пигаревскую, долинную, ерусланскую. В работе нами рассматривается этот
вариант сводного стратиграфического разреза с кратким описанием пород.
Верхнепермские галогенные отложения встречены на Карачаганакской,
Южно-Дьяковской, Линевской, Тимофеевской, Черной Падине и других площадях
(Писаренко, 1986, 1991), что подтверждают данные, полученные при бурении.
Судя по данным бурения соляные тела, могут слагаться породами как кунгурского,
так и уфимского, казанского и, возможно, татарского ярусов. Они по-разному
могут участвовать в процессе соляного тектогенеза, отличаясь литологическим
набором пород, формируя различные структурные соотношения разновозрастных
толщ (Ю.А. Писаренко, 1991)., Верхнепермский возраст соленосной толщи
палеонтологически обоснован находками фораминифер, остракод, брахиопод,
спорово-пыльцевых комплексов казанского возраста, исследованиями С.Ю.
Сафоновой, Д.А. Кухтинова, Т.И. Федоровой, Н.Н. Маркиной, полученных из
внутрисолевых карбонатных пород калиновской свиты. Таким образом, в северозападной и северной прибортовой части Прикаспийской впадины первично
седиментационный разрез имеет трехчленное строение. (Писаренко, 1991). Нижняя
часть слагается достаточно чистой от примесей каменной солью волгоградской,
балыклейской, карпенской ритмопачками, имеющие локальное распространение в
обрамлении впадины, средняя – калийно-магниевая ритмично построенная,
соленосной толще обрамления впадины, и верхняя – верхнепермская терригенносоленосная толща. Нижнепермские галогенные отложения являются наиболее
выдержанными по площади, толщинам и составу, и некоторые их интервалы могут
использоваться в качестве депонирующей среды, для хранения нефтепродуктов.
Литология
галогенных
отложений.
Характеристики
основных
разновидностей галогенных пород региона были описаны рядом исследователей
Валяшко М.Г., Жарковым М.А, Ермаковым В.А., Деревягиным В.С. и др.
В Приволжской моноклинали и западной части впадины терригеннокарбонатные, карбонатные, карбонатно-сульфатные и сульфатные породы более
всего развиты в основании разреза кунгурского яруса (филипповский горизонт) и в
базальных горизонтах ритмопачек иреньского горизонта. Здесь карбонатные
породы, доломитового состава переслаиваются с мелкозернистыми ангидритами и
тонкослоистыми алевролитами. Иреньский горизонт представлен каменной солью,
слагающей значительную часть галогенных пород в пределах Прикаспийского
солеродного
бассейна.
Она
представлена
десятью
литологическими
разновидностями, формирование которых происходило на начальных стадиях
галогенеза, в галитовой зоне галогенного разреза. Карналлитовые породы наиболее
распространены среди всех типов калийно-магниевых солей. В разрезах они
8
залегают либо в виде оторочек в кровле и в подошве бишофитового пласта, либо
образуют самостоятельные пласты. Сильвинит и сильвинсодержащие породы в
прибортовой зоне впадины и в Приволжской моноклинали связаны, главным
образом, с отложениями погожской, антиповской и пигаревской ритмопачек.
Бишофитовые породы встречаются в Прикаспии, в основном, в трех регионах: на
западном, северо-западном обрамлении и в центральной части впадины. Как
правило, бишофитовый слой окаймляется карналлитовой оболочкой, которая
иногда вверх по разрезу сменяется сильвинитовой. На моноклинали бишофитовые
пласты установлены в погожской, антиповской и пигаревской ритмопачках.
Весь комплекс данных по тектонике, стратиграфии, литологии, геохимии и
ГИС позволил достаточно точно выделять циклы галогенеза (и соответствующие
им ритмы, ритмопачки) как в районах моноклинального залегания солей, так и в
пределах некоторых солянокупольных структур, где можно встретиться даже с
опрокинутым положением пластов. (Московский, Свидзинский 1989).
Основные черты солянокупольной тектоники. Весьма сложную задачу
всегда представляло расчленение галогенных отложений в районах развития
солянокупольных структур. Это связано, прежде всего, с отсутствием, во многих
циклах галогенеза, базальных доломит-ангидритовых или ангидритовых
горизонтов, типичных для разрезов краевых участков бассейна и их будинажом в
участках интенсивного галокинеза. Важную роль здесь играет и тот факт, что
вследствие особенностей механизма галокинеза, скважинами даже в наиболее
изученных солянокупольных структурах вскрываются, в основном, верхние части
галогенных разрезов. Поэтому даже для наиболее разбуренных Эльтонской,
Индерской, Челкарской структур существовали свои схемы расчленения
галогенных толщ. Важный вклад в выработку единого подхода к стратификации
галогенных толщ впадины и краевых ее частей был сделан С.А. Свидзинским и его
коллегами. Ими был предложен вариант расчленения разреза Эльтонской
солянокупольной структуры (Деревягин и др., 1979) и сделано сопоставление c
разрезами прибортовых районов (А.С. Макаров и др., 1985), которым мы
пользовались при описании галогенных пород Эльтонского и Баскунчакского
соляных куполов.
Первое защищаемое положение.
На стадии седиментации факторами, определяющими первичный текстурноструктурный облик и чистоту состава каменной соли, являлись цикличность и
главное, особенности строения разрезов (полный или сокращенный цикл),
литолого-фациальная зональность и эволюция гидрохимии бассейна на различных
этапах (стадиях) его развития. (Валяшко и др., 1966, Фивег М.П., 1964, Жарков
М.А., 1980, Тихвинский И.Н., 1978, Кореневский С.М., 1978, Карагодин Ю.Н.,
1980, Дж.Петерсон и Р.Дж.Хайт, 1972, Диаров М.Д. и др., 1974, Писаренко Ю.А.,
1982, Петриченко О.И., 1977, Московский Г.А, 1999)
Первым фактором, определившим облик галогенных отложений, их состав и
текстурно-структурные характеристики на стадии седиментации является
цикличность галогенного процесса. Она заключается в повторяемости элементов
строения галогенных разрезов. Существует разнопорядковая цикличность
(временной фактор) галогенного процесса. Циклы первого порядка (макроциклы)
9
характеризуют эволюцию бассейна в целом за весь галогенный период. Полные
циклы второго порядка соответствуют литостратиграфическим единицам –
ритмопачкам, отвечающим трем стадиям развития галогенеза: подготовительная,
сгущения (регрессия бассейна) и опреснения (трансгрессия). Слагающие их
породы 1) гипсово-ангидритовые; 2) галитовые; 3) сульфатно-магнивые; 4)
сильвинитовые; 5) карналлитовые; 6) бишофитовые, соответствуют стадиям
сгущения рапы. (Петерсон, Хайт, 1972, Московский, Свидзинский, 1989) В
большинстве ритмопачек, выделенных в разрезе галогенных пород прибортовой
зоны Прикаспия можно выделить все эти элементы внутреннего строения.
Формирование наибольших мощностей каменной соли связано с так называемыми
галитовыми зонами. Соотношение элементов строения ритмопачек (присутствие в
разрезе калийных солей) и особенностей строения галитовых зон для различных
участков солеродного бассейна часто оказывается различным.
По степени полноты развития галогенного процесса среди всех циклов
галогенеза во впадине можно выделить: незавершенные, полные завершенные,
завершенные редуцированные, сложные циклы. Перспективными интервалами
каменных солей с отсутствием калийно-магниевых минералов могут
рассматриваться незавершенные и завершенные редуцированные циклы
галогенеза. Незавершенные циклы галогенеза определялись М.Г. Валяшко и др.
(1966) как циклы, в которых галогенный процесс не достиг стадии садки сульфатов
магния и калийно-магниевых минералов, а состав осадков представлен триадой:
доломит-ангидрит-каменная соль. Особенностью этих циклов являются большие
мощности чистых разностей каменной соли, без содержания калийных солей
(волгоградская соль 200-1500м, приволжская ритмопачка 120-200м), и широкое
распространение по всей территории региона. В завершенных редуцированных
циклах галогенеза присутствуют базальные пласты ангидрит-доломитового
состава, каменная соль с незначительной ролью калийных солей, либо с единичной
вкрапленностью калийных минералов. В верхних частях таких ритмопачек
залегает, обычно, каменная соль, отложившаяся из рапы с содержанием ионов,
отвечающим начальной - средней стадии садки галита. Она может рассматриваться
как аналог отложений стадии опреснения рапы.
Вторым фактором является литолого-фациальная зональность солеродного
бассейна. Образование галогенных отложений происходило в различных
геоструктурных зонах солеродного бассейна, с различными условиями
осадкообразования, поэтому, в зависимости от фациальной зоны бассейна, от
удаления от береговой полосы, они могут быть разными по мощности, строению и
составу.
Имеющийся у нас фактический материал позволяет выделить в солеродном
бассейне кунгура фациальные зоны, каждая из которых характеризуется
своеобразным набором эвапоритов сульфатно-карбонатного и хлоридного состава:
фациальная зона прибрежной, мелководной полосы солеродного бассейна;
фациальная зона удаленных от берега относительно более глубоководных
участков.
По аналогии с ранее выделенными фациальными зонами (Кореневский С.М.,
Урусов А.В., Кольцова В.В, 1964, Трушкин П.Г., Зеленяева А.Ф., Чирук Г.Н., 1969)
10
нами предлагается распространение фациальных зон соответствующее следующим
геоморфологическим элементам. В пределах мелководной прибрежной части
бассейна и далее к центральной его части можно выделить: а) мелководный шельф;
б) полуизолированные бассейны-сателлиты в области предбортовых прогибов; в)
приподнятые участки дна, ограничивающие связь основной акватории с
бассейнами-сателлитами в области прибортовых поднятий; г) погруженные
участки прибортовых поднятий (проливы); д) глубоководную фациальную зону и
центр впадины; е) окраинную тупиковую часть, наиболее удаленную от входного
пролива акватории. При этом установлено влияние фациальной зональности на
формирование текстурно-структурных особенностей галитовых зон, их мощностей
и глубин залегания соленосной толщи.
Области мелководного шельфа солеродного бассейна характеризовались
достаточно неустойчивыми гидрохимическими условиями (разрез Дергуновского
месторождения, западной и северо-западной части Приволжской моноклинали),
что проявляется в достаточно быстром росте концентрации рапы сменявшимся
столь же быстрым опреснением, часто доходивший до достаточно длительной
садки сульфата кальция. В краевой части бассейна уменьшается количество
пластов соли, к береговой полосе они постепенно выклиниваются. В удалении от
береговой полосы, в пределах мелководного шельфа строение ритмопачек уже
выдерживается на значительном протяжении. Интервалы сложенные чистым
перистым галитом в этой зоне достигают 200-350 м.
Предбортовые прогибы,
среди которых выделяются волгоградский и
балыклейский образующие, по-видимому, частично изолированные от основной
акватории суббассейны. Волгоградская соль встречается также и в центральной
части впадины. Представлена волгоградская соль почти мономинеральным
галитом. (Писаренко и др., 1983) Мощность волгоградской и балыклейской
ритмопачек колеблется 30 - 450 м.
Существование предбортовых поднятий и разделяющих их погружений
(проливов) не устанавливается однозначно по мощностям сульфатно-карбонатных
пород и каменной соли. На участках палеоподнятий отмечается засульфаченность
разреза в целом: увеличение мощности и количества прослоев ангидрита в
каменной соли, возрастание мощности базальных пластов ритмопачек соленосной
толщи.
Относительно
глубоководная фациальная зона и центр впадины
характеризуется увеличенными мощностями солей и доминированием хлоридных
их разностей. Максимальные мощности хлоридных солей (возможно до 2000 м и
более). Мощность волгоградской соли во впадине достигает 1,5-2 км. (Писаренко,
1982). Галит в этой фации представлен «перистой» текстурой и зернистыми
разностями донного происхождения и галитом высаливания. Как и для прибрежной
мелководной фациальной зоны, здесь для отдельных интервалов времени было
характерно накопление галопелитов.
Окраинной тупиковой частью можно считать южную часть солеродного
бассейна (Валяшко и др., 1980, Фивег, 1977, Тихвинский, 1974), наиболее
удаленную от входного пролива акваторию, характеризующуюся наибольшей
выдержанностью состава слагающих их галогенных отложений. Таким участком
11
являлся район солянокупольной структуры Баскунчак (участки Северный, Южный,
Западный, Вак-Тау). Здесь характерно минимальное развитие в разрезах калийных
солей, отсутствие в парагенезисах кизерита и бишофита.
Третьим фактором является отражение эволюции гидрохимических условий
солеродного бассейна в строении галитовых зон ритмопачек. Интервалы каменной
соли сложенные на галитовой стадии сгущения рапы, наиболее выдержаны по
составу и структурам, т.к. образовались при длительно сохраняющихся
относительно стабильных гидрохимических условиях, когда солеродный бассейн
был практически не расчленен на отдельные акватории.
Эволюция гидрохимии бассейна выражается либо в росте степени сгущения
рапы, либо ее опреснении, что выражается в формировании неполных или полных
циклов галогенеза, а соответственно большей ролью однородных толщ каменной
соли в неполных циклах. Эволюция обуславливается либо общим изменением
состава рапы связанным с меняющимся соотношением притока в проливной части
и испарения в тупиковой части бассейна, либо перетоками между отдельными
частями бассейна.
В шельфовой зоне преобладал поверхностный сток, где периодически
происходило отложение галита, а также и его растворение. Здесь в виду малой
глубины бассейна, существенна роль элементарных ритмов с большой мощностью
ангидритового или пелитового слоя. Глубинная зона характеризуется большой
длительностью всех стадий галогенеза, иногда с выпадением гипсовой стадии. В
близкой к юго-западной тупиковой части солеродного бассейна отложение
каменной соли карпенского цикла происходило в условиях крайне медленного
сгущения рапы. Анализ особенностей формирования галитовых зон для различных
участков западной и северо-западной части солеродного бассейна показывает, что
наиболее мощные горизонты однородных каменных солей формировались в разное
время. В карпенское время – в районе Баскунчакского купола, в волгоградское,
балыклейское, луговское время – в районе предбортовых прогибов Приволжской
моноклинали и северо-западного обрамления впадины, а в пигаревское время – в
районе Эльтонского купола и в Приволжской моноклинали.
Второе защищаемое положение.
Впервые привязка физико-механических свойств основных разностей
каменной соли к литологическим элементам (слоям, пластам, зонам), посредством
выявленной взаимосвязи с их конкретными текстурно-структурными признаками,
была представлена Д.П. Хрущевым в 1987г. на примере девонских галогенных
отложений Днепрово-Донецкой впадины. Позднее Б.К. Лапочкиным и Т.В.
Журавлевой (2000г.) для основных литолого-генетических разновидностей
каменной соли были приведены данные об их физико-механических свойствах:
прочности, плотности, коэффициенте скорости растворения. Однако, наши
исследования показали, что для различных фациальных зон солеродного бассейна,
при определенных особенностях состава рапы и степени перекристаллизации
каменной соли на постседиментационной стадии, образовалось значительно
большее количество текстурных разностей солей, чем представлялось ранее.
Причем нами показана закономерность образования таких разностей и смена их в
разрезе различных ритмопачек. При этом, для предварительной оценки физико12
механических свойств каменной соли нами использовались данные Д.П. Хрущева и
Т.В. Журавлевой как «реперные».
В основе различий всех изученных текстурных типов каменной соли заложены
седиментационные особенности строения элементарных ритмов: сложение
различными генетическими типами галита, распределение в них слойков, линз и
рассеянной примеси ангидрита и терригенного материала, обусловленные:
литолого-фациальной зональностью солеродного бассейна, различиями в его
гидрохимии. Еще большее разнообразие в текстурно-структурных характеристиках
каменной соли (а соответственно и в физико-механических свойствах) связано с
постседиментационными преобразованиями, имеющими отличные масштабы и
направленность в различных геоструктурных элементах впадины.
Диагенетические, катагенетические и гидрокатагенетические изменения в
каменной соли приводят к перекристаллизации галита и ангидрита. При этом у
каменной соли меняется не только структурно-текстурные характеристики, но
уменьшается пористость, насыщенность поровыми растворами и рапой включений,
что в значительной степени может изменять ее физико-механические
характеристики.
Среди структурных типов галита, слагающих каменную соль, всед за М.Г.
Валяшко, О.И. Петриченко, В.А. Вахромеевой, В.М. Ковалевичем, Г.А.
Московским, мы выделяем седиментационные («перистый», «перистый»
шпатовый, шпатовый водяно-прозрачный, мелкозернистый, галит высаливания и
др.), диагенетические разности (галит дорастания), перекристаллизованные
катагенетические и галокинетические.
При диагенезе, как происходит, происходит дорастание «скелетных» и
«лодочковых» разностей минералов до полногранных форм - галитом обрастания
(докристаллизации). (Дубинина, 1954, Вахромеева, 1976). Седиментационные
разности дорастают водяно-прозрачным галитом с редкими жидкими вакуолями
неправильной формы. Процесс дорастания при диагенезе начинается в наддонной
рапе и заканчивается при участии межкристалльных растворов. Определяющими
факторами его протекания является повышенная температура придонных слоев
рапы.
Перекристаллизация при катагенезе, происходит при разрастании
(рекристаллизации) минерала. На стадии катагенеза при высоком давлении
500х1005 Па, и температурах от 120 до 1700 С, возникают условия для процессов
активной перекристаллизации вещества в твердом виде. Значительная часть
жидкости из межзерновых пространств и даже включений в минералах при
катагенезе отжимается в терригенно-карбонатные горизонты, заполняет
трещинные полости в соли или раскристаллизовывается в виде вторичных
минералов. Но степень катагенетической и галокинетической перекристаллизации
галита (и потери им первично-зональной – «перистой» структуры) определяется
относительной
ролью
своеобразных
«брекчиевидных»
разностей
седиментационных текстур (сохраняющихся почти неизменными при катагенезе и,
нередко, при галокинезе), а также положением галитовой зоны в солянокупольных
структурах: в крыльях, или сводовой части соляного ядра.
13
Наибольшие изменения структурно-текстурного облика и соответственно,
физико-механических свойств каменной соли отмечаются на стадии галокинеза.
Например, при перемещении соли в пределах солянокупольных структур
происходят изменения текстур солей и структуры галита, заключающиеся в
переходе шпатового галита (как седиментационного, так и перекристаллизованного
катагенетического) в зернистые разности с флюидальной структурой, которая
характеризуется пониженной прочностью и повышенной проницаемостью. Хрупко
деформированные кристаллы галита приобретают здесь ксеноморфную форму,
носят следы хрупкого скалывания и линейно-выраженную направленность их
удлинений в плоскости напластования каменной соли. У галита существенно
ухудшаются степень связи отдельных зерен, существенно уменьшается и
прочностные характеристики породы. При солянокупольных деформациях
каменная соль теряет рапу, захваченную в межзерновых порах включениях в
минералах, что существенно меняет физико-механические свойства каменной соли.
При этом, в крыльях складок, сохраняются соли с первичными текстурноструктурными признаками. Так, например, каменная соль «перистая» со
значительной ролью ангидрита, образующего своеобразные футляры вокруг галита
встречается в малоизмененном виде и в разрезах соляных ядер большинства
крупных солянокупольных структур в виде так называемой «брекчиевидной»
каменной соли.
Большой интерес, с позиции выбора интервалов пригодных для строительства
полостей, представляют крупные соляные структуры. Однако следует учитывать в
каких частях этих геологических
структур целесообразно строительство
подземных сооружений.
В тупиковых и окраинных частях бассейна в преобразовании облика каменной
соли существенную роль приобретают процессы гидрокатагенеза (в понимании
А.А. Махнача). Гидрокатагенез, устанавливаемый в участках поступления
хлоркальциевых рассолов поступавших, видимо, из подсолевых отложений
приводит к существенной перекристаллизации достаточно больших интервалов
разрезов, сложенных каменной солью, что приводит почти к полной ликвидации
элементарной седиментационной ритмичности. Здесь редко встречаются реликты
седиментационного галита “перистой” структуры, преобладает шпатовая,
перекристаллизованная разность галита.
Рассолы включений и межзерновых пор участвуют в процессах их
диагенетической и катагенетической перекристаллизации. Мигрируя в поле
градиентов температур и давлений перед накоплением в коллекторах или
трещинных полостях, они взаимодействуют с минеральными фазами галогенных
пород (терригенными и карбонатными), приводя их к перекристаллизации.
Выделение текстурно-структурных разновидностей каменной соли связывает
несколько критериев: 1) гидрохимические условия, существовавшие во временном
интервале их образования; 2) положение текстурных разностей пород в разрезах
ритмопачек; 3) положение галогенных разрезов в фациальных зонах солеродного
бассейна; 4) изменение соотношений седиментационных и перекристаллизованных
разностей галита в породе; 5) оценка физико-механических свойств пород.
14
Вышеперечисленный комплекс указанных критериев дает основание для
определенных районов обрамления впадины прогнозировать расположения
участков и интервалов разрезов со значительными мощностями горизонтов
каменной соли однородного состава и предполагать, с какими текстурными
разностями каменной соли придется сталкиваться при проходке скважин.
Третье защищаемое положение.
Проведенные нами исследования по установлению условий формирования и
локализации однородных толщ каменной соли, дополняют критерии оценки
определения их литологической однородности и текстурно-структурных
характеристик, позволяют детализировать
распределение однородных ее
разностей в разрезе и по латерали. Повышается эффективность выбора и оценки
участков и интервалов разрезов, со значительными толщинами однородных
горизонтов каменной соли, рекомендованных для использования при
проектировании подземных резервуаров
Необходимость выполнения подобных исследований соленосных толщ
обусловлена тем, что масштабы строительства камер весьма значительны. В 1997
году ОАО “Газпром” приняло “Концепцию развития пиковых ПХГ в солях на
период 1997-2015 г.г.”. Она предполагает строительство 10 пиковых ПХГ с общим
геометрическим объемом 40 950 тыс. м3 на глубинах от 300 до 1500м.
Выбор объектов для строительства подземных резервуаров в Нижнем
Поволжье определяется размещением промышленных объектов. В Нижневолжском
регионе (Саратовской и Волгоградской областях) сосредоточено значительное
количество промышленных объектов, для которых актуальной задачей является
строительство подземных резервуаров, для хранения нефтепродуктов и
безопасного размещения биологически опасных веществ. Соответственно, большой
экономический и экологический интерес
здесь вызывает выбор разрезов
галогенных отложений пригодных для строительства в них подземных хранилищ.
Для строительства камер в солях важную роль играют глубины залегания, и
толщины горизонтов каменной соли, однородные по составу, текстурным
особенностям и структуре галита. При выборе и оценке участков и интервалов
разрезов, наиболее благоприятных для создания резервуаров в каменной соли до
бурения разведочных скважин, необходимо учитывать комплекс факторов:
а) достаточные мощности галитовых зон ритмопачек, с минимальной ролью в
них карбонатно-сульфатных прослоев (определяемые литолого-фациальной
зональностью бассейна); б) особенности строения разрезов ритмопачек галогенных
отложений (обусловленные элементарной цикличностью, ролью легко
растворимых минералов, сохранностью первично-седиментационных структур); в)
степень катагенетической перекристаллизации и галокинетической деформации
галогенных толщ (зависящие от места положения участков в различных
структурных зонах впадины); г) степень неотектонической активности территории
(прогнозируемая зонами трещиноватости и повышением проницаемости пород); д)
наличие внутрисолевых рассолов, е) успешное решение экологических проблем.
Территориально рассматриваемые участки расположены на значительном
расстоянии друг от друга и представлены несколькими административными
областями
Астраханской,
Самарской,
Саратовской,
Волгоградской.
15
Краснокутский, Сафроновский, Наримановский, Дергуновский
участки - с
моноклинальным залеганием каменной соли и солянокупольные структуры Озинская, Эльтонская, Баскунчакская. Литологические фации этих участков
представлены в полном объеме. В большинстве своем участки достаточно хорошо
исследованы, по многим из них есть первичный керновый материал. По
результатам детального описания текстур каменной соли и структур галита из
образцов керна скважин разрезов разных фациальных зон солеродного бассейна,
нами даны лито-фациальные характеристики горизонтов каменной соли
предложенных участков. Показано, с какими структурными элементами впадины и
интервалами галогенных разрезов связаны горизонты каменной соли с
максимальными толщинами, однородного состава.
Наименьшие значения глубин характерны для прибортовой зоны впадины
(область мелководного шельфа). Глубина соли здесь составляет 300-500 м (скв.
Дергуновская 1). В прибортовой зоне северо-западного обрамления впадины,
глубина
залегания каменной соли составляет около 700 метров (скв.
Краснокутская 1), она увеличивается в направлении бортового уступа до 1600-1800
метров, а за уступом – до 2400 метров. На Приволжской моноклинали глубина
залегания соли изменяется от 700 метров на южной ее части (Сафроновский
участок скв. 2.), до 1000 и более метров в средней части, в скв. Николаевской 2 –
1225-1780 м, а вблизи бортового уступа составляет около 2000 метров.
Оптимальные интервалы развития каменной соли (галитовых зон ритмопачек)
здесь связаны с приволжской, луговской, пигаревской, долинной, хотя в некоторых
разрезах вполне возможно строительство камер и в волгоградской, и в
балыклейской ритмопачках. В линейно-вытянутых антиклинальных структурах,
развитых во внешнем обрамлении самой впадины, минимальные глубины
залегания соляного зеркала составляют 400-600 метров. Для создания полостей
возможно использование интервалов каменной соли в крыльях складок
брахиантиклиналей, при небольшой глубине залегания от 300-400 до 600-800м, с
толщинами (50-200м) и подверженных наименьшим тектоническим движениям. В
пределах внутренней зоны развития полно развитых соляных куполов глубины
залегания интервалов каменной соли, пригодных для строительства камер,
составляют: на Эльтонском куполе 400-500 метров. На Южном участке
Баскунчакской солянокупольной структуры кровля однородной по составу и
текстуре каменной соли в скв. 600 находится на глубине 306 метров. Предлагаемые
интервалы толщиной (70-540м и 250-370м) соответственно. Глубина залегания
соляного зеркала в межкупольных мульдах достигает 5,5-6,5км и более, тогда как
кровля соли в ядрах куполов поднята до 800 –600 метров.
Опыт сооружения подземных камер показывает, что оптимальная мощность
однородного пласта каменной соли должна составлять 100-130м, хотя возможно их
размещение в солях и при существенно меньших мощностях (но не менее 40м).
(Будзуляк Б.В. и др., 1995, Врачев В.В. и др., 2000, Гофман-Захаров П.М. , 1973,
Малюков В.П. и др. 1995). Как правило, глубина заложения камер изменяются от
500 до 1500м, в редких случаях до 3000м.
Принимая во внимание в первую очередь, наибольшие мощности галитовых
зон ритмопачек, однородность состава и наименьшую глубину залегания каменной
16
соли, впервые рекомендованы галогенные разрезы во впадине и ее обрамлении, с
наиболее благоприятными интервалами, сформированными из рапы начальной
галитовой стадии сгущения, в волгоградской, приволжской, луговской,
пигаревской, долинной ритмопачках, и пригодные для депонирования.
Заключение. Основные научные и практические результаты диссертационной
работы сводятся к следующему:
1. Критерием оценки пластов каменной соли, пригодных для использования в
качестве депонирующей среды, является распространение в регионе полных
ритмов галогенеза, с пониженным содержанием пород заключительных стадий, со
специфическими особенностями, текстурных разностей каменной соли,
сформированной при длительных, стабильных условиях (с максимальными
толщинами элементарных ритмов при минимальной роли ангидритовых слойков).
2. Изменения структур галита и текстур каменной соли на
постседиментационной истории носят закономерный характер и зависят от
степени, направленности и соотношения постседиментационных процессов
(катагенеза, галокинеза, гипергенеза) и положения разреза в современной
структуре впадины.
3. Сохранность первичных структур и текстур каменной соли определяется
как положением разрезов в современных структурных зонах впадины, так и в
значительной степени, первичным составом и текстурой каменной соли.
Наибольшей сохранностью обладают: брекчиевидная, перистая, крупнозернистая
разности каменной соли, обладающие наиболее стабильными физикомеханическими характеристиками.
4. Согласно разработанным критериям, наиболее пригодными для
использования в качестве депонирующей среды являются: гигантозернистая,
шпатовая крупнозернистая, брекчиевидная, перистая разности солей, слагающие
как солянокупольные, так и моноклинально залегающие толщи галогенных пород.
5. Наиболее благоприятными участками и интервалами разрезов, для
строительства камер в солях, являются удаленные районы шельфа северозападного обрамления Прикаспийской впадины (Самарская и частично
Саратовская области), где установлены горизонты чистой каменной соли,
залегающие на относительно небольших глубинах с мощностью более 30-50м. В
Приволжской моноклинали в толщах солей наилучшие условия наблюдаются в
пределах прибортовых прогибов, на границах бассейнов-сателлитов, а также в
краевых частях западного и восточного крыла предбортового прогиба.
6. Рекомендуются участки и интервалы разрезов волгоградской, приволжской,
луговской, пигаревской, долинной ритмопачек, с весьма однородными по составу и
структурно-текстурным особенностям пластами каменной соли.
Разработанные автором критерии позволяют делать прогноз текстурных
характеристик пластов каменной соли для разрезов галогенных отложений,
расположенных в различных, структурных зонах Прикаспийской впадины и ее
обрамления и рекомендовать их для использования при проектировании
подземных резервуаров.
17
Список основных работ по теме диссертации
1. Московский Г.А., Музалевская Л.В., Свидзинский С.А. Особенности
формирования элементарных седиментационных ритмов каменной соли в
фациальных зонах пермского солеродного бассейна Прикаспия // Литология и
полезные ископаемые. 2008 . № 1. С. 63-73
2. Московский Г.А., Музалевская Л.В. Гидрохимия начальных фаз галитовой
стадии галогенеза (кунгурский солеродный бассейн) // «Геологические науки-99»
Избранные труды межведомственной научной конференции. Саратов: изд-во
ГосУНЦ “Колледж”. 1999. С. 43-47.
3. Московский Г.А., Анисимов Л.А., Музалевская Л.В. Цикличность
раннепермского галогенеза в Прикаспийском солеродном бассейне // Тезисы
докладов международной конференции. Соликамск. 2000. С. 163-166.
4. Музалевская Л.В., Московский Г.А. Основные черты катагенеза
кунгурских галогенных отложений Прикаспийской впадины // «Геологические
науки–2000» Материалы научной межведомственной конференции. Саратов: издво СГУ. 2000. С. 54.
5. Музалевская Л.В. Галогенные отложения северо-запада Прикаспийской
впадины как депонирующая среда для отходов и продуктов // Геологические,
геофизические и геохимические исследования юга-востока Русской плиты.
Материалы научной межведомственной конференции. Саратов: изд-во СО ЕАГО.
2001. С. 35.
6. Музалевская Л.В., Московский Г.А. О литолого-генетической
классификации каменной соли // Проблемы геологии Европейской России. Тезисы
докладов Всероссийской научно-практической конференции, к 120-летию со дня
рождения Б.А. Можаровского. Саратов: изд-во «Научная книга». 2002. С. 37.
7. Музалевская Л.В. Районирование территории северо-западной части
Прикаспийской впадины по составу, условиям залегания и генезису галитовых зон
ритмопачек пермских галогенных разрезов как потенциальных объектов для
создания ПХГ // Стратегия развития минерально-сырьевого комплекса
Приволжского и Южного федерального округов на 2005 и последующие годы.
Тезисы докладов научно-практической региональной конференции Саратов: издво СО ЕАГО, 2005. С. 71.
8. Музалевская Л.В., Московский Г.А. Районирование соленосных отложений
северо-запада Прикаспия, как потенциальных объектов для хранения нефти, газа и
промышленных отходов // Недра Поволжья и Прикаспия. Саратов: изд-во НВ НИИ
ГГ. 2006. Вып. 46. С. 41-47.
9.
Музалевская Л.В., Московский
Г.А. Особенности формирования
элементарных седиментационных ритмов каменной соли в фациальных зонах
пермского солеродного бассейна Прикаспия // Геодинамика, минералогия,
геохимические и геофизические методы поиска и разведки полезных ископаемых.
Материалы научной межведомственной конференции Саратов: изд-во СГУ. 2007. С
12-13.
18
Музалевская Лилия Владимировна
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ
ОСНОВНЫХ ТЕКСТУРНЫХ РАЗНОСТЕЙ КАМЕННОЙ СОЛИ
ИЗ ГАЛОГЕННЫХ РАЗРЕЗОВ КУНГУРА
(ЗАПАДНОЕ И СЕВЕРО-ЗАПАДНОЕ ОБРАМЛЕНИЕ ПРИКАСПИЙСКОЙ ВПАДИНЫ)
Специальность: 25.00.01. – общая и региональная геология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата геолого-минералогических наук
Подписано в печать 2.09.09
Печать офсетная. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс
Формат 60х84. Усл.-печ. л.1. Уч.-изд. л. 1
Тираж 100 экз. Заказ ………
Отпечатано с готового оригинал-макета
Типография Саратовского государственного университета
Им. Н.Г. Чернышевского
410012 г. Саратов, ул. Большая Казачья, д. 112 а
Тел: (8452) 27-33-85
19