CC BY
38
_ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА_
2016 Геология Вып. 4 (33)
ГИДРОГЕОЛОГИЯ
УДК 556.3:553.98(07)
Особенности гидросферы нефтегазоносной Бузулукской впадины Оренбуржья
А.Я. Гаева Ь, Е.Б. Савиловаь, О.Н. Маликовас
аОренбургский научный центр УрО РАН, 460000, Оренбург, ул. Пионерская, 11. E-mail: [email protected]
ьИнститут экологических проблем гидросферы при Оренбургском государственном университете, 460018, пр. Победы, 13 E -mail: [email protected]
сТюменский индустриальный университет, Институт транспорта, 625039, Тюмень, ул. Мельникайте, 72, каб. 301. E -mail: [email protected]
(Статья поступила в редакцию 29 апреля 2016 г.)
Ресурсы дефицитных пресных подземных вод в регионе сосредоточены в приречных зонах, где трещиноватость пород благодаря неотектонике обновляется и подземные воды накапливаются в аллювии и в трещинных зонах подстилающих пород. Эта трещиноватость не затухает под речными долинами, проявляясь в глубоких горизонтах земной коры повышенной водопроводимостью пород и значительными удельными дебитами глубоких скважин. В качестве технической воды нефтепромыслов вместо дефицитных пресных можно использовать соленые воды и рассолы.
Ключевые слова: гидросфера, неотектоника, трещиноватость, пресные воды, водообмен. DOI: 10.17072/psu.geol.33.18
Общие сведения о регионе и его проблемах
Бузулукская впадина находится на юго-востоке Восточно-Европейской
платформы и приурочена к западной части Оренбуржья и частично к соседнему региону (рис. 1) [5].
На схеме гидрогеологического районирования показаны основные гидрогеологические структуры и реки региона (рис. 2). С середины прошлого века здесь ведутся геологические и гидрогеологические съемки масштаба 1:200000, а также проводятся другие исследования. По центральной части Бузулукской впадины с
учетом гидрогеологической стратификации разреза ВСЕГИНГЕО построены гидрогеологические карты и схемы с характеристикой водоносных комплексов зон активного (выше водоупора казанского возраста), замедленного и весьма затрудненного водообмена [6, 8]. Гидрогеологические параметры выбраны нами с учетом ранее выявленных закономерностей формирования подземных вод региона [7, 9]. Регион относится к зоне недостаточного увлажнения с величиной испарения вдвое выше количества осадков. Водный дефицит тормозит его социально-экономическое развитие и создает трудности при нефтедобыче.
© Гаев А.Я., Савилова Е.Б., Маликова О.Н., 2016
18
Рис. 1. Обзорная карта района исследований. Границы: 1 - Бузулукской впадины; 2 -Оренбургской области и регионов России; 3 - России с Казахстаном
Рис.2. Схема гидрогеологического районирования Оренбуржья и сопредельных районов [3]. Границы: а - крупнейших надпорядковых гидрогеологических структур Русской платформы с Волго-Камским (I), Прикаспийским артезианскими бассейнами (III) и Уральской гидрогеологической складчатой областью (II); б - Волго-Камского и Прикаспийского артезианских бассейнов; в - артезианских бассейнов, сводов и моноклиналей более высокого порядка; г - Камско-Кинельской системы палеоартезианских бассейнов; д - Бузулукской впадины. Артезианские своды: I-1 - Токмовский, I-2 - Кукморский, I-3 - Башкирский, I-4 - Альметьевско-Белебеевский, I-5 - Жигулевско-Пугачевский, I-6 - Оренбургский, I-7 - Прибортовой Прикаспийский. Артезианские бассейны более высокого порядка: I-8 - Мелекесский, I-9 - Благовещенский, I-10 -Юрюзано-Сылвенский, I-11 - Серноводско-Абдуллинский, I-12 - Бузулукский, I-13 - Бельский, I-14 - Юго-Восточно-Русская артезианская моноклиналь
Основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения служат воды аллювиального водоносного горизонта. Они используются пока и для поддержания пластового давления на нефтепромыслах. Но дефицит пресных вод выдвигает задачи не только по уточнению ресурсов пресных вод, но и по оценке ресурсов соленых вод и рассолов, которыми необходимо заменить пресные воды при техническом водоснабжении нефтепромыслов. Для решения этих задач нами систематизирована информация о гидрогеологических параметрах: мощности водоносных горизонтов и комплексов по глубинам залегания уровня подземных вод, их напорам и дебитам, химическому составу и коэффициентам фильтрации пород, их водопроводимости и пьезопровод-ности. Для оценки интенсивности подземного стока нами использованы и генерализованы данные других авторов [5, 6].
Н.А. и А.А. Донецковыми прогнозные ресурсы соленых вод и рассолов в регионе оценены совместно для зон замедленного и весьма затрудненного водообмена. Построены карта прогнозных ресурсов вод масштаба 1:200 000 и схематическая карта водопроводимости пород. Рассолы зоны весьма затрудненного водообмена охарактеризованы комплексом карт, отражающих параметры их динамики и химизма в масштабе 1:500 000. По нескольким водоносным комплексам указанными авторами построена одна карта прогнозных ресурсов рассолов в масштабе 1:200 000. На картах даны приведенные статические уровни вод, их температура, коэффициенты водопроводимости и эффективной мощности пород, глубины залегания кровли и подошвы водоносных комплексов и дебиты скважин. На картах прогнозных ресурсов вод зон активного и замедленного водообмена даны модули среднемноголетнего притока подземных вод в реки в летне-осеннюю межень. Путем решения гидродинамической задачи первого рода оценены ресурсы рассолов зоны весьма затрудненного водообмена
по максимальной производительности скважин. Учтены данные и по поисково-разведочным скважинам.
Анализ ситуации
Построена схема бассейнов водного стока исследуемых районов, на основе имеющихся данных (рис. 3). В зоне активного водообмена выделены бассейны стока [1, 3]. На схеме учтены данные по водозаборным скважинам и результаты наземных и дистанционных методов исследования с применением многоцелевых авиазондов, оснащенных аппаратурой в тепловом, оптическом, инфракрасном, рентгеновском и радиоволновых диапазонах. Цветные синтезированные карты масштаба 1:40000 - 1:1000000 позволяют уточнить условия формирования природных вод, состояние лесных сообществ, почв, сельхозугодий, техногенных объектов и систематизировать информацию об источниках загрязнения природных вод и окружающей среды.
Охарактеризованы применяемые технологии, реагенты, очистные сооружения, отходы и сточные воды каждого предприятия. Воды загрязняются хлором, серой, азотом, углеродом, а также натрием, кальцием, магнием и тяжелыми металлами. Нефтепродукты мигрируют в водных потоках на сотни километров от их источников. Техногенные объекты загрязняют природные воды и подтапливают территорию. Так, в селе Пронькино Сорочин-ского района подтопление и загрязнение водоемов произошли в связи с необоснованным строительством водохранилища выше по течению от села и дамбы через речку в самом селе. Были подтоплены подвалы домов и загрязнены источники водоснабжения населения соединениями азота, тяжелыми металлами и нефтепродуктами.
Дешифрированием аэрокосмоснимков выделены морфоструктуры, соответствующие тектонически ослабленным приречным зонам. При помощи модуля подземного стока пресных вод по данным более
чем 300 водозаборных скважин установлено, что интенсивность их стока в приречных зонах значительно выше, чем на водоразделах и склонах долин (рис.3).
Рис. 3. Бассейны водного стока Бузулукской впадины и сопредельных районов. Макробассейны: I - Уральский; II - Волжский; III - Камский. Мезобассейны: 1.1 - Чаганский;
1.2 — Иртекский; 1.3 - Киндерлинский; 1.4 -Сакмарский; 1.5 — Черновской; 1.6 - Урало
- Донгузский; 1.7 - Илекский; 2.1 - Бугурус-ланский; 2.2 - Боровский; 2.3 — Токский; 2.4
- Бузулукский; 2.5 — Мало-Уранский; 2.6 -Большой Уранский; 2.7 — ВерхнеСамарский; 3.1 - Кандызский; 3.2 - мезо-бассейн Дёмы
Именно здесь формируются зоны сосредоточения подземных вод [2] с повышенной интенсивностью стока (табл. 1, рис. 4). Например, в Токском мезобас-сейне он в 35 раз выше в приречных зонах, чем на водоразделах, в Боровском и Мало-Уранском - в 5 раз и более. А в ме-зобассейне Демы эта разница составляет всего 1,5 раза, что обусловлено спокойным неотектоническим режимом бассейна. С активизацией поднятий обновляется тектоническая трещиноватость в этих зонах и растет их водоносность.
В нашем регионе водосборы сложены верхнепермскими, фациально-невыдер-жанными, слабопроницаемыми породами. Миграционная способность растворенного вещества в них обычно меньше подвижности воды-растворителя, поэтому возникают эффект градиента химического потенциала и механизм осмотического течения [4, 10, 11].
Таблица 1. Интенсивность подземного стока в разных бассейнах
Мезобассейны стока Зоны Удельный дебит, л/сек-м с км2
Максимальный Минимальный Средний
Кандызский Приречные 3,1 0,03 1,07
Водораздельные 1,7 0,045 0,5805
Демы Приречные 0,67 0,09 0,38
Водораздельные 0,367 0,07 0,22
Бугурусланский Приречные 13,33 0,4 1,523
Водораздельные 3,0 0,01 0,379
Боровской Приречные 6,67 0,05 1,39
Водораздельные 4,08 0,05 0,168
Токский Приречные 25,0 0,05 2,513
Водораздельные 0,16 0,01 0,07
Бузулукский Приречные 7,0 0,06 1,14
Водораздельные 2,7 002 0,607
Мало-Уранский Приречные 2,5 0,01 0,727
Водораздельные 0,106 0,01 0,147
Таблица 2. Площади с повышенной водопроводимостью и дебитом скважин в визейско-нижнемосковском терригенно-карбонатном водоносном комплексе, приуроченные к приречным зонам
Разведочная площадь Интервал отбора, м (абсолютная отметка) Эффективная мощность водоносного комплекса Водопроводи-мость, м2/сут Дебит, м3/сут
Воронцовская 1705-2683 246 63,98 -
Ероховская 1710-2645 243 65,95 -
Новоселовская 1708-2645 223 112,34 31,21
Покровская 1633-2290 221 82,88 32,3
Никифоровская 1812-2510 161 107,55 23,8
Пронькинская 1664-2338 192 39,17 -
Родинская 1632-2292 193 84,53 50,4
Погромненская 1838-2570 158 - 30,0
Скоковская 1648-2297 190 39,33 -
Никольская 1633-2300 188 50,57 26,2
Солоновская 1657-2286 190 21,28 53,5
Смоляная 1674-2292 162 35,48 -
Казанская 2050-2743 147 41,01 -
Веселовская 1705-2344 162 - 64,3
Боголюбовская 1685-2331 162 35,80 -
Рис. 4. Схематическая карта приречного и водораздельно-склонового водного стока с территории Бузулукской впадины и сопредельных районов. Зоны: 1 - приречные (1) и водораздельно-склоновые (2). Границы: 3 -макробассейнов стока; 4 - мезобассейнов; 5 - Бузулукской впадины. Водозаборные скважины с удельным дебитом: 6 - повы-
шенным (Д > 0,3 л/секм); 7 — пониженным (Д < 0,3 л/секм). Обозначения макро- и мезобассейнов стока см. на рис. 3
1 1 /
° / - \Ю5лтубановский *^*.свка
БУЗУЛУ0\( -—т _ 0\ \ -Ц^ешановЪ^. \
Курмдоаевка кГ)^ у^ТЧ
г>
Сорочинск ШФОЗ^ /
ГФ1-1ГФ1-2 ГЖ1-ЗГФ1-4Г^1-5 и
Рис. 5. Фрагмент карты гидродинамических параметров глубоких водоносных горизонтов в восточной части Бузулукской впадины. 1 -параметры: слева - водопроводимость, м2/сут; справа - дебит, м3/сут; 2 - значения: водопроводимости 10^30 м2/сут; дебита -10-30 м3/сут. 3 - значения: водопроводимости 30^50 м2/сут; дебита - 30-50 м3/сут. 4 -значения: водопроводимости > 50 м2/сут; дебита - > 50 м3/сут. Границы: 5 -Бузулукской впадины; 6 - тектонических нарушений
Таблица 3. Площади с повышенной водопроводимостью и дебитом скважин в среднефранско-турнейском карбонатном водоносном комплексе, приуроченные к приречным зонам
Разведочная пло- Интервал отбо- Эффективная Водопроводи- Дебит,
щадь ра, м (абсолютная отметка) мощность водоносного комплекса мость, м2/сут м3/сут
Покровская 2290-3098 120 50,16 44,6
Родинская 2292-3163 143 93,67 41,3
Погромненская 2570-3396 121 37,15 -
Шулаевская 2557-3445 121 - 38,0
Скоковская 2970-3190 143 - 39,6
Солоновская 2286-3078 138 - 34,6
Ивановская 1900-2657 120 - 37,8
Ольховская 2342-3105 120 25,32 34,3
■ * у Ч / /
/ / 1 у ¿ / j / 4 -уф
Рис. 6. Карта-схема новейшей тектоники Южного Предуралья (по А.П. Сигову, с уточнениями авторов). Геоморфологические районы: I. Русская равнина. I-А -приподнятая денудационная равнина: IAi -Приволжской возвышенности, IA2 -Бугульминско-Белебеевской возвышенности, 1Аз - Общего Сырта. 1Б - континентально-морская аккумулятивная равнина. II -Уральские горные сооружения. Границы: 1а -геоморфологических регионов, 1б -геоморфологических районов; 2 - Бузулукской впадины; 3 - тектонических нарушений: а -соответствующих приречным зонам крупных рек, б - соответствующих приречным зонам их притоков; 4а - Оренбургской области и регионов России, 4б - России с Казахстаном; 5 - изолинии амплитуд новейших поднятий
Это хорошо проявляется на юге Бузулукской впадины, где модули подземного стока на приподнятом правобережье Урала в 3^5 раз выше, чем на равнинном левобережье из-за различного неотектонического режима. Трещиноватость пород, неотектонически обновленная, не затухает под речными долинами и фиксируется в глубоких скважинах повышенной водо-проводимостью пород и водопритоками (рис. 5, табл. 2 и 3). Выявленные нами закономерности необходимо учитывать на неотектонических картах (рис. 6).
Выводы
1. Ресурсы пресных подземных вод в регионе сосредоточены в приречных зонах, где трещиноватость пород обновлена и воды накапливаются вниз по потоку с увеличением водосборной площади. Интенсивность подземного стока в приречных зонах значительно выше, чем на водосборах и их склонах.
2. Дефицит пресных вод создает трудности в социально-экономическом развитии региона и требует отказа от их технического использования при нефтедобыче. По техническим условиям пресные воды в системах заводнения залежей углеводородов можно заменить на соленые воды и рассолы зон замедленного и затрудненного водообмена.
3. Приречная трещиноватость пород не затухает в зоне активного водообмена,
проявляясь в глубоких горизонтах земной коры, что фиксируется в глубоких скважинах повышенными значениями водо-проводимости пород и удельных дебитов скважин. Это свидетельствует о возможности получения достаточных по количеству ресурсов соленых вод и рассолов для замены пресных вод в системах заводнения месторождений нефти и газа.
Библиографический список
1. Атлас Оренбургской области / Федераль-
ная служба геодезии и картографии России; под ред. Г.А. Русскина. М., 1992. 40 с.
2. Буданов Н.Д. Гидрогеология Урала. М.: Наука, 1964. 304 с.
3. Гаев А.Я. Гидрогеохимия Урала и вопро-
сы охраны подземных вод. Свердловск: Изд-во Урал. ун-та, 1989. 368 с.
4. Гаррелс Р.М., Крайст Ч.Л. Растворы, ми-
нералы, равновесия. М.: Мир, 1968. 368 с.
5. Гидрогеология СССР. Том XLIII. Оренбургская область. М.: Недра, 1972. 162 с.
6. Донецкова А.А., Клейменова И.Е., Белико-
ва Н.Г. Оценка экологического состояния окружающей природной среды перед началом намечаемой деятельности // Материалы VII Всерос. науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России»
/ РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина. М., 2007. С. 460-461.
7. Методические рекомендации по состав-
лению карт оценки и прогноза экологического состояния геологической среды масштабов 1:100000 - 1:200000, 1:500000 - 1:1000000 / В.Н. Островский, Л.А. Островский, В.В. Куренной; ВСЕГИНГЕО. М., 2002. 67 с.
8. Гацков В.Г., Козлов Н.Ф., Лукиных Э.Н., Межебовский И.В., Донецкова А.А., Пампушка А.М., Петрова Н.А., Тарабо-рин Д.Г., Новикова Н.В. Системы мониторинга окружающей среды и недр нефтегазоносных территорий / под ред. В.Г. Гацкова, Н.Ф. Козлова. Оренбург: Оренбург. кн. изд-во, 2011. 144 с. /
9. Требования к геолого-экологическим исследованиям и картографированию масштаба 1:1000000, 1:500000, 1:200000, 1:100000, 1:50000, 1:25000: в 3 кн. / МИНГЕО СССР, ВСЕГИНГЕО. М., 1990. 236 с.
10. Anderson G.M. Thermodynamics of natural systems. New York.: John Wiley and Jons, 1996. 24 p.
11. Jacobsen J.S. Carnahan C.L. Coupled Transport Processes in Semi permeable Media. Analytical Solutions of the Linearized Governing Equations. Report of Lawrence Berkeley Laboratory, LBL 24725, UC 403, 1990. 22 p.
Characteristics of Hydrosphere of the Oil and Gas Bearing Buzuluk Depression of Orenburzhye
A.Y. Gayeva b, E.B. Savilova b, O.N. Malikovac
a Department of Geoecology of Orenburg Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 11 Pionerskaya Str., Orenburg 460000, Russia. E-mail: [email protected]
b Institute of Ecological Problems of the Hydrosphere at Orenburg State University, 13 Pobedy Ave., Orenburg 460018, Russia E-mail: [email protected]
cTyumen Industrial University, Transport Institute, 72 Melnikaite Str., Of. 301, Tyumen 625039, Russia. E-mail: [email protected]
The main resources of fresh groundwater in the region are concentrated in the watershed areas, where the aquifers are presented by alluvium and fractured bedrock. Often this zone of fractured rock is not limited by the river bed area but extends to the
depth and the aquifers of high permeability and discharge were encountered in the deep water wells. Instead of fresh water, the salt waters and brine may be used for technical purposes at the oil and gas fields.
Key words: hydrosphere; neotectonics; updated fracturing; fresh water; water exchange.
References
1. Atlas Orenburgskoy oblasti [Atlas of the Orenburg region]. Federalnaya sluzhba ge-odezii i kartografii Rossii, Moskva, 1992.
2. Budanov N.D. 1964. Gidrogeologiya Urala
[Hydrogeology of the Urals]. Nauka, Moskva, p. 304. (in Russian)
3. Gaev A.Ya. 1989. Gidrogeokhimiya Urala i
voprosy okhrany podzemnykh vod [Hydro-geochemistry of Urals and the protection of groundwater]. Izd-vo Ural. Univ., Sverdlovsk, p. 368. (in Russian)
4. Garrels R.M., Christ C.L. 1965. Solutions, minerals, and equilibria. Harper and Row, New York, p. 450.
5. Gidrogeologiya SSSR [Hydrogeology of the
USSR ]. Tom XLIII. Orenburgskaya ob-last'. Nedra, Moskva, 1972, p. 162. (in Russian)
6. Donetskova, A.A., Kleymenova I.E., Belikova
N.G. 2007. Otsenka ekologicheskogo sos-toyaniya okruzhayushchey prirodnoy sredy pered nachalom namechaemoy deyatelnosti [The ecological rating of the natural environment before the proposed development]. Proc. VII Vseros. nauchn.-tekhn. konf. Ak-tualnye problemy sostoyaniya i razvitiya neftegazovogo kompleksa Rossii. RGU nefti i gaza im. I. M. Gubkina, Moskva, pp. 460-461. (in Russian)
7. Metodicheskie rekomendatsii po sostavleni-
yu kart otsenki i prognoza ekologicheskogo
sostoyaniya geologicheskoy sredy massht-abov 1:100000 - 1:200000, 1:500000 -1:1000000 [Guidelines on methodology of mapping for assessment and forecasting the ecological state of geological environment of scale 1:100000 - 1:200000, 1:500000 -1:1000000]. VSEGINGEO, Moskva, 2002, p. 67. (in Russian)
8. Sistemy monitoringa okruzhayushchey sredy
i nedr neftegazonosnykh territoriy [Systems of monitoring of environment and subsurface of oil and gas areas]. Orenburgskoe kn. izd., Orenburg, 2011, p. 144. (in Russian)
9. Trebovaniya k geologo-ekologicheskim is-sledovaniyam i kartografirovaniyu massht-aba 1:1000000, 1:500000, 1:200000, 1:100000, 1:50000, 1:25000 [Requirements for geological and environmental studies and mapping in scale 1: 1,000,000 and 1: 500,000, 1: 200,000, 1: 100,000, 1: 50,000, 1: 25,000]. V. 3, VSEGINGEO. Moskva, 1990, p. 236. (in Russian)
10. Anderson G.M. 1996. Thermodynamics of natural systems. John Wiley and Jons, New York.
11. Jacobsen J.S. Carnahan C.L. 1990. Coupled Transport Processes in Semi permeable Media. Analytical Solutions of the Linearized Governing Equations. Report of Lawrence Berkeley Laboratory, LBL 24725, UC 403, 1990. p. 22.
