книги из ГПНТБ / Горбушина, Л. В. Радиоактивные и стабильные изотопы в геологии и гидрогеологии

значение фактора сохранности (/=0,40) на структуре Газли, наименьшее — на структуре Учкыр (/=0,01). Наибольшее значение фактора сохранности у сеноманского горизонта в структуре Газли показывает, что этот горизонт в пределах данной структуры обладает свойствами хорошей покрышки.

Для более надежного выявления качества покрышек сле­ дует использовать и данные по изотопному составу подзем­ ных вод, так как по этим сведениям можно выяснить неодно­ родность генетического состава подземных вод.

Т а б л и ц а 23

Фактор сохранности н концентрация дейтерия в водах сеноманского комплекса Бухаро-Каршннского

бассейна

же комплекса пород — сеномана (Бухаро-Каршинскнй бас­ сейн). Из таблицы видно, что концентрации дейтерия в водах обеих структур примерно равны, а фактор сохранности в структуре Шурчи в три раза меньше. Это говорит о нарушенностп сеноманской кровли в структуре Шурчи, где действи­ тельно имеются ослабленные зоны н разломы.

При оценке качества покрышки можно использовать дан­ ные по эффективному возрасту подземных вод. Очевидно, что чем больше возраст подземных вод в пласте, тем выше сте­ пень их изоляции.

В качестве примера приведем значение эффективного воз­ раста вод, коэффициента застойности и концентрации дейте­ рия для верхнемелового комплекса некоторых структур Буха- ро-Каршинского бассейна (табл. 24). Пределы изменения ко-

Т а б л и ц а 24

Возраст, коэффициент застойности и концентрация дейтерия в водах верхнемелового водоносного комплекса

Зозраст вод, Коэффициент Концентрация Поднятие млн. лет застойности дейтерия,

отн. ед.

80

эффнциента застойности в разных поднятиях одного и того же комплекса довольно велйки. Его наименьшие значения со­ ответствуют наиболее раскрытым структурам. Водоносный комплекс, приуроченный к юрским отложениям этого бассей­ на, отличающийся высокой степенью застойности, имеет зна­ чение k 3 = 0,84.

На рис. 14 приведен график зависимости доли нефтегазо­ вых залежей в данной толще от коэффициента застойности. График построен по данным анализа большого (около 40) числа структур и приуроченных к ним (или отсутствующих)

Рис. 14. Изменение доли нефтегазовых место­ рождений всех изученных площадей в за­ висимости от коэффициента застойности.

нефтегазовых залежей. Из рисунка видно, что в горизонтах с высоким значением коэффициента застойности месторождения нефти п газа встречаются чаще, чем в горизонтах с низким значением. Следовательно, этот коэффициент полезен как один из прогнозных показателей при поисках месторождений нефти н газа.

Для оценки перспектив нефтегазоносное™ района целе­ сообразно также использовать данные о распределении ра­ диоактивных элементов (урана, радия) в водах. Эти данные позволяют определить направление подземных вод; обнару­ жить наиболее застойные и древние водонапорные комплексы, а следовательно, выделить в пределах водонапорных комплек­ сов локальные, наиболее застойные участки, к которым могут быть приурочены месторождения нефти и газа.

Известно, что наличие урана и радия в водах, связанное с процессами выщелачивания радиоактивных элементов из пород, обусловлено влиянием таких факторов, как состав от­ ложений, форма нахождения в них радиоактивных элемен­ тов и химический состав, pH и Eh, самих вод. Воды гидро- карбонатно-натриевые, обладающие высоким окислительновосстановительным потенциалом, характеризуются относи­ тельно повышенным количеством урана (п • 10-5—п •10_6г/д); воды хлоридно-натриево-кальциевые с низкими значениями окислительно-восстановительного потенциала и относительно большим количеством органического вещества содержат уран

6 Заказ 5957

82

на, что присуще, как правило, застойным водам глубоких го­ ризонтов с восстановительной обстановкой, типичной для нефтегазовых провинций. Это подтверждается высокими зна­ чениями концентраций изотопов 180 и D, что возможно при отсутствии влияния на данный водоносный комплекс совре­ менных инфильтрационных вод. Следовательно, рассматрива­ емые воды можно считать седиментационными. В таких водах вполне возможны процессы образования нефти и газа. С дру­ гой стороны, это подтверждается и числом циклов инфильтрационного водообмена (по А. А. Карцеву), которое здесь минимально. Возраст вод в большинстве случаев превышает 100 млн. лет (при возрасте пород 140 млн. лет), вследствие чего коэффициент застойности близок к единице (0,84), что также указывает на значительную застойность вод юрского комплекса.

Данные по юрскому водоносному комплексу показывают, что условия для сохранения скоплений углеводородов в нем наиболее благоприятны почти на всей описываемой террито­ рии. Исключением являются зоны интенсивной разгрузки в вышележащие отложения, когда в результате вертикальной миграции углеводородов образуются залежи в меловых отло­ жениях (Газли, Ташкудук, Шуртепе). В юрских же отложе­ ниях этой зоны залежи почти не встречаются.

Воды нижнемелового водоносного комплекса несколько отличаются по радиогидрохимическим показателям от юрско­

раст пород. ПО млн. лет). Коэффициент застойности равен 0,75. Это указывает на то, что в воды нижнемелового ком­ плекса частично внедряются современные инфильтрационные воды со стороны Гиссаро-Зеравшанской горной системы. Тем не менее нижнемеловые отложения в общем благоприят­ ны для формирования в них месторождений нефти и газа, особенно в северо-западном районе бассейна (Мешеклинское, Яигиказганское, Газлинское поднятие). Здесь сохраняются более застойные условия, чем в восточной части, где проис­ ходит внедрение современных инфильтрационных вод. Это подтверждается увеличением концентрации дейтерия и 180 на северо-западе бассейна, а также возрастанием коэффициента застойности, который достигает здесь максимальных значе­ ний (до 1,0).

Отсутствие изолирующей верхнеюрской гипсо-ангидрито­ вой толщи в этом районе также, по всей вероятности, способ­ ствует проникновению углеводородов в нижнемеловые отло­ жения.

Наименее перспективны на нефтегазоносность мезозойской толщи отложения сеномана и верхнего альба, что связано с

гидродинамической активностью подземных вод этих горизон­ тов. Подтверждением служат данные по коэффициенту за­ стойности вод (в среднем 0,46), а также более низкие содер­ жания радия, дейтерия, 6lsO. В этих водах отмечены повы­ шенные отношения изотопов урана. Возраст вод, приурочен­ ных к сеноман-альбскому комплексу, изменяется от 1,0 до 50—60 и более млн. лет (возраст пород 90— 100 млн. лет). Заметное увеличение возраста вод происходило с юго-восто­ ка на северо-запад, по направлению движения вод. Поэтому северо-западные районы бассейна для комплекса пород Сп и Сг2 следует считать наиболее перспективными на нефть и газ.

Результаты анализа поведения радиоактивных, радиоген­ ных и стабильных изотопов в водоносных комплексах Буха- ро-Каршинского артезианского бассейна согласуются и уточ­ няют гидрохимические и палеогидрогеологические данные. Следовательно, рассмотренный комплекс изотопных показате­ лей полезен при оценке перспектив района на месторожде­ ния нефти и газа.

Г Л А В А 5

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ ИЗОТОПНЫХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ ПРИ ПРОГНОЗИРОВАНИИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

Разработка надежных методов прогнозирования землетря­ сений— одна из актуальных проблем сейсмологии. Успешно­ му решению этой чрезвычайно сложной проблемы способству­ ет выявление новых показателей, отражающих напряженное состояние горных пород в областях возможных очагов земле­ трясения.

По словам председателя Совета по сейсмологии и сейсмо­ стойкому строительству, член-корреспондента Академии на­ ук СССР Е. Ф. Саваренского, «до сих пор мет полной ясно­ сти, какие именно конкретные процессы вызывают землетря­ сение. С достаточной уверенностью можно лишь считать, что

В связи с этим геофизики, геологи и геохимики обращают внимание на исследование различных явлений и процессов, как предшествующих, так и сопутствующих землетрясе­ ниям.

Сильные землетрясения в густонаселенных районах земно­ го шара всегда привлекали внимание исследователей самого различного профиля. Желание познать природу этого грозно­ го явления особенно усиливалось после каждого катастрофи­ ческого землетрясения. Например, после Неаполитанского

84

землетрясения в 1857 г. впервые были использованы физиче­ ские принципы для объяснения землетрясения; после земле­ трясения 1891 г. в Мнно-Овари в Японии был организован Комитет по исследованию землетрясений; после Калифорний­

Советском Союзе были организованы специальные комплекс­ ные исследования с целью изучения глубинного строения сейсмоопасных районов и геологических предпосылок землетря­ сений.

Естественно, что важно из всего многообразия явлений вы­ делить те, которые обусловлены процессами накопления упру­ гой энергии в земной коре за счет ее деформации. Обнаруже­ ние этих явлений и изучение их механизма позволят вплотную подойти к решению проблемы прогнозирования землетрясе­ ния. Не менее интересно изучение явлений, сопутствующих землетрясениям, так как они могут дать ценные сведения о положении очага землетрясений, плотности выделяемой сей­ смической энергии и т. д.

Исследования ташкентских минеральных вод, начатые гео­ химиками, геофизиками и гидрогеологами задолго до таш­ кентского землетрясения, показывают, что одним из перспек­ тивных методов наблюдения за ростом упругих напряжений и характером деформаций погребенных масс горных пород является постоянное изучение вариации газового и химическо­ го состава подземных вод, в первую очередь изучение изме­ нения концентрации радиогенных газов в водах, в частности радона и гелия.

Изучение глубинных вод показало, что в формировании их химического состава очень большое значение имеет глубин­ ная дегазация Земли. Установлено, что процесс планетарной дегазации сосредоточен в областях вулканизма, т. е. в тек­ тонически активных районах. Интенсивное развитие этого процесса отмечается по активным глубинным разломам в зем­ ной коре, по особым «шовным» зонам и узлам в древних и молодых тектонических структурах, в горных и платформен­ ных областях, на континентах и в океанах. В частности, В. В. Чердынцев и Е. М. Колесников отмечают, что образцы пород из районов повышенной тектонической активности (Восточные Саяны, Алдан, Северная Корея) полностью по­ теряли радиогенный аргон. Если же принять во внимание большую вероятность выделения породами гелия по сравне­ нию с аргоном из-за существенной разницы в массах их ато­

85

мов, то естественно предположить, что степень дегазации из пород в тектонически активных зонах намного выше, чем в спо­ койных. На высокие потери гелия из пород указывают в сво­ их работах Э. К. Герлинг и Ю. А. Шуколюков, исследовавшие пригодность минералов для целей геохронологии. В исследо­ ванных минералах из различных геологических формаций са­ мых разных возрастов—-от мела до архея—потери гелия со­ ставляют 74—97%.

В ранних работах В. В. Чердынцев (1942 г.) указывал на связь радиоактивности подземных вод с тектонической обста­ новкой региона, на основании чего предлагал метод оконтуривання по водной радоновой съемке тектонических структур.

Как известно, накопление радона в воде определяют в за­ висимости от свойств породы из следующего выражения:

где а—фактор порядка единицы, зависящий от геометриче­ ской формы трещин, gRa — содержание радия во вмещающих горных породах, р — плотность пород, г — средняя ширина трещин и других зон нарушения, R — пробег атома радиоак­ тивной отдачи в минерале. Таким образом, содержание радо­ на прямо пропорционально концентрации радия во вмещаю­ щих породах и обратно пропорционально средней ширине трещин.

В. В. Чердынцев пришел к выводу, что высокое эмалиро­ вание пород и высокое содержание радона в водах, которые из них выходят, объясняется в первую очередь малой шири­ ной зон нарушения, т. е. развитием сложной системы мелких трещин внутри породы.

В настоящее время можно считать установленным резкое возрастание сейсмических шумов в периоды, предшествую­ щие землетрясениям. Это явление должно привести к измене­ нию концентрации радиоактивных и радиогенных газов в под­ земных водах, приуроченных к сейсмоактивным участкам. Существует уже достаточно много данных, свидетельствующих о резком изменении химического, газового и изотопного со­ става подземных вод.

Систематические наблюдения, выполненные в Ташкенте, выявили зависимость между концентрацией радона в мине­ ральных водах и тектоническими процессами в земной коре. Однако многочисленные исследователи отмечают лишь от­ дельные явления, связанные с аномальным поведением того или иного компонента в подземных водах (Rn, Не, Аг, 234U/238U, F, Hg и т. д.), хотя совершенно ясно, что в основе процесса лежит одна и та же причина. Характерные измене­ ния концентрации этих элементов в подземных водах коррели­ руют между собой по времени, а часто и по порядку величины.

86

В таких условиях следует искать интегральный индекс харак­ тера процесса, который в конечном счете позволил бы судить об энергетических показателях явлений, протекающих в тол­ щах пород.

Поэтому наиболее перспективно изучение радиоактивных элементов. Они, являясь постоянным источником радиогенных гадов, позволяют производить оценки дефицита того или ино­ го элемента в ряду радиоактивного семейства. Характер по­ терь радиогенных газов свидетельствует об активном процес­ се дегазации пород в сейсмоактивных зонах. Уже эти сведе­ ния— некоторая общая характеристика палеотектонической истории пород. Изменение этих данных следует рассматри­ вать с учетом вариаций дебита источника. Поэтому наиболее удобной характеристикой таких процессов является мощность радиоактивного источника.

В период, предшествовавший землетрясению в Ташкенте (1963— 1966 гг.), а также во время землетрясения (1966— 1967 гг.) производились комплексные исследования термаль­ ных минеральных вод Ташкентского артезианского бас­ сейна. Эти исследования состояли в определении содержания радиоактивных (Rn) и других газов в водах, а также изото­ пов урана (234U и 238U) в пробах минеральных вод, отобран­ ных из нескольких скважин.

Сведения об изменениях концентраций фтора, гелия и из­ менениях изотопных отношений урана в водах во время Таш­ кентского землетрясения приведены в табл. 26—28. Три пер­ вые скважины расположены вблизи флексурно-разрьгвной зоны, две последние — вдали от нее. Анализ проб растворен­

87

трясению, и стабилизировалась после землетрясения. Увели­ чилась общая концентрация урана и фтора в водах во время землетрясения (см. табл. 27, 28).

Пробы вод были взяты у устья глубокой скважины, рас­

влиянием специфических физико-химических условий, харак­ теризующих приуроченность ташкентских минеральных вод к большим глубинам (давление и др.), что подтверждают дан­ ные табл. 29.

88

П р и м е ч а н и е . Звездочкой отмечены данные П. И. Чалова [66].