Кольская сверхглубокая скважина Первенец сверхглубокого бурения – Кольская скважина заложена в северо-восточной части Балтийского щита, в пределах Печорского синклинория; в 10 км к югу от города Заполярный, Мурманской области
1. В верхней части разреза (0 - 6 840 м) был детально изvчен по всей мощности раннепротерозойский Печенгский осадочно-вулканогенный комплекс, слагающий палеорифтовую структуру. В интервале 6 840 -11 700 м исследован «гранито-гнейсовый» слой с возрастом пород не менее 2, 6 -2, 8 млрд. лет. Подробнейшая характеристика разреза позволила выявить цикличность слагающих его глубоко метаморфизованных образований, изначально вулканогенных и осадочных, с увеличением роли последних к верхам разреза. На глубинах свыше 11 700 м вскрыты породы, предположительно слагающие верхнюю часть зоны перехода к катархейскому основанию древнего фундамента – «диоритовому слою» – важному составному элементу континентальной земной коры. 2. На всем протяжении разреза установлены притоки вод и газов, содержащих гелий, водород, азот, метан, тяжелые углеводороды. Судя по изотопии углерода, в архейских толщах газы имеют мантийную природу, в протерозойских – биогенную. 3. К числу принципиально новых относятся данные по изменениям в температурном градиенте. До глубины 3 000 м градиент составляет 0, 9‑ 1 °С на 100 м, как это и установлено менее глубокими скважинами. Глубже градиент возрос до 2 - 2, 5 градуса на 100 м; на глубине 12 км температура составила 220 градусов вместо ожидаемой 120 -130 градусов. 4. Результаты бурения скважин позволили определить геологическую природу геофизических границ. Изученный разрез дифференцирован в зависимости от вещественно-структурного состава вскрываемых пород. Отражающий горизонт на глубине 4 800 м, связываемый ранее с подошвой Печенгского комплекса, оказался отвечающим внутриформационному разрывному нарушению. На глубине 4 500 ‑ 8 000 м вскрыты и исследованы разуплотненные метаморфические породы с низкими скоростями распространения упругих колебаний, что способствовало выделению геофизическими методами подобных коровых волноводов на площадях других древних щитов и платформ. 5. Результаты работ, сопоставленные с полученными ранее материалами, позволяют внести существенные изменения в ранее составленные схемы, модели, глобальные элементы геологических построений земной коры континентального типа. Особенно принципиальным может оказаться выяснение геологической природы сейсмической границы щита, выявленной в районе скважины на глубине 12, 5‑ 13, 0 км. Кольская скважина впервые единым вертикальным разрезом охарактеризовала сразу три структуры самого высокого стратиграфического ранга – три важнейших докембрийских «надбазальтовых» слоя континентальной земной коры. 6. В интервале 1 540 -1 810 м вскрыты тела ультрабазитов с сульфидными медно-никелевыми рудами, что опровергло представления о выклинивании рудоносного комплекса Печенги с глvбиной и pacширило перспективы Печенгского рудного поля. На глубинах более 7 км на нескольких уровнях в архейских гнейсах вскрыты магнетит-амфиболовые породы. ана глубине 8 700 м вскрыты габброиды с титано-магнетитовой минерализации. 7. Полной неожиданностью явилось обнаружение в интервале 9, 5‑ 10, 6 км значительного по мощности (до 800 м) участка аномально высоких содержаний золота (до 7, 4 г/т), серебра, меди, висмута, мышьяка и некоторых других элементов, связанных с явлением гидрогенно-геохимического разуплотнения архейских пород. 8. Явления гидрогенного разуплотнения пород сопровождаются их дегидратацией, миграцией значительных объёмов вод, выступающих в роли металлоносных растворов. Эти растворы заимствуют рудное вещество из значительного объёма пород и концентрируют его в ограниченном пространстве и открывается возможность обнаружения в метаморфизованных комплексах новых типов скоплений рудного вещества.
Геологический прогноз разреза скважины отличается от фактического, составленного по данным бурения. на рисунке показаны первоначальный прогноз геологического разреза и фактические данные бурения (источник А. Осадчий) А. Прогноз геологического разреза. Б. Геологический разрез, построенный на основании данных бурения сг-3 (стрелки от колонки а к колонке б указывают, на какой глубине встречены прогнозируемые породы). на этом разрезе верхняя часть (до 7 км) - толща протерозоя со слоями вулканических (диабазы) и осадочных пород (песчаники, доломиты). ниже 7 км - толща архея с повторяющимися пачками пород в основном гнейсы и амфиболиты. В. Ствол скважины со многими пробуренными и потерянными стволами (глубже 7 км).
Изменение проницаемости пород ждановской подсвиты с глубиной по данным зональных наливов в сважины в районе Кольской Сверхглубокой скважины • Коэффициент фильтрации массивов проницаемых пород (по данным 65 зональных наливов в скважины в пределах участка Кольской сверхглубокой, (В. Д. Безроднов, 1979) уменьшается с глубиной и , изменяется в интервале 0 -650 м на два порядка. Минимальные значения на глубинах 700 - 900 м равные 10 -3 - 10 -4 м/сут, свойственные непроницаемым породам.
Химический состав подземных вод в районе Кольской сверхглубокой скважины (по данным В. Д. Безродного, 1979) Скважина 1886 Спутник 1 Глубина, м 100 350 900 1200 530 Компоненты Na+ 31 149 2968 6330 938 K+ 1. 4 - 30 60 11 Ca 2+ 56 148 5600 11800 355 Mg 2+ 11 15 160 500 Не обн. Cl- 183 483 14644 31780 1790 SO 4 2 - Не обн. 4 4 Не обн. HCO- 70 81 437 306 66 CO 3 2 - Не обн. 22 429 Br- 4 7 128 272 17 I- Не обн. 1 3 8 Не обн. F Не обн. 0. 3 Не обн. B - Не обн. 3 4 0. 9 As Не обн. 0. 002 0. 008 0. 032 Не обн. H 4 Si. O 4 16 13 10 6 8 Fe 2+ 0. 2 Не обн. 6 10 0. 4 Fe 3+ - - 0. 1 Не обн. Fe(OH)3 - Не обн. 3. 8 9. 5 - Sr 0. 3 4 268 1150 7. 35 Rb Не обн. 0. 15 0. 16 Cs Не обн. <0. 04 0. 01 Mn Не обн. 0. 08 - - 0. 05 Al - - 0. 5 Ti - Не обн.
Химический состав подземных вод в районе Кольской сверхглубокой скважины (по данным В. Д. Безродного, 1979) продолжение таблицы Скважина 1886 Спутник 1 Глубина, м 100 350 900 1200 530 Компоненты Pb 0. 065 0. 064 93 0. 13 0. 2 Cu 0. 02 - 0. 01 0. 02 0. 03 Ni 0. 05 - - 0. 005 Co Не обн. Cd 0. 55 0. 001 0. 005 0. 001 0. 03 Минерализация 395 906 23960 51038 3591 Сух. остаток - 936 26904 55108 - Температура, C 0 2. 08 - 11. 68 14. 5 7. 12 p. H 69 6. 6 7. 2 8. 5 8. 1 Eh, мв 272 200 128 -20 -25
Вертикальная гидродинамическая зональность подземных вод по данным Кольской сверхглубокой скважины Тип Состав Название зоны Интервал [м] Состав воды преобладающих геофильтрационной среды газов М < 1 г/л, Зона интенсивного водообмена 0 - 800 Трещинный Воздушные + CH 4 HCO 3 -Ca, SO 4 -Ca М = 50 -150 г/л, (N 2), CH 4, Зона затрудненного водообмена 800 - 4500 Трещинно-жильный Cl-Ca-Na, I, Br, Sr, H 2, He p. H 8, 5 М = 200 -300 г/л, 4500 - 5850 Верхняя подзона H 2, He Cl-Ca Зона регионального тектонического М > 300 г/л, H 2, He, CО 2 рассланцевания и гидрогенного 5850 - 6500 Средняя подзона Cl-Na, p. H < 7 разуплотнения пород М > 300 г/л, CО 2, He 6500 - 9200 Нижняя подзона Cl-Na-Ca, Br, I, Rb, B 8
Вертикальная гидродинамическая зональность подземных вод по данным Кольской скважины • На формирование химического состава подземных вод зоны интенсивного водообмена существенное влияние оказывают: климат территории, состав пород, тип трещинных вод, а также наличие разгрузки глубинных вод по разломам. Для территорий с гумидным климатом характерно распространение ультрапресных подземных вод, в ряде случаев с повышенным содержанием фтора, марганца, фосфора и других компонентов, определяемым минералогическим составом водовмещающих пород (Кольский полуостров). • В гидрогеологическом разрезе наблюдается вертикальная гидрохимическая зональность подземных вод (см. таблицу) и в соответствии с ней может быть выделена гидродинамическая зональность. Гидродинамической зоне интенсивного водообмена соответствуют пресные воды гидрокарбонатного (при Кувл>1), сульфатного и сульфатно-хлоридного (при Кувл <1) состава. Мощность этой зоны ограничена глубиной дренирующего влияния местной гидрографической сети. • Плотность трещиноватости варьирует в широких пределах. Так для Печенгского массива Кольского полуострова она составляет от 0. 5 до 7 км/км 2. Максимальная плотность трещин наблюдается в зонах развития крупных тектонических нарушений протяженностью в несколько десятков километров, а ширина таких зон изменяется от нескольких метров до 200 - 300 м. В вертикальном разрезе выделяются подземные воды зоны экзогенной трещиноватости и ниже трещинно-жильные воды тектонических нарушений. С глубиной трещиноватость и обводненность пород уменьшается, максимальная трещиноватость отмечается в верхних частях разреза до глубины 150 -200 м, ниже глубины 600 -700 м водопритоки в скважины весьма незначительны. Коэффициент фильтрации массивов проницаемых пород (по данным 65 зональных наливов в скважины в пределах участка Кольской сверхглубокой, (В. Д. Безроднов, 1979) уменьшается с глубиной, изменяясь в интервале 0 -650 м на два порядка (см. рисунок) и имеет минимальные значения на глубинах 700 - 900 м равные 10 -3 - 10 -4 м/сут, свойственные непроницаемым породам. • В виду ограниченности данных по глубинным подземным водам кристаллических массивов, можно только предполагать, что в глубоких частях разреза существуют зоны затрудненного и замедленного стоков. Для зоны затрудненного водообмена, к которой относят воды глубоких частей разломов, соответствующих нижней границе зоны экзогенной трещиноватости (на глубинах 500 - 800 м), характерно смешение инфильтрационных и глубинных вод. Здесь распространены напорные минерализованные (до 50 г/л и выше) хлоридно-натриево-кальциевые воды, состав растворенных в них газов в основном атмосферного происхождения, но появляются газы глубинного происхождения, такие как N 2, CH 4. • Зона замедленного стока имеет локальное распространение и приурочена к разломам глубинного заложения, где распространены высоко минерализованные рассолы, обособленные от верхней зоны интенсивного водообмена. Трещиноватость этой зоны очень мала, так по данным Carlsson L. , (Швеция) посчитано, что на глубинах свыше 500 м на каждый погонный метр скважины приходится 1. 8 - 2. 5 трещин, из них проницаемые всего лишь 0. 1 - 0. 3 трещины. Коэффициент фильтрации оценивается величинами порядка 10 -5 м/сут, а минерализация достигает до 150 -200 г/л. . • Причем отчетливо выделяются два гидрохимических типа рассолов (Коротков А. И. 1978 г. ) Первый тип характерен для южной и восточной оконечности Балтийского щита и связан с крупными грабенами на окраинах Русской плиты, заполненные рифейскими вулканогенно- осадочными образованиями. По своему составу эти воды близки к пластовым водам артезианского бассейна; для них характерен хлор- кальциево-натриевый состав и низкие содержания йода. Второй тип обнаружен в водах массива ультраосновных пород Сопча, в пределах Канадского щита на глубинах 500 -1250 м (Dijon R. , 1985), а также в Печенгском массиве по Кольской сверхглубокой и связан с глубинными меридиональными разломами. Химический и газовый состав рассолов по данным массива Сопча и Кольской сверхглубокой скважины имеет генетическую двойственность (Безроднов В. Д. 1979). С одной стороны хлоридно-кальциево-натриевый состав, высокое содержание стронция, брома, йода, а среди газов N 2, CH 4 и тяжелых углеводородов сближают их с седиментационными рассолами артезианских бассейнов зоны замедленного стока. С другой стороны, рассолы содержат компоненты, не типичные для подземных вод седиментационного генезиса, - As, Pb, Н 2, He, а присутствие в больших количествах радия при общей низкой радиактивности пород Печенгского синклинория указывает на транзитный характер мигрирующего с больших глубин метаморфогенного раствора. • Особо следует остановиться на наличие по данным Кольской сверхглубокой скважины обводненных пород на глубинах 4565 - 4925 и 6170 - 7620 м. О наличии подземных вод на этих глубинах свидетельствуют: повышенное содержение хлора в глинистых растворах по сравнению с фоновой в 10 -40 раз и наличие в образцах керна вторичных высоководных минералов (каолинита и хлорита), формирующихся вследствие смещения равновесия в системе "свободная вода-связанная вода" вправо при изменении внешнего давления при бурении. Эти подземные воды приурочены к зонам так называемого регионального субгоризонтального рассланцевания пород на участках проявления тангенциальных тектонических напряжений. Лапландский тектонический шов и Пороярвинская зона смятия, ограничивающая с ю-з Печенгскую мульду, являются именно такими участками земной коры, где боковое сжатие, а следовательно и мощные тангенциальные напряжения проявляются в течение длительного периода геологической истории. В этих условиях подземные воды являются средой, которая воспринимает максимальные давления и способствует возникновению естественного гидроразрыва пластов. Можно только предполагать, что в зонах регионального 9 рассланцевания господствуют аномально высокие гидростатические давления и формируются очаги тектоно - метаморфического генерирования глубинных флюидов (Кольская сверхглубокая 1980 г. ).
Скачать презентацию Кольская сверхглубокая скважина Первенец сверхглубокого бурения –
Кольская сверхглубокая скважина.ppt