НАСКРІЗНІ ФЛЮЇДОПРОВІДНІ СТРУКТУРИ: КОНЦЕПТУАЛІЗАЦІЯ, ТЕРМІНОЛОГІЯ, ТИПИ, ВЛАСТИВОСТІ ТА РОЛЬ У ФЛЮЇДООБМІНІ
DOI:
https://doi.org/10.30836/igs.1025-6814.2022.1.252279Ключові слова:
наскрізні флюїдопровідні структури, флюїдообмін, типологія наскрізних структур, накладений літогенезАнотація
Виконано глобальне узагальнення та аналіз даних про наскрізні флюїдопровідні структури, розглянуті проблемні питання пов'язаних з ними понять та термінології, запропонована їх типізація за різними ознаками та визначена їх роль у флюїдообміні, літогенезі та еволюції осадових басейнів. Такі структури мають практично повсюдне поширення і є інтегральною частиною дренажної системи верхньої кори, хоча інтенсивність їх розповсюдження та вплив на флюїдообмін широко варіюють та різко зростають у певних геологічних та геодинамічних обстановках. У локальному та субрегіональному масштабах наскрізні структури та пов'язані з ними явища демонструють нерівномірне по площі, кластерне поширення.
Ключова роль наскрізних структур у флюїдообміні, включно з міграцією вуглеводнів і забруднювачів, визначається їх перетинаючим і наскрізним характером по відношенню до шаруватих неоднорідностей, у тому числі до ізолюючих інтервалів, та зазвичай набагато вищою проникністю у порівнянні з вміщуючими породами. Наскрізний по вертикалі характер структур та локалізований вздовж них вертикальний флюїдообмін через латеральні літологічні та гідродинамічні межі викликає формування термальних і геохімічних аномалій та порушення рівноважного стану системи «вода—порода», супроводжується взаємодією каналових флюїдів з вміщуючими породами та пластовими водами і різними перетвореннями самих наскрізних каналів та порід, що їх вміщують. Цим визначається провідна роль наскрізних структур у накладеному літогенезі та рудній мінералізації.
Флюїдопровідна здатність наскрізних структур є мінливою у часі, бо залежить від їх походження, стадійності їх формування та вторинних змін. У зв'язку з цим порівняння такої здатності між морфогенетичними видами наскрізних структур є загалом утрудненим, хоча найбільш ефективними у цьому відношенні є структури карстового походження. Для структур флюїдодинамічного типу найбільші проникність та інтенсивність флюїдних потоків по каналах характерні для періодів їх формування та безпосередньо після них, а також у періоди активізації, що зазвичай пов'язані з тектонічними подіями.
Посилання
Andresen K.J. 2012. Fluid Vow features in hydrocarbon plumbing systems: What do they tell us about the basin evolution? Marine Geology, 332-334: 89-108.
Audra Ph. 2015. Explorations 2013-2014 en Algerie Tebessa et massif de l’Azrou. Spelunca, 137: 39-44.
Belenitskaya G.A. 2011. “Fluid” branch of lithology: state of the art, objects, and challenges. Uchenyye Zapiski Kazanskogo Universiteta, 153 (4): 97-113 (in Russian).
Braccini E., De Boer W., Hurst A., Huuse M., Vigorito M., Templeton G. 2008. Sand injectites. Schlumberger Oilfield Review, 20 (2): 34-49.
Broughton P.L. 2021. Salt dissolution tectonism and spatiotemporal aspects of juxtaposed sinkholes and pseudosinkholes of the Foreland Alberta Basin, Canada. U. S. Geological Survey Karst Interest Group Proceedings: 86-96.
Cartwright J.A., Santamarina C. 2015. Seismic characteristics of fluid escape pipes in sedimentary basins: Implications for pipe genesis. Marine and Petroleum Geology, 65:. 12-140. http://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2015.03.023
Cartwright J., Huuse M., Aplin A. 2007. Seal bypass systems. Am. Assoc. Pet. Geol. Bull., 91: 1141-1166. http://doi.org/10.1306/04090705181
Cathles L.M., Su Z., Chen, D. 2010. The physics of gas chimney and pockmark formation, with implications for assessment of seafloor hazards and gas sequestration. Marine and Petroleum Geology, 27 (1): 82-91. https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2009.09.010
Chan M., Netoff D., Blakey R., Kocurek G., Alvarez W. 2007. Clastic-injection pipes and syndepositional deformation structures in Jurassic eolian deposits: Examples from the Colorado Plateau. In: A. Hurst and J. Cartwright (Eds.), Sand injectites: Implications for hydrocarbon exploration and production. AAPG Memoir 87: 233-244.
Cooke M.L., Simo J.A., Underwood C.A., Rijken P. 2006. Mechanical stratigraphic controls on fracture patterns within carbonates and implications for groundwater flow. Sedimentary Geology, 184 (3-4): 225-239. http://doi.org/10.1016/j.sedgeo.2005.11.004
Corbett K., Friedman M., Spang J. 1987. Fracture development and mechanical stratigraphy of Austin Chalk, Texas. The American Association of Petroleum Geologists Bulletin, 71: 17-28.
Craddock J.P., Nuriel P., Kylander-Clark A.R.C., Hacker B.R., Luczaj J., Weinberger R. 2021. Long-term (7 Ma) strain fluctuations within the Dead Sea transform system from high-resolution U-Pb dating of a calcite vein. GSA Bulletin. https://doi.org/10.1130/B36000.1
Davies G.R., Smith Jr.L.B. 2006. Structurally controlled hydrothermal dolomite reservoir facies: An overview. AAPG Bulletin, 90 (11): 1641-1690.
De Boever E., Swennen R., Dimitrov L. 2006. Lower Eocene carbonate cemented chimneys (Varna, NE Bulgaria): Formation mechanisms and the (a)biological mediation of chimney growth. Sedimentary Geology, 185: 159-173.
Dentzer J., Bruel D., Delescluse M., Chamot-Rooke N., Beccaletto L., Lopez S., Courrioux G., Violette S. 2018. Thermal and seismic hints for chimney type cross-stratal fluid flow in onshore basins. Scientific Reports, 8: 15330. https://doi.org/10.1038/s41598-018-33581-x
Dublyansky Y.V., Klimchouk A.B., Spotl C., Tymokhina E., Amelichev G. 2014. Isotope wallrock alteration associated with hypogene karst of the Crimean Piedmont, Ukraine. Chemical Geology, 377: 31-44. http://doi.org/10.1016/J.CHEMGEO.2014.04.003
Dubois C., Quinif Y., Baele J.M., Barriquand L., Bini A., Bruxelles L., Maire R. 2014. The process of ghost-rock karstification and its role in the formation of cave systems. Earth-Science Reviews, 131: 116-148.
Ferill D.A., Morris A.P., McGinnis R.N., Smart K.J., Wigginton S.S., Hill N.J. 2017. Mechanical stratigraphy and normal faulting. Journal of Structural Geology, 94: 275-302. http://dx.doi.org/10.1016/j.jsg.2016.11.010
Frumkin A., Gvirtzman H. 2006. Cross-formational rising groundwater at an artesian karstic basin: the Ayalon Saline Anomaly, Israel. J. Hydrol, 318: 316-333.
Geological Glossary (In 2 volumes). 1973. Paffengolts K.N. (Ed.). Moscow: Nedra (in Russian).
Geological Glossary (In 3 volumes). 2010-2012. Petrov O.V. (Ed.). St.-Petersburg: VSEGEI (in Russian).
Goldscheider N., Madl-Szőnyi J., Erőss A., Schill E. 2010. Review: Thermal water resources in carbonate rock aquifers. Hydrogeology Journal, 18: 1303-1318.
Gross M. R., G. Gutierrez-Alonso T. Bai M. A. Wacker K.B. Collingsworth Behl R.J. 1997. Influence of mechanical stratigraphy and kinematics on fault scaling relations: Journal of Structural Geology, 19: 171-183.
Gross M.R., Eyal Y. 2007. Throughgoing fractures in layered carbonate rocks. GSA Bulletin, 119 (11/12): 1387-1404. http://doi.org/10.1130B26049.1
Homuth S., Gotz A.E., Sass I. 2011. Outcrop analogue studies for reservoir characterization of deep geothermal systems in Upper Jurassic limestone formations (South Germany). Geophysical Research Abstracts, 13: 1-23.
Huntoon P.W. 1996. Large-basin groundwater circulation and paleo-reconstructions of circulation leading to uranium mineralization in Grand Canyon breccias pipes, Arizona. The Mountain Geologist, 33 (3): 71-84.
Hurst A., Cartwright J., Huuse M., Jonk R., Schwab A., Duranti D., Cronin B. 2003а, Significance of large-scale sand injectites as long-term fluid conduits: Evidence from seismic data. Geofluids, 3 (4): 263-274.
Hurst A., Cartwright J.A., Duranti D. 2003b. Fluidization structures produced by upward injection of sand through a sealing lithology. In: Van Rensbergen P., Hillis R.R., Maltman A.J., Morley C.K. (Eds.), Subsurface sediment mobilization. Geological Society (London). Special Publication, 216: 123-137.
Hurst A., Сartwright, J. (Eds.) 2007. Sand Injectites: Implications for Hydrocarbon Exploration and Production. AAPG Mem., 87. AAPG, Tulsa.
Huuse M., Jackson C.A.-L., Van Rensbergen P., Davies R.J., Flemings P.B., Dixon R.J. 2010. Subsurface sediment remobilization and fluid flow in sedimentary basins: an overview. Basin Research, 22: 342-360. http://doi.org/10.1111/j.1365-2117.2010.00488.x
Huuse M., Shoulders S.J., Netoff D.I., Cartwright J. 2005. Giant sandstone pipes record basin-scale liquefaction of buried dune sands in the Middle Jurassic of SE Utah. Terra Nova, 17: 80-85. https://doi.org/10.1111/j.1365-3121.2004.00587.x
Ingebritsen S.E., Sanford W.E. 2006. Groundwater in geologic processes. Cambridge: Cambridge University Press.
Ingebritsen S.E., Appold M.S. 2012. The physical hydrogeology of ore deposits. Economic Geology, 107: 559-584.
Jamveit B., Svensen H., Podladchikov Y.Y., Planke S. 2004. Hydrothermal vent complexes associated with sill intrusions in sedimentary basins. In: Breitkreuz C., Petford N. (Eds.), Physical Geology of High-Level Magmatic Systems. Geological Society of London. Special Publications, 234: 233-241, http://doi.org/10.1144/GSL.SP.2004.234.01.15
Karstens J., Muller Ph., Berndt C., Patruno S. 2019. Deep-seated focused fluid migration as indicator for hydrocarbon leads in the East Shetland Platform, North Sea Province. Geological Society of London. Special Publications, 494. https://doi.org/10.1144/SP494-2019-26
Khain V.E. 1973. General Geotectonics. Moscow: Nedra (in Russian).
Klimchouk A. 2017a. Types and settings of hypogene karst. In: Klimchouk A., Palmer A., De Waele J., Auler A., Audra P. (Eds.), Hypogene Karst Regions and Caves of the World. Springer International Publishing AG, Cham, pp. 1-39.
Klimchouk A., Andrejchuk V. 1996. Breakdown development in cover beds, and landscape features induced by intrastratal gypsum karst. In: Klimchouk A.B., Lowe D.J., Cooper A.H., Sauro U. (Eds.), Gypsum karst of the World. International Journal of Speleology, Theme issue, 25 (3-4): 127-144.
Klimchouk A.B. 2007. Hypogene Speleogenesis: Hydrogeological and Morphogenetic Perspective. National Cave and Karst Research Institute, Special Paper No. 1, Carlsbad, New Mexico.
Klimchouk A.B. 2017a. The development of the theory of hypogene karst genesis: scientific and practical implications. Visnyk NAN Ukrainy, 11: 1-19. doi: 10.15407/visn2017.11.009 (in Ukrainian).
Klimchouk A.B. 2017b. Tafoni and honeycomb structures as indicators of ascending fluid flow and hypogene karstification. In: Parise M., Gabrovsek F., Kaufmann G., Ravbar N. (Eds.), Advances in Karst Research: Theory, Fieldwork and Applications. Geological Society of London,. Special Publications, 466: 79-105. https://doi. org/10.1144/SP466.11
Klimchouk A.B., Amelichev G.N., Chervyatsova O.Y., Tokarev S.V., Kiseleva D.V., Potapov S.S. 2021. Ferruginous accumulations in hypogene karst conduits of Crimean Piedmont: Evidence for a deep iron source for the Kerch-Taman iron-ore province, North Black Sea region. Marine and Petroleum Geology, 127: 104954. https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2021.104954
Klimchouk A.B., Timokhina E.I., Amelichev G.N., Dublyansky V.N., Spoetl C. 2013. Hypogene Karst of the Crimean Piedmont and its Geomorphological Role. Simferopоl: DIP (in Russian).
Kropotkin P.N. 1986. Degassing of Earth and the origin of hydrocarbons. Zjurnal Vsesojuznogo Khimicheskogo Obshchestva, 31 (5): 481-587 (in Russian).
Laubach S.E., Olson J.E., Gross M.R. 2009. Mechanical and fracture stratigraphy. AAPG Bulletin, 93 (11): 1413-142. http://doi.org/10.1306/07270909094
Leonov Y.G., Volozh Y.A. (Eds.) 2004. Sedimentary Basins: Methods of Study, Structure and Evolution. Moscow: Nauchniy Mir (in Russian).
Liu X., Flemings P.B. 2006. Passing gas through the hydrate stability zone at Hydrate Ridge, offshore Oregon. Earth Planet. Sci. Lett., 241: 211-226.
Loseth H., Gading M., Wensaas L. 2009. Hydrocarbon leakage interpreted on seismic data. Marine and Petroleum Geology, 26: 1304-1319.
Loseth H., Wensaas L., Arntsen B., Hanken N.-M., Basire C., Graue K. 2011. 1000 m long gas blow out pipes. Marine and Petroleum Geology, 28: 1047-1060.
Lowe D.R. 1975. Water escape in coarse-grained sediments. Sedimentology, 22: 157-204.
Lukin A.E. 1989. Lithogeodynamic factors of oil and gas accumulation in aulacogen basins. Extended abstract of Doctor’s thesis. Kyiv (in Russian).
Lukin A.E. 2004. About cross-formational fluid-conducting systems in oil-bearing basins. Geologičnij žurnal, 3 (309):35-45 (in Russian).
Lukin A.E. 2014. Fluid-induced lithogenesis — the most important direction of lithological research in XXI century. Geologičnij žurnal, 4 (349): 27-42 (in Russian).
Lukin A.E. 2018. Consedimental processes of the Earth’ deep degassing and their role in the formation of rock-forming basins. In: Shestopalov V.M. (Ed.), Essays on the Earth degassing. Kyiv (in Russian).
Machel H.G. 1999. Effects of groundwater flow on mineral diagenesis, with emphasis on carbonate aquifers. Hydrogeology Journal, 7: 94-107.
Makhlaev L.V., Golubeva I.I. 2001. Fluidizates recuire attention. Priroda (Nature), 9: 59-68 (in Russian).
Mamedov P.Z., Guliev I.S. 2003. Sub-vertical geological bodies in the sedimentary cover of the South-Caspian Depression.
Izvestiya Academii Nauk Azerbaydzhana. Nauki o Zemle, 3: 139-146 (in Russian).
Moss J.L., Cartwright J. 2010. 3D seismic expression of km-scale fluid escape pipes from offshore Namibia. Basin Res, 22: 481-502.
Ortoleva P. 1994. Geochemical self-organization. New York: Oxford University Press.
Owen G. 1987. Deformation processes in unconsolidated sands. Geological Society of London. Special Publication, 29: 11-24. http://dx.doi.org/10.1144/GSL.SP.1987.029.01.02
Pospelov G.L. 1962. Structure and development of filtrating hydrothermal ore-forming systems. Geologiya i Geofizika, part 1, 11: 28-40; part 2, 12: 40-57 (in Russian).
Pospelov G.L. 1963. Geological background of physics of ore-controlling fluid conductors. Geologiya i Geofizika, 3: 18-38 (in Russian).
Quinif Y., Bruxelles L. 2011. L’alteration de type ‘fantome de roche’: processus, evolution et implications pour la karstification. Geomorphologie, 4: 349-358.
Reynolds D.L. 1954. Fluidization as a geological process and its bearing on the problem of intrusive granites. Am. J. of Science, 252 (10): 577-614. https://doi.org/10.2475/ajs.252.10.577
Ross J.A., Peakall J., Keevil G.M. 2014. Facies and flow regimes of sandstone-hosted columnar intrusions: Insights from the pipes of Kodachrome Basin State Park. Sedimentology, 61 (6): 1764-1792. http://doi.org/10.1111/sed.12115
Shestopalov V.M., Lukin A.E., Zgonnik V.A., Makarenko A.N., Larin N.V., Boguslavskiy A.S. 2018. Essays on the Earth degassing. Kyiv (in Russian).
Smith Jr.L.B., Davies G.R. 2006. Structurally controlled hydrothermal alteration of carbonate reservoirs: Introduction. AAPG Bulletin, 90 (11): 1635-1640.
Spotl C., Dublyansky Y., Koltai G., Honiat C., Plan L., Angerer T. 2021. Stable isotope imprint of hypogene speleogenesis: Lessons from Austrian caves. Chemical Geology, 572: 120209, http://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2021.120209
Sun Q., Cartwright J., Wu S., Chen D. 2013. 3D seismic interpretation of dissolution pipes in the South China Sea: Genesis by subsurface, fluid induced collapse. Marine Geology, 337: 171-181. http://doi.org/10.1016/J.MARGEO.2013.03.002
Wendt K.A., Pythoud M., Moseley G.E., Dublyansky Y.V., Edwards R.L., Spotl C. 2019. Paleohydrology of southwest Nevada (USA) based on groundwater 234U/238U over the past 475 k. y. GSA Bulletin, 132 (3-4): 793-802. https://doi.org/10.1130/B35168.1
Wenrich K.J., Sutphin H.B. 1988. Recognition of breccias pipes in Northern Arizona. Fieldnotes, 18 (1): 1-5.
Wheatley D.F., Chan M.A., Sprinkel D.A. 2016. Clastic pipe characteristics and distributions throughout the Colorado Plateau: Implications for paleoenvironment and paleoseismic controls. Sedimentary Geology, 344: 20-33. http://dx.doi.org/10.1016/j.sedgeo.2016.03.027
Whittaker B.N., Reddish D.J. 1989. Subsidence: Occurrence, Prediction and Control. Elsevier Science Publishing Company Inc., New York.
Worthington S.R.H., Ford D.C., Beddows P. Porosity and permeability enhancement in unconfined carbonate aquifers as a result of solution. In: Klimchouk A., Ford D., Palmer A., Dreybrodt W. (Eds.), Speleogenesis: Evolution of Karst Aquifers. Huntsville: Natl. Speleol. Soc., 2000, pp. 423-432.
Yang J., Large R.R., Bull S.W. 2004. Factors controlling free thermal convection in faults in sedimentary basins: implications for the formation of zinc-lead mineral deposits. Geofluids, 4: 237-247. https://doi.org/10.1111/j.1468-8123.2004.00084.x
Yapaskurt O.V. 2005. Aspects of the theory of post-sedimentation lithogenesis. Litosfera, 3: 3-30 (in Russian).
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Олександр Борисович Климчук
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та безоплатно передають журналу невиключне право публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License (CC BY-NC 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з некомерційними цілями, з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
