Температура и давление

Важнейшим фактором, контролирующим эпигенетические процессы явля­ется температура, величина которой растет с глубиной. Темп этого увеличения на территории измеряется геотермическим градиентом в ⁰С на каждые 100 м или геотермической ступенью в метрах на каждый ⁰С. Геотермический градиент континентальной коры имеет средее значение 3,3⁰С/100 м и варьирует от 0,5-1 до 20⁰ С, а геотермическая ступень меняется от 1 до 200 м/⁰С. Величина геотермического потока характеризует интенсивность эндогенного теплового потока и зависит только от геологических факторов. Самые низкие значения геотермических градиентов (около 2⁰С) характерны для древних платформ прогибов с мощной толщей осадочных отложений. Повышенные значения его характерны для молодых краевых платформ, а высокие - для районов современного или недавнего вулканизма. Можно предполагать, что нижняя граница гидролитосферы на территории континентальной коры находится в среднем на глубине около 11 км. Во впадинах с мощными толщами осадочных отложений эта граница опускается на глубины до 20-30 км, а в районах действующих гейзеров подземная вода достигает температуры кипения у самой поверхности Земли. Поэтому и мощность гидролитосферы меняется от сотен метров до первых десятков километров.

Давление

Минимальное давление равно гидростатическому давлению на глубине верхней границы зоны эпигенеза или гипергенеза. Поэтому оно, как правило, не опускается ниже нескольких МПа. Максимальное возможное давление, которое испытывают подземные воды этой зоны, зависит глубины залегания нижней границы гидролитосферы. В толще гидролитосферы давление формируется, как реакция на два разных напряжения. Одно из них передается через жесткий скелет породы и определяется его плотностью. Такое напряжение называется эффективным. Это напряжение определяет механические, прочностные свойства пород. Второе передается через флюиды, заполняющие скважность пород. Оно определяется законами гидростатики и называется нейтральным. Давление, которое испытывают подземные флюиды, в частности подземная вода, в осадочных отложениях, называют пластовым. Ее величина характеризует степень упругого сжатия воды и подземных газов. Величина этого давления является результатом взаимодействия эффективного и нейтрального напряжений.

На малых глубинах оно определяется преимущественно нейтральным напряжением, растет с глубиной пропорционально плотности подземных вод (с градиентом 0,981МПа на 100 м) и поэтому называется гидростатическим. Такое давление прямо пропорционально глубине залегания. Его можно оценить с помощью уравнения:

,

где P - пластовое гидростатическое давление, МПа, H и h - соответственно глубина залегания и мощность зоны аэрации, в м.

На средних глубинах (менее 1-2 км) пластовое гидростатическое давление может заметно превысить расчетную величину вследствие существования регионально удаленной и гипсометрически приподнятой области питания. Такое давление, соответствующее гидростатическому напору в области питания, называют артезианским. Оно имеет место на ограниченных территориях преимущественно предгорных равнин.

С глубиной (обычно глубже 2-3 км) по мере уплотнения осадочных пород и снижения их проницаемости непосредственная гидравлическая связь подземными водами с поверхностью нарушается. Вследствие в формировании пластового давления увеличивается вклад эффективного напряжения. Вследствие этого градиент роста давления с глубиной становится больше. Режим, при котором в формировании пластового давления принимает участие эффективное напряжение и которое сопровождается отжатием и фильтрацией подземных вод вверх, называется элизионным. Этот режим характерен для больших глубин как прогрессивного, так и регрессивного эпигенеза. При элизионном режиме формируются давления существенно выше артезианских. Они могут превышать гидростатические значения в 2 раза и более. Такие давления называ­ют аномально высокими. В сильно загипсованных подсолевых коллекторах или непосредственно в солях они могут быть встречены в ограниченных по объему изолированных, запечатанных коллекторах и на относительно малых глу­бинах (менее 1 км). Частота встречаемости аномально высоких давлений растет с глубиной и достигает наибольших значений глубже 3 км, где они наблюдаются в подземных водах не только в отдельных линзах или пластах, а и в целых гидрогеологических комплексах. Наибольший градиент давления установлен в восточном Техасе (США) на глубине 3291 м и достигает 2,61 МПа на 100 м при пластовом давлении 86 МПа.

Элизионный режим, формирующийся вследствие неадекватности встречных скоростей осадконакопленя и фильтрации, не является единственной причиной формирования АВПД. Причины могут быть также процессы дегидратации при эпигенетических процессах, газообразование или проникновение сжатых флюидов из более глубоких источников.

Породы

В условиях эпигенеза скорости фильтрации часто сопоставимы со скоростями диффузии. Подземная вода вследствие этого десятки и сотни миллионов лет может находиться в контакте с одной и той же породой. Формирование ее состава, как правило, идет одновременно с формированием минералогического состава вмещающих пород в условиях очень близких к равновесию. Поэтому индивидуальные качества вмещающих пород и их эпигенетическая эволюция часто играют главную роль в формировании состава подземных вод зоны эпигенеза. К наиболее важным водным свойствам пород относятся их пористость, трещиноватость, проницаемость и состав.

Согласно гидрогеологической стратификации все породы в зависимости от пористости и проницаемости делятся на водопроницаемые и водоупорные. Совокупность водоносной толщи с перекрывающим ее региональным водоупором выделяется как гидрогеологический комплекс. Состав, пористость, трещиноватость и проницаемость водоносных и водоупорных пород меняются не одинаково в зависимости от одних и тех же факторов.

Состав пород определяет те минералогические и литологические изменения, которые имеют место при эпигенезе, и характер массообмена с подземной водой. Последние определяют соотношение объемов взаимодействующих сред (прежде всего, воды и породы), удельную площади их соприкосновения (удельную поверхность) и способность подземной воды мигрировать относительно пород.