CC BY
172
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2011 Геология Вып. 2 (11)
ЛИТОЛОГИЯ
УДК 553.98.041(470.1)
Историко-геологическое моделирование эволюции осадочного чехла в районах развития глубокопогруженных отложений Т имано-Печорского нефтегазоносного бассейна
С.А. Пестереваа, С.Г. Попова, А.В. Белоконьь
аОАО «КамНИИКИГС», 614016, Пермь, ул. Краснофлотская, 15 E-mail: pesterevasvet@rambler.ru ь«Пермьнедра», 614016, Пермь, ул. Камчатовская, 5 E-mail: perm@rosnedra.com
(Статья поступила в редакцию 5 февраля 2011 г.)
Рассматривается необходимость анализа эволюции формирования осадочного чехла в районах развития глубокопогруженных отложений. Представлена методика составления специализированных разрезов. Проанализированы такие разрезы для четырех скважин (глубиной более 6 км) Тимано-Печорского нефтегазоносного бассейна, пробуренных в его различных структурных районах.
Ключевые слова: эволюция, осадконакопление, скважина, глубокопогруженные отложения, нефтегазоносный бассейн.
Изучение эволюции в геологическом времени осадочных отложений имеет важное значение для познания процессов нефтегазообразования и нефтегазонакоп-ления [2]. Это особенно актуально при оценке перспектив нефтегазоносности глубоких горизонтов (более 4-5 км), слабо изученных региональными геофизическими исследованиями и бурением.
С целью исследования динамики особенностей формирования глубокопогру-женных отложений Тимано-Печорского нефтегазоносного бассейна (НГБ) была разработана технология построения комплексных специализированных разрезов, отражающих эволюцию осадочного чехла. Реконструкция эволюции осадочного чехла предусматривает изучение всей толщи осадочных отложений. Разрезы отражают
изменение в геологическом времени таких параметров, как этапы осадконакопления и его отсутствия, скорость накопления осадков, особенности погружения осадочных отложений, общего поднятия территории (инверсии) и относительно стабильного развития, условия осадконакоп-ления, мощности стратиграфических подразделений, а также мощности внедрившихся интрузий.
При рассмотрении эволюции осадочного выполнения районов развития глубоко-погруженных отложений Тимано-Печорской НГБ были изучены разрезы скважин Колвинская (7057 м), Тимано-Печорская (6903,5 м), Вуктыльская-58 (7026 м), Кочмесская-6 (6726 м), представляющие глубокозалегающие горизонты различных частей бассейна (рис. 1).
© Пестерева С.А., Попов С.Г., Белоконь А.В., 2011
8
Колвинская параметрическая скважина пробурена в пределах Харьягинского вала Печоро-Колвинского авлакогена. Начало накопления осадочных отложений в данном районе приурочено к среднеордовикской эпохе (рис. 2). В конце лохковского века осадконакопление прекратилось и район был охвачен крупным предсредне-девонским перерывом. В эйфельском веке среднедевонской эпохи осадконакопление продолжилось.
В начале турнейского века общая площадь осадконакопления в Тимано-Печорском бассейне сократилась и рас-
сматриваемую территорию охватил следующий перерыв в осадконакоплении. К окскому времени приурочена новая трансгрессивная фаза, повышение уровня моря привело к затоплению морским бассейном практически всей территории плиты и возобновлению осадконакопления, продолжавшегося до конца ассельского века раннепермской эпохи [3].
Начавшаяся в сакмарское и продолжившаяся в раннеартинское время инверсия Печоро-Колвинского авлакогена привела к образованию поднятий в его преде-
Рис. 1. Схема расположения глубоких и сверхглубоких скважин
Op и О П 43 Н - I* £ геохрот,«логическое
" 1 N подразделение
лах, на которых, вероятно, могли быть уничтожены в результате размыва сак-марские отложения. В артинско-казанское время осадконакопление продолжилось, сменившись непродолжительным перерывом в татарском веке. В триасовом периоде накопление отложений в данном районе продолжилось. В конце раннемеловой эпохи территорию охватил перерыв, завершившийся лишь в четвертичном периоде.
По имеющимся данным скорости осад-конакопления и погружения на исследуемой территории варьировали в значительном диапазоне. В ордовикском периоде и лландоверийском веке раннесилурийской эпохи они составляли в среднем 18 м/млн лет. В конце силура - лохковском веке раннего девона скорости осадконакопле-ния увеличились до 80 м/млн лет, а затем и до лавинных значений: 250-500 м/млн лет. В средне-позднедевонскую эпохи скорости характеризовались довольно высокими величинами от - 30 до 80 м/млн лет. Осадконакопление в каменноугольном периоде имело довольно низкие скорости (2-15 м/млн лет). Реальные значения могли быть выше, так как часть каменноугольных отложений, вероятно, могла быть уничтожена в результате размыва. В пермском периоде значения скоростей осадконакопления варьировали от 195 м/млн лет (в ассельском веке) до 2,5 м/млн лет, с преимуществом скоростей, равных 30-70 м/млн лет. В послепермское время скорости осадконакопления характеризовались высокими значениями только в раннетриасовую эпоху (70 м/млн лет). В остальное время отложения накапливались со скоростями 3-10 м/млн лет.
В эволюции осадочного выполнения исследуемой территории выделяются три этапа погружения: ордовикско-
раннедевонский, среднедевонско-камен-ноугольный и пермско-раннетриасовый. В среднедевонско-каменноугольный этап в главную зону нефтеобразования (ГЗН) могли вступить глубокозалегающие нефтегазоматеринские породы (НГМП). Пермско-раннетриасовый этап погруже-
ния, способствовавший уплотнению глу-бокопогруженных глинистых толщ -флюидоупоров, скорее всего, привел к образованию аномально высокого пластового давления (АВПД). С конца раннего триаса данный район был подвержен стабильному развитию. В раннефранское (саргаевское) время, а возможно, и ранее происходило внедрение интрузий. Данные интрузии, выявленные в овинпармском горизонте нижнего девона, имеют небольшую мощность и в связи с этим не отражены на разрезе [1].
Начальный ордовикско-раннедевонский этап формирования осадочного разреза Печоро-Колвинского авлакогена характеризовался преимущественно мелководно- и прибрежно-морскими условиями осадконакопления. В лландоверийском веке раннесилурийской эпохи на общем фоне мелководно-морской обстановки с нормальной соленостью вод образовывались относительно глубоководные впадины с резко меняющейся (в сторону увеличения) соленостью. В течение лохковско-го века происходила периодическая смена мелководно-морских условий нормальными морскими, что было благоприятно для отложения значительных количеств органического вещества (ОВ) в основном сапропелевого типа. К концу века в результате активизации тектонических движений и восходящих дифференцированных подвижек по разломам фундамента произошло постепенное осушение и за-солонение бассейна, условия осадконако-пления сменились на лагунные, затем - на континентальные. В эйфельском веке среднедевонской эпохи условия вновь приобрели прибрежно- и мелководноморской характер. В доманиковое время они перешли в морские, благоприятные для накопления сапропелевого ОВ. В тур-нейском веке раннекаменноугольной эпохи территория была охвачена вновь континентальными условиями. В визейском веке трансгрессия привела к установлению морских условий осадконакопления. В серпуховском веке произошло засоло-нение бассейна. Средне- и позднекамен-
ноугольное время характеризовалось, вероятно, нормальными морскими условиями осадконакопления. Об условиях раннепермской эпохи в сакмарском веке однозначно говорить нельзя. Возможно, данный район был охвачен континентальным перерывом. В случае же появления и последующего размыва отложений континентальные условия могли существовать не на всем протяжении сакмарского века. С артинского века на рассматриваемой территории установились морские условия, которые сменились затем мелководно- и прибрежно-морскими, перейдя в уфимском веке в континентальные. И только в юрском периоде континентальные условия были вытеснены морскими, продолжавшими существовать до конца раннемеловой эпохи. Начало позднемеловой эпохи ознаменовалось установлением континентальных условий.
В районе Среднепечорского поперечного поднятия по верхним горизонтам и Печоро-Колвинского авлакогена по нижним, разрезы которых были вскрыты Ти-мано-Печорской глубокой опорной скважиной (рис. 3), осадконакопление, скорее всего, началось в ордовикском периоде. В конце лохковского века раннедевонской эпохи осадконакопление прекратилось и возобновилось лишь в эйфельском веке среднедевонской эпохи. В конце турней-ского века раннекаменноугольной эпохи накопление отложений снова сменилось перерывом в осадконакоплении, продолжавшимся около 70 млн лет. Процессы образования отложений возобновились только в позднепермскую эпоху. С триасового периода данная территория была охвачена крупным перерывом в осадкона-коплении, продолжавшимся до четвертичного периода.
Восстановление даже приближенных значений скоростей осадконакопления и погружения в данном районе, имевших место в действительности, является весьма проблематичным: во-первых, около 50% вскрытых отложений разреза, по мнению многих исследователей, относится к аллохтонной и параавтохтонной час-
тям разреза, во-вторых, в разрезе имеется большое количество магматических пластовых тел мощностью от нескольких метров до 119 м [1]. Мощность невскрытых ордовикско-нижнедевонских отложений была установлена по геофизическим данным. Согласно этой информации средняя скорость осадконакопления в ордовикско-раннедевонское время составляла приблизительно 20-25 м/млн лет. Скорости осадконакопления в эйфельском и живетском веках среднедевонской эпохи достигали весьма больших значений: 350 и 160 м/млн лет соответственно. Скорость осадконакопления во франском веке позднедевонской эпохи составляла приблизительно 45-50 м/млн лет, в фамен-ском - 245 м/млн лет. Вполне вероятно, что последнее значение было значительно меньше, так как через современный разрез нижней части фаменских отложений проходит несколько надвигов различной амплитуды. В каменноугольном и пермском периодах скорость осадконакопления составляла ~10 и 40 м/млн лет соответственно.
В истории развития данного района выделяются два основных этапа погружения. Первый отвечает ордовикско-раннедевонскому времени. Со среднедевонской эпохи начался новый этап погружения на рассматриваемой территории. Раннефранское время характеризовалось интенсивным трапповым магматизмом, наиболее поздние интрузии отмечаются в саргаевских отложениях. Период с конца каменноугольного до конца триасового периодов являлся временем жесткой коллизии в Уральской складчатой области [3]. Данные процессы отразились и на смежных территориях, в частности, на Среднепечорском поперечном поднятии. С конца раннетриасовой эпохи данный район претерпевал стабильное развитие, осадконакопления и погружения не происходило.
В начале формирования осадочной толщи исследуемого района условия осадконакопления были прибрежно- и
мелководно-морскими [3]. В конце лох-ковского века здесь периодически наступали условия мелководной лагуны. Далее условия сменились на континентальные. С эйфельского века среднедевонской эпохи на исследуемой территории установились прибрежно- и мелководно-морские условия осадконакопления. В целом условия осадконакопления в глубокопогру-женных отложениях были малоблагоприятны для накопления больших количеств ОВ. В доманиковое время они приобрели морской характер и продолжали существовать до конца турнейского века раннекаменноугольной эпохи. С начала визей-ского века и до нашего времени условия осадконакопления являлись континентальными. Вполне вероятно, что континентальные условия могли сформироваться позднее, чем это отражено в разрезе Тимано-Печорской скважины. В позднесреднекаменноугольное время, а также в начале триаса большая часть Тимано-Печорского бассейна была подвержена размыву отложений. Не исключено, что отложения, накопившиеся позднее тур-нейского века, были размыты и на рассматриваемой территории.
Осадконакопление в северной части Верхнепечорской впадины (район бурения Вуктыльской поисковой скважины 58) также началось в ордовикское время (рис. 4). В конце овинпармского времени (лохковский век) осадконакопление прекратилось, территорию охватил региональный предсреднедевонский перерыв. С эйфельского века осадконакопление продолжалось практически непрерывно до конца раннепермской эпохи, а возможно, и до конца пермского периода. В начале триасового периода данный район был вовлечен в складчато-надвиговые процессы, вызванные развитием Уральского оро-гена. По данным исследований ВНИИГАЗ (2003 г.), осадконакопление возобновилось во второй половине триасового периода. Юрско-кайнозойское время характеризуется отсутствием осадконакопления на рассматриваемой территории.
В ордовикско-силурийское время скорость осадконакопления и погружения имела, вероятно, значения 30-50 м/млн лет. В пржидольском веке позднесилурийской эпохи скорость повысилась до 130 м/млн лет, в овинпармское время она была весьма низкой - около 6 м/млн лет. В средне- и позднедевонское время значения скоростей осадконакопления варьировали от 6 до 60 м/млн лет. Раннекаменноугольная эпоха характеризовалась низкими скоростями - около 20 м/млн лет. В средне- и позднекаменноугольную эпохи скорости понизились до 5-10 м/млн лет. Скорости осадконакопления в среднепозднекаменноугольное и пермское время не могут быть достоверно реконструированы, так как происходившие, скорее всего в раннетриасовую эпоху, надвиговые процессы вследствие развития уральского орогена привели к частичному уничтожению как верхнепермских, так и нижнепермских, а возможно, и верхнекаменноугольных отложений. По вскрытым скважиной отложениям можно предположить, что они в раннепермскую эпоху составляли 10-40 м/млн лет, а возможно, и более. Для восстановления скоростей осадкона-копления на рассматриваемой территории в позднепермское и позднетриасовое время требуются дополнительные исследования.
Развитие северной части Верхнепечорской впадины включает 3 основных этапа погружения отложений: ордовикско-
раннедевонский, среднедевонско-
каменноугольный и пермско-триасовый. Пермско-триасовый этап сопровождался также надвиговыми процессами. С позднетриасового времени рассматриваемая территория претерпевает стабильное развитие.
На этой территории в ордовикско-раннедевонское время преобладали мелководно- и прибрежно-морские условия осадконакопления. Позднеордовикская эпоха характеризуется периодической сменой прибрежно-морских условий лагунными. В конце овинпармского времени условия сменились на лагунные,
а затем на континентальные, существовавшие до начала эйфельского века. С начала среднего девона условия вновь приобрели мелководно- и прибрежноморской характер. В доманиковое время позднедевонской эпохи в северной части Верхнепечорской впадины установились морские фации, продолжавшие свое существование до конца артинского века раннепермской эпохи. Отложения кун-гурского яруса в автохтонной части разреза не сохранились, возможно, они были уничтожены в результате надвиговых процессов. С позднепермской эпохи условия осадконакопления имели континентальный характер.
Эволюция осадочного выполнения западного борта Косью-Роговской впадины Предуральского краевого прогиба была рассмотрена на примере Кочмесской поисковой скважины 6 (рис. 5). Согласно геолого-геофизическим исследованиям осадконакопление на данной территории началось в ордовикском периоде, однако более точные данные о возрасте самых древних осадочных образований отсутствуют. Осадконакопление продолжалось непрерывно вплоть до окончания лохков-ского века раннедевонской эпохи, вслед за которым район был охвачен перерывом в осадконакоплении, продолжавшимся до франского века позднедевонской эпохи. Далее осадконакопление происходило непрерывно, сменившись перерывом в позднекаменноугольную эпоху. В пермском периоде осадконакопление продолжалось вплоть до начала татарского века, когда осадконакопление на рассматриваемой территории полностью прекратилось.
Ордовикско-раннедевонский этап характеризовался довольно высокими скоростями осадконакопления и погружения-40-70 м/млн лет. В пржидольском веке позднесилурийской эпохи их значения превысили 100 м/млн лет. В позднем девоне-карбоне скорости понизились до 530 м/млн лет. В пермском же периоде их значения в основном превышали 100 м/млн лет, лишь в ассельско-сакмарское время составляли около 20 м/млн лет.
В истории формирования осадочного разреза данной территории выделяются три этапа погружения отложений, разделенных периодами стабильного развития. Первый этап продолжался с начала формирования осадочного разреза ордовикского периода до конца лохковского века раннего девона. Второй длился в течение позднедевонского и каменноугольного времени. Третий приурочен к пермскому периоду. С начала татарского века позднепермской эпохи развитие западной части Косью-Роговской впадины было стабильным.
Позднеордовикский бассейн характеризуется непродолжительным трансгрессивным этапом и длительным регрессивным. Засолонение бассейна привело к лагунным условиям осадконакопления. К началу силура приурочено расширение морского бассейна, развитие которого не было стабильным, и на общем фоне морских условий осадконакопления имели место периоды обмеления бассейна и установления лагунных условий. В пржи-дольском веке условия осадконакопления были нормальными морскими. К концу лохковского века усиление регрессии привело к засолонению морского бассейна и установлению лагунных условий осадконакопления. С конца лохковского века раннедевонской эпохи и вплоть до позднедевонской эпохи на рассматриваемой территории отмечались континентальные условия. В позднем девоне условия осадконакопления приобрели морской характер. В турнейском веке район Ко-сью-Роговской впадины был занят унаследованной с позднедевонского времени глубоководной впадиной с нормальными морскими условиями осадконакопления. С начала тульского времени на рассматриваемой территории происходила смена прибрежно-морских и лагунных условий осадконакопления. В серпуховском веке условия осадконакопления были лагунными, в среднекаменноугольную эпоху -мелководно-морскими. В позднекаменно-
Характеристика глубокопогруженных пород (> 5,5 км) в районах бурения глубоких скважин Предуральского прогиба
Параметры Верхнепечорская впадина Предуральского прогиба Косью-Роговская впадина Предуральского прогиба
Стратиграфия глубокопогруженных отложений (> 5,5 км) О, 8, Б, С: О, 8
Мощности стратиграфических подразделений на больших глубинах, м 100-1000 500-1000
Скорости осадконакопления м/млн лет 20-60, иногда до 100 и более 70-80, иногда до лавинных (> 300)
Условия осадконакопления Мелководно-морские, лагунные, морские Мелководно-морские, лагунные, морские
угольную эпоху они сменились на континентальные. В начале пермского периода установилось морское осадконакопление, которое в кунгурском веке сменилось мелководно- и прибрежно-морским. В уфимском веке происходила периодическая смена континентальных и лагунных условий осадконакопления. С казанского века позднепермской эпохи установились континентальные условия осадконакопле-ния.
Таким образом, анализ эволюции осадочного выполнения по данным бурения глубоких и сверхглубоких скважин Тима-но-Печорского НГБ показал, что осадочный разрез в исследованных районах начал формироваться в ордовикском периоде. Вся рассматриваемая территория была охвачена предсредне-, а в некоторых случаях предпозднедевонским перерывом в осадконакоплении.
В таблице представлена обобщающая характеристика залегающих на глубинах более 5,5 км горизонтов Предуральского прогиба, подчеркивающая сходные черты в формировании и развитии данных горизонтов, за исключением того факта, что в
Библиографический список
1. Ехлаков Ю.А., Горбачев В.И., Белоконь Т.В. и др. Геологическое строение и нефтегазо-носность глубокозалегающих отложений Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции (по результатам исследования Тимано-Печорской глубокой опорной и Кол-
Предуральском прогибе на больших глубинах залегают и более молодые отложения девона и, частично, карбона.
История развития связана в первую очередь с вовлечением отложений в складчато-надвиговые процессы, вызванные формированием Уральской складчатой системы в пермско-раннетриасовое время. Наряду с надвиговыми процессами на больших глубинах наблюдается присутствие магматических пород. Глубокие горизонты представлены часто автохтонами и паравтохтонами, более благоприятными для формирования нефтегазонос-ности, чем аллохтоны.
Печоро-Колвинский же авлакоген, развитый в основном в нижнесреднедевонских отложениях, по данным бурения Колвинской и Тимано-Печорской скважин на глубинах более 5,5 км характеризуется малоблагоприятными условиями для формирования нефтегазонос-ности из-за особенностей осадконакопле-ния, не способствовавших образованию НГМП.
винской параметрической скважин). Пермь, 2000. 330 с.
2. Неручев С.Г. Об эволюции нефтегазообра-зования в истории Земли// Эволюция неф-тегазообразования в истории Земли. М.: Наука, 1986. С. 5-16.
3. Ларионова З.В., Богацкий В.И., Довжикова Е.Г. и др. Тимано-Печорский седимента-ционный бассейн. Атлас геологических карт/ ТП НИЦ. Ухта, 2000.
Evolutionary sequence modeling of the Timano-Pechora petroleum basin deep burial rocks
S.A. Pesterevaa, S.G. Popova, A.V. Belokonb
aJSC «KamNIIKIGS», 614016, Perm, Krasnoflotskaya st., 15 E-mail: pesterevasvet@rambler.ru bPermnedra, 614016, Perm, Kamchatovskaya st., 5 E-mail: perm@rosnedra.com
The article observes the necessity of sedimentary cover development analysis in the deep rocks areas. Technique of the specific sections making is presented. Four such sections of the deep wells (deeper than 6 km) in Timano-Pechora petroleum basin are analysed.
Key words: evolution, sedimentation, well, deep rocks, petroleum basin.
Рецензент - кандидат геолого-минералогических наук С.Е. Башкова
