CC BY
115
УДК 553.982.2:551.763.1(571.1)
П.А. Фокин, В.Р. Демидова, В.М. Яценко, П.В. Ставинский, О.В. Лисунова
СОСТАВ И УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ТОЛЩ НИЖНЕХЕТСКОЙ И ЯКОВЛЕВСКОЙ СВИТ НИЖНЕГО МЕЛА ВАНКОРСКОГО НЕФТЕГАЗОВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (СЕВЕРО-ВОСТОК ЗАПАДНОЙ СИБИРИ)1
Седиментологический анализ кернового материала из скважин на Ванкорском месторождении позволил уточнить условия образования продуктивных песчаных пластов нижнехетской свиты в условиях прибрежной зоны моря и яковлевской свиты в аллювиально-дельтовых условиях. Изучение петрографического состава песчаников пополнило сведения об источниках, особенностях транспортировки и накопления терригенного материала в северо-восточной окраинной части раннемелового Западно-Сибирского бассейна седиментации.
Введение. Ванкорское месторождение находится в северо-восточной части Западно-Сибирской плиты (рис. 1). Его основные продуктивные горизонты имеют песчаный состав и приурочены к нижнемеловым нижнехетской (верхний берриас—нижний валан-жин) и яковлевской (средний апт—средний альб) свитам (рис. 2). Цель исследования — изучение состава, фациальной изменчивости и условий образования продуктивных песчаных пластов. Работа выполнены на основе исследования керновых и геофизических материалов по 8 скважинам и увязки их с сейсмическими данными по месторождению.
В ходе работ описаны и сопоставлены разрезы продуктивных интервалов свит, прослежена фациаль-ная изменчивость отложений, выполнена седименто-логическая и палеогеографическая интерпретация этих данных. Исследование петрографического состава песчаных пород дало возможность детализировать сведениях об условиях образования и источниках сноса осадков.
Полученные данные использованы при создании детальной геологической модели, которая служит основой оценки запасов и мониторинга бурения и освоения месторождения.
Строение разрезов и фациальные типы отложений
Нижнехетская свита. В пределах площади исследования нижнехетская свита представлена толщей песчано-алеврито-глинистого состава, согласно залегающей на глинистых отложениях яновстанской свиты и перекрытой преимущественно песчаными породами суходудинской (рис. 2). Берриас-валанжин-ский возраст свиты определяется по остаткам аммонитов и других морских беспозвоночных.
На Ванкорском месторождении в разрезе нижнехетской свиты общей мощностью до 450 м выделено от 2 до 4 песчаных пачек, из которых основными продуктивными объектами являются пласты НХ-1V, НХ-Ш и НХ-1.
Существенно песчаные породы пластов НХ-1У и НХ-Ш объединены в единую пачку регрессивного строения мощностью 38,8—55,5 м. Песчаники в разрезе составляют до 70%. Нижняя часть этой пачки сложена алеврито-песчаными отложениями переходной зоны побережья — предфронтальной зоны пляжа, часто с хорошо выраженной ритмичностью строения, пологой косой слоистостью или слоистостью штормового и волнового типа. Они содержат детрит и обломки морских беспозвоночных, в низах часто интенсивно биотурбированы ходами ихнофа-ции БсоШИоз и Сги11апа.
К верхней части пласта НХ-1У они постепенно сменяются хорошо сортированными песчаниками, массивными и полого-косослоистыми, слабобиотур-бированными, с немногочисленными включениями карбонатного детрита и разрозненных раковин дву-створок, брахиопод, редко — с послойными скоплениями ориентированных трубочек скафопод. Эти песчаники интерпретируются как отложения вдоль-береговых баров и, вероятно, барьерных островов, формирование которых происходило на стадии низкого стояния уровня моря.
Слабопроницаемая перемычка между пластами НХ-1 V и НХ-Ш, установленная в разрезах южной части месторождения по большей глинизации и био-турбированности отложений, интерпретируется как отложения кратковременного повышения уровня моря.
Судя по распределению максимальных мощностей баровых песков, полоса баров во время формирования пласта НХ-1У проходила субмеридионально, примерно через район скважины № 6. На восток и северо-восток они замещаются лагунными отложениями — темноцветными песчано-алевритовыми и алеврито-глинистыми породами, иногда пиритизиро-ванными, с мелкой косой, волнистой или параллельной слоистостью, с редкими остатками мелких дву-створок. Наиболее полно глинисто-алевритовые отложения центральной части лагуны представлены в
1 Работа выполнена при финансовой поддержке НШ (грант НШ—841.2008.5).
Рис. 1. Местоположение и схема расположения изученных скважин Ванкорского месторождения (скважинам присвоены условные номера)
разрезе скважины № 2, песчано-алевритовые отложения внешней краевой части лагуны — скважины № 5 (рис. 3).
В западном направлении песчаные породы баров постепенно замещаются алеврито-песчаными отложениями предфронтальной зоны пляжа и песчано-глинистыми отложениями переходной и дистальной зон побережья (скважина № 3), часто с характерной бугристой слоистостью темпеститов. Наиболее мощные песчаные слои этих фациальных зон имеют мощность до 2—3 м, иной облик и происхождение. Среди них выделяются отложения разрывных течений — ко-сослоистые песчаники, ритмичные, с прослоями алевролитов, реже аргиллитов, частично биотурбиро-ванные, и отложения дистальных песчаных гряд — по-лого-косослоистые или параллельно-слоистые, часто сильно биотурбированные. Коллекторские свойства песчаников разрывных течений хуже, чем у баровых отложений из-за несколько худшей сортировки, тонкого переслаивания с алевролитами и аргиллитами, часто из-за наличия глинистой составляющей цемента. Песчаники дистальных гряд в некоторых случаях приближаются по пористости к баровым, но не образуют массивных резервуаров.
Смена баровых отложений пластов НХ-Ш и НХ-1У более глубоководными образованиями вышележащей глинисто-алевритовой толщи мощностью около 100 м происходит резко, с отчетливо выраженной поверхностью трансгрессивного несогласия. Восточнее полосы баров в основании этой толщи присутствует своеобразная по облику пачка пород стадии затопления лагуны (рис. 3) — это биотурбированные черные и темно-серые глинистые песчаники и алевролиты с редкими остатками бентосных организмов.
Песчаная пачка пласта НХ-1 очень схожа по строению с песчаниками пластов НХ-Ш и НХ-1У, но отличается меньшей мощностью обломочных отложений баров (10—14 м) и одноактностью регрессивного этапа, за время которого она была сформирована.
В целом ассоциация отложений нижнехетской свиты по фациальным условиям образования соответствует обстановке прибрежной части морского бассейна со штормовой гидродинамикой.
Система Отдел Ярус Подъярус Свита Состав
Меловая верхний сеноманский долганская
НИЖНИЙ альбекий в
с
н
аптский в яковлевская
н малохетская
баррсм-ский
готерив-скии в
н
валан-жинский в суходудинская
с
берриас-ский в
с
н яновстанская
Юрская верхний титоиский ------
пески, песчани пины, ргиллиты
Рис. 2. Схема стратиграфического расчленения нижнемеловыхотложений Ванкорского месторождения, по [Решение.., 1991], с изменениями
Яковлевская свита. Разрез яковлевской свиты представлен глинами и алевролитами, в верхней части с прослоями и пачками песков и песчаников, с пластами бурых углей мощностью до 2—4 м [Булын-никова и др., 1970; Захаров, 2000] (рис. 4). В составе верхней части свиты выделяют до 7 песчаных пластов. Мощность свиты до 650 м.
Свита согласно залегает на малохетской свите песчаного состава и согласно перекрывается долганской свитой, также сложенной в основном песками и песчаниками.
В исследованных скважинах керновым материалом представлена верхняя часть свиты, содержащая продуктивные пласты (Як-1—Як-VII). В составе нижних пластов (Як-1У—Як-УП) резко преобладают песчаники со значительным количеством среднезернис-тых; песчаники умеренно сортированные, массивные и косослоистые, часто с включениями унифицированного растительного детрита и остатков древесины. Предполагается, что эти отложения образовались в условиях устьевых баров, при впадении рек в прибрежную зону моря. Накопление отложений происходило преимущественно в субаквальных условиях, и только на востоке и юге месторождения (скважина № 8) среди аналогичных отложений появляются песчаные и алеврито-глинистые прослои со следами корневых систем растений. В той же скважине на уровнях пластов Як-IV и Як-У диагностируются песчаные отложения вдольбереговых пляжевых валов с обратной градацией обломков и пологой косой слоистостью.
Вышележащая часть яковлевской свиты представлена глинисто-алевритовыми отложениями с прослоями песчаных пород (пласты Як-1—Як-Ш) и углей (Рис. 4). Роль песчаных отложений возрастает в восточных частях площади (скважины № 5, № 8), на западе преобладают алевропелиты. Слои песчаников
7 ВМУ, геология. № 5
Рис. 3. Схематический фациальный профиль горизонтов НХ-Ш и НХ-1У на Ванкорском месторождении (линия 1—1 на рис. 1): 1 — отложения дистальной зоны побережья; 2 — отложения переходной зоны побережья; 3 — отложения предфронтальной зоны пляжа; 4 — отложения нижнего пляжа; 5 — отложения внешней краевой зоны лагуны; 6 — отложения внутренней зоны лагуны; 7— отложения стадии "затопления" лагуны; 8 — квазиизохронные поверхности. Состав отложений: 9 — песчаники; 10— алевролиты; 11 — глины, аргиллиты; 12 — угли. Включения: 13— гравий, 14— конкреции (а — известковые, о— сидеритовые); /5—глинистые окатыши; 16— поверхности размывов; 17— биотурбация. Органические остатки: 18 — двустворки (а — ползающие и зарывающиеся, б — свободно лежащие); 19 — разрозненные створки двустворок; 20 — головоногие (а — аммониты, б — белемниты); 21 — брахиоподы; 22 — остатки криноидей; 23 — следы и углефицированные остатки корней; 24 — остатки листовой флоры (а) и растительный детрит (б); 25— остатки древесины; 26— кровли горизонтов НХ-Ш и НХ-1У (по данным
каротажа)
примесь унифицированного растительного детрита, а также включения обломков древесины.
Глинистые и глинисто-алевритовые отложения пойм, дельтовых и маршевых болот имеют окраску от темно-серой до черной, для них характерна параллельная и волнистая слоистость. В пойменных отложениях часто присутствуют маломощные прослои песчаников с мелкой косой слоистостью, горизонты палео-почв со следами и унифицированными остатками мелких корней растений, прослойки углей.
Отложения стариц и отрезанных проток характеризуются большей мощностью, чем пойменные отложения, резким контактом с подстилающими песчаниками сокращенной русловой серии, параллельной и волнистой, реже мелкой косой слоистостью. В отложениях отмерших дельтовых проток иногда отмечается сидеритизация.
В широко распространенных глинисто-алевритовых отложениях замкнутых и полузамкнутых солоноватоводных бассейнов выявлена тонкая и весьма тонкая слоистость, часто с ритмичным строением, встречаются следы слабой и умеренной биотурбации просто устроенными ходами ило-едов, присутствуют конкреции сидерита. В отложениях краевых и прибрежных частей лагун (интерпретируются как иловые отмели) появляются углефицированные
мощностью 2—13 м, интерпретируемые как русловые отложения меандрирующих дельтовых проток, характеризуются различными типами косой слоистости и крупной ритмичностью, с эрозионной поверхностью в основании ритма и уменьшением размерности обломков к его кровле. В песчаниках часто встречается
остатки корней растении, прослои углей (отложения маршей), линзы и прослои (до 1—2 м) песчаников с пологой косой слоистостью и следами корней (шеньеры) или шевронной слоистостью (прибрежное мелководье с волновой активностью). На уровнях, соответствующих интервалам
пластов Як-П, Як-Ш (скважина № 3), тип и степень биотурбации лагунных отложений приближаются по облику к типичным для мелководно-морских условий, что, вероятно, связано с незначительным опреснением вод.
Сочетание описанных фациальных типов в верхах свиты характерно для наземных участков конструктивных флювиаль-ных дельт с подчиненным влиянием гидродинамической активности принимающего бассейна. Общая фациальная последовательность яковлевской свиты описывается моделью формирующейся и програди-рующей дельтовой системы в условиях понижения уровня моря (нижняя часть свиты) и низкого стояния уровня моря (верхняя часть свиты). Полагаем, что расширение площади дельты в западном направлении происходило постепенно, в связи с чем комплекс устьевых баров в западных скважинах должен быть моложе, чем в восточных.
Рис. 4. Схематический фаци-альный профиль яковлевской свиты по Ванкорскому месторождению (линия II—II на рис. 1): 1 — лагунные отложения; 2 — отложения конструктивной дельты; 3 — отложения устьевых баров. Остальные обозначения см. на рис. 3
Петрографический состав песчаников нижнехетской и яковлевской свит, их сравнение и происхождение
Песчаники нижнехетской свиты относятся к группе аркозовых (рис. 5, А). В них содержится 32,7— 56,2% кварцевых обломков (преобладает однородно погасающий кварц) и 22,1—44,4% кислых полевых шпатов (преимущественно калиевых). Среди обломков (11,3—22,3%) наиболее многочисленны фрагмен-
ты метаморфических пород (углеродисто-слюдистые, кварцево-слюдистые, хлорит-серицитовые и др. сланцы, редко железистые кварциты) и кислых магматических (гранитоиды) пород; в заметно меньшем количестве присутствуют обломки осадочных пород (яш-моиды, кремни, алевролиты, аргиллиты), кислые (до 2%), основные и средние (до 3,8%) вулканиты. К последним отнесены обломки средних и основных плагиоклазов и фрагменты радиально-лучистого эпидота и халцедона из миндалин основных эффузивов. Сум-
обломки 50 полевые шпаты пород -
Рис. 5. Петрографический состав песчаников нижнехетской и яков-левской свит: А — на классификационной диаграмме В.Н. Шванова | [Иванов, 1987]: Б — состав тяжелой фракции песчаников; составы песчаников: 1 — нижнехетской свиты; 2 — яковлевской свиты; 3 — составы песчаников гранатовой ассоциации; 4— составы песчаников апатит-гранатовой ассоциации
марное количество минералов тяжелой фракции в песчаниках не превышает 1%.
Прозрачные акцессорные минералы в песчаных породах образуют две ассоциации. Первая ассоциация гранатовая, иногда присутствует заметная примесь циркона, хлорита и содержатся редкие, не во всех шлифах встречающиеся зерна апатита, монацита, турмалина, сфена, лейкоксена, эпидота, хромита. Вторая ассоциация — апатит-гранатовая (апатит от 25 до 45%), часто содержит примесь циркона, и отмечено много минералов, встречающихся значительно реже (в порядке убывания встречаемости: хлорит, сфен и лейкоксен, турмалин, эпидот, монацит, андалузит, силлиманит, ставролит, ксенотим, дистен, рутил).
Песчаники с этими ассоциациями минералов тяжелой фракции без явной закономерности чередуются как по площади, так и в разрезах отдельных скважин (рис. 5, Б).
В пляжевых отложениях наблюдается концентрация минералов тяжелой фракции в отдельных тонких прослойках. Из аутигенных минералов в песчаниках встречается глауконит, обычно в виде рассеянных в породе зерен, иногда над поверхностями трансгрессивных несогласий зерна глауконита образуют скопления. Окатанность обломков неравномерная, преобладают полуугловатые и угловатые частицы. Окатанные и хорошо окатанные зерна встречаются в резко подчиненном количестве. Средний показатель ока-танности незначительно увеличивается к северу.
Песчаники яковлевской свиты петрографически более зрелые, чем песчаники нижнехетской. На трех-компонентной классификационной диаграмме [Шва-нов, 1987] большинство точек составов расположено в полях олиго- и мезомиктовых пород (рис. 5, А). Содержание кварцевых зерен составляет 52,5—85,5%. Кислые полевые шпаты присутствуют в количестве 9,2—28,8%, из которых большинство (до 21,5%) составляют калиевые полевые шпаты. Количественные соотношения между группами обломков пород в песчаниках близки к таковым в нижнехетской свите, однако в сумме лититовый компонент в яковлевской свите составляет от 6,3 до 17,2%.
Прозрачные акцессорные минералы, как и в нижнехетских песчаниках, образуют две ассоциации: гранатовую и апатит-гранатовую, причем по сравнению с нижнехетской свитой поля ассоциаций менее дифференцированы, количество второстепенных минералов уменьшается (рис. 5, Б).
Аутигенные минералы яковлевской свиты представлены сидеритом и каолинитом. Конкреционный сидерит больше тяготеет к слоям алеврито-глинистых пород; в песчаниках сидерит встречается редко и имеет ооидную структуру. Диагенетический каолинит имеет хорошо образованную кристаллоидную структуру и обычно заполняет поры в песчаниках. Его присутствие связано с разложением нестойких минералов (в основном полевых шпатов) гумусовыми кислотами. В песчаных породах нижней части свиты встречаются единичные неокисленные зерна глауконита.
Обломки очень неравномерно окатаны, основную часть псаммитов, как и в нижнехетских песчаниках, слагают угловатые, полуугловатые и полуокатанные частицы.
Обсуждение результатов. Аркозовый состав нижнехетских песчаников, в среднем низкая степень ока-танности зерен, преобладание среди обломков фрагментов гранитоидов и метаморфических пород, можно объяснить тем, что песчаный материал образовался при разрушении коренных пород складчато-метаморфического комплекса, прорванного гранито-идными интрузивами. Наиболее вероятным источником такого материала могла служить близко расположенная область раннепротерозойского складчато-ме-таморфического пояса, окаймляющая Сибирский кратон с запада. В настоящее время выходы пород этого пояса из-под перекрывающих отложений чехла находятся в районе г. Игарка; в раннем мелу, вероятно, размеры кристаллического массива были значительнее.
Небольшая часть обломочного материала с обломками основных эффузивов триасового траппового комплекса и осадочных пород палеозоя могла поступать и из западной окраины Сибирской платформы.
Комплексы акцессорных минералов тоже указывают на область сноса, сложенную в основном метаморфическими и кислыми магматическими породами. Наличие в песчаниках двух близких по составу ассоциаций акцессорных минералов допускает транс-
портировку материала из общей области сноса двумя реками со сливающимися дельтами. Реки впадали в принимающий бассейн (по крайней мере в нижнехет-ское время) в районе скважины № 8, где в нижней части свиты установлены признаки однонаправленных течений.
Окраина морского бассейна в раннехетское время характеризовалась волновой и штормовой гидродинамикой. Волны подходили к берегу, вероятно, в основном с юго-запада, что могло обеспечивать вдольбереговое перемещение песчаного материала в северном направлении. С этим предположением согласуется некоторое улучшение средней окатанности и петрографической зрелости нижнехетских песчаников в северном направлении (рис. 5, А) и лучшая выраженность лагунных фаций именно в северных частях района. Появление незначительного количества хорошо окатанных зерен тоже могло быть связано с их дальним вдольбереговым переносом из более южных районов побережья.
Хотя песчаники яковлевской свиты обладают большей петрографической зрелостью, в них выделяются те же группы и типы обломков, те же ассоциации акцессорных минералов, что и в песчаниках нижнехетской свиты. Это свидетельствует об унаследованном развитии раннемеловой окраины ЗападноСибирского бассейна в этом районе и поступлении терригенного материала с общей области сноса. Однако более высокая зрелость песчаников предполагает большее расстояние переноса и/или несколько циклов размыва—накопления для песчаного материала. Первый вариант мы отвергаем из-за низкой средней окатанности песчинок, почти не отличающейся от таковой для нижнехетских песчаников. Неоднократное переотложение песчаного материала можно объяснить следующим образом. В позднеяковлевское время (ранний—средний альб) — этап понижения и низкого уровня моря — дисперсный обломочный материал прибрежно-морских отложений предшествовавших этапов высокого стояния уровня моря (готе-ривско-раннеаптского времени) мог размываться и перемещаться реками к новой береговой линии. В основном за счет этих песков и была сформирована нижняя песчаная часть яковлевской свиты. Заметный разброс составов обломочных пород свиты на диаграмме и расплывчатые поля ассоциаций акцессорных минералов (рис. 5), вероятно, связаны со смешиванием ремобилизованных песков со "свежим" обломочным материалом, поступавшим из области сноса.
Выводы. 1. Песчаные тела коллекторов нижнехетской свиты имеют в основном прибрежно-мор-ское, баровое происхождение. Нижние песчаные продуктивные пласты яковлевской свиты (Я к-IV— Як-УП) образованы сливающимися телами устьевых баров рек, верхней части яковлевской свиты (пласты Як-1—Як-Ш) — в основном меавдрирующими дельтовыми протоками.
2. Продуктивные песчаные отложения пластов НХ-Ш, НХ-1У и НХ-1 нижнехетской свиты формировались в условиях прибрежной зоны моря и погод-
ной (волновой и штормовой) гидродинамики. Каждый пласт имеет регрессивно-трансгрессивное строение. В строении первого цикла (соответствующего НХ-Ш и HX-IV) обнаруживаются признаки колебаний уровня моря меньшего порядка.
3. Продуктивные песчаные отложения верхней части яковлевской свиты накапливались в условиях становления дельтового комплекса, в развитии которого выделяются две стадии. Ранняя стадия — формирование преимущественно в субаквальных условиях комплекса устьевых баров, поздняя — стадия конструктивной флювиальной дельты. Граница между стадиями скользящая.
4. В аркозовых песчаниках нижнехетской свиты и мезо- и олигомиктовых песчаниках яковлевской свиты выделяются общие группы и типы обломков и общие комплексы акцессорных минералов, что свидетельствует об общей основной области сноса: выходы метаморфических и магматических пород раннего протерозоя вдоль западного края Сибирского кратона.
5. Обломочный материал нижнехетской свиты является продуктом первичного размыва коренных пород области сноса. Песчаные отложения яковлевской свиты сформировались за счет размыва и переотложения прибрежных обломочных накоплений предшествовавших трансгрессивных этапов раннеме-лового Западно-Сибирского бассейна.
6. Вынос терригенного материала в прибрежную область моря (для нижнехетской свиты) или аллювиальную дельтовую систему (для яковлевской свиты) вероятнее всего осуществлялся двумя аллювиальными системами.
7. Для нижнехетской свиты уменьшение роли песчаных пород и ухудшение качества коллекторов в западном направлении от полосы вдольбереговых баров происходит постепенно, по мере замещения баровых отложений накоплениями переходной и дис-тальной зоны побережья. Более резко коллекторские свойства песчаных пород ухудшаются на северо-восток, в сторону преобладающего распространения глинисто-алевритовых отложений забаровой лагуны.
8. Для нижних продуктивных пластов яковлевской свиты (Як-IV—Як-VII), образованных сливающимися телами песчаных устьевых баров, предполагаются сравнительно однородные коллекторские свойства. В верхних пластах свиты (Як-I—Як-Ш) характерное для дельт частое чередование песчаных и алеврито-глинистых пород ухудшает связность песчаных тел, снижая среднюю проницаемость коллекторов. Уменьшение роли песчаных пород в пластах Як-I—Як-HI в пределах месторождения происходит в западном и северо-западном направлениях по мере увеличения роли отложений внутридельтовых озер и лагун.
Авторы благодарят за помощь коллег из ООО "РН-НТЦ", а также З.Ф. Пономаренко и A.A. Конто-ровича (ЗАО "Красноярскгеофизика") за продуктивное обсуждение результатов исследований.
9 ВМУ, геология, № 5
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Булынникова А. А., Карцева Г. Н., Байбародских Н.И. и др. К стратиграфии юрских и нижнемеловых отложений северо-восточных районов Западно-Сибирской низменности // Геология и геофизика. 1970. № 5. С. 37—47.
2. Захаров В.А. Альбский ярус Западной Сибири // Там же. 2000. Т. 41. № 6. С. 769-791.
3. Решение 5-го Межведомственного регионального стратиграфического совещания по мезозойским отложениям Западно-Сибирской равнины (г. Тюмень, 14—18 мая 1990 г.). Тюмень: изд-во ЗапСибНИГНИ, 1991.
4. Шванов В.Н. Петрография песчаных пород (компонентный состав, систематика и описание минеральных видов). Л.: Недра, 1987.
Поступила в редакцию 04.02.2008
