CC BY
33
Т.В. Иванова, Е.В. Лозин, Р.Х. Масагутов, О.Б. Дьяконова, Д.И. Иванов
ООО «Геопроект», Уфа
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ И ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ КОЛЛЕКТОРОВ В РИФЕЙСКО-ВЕНДСКИХ ОТЛОЖЕНИЯХ КАМСКО-БЕЛЬСКОЙ ГРАБЕНОВОЙ ВПАДИНЫ
Верхнепротерозойские отложения на территории Кам-ско-Бельской грабеновой впадины представлены двумя комплексами: рифейским и вендским. Отложения рифея, являясь производными многостадийных процессов риф-тогенеза, образуют в осадочном чехле крупную структурную форму авлакогенного типа, залегающую непосредственно на архей-протерозойском фундаменте. Они имеют терригенно-карбонатный состав, большие мощности (до 12000 м и более), осложнены дизъюнктивными нарушениями и внедрением небольших по размеру интрузивных тел габброидов, залегают на глубинах от 2000 до 4000 м, изучены до глубины 5500 м.
Осадочные образования венда выполняют синеклизы в рельефе рифейских отложений и частично фундамента (на западе), имеют терригенный состав пород, максимальные мощности их не превышают 1600 м, залегают на глубинах от 1600 м до 2600 м; по характеру залегания тяготеют к платформенному типу.
Нефте- и газопроявления, а также залежи нефти в отложениях венда и рифея в пределах Волго-Уральской области приурочены, в основном, к песчаным пластам. Напрашивается вывод о преимущественном развитии до изученной глубины пород коллекторов среди песчаников.
Изучение емкостно-фильтрационных свойств песчаных пород рифея и венда выявило наличие коллекторов двух генетических видов: первого (остаточного, первичного), свойства которого сформировались на стадии диагенеза, и второго (эпигенетического, вторичного), возникшего под влиянием регрессивных процессов разуплотнения.
Коллекторы первого генетического вида имеют ограниченное развитие, частично сохранились в породах, не погружавшихся на глубину более 3000 м. Ниже этой глубины статическое давление вышележащих толщ привело к уплотнению пород и разобщению, а нередко и к полному уничтожению порового пространства, вследствие чего резко снизилась проницаемость. Проницаемость алевро-песча-ных пород, залегающих ниже 3000 м, резко отстает от значений общей пористости. Песчаники практически в большинстве случаев становятся непроницаемыми и выпадают из числа коллекторов, несмотря на удовлетворительные, в ряде случаев, значения пористости (Морозов и др., 1978).
Коллекторы второго генетического вида имеют локальный характер развития, установлены на всех (до 5,5 км) глубинах и всех стратиграфических уровнях. Сформировались они под влиянием геохимических и геодинамических факторов. К числу первых следует отнести воздействие на породы реакционных гидротермальных растворов. Геодинамические факторы обеспечили формирование трещино-ватости пород. Природа их различна для вендских и рифей-ских отложений. В венде - это плитная тектоника, а в рифее
- многостадийный рифтогенез. Однако в позднем палеозое те и другие в примыкающей к Уралу зоне испытали интенсивное геодинамическое напряжение, обусловленное коллизионными процессами. Наиболее благоприятные условия для формирования коллекторов второго вида имели место в приразломных зонах, обеспечивавших наилучшие условия для миграции реакционных растворов и формирования коллекторов каверново-трещинного типа.
Верхний предел проницаемости для остаточного вида песчаных коллекторов в венде составляет 0,02 мкм2, а в ри-фее - 0,01 мкм2. Это различие следует объяснять разной степенью эпигенетической региональной метаморфизацией пород. Так, осадочные породы венда по характеру постсе-диментационной переработки отвечают протокатагенезу с начальными чертами мезокатагенеза, а рифея - мезоката-генезу с начальными чертами апокатагенеза.
Вендские песчаники характеризуются недостаточной зрелостью. В их составе значительное участие принимают неустойчивые компоненты: измененные процессами регрессивного метаморфизма плагиоклазы (еще будучи в составе «материнских» метаморфических пород), биотит, аллотигенный хлорит, обломки метаморфических и эффузивных пород. Полимиктовый состав вендских песчаников был «преградой» для развития регенерационных структур. На стадии протокатагенеза и раннего мезоката-генеза глинизированные плагиоклазы и фемические минералы, обладающие повышенной пластичностью, в той или иной мере закупоривали собой первичные поры, что в итоге ухудшало коллекторские свойства.
Микроскопическое изучение песчаников венда свидетельствует о том, что они на локальных участках претерпели влияние регрессивных эпигенетических процессов, ведущих к разуплотнению катагенетических структур. В первую очередь - это процессы, протекавшие под влиянием кислых интерстиционных растворов, способствовавшие растворению карбонатного цемента и перекристаллизации гидрослюдисто-хлоритового цемента в более крупночешуйчатый - каолинитовый.
В породах венда наблюдается трещиноватость, возникшая под влиянием процессов сжатия и растяжения на различных этапах их тектонического развития. Длина трещин по керну изменяется от 1-2 до 20 см, а ширина - от долей мм до 1-5 мм. В плоско-параллельных шлифах нередко прослеживаются открытые волосяные трещинки толщиной 1 - 20 мкм. На последних этапах регрессивного эпигенеза часть открытых трещин и межпоровых каналов была «залечена» вторичным кальцитом, что в целом снизило коллекторские свойства песчаников венда.
Емкостно-фильтрационные свойства песчаных коллекторов венда эпигенетического вида укладываются в преде-
научно-технический журнал
Георесурсы 1 (16) 2005
лы: общая пористость - 11,1 - 17,5 %, проницаемость -0,074 - 0,187 мкм2. Наилучшими коллекторскими свойствами обладают песчаники базальной, байкибашевской свиты (Стратиграфическая..., 2000). Преобладает поровый, поро-во-трещинный и трещинный типы коллектора.
В составе рифейского комплекса, кроме песчаников, емкостно-фильтрационные свойства нередко обнаруживают карбонатные породы, аргиллиты и магматические породы диабазовой формации.
Песчаники рифея имеют кварцевый, полевошпато-кварцевый, реже - аркозовый состав, т.е. являются высокозрелыми образованиями. Содержание первичного цементирующего глинистого материала варьирует от 0 до 30 %. На стадии мезокатагенеза и раннего апокатагенеза они становятся монолитными, непроницаемыми породами полусливного, кварцитовидного облика. Этим они обязаны широкому возникновению структур типа вдавливания и растворения с конформными, инкорпорационны-ми и микростилолитовыми сочленениями зерен и развитию регенерационных структур. Процессы регенерации, как правило, ограничиваются присутствием в цементе ал-лотигенного крипточешуйчатого каолинит-диккита, бурых окислов железа, сульфатов и карбонатов.
В числе наиболее важных геохимических факторов, оказавших дезинтеграционное влияние на плотные песчаники рифея, следует выделить:
1. Растворение и выщелачивание кислыми гидротермальными растворами, поступающими из фундамента, сульфатов и карбонатов цемента песчаников. Наибольшее влияние данный фактор оказал на песчаники наиболее древних рифейских свит: тюрюшевской и ротковской (Стратиграфическая схема., 2000). Общая пористость их достигает 15 - 22%, а проницаемость 0,220 - 0,615 мкм2. Тю-рюшевская свита залегает непосредственно на фундаменте (скв. 50 Ново-Урняк и 2 Тюрюшево). Из песчаников свиты получен приток минерализованной пластовой воды активностью 27 - 1200 м3/сут. Ротковская свита в этих скважинах залегает на тюрюшевской, а в скв.7000 Арлан - в интервале 3780 - 4242 м , и от фундамента ее здесь отделяет, как минимум, 3-х км толща осадков прикамской подсе-рии. Но и в этой скважине общая пористость отдельных образцов составляет 19 - 22,3%, а проницаемость изменяется от 0,017 до 0,203 мкм2. Из ротковских песчаников в скв.7000 Арлан получен приток минерализованной пластовой воды дебитом 20 м3/сут (инт. 4000 - 4240 м).
2. Щелочной (калиевый) метасоматоз, обусловивший нарушение целостности кварцитовидных песчаников. Этот процесс имел постадийное развитие: от появления пленочного тонкочешуйчатого аутигенного серицитового цемента вокруг обломочных зерен до полного замещения обломочного материала тонкослюдистым (серицит, мусковит) агрегатом. Все стадии четко прослеживаются в шлифах. Наиболее проницаемыми являются песчаники, сформировавшиеся на среднем, промежуточном, этапе, с пленочно-поровым и базально-поровым типами цемента. На электрокаротаже они характеризуются максимальными депрессиями ПС. Под влиянием описываемого процесса в целом улучшились их фильтрационные свойства в результате появления микроканалов в межпакетном пространстве тонкослюдистого агрегата и мелких открытых пор размером не более 0,01 - 0,02 мм. Лабораторными исследованиями ус-
тановлено, что общая пористость отдельных образцов составляет 11,5 - 13,6%, проницаемость - 0,160 - 0,460 мкм2. Наибольшее развитие имеют измененные таким образом песчаники в составе тукаевской свиты среднего рифея и аслыкульской подсвиты надеждинской свиты нижнего ри-фея (Стратиграфическая схема., 2000).
По материалам промысловой геофизики в тукаевской свите в скв.62 Кабаково выделено 30 интервалов, в которых возможно присутствие вышеописанных песчаных коллекторов. Некоторые из них (5324 - 5067,7 м) были исследованы с целью получения притока пластового флюида. Результат оказался отрицательным, но из глинистого раствора выделялся горючий газ, который после кислотной обработки пласта горел в течение 3-х часов.
3. Гидротермально-метасоматическое изменение глинистого цемента песчаников. Чаще всего данному процессу оказался подверженным цемент гидрослюдистого и гидрослюдисто-хлоритового состава. В шлифах четко прослеживается постепенное замещение цемента аутиген-ным каолинитом и превращение песчаников в слабо сцементированные разности и даже в сыпучий песок. Такого рода превращения установлены в кожайской подсвите приютовской свиты верхнего рифея в скв. 800 Сергеевка и 100 Кушкуль. Здесь из песчаников кожайской подсвиты получены высокие притоки пластовой воды дебитом 853 - 1000 м3/сут. Частичное замещение гидрослюдистого цемента каолинитом наблюдалось в песчаниках тюрюшевс-кой и ротковской свит нижнего рифея.
Следует добавить, что на всех стратиграфических уровнях рифейские песчаники обнаруживают трещиноватость, улучшающую их коллекторские свойства. Так, в скв.1 Ле-узинская в кварцитовидных песчаниках тукаевской свиты на глубине 5056 м отмечалось поглощение бурового раствора, обусловленное их трещиноватостью.
Карбонатные породы в составе рифея образуют толщи мощностью до 1,5 км. В них методом ГИС и бурением выявлены отдельные проницаемые пласты. К наиболее важным эпигенетическим процессам, способствовавшим образованию их емкостно-фильтрационных свойств, следует отнести перекристаллизацию, выщелачивание, окрем-нение, стилолито- и трещинообразование.
Лабораторными исследованиями установлено, что плотные разности карбонатных пород с микро- и тонкозернистой структурой являются непроницаемыми, и общая пористость их составляет < 1 %. Процессы перекристаллизации доломитов и вторичной доломитизации известняков увеличивают ее значения до 1,5 - 3,0 %, а проницаемости-до сотых долей мкм2. В кавернозных карбонатах максимальная пористость составляет 5 - 7%, проницаемость может быть самой разной (от 0,001 до 0,057 мкм2). Основным фактором, сформировавшим эпигенетические коллекторы в карбонатных породах рифея, является трещинообразова-ние. Рифтогенез создавал условия неоднократного растяжения и сжатия пород с образованием трещиноватости. Разбитость разнонаправленной трещиноватостью установлена практически во всех карбонатных толщах, количественно возрастает в более хрупких окремнелых разностях.
Наличие коллекторов среди карбонатных пород подтверждается получением притока газированной пластовой воды дебитом 34,88 м3/сут из доломитов ашитской подсвиты калтасинской свиты нижнего рифея в скв.1 Вос-
^научно-технический журнал »«^в
i (16) 2005! 35
точно-Аскинская в интервале 4736,4 - 4744,7 м. Коллек-торские свойства доломиты приобрели за счет трещино-ватости, наблюдаемой как в керне, так и в шлифах. Кроме того, в ряде скважин в карбонатных толщах отмечалось поглощение бурового раствора, свидетельствующее о наличии пустотного пространства.
Растяжение и раскрытие разломов, сопутствующие рифтогенезу, сопровождалось внедрением в них магматических расплавов, сформировавших дайки габброидов. Высокотемпературные расплавы на контактах с осадочными породами из-за неравномерного прогрева вызывали дополнительные напряжения и приводили к растрескиванию последних. Изучение кернового материала и данных промыслово-геофизических исследований скважин выявило, что зоны экзо- и эндоконтактов обладают повышенной проницаемостью, тогда как центральные части интрузий практически остаются непроницаемыми.
В Предуральской зоне интенсивному подземному «выветриванию» были подвергнуты породы диабазовой формации, залегающие в виде даек, секущих рифейские отложения. Так, в скв.1 Леузинская некогда крепкие интрузивные породы под влиянием гидротермально-метасоматичес-ких и геодинамических процессов превращены в дезинтегрированную перемятую массу, сложенную исключительно вторичными минералами: хлоритом, серпентином, серицитом, кальцитом и др. В шлифах видны открытые каверны и соединяющие их микротрещины. На радиокаротаже «выветрелым» габброидам соответствует наиболее выраженный спад кривой НГК (инт. 5077 - 5087м), общая пористость пород достигает 25%.
Глинистым породам, представленным аргиллитами, в отложениях венда и рифея, прежде всего, отведена роль флюидоупоров, чему в целом не противоречат результаты рентгеноструктурных исследований их минерального состава. Однако с глубиной, а также в зонах тектонических напряжений и повышенных температур, пластичность глинистых пород снижается, что обусловлено потерей части физически связанной воды и приобретением ими гидрофобных свойств. Так, в скв.62 Кабаково на глубине 2,7 км гидрослюды аргиллитов обнаруживают около 30 разбухающих смектитовых пакетов, тогда как на глубине 5,5 км их количество снижается до 16.
В Предуральской зоне высоких коллизионных напряжений аргиллиты рифея и венда становятся менеее пластичны-
йТоэдравляем Юрия Андреевича
ми, приобретают дополнительную трещиноватость. В при-разломных зонах они способны стать коллекторами. Примером могут служить сильно трещиноватые аргиллиты ольховской свиты среднего рифея в скв. 1 Леузинская (инт. 4720 - 4950 м), которые, по данным геофизических исследований, являются газонасыщенными. Роль газоупора над ними выполняет пачка плотных мергелей и доломитов верхней части той же свиты, которые сохранили свою целостность в столь сложной геодинамической обстановке.
Эпигенетические коллекторы как в терригенных, так и в карбонатных породах нередко приурочены к кровельным частям толщ, залегающих под размытыми поверхностями. Здесь чаще всего встречаются порово-ка-верновый и каверново-трещинный типы коллекторов. В слоистых разностях каверны имеют удлиненно-вытянутую форму, а в массивных - овально-изометричную. Их размер колеблется от 0,1 до 0,8 мм и более. Нередко сообщение каверн между собой осуществляется микротрещинами шириной от 1 - 2 до 20 - 25 мкм.
Значительная часть трещин, а также каверн на завершающей стадии регрессивного эпигенеза пород рифея была выполнена вторичными минералами: кальцитом, доломитом, кварцем, реже - баритом, хлоритом, сульфатами.
В итоге можно сделать следующие основные выводы:
1. Удовлетворительные коллекторы в отложениях венда и рифея имеют эпигенетическую природу и сформировались под влиянием геохимических и геодинамических факторов.
2. К числу геохимических факторов следует отнести воздействие на породы реакционных гидротермальных растворов как кислого, так и щелочного состава. Основной источник гидротерм - кристаллический фундамент, деятельность которого усиливалась в периоды тектоно-магматической активности.
3. Основные геодинамические факторы - это процессы, обусловившие формирование трещиноватости пород: разломообразование, деформация, тектонические напряжения коллизионных зон, высокие температуры на контактах с магматическими расплавами.
4. Коллекторские свойства могут приобрести все слагающие рассматриваемые отложения литологические разности пород в случае нахождения их в благоприятных для этого геологических условиях.
5. До изученной нами глубины 5,5 км в рифейско-венд-ских отложениях преобладающими являются песчаные коллекторы. В отдельных случаях в рифее встречаются коллекторы среди карбонатных пород, аргиллитов и габброидов.
Литература
Морозов С.Г., Лисовский H.H.. Иванова Т.В., Андреев Ю.В. Роль постседиментационных процессов в формировании пород-коллекторов верхнего докембрия Башкирии в связи с перспективами неф-тегазоносности. Коллектора нефти и газа на больших глубинах. Тезисы II Всесоюзной конференции. М. 1978. 101-103.
Стратиграфическая схема рифейских и вендских отложений Волго-Уральской области. Уфа, 2000.
научно-технический журнал
I еоресурсы i (16) 2005
