CC BY
20
УДК 552.541
DOI: 10.18303/2618-981X-2018-1-93-101
КАРБОНАТНЫЕ ПОРОДЫ ЧЕРНОСЛАНЦЕВОЙ БАЖЕНОВСКОЙ СВИТЫ РАЙОНА ХАНТЕЙСКОЙ ГЕМИАНТЕКЛИЗЫ, ЗАПАДНАЯ СИБИРЬ
Вика Георгиевна Эдер
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории седиментологии, тел. (383)323-33-03, e-mail: edervg@ipgg.sbras.ru
Анна Юрьевна Юрченко
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, 119991, Россия, г. Москва, ГСП-1, Ленинские горы, 1, кандидат геолого-минералогических наук, e-mail: annette1988@inbox.ru
Наталья Сергеевна Балушкина
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, 119991, Россия, г. Москва, ГСП-1, Ленинские горы, 1, кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник кафедры геологии горючих полезных ископаемых, e-mail: natalybal@gmail.com
Елена Анатольевна Костырева
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории геохимии нефти и газа, тел. (383)323-33-03, e-mail: kostyrevaea@ipgg.sbras.ru
Елена Владимировна Козлова
Сколковский институт науки и технологий, 143026, Россия, г. Москва, ул. Нобеля, 3, кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник Центра добычи углеводородов, e-mail: e.kozlova@skoltech.ru
Альвина Григорьевна Замирайлова
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории седиментологии, тел. (383)323-33-03, e-mail: zamirailovaag@ipgg.sbras.ru
В настоящей работе приводятся данные о распространении и генезисе карбонатного материала в баженовской свите в пределах Хантейской гемиантеклизы. Проанализированы механизмы формирования карбонатных пород рассматриваемой толщи при помощи литоло-го-геохимического изучения, включая анализ изотопного состава и изучение пород в сканирующем электронном микроскопе. Получены новые данные об особенностях образования карбонатных пород на разных стадиях формирования изучаемых отложений.
Ключевые слова: баженовская свита, карбонатные породы, изотопный анализ, черные сланцы.
CARBONATE ROCKS OF THE BLACK SHALE BAZHENOV FORMATION OF THE KHANTEISKAYA HEMIANTECLISE, WESTERN SIBERIA
Vika G. Eder
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Prospect Аkademik Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, Ph. D., Senior Researcher, Laboratory of Sedimentolo-gy, phone: (383)333-23-03, e-mail edervg@ipgg.sbras.ru
Anna Yu. Yurchenko
Lomonosov Moscow State University, 1, Leninskiye Gory, GSP-1, 119991, Moscow, Russia, Ph. D., Research Associate of Department of Petroleum Geology and Geochemistry, e-mail: annette1988@inbox.ru
Natalya S. Balushkina
Lomonosov Moscow State University, 1, Leninskiye Gory, GSP-1, 119991, Moscow, Russia, Ph. D., Leading Researcher? Department of Petroleum Geology and Geochemistry, e-mail: natalybal@gmail.com
Elena A. Kostyreva
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Prospect Аkademik Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, Ph. D., Senior Researcher, Laboratory of Oil and Gas Geochemistry, e-mail: kostyrevaea@ipgg.sbras.ru
Elena V. Kozlova
Skolkovo Institute of Science and Technology, 3, Nobel St., 143026, Moscow, Russia, Ph. D., Leading Researcher, Skoltech Center for Hydrocarbon Recovery, e-mail: e.kozlova@skoltech.ru
Alvina G. Zamirailova
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Prospect Аkademik Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, Ph. D., Senior Researcher? Laboratory of Sedimentolo-gy, e-mail: zamirailovaag@ipgg.sbras.ru
This paper presents data on the distribution and genesis of carbonate material in the Bazhenov Formation within Khanteiskaya hemianteclise. The mechanisms of carbonate rocks formation of the considered deposits are analyzed by means of lithological and geochemical studies, including iso-topic analysis and research of rocks in scanning electron microscope. The new data were obtained about the peculiarities of formation of carbonate rocks during various stages of formation of the studied sediments.
Key words: Bazhenov Formation, carbonate rocks, isotope analysis, black shales.
Со времени получения первых притоков нефти из черносланцевой баже-новской свиты высказывались мнения о приуроченности коллекторов к присутствующим в ее разрезах карбонатным породам (И. И. Нестеров, В. В. Мормы-шев, В. П. Сонич, М. Ю. Зубков, В. Д. Немова и др.). В ряде скважин карбонатные коллекторы известкового и/или доломитового состава выявлены в баже-новской свите на Салымском месторождении, на ряде месторождений западного склона Сургутского свода, на Красноленинском своде, об этом факте упоминали в своих работах В. И. Белкин, М. Ю. Зубков, В. П. Ефремов, Ю. Э. Хали-
мов, Е. Е. Карнюшина, И. Ш. Усманов и др. В баженовской свите (БС) выделяются первичные биогенные, конкреционные, разнообразные эпигенетические карбонатные разности, однако единого представления о процессах их формирования не существует. Доказанная нефтепродуктивность на многих месторождениях и неустановленный генезис указывают на необходимость отдельного и детального изучения карбонатных пород БС. В настоящей работе приводятся данные о распространении и генезисе карбонатного материала БС в пределах Хантейской гемиантеклизы (Южно-Ягунская, Дружная, Новоортъягунская и Повховская площади). Для литологического изучения был использован комплекс методов, включая макроизучение образцов керна, шлифов - в поляризационном микроскопе, образцов в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ), комплекс химических анализов (РФА, «мокрая химия» и др.). Для
13 18
уточнения генезиса пород использовался изотопный анализ (5 С, 5 О). Вариа-
13
ции 5 С в карбонате кальция отражают вариации изотопного состава суммар-
18
ной углекислоты, растворенной в воде [3]. 5 О отражает температуру, при которой происходила кристаллизация карбонатных минералов. Для кальцита используется формула пересчета палеотемператур [7]. Геохимические исследования органического вещества включают пиролитические исследования по методу Rock Eval. Измерение пористости и проницаемости образцов БС проводилось по методу нестационарной газофильтрации.
Основным карбонатным минералом в БС изучаемой территории является кальцит, существенно в меньшей степени доломит. Карбонатность пород в исследуемых разрезах убывает сверху вниз: от 30-80 % в верхней пачке до 2-3 % (редко до 10 %) в средней и нижней пачках (в разрезах, где отсутствует нижняя карбонатная пачка). По результатам литологического изучения БС района исследования установлено, что для ее верхней («кокколитовой») пачки характерны известковые микститы с остатками кокколит, конкреции и линзы-прослои. В средней части свиты линзы и прослои, представленные кальцитом, встречаются реже. Для этого интервала характерны многочисленные микропрослои ра-кушняковые. В подошве некоторых разрезов БС присутствуют карбонатизиро-ванные радиоляриты, в других разрезах наблюдается карбонатный слой, сложенный в верхней части апорадиоляритами, в нижней - микритовыми известняками с остатками кокколит, с брекчированными прослоями и трещинами, залеченными кальцитом. Ниже дается более подробная характеристика этих пород.
«Кокколитовая пачка»
Верхняя пачка БС в районе исследования представлена микститами кремнисто-карбонатными и характеризуется наиболее высокими содержаниями Сорг по разрезу БС (13-20 %). Основным источником известкового материала верхней пачки БС является главным образом известковый наннопланктон, получивший широкое развитие в центральной части ЗСБ в этот период [5 и др.]. Подтверждением этого заключения служат находки реликтов кокколитофори-довых водорослей практически во всех образцах верхней пачки БС, полученные
при исследовании в СЭМ. Остатки кокколит имеют кольцевидную форму, диаметр их меняется от 5-10 мкм. Мощность «кокколитовой» пачки в этом районе
13
варьирует от 2,5-6 м. 5 С в кокколитовых прослоях изменяется от -12,6 до
1 Я
-1,9 %oVPDB, 5 О - от -14 до -2,2 %oVPDB. Изотопные данные указывают, что карбонатный материал кокколит претерпел перекристаллизацию в диа- и катагенезе.
Карбонатные конкреции
Отличительной чертой рассматриваемых разрезов БС, по сравнению с Са-лымским, Красноленинским типом разреза и БС южных и юго-восточных районов ЗСБ [1, 2, 4 и др.] является широкое распространение карбонатных конкреций диаметром 7-12 см и линз-прослоев толщиной 0,5-1,5 см в верхней и средней пачках свиты. В основном конкреции имеют четкие резкие границы с вмещающей породой, в единичных случаях наблюдается переходная сантиметровая зона между конкрецией и породой. По наблюдениям в сканирующем микроскопе установлено, что материал конкреции представлен микрокристаллическим кальцитом, переходная зона таким же материалом, но с реликтами кокколитофорид, вмещающая порода содержит значительное количество реликтов нанофоссилий, упомянутых выше. В ряде случаев в изучаемых разрезах наблюдаются конкреции, одна сторона которых окаймлена реликтом раковины двустворки. Подобное соседство указывает на выщелачивание и перераспределение известкового материала. Таким образом, по результатам изучения образцов в керне и в СЭМ получены подтверждения, что источником известковых конкреций в БС служили в верхней части свиты, главным образом кокколито-форидовые водоросли, в средней - раковины двустворок. По данным изотопно-
13
го анализа, в конкрециях карбонатного состава БС 5 С изменяется от -23,7
1 Я
до -16,6 %oVPDB. 5 О варьирует в широких пределах от -9,4 до -0,6 %oVPDB, что указывает на кристаллизацию карбонатного материала в различных условиях: в придонной части осадков (температуры 12-21 °С) и на более поздних стадиях диагенеза, с возможной перекристаллизацией в катагенезе (температуры 28-39 °С, до 58 °С). Карбонатные линзы в составе средней пачки характеризуются свечением в ультрафиолете, указывающим на наличие в них углеводородных соединений. Доказательством служит относительное повышение значений параметра индекса продуктивности PI до 0,15-0,17 при средних значениях 0,11, а также отношение параметров S1/С0pг. Несмотря на наличие миграционной компоненты в составе ОВ, все породы этой части разреза характеризуются низкой пористостью (Кп<2 %) и не являются коллекторами.
Карбонатизированные радиоляриты
На Повховской площади в подошве БС присутствует пачка мощностью около 3 м известняка тонко- и микрокристаллического с реликтовой радиоля-риевой структурой. В ряде случаев радиоляриты в процессе литификации вме-
щающих отложений могут быть подвергнуты кальцитизации. Попадая в щелочную среду карбонатного субстрата, опал радиолярий начинает растворяться с постепенной кальцитизацией. В некоторых случаях отложения этого типа подвергаются доломитизации. В нижней части разреза баженовской свиты По-вховской площади отмечается прослой (2,2 м) биоморфного известняка-радиолярита, включающий прослой биоморфного доломита-радиолярита мощностью 0,1 м, содержание керогена в этом прослое относительно низкое (1-2 %). Эти породы сильно отличаются от вышележащих свечением в ультрафиолетовом освещении и по пиролитическим характеристикам. Количество Сорг здесь относительно низкое - 1,02-1,75 % (в среднем - 1,3 %), что характерно для карбонатных разностей баженовской свиты. Высокий индекс продуктивности (0,2-0,35), значительные вариации водородного индекса и колебания в пределах 6 градусов в параметре Тмах (436-442 °С) могут являться свидетельством низкого содержания керогена и неравномерного распределения в отложениях миграционного битумоида. Коллекторские свойства пород этого интервала низкие, пористость не превышает 2,5 %, в большинстве образцов менее 1 %. Ранее [2] было установлено, что карбонатизированные радиоляриты БС имеют катагенетическую природу.
Карбонатный пласт с реликтами радиолярий и кокколит
В разрезе одной из скважин Южно-Ягунской площади на границе баже-новской и абалакской свит выделяется карбонатный пласт мощностью 2 м, сложенный известняками микритовыми черными или светло-бурыми на сколе и светло-бурыми и серыми на поверхности выветривания, трещиноватыми, иногда брекчированными. Микротекстура от однородной до косослоистой, обусловленной наличием светлых карбонатных прослоев с относительно пониженным содержанием пирита и керогена толщиной 2-5 см, угол наклона прослоев 30-45°, границы между прослоями резкие, некоторые из них выклиниваются. Основная масса породы представлена микрокристаллическим известковым материалом. В этом прослое также наблюдается яснокристаллический кальцит, развитый по трещинам и жилам, в большом количестве пронизывающих породы, и выполняет роль заполнителя в брекчированных участках. В основной массе распространены реликты радиолярий (0,05-0,2 мм) субокруглой или овальной формы с более темным ядром, представленные тонко- и микрокристаллическим кальцитом, и единичные остатки раковин двустворок. Породы характеризуются неравномерным нефтенасыщением. В кровле карбонатного пласта наблюдается брекчированный, нефтенасыщенный прослой толщиной 0,3 м. Порода пахнет нефтью, характеризуется неравномерным свечением в желтых и бурых тонах в ультрафиолетовом освещении. Характеристики свечения указывают на приуроченность нефтенасыщения пород не к трещинам, а к основной карбонатной массе. Нефтенасыщение подтверждается данными пиролиза - повышенными значениями параметров S1 (до 8,43 мг УВ/г породы), S2 (до 37,34 мг УВ/г породы), сравнительно небольшим количеством
Сорг - 1,08-4,94 %, повышенными значениями индекса продуктивности PI -до 0,18. При этом породы характеризуются низкими значениями фильтрацион-но-емкостных свойств и не являются коллекторами. Вероятно, уменьшение объема порового пространства вызвано интенсивными процессами вторичной кальцитизации межформенного пространства и перекристаллизации с образованием микритовых разностей (<0,05 мм). Другим фактором, отрицательно сказавшимся на емкости пород, явилось заполнение порового пространства остаточным битуминозным веществом. К нефтенасыщенному коллектору был отнесен только маломощный прослой известняков в верхней части пласта, характеризующихся не только наличием миграционных битумоидов, но также обладающих повышенными значениями фильтрационно-емкостных свойств: Кп 6,69-7,96 %, Кпр 0,011-0,056 мД. По результатам изучения изотопного соста-
13 18
ва 5 С и 5 О известняков пробы их основной массы разделились на две группы по соотношению стабильных изотопов. Известняки первой группы значи-
13
тельно обогащены легким изотопом углерода (5 С до -21 %oVPDB) при значе-
18
ниях 5 О, схожих с неизмененными раковинами морских организмов (0 ± 4 %о). Такое распределение стабильных изотопов указывает на осаждение карбонатного материала на поверхности или в придонной части осадков (рассчитанные температуры 15-17 °С) в результате микробиальной переработки метана, за счет чего в осаждающихся карбонатах происходит выборочное накопление легкого изотопа углерода [6]. Вторая группа характеризуется меньшим
1 ^
обогащением легким изотопом углерода (5 С от -12,5 до -7,6 %oVPDB), обо-
18
гащением легким изотопом кислорода (5 О от -14,2 до -9 %oVPDB), что свидетельствует о том, что известковый материал имеет вторичную природу, кристаллизовался при повышенной температуре в катагенезе (рассчитанные температуры кристаллизации - от 56 до 91 °С) [3]. Жильный кальцит по изотопным
13
характеристикам близок к вторичным карбонатам матрицы
(513С
от -11
до -14,3 %oVPDB), характеризуется большим обогащением легким изотопом
1 Я
кислорода (5 О от -20,4 до -11,7 %oVPDB), что указывает на его кристаллизацию в условиях повышенных температур в катагенезе или из гидротермальных растворов (температура от 118 до 210 °С).
Впервые в образцах карбонатных пород подошвенной части баженовской свиты Южно-Ягунской площади (в интервале глубин 2 815,8-2 817,0 м) обнаружены остатки кокколитофоридовых водорослей по результатам изучения в сканирующем микроскопе (рисунок). Диаметр реликтов кокколит составляет около 8 мкм, форма индивидов - овальная, строение - мелкосегментное. В рассматриваемый период на территории Тетиса наблюдается масштабное распространение кокколитофоридовых водорослей [8 и др.].
Наличие в основной известковой массе пород слоя косых текстур с углами наклона до 60 °С, зон оползания с чередованием известняковых оползневых серий с различной глинистостью, а также изменение направлений наклона слоев слева направо указывают на то, что породы слоя имеют следы переотложения материала с более мелководных участков.
я
%
Остатки кокколитофоридовых водорослей в подошвенной части баженовской свиты. Глубина 2 816,6 м. Южно-Ягунская площадь
Вероятно, в бореальном бассейне в период начальной стадии седиментации БС существовали лишь локальные площади, на которых физико-химические условия благоприятствовали развитию известкового наннопланк-тона. Брекчированность пород, наличие многочисленных трещин и жил, выполненных яснокристаллическим высокотемпературным кальцитом, указывает на сходство в строении пласта с основными нефтеотдающими трещинными и кавернозными коллекторами Салымского, Красноленинского и других месторождений. Необходимо дальнейшее изучение карбонатных пород этого типа на других участках для уточнения временного и пространственного распределения известкового наннопланктона в рассматриваемый промежуток времени, для уточнения условий формирования этих толщ. Отдельной задачей стоит детальное изучение вторичных процессов в подобных толщах, приводящих к формированию коллекторской емкости или утрате породами фильтрационно-емкостных свойств, для повышения качества прогноза нефтеносности.
Результаты исследований
1. В изучаемых отложениях баженовской свиты Хантейской гемиантекли-зы выделяются следующие известковые образования: а) первичные биогенные - прослои ракушняков и остатки кокколит; б) диа- и катагенетические -в различной степени перекристаллизованные породы с кокколитами, конкреции и апорадиоляриты; в) катагенетические - трещины, залеченные кальцитом в известняках подошвы БС.
2. Впервые в составе пород баженовской свиты в ее приподошвенной части сделаны находки реликтов кокколитофоридовых водорослей (Южно-Ягунская площадь).
3. Характерной чертой БС Хантейской гемиантеклизы является присутствие многочисленных известковых конкреций в верхней, в меньшей степени средней частях свиты. Основным источником этих образований в первом случае служили кокколиты, во втором - раковины двустворок. Кристаллизация карбонатного материала конкреций происходила в различных условиях: в придонной части осадков (температуры 12-21 °С) и на более поздних стадиях диагенеза, с возможной перекристаллизацией в катагенезе (температуры 28-39 °С, до 58 °С).
4. В районе исследования характер распределения и генезис карбонатного материала в подошве БС на различных площадях отличается. Так, на Повхов-ской площади в подошве БС присутствует пласт нефтенасыщенного карбонати-зированного радиолярита с низкими фильтрационно-емкостными свойствами. На Южно-Ягунской площади известковые, в меньшей степени доломитовые, скрыто- и микрокристаллические породы в подошве баженовской свиты являются нефтенасыщенными и обладают повышенными фильтрационно-емкост-ными свойствами в верхней части. На Дружной и Новоортъягунской площадях карбонатные пласты в подошве БС отсутствуют.
5. Карбонатные породы подошвенной части баженовской свиты на Южно-Ягунской площади схожи по строению с основными нефтеотдающими коллекторами Салымского и Красноленинского месторождений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Особенности формирования баженовской свиты на границе юры и мела в центральной части Западной Сибири / В. Г. Эдер, А. Г. Замирайлова, Ю. Н. Занин и др. // Литосфера. - 2015. - № 4. - C. 17-32.
2. Условия образования и нефтенасыщенность карбонатных пород баженовской и аба-лакской свит / Н. С. Балушкина, А. Ю. Юрченко, Г. А. Калмыкови др. // Нефтяное хозяйство. - 2016. - № 1. - С. 32-35.
3. Фор Г. Основы изотопной геологии. - М: Мир, 1989. - 590 с.
4. Эдер В. Г. Некоторые типы разрезов верхнеюоских баженовской и георгиевской свит Обь-Иртышского междуречья // Геология и геофизика. - 2006. - Т. 47(6). - С. 118-122.
5. Эдер В. Г., Замирайлова А. Г., Ян П. А. Закономерности распространения кремнистых пород и «кокколитовой» пачки баженовской свиты // Геология и геофизика. - 2017. -Т. 58, № 3-4. - С. 511-521.
6. Concretionary methane-seep carbonates and associated microbial communities in Black Sea sediments / J. Reitner, J. Peckmann, M. Blumenberg et al. // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. - 2005. - Vol. 227, N 1-3. - P. 18-30.
7. Kim S.-T., O'Neil J.R. Equilibrium and non-equilibrium oxygen isotope effects in synthetic carbonates // Geochim. Cosmochim. Acta. - 1997. - Vol. 61. - P. 3461-3475.
8. Mesozoic Alpine facies deposition as a result of past latitudinal plate motion / G. Muttoni, E. Erba, D. V. Kent, V. Bachtadse // Nature. - 2005. - Vol. 434. - P. 59-63.
REFERENCES
1. Osobennosti formirovanija bazhenovskoj svity na granice jury i mela v central'noj chasti Zapadnoj Sibiri / V.G. Jeder, A.G. Zamirajlova, Ju.N. Zanin i dr. // Litosfera. - 2015. - № 4. -C.17-32.
2. Uslovija obrazovanija i neftenasyshhennost' karbonatnyh porod bazhenovskoj i abalakskoj svit / N.S. Balushkina, A.Ju. Jurchenko, G.A. Kalmykovi dr. // Neftjanoe hozjajstvo. - 2016. - № 1.
- S. 32-35.
3. For G. Osnovy izotopnoj geologii. - M: Mir, 1989. - 590 s.
4. Jeder V.G. Nekotorye tipy razrezov verhnejuoskih bazhenovskoj i georgievskoj svit Ob'-Irtyshskogo mezhdurech'ja // Geologija i geofizika. - 2006. - T. 47(6). - S. 118-122.
5. Jeder V.G., Zamirajlova A.G., Yan P.A. Zakonomernosti rasprostraneniya kremnistyh porod i «kokkolitovoj» pachki bazhenovskoj svity // Geologiya i geofizika. - 2017. - T. 58, № 3-4.
- S. 511-521.
6. Concretionary methane-seep carbonates and associated microbial communities in Black Sea sediments / J. Reitner, J. Peckmann, M. Blumenberg et al. // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. - 2005. - Vol. 227, N 1-3. - P. 18-30.
7. Kim S.-T., O'Neil J.R. Equilibrium and non-equilibrium oxygen isotope effects in synthetic carbonates // Geochim. Cosmochim. Acta. - 1997. - Vol. 61. - P. 3461-3475.
8. Mesozoic Alpine facies deposition as a result of past latitudinal plate motion / G. Muttoni, E. Erba, D.V. Kent, V. Bachtadse // Nature. - 2005. - Vol. 434. - P. 59-63.
© В. Г. Эдер, А. Ю. Юрченко, Н. С. Балушкина, Е. А. Костырева, Е. В. Козлова, А. Г. Замирайлова, 2018
