CC BY
543
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2012 Геология Вып. 4 (17)
ЛИТОЛОГИЯ
УДК.550.832
Литолого-фациальное расчленение башкирских карбонатных отложений по данным промысловогеофизических исследований скважин
В.Н. Косков, О.Е. Кочнева
Пермский государственный национальный исследовательский университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15. E-mail: olgakochneva [email protected]
(Статья поступила в редакцию 1 июля 2012 г.)
Использована методика биолитмостратиграфического анализа карбонатных отложений. В качестве материалов для исследования были использованы данные описания кернового материала и результаты геофизического изучения скважин. Установленные зависимости между цикличностью осадконакопления и развитием фауны свидетельствуют о единстве причин, влияющих на характер осадконакопления.
Ключевые слова: карбонатные породы, керн, геофизические исследования скважин, литология, фации, цикличность фаций.
К карбонатным отложениям приурочены залежи нефти и газа, изучение которых особенно важно для выяснения условий осадконакопления на стадиях разведки, освоения и эксплуатации месторождений углеводородного сырья. Достоверная информация о генезисе изучаемых нефтесодержащих интервалов в разрезе скважин позволяет прогнозировать изменение их основных параметров как по разрезу, так и по площади, выбрать наиболее рациональную систему освоения месторождения, которая поможет избежать бурения лишних скважин. Получение и широкое использование наиболее полной информации для решения такой задачи в настоящее время весьма актуально.
Основным источником геологической информации о глубоко залегающих слоях земной коры является керновый материал. Но на практике керн отбирается фрагментарно и не всегда по всему стволу скважины, а только с тех глубин, где ожидается вскрытие продуктивных пластов.
Вместе с тем комплекс промыслово-геофизических исследований, который проводится практически во всех скважинах, позволяет достаточно точно выделять отдельные пласты и пачки, исследовать их распространение, изменение мощности, выявлять размывы, несогласия и т. д.
До недавнего времени выводы о генезисе осадочных пород разведываемого осадочного бассейна делались исключительно на основе изучения кернового материала. Теперь же по комплексу геофизических исследований скважин (ГИС) можно определить литологический состав пересеченных скважиной пород, выполнить детальное геологическое расчленение разреза и осуществить зональную и региональную корреляцию отдельных его подразделений. Непрерывность наблюдений по всему стволу скважины является одним из преимуществ материалов ГИС.
Литологическое расчленение разрезов скважин методами ГИС основано на знании физических свойств горных пород и
© Косков В.Н., Кочнева О.Е., 2012
определяющих их геофизических параметров. Литологическую характеристику пород устанавливают по набору признаков, выявленных на диаграммах различных геофизических методов. Положение границ пластов и их мощностей в разрезе скважины определяют по правилам, установленным для каждого геофизического метода. Предпочтение отдается методу, который наиболее четко характеризует изучаемый объект [5,9].
Показания геофизических параметров, зафиксированные на каротажных диаграммах, служат основой для выделения ряда литологических разновидностей горных пород, пройденных скважинами, а также для определения границ между ними.
На исследуемой территории (Калмияр-ское месторождение) для детального литологического расчленения башкирских отложений и выявления в них цикличности детально проанализированы промыслово-геофизические материалы по скважинам - полевые описания керна, результаты лабораторных исследований образцов керна и данные ГИС.
По результатам интерпретации каротажных данных представилась возможность выделения определённых литологических разновидностей горных пород за счёт сопоставления с классификацией тех же пород, которая была установлена ранее на основании изучения физических и химических свойств по образцам пород, полученным при бурении скважин с определенных глубин в виде керна, шлама или проб, отобранных грунтоносами. В скважинах, пройденных без отбора керна, петрографическая классификация пластов горных пород осуществлялась по данным только материалов ГИС [6].
Основными методами ГИС являются электрокаротаж, радиоактивный каротаж и кавернометрия. Полученные данные служат базой, к которой привязываются результаты литологических, палеонтологических, палинологических и других исследований керна. Сбору этих данных следует уделять особое внимание, т.к.
именно по ним устанавливается возраст исследуемых отложений.
Для сопоставления с данными ГИС результаты литологических исследований керна используются не в виде обобщенных сведений по крупным подразделениям разреза, а в первичной форме - в виде сведений по каждому отдельному интервалу отбора керна. На диаграмму ГИС наносят все интервалы глубины скважины, где был произведен отбор керна с указанием его выхода в процентах и краткой литологической и стратиграфической характеристикой слоев горных пород. Следует отметить, что в процессе каротажа глубины измеряют более тщательно, чем при бурении, поэтому при их определении ориентируются на диаграммы ГИС.
Важнейшим геологическим документом является литолого-стратиграфическая колонка, содержащая сведения о положении границ пластов и их толщинах, литологическом составе и стратиграфической принадлежности пород, которыми пласты сложены, о наличии пластов-коллекторов и характере их насыщения.
Карбонатные породы башкирских отложений представлены в основном известняками разной степени глинистости, которые различаются по своему происхождению. В формировании фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) карбонатных пород значительную роль играют пустоты вторичного происхождения - трещины и каверны. Для карбонатных пород характерно многообразие типов пористости и сложное строение порового пространства, т.к. в формировании ФЕС карбонатных пород значительную роль играют пустоты вторичного происхождения -трещины и каверны. Трещинные и кавернозно-трещинные коллекторы весьма широко распространены среди карбонатных пород. На каротажных кривых традиционного комплекса ГИС они не имеют чётко выраженных характеристик, и распознавание их в разрезе скважины связано с большими трудностями. Для обнаружения трещинных коллекторов перспективно ис-
пользование данных акустического каро- бонатном разрезе следующие литологиче-тажа по затуханию. ские разности пород (таблица).
Проведенный анализ конфигураций диаграмм ГИС позволил выделить в кар-
Характеристика литологического состава пород по данным ГИС
№ п/п Разновидность горных пород Показания методов ГИС
1 Доломит Показания НГК максимальные. Минимальные показания ГК. Высокие значения сопротивления на кривой КС. Номинальный диаметр скважины на кавернограмме
2 Известняк доломитизированный Высокие показания НГК. Минимальные показания ГК. Высокие значения сопротивления на кривой КС. Номинальный диаметр скважины на кавернограмме
3 Известняк плотный Повышенные показания НГК. Низкие показания ГК. Повышенные значения сопротивления на кривой КС. Номинальный диаметр скважины на кавернограмме
4 Известняк проницаемый (коллектор) Показания НГК в высокопористых и кавернозных породах существенно понижены. Уменьшение диаметра скважины за счёт образование глинистой корки. Пониженные значения сопротивления по сравнению с плотными породами
5 Известняк глинистый Показания НГК более низкие по сравнению с плотным известняком. Увеличение естественной радиоактивности на кривой ГК. Отмечается увеличение dскв
6 Мергель На диаграммах НГК отвечают промежуточным показаниям, а на кавернограмме - обычно показаниям номинального диаметра скважины. Отмечаются повышенные значения КС, более высокие, чем у глин, но меньшие, чем у известняков и доломитов
7 Алевролит известковистый Несколько повышенные показания на кривых НГК и КС по сравнению с аргиллитами, алевролитами и песчаниками из терригенной части разреза. В основном эти литологические разновидности горных пород выделяются по каротажным диаграммам так же, как и в терриген-ном разрезе.
8 Аргиллит известковистый
9 Песчаник известковистый
Границы стратиграфических подразделений увязываются с местами наиболее резкого изменения литологического состава (см. литологическую колонку на рис.1).
Детальное расчленение башкирских карбонатных отложений выполнено с использованием биолитмостратиграфиче-ского метода, который позволил проводить более полно циклический анализ отложений, теоретические и методические основы которого разработаны Ю.Н. Каро-годиным [3,4].
Стратиграфические подразделения отражают этапность развития органическо-
го мира, а цикличность отложений - этап-ность осадконакопления, представляя собой, по сути, две стороны одного и того же процесса - последовательного развития палеоэкосистем прошлого. Системный подход к исследованиям сложных геологических объектов является не только удобным, но и весьма эффективным методом [6]. Важными признаками познания при системном подходе являются принцип изоморфизма и принцип целостности. Объединение их даёт принцип системности.
В нефтегазовой геологии чаще всего имеют дело со скрытодискретными систе-
мами - слоевыми ассоциациями - и применяют для их изучения системно-структурный анализ породно-слоевых ассоциаций. Породный слой - это трёхмерное тело, ограниченное снизу и сверху субпа-раллельными поверхностями - границами. Слоевые ассоциации образуют элементарные циклиты, которые являются надпо-родным и надслоевым уровнем организации вещества.
Если понимать цикл седиментации как процесс смены связанных во времени и пространстве событий седиментации в единое целое, то циклит - вещественное выражение цикла. Циклиты относятся к природным, реальным целостным скрытодискретным системам. По характеру системообразующих отношений они принадлежат к цепным системам, в которых каждый элемент связан не более чем с двумя другими элементами. Из этого вытекает очень важное следствие, что элемент, связанный только с одним элементом, будет пограничным, крайним в системе [3].
Границы между слоями могут быть постепенными и резкими. Внутренние границы слоевой системы более плавны и постепенны, чем внешние. Резкий характер границ говорит о дискретности, перерыве в осадконакоплении, о размыве или структурном несогласии. При наличии перерыва в осадконакоплении, а тем более размыва нарушается породная последовательность слоёв в общем литологическом ряду. Использование перечисленных выше правил и принципов даёт возможность выделять элементарные циклиты (ЭЛЦ). Самым существенным признаком для карбонатных пород является изменение гранулометрического состава.
ЭЛЦ - это простейшая система естественных породных тел (слоёв), выделяемая по направленности, непрерывности изменения главного свойства, признака, по характеру границ между телами и двуединому строению в вертикальном разрезе скважины. Все циклиты можно разделить на две группы: однонаправленные и разнонаправленные [4] (рис.1).
В однонаправленных выделяют два типа: прогрессивные циклиты (процикли-ты) и регрессивные циклиты (рециклиты). В группе разнонаправленных циклитов можно выделить два основных типа: прогрессивно-регрессивные (про-рециклиты) и регрессивно-прогрессивные (ре-процик-литы).
В про-рециклитах наблюдается прогрессивная направленность изменения свойств в нижней части циклита и постепенная смена на регрессивную последовательность в верхней части. Ре-проциклит является обратным про-рециклиту, т.е. его нижнюю часть характеризует регрессивная последовательность, а верхнюю - прогрессивная.
Выделение элементарных циклитов (ЭЛЦ) является необходимым шагом для выделения слоевых систем более высокого ранга - региональных циклитов - рего-циклитов (РГЦ). Для выделения регоцик-литов используется коэффициент регрессивности Кр, который выражается отношением регрессивной части ЭЛЦ к общей его мощности и вычисляется по формуле Кр=Р/М 100%. Начало регоциклита характеризуется обычно резкой сменой тенденции в направленности коэффициента регрессивности. А конец регоциклита обозначается значениями Кр меньше 50%, приближающимися к нулю. Как правило, нижняя граница РГЦ стабильная, она незначительно скользит стратиграфически, верхняя же граница часто скользит значительно.
В качестве объекта изучения были использованы промыслово-геофизические материалы по скважинам Калмиярского месторождения. Башкирский ярус на Кал-миярском месторождении представлен главным образом карбонатными породами (см. таблицу и рис.1), среди которых преобладают известняки. Детальное изучение карбонатов башкирского яруса показало возможность выявления прогрессивной и регрессивной направленности осадконакопления по характеру изменения микроструктур.
При расчленении разреза использована унифицированная схема Русской платформы 1988 г. [10]. Башкирский ярус состоит из двух подъярусов, из которых нижний
подъярус расчленяется на три горизонта: краснополянский, северокельтменский и прикамский, а верхний на два: черем-шанский и мелекесский (рис. 1).
Радиоактивный каротаж ГК (мкР/час)
1 ' 0 і і і і і і і і і НГК (уед.) ■ 1 18 п ь
1 ' 0 1 1 4,6 ЭЛЦ СБРГЦ РГЦ
В2
Ві
Условные обозначения
Литологический состав пород | н! ■! и!| - доломит плотный ИИИтИ - известняк глинистый К'!'!'!! - известняк плотный 111111111 - известняк плохопроницаемый 11! I! I! 11 - известняк проницаемый (коллектор)
Д
V
Циклиты
проциклит
рециклит
■ про-рециклит
■ ре-проциклит
Рис. 1. Литолого-фациальное расчленение башкирских карбонатных отложений на примере скв.411 Калмиярского месторождения
В башкирском ярусе на Калмиярском месторождении установлено два регоцик-лита (РГЦ), четыре субрегоциклита (СБР-ГЦ), 9 элементарных циклитов (ЭЛЦ) (в зависимости от полноты разреза).
Башкирскому ярусу отвечают два региональных циклита (РГЦ): В1 и В2, каждый из которых соответствует подъ-ярусу (нижнебашкирскому и верхнебашкирскому), что подтверждено комплексами фораминифер [8,11].
НИЖНЕБАШКИРСКИЙ РЕГО-ЦИКЛИТ (В1) является рециклитом. Он включает в себя два субрегциклита: I СБРГЦ и II СБРГЦ.
I СБРГЦ соответствует северокельт-менскому горизонту и является рецик-литом . Субрегоциклиты делятся на элементарные циклиты (1 ЭЛЦ, 2 ЭЛЦ, 3 ЭЛЦ и 4 ЭЛЦ). Первый элементарный циклит (1 ЭЛЦ) и второй элементарный циклит (2 ЭЛЦ) в разрезе отсутствуют в связи с перерывом в осадконакоплении. 3 ЭЛЦ и 4 ЭЛЦ отвечают северокельтмен-скому горизонту.
Третий элементарный циклит (3 ЭЛЦ) является рециклитом. 3 ЭЛЦ имеет мощность 3,5 м.
Четвёртый элементарный циклит (4 ЭЛЦ) является ре-проциклитом. Мощность 4 ЭЛЦ 4,0 м.
II СБРГЦ отвечает прикамскому горизонту и является про-рециклитом. Второй субрегоциклит включает 5 ЭЛЦ и 6 ЭЛЦ.
Пятый элементарный циклит (5 ЭЛЦ) в изученном разрезе имеет прогрессивно-регрессивную направленность. Мощность 5 ЭЛЦ 5,0 м.
Шестой элементарный циклит (6 ЭЛЦ) в изученном разрезе является про-циклитом. Мощность 6 ЭЛЦ 4,0 м.
ВЕРХНЕБАШКИРСКИЙ РЕГО-ЦИКЛИТ (В2) является про-рециклитом и включает два субрегоциклита: III СБРГЦ и IV СБРГЦ.
Границы регоциклитов и почти всех субрегоциклитов характеризуются количественными и качественными изменениями в комплексах фауны. Исключением являются III и IV субрегоциклиты верхне-
башкирского подъяруса. Граница между ними проходит внутри предположительно мелекесского горизонта и не отличается какими-либо изменениями в составе фау-нистических сообществ. А границы элементарных циклитов характеризуются только количественными изменениями.
III СБРГЦ отвечает черемшанскому горизонту и нижней части мелекесского горизонта и имеет прогрессивно-регрессивную направленность. Третий субрего-циклит включает два элементарных цик-лита: 7 ЭЛЦ и 8 ЭЛЦ.
Седьмой элементарный циклит (7 ЭЛЦ) имеет прогрессивно-регрессивную направленность. Мощность 7 ЭЛЦ составляет 3,0 м.
Восьмой элементарный циклит (8 ЭЛЦ) имеет прогрессивно-регрессивную направленность. Мощность 8 ЭЛЦ составляет 5,5 м.
IV СБРГЦ соответствует верхней части мелекесского горизонта и является про-рециклитом. Он включает три элементарных циклита: 9 ЭЛЦ, 10 ЭЛЦ и 11 ЭЛЦ.
Девятый элементарный циклит (9 ЭЛЦ) в изученном разрезе является ре-проциклитом. 9 ЭЛЦ имеет мощность 6,5 м.
Десятый элементарный циклит (10 ЭЛЦ) в разрезе имеет прогрессивно-регрессивную направленность. Мощность составляет 6,0 м.
Одиннадцатый элементарный циклит (11 ЭЛЦ) в разрезе имеет регрессивно-прогрессивную направленность. Мощность циклита 4,0 м.
Мощность башкирского яруса в скв. 411 на Калмиярском месторождении составляет 41,5 м.
Использование методов ГИС для проведения фациального анализа и распространения коллекторов тесно связано с выделением в разрезах скважин продуктивных интервалов. Фильтрационно-емкостные свойства пород-коллекторов, регулирующие процессы аккумуляции углеводородов, тесно связаны с определенными типами фаций.
Современная наука под фациальной цикличностью отложений понимает закономерную смену пород и периодическую повторяемость палеографических обстановок, отражающих тектоно-седимента-ционный этап геологического развития территории.
Анализ кернового материала башкирских отложений позволяет утверждать, что на территории Пермского края в башкирский век существовали морские мелководные обстановки. Причем, фации, к которым принадлежат карбонатные отложения башкирского яруса Калмиярского месторождения, следует отнести к группе морских-мелководных открытого моря (Мм) (рис. 2).
Среди фаций Мм по положению относительно береговой линии, гидродинамическим особенностям и глубинам можно выделить фации отмелей (ОТ), фации поселений различных организмов (ПО), фации относительно ровного морского дна (РМД) [1]. Кратко охарактеризуем их.
Фации ОТ характеризуются исключительно малыми глубинами, высокой подвижностью вод и плотным каменистым дном. Морские отложения представлены известняковыми брекчиями, состоящими из органогенно-обломочных и комковатообломочных известняков [2]._____________
_____________Морские мелководн
Фации ПО располагаются на периферии отмелей и включают фации водорослевых (ВП) и фораминиферовых поселений (ФП).
К фациям ВП принадлежат водорослевые известняки, сложенные хрупкими и тонкими скелетными остатками зелёных и багряных водорослей. Для этих фаций характерны биоморфные и органогенно-дет-ритовые структуры. К фациям ФП были отнесены фораминиферовые известняки, преобладающими структурами этих фаций являются детритовые и мелкодетри-товые.
Фации РМД включает фации ровного морского дна со спокойным гидродинамическим режимом (РМДС) и подвижным гидродинамическим режимом (РМДП).
Фации РМДС характеризуются морскими отложениями, формировавшимися в удалённых от берега морских мелководных обстановках, отличающихся илистым дном и слабоподвижным гидродинамическим режимом. Эти фации представлены известняками доломитизированными, в различной степени глинистыми, с микро-зернистыми, тонкозернистыми, сгуст-ковыми, комковатыми структурами.
Фации РМДП характеризуются морскими отложениями, которые накаплива-
е открытого моря (Мм)___________
Рис. 2. Схема взаимосвязи карбонатных фаций
лись в обстановках с плотным дном и подвижной динамикой среды. В литологическом отношении они представлены известняками с органогенно-детритовыми структурами.
Выявленные зависимости литологии и структуры от условий осадконакопления позволили предположительно определить фациальный ряд. Фациальный ряд, отражающий закономерности смены морских осадков по простиранию, имеет следующую последовательность фаций (в направлении от берега): ОТ, ПО, РМДП, РМДС.
Фации ПО представлены по большей части фациями водорослевых поселений, в то время как фации фораминиферовых поселений редки, встречаются в разрезе эпизодически.
По результатам циклического анализа установлена связь продуктивных пластов башкирского яруса с элементарными цик-литами [7] (рис. 1).
Библиографический список
1. Ефимов А.А, Кочнева О.Е. Использование
фациальных особенностей карбонатных отложений Сибирского месторождения для исследования связей между коэффициентами пористости и проницаемости // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. 2010. № 12.
С. 15—18.
2. Ефимов А.А., Кочнева О.Е. Исследование приемистости отложений башкирского яруса Сибирского месторождения в различных фациальных условиях // Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2012. №3 С.15 - 23.
3. Карогодин Ю.Н. Региональная стратиграфия (системный аспект). М.: Недра, 1985. 179 с.
4. Карогодин Ю.Н. Введение в нефтяную литмологию. Новосибирск: Наука. Сиб. отд., 1990. 240 с.
5. Косков В. Н., Косков Б.В. Геофизические исследования скважин и интерпретация данных ГИС: учеб. пособие/ Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2007. 317 с.
6. Косков В.Н. Интерпретация данных ГИС на базе системно-структурного подхода:
Выводы
1. Выделенные циклиты содержат большую информацию о составе и полноте разрезов: помогают выявлению стратиграфических подразделений; определяют по неполноте набора циклитов мелкие, незначительные по амплитуде стратиграфические перерывы даже внутри горизонтов.
2. Изменение направленности элементарных циклитов свидетельствует о частом изменении условий осадконакопле-ния однозначно в разных фациальных условиях. При этом количество и направленность циклитов в одновозрастных карбонатных толщах обычно совпадают.
3. Использование циклического метода открывает хорошие перспективы для детального расчленения и сопоставления внутригоризонтных пачек, установления зон фациального замещения разнофаци-альных толщ, литологического выклинивания и стратиграфического несогласия.
учеб.пособие / Перм. нац. исслед. политехн. ун-т. Пермь, 2012. 140 с.
7. Кочнева О.Е. О связи продуктивных пластов башкирского яруса с элементарными циклитами в Пермском Прикамье // Литология и нефтегазоносность карбонатных отложений: матер. Второго Всерос. симпозиума по ископ. и рифам. Сыктывкар, 2001. С. 35-36.
8. Опорные разрезы палеозоя Вишерского Урала. Ч. I: Скважины / М.В. Щербакова, О.А. Щербаков, П.М. Китаев, О.Е. Кочнева, Н.С. Вечеринская, В.И. Дурникин; Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2002. 161 с.
9. Пахомов В.И., Косков В.Н. Литология природных резервуаров с использованием фа-циально-циклического метода и промыслово-геофизических данных: учеб. пособие/ Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2011. 168 с.
10. Решение регионального стратиграфического совещания по среднему и верхнему палеозою Русской платформы (Ленинград,
1988 г.) с региональными схемами. Рассм. и утв. Межвед. стратигр. комитетом 26 янв.
1989 г. Л., 1990.
11. Щербаков О.А., Щербакова М.В., Кочнева О.Е. Сверхдробное расчленение отложений и их детальная корреляция на основе био-
литмостратиграфического метода (на при- Изв. Отд. наук о Земле и экологии/ Уфа,
мере девона и карбона Урала) // Геология. АН РБ. 1997. № 1. С. 48-58.
Litology-Faciel Division of Bashkirian Carbonate Deposits across Petroleum-Geophysical Investigations of Wells
V.N. Koskov, O.E. Kochneva
aPerm State National Researching University, 614990, Perm, Bukirev st., 15 E-mail: [email protected]
The technique for the biolitmostratigraphic analysis of carbonate deposits is used. The materials for the study are the data on description of core samples and results of geophysical investigations of wells. The established relationships between cycles of sedimentation and fauna development demonstrate the unity of reasons that influence to the character of sedimentation.
Keywords: carbonate rocks, core, well logging, lithology, facies, facies cycles.
Рецензент - доктор геолого-минералогических наук Т.В. Карасева
