CC BY
11
ПЕРСПЕКТИВЫ НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ
А.П.Фролов (ФГУП ВИОГЕМ)
В современных экономических условиях выявление месторождений нефти и газа в Белгородской области с созданием на их основе собственной базы УВ-ресурсов представляет несомненный практический интерес.
По прогнозам украинских геологов-нефтяников на севере Харьковской области неразведанные ресурсы газа оцениваются в 800 млрд м3. Здесь на северном борту Днепров-ско-Донецкой впадины (ДДВ), помимо уже разведанных месторождений, сейсмическими работами выявлено более 40 перспективных для поисков нефти и газа геологических структур, т.е. фактически на южных окраинах Белгородской области [4].
Распределение неразведанных ресурсов УВ в стратиграфическом разрезе ДДВ и докембрийском фундаменте выглядит следующим образом:
Продуктивный Неразведанные комплекс ресурсы УВ, %
Нижнепермско-
каменноугольный 8,2
Среднекаменноугольный 7,6
Серпуховский 14,7
Верхневизейский 31,3
Турнейско-нижневизейский 21,8
Девонский 13,6
Докембрийский фундамент 2,8
Эту информацию по соседнему региону следует считать основополагающей и оптимистичной,так как на стратиграфический диапазон
рассматриваемой территории (от нижневизейского подьяруса до московского яруса) формально приходится более 75 % потенциальных ресурсов.
Проблемы нефтегазоносности соседнего региона в настоящее время изучены значительно детальнее, чем у нас. Тем не менее при поисковом бурении коэффициент успешности в ДДВ не превышает 0,4.
Вопрос о нефтегазоносности осадочного чехла южных окраин Белгородской области был актуален еще в 60-е г. XX в. Эту проблему пытались решить в Грайворон-ском районе, где по данным сейсмических работ методами МОВ и КМПВ была установлена флексура, однако бурение так и не проводилось [2, 5].
В настоящей работе для оценки нефтегазоносности за основу взята общепризнанная в мире оса-дочно-миграционная теория происхождения нефти. Можно утверждать, что в соответствии с названной теорией нефтегенерирующие толщи в ДДВ находятся на глубине
> 2 км (и это при наличии комплекса прочих благоприятных условий, в том числе геотермических —
> 140 оС!) [1]. Хотя, например, в Калининградской области промышленные залежи нефти в отложениях кембрия сформировались за счет собственных источников на глубине около 1200 м при палеотемперату-ре не выше 80 оС.
Нами рассматривалась лишь юго-западная часть Белгородской области (около 10 тыс. км2) как
наиболее перспективная из-за мощности осадочного чехла (> 500 м).
В геологическом строении территории принимают участие архейские и карельские образования кристаллического фундамента, перекрытые породами осадочного комплекса. В подошве чехла развита дораннекаменноугольная кора выветривания остаточного типа.
Образования осадочного чехла залегают в виде моноклинали, которая с резким угловым и стратиграфическим несогласием перекрывает кристаллический фундамент. Располагаясь на юго-западном склоне Воронежской антеклизы, она полого погружается в сторону ДДВ.
Осадочный чехол представлен отложениями каменноугольной, пермской, триасовой, юрской, меловой, палеогеновой, неогеновой и четвертичной систем. Мощность чехла в юго-западном направлении возрастает от 450 до 1400 м.
Каменноугольная система представлена терригенно-карбо-натной толщей отложений нижнего и среднего отделов. Их суммарная мощность от 100-200 м на северо-востоке до 1000 м на юго-западе. Они перекрываются с угловым несогласием глинистыми породами юрского возраста, подошва которых условно принимается как обширный потенциальный региональный экран-изолятор для мигрирующих УВ.
Отложения, перекрывающие кристаллический фундамент, в категорию нефтематеринских не попадают из-за незначительной их погруженности. Всерьез можно рас-
сматривать только факторы, благоприятные для миграции УВ с юго-запада и последующей их аккумуляции. С позиций осадочно-миг-рационной теории речь может идти только о вторичных залежах УВ, и поисковый интерес следует сосредоточить на выявлении возможных путей миграции флюидов и потенциальных ловушек.
Основным поисковым объектом здесь традиционно считался кристаллический фундамент, изучение которого привело к открытию месторождений КМА.
Несмотря на длительную историческую дискуссионность вопроса генезиса залежей в кристаллическом субстрате, необходимо считаться с фактом наличия скоплений УВ в разуплотненных породах фундамента вблизи района работ (Хух-рянская, Юльевская и другие площади). Известны многочисленные примеры из мировой нефтяной практики, свидетельствующие о наличии залежей в геологической ситуации, сходной с нашей. Близкий аналог — группа из девяти небольших месторождений в коре выветривания фундамента в Центральном Техасе (США). Во многих районах мира над погребенными выступами и приподнятыми блоками кристаллического основания установлены месторождения УВ, продуктивные горизонты которых прослеживаются от коры выветривания фундамента до верхних горизонтов осадочного чехла. Таким образом, объектами поисков должны быть высокоподнятые и нарушенные разломами блоки фундамента в пределах крупных платформенных структур типа Воронежской анте-клизы. Отсутствие общепринятых методик усугубляется крайне противоречивыми данными по коллек-торским свойствам пород, слагающих докембрийское ложе и покрывающую его латеритную кору. Не углубляясь в теоретические разра-
ботки, было решено ограничиться констатацией имеющегося материала по фундаменту с позиций прикладного его значения для поисковых целей. Это в первую очередь:
а) емкостно-фильтрационные свойства (плотностные по геофизике);
б) выявление зон концентрации тектонических нарушений как потенциальных путей миграции УВ; в) изучение рельефа кровли субстрата для прогнозирования антиклинальных ловушек (в том числе унаследованных осадочным чехлом).
Исходный материал собирался и анализировался по трем основным направлениям: данные бурения, гидрогеологические наблюдения и геофизическая информация. Выполнялись также интерпретация дистанционной основы и атмолитогеохимиче-ское профильное опробование.
Создан банк данных стратиграфических разбивок скважин с высокой детальностью расчленения палеозойских отложений. На этой информационной базе выполнялись литолого-фациальные и структурные построения.
Проведена корреляция каменноугольных отложений района с таковыми на близлежащей территории Украины. Этот материал анализировался на предмет как принципиальных отличий, так и сходства. Главной на этой стадии явилась попытка протрассировать и увязать в геологических профилях северовосточного направления картину возможной латеральной и вертикальной миграции. В комплексе с геологической картой домезозойских отложений и картой изопахит карбона эти материалы стали основой всех последующих построений.
Детальная литолого-фациаль-ная картина по каждому из горизонтов выглядит достаточно пестро, поэтому целесообразно прибегнуть к некоторой генерализации, учитывая значительную территорию и начальную стадию работ.
Для комплексного прогноза по структурным, фациальным и другим геологическим особенностям (условиям седиментогенеза) условно выделено четыре перспективных объекта поисков, которые близки к принятым в ДДВ ранее упоминаемым продуктивным комплексам:
1) породы кристаллического фундамента и кора выветривания. Явно самостоятельный поисковый объект по генетическому признаку;
2) отложения бобриковского, тульского, алексинского и михайловского горизонтов нижнего карбона. На востоке территории к ним добавляются турнейские отложения. Комплекс характеризуется почти идеальным унаследованием структурных форм фундамента и крайней неоднородностью состава. Здесь отмечено максимальное число проявлений битуминозности. Отложения характеризуются участками размыва, присутствием делювиальных кластогенных фаций (особенно в нижней части) и невыдержанностью по разрезу;
3) отложения веневского, та-русского, стешевского и протвин-ского горизонтов нижнего карбона. Для комплекса характерны преимущественно карбонатный спектр отложений и довольно спокойная тектоническая обстановка — пологая моноклиналь;
4) образования среднего отдела каменноугольной системы — башкирского и московского ярусов. Комплекс характеризуется наличием терригенных фаций и непосредственно срезается региональным юрским глинистым экраном. Присутствует только в приграничных с Украиной районах, что само по себе увеличивает его перспективы.
Каждый из комплексов оценивался по трем основным параметрам: 1) как потенциальный коллектор; 2) открытости к возможным путям миграции УВ; 3) наличию возможных ловушек.
Дилемма "коллектор — неколлектор" решалась с позиций ожидаемого его типа. В карбонатных разностях возможен преимущественно кавернозный его характер. Образцы керна серпуховского возраста подтверждают это. Пористость известняков по 212 анализам составляет 6-13 %, что близко к украинским аналогам.
Наиболее привлекательными выглядят терригенные разности 2-го и 4-го комплексов. Кластоген-ный характер отложений 2-го комплекса говорит о возможном наличии коллекторов порового, трещинного и гранулярного типов. Распределение емкостей здесь неравномерное и контролируется палеооб-становкой того времени.
Среднекаменноугольный комплекс (4-й) весьма перспективен на коллекторы порового типа, так как содержит значительное количество песчанистых разностей. Однако он залегает достаточно высоко по разрезу, что снижает шансы на его продуктивность.
Для оценки потенциальных путей миграции УВ и возможных типов ловушек был сделан структурно-морфологический анализ. По каждому из горизонтов отстраивался комплект из трех карт, а именно: гипсометрия кровли, тренд кровли и карта остатков тренда. Затем рассчитывался коэффициент корреляции между отметками кровли горизонта по скважинам и поверхностью тренда в скважинах. При значении коэффициента корреляции > 0,8 карта остатков тренда считалась корректной.
Обилие всей этой информации вынудило искать более общие закономерности. Поэтому построены суммарные карты перспектив по каждому из комплексов. Каждая из таких карт является результирующей комбинацией литолого-фациа-льного и структурно-морфологического анализов, т.е. оптимальный
контур учитывает сумму всех данных. Поскольку гипсометрия и литология не сопоставимы в количественном выражении, использован абстрактный комплексный показатель перспективности.
Существенные сложности вызывает вопрос наличия экрана над выявленными структурами. Если для 4-го и частично 3-го комплексов его роль играют юрские глины, то с 1-м и 2-м комплексами вопрос значительно труднее. Области разгрузки отложений серпуховского, башкирского и московского ярусов картируются под юрским глинистым экраном достаточно уверенно в региональном плане.
Отношение к карбонатным толщам 3-го комплекса двоякое. Несмотря на графическую аргументацию, следует допускать возможную экранирующую функцию этих пород.
Наибольшие проблемы вызывает оценка 1-го и 2-го комплексов. Проведенная корреляция мощности коры выветривания и гипсометрии кровли фундамента дала отрицательный результат. Задача оценки коры как независимого поискового объекта требует проведения специализированных работ. В этой ситуации логично обратиться к аналогам на Украине. Однако по такому "старому" месторождению как Юльев-ское до сих пор стоит проблема подсчета запасов, так как неизвестна морфология залежи.
Результаты литолого-фациаль-ного и структурно-морфологического анализов сводятся к следующему:
1) наиболее перспективными в нефтегазоносном отношении являются отложения 2-го (объединенного вместе с 1-м) и 4-го комплексов;
2) ловушки в породах визей-ского возраста и кристаллического фундамента (с корой выветривания) при наличии карбонатного экрана 3-го комплекса предположительно
структурного и антиклинального типов, заполненные с юго-запада;
3) перспективы 3-го комплекса, вероятно, низкие из-за однородной его карбонатности и спокойного моноклинального залегания;
4) среднекаменноугольный (4-й) комплекс (башкирский и московский ярусы) высокоперспективен благодаря терригенному составу, хорошему экрану и может содержать антиклинальные и стратиграфические ловушки выклинивания (рис. 1).
Гидрогеологические данные привлекались в качестве косвенных поисковых критериев на нефть и газ (химизм подземных вод), а также для оценки коллекторских свойств пород по данным откачек из скважин. Особый интерес представляли зоны затрудненного водообмена.
В основе гидрогеологических показателей лежат данные, получаемые в результате исследований гидрогеологических скважин: давление насыщения и состав водора-створенных газов, ионно-солевой состав вод, содержание микрокомпонентов, гидродинамическая обстановка и общие гидрогеологические условия.
К общим гидрогеологическим условиям артезианских бассейнов, благоприятным в плане нефтегазо-носности, относятся удаленность от областей инфильтрации, погруженность водоносных горизонтов, их хорошая закрытость, малые градиенты напоров. В числе благоприятных показателей особенно следует отметить отжимной режим водонапорных систем, который способствует первичной миграции рассеянных УВ из глинистых нефтемате-ринских пород в коллекторы. Среди палеогидрогеологических условий оптимальным показателем является сохранение седиментоген-ных или древних инфильтрогенных вод. В этих случаях есть большая уверенность, что залежи нефти и газа сохранились от разрушения.
На рассматриваемой территории в водоносных горизонтах палеозоя и фундамента перечисленные показатели выявлены в основном в юго-западной части.
Объемная доля суммы УВ-га-зов в пластовых водах достигает на территории 38 % (скв. у с. Белов-ское). Тяжелые гомологи метана, в особенности пропан и бутан, поступают в воду из нефти и широко распространены только в водах нефтеносных районов. Для областей, где отсутствуют нефтегазоносные отложения, водорастворимые газы представлены почти нацело азотом, а газосодержание вод редко пре-
вышает 100 см3/л. Отсутствие же кислорода в составе водораство-ренных газов считается благоприятным признаком, так как при наличии кислорода УВ разрушаются, переходя в углекислый газ и воду. На изучаемой территории определения состава водорастворимого газа проводились в скважинах, которые бурились для поисков минеральных вод (скв. 921г Белгород, скв. 1028 Маслова Пристань и др.).
Главными минеральными солями, растворенными в хлоркальцие-вых водах, являются: хлористый натрий, хлориды кальция и магния. Суммарным показателем служит
содержание ионов хлора. В хлор-кальциевых водах значение коэффициента г№/гС! должно быть < 1 (у нас 0,6-1,2), а (гС! - г№) / гМд > 1 (у нас до 15). Такие условия наблюдаются на юго-юго-западе территории, где глубина залегания нижнекаменноугольной толщи превышает 600-700 м и выделяется зона хло-ридных натриевых вод. Соленость этих вод достигает 26,7 г/л.
Исходя из вышеизложенного, среди перечисленных информативных гидрогеологических показателей благоприятными для неф-тегазоносности на рассматриваемой территории можно считать следующие:
незначительное содержание или отсутствие в подземных водах сульфатов (до 10 мг/л);
хлоридный, натриево-кальцие-вый и гидрокарбонатный натриевый тип вод;
повышенное содержание гидрокарбонатов в хлоридных водах (до 1340 мг/л);
повышенная минерализация (до 21120 мг/л);
высокая концентрация аммония, иода, брома, бора (иод - 0,64 мг/л, аммоний — до 105 мг/л);
высокая степень гидрогеологической закрытости недр (мощность юрского водоупора на крайнем юго-западе достигает 200 м);
небольшие гидравлические уклоны.
На основании этого наиболее перспективными являются участки в районе скв. 10в Муром, 1028, 1111г Маслова Пристань.
Геофизическая основа использовалась для интерполяции и экстраполяции известной по данным скважин геологической ситуации на неразбуренные участки методом геологической аналогии. Учитывая полное отсутствие сейсмических материалов по рассматриваемой территории, говорить о качественной корреляции отражающих гори-
Рис. 1. ПРЕДПОЛАГАЕМЫЕ ТИПЫ ЛОВУШЕК
A
зонтов в осадочном чехле не приходится. Поэтому детально отстраивалась модель поверхности фундамента на основе материалов КМПВ и данных бурения. Особое внимание уделялось корам выветривания кристаллических пород и зонам тектонических нарушений фундамента с целью поисков потенциальных коллекторов.
Привлечение этих материалов позволило рассмотреть территорию работ в составе единой глубинной физико-геологической модели всего региона нефтегазоносной провинции и ее ближайшего обрамления.
Установлено, что в горизонтах осадочного чехла над выступами фундамента могут формироваться зоны разуплотнения и крупные вторичные ловушки. В фундаменте нефтегазонасыщенными могут быть не только кора выветривания, но и более глубокие интервалы. Воронежская антеклиза в числе других приподнятых платформенных
структур перспективна на поиски месторождений УВ в породах кристаллического фундамента с трещиноватым типом коллекторов. Картируются гранитоиды методом грави-разведки достаточно уверенно — имеющиеся материалы среднемас-штабных съемок полностью обеспечивают решение этой задачи.
По материалам изучения месторождений ДДВ ясно, что многие месторождения являются многоэтажными, образуя залежи как в породах осадочного чехла, так и кристаллического основания. Фундамент перспективен там же, где и осадочный чехол, и наоборот, так что картирование благоприятных зон в докембрии повышает перспективы фанерозойской толщи.
Результаты интерпретации геофизической основы сводятся к следующему:
основными каналами миграции УВ с юга на север являются региональные тектономагматические
зоны гранитизации, дискордантные простиранию ДДВ. Это прежде всего Западно-Белгородская зона гранитизации, приуроченная к мощной Белгородско-Брянской разломной зоне. Помимо региональных текто-номагматических зон разуплотнения, транспортировке УВ должны способствовать и менее масштабные зоны гранитизации: Суджан-ская, Волчанско-Обоянская, цирковая зона в ядре Козьминско-Боль-шетроицкого массива;
в качестве благоприятных зон для миграции и концентрации УВ, на примере "эталонных" аномалий Украины, рассматриваются положительные магнитные зоны невысокой интенсивности (< 1000 нТл) 2-3-го порядков по отношению к региональным магнитным поясам, осложняющие их или ответвляющиеся, с широким развитием ультрама-фитов АР2.
картируемые гравиразведкой структуры осадочного чехла на исследуемой территории должны быть приурочены к кровле массивных известняков карбона, поверхность которых представляет собой контрастную плотностную границу с перепадом до 0,5 г/см3.
Наибольший интерес по комплексу геофизических данных представляют Суджанско-Муромский, Белгородско-Айдарский тектонические мегаблоки северо-западного простирания как наиболее приближенные к области Северного борта.
Проведено дешифрирование дистанционной основы по МАКС с целью выявления морфоструктур, наследующих глубинное строение. Решающим фактором в выборе перспективного комплекса параметров являлась информация по ближайшим месторождениям Украины. Характеристика продуктивных объектов близка к нашей геологической ситуации как по емкост-но-фильтрационным параметрам коллекторов, так и по стратиграфи-
ческому диапазону разреза. Несомненно, что глубина залегания продуктивных объектов на Украине больше, но следует учитывать, что вблизи российской границы специализированные работы на нефть и газ украинскими геологами пока не проводились. Самый северный сейс-моразведочный профиль обрывается в районе Волчанска на украинской территории.
По результатам дешифрирования дистанционной основы выполнены работы по газолитогеохимическо-му профильному опробованию на выделенных участках. Отобрана 361 проба с шагом 1 км с глубины 0,8 м. Использовался эталон, имеющий сходство с нашей геологической ситуацией, — Володарское месторождение (Ульяновская область). Данные газолитогеохимического опробования следует рассматривать как прямые признаки, указывающие с высокой вероятностью на продуктивность структур [3]. Здесь во главу угла ставится сумма предельных УВ-газов (пентан, гексан, изопентан, изогек-сан), свидетельствующая о длительных процессах эманации. Отношение этой суммы к объему летучих фракций (этилен, пропилен, бутилен) — так называемый коэффициент эпигене-тичности — говорит о наличии под этими аномалиями долгоживущего источника. Большие значения коэффициента (до 36,6) выявили аномалии в районах южнее Белгорода. Сумма непредельных УВ-газов использовалась для разбраковки аномалий, полученных другими методами.
Работы, соответствующие первой стадии оценки территории, выполнены, поэтому закономерно сконцентрировать дальнейшие исследования на локальных участках. Исходя из ранжированного по информативности ряда геологических, геохимических и других признаков выделены наиболее перспективные участки, представляющие повышенный интерес (рис. 2):
Рис. 2. СХЕМА ПЕРСПЕКТИВ
НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ
1 - район работ; 2 - участки, рекомендуемые для постановки дальнейших поисковых работ, ранжированные по степени перспективности: I-Грайворонский, II- Муромский, Ш- Белянский
1. Грайворонский участок площадью около 850 км2 по совокупности факторов является приоритетным. Типы возможных ловушек — стратиграфические для среднека-менноугольных отложений, антиклинальные для фундамента и нижнего карбона. Характеризуется обилием аномалий, выделенных по результатам дешифрирования дистанционных методов. Высокоперспективен по геофизическим данным.
2. Муромский участок площадью около 880 км2. Наиболее полно охарактеризован данными бурения. Типы возможных ловушек — антиклинальные и структурные в отложениях визейского яруса и фундамента. Перспективен по геофизическим и газолитогеохимиче-
ским данным, открыт к потенциальным путям миграции УВ.
3. Белянский участок площадью около 150 км2. Выделен в основном по данным газолитогео-химического опробования. Перспективен на ловушки структурного типа в отложениях фундамента и нижнего карбона.
В результате проведенных исследований можно рекомендовать следующее:
на двух наиболее перспективных участках (Грайворонском и Муромском) рекомендуется постановка более детальных площадных геофизических и газолитогеохими-ческих работ, включая профильную сейсморазведку;
на Белянском участке можно ограничиться площадными газоли-тогеохимическими работами по регулярной сети.
Полученные результаты с одинаковым успехом могут быть применены к быстрому решению сугубо прагматичной для Белгородской области задачи — строительству подземных хранилищ газа, поскольку методический подход к поисковым задачам на нефть и газ почти полностью аналогичен поискам структур-ловушек для этих целей.
Литература
1. Высоцкий И.В., Оленин В.Б.
Глубинная зональность в распределении скоплений углеводородов //
Вестн. МГУ. Сер. IV. Геология. - 1964. -№ 6. - С.17-22.
2. Геологические предпосылки для оценки перспектив нефтегазо-носности древних толщ палеозоя и кристаллического фундамента юго-западного склона Воронежской антеклизы / Е.И.Дунай, В.И.Бе-лых, П.В.Семенов, В.И.Горяшин // Вестн. Воронежского университета. Сер. геологическая. — 1998. - № 5. -С.204-208.
3. Критерии прогноза нефтега-зоперспективных объектов по газогеохимическим и электроразведочным данным / И.Ф.Бровчук, В.А.Го-ловня, Н.А.Ульянцев и др. // Геохимические и геофизические методы при поисках полезных ископаемых (к 35-летию деятельности опытно-методической экспедиции). - Александров, 1998. - С.164-169.
4. Лебедь В.П., Кириенко Л.М.
Харьковский полигон - основной район концентрации ГРР на небольших глубинах // Сб. науч. тр. Материалы 5-й Международной конференции "Нефть и газ Украины-98". - Полтава, 1998. - Т.1.
5. О нефтегазоносности Воронежской антеклизы / В.И.Белых, Е.И.Дунай, С.П.Молотков и др. // Тез. докл. науч.-практ. конф. "Малоизученные нефтегазоносные комплексы европейской части России (прогноз нефте-газоносности и перспективы освоения)". - М., 1997. - С.79-80.
© А.П.Фролов, 2003
The article shows a possibility of revealing oil and gas fields in Belgorod oblast for creation of the own base of hydrocarbon resources. Main argument appears to be a closeness to the northern slope of Dnieper-Donets depression. For evaluation of oil and gas potential as a basis is taken the sedimentary-migration theory of oil origin.
From geological, geochemical, geophysical and other indications are distinguished most promising localities — Graivoronsky, Muromsky, Beliansky.
