CC BY
94
УДК 553.984:552.54:551.253
ПОРОДЫ-КОЛЛЕКТОРЫ ДОЮРСКИХ КАРБОНАТНО-КРЕМНИСТО-ГЛИНИСТЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ ГЕОСИНЕКЛИЗЫ
А.Е. Ковешников
Томский политехнический университет ТФ Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, г. Томск E-mail: [email protected]
Кремнисто-карбонатные и кремнисто-глинистые образования юго-восточной части Западно-Сибирской геосинеклизы, а именно Нюрольского структурно-фациального района, сформированы в участках бассейновой седиментации позднедевонского и раннекарбонового возраста. Наряду с накоплением биогенного кремнезема в осадках, происходило его перераспределение в диагенезе и раннем катагенезе с формированием микрокварцитовых пород по известнякам верхнего девона. В стадию континентального стояния региона и формирования кор выветривания по выходам на доюрскую поверхность палеозойских отложений, эти породы подвергались гипергенному выщелачиванию. В период вторично-катагенетического преобразования пород в них сформировались породы-коллекторы трещинного типа гидротермально-метасоматической природы как в результате проявления процесса каолинизации с сидеритизацией, так и в результате гидротермального выщелачивания.
Ключевые слова:
Вторично-катагенетические преобразования, доюрские отложения, Западно-Сибирская геосинеклиза, метасоматоз, трещино-образование, порода-коллектор.
Key words:
Secondary catagenetic transformation, prejurassic deposits, Western-Siberian geosineclise, metasomatism, formation of cracks, bre-ed-the collector.
Палеозойские отложения Западно-Сибирской геосинеклизы, интерес к формированию в которых месторождений нефти и газа в последние годы значительно возрос, представлены двумя группами пород-коллекторов: карбонатными, подвергающимися процессам вторично-катагенетической ги-дротермально-метасоматической доломитизации и выщелачивания; кремнисто-глинистыми, преобразованными воздействием процессов гипергенно-го выщелачивания в период континентального стояния региона с последующими гидротермальными каолинизацией с сидеритизацией и вторич-но-катагенетическим выщелачиванием.
Нами, в последние годы для палеозойских отложений Западно-Сибирской геосинеклизы, в частности, ее юго-восточной части (Нюрольского осадочного бассейна [1], для которого [2] предложено наименование Чузикско-Чижапской зоной нефтегазонакопления) все процессы, ведущие к формированию пород-коллекторов подразделены натри периода [3]: диагенез и первичный катагенез, проявившиеся со времени накопления осадка до превращения его в породу и последующими преобразованиями раннего катагенеза (венд - карбон); период континентального стояния региона в пермский и триасовый периоды, когда проявились процессы поверхностного выщелачивания с формированием кор выветривания и бокситов (пермь - триас); вторично-катагенетические преобразования палеозойских пород, которые для перекрывающих их мезозойских отложений являются первично-катагенетическими (с начала накопления осадков юрско-палеогенового моря).
Выделенные две группы пород, по которым формируются породы-коллекторы, претерпевают в эти три периода определенные изменения. Пре-
образованию карбонатных отложений рассмотрены нами в [4], настоящая статья посвящена роли кремнезема в формировании пустотного потенциала в первично-осадочных кремнисто-глинистых и карбонатных, гидротермально окремнен-ных, породах.
Как нами показано в [3] палеозойские отложения целесообразно рассматривать как литолого-пе-трографические толщи, характеризующиеся близким составом и условиями формирования и сопоставимым пустотным потенциалом. Описываемые отложения на изученной территории подразделяются: на сформировавшиеся в бассейновых условиях с первично-осадочным кремнеземом; на образования рифогенно-аккумулятивного комплекса с окремнением, проявившемся в диагенезе, которые в гипергенезе и в стадию вторично-катагенети-ческого преобразования пород претерпели гипер-генное, и затем гидротермальное выщелачивание.
Палеозойские отложения, в той или иной степени обогащенные кремнеземом, подразделяются на четыре литолого-петрографические толщи. Кремненакопление начинается в начале позднего девона с формированием в бассейновых условиях толщи кремнеаргиллитовой с радиоляритами (соответствует чагинской свите), затем в турнейский, визейский, в начале и середине серпуховского веков нижнего карбона параллельно накапливаются две толщи: туфогенно-глинистая с прослоями известняков (соответствует кехорегской свите бассейнового комплекса) и известняков окварцован-ных со спонголитами (соответствует табаганской свите рифогенно-аккумулятивного комплекса), где отмечается широкое проявление гидротермально-метасоматического окремнения. Обе толщи перекрыты отложениями терригенной с прослоями ту-
фов толщи (соответствует средневасюганской свите) конца серпуховского века раннего - начала башкирского века среднего карбона.
Кремнисто-карбонатные образования юговосточной части Западно-Сибирской геосинеклизы
Впервые большое количество кремнезема отмечено в отложениях верхнего девона в толще крем-неаргиллитовой с радиоляритами, завершающей накопление глинисто-карбонатных осадков во впадине, в которой последовательно отлагались отложения чузикской и чагинской свит среднего и верхнего девона, именуемых совместно тартас-ской серией. Тартасская серия сложена следующими литолого-петрографическими толщами (снизу вверх): известняково-глинисто-гравелитовой, карбонатно-глинистой битуминозной, завершается формирование тартасской серии образованиями толщи кремнеаргиллитовой с радиоляритами. Появление кремнезема в отложениях толщи связано с развитием кремнеизвлекающего планктона.
Толщу кремнеаргиллитовую с радиоляритами
слагают:
Кремнеаргиллиты. Это серые, светло-серые с зеленоватым оттенком породы (прослои 10...20, до 0,5.40 мм), переслаиваются с силицитами (радиоляритами). Скелетные остатки (10.20 %) представлены остатками радиолярий, очень редки створки или целые раковины остракод и трубки водорослей. Раковины радиолярий выполнены кварцем, или заместившим его каолинитом, сидеритом иди кальцитом, раковины остальных групп организмов выполнены кальцитом. Цемент ги-дрослюдисто-каолинитовый, обогащенный примесью новообразованного кальцита или сидерита. Отмечаются участки, обогащенные примесью обломочного кварца и плагиоклазов.
Силициты (радиоляриты). Это серые, темно-серые, до черных, породы (прослои 10.15 мм, реже
2. 30 мм), часто линзы или линзовидные утолщения слоев, обычно переслаиваются с кремнеаргил-литами. Скелетные остатки, представлены раковинами радиолярий (40.50 %, реже до 70 % породы), выполненных кварцем или заместившим его кальцитом, сидеритом или каолинитом. Цемент кремнистый с примесью глинистых минералов, частично преобразован вторичными процессами: выщелачиванием, сидеритизацией.
Эпизодически встречаются прослои известняков зоо-фитогенных биоморфных (водорослево-фораминиферо-радиоляриевых), известняков зоофитогенных биогенных (фораминиферо-водоро-слевых), известняковых мелкогалечниковых кон-гломерато-брекчий, известково-глинистых сили-цитов, глинистых силицитов (радиоляритов), известковых аргиллитов.
Отложения толщи в подошве содержат прослои известняков, исчезающих вверх по разрезу. Весь разрез тартасской серии, это осуществляющаяся в верхнем девоне трансгрессия, что подтверждается выпадением вверх по разрезу известняков.
Толщу туфогенно-глинистую с прослоями известняков продолжающую ряд отложений бассейнового комплекса, с биогенным извлечением кремнезема слагают:
Аргиллиты с примесью туфогенного материала.
Это серые, темно-серые с коричневым оттенком породы. Структура микрозернистая, текстура слоистая. Скелетные остатки (1.5 % породы) представлены остатками остракод, однокамерных фораминифер, выполненных кальцитом, и остатков спикул губок, выполненных кварцем. Постоянная примесь агрегатов туфового материала, в виде уплощенных фрагментов (0,1 на 1.5 мм, до 5 %), выполненных агрегатом глинистых минералов, со следами пузырьков и редких игольчатых, реже таблитчатых кристаллов плагиоклазов с двойниковой структурой. Цемент глинистый (смесь каолинита, гидрослюды и хлорита).
Мергели со спикулами губок. Это темно-серые с коричневым оттенком породы. Структура микро-зернистая, текстура слоистая, с ориентированным расположением обрывков туфогенного материала, расположением спикул губок. Скелетные остатки (до 40 % породы) представлены спикулами губок, выполненными кварцем, реже остатками крино-идей, целыми раковинами остракод, выполненными кальцитом. Цемент кальцитовый с примесью глинистых минералов и вторичного пирита.
Верхняя часть толщи характеризуется наличием в составе аргиллитов все возрастающего количества фрагментов криноидей (появление которых знаменует время обмеления бассейна) и началом накопления известняков зоогенных биоморфно-детритовых (криноидно-фораминиферовых) с примесью обломков гиалобазальтов.
Толща известняков окварцованных со спонголи-тами сформировалась на мелководных участках в непосредственной близости от образований толщи туфогенно-глинистой с прослоями известняков. Ее слагают: Известняки зоогенные биоморфно-детритовые (криноидно-фораминиферовые). Это серые, темно-серые, иногда с коричневым оттенком породы. Структура микро-тонкозернистая, участками мелкозернистая, текстура слоистая. Скелетные остатки (70.95 % породы) представлены члениками криноидей, целыми раковинами многокамерных фораминифер (выполнены кальцитом или заместившем его каолинитом), спикулами губок, выполненными кварцем или вторичным каолинитом, сидеритом или кальцитом. Цемент карбонатный с примесью глинистого материала, либо глинистый, в обогащенных спикулами губок породах цемент глинисто-кремнистый. Отмечается постоянное наличие фрагментов гиалобазальтов, окруженных корочкой пузырчатой лавы базальта.
Глинистые силициты (спонголиты). Это светло-серые, серые и темно-серые с желтоватым или зеленоватым оттенков породы (прослои 0,5.3,0 мм), реже серии тонкого переслаивания с аргилллитами (до 30.40 мм). Скелетные остатки (50 %, реже до 80 % породы) представлены спикулами губок, выполнен-
ными кварцем, или заместившим его каолинитом, сидеритом, или же на их месте развиты поры. Цемент кремнистый или кремнисто-глинистый ми-кро-тонкозернистый, частично сидеритизирован-ный с примесью гидроокислов железа бурого цвета. Породы могут переходить в аргиллиты с повышенным (до 30.40 % породы) количеством остатков спикул губок, криноидеями, многокамерными фо-раминиферами, водорослевыми нитями, выполненными кальцитом или заместившим его сидеритом, реже кварцем. Цемент глинистый, плотно облекают скелетные остатки и содержат вкрапленность новообразованных кальцита, сидерита или кварца.
В отложениях толщи, кроме описанных, установлены: туфоаргиллиты, лито-кристалло-витро-кластические и кристалло-кластические туфы, брекчии глинисто-кремнистых пород, гиалобазальты, пузырчатая лава базальтового порфирита.
Общими для параллельно накапливающихся образований нижнего карбона являются вторично-катагенетические породы:
Карбонатно-микрокварцитовые породы (по известнякам). Это светло-серые, серые с коричневым или желтоватым оттенком породы тонко-мелкозернистой структуры, слоистой текстуры, содержащие скелетные остатки (50.S0 % породы), представленные спикулами губок, выполненными биогенным кварцем, целыми раковинами многокамерных фораминифер, фрагментами раковин остракод, члениками криноидей, выполненными кальцитом, или заместившим его кварцем. Цемент представлен глинисто-кремнистым агрегатом, где кварц замещает кальцит.
Микрокварциты. Это светло-серые с коричневым оттенком пористые и микрокавернозные породы существенно кремнистого или кремнисто-ка-олинитового состава, по составу полностью отвечающие карбонатно-микрокварцитовым породам, но расположенным в зоне проявления гиперген-ных процессов. При этом выносится весь остаточный карбонатный материал, а в образующихся порах и кавернах иногда образуются корочки крусти-фикационного доломита.
Толща терригенная с прослоями туфов. Образования толщи завершают разрез, представленный породами, обогащенными биогенным кремнеземом, когда дифференциация дна бассейна завершилась и, в результате регрессии, морской бассейн завершал свое существование. Толщу слагают:
Аргиллизированные или глинизированные туфы. Это серые и темно-серые породы, представленные смесью каолинита и смешанно-слойных гидрослюды-монтмориллонита (до 25 % разбухающей фазы). Скелетные остатки (до 10 % породы) представлены остатками спикул губок и радиолярий, выполненными кварцем. Они равномерно рассеяны в породе, наравне с редкими обломками кварца угловатой формы, размером до 0,3 мм. Цемент глинистый с примесью карбонатных минералов, таких как манганосидерит, доломит, родохрозит, кальцит. Основным вторичным процессом являет-
ся выщелачивание с выносом карбонатных и кремнистых биогенных минералов. Часть образующихся пор заполнена каолинитом и сидеритом.
Туфоалевролиты, туфопесчаники, туфогравели-ты, туфоконгломераты. Это темно-серые с бурым оттенком породы. Обломочная часть породы представлена глинистыми агрегатами размером от 0,05 до 15 мм, сцементированными глинистой основной массой. Тип породы определяется по крупности преобладающих обломков. В цементе постоянно присутствуют гидроокислы железа в виде пленок или рассеянные равномерно. Отмечается пузырчатая структура некоторых обломков.
Вторичные предобразования
кремнисто-глинистых отложений
Четыре толщи, литологический состав пород которых показан выше, по способу формирования подразделяются на две группы: глинисто-кремнистые породы с биогенным извлечением кремнезема, в той или иной степени преобразованные первоначально в период континентального стояния региона, а затем и во вторично-катагенетический период проявления вторичных процессов (табл. 1, 2); известняки, лишенные терригенной примеси, которые в стадию диагенеза и первичного раннего катагенеза были окремнены, и затем прошли стадии гипергенного, затем вторично-катагенетиче-ского преобразования (табл. 2, 3).
Зона приповерхностного преобразования пород отличаются повышенными значениями пористости и матричной проницаемости, закономерно убывающими при удалении от доюрской поверхности. Зоны появления трещинной проницаемости характеризуются повышенными значениями трещинной проницаемости, и могут сопровождаться некоторым уменьшением значений пористости, что, вероятно, связано с химизмом вторич-но-катагенетических процессов (сидеритизация, сопровождающая каолинизацию). Вторично-ката-генетические преобразования могут быть наложены на зону проявления процессов гипергенеза. Точно говорить о трещинной природе коллектора можно только в случае, если они будут отделены от измененных в зоне проявления гипергенеза пород участком развития пород-неколлекторов.
Коллекторские свойства отложений кремнеар-гиллитовой с радиоляритами толщи изучены нами на примере ряда скважин (табл. 1). В данных отложениях зоной гипергенной проработки можно считать участок повышенных значений пористости, приуроченных к доюрской поверхности, в то время как проявление вторично-катагенетических преобразований связано с трещинной проницаемостью, сопровождаемой, в ряде случаев, при повышенных значениях проницаемости, даже уменьшением значений пористости. Отчетливо устанавливается зона гипергеннной проработки, в пределах до 70 м. Вторично-катагенетические преобразования проявились в виде зон 2.15 м, разделенных участками пород-неколлекторов. Верхняя вто-
рично-катагенетическая зона наложена на зону проявления гипергенных процессов, что привело к уничтожению матричной проницаемости, и проявлению проницаемости трещинной, сопровождаемой проявлением вторично-катагенетических каолинизации и сидеритизации [6].
Таблица 1. Коллекторские свойства отложений толщи крем-неаргиллитовой с радиоляритами (переслаивание кремнеаргиллитов, радиоляритов и известняков). Северо-Калиновая скважина 21
Интервал, м Вторичные изменения Пористость открытая, Кп, % Проница- емость, Кпр, 10-3мкм2 Тип коллектора*
пород ма- трич ная тре- щин- ная матрич- ный трещин- ный
2917...2924 18,4 5,0 ВУ! (М,Т)
2924...2929 15,2 Нет Нет Нет Нет
2936.2942 выветре- лые 12,7 67,4 Б!У
2942.2946 4,15 23,2 1,3 ВУ! (Т)
2946.2951 14,7 2,6 Нет ВУ! (М,Т)
2951.2956 0,1 22,5 0,3 Нет Нет
2956.2960 20,0 4,3 Нет ВУ! (М,Т)
2960.2962 21,3 15,2 БУ
2965.2968 15,5 52,9 68,1 Б!У ВУ! (Т)
2968.2970 15,1 22,3 1,65 БУ
2972.2974 пористые 10,2
2974.2977 12,6
2977.2979 13,2 Нет Нет
2979.2981 7,8 Нет
2983.2985 18,0
2987.2989 трещино- ватые 2,9 45,8 ВУ! (Т)
2969.2991 Нет 3,8 Нет 0,06 нет
3001.3003 5,65 15,7 0,4 ВУ! (Т)
3007.3009 трещино- 6,4 40,1 0,09 БУ Нет
3011.3012 ватые 0,8 23,7 Нет ВУ! (Т)
3012.3016 2,2 6,6 ВУ! (М,Т)
3014.3015 Нет 0,15 Нет 0,08 Нет
3016.3021 трещино- 2,0 39,1 0,4 ВУ! (М,Т)
3032.3037 ватые 5,1 39,7 ВУ! (Т)
3051.3057 Нет 3,4 Нет Нет
3082.3067 трещино- 1,6 39,9 ВУ! (Т)
3087.3089 ватые 2,2 13,5 Нет
3122.3124 0,6 15,5
3149.3152 Нет 0,3 15,1 Нет
3171.3174 0,5 Нет
* Тип коллектора здесь идалее по К. И. Багринцевой сдобав-лениями. Ниже 3003 м появляются прослои и линзы известняков. Ниже 3032 м проходит ВНК.
Для толщи известняков окварцованных по скважине Герасимовской 7 (табл. 2) имеются данные по трещинной проницаемости. Здесь весь разрез толщи характеризуется формированием пород-коллекторов, говорить об их природе сложно. Что же касается аналогичного по стратиграфическому строению разрезу скважины Герасимовской 5, то здесь имеются данные как по трещинной, так и по матричной проницаемости. Значения пори-
стости сопровождаются повышенными значениями матричной проницаемости, кроме двух верхних интервалов, пустотное пространство которых могло быть заполнено вторичными глинистыми минералами из вышележащей толщи.
Таким образом, для толщи известняков окварцованных установлено формирование в зоне гипергенеза пород-коллекторов матричной природы, в наложением на весь разрез скважины (включая и зону гипергенных коллекторов) участков развития коллекторов трещинной природы.
Таблица 2. Коллекторские свойства отложений толщи известняков окварцованных, перекрытых аргилли-зированными туфами толщи терригенной с прослоями туфов
Интервал, м Состав пород Пористость открытая, Кп, % Проница- емость, Кпр, 10-3мкм2 Тип коллектора
ма- трич- ная тре- щин- ная матрич- ный трещин- ный
Герасимовская скважина 7
2741,3.2746 Аргилли-зирован-ный туф 6,5 Нет 0,2 Нет Нет
2746,3.2750 Известняк окварцо- ванный 3,8 4,0 ВУІ (М, Т)
2750,0.2753 5,7 3,4
2753,9.2755 19,0 3,5 ВУІМ
2755,9.2758 3,8 2,3 ВУІ (М, Т)
Герасимовская скважина 5
2767,0.2774 Аргилли-зирован-ный туф 14,5 Нет 0,58 Нет Нет
2775,5.2782 17,8 0,8
2791,4.2794 Известняк окварцо- ванный 10,9 1,18 Нет
2794,4.2799 10,6 Нет 0,1
2799,4.2804 Микро- кварцит пористый 20,4 4,6 47,7 ВУІ (М) БУ
2804,7.2810 5,5 5,0 0,4 ВУІ (М, Т) Нет
2810,3.2813 19,5 Нет 83,7 Нет БУ
2813,3.2818 16,0 3,3 ВУІ (М, Т)
2818,3.2820 19,3 1,7 ВУІ (М)
2820,0.2824 23,4 8,4
2824,0.2828 Известняк окварцо- ванный 10,1 Нет Нет
2828,0.2830 5,05 4,6 2,3 ВУІ (М, Т) ВУІ (М, Т)
2841,0.2845 Аргиллит 4,1 Нет 0,1 Нет Нет
2850,0.2854 Известняк, спон-голит 3,7 0,1 Нет
2854,0.2858 Известняк трещино- ватый 3,2 2,1 0,3 ВУІ (М, Т)
2861,0.2866 8,6 5,6 Нет
2866,0.2869 Известняк глини- стый 2,9 Нет 0,3 Нет
2869,0.2873 9,2 Нет
2873,0.2875 Известняк окварцо- ванный 5,6 10,0 ВУІ (Т)
Таблица 3. Коллекторские свойства отложений толщи туфо-генно-глинистой с прослоями известняков. Герасимовская скважина 14
Интервал, м Кремнистые породы нефтенасы- щенные Пористость открытая, Кп, % Проницаемость матричная, Кпр, 10-3мкм2 Тип коллектора
2888.2895 7,98 4,97 ВУІ (М, Т)
2888.2895 8,11 4,72
2895.2901 11,36 1,01 ВУІ (Т)
2895.2901 11,3 1,01
2901.2905 10,5 7,89
2901.2905 каверноз- 11,3 5,75
2905.2909 ные 16,95 1,71 ВУІ (М, Т)
2905.2909 12,42 2,64
2905.2909 16,6 1,71
2905.2909 12,0 4,11
2913.2916 16,42 10,88 БУ
2913.2916 15,7 10,2
2919.2922 плотные 10,7 0,08 Нет
2997.3000 8,21 0,27
По отложениям толщи туфогенно-глинистой с прослоями известняков вскрыты отложения, преобразованные в зоне гипергенеза. В отдельных участках отмечается проявление трещинных зон, в которых проницаемость понижена и осуществляется по трещинам, в то время как матрица заполнена вторичными минералами.
В отложениях толщи терригенной с прослоями туфов (табл. 2) даже в зоне проявления ги-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Конторович А.Э., Иванов И.А., Ковешников А.Е. и др. Геологические условия нефтегазоносности верхней части палеозойского разреза Западной Сибири (на примере Межовского срединного массива) // В кн.: Теоретические и региональные проблемы геологии нефти и газа / под ред. И.С. Грамберга и др. -Новосибирск: Наука, 1991. - С. 152-171.
2. Конторович В.А. Сейсмогеологические критерии нефтегазо-носности зоны контакта палеозойских и мезозойских отложений Западной Сибири (на примере Чузикско-Чижапской зоны нефтегазонакопления) // Геология и геофизика. - 2007. - Т. 48.
- № 5. - С. 538-547.
3. Ковешников А.Е., Недоливко Н.М. Коры выветривания доюр-ских отложений Западно-Сибирской геосинеклизы // Известия Томского политехнического университета. - 2012. -Т. 320. - №1. - С. 77-81.
пергенных процессов пород-коллекторов не установлено.
Выводы
1. Кремнисто-карбонатные и кремнисто-глинистые породы юго-восточной части Западно-Сибирской геосинеклизы накапливались в бассейновых условиях в позднем девоне и раннем карбоне, и на всей территории в конце раннего -начале среднего карбона. В раннем карбоне наряду с накоплением толщ с биогенным кремнеземом происходило диагенетическое окремне-ние известняков рифогенно-аккумулятивных.
2. Породы-коллекторы в кремнисто-глинистых и кремнисто-карбонатных породах формируются как при гипергенезе в период континентального стояния региона, так и в период вторично-катагенетического преобразования пород в виде трещиноватых зон гидротермально-метасоматической проработки.
3. Зоны вторично-катагенетической трещинной проработки могут как накладываться на зоны, претерпевшие гипергенное выщелачивание, так и развиваться по породам, отделенным от доюрской поверхности участками развития пород-неколлекторов.
4. Территория распространения пород-коллекторов гипергенной природы будут соответствовать площади распространения бассейновых отложений позднедевонского, и раннекарбонового возраста по всей площади их распространения.
4. Ковешников А.Е. Формирование пород-коллекторов в доюр-ских карбонатных отложениях Западно-Сибирской геосине-клизы // Известия Томского политехнического университета.
- 2012. - Т. 321. - №1. - С. 132-137.
5. Ковешников А.Е. Ловушки нефти и газа в доюрских отложениях Западно-Сибирской геосинеклизы (Томская область) // Известия Томского политехнического университета. - 2011. -Т. 319. - №1. - С. 152-155.
6. Ковешников А.Е., Недоливко Н.М. Вторично-катагенетиче-ские преобразования доюрских пород Западно-Сибирской геосинеклизы // Известия Томского политехнического университета. - 2012. - Т. 320. - № 1. - С. 82-86.
Поступила 20.02.2012 г.
