CC BY
65
УДК: 550.42:546 ß.x. Саетгалеев
ООО «КогалымНИПИнефтъ», Когалым litolog@nipi.ws.lukoil.com
ТИПОМОРФНЫЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ АССОЦИАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ В ОТЛОЖЕНИЯХ ХАНЧЕЙСКОЙ ВПАДИНЫ
(на примере перспективной Ленской площади)
Проведено изучение фракционного и химического состава образцов керна. Выявлены закономерности распределения химических элементов по разрезу, характер проявления вторичных процессов в песчано-глинистых отложениях. Установлены пространственные ассоциации химических элементов для продуктивных юрских и меловых отложений Ханчейской впадины. Предлагаются критерии для разделения водонасыщенных и нефтенасыщенных горизонтов, прогноза УВ.
Ключевые слова: типоморфные ассоциации, литохимические критерии, фракционный и химический анализы, водонасыщенность.
1. Введение
Анализ опубликованных сведений свидетельствует о недостаточной, к настоящему времени, геохимической изученности пород Западно-Сибирского мегабассейна. Более подробно изучена геохимическая специализация пластовыгх флюидов (воды, нефти и газа). Поэтому изучение геохимической специализации пород, закономерностей зонального распространения типоморфных химических элементов (микрокомпонентов), разработка литохимических критериев, позволяющих оценить степень изменения коллекторских свойств пород в пространстве и во времени, будет способствовать качественному повышению достоверности прогноза месторождений углеводородов, уточнению их размеров, локализации и корректному подсчету запасов. Не менее важной задачей данной работы является также определение возможности использования литохимических критериев для стратиграфического расчленения и корреляции разрезов продуктивных пластов.
Согласно схеме геотектонического районирования Западно-Сибирской плиты, перспективная Ленская площадь (Красноселькупский район ЯНАО) приурочена к северной части Ханчейской ложбины. Геологический разрез представлен песчано-глинистыми отложениями мезозойско-кайнозойского чехла, которые залегают на породах доюрского кристаллического фундамента. Скважинами 901 и 902 вскрыты отложения юрской, меловой, палеогеновой и четвертичной систем. Общая толщина вскрытых пород составляет 3109 м. Породы доюрского фундамента не вскрыты.
2. Методы и результаты исследований
Для геохимической интерпретации использовались данные анализов гранулометрического, химического состава образцов керна и петрографического описания шлифов, выполненных по стандартным методикам в лабораториях отдела литологии ООО «КогалымНИПИнефть». Гранулометрический состав изучался на лазерном анализаторе размера частиц «Микротрек-Х100» в диапазоне от
0,122 до 704 мкм. В расчетах использовались следующие параметры: доля песчаной фракции (от 1,0 до 0,1 мм), алевритовой фракции (от 0,1 до 0,01 мм), глинистой фракции (от 0,01 до 0,001 мм и менее) и потери при обработке проб
5 % водным раствором соляной кислоты (карбонатная составляющая). Химические компоненты проб исследовались на рентгенофлуоресцентном спектрометре PW2400 с определением количественного содержания компонентов путем сопоставления «чистой» интенсивности с калибровочным графиком, в котором концентрации и интенсивности скорректированы с учетом возможного наложения характеристических линий других элементов, а также с учетом матричного эффекта.
Геохимический анализ проводился по 25 параметрам для 185 проб (в т.ч. по 23 химическим компонентам, определялись потери при прокаливании (п.п.п.) пробы в муфельной печи при t = 950 °С и потери свободно связанной воды при сушке образца в сушильном шкафу при t = 105 °C). В последующих расчетах использовались содержания всех определяемых компонентов пород.
Породообразующими элементами изученных пород являются Si02, Al203, K20, Na20. Определены второстепе-ные элементы (Fe203, MgO, TiO2, CaO) и микрокомпоненты (S, Ba, MnO, P205, Sr, As, Co, Cr, Cu, Ni, V, Zr, Zn, Nb, Sc). Характер распределения элементов в пределах рассматриваемых пластов в целом подчиняется известным геологическим особенностям данных отложений. 0днако внутри самих пластов по совпадению минимумов или максимумов содержаний элементов отмечаются горизонты (или границы), разделяющие эти пласты на разнородные толщи. Важно подчеркнуть противоположный характер распределения породообразующих компонентов SiO2 и CaO (или SiO2 и потери при прокаливании). Положительным экстремумам SiO2 соответствуют отрицательные экстремумы CaO (также параметра п.п.п) и наоборот. Это объясняется особенностями развития эпигенетических процессов (растворения и выноса SiO2 и развития кальцитиза-ции, доломитизации и сидеритизации) в песчано-алевро-лито-глинистых разностях.
Из всей совокупности определяемых компонентов, только в распределении титана и ванадия по разрезу обнаруживается тесная прямо пропорциональная связь. В распределении кремнезема и потерь при прокаливании обнаруживается обратно пропорциональная связь. В ходе дальнейших исследований по выделению типоморфных
ассоциаций элементов в песчаной, алевритовой, глинистой фракциях изучался характер связи химических элементов и в карбонатной фазе (в цементе) пород. В силу того, что эпигенетические процессы сильно осложняют общую литохимическую схему строения разреза, возникла необходимость при выделении типоморфных элементов учитывать также результаты петрографических исследований.
Нами использован корреляционно-регрессионный метод анализа для определения аналитического выражения зависимости между признаками: с одной стороны, содержанием песчаной, алевритовой, глинистой фракции и карбонатной фазы в пробе и, с другой стороны, содержанием химических элементов в этих же фракциях и карбонатной фазе той же пробы. Рассчитанные значения показателей тесноты связи (0 ± 0,3 практически отсутствует; ± 0,3 - ± 0,5 слабая; ± 0,5 - ± 0,7 умеренная; ± 0,7 - ± 1 сильная) являются критерием для дальнейшего определения химических элементов (микрокомпонентов), характеризующих конкретное стратиграфическое подразделение (горизонт, толщу, слой, прослой). Для этого принимаются только контрастные показатели связи, остальные связи отбраковываются.
Зависимости между изучаемыми признаками описываются линейными уравнениями, а по направлению классифицируются как прямые или обратные. Необходимо отметить, что в ходе промежуточных расчетов параллельно определяются геохимические границы, разделяющие разнородные толщи и слои внутри пластов. К геохимической границе отнесены точки минимальных или максимальных содержаний микрокомпонентов, ступенчатый характер их распределения или недостаточно изученные участки разреза. Геохимическая граница выражается разделением разнородных толщ, слоев или прослоек. В зависимости от степени изученности и достоверности определяемых параметров, масштабы проявления геохимических границ по толщине могут изменяться от нескольких сантиметров до нескольких метров. Например, литохимические особенности пласта БТ20 при вскрытой толщине 12,5 м, состоящего из песчаных и алевролитовых слоев, остались неизученными лабораторными методами, поэтому данный интервал разреза условно классифицируется как геохимическая граница.
В ходе сравнительного анализа пространственного распределения типоморфных ассоциаций элементов с характером насыщения пород по данным ГИС отмечено, что ассоциации более сложного состава приурочены именно к водонасыщенным интервалам разреза. Интервалы разреза с признаками УВ (по описанию керна и по результатам камеральных работ) характеризуются одним или несколькими типоморфными элементами, или вообще отсутствием таковых (в данном случае учитывались все элементы, характеризующиеся прямо и обратно пропорциональной сильной связью). Таким образом, размер ассоциаций элементов в выделенных слоях позволяет косвенно оценивать гидрофильные и гидрофобные свойства пород. В силу данного обстоятельства возможно по результатам корреляционно-регрессионного анализа выделять зоны развития водо-нефтяного контакта (или зоны миграции водорастворенного УВ) и, собственно, прогнозировать наличие УВ и корректировать флюидонасыщенность коллекторов по данным ГИС.
Далее нами трактуется понятие ВНК в более широком
смысле, нежели это принято; имеется в виду не статический, а динамически изменяющийся во времени и пространстве контакт воды с УВ, независимо от размеров и масштабов его проявления. Именно это и происходит при участии воды в качестве транспортирующего агента в перемещении жидких и газообразных УВ и других компонентов.
В целом, по результатам гранулометрического и химического состава пород в разрезе продуктивных горизонтов Ленской площади выделяются 9 интервалов гидрофильных песчано-алевритовых пород, с которыми тесно кор-релируются относительно крупные ассоциации микрокомпонентов (2647,0 - 2650,37 м, 2653,99 - 2659,1, 2907,11 -2907,5, 2958,65 - 2959,16, 2961,6 - 2962,2, 2992,4 - 2994,05, 2997,53 - 2998,7, 3004,2 - 3008,54, 3076,75 - 3077,85 м); 6 интервалов гидрофобных песчано-алевритовых пород, насыщенных УВ, для которых тесной корреляционной связи элементов (исключая некоторые слои с одним или несколькими элементами) не обнаружено (2907,5 - 2908,38 м, 2956,71
- 2958,05, 2959,16 - 2959,66, 2961,1 - 2961,6, 2962,2 - 2964,05, 2994,05 - 2996,2 м); три интервала определены как благоприятные для наличия УВ (2908,38 - 2909,6, 2951,2 - 2956,71, 2998,7 - 2999,94 м). Остальные интервалы разреза, сложенные песчано-алевритовыми и глинистыми породами, определены как геохимические границы вследствие недостаточной изученности литохимических признаков. Интервалы выделенных пластов (слоев) указаны по ГИС.
3. Обсуждение результатов
Для стратиграфического расчленения и корреляции осадочных отложений Ханчейской впадины (возможно, и Надым-Тазовской синеклизы) следует использовать особенности распределения кремнезема, титана, ванадия и значения потерь при прокаливании, так как для этих параметров обнаруживается по разрезу тесная линейная связь при сохранении их естественной природной упорядоченности. Можно с уверенностью предположить, что на характер распределения титана и ванадия наибольшее влияние оказали физико-химические (или геохимические условия), преобладавшие в момент формирования осадочной породы, а на характер распределения кремнезема и значений п.п.п. оказали сильное влияние также и эпигенетические процессы. Интервалы разреза, в которых наблюдаются противоположные экстремумы кремнезема и п.п.п., а также других микрокомпонентов, можно классифицировать зонами геохимического противоречия или геохимическими барьерами (Перельман, 1968; 1989). Однозначная интерпретация природы геохимических барьеров в рамках данной работы не представляется возможной вследствие недостаточной их изученности.
По результатам настоящих исследований предварительно можно выделить два типа постдиагенетических преобразований пород: 1) прогрессивный эпигенез (в ряду диа-генез-катагенез-метаморфизм) - проявления процессов хлоритизации, гидрослюдизации, лейкоксенизации и си-деритизации биотитов, пиритизации, пелитизации (каоли-нитизации) и серицитизации обломков полевых шпатов; 2) регрессивный эпигенез - регенерация обломков кварца, каолинитизация и карбонатизация. Если для данного исследуемого района первый тип изменений обычно связан с увеличением глубины залегания пластов и фиксируется по постепенному увеличению интенсивности эпиге-
нетических преобразований, то второй тип изменений связан с инверсионным тектоническим воздыманием осадочного бассейна и перестройкой гидрогеологического режима, приводящими к локальным вторичным изменениям.
Такие локальные вторичные изменения (регенерация обломков кварца, образование ясно кристаллического каолинита) в исследуемом разрезе отмечаются в нефтенасыщенных интервалах пластов группы Ю1. Интенсивная цементация пород отмечается в отложениях точинской свиты (разделяющей пласты Ю1 и Ю2), пласта Ю11, Ю10, а также в отдельных интервалах разреза, определенных как геохимические границы между разными слоями. Процессы второго типа (Япаскурт, 1999) активизируются, когда в породы поступают воды из находящихся поблизости разрушающихся нефтяных залежей. Такие воды характеризуются кислой реакций, что благоприятно для растворения и регенерации обломков кварца, кристаллизации каолинита, переотложения карбонатных и других минералов.
Максимальное содержание большинства микроэлементов отмечается в породах, находящихся в зоне ВНК (Уша-тинский, Зарипов, 1978). По крайней мере, для следующих интервалов изучаемого разреза (глубины - по ГИС) 2907,5 -2908,38 м (слой 3-Ю10), 2958,65 - 2959,16 (слой 1-ю/), 2961,6
- 2962,2 (слой 4-Ю12), 2992,4 - 2994,05 м (слой 2-Ю14'5) можно считать, что наиболее крупные ассоциации элементов приурочены к зонам развития водо-нефтяных разделов. В данном случае, понятие «водонефтяной контакт» гораздо более емкое, чем только физико-химический контакт залежи УВ с пластовой водой, так как природа его возникновения может быть связана и с миграцией, и с аккумуляцией УВ в водорастворенном состоянии (Симоненко, 1998).
В результате изучения подземных вод Западной Сибири установлено (Прокопьева, Рыльков, 1995), что в водах газоконденсатных залежей отмечается минимальное содержание микроэлементов (Т1, Мп, 2п, Си, V, Сг, Со, 2г, N1 и др.). Известно также (Чахмахчев, Волкова, 1994), что в сравнительно низко- и средне молекулярных углеводородных фракциях, а также в высокомолекулярных углеводородах и гетероатомных компонентах концентрируются разные микроэлементы. В числе так называемых «легких» микроэлементов находятся РЬ, 2п, Си, Н^, Аи и т.д., а «тяжелых» - V, N1, Со, Сг, Бе и т.д. Основываясь на трудах этих и других авторов, можно предположить, что отсутствие пространственных типоморфных ассоциаций микрокомпонентов в отдельных интервалах продуктивной толщи сиговской свиты связано с формированием залежи УВ, близкой по своему составу к газоконденсатному типу.
Выводы
1. В разрезах разведочных скважин 901 и 902 выделяются слои, которые характеризуются качественно различным составом микрокомпонентов, пространственно приуроченных к определенному участку разреза. С учетом данного обстоятельства возможно, по результатам интерпретации рентгеноспектральных данных, прогнозировать разделение пластов на гидрофильные и гидрофобные. Практическое значение для корреляции имеет характер распределения титана и ванадия, кремнезема и величины потерь при прокаливании.
2. Установленные минералого-геохимические особенности нефте-, газо-, и водонасыщенных разновозрастных
осадочных отложений Западной Сибири могут служить дополнительным критерием при оценке перспектив той или иной площади. Построенный по данной методике разрез может использоваться как опорный при сопоставлении и корреляции других разрезов.
3. Для исследования пород по рассматриваемой методике необходимо выполнение условия отбора проб (не менее 3 проб на однородный слой). Остались неизученными радиоактивные элементы, присутствие которых в изучаемых отложениях установлено по данным гамма-активности, тем более в отложениях яновстанской свиты (пласты БТ18 и БТ20) - стратиграфическом аналоге баженовской свиты, характеризующейся аномальной радиоактивностью.
Литература
Перельман А.И. Геохимия. М.: Высш. шк. 1989. 528.
Перельман А.И. Геохимия эпигенетических процессов (зона гипергенеза). М.: Недра. 1968. 317.
Прокопьева Р.Г., Рыльков А.В. Гидрогеохимический метод оценки нефтегазоностности и его использование в условиях Западной Сибири. Геология нефти и газа. № 10. 1995. 35-39.
Симоненко В.Ф. Первичная миграция углеводородов, в растворенном состоянии и их начальная аккумуляция. М.: ВИЭМС МГСССР. Вып 1. 1998.
Ушатинский И.Н., Зарипов О.Г. Минералогические и геохимические показатели нефтегазоносности мезозойских отложений Западно-Сибирской плиты. Труды ЗапСибНИГНИ. Свердловск. Вып. 96. 1978. 196.
Чахмахчев В.А., Волкова Т.П. Геохимические и палеотерми-ческие аспекты оценки перспектив нефтегазоносности. Геология нефти и газа. № 6. 1994.
Япаскурт О.В. Предметаморфические изменения осадочных пород в стратисфере: Процессы и факты. М.: ГЕОС. 1999. 260.
Ya.Kh. Saetgaleev. Typomorphic spatial assemblages of chemical elements in the sediments of the Khanchei depression.
Fractional and chemical compositions of core samples were studied. Regularities of the distribution of chemical elements through a section and the nature of secondary processes in sandy-clayey sediments are revealed. The spatial distribution of the assemblage of chemical elements in productive Jurassic and Cretaceous sediments within the Khancheisk depression is established. Criteria were proposed to distinguish water-saturated horizons from the oil-saturated ones and to predict hydrocarbon accumulation areas.
Key words: typomorphic assemblages, lithochemical criteria, grain-size analysis, chemical analysis, water saturation.
Ягфар Халитович Саетгалеев заведующий отдела литологии ООО «КогалымНИПИнефть». Имеет 15 опубликованных статей. Сфера научных интересов - рудная и нефтяная геохимическая специализация.
628481, Тюменская обл., ХМАО, Когалым, ул. Дружбы Народов, д. 15.
Тел.: 8-(34667) 65-204.
