CC BY
104
УДК 553.984:552.54:551.253
ВТОРИЧНО-КАТАГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДОЮРСКИХ ПОРОД ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ ГЕОСИНЕКЛИЗЫ
А.Е. Ковешников1-2, Н.М. Недоливко1
Томский политехнический университет 2ТФ Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, г. Томск E-mail: Kovesha@mail.ru
В результате проявления вторично-катагенетических преобразований доюрских отложений Западно-Сибирской геосинеклизы в палеозойских карбонатных породах сформировались породы-коллекторы трещинно-метасоматической природы. Ведущие гидротермальные процессы - доломитизация и вышелачивание известняков, каолинизация и сидеритизация кремнисто-карбонатных и кремнисто-глинистых пород. Развитие резервуаров иловушек нефти газа гидротермально-метасоматической природы контролируется сеткой разломов северо-западного и северо-восточного простирания, при наложении которых на поля развития карбонатных пород формируются породы-коллекторы. Геометрия залежей зависит не от рельефа доюрской поверхности, а от направления разломов и степени проявления вторичных процессов. Они могут проявляться отдельно или составлять с залежами, приуроченными к корам выветривания, единый комплекс.
Ключевые слова:
Вторично-катагенетические преобразования, доюрские отложения, Западно-Сибирская геосинеклиза, метасоматоз, трещино-образование, разломы.
Key words:
Secondary catagenetic transformation, prejurassic adjournment, Western-Siberian geosineclise, metasomatism, formation of cracks, faults.
В настоящее время в Западной Сибири добыча нефти и газа осуществляется преимущественно из юрских и меловых песчано-алевритовых отложений. Поиск новых источников нефти и газа в последние годы все больше направляется на палеозойские отложения карбонатного, кремнисто-карбонатного и кремнисто-глинистого состава. Формирование в них пород-коллекторов происходит не в процессе осадконакопления, а в результате воздействия вторичных, гидротермально-метасоматических процессов, и, как следствие, такие отложения менее понятны относительно перспектив их нефтегазо-носности в сравнении с юрско-меловыми отложениями, залежи в которых совпадают с песчано-алевритовыми телами определенного генезиса.
Нами, в последние годы, предложено подразделение вторичных процессов, ведущих к формированию пород-коллекторов в доюрских отложениях (венд и палеозой) юго-восточной части ЗападноСибирской геосинеклизы на три периода [1], включающие: диагенез и первичный катагенез (венд -карбон); формирование кор выветривания в период континентального стояния региона в пермский и триасовый периоды; вторично-катагенети-ческие преобразования палеозойских пород после формирования юрско-палеогенового моря. Первые два процесса описаны в [1]. Зона их проявления именуется НГГЗК (нефтегазоносный горизонт зоны контакта палеозойских и юрских отложений). Третьему, а именно вторично-катагенетическим преобразованиям, и связанными с этим процессом особенностями формирования пород-коллекторов в палеозойских отложениях юго-восточной части Западно-Сибирской геосинеклизы в результате трещинно-метасоматических процессов, а значит, и с особой геометрией формирования залежей нефти и газа, и посвящена настоящая статья.
Доюрские отложения юго-восточной части
Западно-Сибирской геосинеклизы
Нами достаточно детально изучены доюрские отложения юго-восточной части Западно-Сибирской геосинеклизы: вендские отложения северозападной части Томской области (Чкаловская площадь) и ряд площадей Нюрольского структурно-фациального района (Межовского срединного массива), расположенного на территории Нюроль-ской впадины [2], которую в последние годы предложено именовать Чузикско-Чижапской зоной нефтегазонакопления [3].
Вендские отложения представлены доломитами с прослоями псефитолитов и аргиллитами, а палеозойские отложения (кембрий - средний карбон) представлены карбонатными, в том числе доломи-тизированными или окварцованными породами, кремнисто-глинистым отложениям верхнего девона и нижнего карбона [2, 4], корами выветривания глинисто-кремнистого состава, в том числе щебнистыми и переотложенными и бокситами, развитыми по измененным эффузивам основного состава и их туфам [1].
Палеозойский разрез подразделен нами на ли-толого-петрофизические толщи [1]: терригенную; доломито-известняковую (81-2-Б11); глинисто-карбонатная ритмически построенную (81-Д1е); глинисто-карбонатную псефитолитовую (Б1р-е); из-вестняково-глинисто-гравелитовую (Б^-эт); карбонатно-глинистую битуминозную, (Б2гу2); известняков с биогермами и биостромами (Б^-Б,1); кремнеаргиллитовую с радиоляритами (Бз^т); карбонатную (Б3); туфогенно-глинистую с прослоями известняков (С^1); известняков окварцован-ных со спонголитами (С^^); терригенную с прослоями туфов (С181-С2Ь1);
В палеозойских отложениях выделяются зоны воздействия гипергенных процессов: маломощная зона микротрещиноватых и микропористых известняков в приповерхностной зоне выхода на доюрскую поверхность толщ (доломито-известня-ковой, известняков с биогермами и биостромами, карбонатной); мощная зона преобразования кремнисто-карбонатных и кремнисто-глинистых по составу пород толщ (кремнеаргиллитовой с радиоляритами, известняков окварцованных со спонголи-тами, туфогенно-глинистой с прослоями известняков). Толщи карбонатно-глинистого состава, как мало перспективные для формирования пород-коллекторов, в дальнейшем изложении, подробно не рассматриваются. По выходам на доюрскую поверхность кремнисто-карбонатных и кремнисто -глинистых пород сформированы переотложенные коры выветривания: кремнисто-глинистая обломочная толща (образования калиновой свиты, P-Т); по эффузивам основного состава - бокситы.
Вторично-катагенетические преобразования
При начале формирования юрско-палеогенового моря палеозойские отложения, значительно преобразованные в зоне коры выветривания, пе-реотложенные коры выветривания и бокситы вновь включились в процесс осадконакопления. Эти образования были частично размыты во время формирования отложений тюменской свиты юрского возраста, затем перекрыты морскими отложениями и вместе с юрским комплексом пород прошли, и продолжают проходить в настоящий момент, процесс катагенеза, который для палеозойских пород является вторично-катагенетиче-ским.
Если переотложенные коры выветривания и бокситы в плане формирования в них пород-коллекторов аналогичны песчаным пластам мезозойского возраста, как по форме, так и по способу формирования пустотного пространства, то известняки от кембрия до раннего карбона и кремнисто-глинистые образования верхнедевонско-раннекаменноугольного возраста участками представлены как потенциально благоприятные зоны для формирования пород-коллекторов трещинного типа. Известняки представляют собой особые геологические тела, напоминающие по механическим свойствам пакеты стекла. Они были частично доломитизированы в стадию диагенеза и первичного катагенеза, что придало этим толщам некоторое отличие, реализуемое в дальнейшем при проявлении вторично-катагенетических процессов. Затем они были разбиты на блоки в орогенный этап развития региона, и по их выходу на доюр-скую поверхность сформировались маломощные зоны пород с улучшенными коллекторскими свойствами.
Потом они были подвержены длительному процессу медленного смещения блоков. Это движение можно оценить при анализе отражающего горизонта 11а - подошвы баженовской свиты. Эти по-
роды в момент отложения имели приблизительно горизонтальное расположение, затем, на этой поверхности, появились выпуклые и вогнутые участки, отражающие подъем или погружение расположенных ниже блоков палеозойского фундамента. По тектоническим швам, разделяющим блоки палеозойского фундамента, могли циркулировать гидротермальные растворы, вызывающие доломитизацию, окремнение, выщелачивание.
Далее блоки, сложенные известняками, в различной степени диагенетически доломитизирован-ными, могли быть, как пачки стекла, расколоты разломами северо-западного и северо-восточного простирания, не сопровождающимися значительным смещением, но являющимися путями разгрузки тектонического напряжения. Такие разломы сопровождались оперяющими трещинами, затрагивающими значительный объем пород, прилегающих к тектоническому нарушению. В этих тангенциально ориентированных зонах трещиноватости проявились процессы гидротермального метасоматоза и гидротермального выщелачивания. Здесь, при наложении данных разломов на известняки, в той или иной степени доломитизирован-ные (в стадию диагенеза и первичного катагенеза), происходило формирование пород-коллекторов того или иного типа, и были сформированы ловушки нефти и газа трещинно-метасоматического типа, описанные нами в [2]. При пересечении данными разломами массивов, сложенных кремнистоглинистыми отложениями, значительно преобразованными в зоне проявления гипергенных процессов, формируются зоны воздействия процессов гидротермального выщелачивания, сопровождаемого осаждением каолинита и сидерита.
Таким образом, главный момент для формирования пород-коллекторов в палеозойских отложениях различного литологического состава наступает в стадию вторично-катагенетического преобразования этих отложений. По трещинам, как заложенным в орогенный этап развития региона и впоследствии подновленным при медленных вертикальных перемещениях блоков, так и по новым трещинам северо-восточного и северо-западного простирания [2] и по трещинам, их оперяющим, проявляются различные гидротермальные процессы, ведущие к формированию пород-коллекторов метасоматически-трещинного гидротермального типа.
Такие зоны трещиноватости могут развиваться как по участкам разреза, затронутого поверхностным выщелачиванием в период континентального стояния региона при формировании горизонта НГЗК, а могут и отстоять от доюрской поверхности, проявляясь в виде трещиноватых зон развития вторичных процессов, окруженных неизмененными породами.
Нами ранее [5] выделено три типа гидротермальных процессов, разделенных по времени и имеющих различную геохимическую специализацию. Это вторично-катагенетические: доломит-
изация; выщелачивание, сопровождающееся процессами каолинизации с сидеритизацией; выщелачивание, сопровождаемое развитием инкруста-ционного доломита.
Вторично-катагенетическая доломитизация
Развитие процесса гидротермальной доломитизации, ведущего к формированию пород-коллекторов, установлено в отложениях силурийско-девонского комплекса, в толщах: доломито-извест-няковой, известняков с биогермами и биострома-ми, карбонатной. В толщах доломито-известняко-вой и известняков с биогермами и биостромами установлено развитие диагенетической доломитизации, при полном отсутствии проявления этого процесса по образованиям карбонатной толщи.
Породы доломито-известняковой толщи отличаются отсутствием значимых примесей глинистых минералов. Для них установлено широкое проявление диагенетической доломитизации по цементной массе породы. Возможность проявления процесса вторично-катагенетической (гидротермальной) доломитизации ограничивается преобразованием скелетных остатков, которые сохранили до этого момента первичный кальцитовый состав и незамещенной ранее диагенетическим доломитом части цемента.
і—і—і—і—і
Рис. 1. Доломит замещения с полыми кавернами. Урман-ская скв. 9
Образования толщи известняков с биогермами и биостромами в диагенезе доломитизированы как по массе цемента, так и по скелетным остаткам. Здесь гидротермальная доломитизация может проявиться приблизительно равномерно по всей массе породы, но возможности проявления процесса ниже, чем в известняках доломито-известняковой толщи.
Перспективными для проявления процесса гидротермальной доломитизации являются известняки карбонатной толщи, где диагенетическая доломитизация не проявилась и замещению может подвергаться вся масса породы (рис. 1).
Таким образом, проявление процесса вторич-но-катагенетической доломитизации в рассматриваемых толщах возможно: в доломито-известняко-вой по незамещенным в стадию диагенеза органическим остаткам и остаточному кальциту цемента, в толще известняков с биогермами и биостромами по всей массе породы, не замещенной доломитом в стадию диагенеза, а в толще карбонатной -по всей массе породы.
Вторично-катагенетическое выщелачивание, сопровождающееся процессами каолинизации и сидеритизации
Развитие этого процесса установлено в образованиях кремнеаргиллитовой с радиоляритами толщи верхнего девона и толщах (известняков оквар-цованных со спонголитами, туфогенно-глинистой с прослоями известняков) раннего карбона [5], характеризующихся повышенным количеством биогенного кремнезема в составе пород (занимают вдоюрском рельефе повышенное положение). Особенностью проявления процесса является его связь с трещинной тектоникой.
В кремнеаргиллитовой с радиоляритами иту-фогенно-глинистой с прослоями известняков толщах происходит вынос биогенного кварца, слагающего раковины радиолярий (рис. 2) и спикулы губок. По образованиям толщи известняков оквар-цованных происходил вынос остаточного кальцита, не полностью замещенного в стадию диагенеза в результате проявления диагенетического оквар-цевания. В результате проявления процесса во всем толщах, где установлено его проявление, установлено развитие по трещинам новоборазо-ванного каолинита и сидерита.
I—і—і—і—і
Рис. 2. Радиолярит, пропитанный окрашенной смолой под давлением. Видны раковины радиолярий, выполненные кварцем, погруженные в глинисто-кремнистый, пористый цемент. Калиновая скв. 13
Кроме описанных толщ, перспективных для формирования пород-коллекторов, развитие данного процесса установлено в толще глинисто-карбонатной псефитолитовой нижнего девона. Породы состоят из крупных обломков известняков, погруженных в глинисто-карбонатный цемент. Из вторичных процессов первоначально проявился процесс гидротермальной доломитизации (часть обломков нацело замещаются доломитом) с образованием мелких каверн. Затем следует проявление процессов каолинизации и сидеритизации, кото-
рые полностью преобразовывают цемент, который в результате превращен в микропористый агрегат. Формируются породы-коллекторы, состоящие из кавернозных доломитов, сцементированных микропористым каолинит-сидеритовым агрегатом.
Отсюда следует вывод о проявлении данного процесса после процесса гидротермальной доломитизации.
Вторично-катагенетическое выщелачивание,
с развитием инкрустационного доломита
Наиболее лучшие коллекторские свойства пород сформировались в результате проявления процесса выщелачивания, сопровождавшегося выносом из породы, имеющегося в ней карбонатного материала. Воздействие процесса установлено как по карбонатным, так и по кремнисто-карбонатным и кремнисто-глинистым образованиям девонского возраста, рассматриваемым нами в настоящей статье. Данный процесс проявился после описанных выше гидротермальной доломитизации и гидротермального выщелачивания, сопровождающегося в кремнисто-карбонатных и кремнисто-глинистых породах проявлением вторичного каолинита с сидеритом.
Рис. 3. Доломит замещения с двумя системами трещин, подверженный процессу гилротермальной доломитизации, затем гидротермального выщелачивания. По трещинам первой генерации отлагался чистый доломит, трещины второй генерации открытые. Видны каверны с инкрустационным доломитом
Установлен вынос биогенного карбонатного и кремнистого материала: доломита из диагенетически и гидротермально доломитизированных известняков толщи известняков с биогермами и био-стромами и из гидротермально доломитизирован-ных известняков карбонатной толщи; биогенного кварца и остаточного кальцита из толщи известняков окварцованных со спонголитами; биогенного кварца из аргиллитов толщи туфогенно-глинистой с прослоями известняков; диагенетического и гидротермального сидерита из пород толщи крем-неаргиллитовой с радиоляритами. Процесс сопровождается развитием инкрустационного доломита (рис. 3) в доломитах замещения карбонатной толщи; в спонголитах толщи известняков окварцован-ных со спонголитами.
Особенности проявления трех гидротермальных процессов
Для гидротермальных процессов установлена последовательность их проявления: доломитизации последовал процесс выщелачивания, сопровождаемый развитием вторичного каолинита с сидеритом; завершающим является выщелачивание с проявлением инкрустационного доломита. При анализе значений пористости и трещинной проницаемости установлены зависимости, характерные для проявления того или иного из описанных выше процессов (таблица).
В приведенных формулах первая цифра отражает начальные значения пористости при построении кривой зависимости, числовое значение параметра «х» отражает наклон полученной кривой. При вто-рично-катагенетической доломитизации по породам толщ доломито-известняковой и карбонатной в трех выборках при изначальном различном значении пористости характер поведения кривой зависимости очень близок, что указывает на то, что процесс проявился, в основном, в формировании пустотного пространства, и проницаемость связана с матрицей, т. е. процесс гидротермальной доломитизации проявился в замещении определенных масс пород, примыкающих к трещинам при незначительной проницаемости самих трещин.
Таблица. Зависимость значений пористости у от проницаемости х при проявлении различных вторично-катагенетических процессов (ВК) в палеозойских отложениях юго-восточной части Нюрольского осадочного бассейна
Процесс Возраст Характер зависимости
ВК доломитизация по породам доломитово-известняковой ^-^) и карбонатной толщ D3 S-Dl у=0,47+0,009х
S-D1 у=1,6+0,01х
Dз У=0,64+0,Ш
ВК выщелачивание по карбонатной толще D3 Dз y=1,50+0,28x
ВК выщелачивание. Толща крем-неаргиллитовая с радиоляритами Dз y=1,33+0,2x
При изучении зависимости пористости от проницаемости в результате проявления процесса гидротермального выщелачивания поведение кривых зависимости значений пористости от проницаемости как в карбонатных (карбонатная толща), так и кремнисто-глинистых породах (кремнеаргилли-товая с радиоляритами толща) очень близок по наклону полученных зависимостей, что отражает факт, что при повышении проницаемости пропорционально растет и пористость, а это - следствие проницаемости трещин, при меньшем участии проницаемости по матрице породы.
Формирование по палеозойским отложениям зон трещинной проработки
Трещины или зоны трещиноватости, по которым проявляется преобразование карбонатных по-
род палеозойского возраста, широко развиты на изученной территории. Примером такой зоны является территория Северо-Останинского месторождения [6, 7], где пробурен дублер скважины, дающей постоянный приток нефти. Она попала в слабо измененные породы, почти не затронутые вторичными процессами, и нефти не дала. Вероятно, существует серия зон метасоматически-тре-щинных колллекторов, аналогичных установленным для Северо-Останинской площади, обнаружение которых в будущем повысит перспективы неф-тегазоносности Западно-Сибирской геосинеклизы.
Установленная нами ранее [6] связь развития пород-коллекторов в палеозойских отложениях Нюрольского осадочного бассейна с тектоническими нарушениями северо-западного и северовосточного простирания, вероятно, проявляется в системе взаимосвязанных протяженных разломов, составляющих определенную сетку, пересекающую палеозойский фундамент. При наложении активных разломов этой сетки на чистые по составу карбонатные отложения палеозойского возраста, происходит преобразование палеозойских пород гидротермальными процессами, и формируются залежи и месторождения трещинно-метасома-тического типа по схеме, предложенной нами для Северо-Останинского месторождения [6].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. Terleev A.A., Tokarev D.A., Kontorovich VA., Makarenko S.N., Koveshnikov A.E., Sennikov N.V., Tatianin G.M. New paleontolo-gycal data from the Upper Vendian of the Chkalovskoe Territory of the Fore-Yenisei sediment of the West Siberian Megabasin (boreholes 10, 17, 26, 501) // Neoproterozoic Sedimentary Basins Strati-
Выводы
1. По доюрским отложениям юго-восточной части Западно-Сибирской геосинеклизы во вто-рично-катагенетический этап их преобразования проявились три вида гидротермально-мета-соматических процессов, ведущих к формированию пород-коллекторов: доломитизация; выщелачивание, сопровождаемое процессами каолинизации с сидеритизацией; выщелачивание с развитием инкрустационного доломита.
2. Породы-коллекторы трещинно-метасоматиче-ского происхождения представлены в виде зон, ориентированных вертикально или под различными, в том числе острыми углами к доюрской поверхности. Геометрия их выходов на доюр-скую поверхность имеет северо-западное и северо-восточное простирание в виде полос, сопряженных с разломами соответствующего направления.
3. В зонах пересечения полосами гидротермальной проработки толщ карбонатных пород сформированы ловушки нефти и газа метасоматиче-ски-трещинной природы, которые могут быть развиты самостоятельно вне связи с доюрской поверхностью, а также могут составлять с ловушками нефти и газа, развитыми в корах выветривания, единую систему.
graphy, Geodynamics and Petroleum Potential: Труды Междунар. конф. - Новосибирск, 30 июля - 02 августа 2011 г. - Новосибирск: IPGG SB RAS, 2011. - Р. 100-102.
5. Ковешников А.Е. Литология и закономерности размещения пород-коллекторов в палеозойских отложениях Томской области: автореф. дис. ... канд. геол.-минерал. наук. - Новосибирск, 1990. - 22 с.
6. Ковешников А.Е., Ежова А.В. Литология и условия образования девонских пород-коллекторов Северо-Останинского нефтяного месторождения (Томская область) // Геологические формации Сибири и их рудоносность. - Томск: ТГУ, 1983. -Вып. 2. - С. 103-106.
7. Бурдаков Д.А., Меркулов В.П. Определение ориентации трещиноватости и слоистости для оптимального заложения скважин в палеозойском карбонатном коллекторе // Современные вызовы при разработке и обустройстве месторождений нефти и газа Сибири: Труды научно-практ. конф. - Томск, ТомскНИ-ПИнефть, 18-19 апр. 2011. - Томск, 2011. - С. 40-41.
Поступила 30.09.2011 г.
