CC BY
35
Л.М. Ситдикова, В.Г. Изотов Казанский государственный университет
ЗОНЫ ДЕСТРУКЦИЙ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ФУНДАМЕНТА КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ КОЛЛЕКТОРА УГЛЕВОДОРОДОВ
БОЛЬШИХ ГЛУБИН
Реализация программы глубокого бурения в нефтеносных районах Татарстана (Южно-Татарский свод) привела к открытию принципиально новых геологических образований - зон деструкций. Формирование этих зон на больших глубинах связано с геодинамическими особенностями формирования Татарского свода и его рифтового обрамления. В работе приводятся сведения об условиях локализации, структурных особенностях и минеральном составе этих зон, которые могут являться потенциальными концентраторами углеводородов.
Особенности геологического строения и размещения месторождений нефтегазоносных бассейнов во многом определяются особенностями геологической эволюции подстилающего субстрата - кристаллического фундамента. Однако на первых стадиях изучения нефтегазоносных бассейнов кристаллический фундамент рассматривался, в лучшем случае, как структуроформирующий фактор.
С целью установления деталей геологического строения кристаллического фундамента и выявления перспектив нефтеносности больших глубин в Республике Татарстан была реализована программа глубокого бурения в пределах важнейшей геологической структуры Волго-Уральского нефтегазоносного бассейна - Татарского свода (рис. 1).
Изучение глубоких горизонтов земной коры с применением сверхглубокого бурения показало, что кристаллический фундамент не только играет активную роль в развитии нефтегазоносных бассейнов, существенным образом влияя на закономерности размещения месторождений углеводородов в осадочном чехле, но и сам може г являться их потенциальным коллектором (Ситдикова, Муслимов, 1998). Если ранее кристаллический фундамент рассматривался в качестве инертного, монолитного геологического тела, то в настоящее время установлено, что он является мобильной, постоянно развивающейся струк-турно-геологической единицей. Мобильность кристаллического фундамента обусловлена его последо-
вательнои геологическом эволюцией на протяжении более чем 3 млрд. лет истории его развития (Богданова, 1986; Изотов, Ситдикова и др., 1991).
Эволюционное развитие фундамента Татарского свода подразделяется на ряд крупных этапов, каждый из которых характеризуется специфическими особенностями геодинамического режима развития территории Волга-Уральской области и планеты в целом (Изотов, 1996,1998):
1. Этап формирования первичной протокоры (протосубстрата) (катархейский период, свыше 3,5 млрд. лет).
2. Этап формирования сиалической коры и начало ее метаморфической дифференциации (нижнеархейский период, 3,5 - 2,6 млрд. лет).
3. Этап активной метаморфической проработки первичной коры с активной метаморфической дифференциацией (верхне-архейский период, 2,6 -1,9 млрд. лет).
4. Развитие жесткого основания Татарского свода в условиях неоднородно-напряженного состояния (протерозойский период - до настоящего времени).
В течение первых трех этапов произошло формирование формационно-вещественных комплексов кри-
сталлического основания Татарского свода, сопровождавшееся активной дифференциацией вещества в неоднородном термоградиентном поле, являющемся следствием плюм-тектонического геодинамического режима развития планеты (Хаин, 1996). Переход от плюм-тектонического к плейт-тектоническому геодинамическому режиму развития планеты обусловил четвертый этап эволюции фундамента, начало которого связано с рифтово-авлакогенной стадией развития жесткой континентальной коры. Особенности геодинамического развития континентальной коры на этой стадии и определили интенсивную структурно-тектоническую проработку практически непроницаемых кристаллических пород фундамента, что определяет его перспективы как потенциального концентратора скоплений углеводородов.
Последовательная реализация программы глубокого бурения на территории нефтеносных площадей Волго-Уральского бассейна, сопровождаемая сейсмоакутисческими исследованиями позволила установить широкое развитие в теле фундамента специфических образований - зон деструкций, т.е. зон активного катаклазирования и нарушения сплошности кристаллических пород.
А С. 20011
4 КМ
■ННЯРВЮШ ■
Рис.2 Временной разрез по профилю, проходящему через скв. 20011 (по В.А.Трофимову, 1994)
■вмгВ
Широкое развитие в кристаллическом основании платформы деструкционных процессов явление обычное - разломная тектоника. Однако обращает внимание факт наличия зон деструкций субгоризонтального залегания на больших глубинах (свыше 2 сек.) в теле фундамента (рис.2). Формирование таких зон является следствием развития субгоризонтальных напряжений в теле фундамента платформ (Изотов и др., 1996). Наличие таких напряжений в соответствующих тектонических структурах неоднократно отмечалось в работах М.А.Камалетдинова, И.Х.Ка-веева. Механизм же их возникновения в платформенных условиях длительное время был дискуссионным.
Нами механизм возникновения субгоризонтальных зон деструкций в условиях Татарского свода - типичной платформенной структуры, значительно удаленной от орогенных сооружений, объясняется геодинамической спецификой его локализации. При этом существенную роль играли региональные разломы, отграничившие в верхнепротерозойское время Татарский свод от Камско-Бельского рифта. Эти разломы глубинного заложения имеют по данным региональных геофизических исследований падение в сторону Камско-Бельского рифта. Опуска-
Ю.ТдтАРскии СВОД ел
ние обширного пространства этого рифта обусловило эффект "клина", выразившийся в периодическом возникновении тангенциальных напряжений, обусловивших горизонтальное перемещение пластин пород, сформированных на более ранних стадиях эволюции фундамента (рис.3). В ходе дальнейшей геодинамической эволюции в эпохи каледонского, герцинского и альпийского тектогенеза происходило эпизодическое омолаживание этих зон и изменение в них характера механических напряжений.
В распределении зон деструкций в теле фундамента отмечаются следующие занокомерности. Поверхностная часть фундамента является сильно нарушенной до глубины 200-300м. В этой части активно развиты процессы пред палеозойской и раннепалеозойской денудации, сопровождающиеся интенсивным развитием кор выветривания. Ниже следуют относительно монолитные кристаллические породы. Проявленные в этом интервале деструкционные зоны часто залечены продуктами гидротемально-метасоматической деятельности. Однако с увеличением глубины увеличивается мощность зон деструкций, повышается частота их встречаемости, что позволяет оконтурить участки интенсивного развития этих зон.
^ Камско-5 бельокий щ Авлдкоген
Глубинные разломы
Кристаллический фундамент
4
Рис.3 Схема геодинамической эволюции Татарского свода (по В.Г. Изотову, 1996)
Деструкционные процессы обычно выражаются в развитии интенсивной трещиноватости, катакла-за и милонитизации пород, что сопровождается появлением пустотно-порового пространства (разуплотнением) пород. Деструктурированные и размельченные породы этих зон практически всегда затронуты гидротермальными преобразованиями. Таким образом, установлено, что деструкционные процессы фундамента подразделяются на механические (геодинамические) и физико-химические. Эти процессы в ходе развития кристаллического фундамента региона Татарского свода периодически повторялись и их комбинации привели к формированию сложной структуры современного облика кристаллического фундамента.
Проведенное изучение трещиноватости, вещественного состава и структурно-текстурных особенностей вещества зон деструкций отчетливо свидетельствует, что их формирование протекало в неоднородном поле механических напряжений. Эта неоднородность полей механических напряжений выражается в последовательном чередовании по разрезу фундамента зон повышенных напряжений - компрессионных зон и зон разгрузки - декомпрессионных зон (рис.4).
Соответствующий тип этих зон устанавливается, в первую очередь, по характеру трещиноватости пород. На основе анализа ориентировки углов на-Глубина
клона и морфологии поверхности трещин выделены следующие типы трещиноватости:
1. субгоризонтальная трещиноватость
2. субвертикальная трещиноватость
3. наклонная трещиноватость (в интервале углов 20°-30° и45°-60°к оси керна)
4. беспорядочная трещиноватость, переходящая в брекчирование пород и их милонитизацию).
Выделенные типы трещиноватости существенно отличаются по морфологии поверхности трещин. Это дает возможность классифицировать трещины с позиций теории деформации. Наиболее ровная поверхность трещин часто с зеркалами скольжения характерна для наклонной трещиноватости, что дает основание классифицировать их как трещины скольжения; субвертикальная и субгоризонтальная трещиноватость являются либо неровными, "рваными", либо относительно ровными, но без следов перемещения блоков пород. Первые можно интерпретировать как трещины разрыва, вторые как трещины сжатия. Беспорядочная трещиноватость, превращающая породу в щебенку, а в дальнейшем в катаклазит и милонит характерна для зон деструкций горизонтально-сдвигового типа. Эта трещиноватость встречается обычно на значительных глубинах, более 3,5 -4км.
Характер поверхности систем трещин с учетом их наклона позволяет провести качественную ориен-
(м) 2000-t
3000--
4000 --
5000-■
6000--
с.20009 с.20000
с.2223
г»
рш
с.2217/
Hii
'32
<шп
^ —-i тгрт
[•Н ПШ
и-
ГЩ, „I ¿¿-ПЩ
т
-с*
Sit
«CS
ТТТП
с.20002
Vr'i
-"-Ü тп S2
| с Л 83
с.20008
Рис.4 Локализация зон деструкции в разрезе Татарского свода по скв. 2223,2217,20009,20000,20002,183,20008.
1. Кристаллосланцы, амфиболиты
2. Пироксеновые, амфиболитовые гнейсы, плагиогнейсы
3. Высокоглиноземистые гнейсы
4. Положение зон деструкций (декомпрессионный тип)
5. Положение зон деструкций (компрессионный тип)
Рис. 5 Люминисцентно-экстракционная характеристика битумоидов. Скв. 20009, скв. 20002.
а) глинистое вещество
б) карбонатно-глинистые корочки
1ЭЕ 3 5
О
Б
§1
сер. 1. СКВ. 20002
обр. ю. скв.аооог
СЖР.а2,С>св.200£»
а)
тировку характеристической поверхности тензора деформации и определить компрессионный и декомп-рессионный тип зон деструкций. Кроме того, было установлено, что компрессионные и декомпресси-онные зоны характеризуются специфическими особенностями. Компрессионные зоны характеризуются уплотнением деформированного субстрата, что сопровождается диспергированием и перекристаллизацией вещества и возникновением относительно ровной субгоризонтальной трещиноватости - деформации сплющивания.
Декомпрессионные зоны характеризуются преобладанием деформаций растяжения, возникновением трещин скольжения с последующим раздвижени-ем трещин, часто с механическими смещениями блоков пород, а так же развитием трещин разрыва.
Особенности распределения зон деструкций различного типа характеризуются приведенным профилем (рис.4). При формировании зон деструкций происходит разуплотнение пород, выражающееся значительным увеличением пустотно-порового пространства и сопровождающееся активной гидротер-мально-метасоматической проработкой вещества зон деструкций под воздействием флюидных систем. Это приводит к значительным химико-минералоги-ческим изменениям пород субстрата, сопровождающимся появлениями новых минеральных систем. Существенную роль в формировании минералов-но-вообразований имеет направленное давление -
9* .О © О о -О а о
о. о < X 2 «у £
<0
стресс (Харкер, 1936), что объясняет различие в минеральном составе зон деструкций компрессионного и декомпрессионного типов.
Среди минералов новообразований зон деструкций широким развитием пользуются глинистые минералы, формирующие определенные минеральные ассоциации, состоящие из стабильных и мета-стабильных минеральных фаз. Глинистые минералы, обладая мобильной кристаллической структурой, отражают, таким образом, физико-химический режим в ходе формирования и эволюции вещества зон деструкций. Это позволило охарактеризовать состав и типоморфные особенности вещества зон деструкций, приведенные в таблице 1. Как следует из таблицы, наблюдается определенная приуроченность ассоциаций на базе стабильных минералов (хлорит, тонкодисперсные слюды, каолинит) к зонам компрессионного типа, а ассоциаций с широким участием ме-тастабильных фаз (гидрослюды, смешанослойные образования, смектиты, вермикулиты) к декомпрес-сионным зонам.
Важным показателем типа зон деструкций и характера геодинамических процессов являются особенности ориентировки и упаковки агрегатов вещества этих зон. Зоны деструкций компрессионного типа характеризуются в основном упорядоченной ориентировкой тонкодисперсных минералов ("ламинарная", "турбулентная" текстуры). В некоторых случаях образуются "порфиробластовые" текстуры, свя-
: :: : _^_:____|
Ситдикова Л.М., Изотов В.Г. ЗОНЫ ДЕСТРУКЦИИ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ФУНДАМЕНТА...
занные с особенностями образования слоистых силикатов по первичным минералам субстрата. В де-компрессионных зонах развиты разориентированные текстуры ("бутончато-скорлуповатые", "радиально-лучистые", "лепестковые", "книжного-карточного домика"). Возникновение последних текстур в деком-прессионных зонах определяют высокие значения параметров коллекторских свойств пород.
Проведенные исследования показали, что установленные зоны деструкций в кристаллическом фундаменте Татарского свода несут повышенные концентрации углеводородного вещества. В настоящее время установлены две формы нахождения уг-
леводородного вещества в образованиях зон деструкций.
Это, в первую очередь, мелкие до 2-4мм выделения битумоидов, прошедших стадию шунгитиза-ции и поглощенный комплекс органического вещества в глинистых минералах зон деструкций. Анализ глинистого вещества зон деструкций, проведенные методом люминесцентно-битуминологического анализа с применением четырех растворителей, показывает, что наибольшие содержания поглощенных углеводородов отмечаются в хлороформенных и спирто-бензольных вытяжках. В глинистом веществе зон деструкций декомпрессионного типа ряда сква-
Таблица 1
Минеральный состав и типоморфные особенности вещества зон деструкций фундамента Татарского свода
Компрессионная стадия
Декомпрессиоиная стадия
Гидрослюды (разбухающие
межслои до 5%) Диоктаэдрические слюды: Политипы 2М| Хлориты политипа ИЬ: " триоктаэдрические
" диоктаэдрические
V г? 3+ А13+
Хлориты с ге > Л1 в октаэдре
Хлориты с Ре в бруситовом слое
Смешанослойные слюда-смектит
(с соотношением слоев 70:30)
(крайне редко встречаются)
Смешанослойные
хлорит-смектиты:
" упорядоченные (корренситы)
Смешанослойные
биотит-вермикулиты:
"упорядоченные (редко
встречаются)
Каолинит неупорядоченный Тальк
Антофиллит Стильпномелан
Гидрослюды (разбухающие межслои до 20%) Диоктаэдрические слюды: Политипы 1М + 1 Md > 2М1 Хлориты политипа IIb: " триоктаэдрические
Смешанослойные слюда-
смектит (с соотношением слоев 70:30)
Смешанослойные хлорит-смектиты: " неупорядоченные Смешанослойные биотит-вермикулиты: " неупорядоченные
Каолинит упорядоченный
Талк с хлоритом
Тонкодисперсные минералы:
Кварц
Кальцит
Альбит
Алунит
Окислы, гидроокислы железа Реликты минералов компрессионной стадии_
жин (скв.20009, 20002) количество поглощенного комплекса органических углеводородсодержащих соединений преобладает в хлороформенных вытяжках (до 7 баллов), в других до 5 баллов. В глинистом веществе зон деструкций компрессионного типа содержание поглощенного органического комплекса существенно ниже (рис.5).
Известно, что поля термодинамической устойчивости углеводородов и глинистых минералов практически совпадают. Это доказывает положение о возможности сохранения углеводородных комплексов в специфических условиях зон деструкций больших глубин.
Таким образом, геологические условия залегания зон деструкций, их повышенные коллекторские свойства и особенности термодинамических условий свидетельствует о том, что эти зоны можно рассматривать как потенциальные коллектора углеводородов в теле кристаллического фундамента нефтегазоносных бассейнов Волго-Уральского региона.
Литература
1. Богданова C.B. Земная кора Русской плиты в раннем докембрии. М.: Наука, 1986, 223с.
2. Изотов В.Г., Ситдикова Л.М., Муслимов Р.Х., Степанов В.П. Флюидный режим кристаллического фундамента Татарского свода. /Материалы III Всесоюзного совещания "Дегазация Земли и геотектоника", м., Наука, 1991, с.24-25.
3. Изотов В.Г. Основные этапы эволюции раннедо-кембрийских комплексов востока Европейской плиты в связи с проблемой их углеводородоносности. /Статья в сборнике "Перспективы нефтегазоносности кристаллического фундамента на территории Татарстана и Волго-Кам-ского региона", Казань, "Новое знание", 1998, с. 18-23.
4. Ситдикова Л.М., Муслимов Р.Х. Зоны деструкций - реальный объект локализации углеводородов в кристаллическом фундаменте Татарского свода Республики Татарстан./Статья в сборнике "Перспективы нефтегазоносности кристаллического фундамента на территории Татарстана и Волго-Камского региона", Казань, "Новое знание", 1998, с. 10-16.
5. Трофимов В.А. Сейсморазведка МОГТ при изучении строения докембрийского фундамента востока Русской плиты. М., Недра, 1994, 90с.
6. Хаин В.Е. Современная геология: проблемы и пер-спективы./Соросовский образовательный журнал, №1, 1996, с 66-73
7. Харкер А. Метаморфизм. 1932, 250с.
' :
Изотов Виктор Геннадьевич
Завкафедрой полезных ископаемых Казанского государственного университета, кандидат геолого-минера-логических наук, доцент, член-корреспондент МАМР. Область научных интересов - петрология глубоких горизонтов земной коры, литология, месторождения полезных ископаемых. Автор более 220 печатных работ.
Ситдикова Ляля Мирсалиховна
Завлабораторией физико-петрологических исследований руд и минералов кафедры полезных ископаемых Казанского государственного университета, кандидат гесяош-минералогичес-ких наук. Область научных интересов - минералогия тонкодисперсных минералов, структура и минералогия коллекторов нефти и газа. Автор 70 научных печатных работ.
Георесурсы # 1 [1] сентябрь 1999
HHI
