На правах рукописи
КОЛЬЧУГИН Антон Николаевич
ЛИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ КАРБОНАТНЫХ
ОТЛОЖЕНИЙ ТУРНЕЙСКОГО И БАШКИРСКОГО ЯРУСОВ
НА ЮГО-ВОСТОКЕ ТАТАРСТАНА
Специальность 25.00.06 – литология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
Казань – 2010 1
Работа выполнена на кафедре минералогии и петрографии геологического факультета Казанского (Приволжского) федерального университета.
Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, доцент, Морозов Владимир Петрович Официальные доктор геолого-минералогических наук, оппоненты: профессор, Кузнецов Виталий Германович кандидат геолого-минералогических наук, доцент, Изотов Виктор Геннадьевич Ведущая организа- Татарское геологоразведочное управление ция: ОАО «Татнефть»
Защита состоится «20» января 2011 г. в 14-30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.081.09 при Казанском федеральном университете по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, д. 4/5, геологический факультет КФУ, ауд. 211.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. Н.И. Лобачевского Казанского федерального университета.
Ваш отзыв на автореферат просим направлять по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, 18, Казанский федеральный университет, служба аттестации научных кадров. Факс: (843)2387601.
Автореферат разослан «_» 2010 г.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Ученый секретарь А.А. Галеев диссертационного совета Актуальность работы. Изучение нефтегазоносных карбонатных толщ с выделением пород-покрышек, пород-коллекторов, плотных пород, пород зон водонефтяных контактов основано, главным образом, на определении их типов и вторичных изменений, а также реконструкции условий седиментогенеза. Однако в литературе практически не рассматривается преемственность «поведения» карбонатных отложений, начиная с седиментогенеза, последующего литогенеза погружения в бассейне породообразования и заканчивая наложенными на литогенез погружения вторичными изменениями пород.
Поэтому, не используя седиментологические и литогенетические методики изучения осадочных толщ на историко-геологической основе, не удается строго выявить закономерности и последовательность постседиментационных изменений отложений.
Во многих работах вторичные изменения, проявленные в породах-коллекторах и породах зон водонефтяных контактов, рассмотрены достаточно подробно (Багринцева, 1999; Карбонатные породы …, 2005; Сахибгареев, 1989, Кузнецов, 1992, Moore, 1989 и др.). Однако в них практически не проведена попытка объяснения локализации тех или иных вторичных изменений карбонатных пород и установления историко-геологической последовательности их реализации в связи с формированием и разрушением залежей нефти. Также довольно слабо отражена роль факторов, обусловливающих определенные вторичные изменения карбонатных толщ. Сказанное, в первую очередь, касается еще недостаточной изученности роли геодинамического и геофлюидного факторов. На наш взгляд, названные факторы во многом являются определяющими в реализации разнообразных типов вторичных изменений пород-коллекторов и пород зон водонефтяных контактов.
Поэтому определение литогенетических признаков карбонатных пород с последующим выявлением контролирующих их факторов является актуальным, так как позволит провести реконструкцию вторичных изменений отложений в различных участках разрезов нефтяных залежей, а также создать геологическую основу для моделирования процессов формирования и разрушения залежей. Литогенетические признаки позволят также проводить и относительную оценку промышленной продуктивности залежей нефти, что к настоящему времени не сделано.
Объекты исследования и фактический материал. Объектами исследования служили карбонатные породы турнейского и башкирского ярусов юго-востока Татарстана – восточного борта Мелекесской впадины (МВ) и западного склона Южно-Татарского свода (ЮТС). Изучен керновый материал 7 месторождений нефти. Изучено более 1000 погонных метров керна, более 4000 образцов. Каменный материал характеризовал более 20 залежей в турнейских и башкирских отложениях, имеющих различную промышленную продуктивность. В работе использовались данные ГИС, структурные карты, геологические разрезы, данные по физико-химическим свойствам нефтей.
Керновый материал предоставлен ЗАО «ТАТЕХ», ОАО «НИИНефтепромхим», ОАО «Татнефтепром-Зюзеевнефть», ЗАО «Предприятие Кара Алтын».
Методы исследования и методика работ. При выполнении работы после макроскопического изучения предварительно распиленного керна применялись оптико-микроскопический, рентгенографический, электронно-микроскопический методы исследования представительных образцов, методы определения петрофизических свойств пород. Для анализа полученных данных использовались седиментологический и литогенетический методики исследования осадочных образований, а также положения геодинамики и геофлюидного режима развития бассейнов породообразования, осадочно-миграционной теории и флюидодинамической модели нефтегазообразования, теории метасоматических изменений.
Цель работы. Установление литогенетических признаков карбонатных отложений с выявлением факторов, их контролирующих.
Достижение поставленной цели, на наш взгляд, не возможно без историко-геологического подхода к изучению осадочных образований (Дмитриевский, 1982), позволяющего проводить реконструкцию их седиментогенеза и постседиментационных изменений.
Основные задачи исследования: 1) Типизация разрезов карбонатных отложений. 2) Реконструкция условий формирования карбонатных осадков применительно к выделяемым типам разрезов. 3) Установление литогенетических признаков отложений, указывающих на реализацию в них процессов вторичных изменений наложенного характера. 4) Выявление этапности реализации вторичных изменений карбонатных пород в связи с формированием и разрушением залежей нефти. 5) Определение факторов, обусловливающих реализацию вторичных изменений наложенного характера в карбонатных породах.
Научная новизна:
1. Проведена детальная генетическая типизация разрезов карбонатных толщ турнейского и башкирского ярусов восточного борта МВ и западного склона ЮТС, отражающая их изменчивость по латерали.
2. Выявлены факторы, контролирующие латеральную изменчивость изученных карбонатных отложений. К ним относятся: удаленность суши, глубина морского бассейна, его гидродинамический режим, а также колебания уровня моря и расчлененность дна бассейна осадконакопления.
3. Установлены литогенетические признаки карбонатных пород, слагающих различные участки разрезов нефтяных залежей – породы-коллекторы, породы зон водонефтяных контактов, а также породы-коллекторы частично разрушенных залежей.
4. Выявлены факторы, контролирующие вторичные изменения карбонатных пород. В связи с этим предложена геологическая основа для моделирования процессов, объясняющих реализацию вторичных изменений карбонатных пород в различных участках разрезов.
Практическая значимость:
1. Проведенная типизация карбонатных разрезов позволяет делать прогнозы распространенности выявленных типов пород-коллекторов в отложениях турнейского и башкирского ярусов на территории восточного борта МВ и западного склона ЮТС.
2. Выявленные литогенетические признаки карбонатных пород, определяющие зональность (неоднородность) разрезов, позволяют надежно определять места локализации в разрезах зон развития пород-коллекторов различной промышленной продуктивности и водонефтяных контактов.
3. Литогенетические признаки пород-коллекторов, пород зон водонефтяных контактов и пород-коллекторов частично разрушенных залежей могут быть использованы для проведения относительной оценки промышленной продуктивности залежей нефти.
4. Предложенные модели реализации вторичных изменений в карбонатных породах-коллекторах и породах зон водонефтяных контактов могут быть использованы для уточнения контуров нефтяных залежей и оптимизации технологических схем их разработки. Результаты работы используются в некоторых малых нефтяных компаниях – ЗАО «ТАТЕХ», ОАО «Татнефтепром-Зюзеевнефть», ЗАО «Предприятие Кара Алтын».
Защищаемые положения:
1. Проведена типизация карбонатных отложений турнейского и башкирского ярусов региона. На этой основе оценена роль основных факторов (удаленность суши, глубина и расчлененность дна морского бассейна, колебания уровня моря), контролирующих накопление различных по структурногенетическим признакам карбонатных отложений и последовательность их напластования, а также распространенность выявленных типов разрезов.
2. Установлены литогенетические признаки карбонатных отложений, слагающих различные участки разрезов нефтяных залежей: породы-коллекторы и породы зон водонефтяных контактов, а также породы-коллекторы частично разрушенных залежей. Показано, что к таким признакам относятся лишь определенные типы вторичных изменений пород.
3. На основании выявленных литогенетических признаков карбонатных отложений, оценена роль факторов, определяющих этапность реализации определенных типов вторичных изменений в связи с формированием и разрушением залежей нефти. Такими факторами являются: геодинамический, геофлюидный, геоструктурный и литолого-стратиграфический.
Апробация работы и публикации. Основные положения работы докладывались на семинарах, совещаниях и конференциях российского и международного уровня: Международных конференциях «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2005, 2007, 2009); IV Международном семинаре «Теория, история, философия и практика минералогии» (Сыктывкар, 2006); Всероссийских литологических совещаниях (Москва, 2006; Екатеринбург, 2008);
Уральских литологических совещаниях (Екатеринбург, 2006, 2010); IV Международном семинаре «Минералогия и жизнь» (Сыктывкар, 2007); Международной геологической конференции «Изменяющаяся геологическая среда»
(Казань, 2007); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы поздней стадии освоения нефтегазодобывающих регионов»
(Казань, 2007); Всероссийском литологическом совещании «Рифы и карбонатные псефитолиты» (Сыктывкар, 2010). Материалы работы также докладывались на конференциях и семинарах молодых ученых: Х Международном симпозиуме им. акад. М.А.Усова «Проблемы геологии и освоения недр»
(Томск, 2007); Международном форуме молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2007); «Молодые наукам о Земле» (Москва, 2008); Всероссийской научно-практической конференции «Молодые в геологии нефти и газа» (Москва, 2010). Материалы работы также докладывались на итоговых научных конференциях КФУ (2006-2010). По результатам исследований имеется 39 публикации, в том числе 5 в изданиях, рекомендованных ВАК для защиты диссертаций, опубликована 1 монография. Работа поддержана молодежными Грантами АН РТ и МО РТ (2008). Исследования, проводимые автором, отмечены стипендией Президента РТ (2010).
Материалы работы используются на лабораторных занятиях по курсам «Литология» и «Литогенез нефтегазоносных толщ», проводимых автором для студентов геологического факультета Казанского университета, применяются для постановки и выполнения курсовых и дипломных работ. При участии автора опубликовано два учебно-методических пособия.
Личный вклад автора. Автором самостоятельно изучался керновый материал, проводились аналитические исследования и обобщение полученных данных. Разработаны и дополнены схемы седиментогенеза карбонатов в условиях открытого шельфа, проведена историко-геологическая реконструкция вторичных изменений карбонатных пород, слагающих породы-коллекторы различной промышленной продуктивности и породы зон водонефтяных контактов, оценена роль геодинамического и геофлюидного факторов в их реализации, что отражено в п. «Научная новизна», «Практическая значимость», «Защищаемые положения».
Достоверность результатов работы. Достоверность результатов определяется большими объемами изученного кернового материала и выполненных аналитических работ, воспроизводимостью полученных результатов, привлечением к интерпретации полученных данных современных представлений о закономерностях формирования карбонатных отложений и их вторичных изменений наложенного характера.
Работа выполнена на кафедре минералогии и петрографии геологического факультета Казанского университета.
Структура работы. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем работы составляет 174 страницы, включает 44 рисунка и 10 таблиц. Список литературы включает 231 наименование.
Благодарности. Автор благодарен научному руководителю, заведующему кафедрой минералогии и петрографии КФУ, д.г.-м.н., доц. В.П.Морозову и сотрудникам литологической лаборатории: доц. Г.А.Кринари, доц.
Э.А.Королеву, ст. инж. Г.М.Ескиной. Выражает признательность А.И.Бахтину, А.А.Галееву, И.Н.Плотниковой, В.В.Силантьеву, Р.Х.Сунгатуллину, Р.Р.Хасанову, и многим другим сотрудникам геологического факультета КФУ, а также Н.К.Фортунатовой, В.А.Салдину, К.М.Седаевой за ценные консультации и советы. Благодарен руководству и сотрудникам ЗАО «ТАТЕХ», ОАО «НИИНефтепромхим», ЗАО «Предприятие Кара Алтын» за предоставленный фактический материал.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ РАБОТЫ
1. СТРАТИГРАФИЯ И ТЕКТОНИКА РЕГИОНА, ИЗУЧЕННОСТЬ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
В пределах изученного региона отложения карбона представлены тремя отделами и распространены повсеместно. В каменноугольных отложениях изучаемого региона выделяют турнейский, визейский и серпуховский ярусы – нижний отдел; башкирский и московский ярусы – средний отдел; касимовский и гжельский ярусы – верхний отдел (Геология Татарстана, 2003). В работе наиболее полно изучены отложения турнейского и башкирского ярусов, т.к. с ними связаны основные промышленные скопления нефти в карбонатных породах региона. Среди карбонатных отложений, неизмененных вторичными процессами, распространены лишь известняки, среди которых можно выделить до 8 структурно-генетических типов (Морозов, Королев и др., 2008). Присутствующие в изученных разрезах доломиты являются вторичными образованиями.Большинство месторождений восточного борта МВ и западного склона ЮТС приурочено к поднятиям II порядка, расположенных обычно в виде вытянутых в субмеридиональном направлении валообразных структур (Войтович, Гатиятуллин, 2003). Залежи нефти турнейского и башкирского ярусов, как правило, приурочены к антиклинальным структурам III-IV порядка.
Изучение отложений турнейского и башкирского ярусов в связи с их нефтеносностью целенаправленно началось с 50-х годов прошлого столетия.
Их исследованием занимались геологи НИИ и ВУЗов Москвы, Санкт-Петербурга, Казани и других городов. Большой вклад в их изучение внесли исследователи ОАО «Татнефть», ТатНИПИнефть, ТГРУ, ООО «ТНГ-групп». Среди геологов Казанского университета одними из первых, занимавшихся отложениями каменноугольной системы, были В.И.Троепольский и Е.И.Тихвинская. Большой вклад в изучение стратиграфии и литологии внесли В.Г.Халымбаджа, В.С.Губарева, Г.И.Васясин. Заслуживают пристального внимания работы Л.П.Гмид, Е.А.Козиной, Э.З.Бадамшина, Е.Д.Войтовича Р.Х.Муслимова, Р.З.Мухаметшина, В.М.Смелкова и многих других. Изучением тектонического строения занимались такие исследователи как В.П.Степанов, О.М.Мкртчян, Е.Д.Войтович, Р.О.Хачатрян. Среди последних работ по литологии турнейского и башкирского ярусов следует отметить работы В.П.Морозова, Э.А.Королева, Р.С.Хисамова, А.А.Губайдуллина и др.
2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД,
ИХ ВТОРИЧНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ И ФЛЮИДОНАСЫЩЕННОСТИ
В ходе работы был изучен керновый материал более 35 скважин, характеризующих разрезы залежей нефти различной промышленной продуктивности: от низкопродуктивных до высокопродуктивных. Изучался керновый материал следующих месторождений: Онбийское, Демкинское, Аканское, Зюзеевское, Аделяковское, Летнее, Тавельское. Керн характеризовал как купольные части нефтеконтролирующих структур III-IV порядка, так и крыльевые их части, а также прогибы.Изучение кернового материала начиналось с его стратиграфического расчленения и привязки по глубине в соответствии с данными ГИС. Для более детального и качественного описания пород, а также определения характера флюидонасыщенности керн разрезался вдоль оси. Проводилось его фотографирование и макроскопическое описание. Затем отбирались представительные образцы пород для их детального лабораторного изучения. Последнее включало: изучение шлифов под поляризационным микроскопом, сколов образцов под электронным микроскопом, рентгенографическое изучение, определение фильтрационно-емкостных свойств, нефтенасыщенности, состава углеводородов.
Выделение структурно-генетических типов известняков в изученных разрезах, как и других пород, согласно О.В.Япаскурту (2005), проводилось «лишь после того как с них была снята нагрузка вторичных изменений наложенного характера». В основу выделения было положено макроскопическое описание и микроскопическое изучение компонентного состава пород с выявлением их пространственных взаимоотношений. Также учитывались наличие органических остатков, степень их сохранности, тип и структура цементирующего их материала. Принятая в работе классификация известняков (Морозов, Королев и др., 2008), относится к числу структурно-генетических и определяет как структуру пород, так и генетическую принадлежность слагающих их компонент (табл. 1).
Структурно-генетические типы известняков Биокластовые Оолитовые Литокластовые Цемент обломков – поровый или базальный, состоит из (обломочные) микрита, спарита, в различной степени гранулированных Пелитоморфные форменных структурных компонент незначительно. Текстура однородная или абиогенная слоистая Строматолитовые Практически нацело состоят из микрита. Обладают неяснослоистой биогенной текстурой Согласно современным представлениям о литогенезе (Осадочные бассейны …, 2004; Япаскурт, 2005) среди постседиментационных процессов следует различать два типа изменений: изменения региональные, связанные с литогенезом погружения осадочных толщ (диагенез, катагенез, метагенез), и изменения локальные вторичные, наложенные на литогенез погружения.
Под литогенетической неоднородностью разрезов нефтяных залежей в работе понимается латеральная и вертикальная неоднородность, обусловленная присутствием различных структурно-генетических типов известняков и различной интенсивностью их вторичных изменений. Изучение кернового материала позволило выделить в разрезах породы-покрышки, породы-коллекторы, плотные породы и породы зон водонефтяных контактов. Для выявления литогенетических особенностей карбонатных отложений изучались: 1) структурно-текстурные характеристики пород; 2) состав углеводородов (нефть, вязкая нефть, битум); 3) структура пустотного пространства пород; 4) вторичные изменения наложенного характера. Определялось также положение в разрезах пород, подверженных вторичным изменениям.
В работе основное внимание уделено породам-коллекторам и породам зон водонефтяных контактов, так как они характеризуются определенными типами вторичных изменений, которые во многом определяют их литогенетические признаки. Следует сказать, что под зоной водонефтяного контакта в работе вслед за Р.С.Сахибгареевым (1989) понималась зона существования пород, характеризующаяся их значительными вторичными изменениями, обусловленными реакциями на фазовой границе воды и нефти. В таких зонах отмечается совместное присутствие воды и битумоподобных углеводородов.
3. ТИПОВЫЕ РАЗРЕЗЫ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД
ТУРНЕЙСКОГО И БАШКИРСКОГО ЯРУСОВ
Согласно ряду работ, (Морозов, Козина, 2007; Морозов, Королев и др., 2008; Муслимов, Васясин и др., 1999; Хисамов, Губайдуллин и др., 2010) отложения турнейского и башкирского ярусов в пределах восточного борта МВ и западного склона ЮТС были сформированы в обстановках открытых мелководных шельфовых равнин. Однако разрезы изученных толщ довольно существенно отличаются друг от друга по наличию или отсутствию в них определенных структурно-генетических типов известняков, пространственному взаимоотношению пород и их мощности, флюидонасыщенности и др., что было принято в качестве критериев их типизации.По названным признакам на основании собственных исследований выявлены следующие типовые разрезы.
Типовые разрезы турнейского яруса. Изучение кернового материала позволило выделить в турнейском ярусе два основных типа разрезов, различающихся степенью стратиграфической полноты. Степень стратиграфической полноты разрезов обусловлена их размывом, что связано с континентальным этапом развития территории в конце турнейского и начале визейского веков (Геология Татарстана, 2003; Муслимов, Васясин и др., 1999; Мухаметшин, 2006).
Полный тип разрезов турнейского яруса. Среди изученных разрезов были выделены такие, которые в меньшей степени были размыты. Они в работе названы полными, т.к. в их сложении принимают участие как нижнетурнейские отложения в составе малевского и упинского горизонтов, так и верхнетурнейские – черепетского и кизеловского горизонтов. В строении разрезов принимают участие три типа известняков: известняки биокластово-зоогенные первого типа, биокластово-фитогенные и биокластово-фитозоогенные.
Изучение отложений турнейского яруса показало, что нередко в пределах сравнительно небольших площадей (первые десятки квадратных километров) отмечаются разрезы, различающиеся по своему сложению. Причем различие наиболее характерно для отложений кизеловского горизонта, в значительно меньшей степени для других горизонтов. Изучение последовательности напластования различных структурно-генетических типов известняков, их относительной доли в кизеловском горизонте, а также анализ их мощностей показали, что целесообразным оказалось разделить разрезы полного типа на два подтипа, названные А и Б.
Разрезы подтипа А относятся к числу наиболее распространенных и развиты практически повсеместно на территории восточного борта МВ и западного склона ЮТС. Средняя мощность верхнетурнейских отложений в разрезах этого подтипа составляет 35 м, а кизеловского горизонта – 12-16 м.
Особенностью разрезов является присутствие в кизеловском горизонте выдержанных по простиранию биокластово-зоогенных известняков первого типа, доля которых может составлять до 30-40%. В таких разрезах биокластово-зоогенные известняки нередко образуют два выдержанных слоя мощностью до 2-3 м.
Разрезы подтипа Б встречаются реже и обнаружены лишь на восточном борту МВ. Средняя мощность верхнетурнейских отложений здесь составляет 25 м, а кизеловских – 8-10 м. Особенностями сложения таких разрезов являются: незначительное присутствие в кизеловском горизонте биокластово-зоогенных известняков первого типа и их малая мощность. Доля таких известняков в кизеловском горизонте составляет 5-10%, а их мощность не превышает 0,5 м. Большая часть горизонта представлена чередованием биокластово-фитогенных и биокластово-фитозоогенных известняков.
Из сказанного следует, что отличиями разрезов А и Б подтипов являются различная мощность верхнетурнейских отложений и доля биокластово-зоогенных известняков первого типа в кизеловском горизонте.
В работе доказывается, что указанные различия в строении разрезов обусловлены расчлененностью дна морского бассейна в турнейском веке, в пределах которого отмечались как участки относительно мелководные (подтип Б), так и более глубоководные (подтип А). В относительно мелководных условиях накопление осадков сменялось их частичным размывом, что определяется в разрезах наличием резких контактов известняков, а также волнисто-линзовидных текстур и следов размыва осадков. В относительно глубоководных условиях накопление осадков шло в гидродинамически более спокойных условиях, что выражается в большей однородности текстур известняков, меньшей доли волнисто-линзовидных текстур и следов перемыва. Сказанное иллюстрирует рисунок 1.
Рис. 1. Реконструкция глубин седиментогенеза структурно-генетических типов карбонатов в турнейском веке по данным изучения разреза подтипа А ИБЗ-I – известняки биокластово-зоогенные первого типа; ИБФ – известняки биокластово-фитогенные; ИБФЗ – известняки биокластово-фитозоогенные.
Сокращенный тип разрезов турнейского яруса характерен для областей развития визейских эрозионных врезов, которые в большей степени распространены на восточном борту МВ (Мухаметшин, 2006). Подобные типы разрезов характеризуются частичным или полным размывом верхнетурнейских, а иногда и нижнетурнейских отложений.
Типовые разрезы башкирского яруса. Одной из особенностей разрезов башкирского яруса является сложность их расчленения до горизонтов и, соответственно, корреляции. Проведение корреляции между разрезами часто не удается даже в том случае, если расстояние между скважинами составляет менее 1 км. Это обусловлено несколькими причинами: присутствием в разрезах различных структурно-генетических типов известняков, их невыдержанностью по латерали, различием их мощностей, а также наличием перерывов в осадконакоплении. На основании сказанного изученные разрезы яруса типизированы следующим образом.
Сокращенный тип разрезов отмечен лишь на западном склоне ЮТС.
Его особенностью является преимущественное развитие в отложениях яруса лишь двух типов известняков: литокластовых и биокластово-зоогенных второго типа. Они слагают изученные разрезы практически полностью, образуя чередование слоев. Доля названных известняков в разрезах примерно одинакова. Лишь иногда среди них отмечаются биокластово-зоогенные известняки первого типа, другие типы известняков встречаются еще реже. Сокращенным такой тип разрезов назван по довольно высокой доле в них литокластовых известняков, которые, как известно, являются следствием размыва уже консолидированных отложений. На это указывает и мощность отложений яруса, которая составляет 17-20 м и является малой по сравнению со средней мощностью башкирских отложений в регионе.
Полный тип разрезов наиболее типичен для западной части восточного борта МВ. Основным его признаком является преимущественное развитие двух типов известняков – биокластово-зоогенных первого типа и пелитоморфных, обладающих однородной текстурой, а также наличие в разрезах глинистых пород. Биокластово-зоогенные известняки первого типа по разрезу развиты повсеместно и составляют до 80% объема выявленных в разрезах пород. Доля пелитоморфных известняков невелика и составляет до 15% объема разрезов, глинистых пород – до 5-7%. Названные породы в разрезах встречаются постоянно. Отличительным признаком разрезов является отсутствие в них литокластовых известняков. Иногда в таких разрезах встречаются и биокластово-зоогенные известняки второго типа.
Глинистые породы не встречаются в других выделяемых в башкирском ярусе типах разрезов, тогда как в разрезах полного типа отмечаются в виде самостоятельных пластов в нижней его части. Отсутствие в разрезах литокластовых известняков свидетельствует об отсутствии прямых признаков размыва отложений яруса. В связи с этим предложено называть подобные разрезы полными. На последнее также указывают увеличенные по сравнению с другими типами разрезов мощности, составляющие 35-45 м.
Смешанный тип разрезов. Вышеописанные типы разрезов башкирского яруса являются «крайними», т.к. бльшая часть изученных разрезов по «литологическому наполнению» несет признаки и полного и сокращенного типов. В работе предложено называть их смешанными. Такой тип характерен как для восточного борта МВ, так и западного склона ЮТС.
В сложении смешанного типа разрезов принимают участие биокластово-зоогенные известняки первого и второго типов, литокластовые, пелитоморфные и строматолитовые известняки. Все выделенные структурно-генетические типы известняков за исключением строматолитовых имеют довольно широкое распространение и обычно слагают самостоятельные слои мощностью до 4-5 м, иногда меньше. Мощности разрезов довольно существенно варьируют и могут составлять от 20 до 40 м.
Различия в сложении разрезов башкирского яруса выявленными типами известняков, главным образом, обусловлены различием обстановок карбонатонакопления в палеобассейне седиментации. Согласно ряду работ (Морозов, Королев и др., 2008; Седиментологическое моделирование …, 2000), представляется, что формирование карбонатных отложений, слагающих разрезы сокращенного типа, происходило в мелководной обстановке в условиях периодического выхода отложений из-под уровня моря на что указывает довольно высокая доля в разрезах литокластовых и биокластово-зоогенных известняков второго типа. Образование же отложений, слагающих разрезы полного типа, происходило в более глубоководных условиях ниже базиса волнового воздействия. Об этом свидетельствуют массивные текстуры известняков и присутствие выдержанных глинистых отложений. Это указывает на расчлененность дна бассейна седиментогенеза башкирского века в пределах изучаемого региона, что и привело к формированию разрезов, различающихся не только по составу отложений, но и по мощности (рис. 2).
Рис. 2. Схематическая реконструкция условий седиментогенеза Обобщив сказанное, следует отметить, что различие выявленных типов разрезов турнейского и башкирского ярусов заключается в присутствии в них определенных структурно-генетических типов известняков, а также глинистых пород. Каждый тип разрезов имеет определенные признаки, что и послужило основой для реконструкции условий образования осадков.
4. ЛИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ НЕОДНОРОДНОЕ СТРОЕНИЕ
РАЗРЕЗОВ НЕФТЯНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ
Выявление литогенетических признаков карбонатных отложений, характеризующих зоны развития пород-коллекторов и пород зон водонефтяных контактов, подразумевает не только определение их структурно-генетических типов, сформированных при седиментогенезе и фоновом литогенезе, но также и диагностику их вторичных изменений.Изучение вторичных изменений наложенного характера известняков показало, что, с одной стороны, различные типы вторичных изменений характерны лишь для определенных зон нефтяных залежей, а с другой – многие из них реализуются лишь в биокластово-зоогенных известняках первого типа.
На основании изучения известняков, слагающих карбонатные породыколлекторы различной промышленной продуктивности и породы зон водонефтяных контактов, выявлены следующие их вторичные изменения:
равномерно развитая межформенная кавернозность, обусловленная селективным выщелачиванием (выщелачиванию подвергается лишь микрит, цементирующий органические остатки);
неравномерно развитая межформенная кавернозность, обусловленная селективным выщелачиванием (при этом часть породы не подвержена выщелачиванию);
наличие крупных каверн, обусловленных неселективным типом выщелачивания (выщелачиванию подвергаются все компоненты известняка);
развитие не диагностируемого под микроскопом доломита, который, однако, надежно определяется по данным рентгенографического анализа в качестве примесного минерала;
присутствие выделений яснозернистых агрегатов вторичного доломита и кальцита (доломит и кальцит замещают все компоненты известняка либо выполняют пустоты);
выделение на стенках каверн вторичного кальцита, образующего крустификационные корочки;
присутствие вкраплений углеводородов в яснозернистых по структуре агрегатах вторичного доломита;
развитие вторичного окременения известняков, что чаще обнаруживается в породах башкирского яруса.
Выявленные вторичные изменения известняков, слагающих различные участки разрезов, позволяют строго определить литогенетические признаки пород-коллекторов различной промышленной продуктивности и пород зон водонефтяных контактов (табл. 2).
Литогенетические признаки пород-коллекторов, нефти которых обладают различной подвижностью, и пород зон водонефтяных контактов Выщеланозность чивание Выщелачивание неселективное, формирующее крупные каверны Доломи- виде примеси тизация образование яснозернистых агрегатов Кальци- образование яснозернитизация стых агрегатов Примечание: крестиками в ячейках показана относительная интенсивность вторичных изменений известняков.
Из данных таблицы следует, что в них могут реализоваться, как различные, так и одинаковые изменения пород, имеющие, однако, различную интенсивность.
Из таблицы также следует, что, если вторичные изменения, диагностируемые в породах коллекторах с относительно подвижной нефтью и в породах зон водонефтяных контактов различаются существенно, то породы-коллекторы с относительно менее подвижными нефтями несут признаки тех и других.
Следует также сказать, что различная промышленная продуктивность карбонатных пород-коллекторов обусловлена не столько их коллекторскими свойствами, сколько физико-химическими свойствами нефтей. Среди них можно выделить нефти различные по некоторым физико-химическим свойствам – вязкости, газонасыщенности, плотности, температуре застывания, фракционному и химическому составам и др. (Нефтегазоносность Республики …, 2007). Из приведенных в таблице данных следует, что вторичные изменения в породах-коллекторах, нефти которых различаются по физико-химическим свойствам, различны. Следовательно, содержание таблицы можно рассматривать в качестве литогенетических признаков, позволяющих проводить некоторую оценку продуктивности нефтяных залежей.
Анализ полученного фактического материала показал, что породы зон водонефтяных контактов залежей турнейского и башкирского ярусов по способу образования являются разрушенными частями залежей, так как они характеризуются присутствием выдержанных интервалов кавернозных известняков с окисленной до битума нефтью. Такие породы обладают всеми свойствами коллекторов, если с них «снять нагрузку» вторичных изменений, реализованных в условиях существования пород в зонах водонефтяных контактов.
Установлено также, что среди изученных объектов в породах-коллекторах турнейского яруса нефти являются более подвижными, тогда как в отложениях башкирского яруса встречаются и те, и другие. Объяснение этому дается с позиций вышеизложенного: в породах-коллекторах турнейского яруса обнаруживается лишь равномерно развитая кавернозность, тогда как в породах-коллекторах башкирского яруса нередко помимо этого обнаруживаются и другие вторичные изменения, аналогичные изменениям зон водонефтяных контактов, что свидетельствует о частичном разрушении залежей.
Таким образом, полученный материал свидетельствует о том, что породы-коллекторы с относительно подвижными (вязкость меньше 100 мПа·с) и относительно менее подвижными нефтями (вязкость больше 100 мПа·с), а также породы зон водонефтяных контактов характеризуются различными литогенетическими признаками (см. табл. 2). Следует признать определяющую роль вторичных изменений наложенного характера в формировании литогенетических признаков пород-коллекторов различной промышленной продуктивности и пород зон водонефтяных контактов.
5. ФАКТОРЫ, КОНТРОЛИРУЮЩИЕ ВТОРИЧНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ
ИЗВЕСТНЯКОВ И ИХ ФЛЮИДОНАСЫЩЕННОСТЬ
Среди основных факторов, контролирующих вторичные изменения в породах-коллекторах залежей нефти и породах зон водонефтяных контактов, следует назвать литолого-стратиграфический, геоструктурный, геодинамический, геофлюидный. Они определяют условия реализации вторичных изменений, контролирующих формирование пород-коллекторов различной промышленной продуктивности, а также пород, слагающих зоны водонефтяных контактов. Анализ вторичных изменений, как следует из ряда работ (Морозов, Козина, 2007; Морозов, Королев и др., 2008), может быть проведен на историко-геологической основе. Применение подобного подхода, согласно А.Н.Дмитриевскому (1992, 1993, 1998), позволяет определить роль каждого из факторов в реализации вторичных изменений, а также проследить этапность в реализации названных изменений в истории развития бассейна породообразования.Литолого-стратиграфический фактор определяет неоднородность осадочных толщ, проявляющуюся в наличии потенциальных пород-коллекторов, плотных пород, пород-флюидоупоров.
Роль литолого-стратиграфического фактора в реализации вторичных изменений известняков проявляется, прежде всего, в том, что лишь биокластово-зоогенные известняки первого типа, имеющие определенную пространственную приуроченность в изученных разрезах, могут быть подвержены определенным вторичным изменениям, существенно меняющим их петрофизические и структурно-текстурные характеристики. Такими вторичными изменениями являются выщелачивание, доломитизация, кальцитизация и окремнение (см. табл. 2). Они и определяют характер флюидонасыщенности и литогенетическую неоднородность строения разрезов.
Геоструктурный фактор. Изучение разрезов нефтяных залежей турнейского и башкирского ярусов показало, что имеется определенная зависимость между амплитудой нефтеконтролирующих структур и интенсивностью вторичных изменений пород, в том числе и выщелачивания, формирующего коллекторы нефти. Установлено, что наиболее интенсивно вторичные изменения, рассматриваемые в работе, проявлены в высокоамплитудных поднятиях и в большей степени в их сводовых частях. Тогда как в относительно малоамплитудных поднятиях их интенсивность меньше. Это свидетельствует о том, что наиболее интенсивно ток флюидов, вызывающих вторичные изменения известняков, осуществляется через высокоамплитудные поднятия. Они же являются и нефтеконтролирующими структурами (Войтович, Гатиятуллин, 2003).
Геодинамический фактор. Является тесно связанным с геофлюидным фактором. Под геодинамическим фактором, контролирующим вторичные изменения и флюидонасыщенность карбонатных пород, в работе понимаются процессы, связанные с особенностями формирования и изменения во времени структурно-тектонического плана изучаемого региона. Рассмотрение геодинамического фактора является необходимым для понимания процессов флюидомиграции в истории развития бассейнов породообразования. Кроме того, названный фактор определяет время образования нефтеконтролирующих структур в связи с особенностями тектонического развития региона.
Основная доля структур, контролирующих залежи нефти в каменноугольных отложениях, согласно Е.Д.Войтовичу и Н.С.Гатиятуллину (2003), сформировалась в послепермское время. В то же время динамотермальная активизация региона обусловила активизацию элизионной стадии геофлюидного режима бассейна породообразования. Это предопределило развитие процессов нефтегенерации и формирование залежей нефти. Согласно данным В.В.Витвицкого и В.В.Шапенко (1976), вторичные изменения известняков и формирование залежей нефти в пределах Волго-Уральского региона могло происходить при температурах более 100-150оС. Аналогичные данные на подобных объектах получены и зарубежными исследователями (Neilson, Oxtoby, 2008).
Геофлюидный фактор. На основании изучения вторичных изменений известняков в условиях наложенного типа литогенеза, согласно ряду работ (Осадочные бассейны …, 2004; Карцев, Вагин и др., 1986, 1992), можно разработать подходы к объяснению роли геофлюидного фактора в их реализации, как в породах-коллекторах, так и породах зон водонефтяных контактов.
Изучение пространственных взаимоотношений вторичных изменений в породах позволило выявить последовательность их реализации (табл. 3). Установлено, что вторичные изменения в породах-коллекторах осуществляются ранее, чем те вторичные изменения, которые реализуются в породах зон водонефтяных контактов и собственно приводят к их формированию. Однако и те и другие реализуются на элизионной гидрогеологической (геофлюидной) стадии развития бассейна породообразования или, по А.А.Карцеву, С.Б.Вагину и др. (1992), в результате формирования элизионных термодегидратационных систем.
Отличительными признаками пород-коллекторов и пород зон водонефтяных контактов помимо вторичных изменений являются их вторичные текстуры, формирующиеся за счет наложенных процессов. Если породы-коллекторы обладают однородной вторичной текстурой, то в породах зон водонефтяных контактов наблюдаются пятнистые, пятнисто-полосчатые и полосчатые латерально ориентированные текстуры, имеющие вторичную природу.
Латеральная ориентировка полосчатости указывает на то, что ток флюидов, вызывающих вторичные изменения, осуществлялся преимущественно по направлению напластования в условиях реализации фрагментарного метасоматоза (Поспелов, 1973; Царев, 1984). Различие в текстурах указывает на то, что формирование пород-коллекторов происходило в относительно закрытой системе при периодической ее разгерметизации, тогда как формирование пород зон водонефтяных контактов – в открытой системе.
Стадийность вторичных изменений в породах-коллекторах Выщелачивание формирующее равномерную кавернозность селективное формирующее неравномерную кавернозность несеформирующее лективкрупные каверны образование доломита в виде примеси в известняках Доломитизация образование яснозернистых агрегатов Обобщив сказанное, следует отметить, что геодинамический и геофлюидный факторы определяют последовательность реализации выявленных вторичных изменений известняков: от процессов выщелачивания на этапе формирования коллекторов, до процессов кальцитизации, доломитизации и окремнения на последующей стадии формирования зон водонефтяных контактов и процессов разрушения залежей.
Это позволяет рассматривать карбонатные отложения, слагающие залежи нефти различной промышленной продуктивности и породы зон водонефтяных контактов, в качестве развивающихся во времени и пространстве систем, отражающих геодинамическую и геофлюидную эволюцию бассейна породообразования.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основании изучения кернового материла ряда месторождений нефти юго-востока Татарстана в пределах восточного борта МВ и западного склона ЮТС проведена типизация разрезов турнейского и башкирского ярусов. В основу типизации положены стратиграфическая полнота разрезов и их сложение определенными типами пород. Это послужило исходными данными для проведения реконструкции условий седиментогенеза в турнейском и башкирском веках с выявлением основных факторов, контролирующих накопление определенных структурно-генетических типов карбонатных и глинистых осадков. К ним относятся: удаленность береговой линии, расчлененность дна и глубина бассейна седиментогенеза, положение базиса волнового воздействия и др.В работе выделены и подробно описаны различные типы вторичных изменений карбонатных пород. Анализ пространственного положения участков их реализации позволил определить литогенетические признаки карбонатных пород-коллекторов различной промышленной продуктивности и пород зон водонефтяных контактов. Это проявляется как в схожести вторичных изменений пород, так и физико-химических свойств нефтей. Проведенная систематизация рассматриваемых в работе вторичных изменений пород, на историко-геологической основе, позволила определить последовательность их реализации в связи с формированием пород-коллекторов залежей нефти различной промышленной продуктивности и пород зон водонефтяных контактов.
Установлено, что имеются общие литогенетические признаки между породами-коллекторами с высоковязкими слабо подвижными нефтями и породами зон водонефтяных контактов. Принимая, что зоны водонефтяных контактов в карбонатных отложениях турнейского и башкирского ярусов являются разрушенными частями залежей, делается вывод, что залежи низкой промышленной продуктивности являются частично разрушенными.
Установлены факторы контролирующие строение, формирование и разрушение залежей нефти в карбонатных породах турнейского и башкирского ярусов. Оценена роль каждого из них. Факторами, контролирующими возможность реализации вторичных изменений пород, являются литолого-стратиграфический и геоструктурный, а факторами, контролирующими саму реализацию вторичных изменений и флюидонасыщенность пород, являются геодинамический и геофлюидный.
Изучение особенностей вторичных изменений пород и их связи с геодинамическим и геофлюидным режимами бассейна породообразования позволили установить историко-геологическую последовательность процессов формирования и разрушения залежей нефти в карбонатных породах.
1. Морозов В.П., Королев Э.А., Кольчугин А.Н. Карбонатные породы визейского, серпуховского и башкирского ярусов нижнего и среднего карбона. – Казань: ПФ Гарт, 2008. – 187 с.
2. Морозов В.П., Королев Э.А. Кольчугин А.Н. Минералого-литологические критерии выделения зон современных и древних водонефтяных контактов в связи с формированием нефтяных залежей в известняках турнейского яруса Волго-Уральской антеклизы // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. – 2006. – № 9. – С. 31-38.
3. Кольчугин А.Н. Причины формирования зональности нефтяных залежей в карбонатных коллекторах на примере месторождений нефти юговостока Республики Татарстан // Записки горного института. – 2008. – Том 174. – С. 29-31.
4. Морозов В.П., Васясин Г.И., Кринари Г.А., Королев Э.А., Кольчугин А.Н., Насибуллин И.М. Литогенетические критерии сформированности-разрушенности нефтяных залежей в карбонатных породах-коллекторах // Нефтепромысловое дело. – 2009. – № 6. – С. 11-16.
5. Петров М.А., Насибулин И.М., Мисолина Н.А., Кольчугин А.Н., Вафин Р.Ф., Круглов М.П., Казанбаева О.В. Проблема добычи высоковязких нефтей башкирского яруса восточного борта Мелекесской впадины // Георесурсы. – 2009. – № 3(31). – С. 38-40.
6. Морозов В.П., Козина Е.А., Королев Э.А., Кольчугин А.Н. Литологические исследования нефтеносных комплексов палеозоя Республики Татарстан // Георесурсы. – 2009. – № 4(32). – С. 43-45.
7. Морозов В.П., Королев Э.А., Кольчугин А.Н. Литогенетические типы известняков нижнего и среднего карбона юго-востока Республики Татарстан и реконструкция палеообстановок их седиментогенеза // Осадочные процессы: седиментогенез, литогенез, рудогенез (эволюция, типизация, диагностика, моделирование). Материалы 4-го Всероссийского литологического совещания. Т. 1. – М.: ГЕОС, 2006. – С. 132-134.
8. Морозов В.П., Кринари Г.А., Королев Э.А., Кольчугин А.Н. Вторичные минеральные преобразования карбонатных коллекторов нефти (на примере месторождений Волго-Уральской антеклизы) // Материалы IV Международного семинара «Теория, история, философия и практика минералогии». – Сыктывкар: Геопринт, 2006. – С. 170.
9. Морозов В.П., Кринари Г.А., Королев Э.А., Кольчугин А.Н. Роль вторичных процессов в формировании месторождений нефти Волго-Уральской антеклизы // Литологические аспекты геологии слоистых сред. Материалы 7 Уральского литологического совещания. – Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2006. – С. 193-194.
10. Кольчугин А.Н., Морозов В.П., Королев Э.А. Формирование зональности нефтяных залежей в карбонатных породах турнейского яруса юго-востока Республики Татарстан // Повышение нефтеотдачи пластов на поздней стадии разработки нефтяных месторождений и комплексное освоение высоковязких нефтей и природных битумов. – Казань: Изд-во «ФЭН», 2007. – С. 354-357.
11. Кринари Г.А., Кольчугин А.Н., Королев Э.А., Морозов В.П., Шайдуллин И.А. Биогенный аутигенез – индикатор флюидодинамики углеводородов // Материалы IV международного семинара «Минералогия и жизнь».
– Сыктывкар: Геопринт, 2007. – С. 52-53.
12. Морозов В.П. Королев Э.А., Кольчугин А.Н. Литологические аспекты модели формирования залежей нефти в карбонатных коллекторах Волго-Уральской антеклизы // XIII Международная конференция «Новые идеи в науках о Земле». Доклады. S-II. – М.: РГГРУ, 2007. – С. 194-199.
13. Кольчугин А.Н. Структура пустотного пространства и степень флюидонасыщенности карбонатных пород турнейского яруса на восточном борту Мелекесской впадины и западном склоне Южно-Татарского свода // Материалы конференции «Молодые – наукам о земле». – М.: Изд-во ЗАО ИД «Экономическая литература», 2008. – С. 55.
14. Морозов В.П., Королев Э.А., Кольчугин А.Н., Кринари Г.А.
Постседиментационные изменения карбонатных пород и критерии выявления различных типов литогенеза (фонового и наложенного) // Типы седиментогенеза и литогенеза и их эволюция в истории Земли. Материалы 5-го Всероссийского литологического совещания. Т. II. – Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2008. – С. 93-96.
15. Морозов В.П., Королев Э.А., Кольчугин А.Н., Васясин Г.И., Харитонов Р.Р., Минибаев Р.Р. Литогенетическая и физико-химическая оценка залежей нефти башкирского яруса Республики Татарстан // Материалы Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы поздней стадии освоения нефтегазодобывающих регионов». – Казань: Изд-во «ФЭН», 2008. – С. 288-291.
16. Кольчугин А.Н. Эволюция структуры пустотного пространства карбонатных пород в зависимости от флюидодинамического фактора // Материалы 5-го Всероссийского литологического совещания «Типы седиментогенеза и литогенеза и их эволюция в истории земли». Т. I. – Екатеринбург:
ИГГ УрО РАН, 2008. – С. 336-338.
17. Кольчугин А.Н., Морозов В.П., Королев Э.А., Кринари Г.А.
Литогенетические признаки сформированности-разрушенности нефтяных залежей в карбонатных породах // IX Международная конференция «Новые идеи в науках о Земле». Доклады. S-II. – М.: РГГРУ, 2009. – С. 129.
18. Морозов В.П., Королев Э.А., Кольчугин А.Н., Кринари Г.А.
Критерии выявления типов литогенеза – фонового и наложенного (на примере карбонатных пород) // IX Международная конференция «Новые идеи в науках о Земле». Доклады. S-II. – М.: РГГРУ, 2009. – С. 139.
19. Кольчугин А.Н., Морозов В.П., Королев Э.А. Типизация разрезов нефтяных залежей турнейского яруса центральной части Волго-Уральской антеклизы // Верхний палеозой России: стратиграфия и фациальный анализ:
материалы Второй Всероссийской научной конференции, посвященной 175летию со дня рождения Н.А.Головкинского. – Казань: Изд-во КГУ, 2009. – С. 246-247.
20. Кольчугин А.Н. Особенности вторичных изменений известняков в зонах развития коллекторов и водонефтяных контактов // Всероссийская научная конференция молодых ученых и специалистов «Молодые в геологии нефти и газа». – М.: ВНИГНИ, 2010. – С. 25-26.
21. Кольчугин А.Н., Морозов В.П., Королев Э.А., Пронин Н.В., Носова Ф.Ф. Особенности седиментогенеза биогенных карбонатных отложений в турнейском веке центральной части Волго-Уральской антеклизы // Материалы Всероссийского литологического совещания «Рифы и карбонатные псефитолиты». – Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2010. – С 85-86.
22. Морозов В.П., Плотникова И.Н., Каюкова Г.П., Кольчугин А.Н., Королев Э.А., Пронин Н.В., Носова Ф.Ф. Геодинамический и геофлюидный режимы бассейнов породообразования как факторы, определяющие потенциальную продуктивность нефтяных залежей (на примере месторождений нефти центральной части Волго-Уральской НГП) // Материалы Всероссийской конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика П.Н.Кропоткина «Дегазация Земли: геотектоника, геодинамика, геофлюиды;
нефть и газ; углеводороды и жизнь». – М.: ГЕОС, 2010. – С. 367-370.
23. Морозов В.П., Данилова Т.Е., Кольчугин А.Н., Королев Э.А. Геофлюидный режим бассейнов породообразования – фактор реализации фонового литогенеза и вторичных изменений наложенного характера (на примере девонско-каменноугольных отложений нефтеносных районов РТ) // Материалы 8 Уральского литологического совещания «Актуальные вопросы литологии». – Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2010. – С. 227-228.