Условия формирования и закономерности распространения коллекторов нефти и газа в породах кор выветривания фундамента южного склона Непско-Ботуобинской антеклизы
Оглавление
Введение ………………………………………………………………………………………………………………………………..3
1. Общие геологические сведения о районе исследования …………………………………………………….8 Основные черты тектонического строения Непско-Ботуобинской антеклизы ……………………….8 Стратиграфическая характеристика Непско-Ботуобинской антеклизы ………………………………..10 Характеристика нефтегазоносности южной части Непско-Ботуобинской антеклизы …………..15
2. Кора выветривания – самостоятельный геологический объект. Разработка классификации и номенклатуры пород кор выветривания…………………………………………………………………………………21
Термины и определения …………………………………………………………………………………………………….21
История изучения кор выветривания ………………………………………………………………………………….24
Классификация и номенклатура кор выветривания южного склона НБА …………………………….25
Анализ распространения разновозрастных кор выветривания фундамента Сибирской платформы ………………………………………………………………………………………………………………………..37
3
южного склона Непско-Ботуобинской антеклизы…………………………………………………………………..42
Петрографическая характеристика пород коры выветривания и измененного фундамента
Петрографическая характеристика пород коры выветривания южного склона НБА…………….43 Род бескаркасных кислотных горных пород ……………………………………………………………………47 Род каркасных кислотных горных пород …………………………………………………………………………52 Род бескаркасных основных горных пород ……………………………………………………………………..57 Род каркасных основных горных пород…………………………………………………………………………..62
Петрографическая характеристика измененных физическим выветриванием пород фундамента НБА ……………………………………………………………………………………………………………….67
Породы зоны физического выветривания кислых протолитов………………………………………….67
Породы зоны физического выветривания средне-основных протолитов…………………………..72 Характеристика вертикальной неоднородности верхней части фундамента…………………………76
4
склона НБА…………………………………………………………………………………………………………………………..79
Типизация пустотного пространства в породах кор выветривания фундамента южного
Анализ пустотного пространства бескаркасных кислотных пород……………………………………85 Анализ пустотного пространства каркасных кислотных пород ………………………………………..89 Анализ пустотного пространства бескаркасных основных пород …………………………………….93 Анализ пустотного пространства каркасных основных пород ………………………………………….96
5. Выделение перспективных зон развития коллекторов в породах кор выветривания фундамента южного склона НБА …………………………………………………………………………………………..98
Заключение …………………………………………………………………………………………………………………………113 Список сокращений и условных обозначений………………………………………………………………………115 Список использованной литературы…………………………………………………………………………………….115
В первой главе содержатся сведения о геологическом строении региона исследования.
Путем анализа опубликованных работ, монографий, отчетов дается краткий обзор о тектоническом строении Непско-Ботуобинской антеклизы и ее положении в пределах Сибирской платформы, описывается литолого-стратиграфическая характеристика разреза, даны основные представления о нефтегазоносности в районе исследования.
В современных представлениях о региональной тектонике юга Сибирской платформы между реками Лена и Ангара выделяется Непско-Ботуобинская антеклиза, вытянутая в северо- восточном направлении (Рисунок 1 А).
НБА осложнена двумя положительными структурами первого порядка – Непским сводом, находящимся в центральной части антеклизы, и Мирнинским выступом – в северной ее части. Помимо структур первого порядка многими исследователями выделяются структуры второго порядка – Усть-Кутское куполовидное поднятие (вал), находящееся южнее Непского свода, а также Умоткинский и Алтыбинский структурные мысы, расположенные на западе НБА. Некоторыми исследователями также выделяются Пеледуйское куполовидное поднятие и Верхнечонский структурный мыс в составе Непского свода.
Разрез осадочного чехла НБА представлен разновозрастными отложениями от венда до четвертичного периода включительно. Фундамент исследуемой территории сложен архей- раннепротерозойскими породами и разновозрастными интрузиями. Между фундаментом и осадочным чехлом, практически повсеместно находятся образования коры выветривания.
Нефтегазоносность Непско-Ботуобинской антеклизы подтверждается открытыми крупными месторождениями. По особенностям строения осадочного чехла юга НБА выделяются пять
нефтегазоносных комплексов (НГК): непско-тирский, даниловско-усольский, бельский, булайско- ангарский и литвинцевско-верхоленский (Рисунок 1 Б). Для южного склона НБА главные притоки углеводородов приурочены в основном к чонским и ярактинским продуктивным горизонтам, относящиеся к непско-тирскому НГК и залегающие непосредственно на корах выветривания
фундамента.
Рисунок 1 А – Фрагмент тектонической карты нефтегазоносных провинций Сибирской платформы ФГУП СНИИГГИМС, 2010. Редактор В.С. Старосельцев. Условные обозначения: 1 – зона складчато-надвиговых дислокаций, 2 – региональные глубинные разломы, 3 – стратоизогипсы, контуры: 4 -структур второго порядка, 5 – структур первого порядка, 6 – надпорядковых структур, 7 – наложенных отрицательных
структур, 8 -месторождения УВ, 9 -подготовленные объекты, 10 -административные границы, 11 – область исследования. Б – Схема распределения нефтегазовых комплексов южного склона Непско-Ботуобинской антеклизы (с дополнениями автора).
Вторая глава посвящена объекту исследования диссертационной работы – корам выветривания. В главе приводятся доводы о том, что коры выветривания сложены горными породами, а именно породами гипергенно-метасоматического класса. Представлены различные взгляды о генезисе кор выветривания и условий ее образования. Описана классификация пород гипергенно-метасоматического класса, которая отличается от актуальной классификации, приведенной в петрографическом кодексе. Для Сибирской платформы построена схема распространения разновозрастных кор выветривания.
Систематическое изучение кор выветривания началось в конце 19 века В.В. Докучаевым, К.Д. Глинкой, Н.А. Богословским и др. В качестве отдельного раздела геологии учение о корах выветривания оформилось в первой половине 20 века Б.Б. Полыновым и И.И. Гинзбургом.
Вопреки общепринятому представлению о том, что кора выветривания – это промежуточный
элемент между осадочным чехлом и фундаментом, в работе предлагается рассматривать образования коры выветривания как самостоятельный геологический объект, сложенный свойственными ему горными породами. Согласно актуальному петрографическому кодексу, все кристаллические горные породы, слагающие геологические тела и ассоциации таких тел подразделяются на следующие категории: магматические, метаморфические, метасоматические, мигматитовые, импактные и осадочно-вулканогенные подразделения. Горные породы метасоматического подразделения по побудительным причинам метасоматоза разделяются на контактово-метасоматический, регионально-метасоматический и гипергенно-метасоматический классы. Метасоматоз, по мнению многих исследователей, относится к эндогенным процессам. Отнесение образований коры выветривания к метасоматическим породам на первый взгляд кажется противоречащим. Однако, по определению, под метасоматозом понимается «реакция приспособления горной породы к изменению физико-химических условий ее существования». «Метасоматоз ведет к частичному или полному химическому, минеральному и структурно- текстурному преобразованию протолита, сохраняющего при этом твердое состояние». Практически, важнейшим условием для отнесения пород к метасоматитам является твердое агрегатное состояние изменяющейся породы протолита. Согласно петрографическому кодексу, «в областях высоких температур метасоматоз плавно переходит в анатексис (в зону образования магмы), а в областях низких температур – в гипергенез». Гипергенно-метасоматический класс объединяет породы, сформированные в зоне гипергенеза, образование которых обусловлено химическим воздействием на породы фильтрующими сквозь них низкотемпературными растворами, инвариантно к их происхождению. Кора выветривания сформировалась в зоне гипергенеза, в результате химического воздействия на породы низкотемпературных растворов. Растворы могли быть как гипергенные (поверхностные), так и гидротермальные. Причем, гипергенные флюиды зачастую проникают в породу и преобразуют ее в большинстве случаев по тем жилам и растяжениям, которые образовались в результате гидротермальных процессов. Таким образом, с точки зрения генезиса, породы коры выветривания должны относится именно к гипергенно-метасоматическому классу.
Учитывая сложность и неоднородность такого геологического объекта как коры выветривания, актуальная классификация пород гипергенно-метасоматического класса, представленная в петрографическом кодексе, не в полной мере отображает разнообразие пород, слагающих кору выветривания и недостаточно разносторонне их классифицирует. В связи с этим предложена собственная классификация пород ГМК.
Гипергенно-метасоматический класс предлагается подразделять на следующие таксоны: надотряд и отряд, которые объединяют в себе химические признаки классификации, подотряд и
семейства – отвечающие минеральным признакам, род, который отвечает структурному признаку классификации, а также вид и разновидность, наследующие признаки протолита (Рисунок 2). В тексте диссертации подробно описаны критерии отнесения пород к каждой таксонометрической
категории.
Рисунок 2 Авторская схема классификации пород гипергенно-метасоматического класса метасоматического типа горных пород
Выделение класса горных пород, касательно кор выветривания, приводит к возникновению множества вопросов в их геологической интерпретации. Один из основных вопросов – это при каких условиях исходные породы различных типов следует относить к гипергенно- метасоматическому классу метасоматического типа.
Зачастую, при описании разрезов скважин, не было однозначного подхода к решению этой проблемы и разделение разреза на осадочный чехол, кору выветривания и породы фундамента осуществлялось на чувственном уровне.
В данной работе предложен следующий критерий для отнесения пород к гипергенно- метасоматическому классу: порода может относиться к гипергенно-метасоматическому классу только в том случае, если один или более главный(х) породообразующий(х) минерал(а) полностью заместились другими минералами в зоне гипергенеза.
Касательно номенклатуры пород, здесь используется подход, рекомендуемый петрографическим кодексом. Для пород ГМК, где сохранены структурно-текстурные признаки протолита, следует называть исходную породу, добавляя к названию вида (семейства) протолита
приставку «апо», в других случаях следует называть полный минеральный состав в порядке
увеличения содержания и назвать природу происхождения – гипергенный метасоматит.
Важнейший в геологическом понимании вопрос, связанный с породами кор выветривания – это возраст породы. Вопрос времени начала формирования пород коры выветривания весьма интересен и до конца не может быть прояснен, так как для каждых комплексов пород на разных участках палеорельефа характерны свои истории формирования, изменения и даже полного разрушения. Однако конец формирования пород характеризуется прекращением гипергенеза, либо
началом накопления осадочных пород, который для разных нефтегазоносных регионов он свой. Длительные перерывы в осадконакоплении на Сибирской платформе обусловили практически повсеместное наличие пород коры выветривания. На сегодняшний день нет общерегиональных карт распространения погребенных кор выветривания. Однако, структурные карты поверхности фундамента, построенные различными группами исследователей, можно использовать как прогнозные карты распространения пород именно коры выветривания, так как эти карты строились по обширным геолого-геофизическим данным, и, зачастую, поверхность фундамента представлялась теми породами, которые не интерпретировались как породы осадочного чехла. Перед тем как на участке платформы накапливались осадочные отложения
определенного возраста, здесь формировались породы коры выветривания.
В целом, по характеру осадконакопления можно прогнозировать и выделять четыре
комплекса пород гипергенно-метасоматического класса: дорифейские (раннепротерозойские); рифейские (предвендские); докембрийские (предверхневендские) и современные коры выветривания (Рисунок 3).
На большей части платформы развиты рифейские карбонатные толщи в разной степени доломитизированные и терригенные конгломераты, песчаники и алевролиты. Рифейские отложения залегают на денудационной поверхности дорифейского фундамента. Именно эта поверхность может рассматриваться как раннепротерозойская кора выветривания, образовавшаяся до, а на некоторых участках и во время рифейского осадконакопления.
К рифейским (предвендским) корам выветривания относятся те палеоповерхности фундамента, которые оставались не перекрытыми во время рифейского осадконакопления. То есть, эти участки, в том числе, были источником сноса для пород рифея. К этому комплексу относятся породы кор выветривания, над которыми залегают нижневендские отложения, представленные в основном терригенными разностями. Контуры распространения эрозионной поверхности в ранневендское время выделялись по местам отсутствия накоплений рифея.
Докембрийские коры выветривания сложены породами, которые формировались по выходам на палеоповерхность пород фундамента во время осадконакопления нижнего венда. В этот период времени произошла трансформация климатических условий в аридный климат. Это единичные,
малые по площади участки поднятий, на которых процесс образования данных кор заканчивается
осадконакоплением преимущественно карбонатных пород верхнего венда.
Современные коры выветривания – это верхняя часть современных щитов, которые
продолжают формироваться в течении настоящего времени.
Рисунок 3 Карта распространения разновозрастных кор выветривания Сибирской платформы. По материалам Кузнецова В.Г., Васильева К.Ю., Постниковой О.В., Левитес Я.М., Контарь Е.С., Казанского Ю.П.
Как видно из фрагмента карты, гипсометрические отметки в целом на Сибирской платформе имеют широкий диапазон: от нуля метров (современная поверхность), до 16 км (в восточной части Вилюйской синеклизы). В районе области исследования, поверхность предвендской коры выветривания имеет глубину 2,4-2,5 км.
Глава 3 посвящена анализу разрезов скважин, которые вскрыли породы коры выветривания и породы фундамента. Выделены четыре рода пород ГМК и даны их минералого- петрографические и структурно-текстурные характеристики. Отмечена последовательная вертикальная зональность кор выветривания и даны породные характеристики каждой зоны.
Породы фундамента на протяжении своего существования претерпевали вторичные изменения. Среди них, помимо регионального и динамометаморфизма, бластокатакластических преобразований и гидротермального воздействия, приповерхностная часть фундамента изменялась в результате гипергенных процессов. Ни одна из исследованных скважин, вскрывших породы, подстилающие осадочный чехол не достигла неизмененных гипергенными процессами пород фундамента.
Одним из основных признаков гипергенеза является упрощение минерального и
химического состава пород протолита. Все разнообразие видов и разновидностей магматических, метаморфических и других типов горных пород сводится к выносу из них активных элементов и замещения на глинистые минералы и другие экзогенные минералы.
Для южного склона НБА среди пород ГМК многократно преобладают породы, относящиеся к кислотному надотряду, так как архей-раннепротерозойский фундамент сложен преимущественно породами кислого состава, которые, подвергаясь гипергенезу, образуют кору выветривания. В меньшей степени развиты породы, относящиеся к основному надотряду ГМК. Наличие пород, относящихся к щелочному надотряду предполагать возможно, однако в исследуемых скважинах они не были представлены.
В целом, в исследуемых разрезах могут выделяться четыре рода горных пород: род бескаркасных кислотных горных пород; род каркасных кислотных горных пород; род бескаркасных основных горных пород; род каркасных основных горных пород (Рисунок 4).
Бескаркасные кислотные горные породы. Род объединяет в себе выветриваемые породы протолита кислого и среднего составов. Макроскопически – это коричневато-зеленовато-серые рыхлые породы, с множеством разнонаправленных трещин. Структура породы кристаллическая, порфировидная. Породы в руках могут рассыпаться. Текстура – сланцеватая, рыхлая. Именно текстурные особенности породы являются одним из главных факторов разграничения пород данного рода от каркасных пород кислотного состава. Выветриваемая часть протолита лишается своего каркаса ввиду активной перекристаллизации, тем самым может наблюдаться перемещение оставшихся породообразующих минералов вниз, вследствие гравитационных сил. Сохранившиеся в условиях выветривания минералы «сваливались» вниз, утопая в глинистых минералах, образованных в результате химического выветривания других породообразующих минералов протолита. Такой же критерий выделения относится и к бескаркасным основным горным породам.
Каркасные кислотные горные породы. Протолит практически тот же самый, что и у пород предыдущего рода, однако сохраняется кварц-полевошпатовый каркас протолита. Макроскопически – это розовато-серые, коричневато-зеленовато-серые реликтовые породы, с множеством разнонаправленных трещин, как выполненных минеральным заполнением, так и раскрытых. Структура пород, как правило, кристаллическая. Критерий отнесения этих пород к корам выветривания – это полноценное замещение, преимущественно плагиоклазов и амфиболов в глинистые минералы. По размерам зерен – средне-крупнозернистая. Текстура реликтовая.
Бескаркасные основные горные породы. Род объединяет в себе измененные средние и основные породы магматического и метаморфического типов. Макроскопически – это коричневато-серые, темно-серые, темно-зеленовато-серые породы, с множеством
разнонаправленных трещин. Структура породы, как правило, кристаллическая, порфировидная.
Текстура рыхлая, сланцеватая, плотная.
Рисунок 4 Примеры каждого рода ГМК горных пород южного склона НБА
Каркасные основные горные породы. Род объединяет в себя породы, основного, и среднего отрядов магматических и метаморфических, которые подверглись значительному гипергенезу, приведшему к минеральному замещению одного или нескольких породообразующих минералов. В основном это были пироксены и амфиболы, которые заменялись карбонатными минералами, тальком, хлоритом, сфеном, плагиоклазы разрушались и по ним проявлялся серицит и соссюрит.
Однако, плагиоклазовая минеральная масса, образуя каркас, сохранила объем породы. Текстура
реликтовая.
Анализ кернового материала показал, что верхняя часть фундамента имеет вертикальную
неоднородность. Зачастую, роды, относящиеся к кислотному надотряду, равно как и роды основного надотряда постепенно последовательно сменяются от бескаркасных к каркасным (Рисунок 5).
Рисунок 5 Пример сопоставления ГИС данных с керновым материалом. Вертикальная неоднородность кор выветривания и структурно- текстурные характеристики пород
Мощность зоны, сложенной
бескаркасными породами, как кислотного, так и основного надотрядов составляет от 12 см до метра, в редких случаях, два-три метра. Зона,
породами, к роду, большей мощностью – от 1 м до 11 м. Мощность зоны слабоизмененных пород протолита по керновым данным установить не удалось. Та же вертикальная неоднородность фиксируется и геофизическими исследованиями скважин. По данным ГИС в разрезах встречаются четыре зоны. Вначале выделяется зона слабопреобразованных или, практически не преобразованных гипергенезом пород фундамента (на рисунке 5 – это измененный гранит), которые относятся к породам протолита. Затем, зачастую, можно фиксировать зоны физического выветривания. Мощность таких зон достигает 1-2 м. Эти породы также относятся к породам протолита. Следующая зона – это область распространения каркасных пород гипергенно-метасоматического
сложенная относящихся каркасному обладает
класса – апогранитовый гипергенный метасоматит и завершает разрез зона глубоко проработанной коры выветривания, представленная бескаркасными породами ГМК. Плотностные методы отчетливо фиксируют переход пород от одного рода к другому. Справа представлена модель вертикальной неоднородности кор выветривания – бескаркасные породы сменяются каркасными и далее переходят в трещиноватые зоны фундамента. Безусловно, на характер изменения геофизических характеристик влияет не только вещественный минеральный состав и структурно-текстурные особенности пород, но и пустотное пространство, приуроченное к
различным выделенным родам.
В главе 4 рассматриваются вопросы типизации и характеристики пустотного пространства в породах коры выветривания фундамента.
Породы гипергенно-метасоматического класса по своему определению могут фильтровать флюид сквозь себя. Образование пород данного класса напрямую связано с фильтрацией атмосферных и грунтовых растворов, которые выносят из породы вещественно-минеральную составляющую и оставляют на их месте либо пустотное пространство, либо формируют новые гипергенные минералы.
Пустотное пространство в породах гипергенно-метасоматического класса связано с тремя структурно-генетическими типами: открытыми трещинами, пустотами выщелачивания и межкристаллическими порами в агрегатах новообразованных минералов.
Трещины значительно увеличивают как проницаемость, так и общее емкостное пространство. Существование раскрытых трещин в породах гипергенно-метасоматического класса не вызывает никаких сомнений. Большое количество трещин объясняется снятием горного давления во время формирования пород ГМК, и, как следствие, образуются разнонаправленные, но преимущественно субгоризонтальные трещины. В исследованных разрезах скважин южного склона НБА не было обнаружено интервалов керна значительной мощности (десятки сантиметров), которые представляли бы собой монолитные породы, не нарушенные трещинами. В большей своей степени наблюдаются минерализованные трещины, однако и полых трещин, раскрытостью до 1 см большое количество (Рисунок 6 А – C).
Существенный вклад в общее пустотное пространство вносят пустоты выщелачивания. Пустоты данного типа образуются при выносе из минералов химически активных элементов гипергенными растворами. Например, реакция кислотного выщелачивания полевых шпатов – при замещении кислых плагиоклазов каолинитом пористость увеличивается на 5,4% (1). Для пород основного надотряда характерна такая же реакция, но с кальциевыми плагиоклазами (2). 2K[AlSi3O8] (полевой шпат) + 3H2O → 2KOH + H2Al2Si2O8*H2O (каолинит) + 4SiO2 (1) Ca2Al2Si2O8 (анортит) + 2H2O + CO2 → H2Al2Si2O8*H2O (каолинит) + CaCO3 (кальцит) (2)
Как следствие этих процессов, поры выщелачивания могут сформировываться в еще не до
конца замещенных зернах первичных минералов, образуя внутрикристаллическую емкость, или развиваться по трещинам спайности в относительно «свежих» кристаллах. При полном замещении минералов протолита и перераспределении глинистых минералов могут образовываться крупные поры между сохранившимися первичными минералами (Рисунок 6 D-E).
Межкристаллические поры в агрегатах новообразованных минералов также вносят существенный вклад в общий объем пустотного пространства. При разрушении породообразующих минералов, например, плагиоклазов, формируются глинистые минералы – каолинит, серицит (иллит). Агрегаты глинистых минералов имеют специфические особенности, в первую очередь, расстояние между листочками минералов, ввиду их возникновения в условиях свободы роста и при активной фильтрации гипергенных растворов (см. Рисунок 6 F-H).
Рисунок 6 A – С: примеры различной трещиноватости в породах ГМК. А – трещиноватость разреза скважины. B – полые трещин, развитые в путях гидротермального потока. C – межкристаллическая трещиноватость. D – E: пример пустот выщелачивания. D – внутрикристаллическая пористость. E –межкристаллическая пористость. F – H: примеры межкристаллической пористости в агрегатах новообразованных минералов. F – поры растяжения в кристаллах микроклина, G –текстуры пор хлорита, J – пустоты выщелачивания, H – ячеистая и ламинарная текстуры пустот
В целом, все породы ГМК могут обладать фильтрационно-емкостными свойствами. Однако, общее значение пористости варьируется в больших диапазонах. Из всех горных пород, слагающих кору выветривания, по статистическим параметрам лучшими коллекторами являются каркасные кислотные породы (Таблица 1). Значимыми фильтрационно-емкостными характеристиками
обладают бескаркасные породы, причем как кислотные, так и основные. В меньшей степени
коллекторские свойства проявлены в каркасных основных породах.
Таблица 1 Средние значения ФЕС пород ГМК южного склона НБА
Род бескаркасных кислотных пород
Кп, % Кпр, мД Кп, % Ктр, %
Кп, % 11,56
Кп, % 3,33
Род каркасных кислотных пород
Кпр, мД Кп, % Ктр, % 2,87 8,39 3,81
Род каркасных основных пород
Кпр, мД Кп, % Ктр, % 0,27 0,46 0,25
Петрофизические данные
Результат image-анализа
Петрофизические данные
Результат image-анализа
9,12
2,91 3,24 1,63
Род бескаркасных основных пород
Петрофизические данные
Результат image-анализа
Петрофизические данные
Результат image-анализа
Кп, % Кпр, мД Кп, % Ктр, % 13,73 4,10 0,73 1,85
В пятой главе рассматриваются вопросы выделения перспективных зон развития коллекторов в породах кор выветривания южного склона НБА, уделяется внимание теоретическим предпосылкам поиска перспективных зон и практической геометризации объектов как для площадных, так и для линейных кор выветривания.
В некоторых скважинах Верхне-Чонской, Аянской и Ярактинской площадей, где продуктивный пласт осадочного чехла залегает непосредственно на породах коры выветривания, проводились испытания и из образований коры выветривания были получены притоки углеводородов с дебитами нефти до 105 м3/сут., газа до 290 м3/сут. Для южного склона НБА характерно относительно неглубокое залегание погребенных кор выветривания – порядка 1600- 3500 метров. Соответственно, поиск промышленно доступных горизонтов, являющихся потенциальными коллекторами для вмещения в себя углеводородов, с доказанными притоками нефти и газа при испытании является весьма практической задачей.
По данным геофизических исследований скважин, по методам НГК и ГК, а также по данным керна прослежены три поверхности – кровля коры выветривания, представленная бескаркасными породами ГМК, кровля каркасных пород и кровля измененного фундамента (протолита) (Рисунок 7). В построении схемы участвовало 20 скважин пяти различных месторождений. По двум поверхностям были построены структурные карты – по кровле коры выветривания и по кровле пород фундамента.
Структурная поверхность пород коры выветривания в целом повторяет моноклинальное строение поверхности пород фундамента. ГМК горных пород плащеобразно перекрывает фундамент, формируя площадную кору выветривания. В пределах действующих месторождений, где продуктивный пласт залегает на корах выветривания, возможна миграция углеводородов в коллекторы пород ГМК. В таком случае, заметно увеличивается мощность продуктивных горизонтов, влияющая на запасы углеводородов, и возможна совместная разработка пластов.
Однако, карта толщин пород коры выветривания отчетливо показывает наличие
разноамплитудных поднятий и прогибов. Мощность коры выветривания варьирует от 0,8 м до 22,8 м. Конфигурация карты толщин, среди прочего, показывает, что территория исследования осложнена различными тектоническими нарушениями.
Формирование и сохранность кор выветривания обусловливаются особенностями климатической обстановки. С одной стороны, в условиях теплого влажного климата обеспечивает развитие процессов химического выветривания, с другой, может вызывать интенсивную денудацию на приподнятых участках рельефа. Отмечено, что по результатам бурения, разрезов с полностью размытой корой выветривания на южном склоне НБА не выявлено.
Рисунок 7 Корреляционная схема скважин южного склона НБА. Красным выделены породы фундамента, зеленым – каркасные коры выветривания, желтым – бескаркасные, фиолетовым – ярактинский и безымянный продуктивные пласты. А – структурная карта поверхности коры выветривания, Б –поверхности измененного фундамента, В – карта толщин коры выветривания
Генезис линейных кор выветривания напрямую связан с тектоническими разломами, способствующими образованию многочисленных трещин – путей миграции гипергенных флюидов. Соответственно, картирование разломов фундамента позволит наметить участки развития линейных кор выветривания.
В текущей работе представляется методика картирования разломов, которая основывается на комплексировании данных: космо- и топодешифрирования, литологических исследований, а также грави- и магниторазведки. Изначально предполагается выделить системы структуроформирующих флексурно-разрывных нарушений (ФРН), контролировавших развитие палеогеоморфологической
структуры территории, которая обеспечивала тесную связь тектоники, гипергенеза, развития
гидротермальных и вторичных процессов, седиментации, и формирования коллекторов. Проведенное картирование выявило весьма высокую насыщенность территории линеаментами различных типов, систем и рангов, отражающих высокую степень раздробленности
поверхности осадочного чехла, а соответственно и пород кор выветривания и «тела» фундамента. В соответствии с характером исследований, проводившихся в пределах исследуемой территории, выделялись линеаменты, протяженностью, как правило, 10-12 км. Значительная протяженность линеаментов является дополнительным аргументом при их оценке в качестве
важнейших тектонических элементов верхней части литосферы (Рисунок 8 А).
На исследуемой территории закартированы семь диагональных и одна меридионально-
широтная системы взаимно-ортогональных линеаментов.
Рисунок 8 А – Взаимно-ортогональные системы линеаментов южного склона НБА. Подложка – космоснимок. В – Схема распространения перспективных зон развития залежей углеводородов в породах коры выветривания южного склона НБА
В региональном плане, выделенные линеаменты можно рассматривать как ось развития зон трещиноватости. Для выделения проводящих осей ФРН, по которым могут усиленно развиваться гидротермальные и гипергенные процессы предлагается использовать именно области концентрации линеаментов. Зоны трещиноватости развиваются в приразломных зонах, а также в местах узловых зон пересечения разломов различных рангов. Для выделения и геометризации зон, обладающих повышенной трещиноватостью, в данной методике учитывались не собственно оси линеаментов, а схемы плотностей их распределения (узлы) (Рисунок 8 В). В итоге построена непрерывная модель трещиноватости, где каждое поле (узел) обладает неким условным значением количества трещиноватости, которое по мере удаленности от линеамента уменьшается.
Данную схему можно рассматривать как области распространения линейных кор
выветривания. Каждая область вдоль линеамента может рассматриваться как отдельный поисковый объект для выявления залежей нефти и газа.
Линейные коры выветривания, которые развиваются вдоль региональных крупных разломов могут обладать повышенной мощностью с хорошим коллекторским потенциалом. Конфигурация залежей, приуроченных к линейным корам выветривания контролируется разломно-блоковой структурой. Поиск линейных кор выветривания сопряженных с крупными разломами, которые перекрыты флюидоупорами, может определить новое направление для выявления самостоятельных скоплений нефти и газа.
Заключение
В результате проведения разномасштабных и разнонаправленных петрографических и геолого-геофизических исследований работа отвечает на основные вопросы генезиса, классификации и номенклатуры образований коры выветривания. Никогда ранее образования кор выветривания не рассматривались как горные породы, и, соответственно, не классифицировались на таксонометрические категории. Тем более, не относили образования коры выветривания к гипергенно-метасоматическому классу метасоматического типа горных пород. Согласно авторской классификации, гипергенно-метасоматический класс предлагается подразделять на следующие таксоны: надотряд и отряд, которые объединяют в себе химические признаки классификации, подотряд и семейства – отвечающие минеральным признакам, род, который отвечает структурному признаку классификации, а также вид и разновидность, наследующие признаки протолита.
Для Сибирской платформы, по характеру осадконакопления выделены четыре комплекса пород гипергенно-метасоматического класса: дорифейские (раннепротерозойские), рифейские (предвендские), докембрийские (предверхневендские) и современные коры выветривания. Составлена карта распространения каждого комплекса пород коры выветривания Сибирской платформы.
На основании анализа кернового материала по скважинам южного склона НБА выделены четыре рода пород ГМК – род бескаркасных кислотных горных пород, род каркасных кислотных горных пород, а также род бескаркасных основных и род каркасных основных горных пород. Даны минералогические, химические и структурно-текстурные характеристики пород каждого рода. Отмечена и охарактеризована вертикальная неоднородность коры выветривания.
Определены основные типы пустотного пространства коллекторов в породах коры выветривания фундамента. Пустотное пространство в породах гипергенно-метасоматического класса связано с тремя структурно-генетическими типами: открытыми трещинами, пустотами выщелачивания, и межкристаллическими порами в агрегатах новообразованных минералов. Из
всех горных пород, слагающих кору выветривания, по статистическим признакам лучшими коллекторами являются каркасные кислотные породы. Значимыми фильтрационно-емкостными характеристиками обладают бескаркасные породы, причем как кислотные, так и основные. В
меньшей степени коллекторские свойства проявлены в каркасных основных породах.
По данным ГИС прослежены три поверхности – кровля коры выветривания, представленная бескаркасными породами ГМК, кровля каркасных пород и кровля измененного фундамента (протолита). По двум поверхностям построены структурные карты и карта толщин коры выветривания, которая отчетливо показывает наличие разноамплитудных поднятий и прогибов. Мощность коры выветривания варьируется от 0,8 м до 22,8 м. Конфигурация карты толщин, среди прочего, показывает, что территория исследования осложнена различными тектоническими
нарушениями.
Гипергенно-метасоматические породы, как каркасного, так и бескаркасного родов
плащеобразно перекрывают породы фундамента, формируя площадную кору выветривания. В пределах действующих месторождений, где продуктивный пласт осадочного чехла залегает на площадных корах выветривания, породы коры выветривания фундамента могут вмещать в себя как самостоятельные залежи, так и входить в состав природного резервуара нижних горизонтов осадочного чехла.
Линейные коры выветривания, которые развиваются вдоль разломов могут обладать повышенной мощностью с хорошим коллекторскими потенциалом. Конфигурация залежей, приуроченных к линейным корам выветривания контролируется разломно-блоковой структурой. Выявление и локализация линейных кор выветривания может определить новое направление для выявления самостоятельных скоплений нефти и газа.
Актуальность
Ввиду географического расположения и геополитических обстановок развитие сырьевой базы в целом и прирост запасов углеводородов в частности является одним из стратегических направлений развития Сибирского Федерального округа (СФО). Основной нефтегазоносный горизонт в пределах Непско-Ботуобинской антеклизы (НБА) Лено-Тунгусской нефтегазоносной провинции (НГП) – это базальные отложения венда, залегающие на коре выветривания фундамента. В пределах этой структуры открыты такие крупные месторождения нефти и газа как Аянское, Верхневилючанское, Верхнечонское, Даниловское, Марковское, Среднеботуобинское, Тас-Юряхское, Чаяндинское, Ярактинское и др. Естественное сокращение запасов открытых месторождений, ограниченность фонда неосвоенных объектов делает актуальным проблему определения новых направлений поиска резервуаров углеводородов. Одним из важнейших объектов наращивания промышленных запасов нефти и газа могут являться залежи, приуроченные к породам коры выветривания фундамента, подстилающие основные продуктивные горизонты на Непско-Ботуобинской антеклизе и, в целом, имеющие практически повсеместное распространение в платформенных нефтегазоносных провинциях. Долгие сроки разведки и эксплуатации месторождений в этом регионе определили обеспеченность хорошей сейсмической и скважинной геофизической и керновой информацией, а уже имеющаяся необходимая инфраструктура позволит облегчить выявление новых объектов поиска углеводородов в породах коры выветривания фундамента для увеличения углеводородного потенциала Сибирского Федерального округа.
К кристаллическому фундаменту Сибирской платформы относятся сильно дислоцированные и глубокометаморфизованные раннедокембрийские образования, прорванные многочисленными разновозрастными интрузиями различного состава. На более поздних этапах геологического развития, породы фундамента, осложненные интрузивами, испытывали преобразования в результате развития гипергенных и гидротермальных процессов.
К осадочному чехлу относятся залегающие субгоризонтально со структурным и стратиграфическим несогласием неметаморфизованные более молодые отложения, начиная с авлакогенного комплекса рифея.
Несмотря на длительную историю изучения кор выветривания, до сих пор остаются нерешенными ряд фундаментальных вопросов, связанных с составом, пространственном распространении и условиями образования.
В частности, есть неопределенность в отнесении к фундаменту или чехлу наиболее интенсивно проработанных или переотложенных частей кор выветривания. Проблема заключается в том, что структура и минеральный состав образований, слагающих коры выветривания, сохраняют многие черты исходных раннедокембрийских пород, а геологические тела кор выветривания фактически залегают согласно перекрывающим отложениям осадочного чехла. Таким образом, в теоретическом отношении есть предпосылки для установления границы «осадочный чехол-кора выветривания», однако «отбить» ее геофизическими методами зачастую затруднительно без использования керновых данных, в то время, как граница «кора выветривания-фундамент» зачастую даже не выделяется, и отсутствуют четкие критерии ее определения.
Помимо прочего, вопреки общепринятому представлению о том, что кора выветривания – это промежуточный элемент между осадочным чехлом и фундаментом, в работе предлагается рассматривать образования коры выветривания как самостоятельный геологический объект, сложенный свойственными ему горными породами. Такой подход неизбежно приводит к проблеме классификации этих горных пород и их номенклатуры.
Многими исследователями отмечается вертикальная зональность коры выветривания, однако, не приводится детальной породной характеристики каждой выделенной зоны.
Не вызывает сомнений, что коры выветривания могут фильтровать флюиды, и, соответственно, быть коллекторами углеводородов. Тем не менее, несмотря на значительный объём добычи углеводородов из кор выветривания фундамента, в настоящее время остается целый ряд вопросов, связанных с типизацией, закономерностями распределения и условиями формирования пустотного пространства в этих коллекторах. Отдельного рассмотрения требует проблема интенсивно проработанной коры выветривания, которая, в некоторых случаях, может рассматриваться как локальная покрышка.
Разработка и систематический подход к изучению строения и состава пород коры выветривания позволит создать основу для эффективного освоения дополнительных запасов углеводородов Лено-Тунгусской нефтегазоносной провинции.
Цель работы и задачи исследования
Целью работы является определение условий формирования и выявление закономерностей распространения коллекторов в породах коры выветривания фундамента южного склона Непско- Ботуобинской антеклизы.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Разработка классификации и номенклатуры пород кор выветривания;
2. Петрографическая характеристика пород кор выветривания фундамента южного
склона Непско-Ботуобинской антеклизы;
3. Типизация пустотного пространства в породах кор выветривания фундамента
южного склона НБА;
4. Анализ распространения разновозрастных кор выветривания фундамента
Сибирской платформы;
5. Выделение перспективных зон развития коллекторов нефти и газа в породах кор
выветривания фундамента южного склона НБА. Научная новизна
Отнесение образований коры выветривания к горным породам, с вытекающей из этого проблематикой классификации и номенклатуры, является новым направлением изучения данного объекта. Автором разработана классификация пород кор выветривания фундамента, представлены закономерности вертикальной неоднородности объекта, определены основные структурно-генетические типы пустотного пространства в породах кор выветривания фундамента и определены новые направления для поиска месторождений нефти и газа.
Практическая ценность и реализация
Предложены два новых подхода к поиску резервуаров нефти и газа, приуроченных к корам выветривания фундамента. В пределах действующих месторождений возможно объединение коллекторов коры выветривания с коллекторами осадочных пород, залегающих на денудационной поверхности. Вдоль крупных разломов возможен поиск самостоятельных месторождений, коллектора которых приурочены к корам выветривания.
Предлагаемые направления поиска зон развития коллекторов в породах кор выветривания может быть реализован не только для территории Лено-Тунгусской НГП, но и для других регионов.
Основные защищаемые положения
1. Кора выветривания является обособленным в пространстве самостоятельным геологическим телом, сложенным горными породами гипергенно-метасоматического класса.
2. Выделяются четыре рода пород гипергенно-метасоматического класса, формирующие кору выветривания фундамента Непско-Ботуобинской антеклизы. Полностью сформированная кора выветривания фундамента имеет вертикальную зональность, выраженную в различных структурно-текстурных особенностях и химическо-минеральном составе.
3. Состав и строение выделенных родов пород кор выветривания фундамента южного склона НБА предопределяют фильтрационно-емкостные свойства, которые представлены тремя структурно-генетическими типами: открытыми трещинами, пустотами выщелачивания и межкристаллическими порами в агрегатах новообразованных минералов.
4. Пластообразно залегающие породы площадных кор выветривания фундамента могут слагать как самостоятельные природные резервуары, так и входить в состав природных резервуаров совместно с нижними горизонтами осадочного чехла. Линейные коры выветривания, которые контролируются разломно-блоковой тектоникой фундамента, могут образовывать тектонически-обособленные резервуары и рассматриваться в качестве самостоятельных поисковых объектов.
Апробация работы и публикации
Основные положения и теоретические представления диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: 66-я Международная молодежная научная конференция «Нефть и газ – 2012». РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, г. Москва, Ленинский пр-т., д. 65, 17-20 апреля 2012 г..
68-я Международная молодежная научная конференция «Нефть и газ – 2014». РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, г. Москва, Ленинский пр-т., д. 65, 18-20 апреля 2014 г.
XXI Губкинские чтения «Фундаментальный базис инновационных технологий поисков, разведки и разработки месторождений нефти и газа и приоритетные направления развития ресурсной базы ТЭК России», РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, г. Москва, Ленинский пр-т., д. 65, 26-27 ноября 2015 г.
EAGE/SPE Joint Workshop 2017. Shale Science: Prospecting & Development 10-11 April 2017, Moscow, Russia.
Geomodel 2017 – 19th Science and Applied Research Conference on Oil and Gas Geological Exploration and Development, Gelendzhik, 11–14 сентября 2017 года.
V молодежная тектонофизическая школа-семинар «Современная тектонофизика». Методы и результаты: Пятая молодежная тектонофизическая школы-семинар, г. Москва, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, 09–12 октября 2017 года.
Геолого-геофизические исследования нефтегазоносных территорий: научные и прикладные аспекты «РосгеоНЕФТЕГАЗ-2018», ЦГЭ, Москва, 22-24 мая 2018 г.
3-я научно-практическая конференция «Инновации в геологии, геофизике и географии- 2018». Филиал МГУ им. М.В. Ломоносова в г. Севастополь, 2018 г.
51-е Тектоническое совещание «Проблемы тектоники континентов и океанов», МГУ им. М.В. Ломоносова, 2019 г.
IX Всероссийское литологическое совещание (с международным участием), г. Казань, 2019 г.
Международная научно-практическая конференция «Нетрадиционные источники углеводородов: междисциплинарные исследования – 2019», г. Анапа, Краснодарский край, 07-10 июля 2019 г.
ЭКЗОЛИТ – 2020. Литологические школы России, МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, 25–26 мая 2020 года.
4-я научно-практическая конференция «Инновации в геологии, геофизике и географии- 2020», Филиал МГУ им. М.В. Ломоносова в г. Севастополь, 7-10 июля 2020 г.
Труды к 90-летию ИГЕМ РАН. «Породо-, минерало- и рудообразование: Достижения и перспективы исследований», ИГЕМ РАН, Москва, 05-09 апреля 2021 г.
XIII Всероссийское петрографическое совещание (с участием зарубежных ученых) «Геология и геодинамика геологических процессов». ИГХ СО РАН, г. Иркутск, 06-13 сентября 2021 г. Статьи по тематике диссертации были опубликованы в журналах «Геофизика» (2016 год), «Геология нефти и газа» (2017 год), «Георесурсы» (2017 г.), «Труды РГУ» (2018 г.), «Экспозиция нефть и газ» (2019 г.), «Петрология» (2021 год), «Geosciences» (2021 год). Все журналы входят в перечень рекомендуемых ВАК.
Использованные материалы
В основу диссертационной работы положен обширный фактический материал, собранный и проанализированный автором в период с 2011 г. по 2021 г. в качестве лаборанта и младшего научного сотрудника кафедры литологии РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина. Он включает данные ГИС более чем по 100 скважинам, из которых 25 охарактеризованы керновым материалом в объеме около 150 м, геолого-промысловые данные, геофизический материал, в том числе данные 3D-сейсморазведки, грави- и магниторазведки, обширный литературный и фондовый материал по проблемам нефтегазоносности Сибирской платформы, а также по проблемам кор выветривания других регионов. Автором исследовано более 700 образцов пород. Работа выполнена на кафедре литологии РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина.
Для выполнения работ собран и систематизирован фактический материал, включающий космические снимки, топографические карты масштаба 1:1 000 000 и 1:50 000, структурные карты, построенные по данным сейсморазведки и бурения, изображение рельефа (DTM).
Личный вклад автора
Автором было проанализировано более 150 м керна по 25 скважинам, включая макроскопические описание, изучение пород в сверхтонких петрографических шлифах, изучение пород с использованием растрового электронного микроскопа и рентгеноспектрального анализа, а также по результатам дифрактометрии и микротомографии. Анализировались петрофизические данные, проведена корреляция по керну и ГИС. Рассматривались результаты петрохимического анализа.
Для создания схем распространения перспективных зон развития залежей углеводородов в породах коры выветривания южного склона Непско-Ботуобинской антеклизы проведено дешифрирование мозаики космоснимков, дешифрирование топографической основы, с привлечением данных грави-, магниторазведки. Проведена интерпретация данных региональных 2D сейсмосмопрофилей, данных локальной 2D и 3D сейсморазведки.
Структура и объем работы
Общий объем диссертационной работы составляет 127 страниц. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, содержит 71 рисунков, 4 таблицы. Библиографические ссылки включают 171 наименований.
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!