Состав и структура пород-коллекторов нижнего мела Березовского района
Л. П. КОЛГИНА, Л. Г. ОРЬЕВ, Р. А. ВЛАДИМИРСКАЯ
Отложения нижнего отдела меловой системы в Березовском районе полностью скрыты покровом более молодых образований, и их изучали по керну.
Наиболее полно описываемые отложения охарактеризованы в опорной скв. 1-Р. В других разведочных скважинах керн отбирался лишь из нижней части нижнемеловых отложений.
Коллекторские свойства пород изучались по методике, разработанной лабораторией литологии Института нефти АН СССР [1, 2]. Определялись вещественный состав пород в шлифах и иммерсионных препаратах, гранулометрический состав песчаников и алевролитов, изучались форма обломков, состав и типы, цемента. Исследовались физические свойства пород: полная и эффективная пористость, проницаемость, морфология норового пространства.
Валанжин
Литологический анализ отложений нижнего мела мы начнем с изложения результатов петрографического исследования толщи осадков, залегающей между корой выветривания кристаллического фундамента и фаунистически охарактеризованной пачкой аргиллитов валанжинского яруса, относимых к этому же возрасту. Мощность их резко колеблется на небольших расстояниях от нуля до 30-35 м.
В состав данной толщи входит весьма разнообразный комплекс пород: песчаники алевролиты, спонголиты, глауконитовые и карбонатные породы.
Песчаные породы наиболее детально исследованы в разрезе скв. 28-Р и 11-Р. В ряде других скважин мы имели возможность изучить лишь некоторые типы пород и сопоставить их с песчаниками упомянутых выше скважин. Суммарная мощность песчаных пород колеблется в пределах 7-30 м.
По петрографическому составу выделяются три разновидности песчаников снизу вверх по разрезу.
Полевошпатово-кварцевые песчаники вскрыты в нижней части разреза скв. 28-Р (глубина 1320-1334 м) и 11-Р (глубина 1296-1312 м). Суммарные мощности этих песчаников изменяются от нуля до 14-16 м.
Песчаники имеют серовато-зеленый или темно-зеленый цвет, плотные, массивные, с включениями пиритизированных обуглившихся растительных остатков. Текстура беспорядочная.
Исследование песчаников под микроскопом показало, что в их составе преобладают обломки кварца (79-87%). Значительно меньшую часть составляют обломки полевых шпатов (13-16%). Иногда в песчаниках встречаются карбонатные обломки, по структуре напоминающие обломки створок раковин (скв. 11-Р).
Подсчет гранулометрического состава пород в шлифах указывает на слабую отсортированность песчаников (рис. 1, а), несколько улучшающуюся вверх по разрезу (рис. 1, б). Сравнительно хорошо отсортированы мелкозернистые песчаники в скв. 11-Р.
Обломки имеют самую разнообразную форму, что связано с различной: степенью их окатанности. Зерна кварца иногда трещиноваты, полевого шпата - каолинизированы и серицитизированы.
Цемент глинистый (каолиновый), глинисто-слюдистый, составляющий 14-26% массы породы, типа соприкосновения, выполнения пор, участками базальный. В песчаниках скв. 11-Р встречается вторичный цемент, представленный кальцитом, кварцем, хлоритом, гидрослюдой.
Низкая отсортированность, неправильная форма обломков, значительное содержание глинистого цемента, поровый и базальный тип цементации усложняют структуру парового пространства данных песчаников. Поэтому они имеют небольшие значения эффективной (пористости (4-7,5%) и проницаемости (менее 0,01 дарси). Лишь для песчаников, в составе которых преобладают крупные фракции, размеры пор становятся больше, их строение упрощается (Ф = 0,02 -0,03), вследствие чего и проницаемость увеличивается до 0,4 дарси.
При таких низких параметрах эффективной пористости полная пористость в песчаниках достигает больших величин (20-31%), что объясняется содержанием в них обильной глинистой примеси.
Описанные песчаники вверх по разрезу сменяются кварцевыми песчаниками. Последние детально изучены в разрезе скв. 28-Р (глубина 1310-1320 м). Аналогичные породы в виде единичных образцов были исследованы в скв. 11-Р (глубина 1314,5-1315,5 м), скв. 8-Р (глубина 1334-1339 м) и скв. 15-Р (глубина 1352 м).
Макроскопически породы светло- и темно-серого цвета, массивные, рыхлые, текстура беспорядочная.
Микроскопически песчаники состоят почти целиком из обломков кварца, содержание которого возрастает в северном направлении. Так, в песчаниках скважин Березовской структуры (8-Р) количество кварца составляет 88%, Деминской структуры (скв. 28-Р) 93%, Алясовской структуры (скв. 15-Р) 98%. Соответственно этому направлению в песчаниках уменьшается количество полевых шпатов от 7-8% на юге района до единичных зерен на севере.
По гранулометрическому составу выделяются мелко-, средне- и разнозернистые песчаники, залегающие в разрезе снизу вверх (рис. 1,в, г, д).
Отсортированность обломочного материала различна. Хорошо отсортированы мелкозернистые песчаники (рис. 1, в), несколько хуже - среднезернистые (рис. 1, г). Гистограммы гранулометрического состава их имеют один максимум и более или менее симметричны по форме. Разнозернистые песчаники отсортированы плохо, в них смешаны обломки двух фракций различной размерности, что подтверждается двувершинным графиком гранулометрического состава (рис. 1, д).
Окатанность обломков связана с их размерностью. Наиболее окатаны обломки мелко- и среднезернистых фракций.
Обломки кварца иногда трещиноваты. Трещины выполнены глинистыми минералами или кальцитом. Встречаются обломки, регенерируемые кварцем.
Изредка в песчаниках встречаются единичные зерна глауконита. В отдельных типах описываемых пород (скв. 15-Р) содержатся битумы, выполняющие поры и составляющие около 6%.
Однообразные по вещественному составу песчаники имеют различия в составе, типе и количественном соотношении цемента.
Наиболее распространенным является глинистый цемент, состоящий из минералов группы каолинита и гидрослюд. Его содержание в мелкозернистых песчаниках составляет 3-4%, среднезернистых около 10% и разнозернистых до 25%. Соответственно содержанию различаются и типы цемента. В первом случае характерен спонтанный цемент типа соприкосновения, во втором - выполнения пор и частично соприкосновения и в третьем - цемент базального типа.
В песчаниках скв. 8-Р наряду с глинистым (8%) встречается смешанный карбонатно-халцедоново-опаловый цемент, составляющий в породе до 28%.
В прямой зависимости от состава и типа цемента, а также структурных особенностей кластического материала описываемых песчаников и их гранулометрического состава находятся физические параметры, определяющие коллекторские свойства пород (см. рис. 1). Так, наибольшей эффективной пористостью (14-18%) обладают мелкозернистые песчаники (глубина 1316-1320 м, скв. 28-Р). Их проницаемость равна 1,4-1,7 дарси, а коэффициент Ф = 0,018 (рис. 2, а). Несколько худшую эффективную пористость (5-7%) имеют средне- и разнозернистые песчаники. Однако в силу того, что поры их по сравнению с мелкозернистыми песчаниками имеют несколько большие размеры и проще по строению (Ф = 0,02-0,04) (рис. 2, б), проницаемость их достигает 6,498 дарси. Полная пористость пород во всех случаях приблизительно одинакова (25-30%).
Третьей разновидностью песчаных пород являются полимиктовые песчаники. Они залегают в верхней части разреза описываемых отложений. В скважине 28-Р они встречены на глубине 1305-1310 м, в скв. 3-Р на глубине 1312-1319 м и в скв. 1-Р на глубине 1318-1324 м. Мощность песчаников изменяется от 0,5 до 6 м.
Песчаники серые, плотные, массивные, крепкие, с включением обуглившихся растительных остатков, минералогически состоящие из обломков кварца (38-56%), полевого шпата (26-44,5%) и горных пород (до 13%).
Количество кварца возрастает с северо-востока к юго-западу (от Деминской структуры к Березовской). По гранулометрическому составу породы представлены разнозернистыми типами песчаников. Гистограммы гранулометрического состава характеризуются двувершинностью (рис. 1, е, ж). Отсортированность кластического материала низкая. Обломки угловатой, реже полуокатанной формы. Хорошо окатаны лишь мелкозернистые обломки кварца.
Цемент глинистый (17-35%), участками хлоритовый или кальцитовый. Глинистый - базального типа цементации, кальцитовый - типа выполнения пор.
Данные физических свойств песчаников характеризуются невысокими показателями эффективной пористости (до 9%) и проницаемости (до 0,6 дарси), что обусловлено сложным строением порового пространства (Ф<0,01). Полная пористость за счет присутствия в породе аллотигенного глинистого материала достигает больших величин (28%).
Органогенно-обломочные известняки были изучены лишь в разрезе скв. 20-Р (глубина 1282- 1294 м) на Алясовской структуре, где они залегают на породах фундамента и перекрываются пачкой глин.
Органогенно-обломочные известняки светло-серого цвета, рыхлые, состоят преимущественно из обломков створок раковин размером до 1 см.
Микроскопическое изучение показало, что известняк сложен обломками раковин брахиопод, пелеципод, мшанок, иглокожих, частично перекристаллизованных. Обломки имеют разнообразную форму. Размер их колеблется от 0,1 до 1-2 мм. Примесь терригенного материала представлена песчано-гравийными обломками кварца, пегматитов, имеющих округло-угловатую форму.
Цемент кальцитовый и кварцевый (5-15%), типа соприкосновения и регенерационный.
Порода имеет большую эффективную емкость, достигающую в некоторых участках 22%. Полная пористость около 30%. Структура порового пространства очень проста, что обусловлено слабой уплотненностью скелетных частей организмов и их строением (рис. 2, в). Коэффициент Ф в среднем равен 0,04, иногда достигая огромных значений (0,5) (рис. 2, в), в связи с чем коэффициент проницаемости равен 11,45 дарси.
Готерив-баррем, апт, альб
Толща пород готерив-баррема, апта и альба состоит из переслаивающихся песчаников, алевролитов, глинистых пород, содержащих редкие прослои известняков и мергелей.
Песчано-алевритовые осадки этой части разреза явились основным объектом изучения коллекторских свойств. Несмотря на стратиграфическое различие, породы описываемой толщи весьма близки как по петрографическому составу, так и по текстурным и структурным особенностям.
Песчаники встречаются в готерив-барреме и апте. Суммарная мощность их в готерив-барреме составляет 35 м. В апте суммарная мощность песчаников равна 59 м. Породы равномерно распределены по разрезу в виде пачек мощностью до 10-20 м. Детально песчаные породы изучались лишь в скв. 1-Р.
Песчаники светло-серого или зеленовато-серого цвета, часто рыхлые, со слоистой или беспорядочной текстурой.
Породы преимущественно мелкозернистые, состоят из обломков кварца (58%), полевых шпатов (14%) и различных горных пород (28%).
Отсортированность кластического материала посредственная. Обломки имеют угловатую, часто остроугольную форму.
Цемент глинистый (каолиново-гидрослюдистый), глинисто-хлоритовый, редко кварцевый; составляет в породе не менее 15%.
Благодаря значительному содержанию глинистого цемента и неотсортированности обломочного материала наблюдаются высокие значения полной пористости (29-35%). Эффективная пористость песчаников ниже средней (7-8%). Структура порового пространства характеризуется сложным строением (Ф=0,013-0,01). Проницаемость очень низка (менее 0,2 дарси).
Алевролиты составляют приблизительно две трети разреза описываемой толщи нижнего мела, залегая в виде пачек мощностью 20-30 м. Алевролиты светло-серого, зеленовато-серого и серого цвета, плотные, с включениями большого количества обуглившихся растительных остатков, с тонкими линзами глины и глинистого алевролита.
По петрографическому составу алевролиты подразделяются на полевошпатово-кварцевые и полимиктовые. Первые распространены главным образом только среди готерив-барремских отложений на юге района (скв. 1-Р, 3-Р, 4-Р), вторые - в готерив-барреме на севере исследованной площади (скв. 9-Р, 21-Р). В отложениях апта и альба описываемые породы распространены на всей территории Березовского района.
Текстура пород беспорядочная или микрослоистая. В породах наблюдается большое количество обуглившихся органических остатков. Из аутигенных материалов присутствуют хлорит, глауконит, кальцит, реже сидерит, анатаз, лейкоксен.
Отсортированность обломочного материала средняя, несколько улучшающаяся к югу. Обломки слабо окатаны.
Цемент в основном глинистый, участками глинисто-хлоритовый, базального типа (30-40%). В единичных случаях встречается кварцевый (регенерационный) цемент.
Полная пористость до 35%, эффективная пористость отложений готерив-баррема 4-6%, апта 9%. Проницаемость не превышает 0,2 дарси. Структура порового пространства вследствие большой примеси глинистого материала и вторичных выделений ряда других минералов очень сложна (рис. 2, г).
Песчаные породы верхней и нижней частей разреза валанжина имеют большое сходство как в петрографическом составе, так и в структуре, что говорит о сходстве условий их накопления. Песчаные же породы средней части разреза, залегающие между указанными толщами, резко отличаются кварцевым составом, хорошей отсортированностью, окатанностью обломков и мелкозернистостью. Это свидетельствует о том, что питающая провинция была более удалена от бассейна аккумуляции данных осадков. Не исключена возможность привноса кварцевых песчаников подводным течением, о наличии которого можно косвенно судить по локальному их распространению на исследованной территории. Песчаные породы валанжина образовались в прибрежных условиях морского бассейна. Об этом говорит наличие среди них большого количества крупно- и среднезернистых разностей, а также прослоев спонголитов, глауконитовых пород и органогенно-обломочных известняков.
Песчаные породы готерив-баррема и альба образовались в более спокойных условиях открытого моря. На это указывают выдержанность их слоев, большое развитие в разрезе алевритовых и глинистых осадков, сидеритов и химогенных известняков, а также слоистая текстура пород. Они имеют петрографически близкий состав как легкой, так и тяжелой фракции, что указывает на сходство условий их образования. Комплекс минералов тяжелой фракции весьма разнообразен и типичен для гранитоидного состава питающей провинции. Песчаные же породы валанжина имеют более обедненный состав тяжелой фракции, сходный с ассоциацией акцессорных минералов отложений верхней части верхней юры в скв. 1-Р Увата.
Выводы
1. Среди отложений нижнего мела наибольший интерес с точки зрения коллекторских свойств представляют песчаные и карбонатные породы, залегающие в подошве валанжина. Данные породы относятся к коллекторам классов В, С и Д I и II групп (по классификации П.П. Авдусина и М.А. Цветковой). В отдельных случаях возможны коллекторы класса А.
Песчаники готерив-баррема имеют средние значения емкости (коллекторы класса Д II и III групп).
Несколько меньшее значение имеют алевритовые коллекторы готерив-баррема (класс Е, реже Д III группы) и апта (класс Д II группы). Однако вследствие больших суммарных мощностей данных отложений (в готерив-барреме 170 м, апте 102 м и альбе 72 м), а также выдержанности их фаций на сравнительно больших расстояниях, описываемые породы могут представлять большой интерес как возможные коллекторы для промышленных скоплений газа.
2. Породы кристаллического фундамента в силу своей трещиноватости (эффективная трещиноватость 5%) могут выполнять роль горизонта-коллектора газа.
3. Оценивая перспективы Березовского района, можно констатировать улучшение коллекторских свойств пород валанжинского яруса в северном направлении. Для песчано-алевритовых пород готеров-баррема наблюдается обратная картина.
4. Учитывая геологическое развитие северного Зауралья и постепенное расширение границ трансгрессирующего на запад мезозойского моря, можно рассчитывать на присутствие фаций песчаных пород-коллекторов промышленного значения (аналогичных нижневаланжинским Березовского района) в более высоких стратиграфических горизонтах к западу и низких к востоку от Березова.
5. Большие суммарные мощности песчано-алевритовых пород в разрезе готерив-барремского, аптского и альбского ярусов на территории Сосьвинского свода, отраженные на карте изопахит Зауралья [3], а также улучшение коллекторских свойств данных отложений в южном направлении от Березова позволяют выделить перспективную зону коллекторов нижнего мела, простирающуюся с юго-востока, по-видимому, от Атлыма, на северо-запад от Березова.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авдусин П.П. Структура коллекторов нефти. Изв. АН Азерб. ССР, № 6, 1947.
2. Авдусин П.П. и Цветкова М.А. О классификации коллекторов нефти. ДАН СССР, т. X (I), № 2, 1943.
3. Колгина Л.П. с участием Орьева Л.Г. Литология и фации пород-коллекторов мезозойских отложений на территории западной части Западно-Сибирской низменности. Фонды Института нефти АН СССР, 1956.
Рис. 1. Литолого-петрографическая характеристика и данные коллекторских свойств песчаного горизонта, залегающего в подошве валанжина в скв. 28-Р.
1 - песчаники; 2 - кремнистые породы.
а - структура порового пространства мелкозернистого кварцевого песчаника (валанжин); скв. 28-Р, глубина 1316 - 1320 м, Пп = 20%, Пэ = 14%, Кпр- 1,4 дарси. Ф = 0,0176; б-структура порового пространства в разнозернистом кварцевом песчанике (валанжин); скв. 28-Р, глубина 1316-1320 м, Пп = 20%, Пэ = 7,2%, кпр= 6,5 дарси, Ф = 0,02; в - структура порового пространства в органогенно-обломочном известняке (валанжин); скв. 20-Р, глубина 1282 - 1294 м, Пп - 30%, Пэ -22% и кпр = 11,45 дарси, Ф = 0,5; г - структура порового пространства в алевролите (готерив - баррем); СКВ. 1-Р, глубина 776,7-777,8 м, Пп - 35%, Пэ - 9%, кпр = 0,2 дарси