К оглавлению

О связи нефтематеринской и угленосной формации нижнего карбона Волго-Уральской области

Н.И. МАРКОВСКИЙ

Терригенная толща пород нижнего карбона Волго-Уральской нефтеносной области по определению И.М. Губкина [3] лежит на том же стратиграфическом уровне, что и угленосная свита Подмосковного бассейна. Только последняя по его мнению образовалась в условиях континентального режима в пресноводных бассейнах, а первая -в прибрежных частях открытого моря или в солоноватой среде.

Одна свита дала угли, а другая нефть, т.е. «угленосная фация наземных отложений в сторону открытого моря перешла в нефтяную».

С тех пор как была высказана эта мысль, прошло около 20 лет и за это время в результате огромного количества скважин, пробуренных между Волгой и Уралом, значительно расширились познания об этой части разреза каменноугольных отложений.

В стратиграфическом отношении терригенная толща Волго-Уральской области так же как и в Подмосковье относится к яснополянскому подъярусу, охватывая собой целиком сталиногорский (угленосный) горизонт и нижнюю часть тульского горизонта. Правда, в отдельных районах Прикамья и Поволжья в отличие от Подмосковного бассейна в эту толщу включаются и терригенные образования кизеловского горизонта, так называемая сарайлинская толща, имеющая весьма ограниченное распространение. Поэтому можно считать, что накопление терригенных осадков нижнего карбона началось в конце турнейского века и закончилось в первой половине тульского времени.

Расчленяя немую терригенную толщу нижнего карбона на однородные пачки пород, объединенные общими фациальными условиями образования, можно среди них прежде всего выделить пачки, сложенные преимущественно глинисто-аргиллитовыми породами, и пачки песчано-алевролитовых осадков. Первые во многих случаях являются углесодержащими, а ко вторым обычно приурочены промышленные скопления нефти. Таким образом, терригенный комплекс пород состоит из угленосных и нефтесодержащих фаций.

Однако нельзя отождествлять нефтесодержащие фации с нефтематеринскими или нефтепроизводящими, так как накопление исходного материала и последующее его превращение в нефть происходило в совершенно другой физико-географической среде, чем та, где шло формирование угольных, а затем и нефтяных залежей. Также нет оснований предполагать, что нефть образовалась за счет того же растительного материала, что и уголь. Все это еще в большей степени относится к формациям. Едва ли на описываемой территории одновременно существовали на одних и тех же площадях угленосные и нефтепроизводящие формации. Под формацией понимается комплекс осадочных пород и содержащихся в них полезных ископаемых, образовавшихся в одинаковых условиях геотектонического режима, географической среды, рельефа и климата. Такое понимание формации включает ряд различных фаций, объединенных общностью условий своего возникновения.

По Д.В. Наливкину [7] фация - это не только литологическое, но одновременно и географическое или палеогеографическое понятие, т.е. единица ландшафта, а формация, состоящая из многих фаций, является крупнейшей составной частью земной поверхности.

В самом деле угленосная формация нижнего карбона на Русской платформе занимает обширнейшие пространства от Подмосковья до Поволжья и от Кизеловского каменноугольного бассейна до Донбасса. Гораздо меньше мы знаем о распространении нефтепроизводящей формации, которая также, очевидно, занимала немалые площади. Разумеется, выявить их значительно сложнее, так как нефть не остается там, где происходит ее первичное образование.

Литологическим, фациальным и геохимическим особенностям терригенных и карбонатных пород посвящены работы В.Н. Тихого (1945-1953), Г.И. Теодоровича (1950), М.И. Фадеева (1952-1957), В.М. Познера (1954-1956), М.С. Швецова (1954), П.П. Авдусина, М.А. Цветковой и М.Г. Кондратьевой (1955), С.В. Максимовой (1955), В.П. Козлова и Л.В. Токарева (1956), С.Ф. Федорова (1950-1956), Л.А. Гуляевой (1956), Л.П. Съестновой (1954-1956), Г.М. Ярикова (1953-1955) и ряда других. Однако ими почти не освещаются вопросы угленосности и не выясняются связи последней с нефтеносностью.

Изучение же нижнекаменноугольной терригенной толщи, которая на большей части Волго-Уральской области по существу является угленосной формацией, позволило в известной мере выяснить распределение ее мощности и фациальный характер слагающих ее осадков.

Из рассмотрения карты изопахит (рис. 1) видно, что мощность терригенных образований не выдержана и подвержена значительным изменениям. Эти изменения обусловлены главным образом тектоническим строением области и соответствующим древним рельефом земной поверхности, а также гидрологическим режимом рек, существовавшим в период формирования рассматриваемых отложений.

Начиная с нулевого значения на склонах у современных региональных поднятий, таких как Воронежская антеклиза, Сурско-Мокшинская зона поднятий и других, мощность терригенных отложений в стороны погружений постепенно нарастает. Некоторое увеличение мощности наблюдается вдоль прибортовой зоны Прикаспийской синеклизы. Наибольшее развитие толщи приурочено к двум сравнительно ограниченным полосам.

Одна из них протягивается вдоль нижнего течения Камы, а затем вдоль средней Волги от Камского Устья до Самарской Луки, совпадая с Мелекесским прогибом. Максимальные значения мощности этой полосы отмечаются в южных районах Куйбышевской и северных районах Оренбургской областей, где на Малиновской, Горькововражской, Мухановской, Ново-Михайловской, Дмитриевской и других нефтегазоносных площадях она превышает 300 м, местами доходя до 400 м и больше. Дальше к югу мощность терригенных осадков постепенно уменьшается и в районе Сорочинска она уже составляет всего лишь 23 м. Вторая полоса, располагаясь между Воронежским и Токмовским поднятиями, приурочена к Рязано-Саратовскому или Пачелмскому прогибу. Она протягивается и углубляется с северо-запада на юго-восток. Наибольшая мощность 205 м зафиксирована между Саратовым и Сталинградом на Иловлинской площади.

Увеличение мощности терригенной толщи происходит главным образом за счет повышенного содержания в ней песчаников, образующих пласты, прослои, линзы и пачки самых различных размеров.

Терригенные отложения, распространенные в юго-восточной части Татарского свода, имеют одинаковую, более или менее устойчивую мощность. Но и здесь наблюдаются отклонения, вызванные локальными понижениями и повышениями в доугленосном рельефе.

Не менее разнообразным является фациальный характер терригенной толщи нижнего карбона. В ее состав входят болотно-озерные, аллювиально-руслово-дельтовые и в меньшей мере прибрежно-морские фации.

Первые две из основных фациальных разновидностей толщи представлены типичными континентальными отложениями, состоящими из глин, аргиллитов, песчаников и алевролитов, в изобилии обогащенных обугленными растительными остатками. Прибрежно-морские фации отличаются главным образом тем, что в их составе наряду с терригенными осадками иногда встречаются известняки и доломиты с редкой эвригалиновой фауной, причем, как правило, карбонатовые породы имеют весьма подчинённое значение.

В таблице приводится сравнение процентного содержания глинистых, песчанистых и карбонатных пород в разрезе терригенной толщи отдельных площадей.

Из таблицы видно, что в большинстве случаев количество песчанистых пород связано с общим возрастанием мощности всей терригенной толщи.

Содержащиеся в толще континентальных отложений угли носят ярко выраженный автохтонный характер и отличаются малочисленностью пластов, обычно не более двух-трех, а также значительной их мощностью, доститающей иногда до 15-17 м. Угли, встречаемые в виде тонких пропластков и линзочек среди осадков прибрежно-морского типа, очевидно, накапливались аллохтонным путем. Мощность их обычно не превышает 5-7 см, изредка доходя до 20-30 см. Наибольшее количество пластов угля относительно небольшой мощности наблюдается в полосе максимального развития терригенных образований аллювиально-руслового типа. Это указывает лишь на часто менявшиеся условия их накопления в зоне речной долины.

Болотно-озерные и аллювиально-русловые отложения представляют собой наиболее типичные фации угленосной толщи, тогда как прибрежно- морские осадки свидетельствуют лишь о там, что угленакопление происходило в непосредственной близости от берега моря, которое в периоды дигрессии заходило в широкие устья равнинных рек. Таким образом, обширные аллювиальные равнины, покрытые лесами, озерами и болотами, приустьевые зоны рек и низкое заболоченное морское побережье были наиболее благоприятными участками суши для угленакопления.

Распределение мощности и фациальный характер терригенной толщи нижнего карбона позволяют наметить ту общую палеогеографическую обстановку, которая существовала на рассматриваемой территории в конце турнейского и начале визейского века.

При восстановлении палеогеографической обстановки конца турнейского - начала визейского времени видно, что северо-западную часть Прикаспийской впадины занимал морской бассейн (рис. 2). Это было мелководное море эпиконтинентального типа. С севера и запада к нему примыкала огромная низинная равнина с широко развитой гидрографической сетью рек, озер и болот. Несомненно, что интенсивному развитию растительной жизни на суше в период угленакопления соответствовал одновременный расцвет многообразной органической жизни в области шельфа.

Предположение о наличии морских осадков яснополянского подъяруса в центральных частях Прикаспийской синеклизы, где, к сожалению, бурением не вскрыт глубоко залегающий нижний карбон, базируется на следующем. Неглубокое турнейское море с его органогенными (брахиоподово-фораминиферовыми, водорослевыми и остракодо-водорослевыми) карбонатными осадками в северо-западной части Куйбышевского Поволжья сменяется к юго- востоку более глубоководными морскими отложениями. Следовательно, уже тогда существовала Прикаспийская депрессия, которую море не покидает и в конце турнейского - начале визейского века, хотя в это время Русская платформа и испытывала общий подъем. Об этом свидетельствует наличие известняков и доломитов, а также морской фауны, среди терригенных пород яснополянского подъяруса. Куйбышевского и Саратовского Заволжья, особенно в устьях располагавшихся здесь палеорек.

Исходя из известного положения И.М. Губкина о том, что родина нефти находилась в древних мелководных морях, можно утверждать, что именно такой родиной и был морской басссейн, располагавшийся на территории Прикаспийской впадины в нижнекаменноугольное время.

По характеру изопахит (см. рис. 1) видно, что в бассейн впадали две очень крупные и, по-видимому, многоводные палеореки, игравшие весьма важную роль в распределении терригенных осадков. Дельта одной из них располагалась юго-восточнее Самарской Луки, а второй между Саратовым и Сталинградом.

Долины палеорек, выполненные преимущественно песчаными породами, протягивались на многие сотни километров. К сожалению, еще во многих местах остаются почти невыясненными их контуры. Ширина долины реки, протекавшей в Мелекесском прогибе в Серноводском районе, доходила до 40 км, а южнее в районе Муханова, Дмитриевки, Пилюгино, дельта ее достигала уже 130 км. Реки не только способствовали накоплению нефтематеринского вещества в морском бассейне, куда они впадали, но и образовывали хорошие песчаные коллекторы.

Принос терригенных отложений осуществлялся в изучаемый период многочисленными реками, режим которых главным образом зависел от атмосферных осадков. Тонкозернистость и хорошая отсортированность кластического материала, обилие растительного детрита, характер распределения песчаных разностей в разрезе, косая слоистость и другие признаки свидетельствуют о руслово-дельтовых условиях, господствовавших на значительных площадях. Наряду с крупными реками и их дельтами было множество рек, впадавших или вытекавших из локальных водоемов, располагавшихся вдали от морских побережий. Все это говорит о той исключительной роли рек, которую они играли при формировании толщи нижнего карбона.

Районы Воронежской антеклизы, Сурско-Мокшинского поднятия и Окско-Цнинского вала, где отсутствуют отложения терригенной толщи, были, возможно, уже в визейское время повышенными формами рельефа.

Намечающаяся древняя граница между сушей и ранневизейским морем является в известной степени условной. Совершенно ясно, что она не была постоянной и поэтому точно зафиксировать ее при пологом береге, да еще при редкой сетке буровых скважин практически невозможно. Однако эта граница может быть принята как проходящая с тем или иным отклонением в зоне перехода от континентальных (наземных) условий осадконакопления к прибрежно-морским (подводным) условиям.

Намеченное пространственное разделение суши и моря начала визейского века подтверждается фациально-экологическими исследованиями, проведенными в Сызранском районе С.В. Максимовой [6]. По ее мнению здесь береговая линия покрывалась мангровыми зарослями и отличалась чрезвычайно сложным переплетением участков суши и моря.

По данным Л.А. Гуляевой [4], отложения угленосного горизонта в основном являются осадками опресненного, достаточно обогащенного сульфатами бассейна, за исключением района Покровки, где режим был более близким к морскому. Отсутствие донной фауны, обилие пирита и лишь следы растворимого железа в отложениях угленосного горизонта свидетельствуют о существовавшей резко восстановительной обстановке их образования. Эта обстановка, по-видимому, господствовала как в прибрежной части моря, так и в водоемах, оставшихся на побережье после его регрессии. Терригенные породы тульского горизонта отличаются лишь тем, что они отлагались в более морских условиях.

Спокойный мелководный режим морского бассейна, а также огромное количество речной воды, поступавшей с окаймлявшей его суши, создавали исключительно благоприятные условия для накопления здесь органического материала. На это указывает высокое содержание органического углерода в породах. Даже после исключения углей и углистых сланцев, вернее углистых аргиллитов, которые сильно влияют на среднее содержание органического углерода, присутствие его, особенно в глинистых породах, по данным Л.А. Гуляевой, достигает 1,78-2,64%.

Наряду с мелководно-морской средой, где накапливалось первичное вещество для последующего битумо- нефтеобразования, одновременно рядом существовали условия, благоприятные для угленакопления.

Основным диагностическим признаком угленосной формации является наличие в ней угольных залежей. Но это отнюдь не единственный признак. Для нее по Ю.А. Жемчужникову [5] характерны следующие основные особенности: 1) многофациальность; 2) парагенезисы фаций, т.е. характерные наборы их; 3) обязательный элемент континентальности; 4) обилие и многообразие растительных остатков; 5) угольные пласты или их следы; 6) многообразие видов слоистости с преобладанием негоризонтальной слоистости; 7) цикличность строения.

Все указанные признаки, за исключением разве последнего, не всегда четко выраженного, мы находим в угленосной толще Волго-Уральской области.

Если к нефтематеринской или нефтепроизводящей формации, согласно И.О. Броду и Н.А. Еременко [1], относится такой комплекс осадочных образований, который образовался в фациальных условиях, благоприятствующих накоплению в рассеянной форме исходных органических веществ и дальнейшему преобразованию их в углеводороды, то и эта формация безусловно была распространена на описываемой территории.

Рядом с нефтематеринским и породами образовались породы - коллекторы, в которых в позднейшие времена происходило скопление нефти. Такими парагенетическими ассоциациями нефтепроизводящих и нефтевмещающих пород в конкретных условиях рассматриваемой площади являлась, с одной стороны, нефтематеринская, а с другой - угленосная формации.

Обе они формировались на односклоне общего бассейна седиментации, но в разных физико-географических средах и парагенетически были связаны лишь до тех пор, пока не закончились преобразование органического вещества в жидкие углеводороды и миграция последних из одних пород в другие.

Пространственный переход одной формации в другую схематически изображен на рис. 3. Этот переход, одновременно выражающий собой и характер связи между указанными формациями, обусловлен палеогеографической обстановкой периода их формирования. На блок-диаграмме (см. рис. 2) в самых общих чертах дается реставрация этой обстановки.

На приводимой схеме (рис. 4) современного распространения угольных и нефтяных залежей видно, как нефть уже перешла из нефтепроизводящей зоны в нефтевмещающую.

Совместное нахождение угля и нефти не отражает ни генезиса, ни их исторических связей. Для того чтобы раскрыть такую связь, необходима реконструкция древнего ландшафта. Необходимо выделить зону шельфа вместе с заливами, лагунами и эстуариями как нефтепроизводящую и примыкающую к ней аллювиальную равнину, как потенциально нефтевмещающую зону. Последняя может быть одновременно и угленосной.

Примеры перехода угленосных отложений по простиранию в нефтеносные известны также и из зарубежной практики. В частности, такой переход наблюдается во Внутреннем Западном бассейне США в отложениях пенсильванского возраста, соответствующего примерно нашему среднему и верхнему карбону.

Изучение пространственной связи одновозрастных угленосной и нефтепроизводящей формаций имеет большое значение как с научной, так и с практической точек зрения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Брод И.О., Еременко Н.А. Основы геологии нефти и газа. Гостоптехиздат, 1957.

2. Войновский-Кригер К.Г. Об устойчивости в геологическом прошлом фациальных обстановок и их границ. Изв. АН СССР, сер. геол., № 2, 1956.

3. Губкин И.М. Урало-Волжская нефтеносная область (Второе Баку). Гостоптехиздат, 1940.

4. Гуляева Л.А. Геохимия отложений девона и карбона Куйбышевского Поволжья. Изд. АН СССР, 1956.

5. Жемчужников Ю.А. Угленосная толща как формация. Изв. АН СССР, сер. геол., № 5, 1955.

6. Максимова С.В. Фациально-экологическая характеристика продуктивной толщи Сызранского района. Тр. Ин-та нефти АН СССР, т. V, 1955.

7. Наливкин Д.В. Учение о фациях. Изд. АН СССР, 1956.

ВУГИ

Таблица Характеристика разреза терригенной толщи

Площадь	№ скв.	Общая мощность разреза, м	Содержание пород, %
			глинистых	песчанистых	карбонатных
Сызрань	Сводный разрез	15-20	65	27	8
Стрельный овраг	То же	30	64	25	11
Зольный овраг		35	32	54	14
Радаевка	1 и 6	104	72	24	4
Б. Раковка	4	135	58	42	-
Горький овраг	23	385	36	63	1
Муханово	1	180 ^1	24	76	-
Булдырь	1	165	65	34	1
Сулеево	41	54	47	53	-
Муслюмово	43	20	40	60	-
Тепловка	4	32	31	69	-
Полчаниновка	10	31	87	13	-
Песковатка	1	90	48	36	16
Иловля	8	205	40	43	17
Умет	3	128	56	37	7
Коробки	23	98	66	33	1
Верховская	10	60	64	16	20

1 Указанная мощность относится к верхней песчаной пачке.

Рис. 1. Карта изопахит терригенной толщи нижнего карбона Волго-Уральской области (сост. Н.И. Марковский)

1 - изопахиты терригенной толщи нижнего карбона: 2 – разведочные площадки, по которым использовались данные бурения.

Рис. 2. Блок-диаграмма палеогеографической схемы Волго-Уральской области в нижневизейское время.

А - распространение суши и моря; Б - та же территория в современное время с наиболее крупными нефтегазоносными площадями.

Рис. 3. Схема пространственного перехода угленосной формации в нефтематеринскую в начальный период формирования.

1 - односклон; 2 - карбонатные породы; 3 - пелитово-глинистые породы; 4 - песчаные породы.

Рис. 4. Современное взаимоотношение угленосной и нефтепроизводящей формаций.

1 - залежи угля; 2-залежи нефти и газа. (Остальные условные обозначения те же что и на рис. 3.)