Формирование и распространение газа в Березовском районе
М.Я. РУДКЕВИЧ
В 1953 г. в северном Зауралье, в районе нос. Березово, открыто крупное газовое месторождение. Позднее на смежных площадях (рис. 1) было разведано еще несколько аналогичных месторождений.
Продуктивный горизонт в описываемом районе представлен песчаником, залегающим в основании толщи аргиллитов валанжинского возраста и подстилаемым породами кристаллического фундамента или образованиями коры выветривания его (рис. 2).
Песчаник характеризуется непостоянством литологического состава и резко изменчивой мощностью; последняя обычно возрастает от нескольких метров в присводовой части структур до десятков метров на крыльях (см. рис. 2).
При этом отмечается, что на самых вершинах куполов продуктивный горизонт отсутствует. Здесь породы фундамента непосредственно перекрываются глинистой толщей (рис. 3).
В состав продуктивного горизонта входят главным образом песчаники с подчиненными пропластками алевролитов, спонголитов, карбонатных пород.
В нижней части разреза, вскрытой бурением на крыльях поднятий, развиты разнозернистые песчаники с прослойками алевролитов, линзами гравелитов, включениями кусочков лигнита и буроугольным детритом (скв. Р-23 Алясовской площади, Р-3 Чуэльской площади и др.).
Сортировка и окатанность кластического материала слабая. Значительна примесь глинистых частиц (до 36%).
В составе легкой фракции преобладает кварц (86%), затем следуют полевые шпаты (до 26%) и обломки кремнистых пород (до 7%). Коллекторские свойства описываемых песчаников низкие.
Вверх по разрезу эти породы сменяются кварцевыми песчаниками, содержащими до 97,8% кварца и 3-13% полевых шпатов. Породы обладают средней отсортированностью обломочного материала, лучшей окаткой зерен и высокой проницаемостью (до 2-3 дарси).
Цемент пород глинистый и смешанный глинисто-карбонатно-опаловый. Содержание его непостоянно (10-30%).
Установлено, что повышение состава глинистой примеси сопровождается резким ухудшением коллекторских свойств.
В некоторых скважинах (Р-20, Р-23) разрез песчаных образований заканчивается прослоем органогенно-обломочного известняка, состоящего из раковинного детрита с примесью угловато-окатанных песчано-гравийных зерен кварца. Цемент кальцитовый и кварцевый.
Известняки обладают проницаемостью, достигающей нескольких дарси.
Осадки продуктивного горизонта накапливались в прибрежной полосе мелкого моря за счет абразионного и эрозионного разрушения коры выветривания кристаллического фундамента и переотложения продуктов разрушения в непосредственной близости от источника сноса.
На это указывают чередование в разрезах гравелитов, грубозернистых и мелкозернистых песчаников, алевролитов, плохая сортировка и слабая окатанность обломочного материала, а также обилие обломков толстостенных раковин пелеципод, брахиопод, мшанок.
Все эти разности терригенной толщи до недавнего времени объединялись исследователями в один стратиграфический горизонт, которому приписывался нижневаланжинский возраст по находкам макро- и микрофауны в некоторых скважинах.
В скв. Р-8 (см. рис. 2) в пропластке аргиллита в основании толщи песчаников (глубины 1346-1351 м) Л.В. Ровниной описан верхнеюрский спорово-пыльцевой комплекс; лежащая выше толща продуктивного горизонта содержит типичный валанжинский комплекс, установленный в интервале 1339,3-1346 м.
В скв. Р-11, пробуренной на восточном крыле Березовского поднятия, валанжинский спорово-пыльцевой спектр характеризует интервал 1237-1293 м; на глубине 1300,8 м найдена пелеципода Trigonia nodosa Sоw. (валанжин, определение В.К. Богатиковой). Ниже палеонтологических остатков не обнаружено, однако по сопоставлению со скв. Р-8 здесь часть продуктивного песчаника должна быть отнесена к верхней юре.
В скв. Р-23 в интервале глубин 1318-1319 м в детритовом ракушечнике (в верхней части толщи песчаников) определены фораминиферы Cristellaria ex gr. bruckmant Mjatl., Cr. ex gr. batrakiensis, позволившие H.Ф. Дубровской датировать возраст карбонатной пачки как верхнеюрский.
В скв. Р-3 Чуэльской площади на глубинах 1646-1658 м найдены аммониты Tollia sp., Polyptychites sp. (нижний валанжин), а в интервале 1660- 1670 м в черных аргиллитах встречены аммониты Craspedites?, Caschpyrites?, Subcraspedites?, Paracraspedites, которые характеризуют граничные слои валанжина и верхневолжского яруса (определения В.И. Бодылевского и И.Г. Климовой).
В интервале 1683-1698 м Н.Ф. Дубровской описаны фораминиферы верхнеюрского облика (Recurvoides sp., Haplophragmoides ex gr. infracalloviensis Dain).
На глубинах 1699-1702 м обнаружен отпечаток папоротника Cladophlebis (верхняя - средняя юра).
В интервале 1695-1738 м Л.В. Ровниной описан спорово-пыльцевой комплекс с преобладанием спор Coniopteris (до 46 %), Osmundaceae (3-11 %), а также Lophotriletes testatus Воlch., Lycopodium perplioatum Вolch.
В составе Пыльцы преобладают представители хвойных. В небольшом количестве присутствуют гинкговые, саговые, араукариевые.
По заключению Л.В. Ровниной приведенный комплекс датирует среднеюрский возраст вмещающих пород.
Таким образом, палеонтологические остатки свидетельствуют о том, что продуктивный горизонт па разных участках имеет различный возраст: на Березовском поднятии - валанжинский (на далеких крыльях структуры самая нижняя часть толщи относится к верхней юре), в своде Южноалясовского поднятия - валанжинский, на крыльях - верхне- и среднеюрский.
В пределах Чуэльского поднятия собственно базальный песчаник получил развитие только в нижней части разреза предположительно среднеюрских отложений. Слои верхней юры представлены алевролитами и аргиллитами. Лишь в скв. Р-7, пробуренной в присводовой части поднятия, ожидается наличие верхнеюрских или нижневаланжинских базальных песчаников.
Сопоставление результатов литолого-петрографического описания пород, палеонтологических определений и промыслово-геофизических данных позволяет, по нашему мнению, сделать вывод о том, что залегающий в основании глинистой (или алевритово-глинистой) толщи комплекс песчаных пород является совокупностью разновозрастных базальных слоев, отложившихся вдоль берега трансгрессировавшего морского бассейна. (Для среднеюрского и частично верхнеюрского времени можно говорить только о пресноводном, озерном бассейне.)
Выраженные в современном рельефе кристаллического ложа поднятия представляли собой цепочки островов прибрежной полосы верхнеюрского и валанжинского морей. Они покрывались водой постепенно, в течение длительного времени вследствие относительно более медленного опускания по сравнению со смежными участками шельфа.
Эти острова служили источниками сноса грубообломочного материала. По мере повышения уровня моря обрамляющая их оторочка песчаных отмелей продвигалась к центру воздымавшихся над водной поверхностью участков суши до тех пор, пока последние не разрушились окончательно и не оказались под водой. Поэтому песчаный пласт, являясь базальным для каждой новой стадии трансгрессии, в присводовых частях структур моложе, чем на крыльях.
Следует отметить, что на определенном этапе развития каждого поднятия погружение было относительно быстрым и резким, в результате чего образовалась мощная глинистая покрышка как на крыльях, так и над сводовой частью поднятий. Замедленный рост структур вслед за этим продолжался некоторое время, о чем свидетельствует согласное с поверхностью фундамента изгибание вышележащих пластов.
Базальный песчаник по простиранию, в сторону погружения слоев на крыльях складок переходит в глинистые породы, что особенно отчетливо прослеживается над острыми, крутыми выступами фундамента.
Если снос обломочного материала происходил от сближенных островов в разделяющий их узкий, углубляющийся пролив, то мощность накопившейся песчаной толщи могла достигнуть значительной величины, как это происходило в районе скв. Р-23, пробуренной между Северо- и Южноалясовским поднятиями.
Если же перенос продуктов разрушения фундамента и коры его выветривания был односторонним (от острова в открытое море), то мы наблюдаем сначала увеличение мощности песчаного пласта, а затем постепенное замещение последнего глинистыми осадками в зоне, куда не достигали крупные обломки горных пород (рис. 4).
Такое замещение на более далеком расстоянии подтверждается, например, сопоставлением скв. Р-23 Алясовской площади, где верхнеюрские отложения представлены базальным песчаником, со скв. Р-3 Чуэльского поднятия, где развиты одновозрастные этому песчанику алевритово-глинистые породы.
Выяснение природы продуктивной толщи помогает разрешению проблемы происхождения березовского газа.
Верхнеюрские и валанжинские глинистые образования, перекрывающие песчаные пласты и замещающие их по простиранию в зонах погружения, представляют собой каолинисто-гидрослюдистые аргиллиты серого цвета, участками почти черные, хорошо отмученные, тонко-неяснослоистые, с незначительной алевритовой примесью.
В составе легкой фракции алевритов преобладают полевые шпаты и слюды. Тяжелая фракция представлена аутигенным пиритом и сидеритом. Встречаются пропластки и линзы сидеритов. Аргиллиты содержат морскую фауну. В зоне перехода глинистых толщ в песчаники на крыльях складок отмечается повышенная битуминозность (содержание битума достигает 3,12%, битум легкий, маслянистый типа «А»).
Описанные породы могут рассматриваться как возможно газопроизводящие.
Примерно синхронны глинистым толщам песчаные коллекторы, образовавшиеся вокруг островных выступов фундамента.
Можно полагать, что преобразование органических веществ в углеводороды происходило на стадии раннего диагенеза осадков в непосредственной близости от современного местонахождения природного газа, в зоне борьбы суши и моря, вокруг цепочек островов в мелководном бассейне.
При постоянной трансгрессии моря увеличивались размеры этой прибрежной зоны, расширялась область развития песчаных пластов в основании каждого трансгрессивного цикла осадков и, следовательно, создавались пути миграции углеводородов и благоприятные условия для нефтегазонакопления.
Решающим фактором для формирования залежей были растущие в процессе седиментации поднятия, развитие которых, по-видимому, связано с дифференцированными блоковыми подвижками фундамента.
В результате таких движений были созданы базальные песчаники-коллекторы и ловушки для газа.
Газовые залежи Березовского района принадлежат к типу пластовых литологически экранированных залежей, созданных в результате выклинивания песчаных пород к сводам поднятий и запечатывания их мощной глинистой покрышкой. При разведке таких залежей необходимо устанавливать форму и положение в пространстве линий выклинивания песчаников.
В соответствии с вышеизложенным можно сделать следующие выводы.
1. При выборе структур для ввода в глубокое бурение следует учитывать крутизну складок и в какой-то мере данные, указывающие на длительность роста куполов.
О форме структуры можно судить по результатам геофизических работ.
Чем больше амплитуда выступа фундамента и резче крутизна его склонов, чем отчетливее этот выступ проявляется в изгибе вышележащих глинистых пластов и в относительном сокращении их мощности, от крыльев к своду, тем длительнее был рост поднятия, шире окружающая его оторочка песчаных пород, лучше их коллекторские свойства, больше объем тела, насыщенного нефтью, газом и водой.
2. По причинам, которые указаны в п. 1, цепочки куполов создают более благоприятные условия для образования и накопления газа и нефти, чем одиночные поднятия.
3. Можно полагать, что для формирования промышленных залежей необходим переход песчаной толщи по простиранию на погружениях структур в морские (в данном случае верхнеюрские и валанжинские) алевритисто-глинистые образования.
4. Березовская группа поднятий является сравнительно небольшим осложнением крупной положительной структурной формы первого порядка, известной под названием Северососьвинского свода. Амплитуда этого свода по поверхности фундамента составляет около 1000 м.
Практический интерес для поисков нефти и газа представляют восточное, южное и, возможно, западное погружения свода, осложненные цепочками локальных поднятий. Вдоль линейных зон относительно резкого погружения фундамента, связанных, по-видимому, со ступенчатыми разломами, должно наблюдаться образование локальных поднятий, выклинивание части мезозойских осадков и замещение глинистых толщ песчаными горизонтами с хорошими коллекторскими свойствами.
При выборе площадей для постановки детальных поисково-разведочных работ необходимо прежде всего ориентироваться на крылья (склоны) сводов, подобных Северососьвинскому и на осложняющие их линейные структурные ступени.
Следовательно, обнаружение и оконтуривание крупных погребенных выступов фундамента внутри впадин является главной задачей региональных геолого-геофизических исследований.
5. Нельзя признать правильным размещение большого объема бурения на мелких локальных поднятиях в центре впадин, если эти поднятия не осложняют склоны крупных сводов. Здесь весьма ограничены участки разрушения изверженных и метаморфических пород, создаваемые лишь вершинами небольших и пологих выступов фундамента и, следовательно, невелики площади развития базальных песчаников в основании глинистых толщ мезозоя. Коллекторские свойства трансгрессивных базальных горизонтов в этих условиях, как показывает опыт разведки на Тобольской и Уватской площадях, весьма низкие.
6. Очень важно в возможно короткий срок получить отчетливое представление о закономерностях в изменении фаций мезозойских отложений в пределах всей территории Западно-Сибирской низменности.
Известно, что на юге и в центральной части низменности значительная часть разреза мезозоя (в том числе нижне- и среднеюрские образования, залегающие непосредственно на складчатом фундаменте) имеет континентальное происхождение.
На севере, в Усть-Енисейской впадине, почти вся толща осадков от среднего лейаса до верхнего мела включительно накопилась в морских бассейнах.
Очевидно, крупные сводовые поднятия в этих условиях должны были предопределить развитие коллекторских пластов прибрежно-морского происхождения, что существенно повышает перспективы северных районов.
Для решения затронутых вопросов, имеющих большое практическое значение, необходимо усилить темпы региональных геолого-геофизических исследований и опорного бурения на севере Западной Сибири.
Тюменская комплексная тематическая экспедиция
Рис. 1. Обзорная карта района Березовского месторождения газа.
1 - изогипсы по условному отражающему горизонту; 2 - скважины; 3 - линии профилей.
Поднятия: I - Березовское; II - Южноалясовское; III -Североалясовское; IV - Чуэльское.
Рис. 2. Геологический профиль через Березовское поднятие (сост. М.Я. Рудкевич, 1958).
1 - аргиллит; 2 - песчаник; з - кора выветривания; 4 - фундамент (гранитогнейсы и др.).
Рис. 3. Геологический профиль через Североалясовское поднятие (сост. М.Я. Рудкевич, 1958).
1 - аргиллит; 2 - алевролит; 3 - известняк; 4 -песчаник; 5 - песчаник с линзами гравелита; 6 - кора выветривания; 7 - фундамент (граниты, гнейсы и др.).
Рис. 4. Сопоставление нижней части скв. Р-1 и Р-2 на Березовском поднятии (сост. М.Я. Рудкевич, 1958).
1 - аргиллит; 2 - алевролит; 3 - песчаник; 4 - кора выветривания; 5 - фундамент (граниты, гнейсы и др.).