Особенности размещения скоплений нефти и газа в предгорных прогибах и примыкающих к ним погруженных частях платформ
Н.А. ЕРЕМЕНКО, С.П. МАКСИМОВ
Подавляющее количество разведанных в мире запасов нефти и природного газа приурочено к предгорным прогибам и примыкающим к ним относительно погруженным частям платформ (зоны палеошельфа).
В качестве таких областей в пределах Европейской части СССР могут быть выделены восточная часть Русской (докембрийской) платформы и ее переход к складчатым сооружениям Урала и южная часть эпигерцинской платформы с ее переходами к альпийским складчатым сооружениям Карпат, Крыма, Кавказа (В дальнейшем вся первая область для краткости будет именоваться восточной, а вторая - южной.). Упомянутые области резко отличаются по истории своего развития и геологическому строению; в то же время общим для них является содержание в их недрах огромных запасов нефти и газа. Поэтому представляется целесообразным рассмотреть на фоне их различного геологического строения те общие признаки, которые их объединяют, как крупные области нефтегазонакопления.
Погруженные части платформ в своем геологическом развитии на протяжении эр и периодов тесно связаны с жизнью соседних геосинклиналей. При накоплении в геосинклиналях мощных толщ осадков в относительно глубокое погружение втягиваются и примыкающие к ним части платформ.
Трансгрессии и регрессии геосинклинальных морей охватывают и значительные участки платформ. Характер накопления осадков и их фациальные особенности для таких бассейнов связаны взаимопереходами и должны рассматриваться совместно. Позже при замыкании геосинклинали, полной инверсии и образовании горной системы на участках платформ, примыкающих к геосинклинали, развиваются предгорные прогибы.
В восточной области развитие Уральской геосинклинали происходило на стыке с древней (докембрийской) платформой. В южной области развитие альпийской геосинклинали (ее северной ветви) происходило на стыке с эпигерцинской платформой. И в той и другой областях при замыкании геосинклиналей и росте горных сооружений образовывались предгорные прогибы, однако возраст и геологическое строение этих предгорных прогибов существенно различны. Время формирования Предуральского прогиба - герцинское, время формирования Предкавказского прогиба по В.Е. Хаину и Л.Н. Леонтьеву от середины палеогена до плиоцена. Первый прогиб формировался на докембрийском основании, второй - на эпигерцинском. Ширина предгорных прогибов варьирует в значительных пределах. Так, ширина Уральского предгорного прогиба изменяется от первого десятка километров на широте г. Уфа до нескольких десятков и, возможно, первых сотен километров на юге.
В южной области ширина предгорного прогиба также варьирует от первого десятка километров в Ставрополье до первых сотен километров в Терской и Кубанской низменностях. В предгорных прогибах во времени, как правило, отмечается миграция оси наибольшего погружения в сторону платформы. Это явление достаточно подробно описано В.В. Белоусовым, М.В. Муратовым, Н.С. Шатским, В.Е. Хаиным, И.О. Бродом и др.
Фациально-литологические изменения осадков, распространенных на платформе и в геосинклинали, прослеживаются достаточно отчетливо.
В восточной области доэйфельские отложения платформы (бавлинская свита) слабо изучены и трудно сопоставимы с одновозрастными отложениями Уральской геосинклинали. Если для бавлинской свиты характерны песчаники и аргиллиты, то в нижнепалеозойских отложениях Уральской геосинклинали большое развитие получают песчаники, глинистые сланцы и известняки, граптолитовые сланцы. Среднедевонские отложения (эйфельский и живетский ярусы) в пределах платформы сложены преимущественно терригенными осадками, в то время как на западном Урале осадки этого возраста представлены известняками (часто битуминозными с нефтепроявлениями и битуминозными сланцами). Отложения верхнего девона в пределах платформы представлены в сравнении с Уральской геосинклиналью более мелководными образованиями. В верхнем девоне также отмечается развитие битуминозных известняков и сланцев. Турнейские отложения в пределах платформы и западной части Уральской геосинклинали представлены известняками с прослоями глин. Восточнее накапливались фациально разнообразные осадки геосинклинального типа. В визейское время на платформе и в геосинклинали накапливаются мелководные, местами континентальные (углистые) осадки. Средний карбон на платформе представлен преимущественно карбонатными осадками; терригенные осадки развиты лишь в верхах башкирского и низах московского ярусов. В пределах западной части геосинклинали в это время накапливаются карбонатные и отчасти кремнистые или глинистые мелководные морские осадки. В верхнем карбоне повсюду накапливались преимущественно карбонатные осадки, только в восточной части геосинклинали они сменяются типично прибрежными и далее на восток исчезают.
Сакмарские и артинские отложения сложены внизу различными известняками и терригенными породами (Оренбургское Приуралье), выраженных нормальными фациями открытого моря которые перекрываются толщами галогенных осадков - ангидритов, гипсов и соли (кунгурский ярус). Последние в направлении на запад от Предуральского прогиба выклиниваются, распространяясь только вдоль южного края платформы.
Сакмарские и артинские отложения в том же направлении сокращаются по мощности и переходят в фации доломитов и известняков, сильно насыщенных ангидритом и гипсом в виде включений, линз и прослоев.
В Предуральском прогибе и на платформе в пределах большей части Башкирии, Пермской области и Удмуртской АССР верхний отдел пермской системы представлен только мощными толщами континентальных пестроцветных песчано-глинистых отложений - уфимский, казанский и татарский ярусы, залегающие на кунгурских или более древних отложениях нижней перми. К западу от Оренбурга казанские отложения представлены морскими глинисто-карбонатными и глинисто-песчанистыми породами.
В южной области в центральном и западном Предкавказье в пределах эпигерцинской платформы юрские отложения не установлены, возможно их появление в предгорном прогибе. В восточном Предкавказье установлены только среднеюрские отложения (верхнеааленские и бат-байосские), представленные глинами с прослоями песчаников и конгломератов. В геосинклинальной части отложения юрской системы широко распространены и представлены всеми горизонтами от нижней юры до титона включительно.
Нижнемеловые отложения в центральном и западном Предкавказье в пределах платформенной части представлены только альбским (во многих местах, вероятно, и аптским) ярусом, сложенным темными сланцеватыми алевритистыми глинами с прослоями алевролитов. В восточном Предкавказье развиты нижнемеловые отложения от баррема до альба включительно, сложенные главным образом терригенными разностями пород. В геосинклинальной части нижний мел представлен почти всеми ярусами, литологически весьма разнообразными. В основном это терригенные, преимущественно глинистые отложения, которые в восточном направлении становятся более грубозернистыми. Верхнемеловые отложения в описываемых районах в платформенной части сложены преимущественно карбонатными осадками, на западе в геосинклинали они носят типичный характер флиша. Осадки палеоцена в платформенной части сложены кварцево-глауконитовыми песчаниками с подчиненными прослоями глин и мергелей, в геосинклинальной части - на западе типичный флиш, на востоке сероцветные и пестроцветные породы, сложенные песчаниками, мергелями и глинами.
Таким образом, одновозрастные осадки на платформах и в геосинклиналях фациально-литологически различны. Но иногда они имеют общие черты, в частности, приуроченность к некоторым из них нефтегазопроявлений.
В разрезе геосинклиналей выделяются толщи с широко развитыми нефтегазопроявлениями. В герцинской геосинклинали Урала такими толщами являются силур, девон и карбон; в альпийской геосинклинали Кавказа - юра, нижний мел, эоцен и нижний олигоцен. Обычно эти же толщи содержат крупные залежи нефти и газа на части платформы, примыкающей к предгорному прогибу. Так, в восточной области в пределах платформы располагается Волго-Уральский нефтегазоносный район с основными продуктивными горизонтами в девоне и карбоне. В южной области в пределах эпигерцинской платформы известны крупные залежи нефти и газа в нижнемеловых и юрских отложениях (восточное Предкавказье), крупные залежи газа в нижнемеловых отложениях (западное Предкавказье) и в нижней части олигоцена (центральное Предкавказье).
Эти же толщи на геосинклинальном борту прогиба крупных залежей нефти и газа, как правило, не содержат. Так, в восточной области промышленные залежи нефти и газа в девоне и карбоне на геосинклинальном борту прогиба вообще не известны. В южной области в западном Предкавказье на геосинклинальном борту прогиба известны залежи нефти и газа в юрских и меловых отложениях, однако установленные запасы нефти (на 1 января 1958 г.) здесь в 100 раз меньше, чем в мезозойских отложениях примыкающей части платформы. В восточном Предкавказье промышленные залежи нефти и газа в мезозойских отложениях установлены в передовых складках, почти в центральной части предгорного прогиба (рис. 1). Но и здесь известные запасы нефти (на 1 января 1958 г.) по крайней мере в 4 раза меньше запасов мезозойских отложений соответствующей части платформы.
Открытия залежей нефти и газа в центральной части прогиба могут несколько изменить эти соотношения по разведанным запасам, но по перспективным запасам следует отдать предпочтение платформенной части области.
На геосинклинальном борту предгорного прогиба и в его центральной части основные продуктивные горизонты приурочены к осадкам, отложившимся в последней стадии развития геосинклинали, иногда вслед за замыканием геосинклинали.
В восточной области в центральной части прогиба основные продуктивные горизонты приурочены к нижней Перми. В южной области основные продуктивные горизонты приурочены к палеогену и миоцену. Эти же горизонты иногда оказываются продуктивными и на платформенном борту прогиба или примыкающей части платформы, но запасы нефти и газа в них значительно меньше, чем в подстилающем комплексе осадков или в центральной и геосинклинальной частях предгорных прогибов.
Так, например, запасы нефти в третичных отложениях в центральной и геосинклинальной частях прогиба восточного Предкавказья в 15 раз больше запасов третичных отложений соответствующей части платформы. В центральной части прогибов, помимо основных продуктивных горизонтов, нефтегазоносность устанавливается как выше, так и ниже по разрезу. Наблюдается стратиграфическое расширение диапазона нефтегазоносности. Нижние горизонты могут содержать большие запасы нефти и газа в тех же горизонтах, что и на платформе. Возможно, что расширение нефтегазоносности вверх по разрезу происходит за счет вертикальной миграции и формирования вторичных залежей.
Одновременно с изменением вдоль геосинклинали времени ее замыкания меняется и возраст основных продуктивных горизонтов на геосинклинальном борту и в центральной части прогиба. Так, на геосинклинальной ветви Крым - Кавказ время замыкания меняется от мезозоя на западе до плиоцена на востоке, соответственно продуктивные горизонты перемещаются от мезозоя (предположительно) в Крыму через палеоген (западное Предкавказье), миоцен (восточное Предкавказье) до плиоцена на Апшеронском полуострове.
Общие особенности нефтегазоносности, отмеченные для восточной и южной областей, могут быть прослежены и по другим предгорным прогибам и примыкающим к ним погруженным частям платформ (палеошельфам), например по Месопотамскому, Оринокскому, Аппалачскому и другим нефтегазоносным бассейнам.
Наличие резких фациально-литологических изменений осадочных толщ при переходе от геосинклинали к платформе делает мало вероятным региональное перемещение нефти и газа из геосинклиналей на платформу в течение первых двух стадий (по В.Е. Хаину) развития геосинклинали. В более позднее время, в момент общей инверсии движений, при появлении разрывов как путей вертикальной миграции допущение широкой миграции из геосинклинали в область платформы также маловероятно, так как в этом случае пришлось бы предполагать основное направление движения нефти и газа гипсометрически сверху вниз. Условия для формирования залежей, их сохранения и разрушения в платформенных и геосинклинальных обстановках резко отличаются друг от друга. В геосинклинальных частях вследствие метаморфизма осадочных толщ, образования горной страны и ее глубокого размыва условия для сохранения залежей нефти и газа оказываются крайне неблагоприятными.
В соответствии с высказанными взглядами во внешней зоне Предкарпатского прогиба и примыкающей к нему части платформы следует ожидать наличия крупных скоплений газа и, вероятно, нефти в мезозойских отложениях. Первые открытия нефти в юрских отложениях в Кохановке на Украине, газа и нефти в триасовых, юрских и меловых отложениях во внешней зоне этого же предгорного прогиба в Польше подтверждают излагаемые взгляды.
В свете изложенных закономерностей, учитывая обилие нефтепроявлений на Урале в силурийских отложениях, следует ожидать в пределах платформы промышленных запасов нефти и газа в отложениях, которые по возрасту могут быть отнесены к силуру.
Вероятно, описанной закономерностью объясняются неудачи в открытии крупных залежей нефти и газа в Крыму. Основное направление поисково-разведочиых работ в Крыму на геосинклинальном борту было направлено на третичные отложения, тогда как поиски следовало ориентировать на меловые отложения. В северном Крыму, в пределах платформенной части, основные перспективы нефтегазоносности следует связывать с областью выклинивания нижней части мезозоя и, возможно, со стратиграфическим аналогом таврической серии.
Зоны нефтегазонакопления на складчатом борту и в центральной части предгорного прогиба приурочены к передовым складкам или моноклиналям и вытянуты субгеосинклиналыю. Это положение достаточно отчетливо прослеживается как по западному, так и восточному Предкавказью. На платформе характер распределения зон нефтегазонакопления более прихотливый. Распределение зон нефтегазонакопления лишь в самых общих чертах следует за конфигурацией крупных структурных элементов, преимущественно впадин (рис. 2).
В зонах нефтегазонакопления залежи нефти и газа распределяются в процессе их формирования по схеме дифференциального улавливания.
В настоящее время часто ловушки не полностью заполнены газом и нефтью. Отмеченное явление не противоречит дифференциальному улавливанию газа и нефти в последовательной цепи ловушек, так как в период миграции флюидов, указанные ловушки могли находиться гипсометрически значительно выше и следовательно пластовые давления в них были меньше. Кроме того возможно изменение объема ловушек при последующих тектонических движениях.
Отмечаются определенные закономерности в распространении нефтей и газов по их свойствам. С увеличением стратиграфической глубины уменьшается удельный вес нефти, увеличивается в ней содержание парафиновых углеводородов нормального строения.
В попутных газах происходят соответствующие изменения: уменьшается содержание метана, увеличивается содержание суммы тяжелых углеводородов и азота, растут отношения содержаний нормального бутана к изобутану и нормального пентана к изопентану, увеличивается отношение гелия к аргону.
На геосинклинальном борту прогиба состав нефтей сильно варьирует, как правило, они более тяжелые. Здесь сохранность газовой фазы и легких фракций нефти зависит прежде всего от условий изолированности ловушки, кроме того, существенную роль играют и другие факторы зоны гипергенеза. В центральной части прогиба и на платформенном борту нефти более легкие, широко развиты газоконденсатные и газовые залежи. Достаточно отчетливо описанные явления можно наблюдать на западном и восточном Предкавказье (см. рис. 1).
В восточной области как будто бы удается в региональном плане наметить закономерное размещение районов распространения зон с преимущественно нефтяными и зон с нефтегазовыми и газовыми месторождениями (см. рис. 2). Аналогичные закономерности отмечаются для Месопотамской нефтегазоносной области, Оринокского и Аппалачского бассейнов и др.
На особенности распространения нефтяных и газовых залежей в пределах зон нефтегазонакопления может повлиять вертикальная миграция. При формировании залежей за счет вертикальной миграции картина изменения их свойств по разрезу (метанизация) должна нарушаться. Возможно появление аномалийных отклонений до появления обратной закономерности, как это наблюдается, например, в продуктивной толще Апшеронского полуострова. Наконец, следует иметь в виду, что в земной коре возможны процессы газообразования, не связанные или почти не связанные с появлением жидких углеводородов.
Выявленные закономерности позволяют на основе геологического изучения прогнозировать перспективы нефтегазоносности по возрасту основных продуктивных горизонтов, по наиболее вероятному расположению крупных нефтяных и газовых месторождений. Установление в пределах зон нефтегазонакопления направленности качественных изменений в залежах позволяет углубить прогноз в направлении определения размещения газовых, газоконденсатных, газонефтяных и нефтяных залежей и позволяет с той или иной степенью вероятности предвидеть изменения состава нефтей и газов в них.
ВНИГНИ
Рис. 1. Геологический профиль. Восточное Предкавказье.
1 - нефть; 2 - газ; 3 - стратиграфические несогласия; 4 - линии разрывов; 5 - выходы нефти на поверхность; 6 – метаморфизованный фундамент.
Рис. 2. Схема структурно-фациальной обстановки распространения нефтяных и нефтегазовых месторождений в нижнекаменноугольных отложениях Волго-Уральской области. Составили Д.С. Халтурин, Л.Н. Розанов, С.П. Максимов.
1-своды и выступы: I - Воронежский; II - Токмовский; 11а - Котельнический; III - Жигулевско-Пугачевский; II1а - Мухановский, Татарский; IVa - Камский купол; IV6 - Закамский купол; V - Башкирский. Впадины: а - Московская; б - Вятско-Камская; в - Бузулукская; г - Предуральский прогиб; д - Прикаспийская; е - Рязанско-Саратовская; ж - Бирская седловина; з - Мелекесско-Радаевская. Зоны максимального накопления терригенного комплекса: 2 - мощность от 100 до 200 м; 3 - от 200 до 300 м; 4 - более 300 м; А - Камско-Кинельскан: Б - Западно-Прикаспийская. 5 - граница минимальных мощностей терригенного комплекса; 6 - граница распространения тяжелых нефтей; 7 - граница установления промышленной нефтеносности; 8 - граница установления промышленной нефтегазоносности; 9 - граница Прикаспийской впадины; 10 - граница складчатого Урала; 11 - граница Предуральского прогиба; 12 - залежи нефти в терригенных и карбонатных коллекторах; 13 - залежи нефти только в карбонатных отложениях.