К оглавлению

Об изменениях теплового режима в нефтеносных породах Восточной Гоби (В связи с магматическими внедрениями.)

Н.А. Минский

Исследования последних лет показывают, что на некоторых участках земной коры десорбция и аккумуляция нефти находились под контролем тепла, вызванного магматической деятельностью.

Такой вывод был сделан многими исследователями: для Южной Африки, Мадагаскара и Северного Китая - Уилли (1953 г.), для Шотландии - Робертсом (1956 г.) и для Западно-Сибирской низменности - Н.П. Туаевым (1958 г.).

Учитывая большое значение рассматриваемого вопроса для промышленного освоения нефтеносных площадей, мы провели количественную оценку теплового режима и его изменений в условиях Восточной Гоби.

Восточная Гоби представляет собой сложную грабенообразную впадину в жестком палеозойско-юрском фундаменте, выполненную меловыми породами. Нефтеносность ее связана с отложениями нижнего мела.

Нижнемеловые отложения подразделяются на три свиты (снизу): шарилинскую, цаганцабскую и дзун-баинскую. Шарилинская свита охватывает большую часть базальной формации, сложенной конгломератами и песчаниками. Цаган-цабская свита выражена аргиллитами и светлыми туфопесчаниками, переходящими к центру впадины в темные бентонитовые глины. Дзун-баинская свита состоит в основном из песчаников, глинистых сланцев и мергелей. Для нижней части этой свиты характерны битуминозные породы (алевролиты, глинистые сланцы, мергели), для верхней - угленосные.

Битуминозные породы развиты главным образом в центральных частях впадины, где они распространены до шарилинской свиты включительно.

В конце нижнего мела сбросы разделили впадину на ряд депрессий и поднятий (рис. 1).

Отложения верхнего мела представлены конгломератами из гальки палеозойских пород и песчаниками с линзами красноцветных глин. На границе мелового и третичного периодов глыбовые перемещения фундамента сократили площадь впадины до современных размеров. Меловые слои в преднадвиговых зонах и в опущенных блоках были деформированы местами весьма интенсивно. Третичные красноцветные песчаные глины и конгломераты залегают в виде останцев почти горизонтально на породах палеозоя и мезозоя.

Вулканическая деятельность верхнемезозойского цикла выражалась главным образом в интрузиях и как исключение в поверхностных излияниях магмы, а также в субаэральных выбросах.

Магматические внедрения в виде силлов и лакколитов распространяются по всему разрезу нижнего мела, включая базальные конгломераты верхнего мела. Площадь, на которой развиты интрузивные породы, занимает приблизительно 15% всей впадины (рис. 2).

Геологическое развитие района определяет следующие этапы изменений теплового режима в нижнемеловых породах: современный этап, этап внедрения и остывания магматического расплава и этап домагматических внедрений.

Современный этап. Современное распределение температур в в нижнемеловых породах может быть определено из диаграммы степени повышения температуры в зависимости от глубины, составленной В.Ф. Бончковским (1953 г.). На основании усредненной кривой, полученной из этой диаграммы, современная температура земной коры на глубинах 1000, 1500 и 2000 м определяется соответственно в 25, 40 и 60° С. Эти цифры близки к истинным значениям температур в меловых породах района.

Этап внедрения и остывания магматического расплава. Максимальная температура на данном этапе, очевидно, была там, где внедрилась магма. Измерения, проведенные в естественных условиях А.Н. Заварицким (1955 г.), Макдональдом (1954 г.), Цисом (1946 г.) и другими исследователями, а также лабораторные данные Вруна (1911 г.), Дая (1914 г.), Минаками (1951 г.) и других показывают, что температура магматического расплава базальтового и андезито-базальтового состава близка к 1300-1000° С.

Исследования под микроскопом в отдельных случаях позволили установить степень и масштаб нагрева боковых пород в зоне контактного метаморфизма.

В частности, в этих породах был обнаружен тридимит на следующих расстояниях от интрузий: 14 м (г. Тушельга), 2 м (Ухинская структура, скв. 9, интервал 754-760 м), 0,5 м (г. Хара-Хутул-Улла), 0,25 м (Суджинская антиклиналь) и 0,002 м (Дзун-баинская структура, скв. 276, интервал 1658-1666 м).

Из приведенных данных следует, что некоторая часть интрузированных пород прогревалась весьма интенсивно. Переход кварца в тридимит свидетельствует о температуре нагревания пород, в которых этот переход осуществлялся, не ниже 830° С (С учетом давления паров воды - 300- 400° С (Титтл, Ингланд, 1955).).

Допуская насыщенность нижнемеловых пород водой в момент внедрения магмы, можно считать, что в зоне от 1000 до 830° и далее от нее до области с температурой 374°С вода находилась в надкритическом состоянии. Перегретые пары воды диффундировали далее в боковые породы, нагревали, выщелачивали их, охлаждались и превращались в термальные растворы. Эти растворы оставили среди отложений нижнего мела гнезда, участки и прожилки неправильной формы, сложенные кальцитом, гипсом, редко кварцем. Постмагматическая минерализация в остывающих интрузивных телах, связанная с растворами, проникающими из боковых пород, выразилась в заполнении пустот и трещин хлоритом, сапонитом, опалом, кварцем, кальцитом и битумом. Температура минерализующих растворов до некоторой степени может отражать температуру пород, в которых они циркулировали.

Температуру растворов мы измеряли при помощи метода определения температуры кристаллизации минералов по температуре гомогенизации газо-жидких включений и по температуре растрескивания минералов. Сущность первого метода согласно Н.П. Ермакову (1944 г.) состоит в том, что газожидкие включения в минералах переходят в однофазовое состояние при температурах, близких к нижнему пределу температуры кристаллизации вмещающего минерала. Температура растрескивания минералов, как показал Скотт (1948 г.), близка к температуре гомогенизации газо-жидких включений или несколько выше ее (максимальная разница +24°).

Нами были определены температуры гомогенизации газо-жидких включений на образцах кальцита и кварца. Для анализа выбирались включения, первичный характер и надежность которых определялись по Д.П. Григорьеву (1948 г.), Г.Г. Леммлейну (1950 г.). Рефрактометрические определения жидкой фазы включений проводились на столике Федорова по методу В.А. Калюжного (1944 г.). Подготовка тонких препаратов для исследования в термокамере велась по схеме Оуэна (1957 г.).

Температуры растрескивания определялись на зернах кальцита. Момент и температура растрескивания фиксировались по способу Н.П. Ермакова (1950 г.) - наблюдением под микроскопом зерен, которые при растрескивании перемещались или вздрагивали.

Почти все изученные включения были представлены газо-жидкими системами. Жидкая фаза по выборочным определениям показателя преломления могла состоять из минерализованной воды, состав газовой фазы из-за отсутствия специальных анализов остался неизвестным. В отдельных случаях включения содержали битум. Для глубин 1000-1200 м, что в среднем отвечало мощности слоя над изучаемыми объектами, поправка на давление согласно Кеннеди (1950 г.) была принята от +16 до +22°.

Результаты проведенных исследований даны в табл. 1 и 2.

Из приведенных данных следует, что вторичная минерализация нижнемеловых пород проходила при разных температурах. Нижний температурный предел минерализующих растворов вблизи крупных интрузий доходил до 203° и, по-видимому, распространялся на сотни метров от магматических очагов, а в отдельные периоды температура вмещающих пород в той же зоне повышалась до 261°. За время остывания магматических очагов минерализующие растворы с нижним температурным пределом 317-137° охватывали пространства, заполненные интрузивными породами.

В наиболее погруженной части впадины, отстоящей от магматических очагов на 12 км, температура минерализующих растворов падала до 89°.

Относительно низкими температурами, порядка 40-54°, характеризовались минерализующие растворы в районе Улугей. Этот район не был затронут интрузивной деятельностью и, видимо, был гидрогеологически изолирован от соседних вулканических областей. Относительно низкая температура вторичной минерализации в структуре Хамарин-хурал, возможно, также объясняется гидрогеологической изолированностью.

Этап до магматических внедрений. Представление о тепловом режиме нижнемеловых пород домагматических внедрений можно получить, если экстраполировать современную температуру пород к концу нижнего мела. Согласно Холмсу (1947 г.) этот интервал времени охватывает приблизительно 10⁸ лет. Из приведенной Джакобсом и Алланом (1956 г.) палеотемпературной модели, параметры которой отвечают современным представлениям о строении Земли (модель IV В), следует, что верхняя часть литосферы до глубины 50 км за последние 10⁹ лет остывала со скоростью 0,1° в 10⁶ лет. Температура нижнемеловых пород определяется на глубинах 1000, 1500 и 2000 м соответственно в 35, 50 и 70°.

Порядок вычисленных температур совпадает с температурами минерализующих растворов для района Улугей. Температура последних, видимо, отвечала естественному тепловому потоку Земли, на который в других районах накладывались тепловые аномалии магматического происхождения.

Из изложенного выше можно сделать следующие выводы.

1. Современная температура нижнемеловых пород приблизительно соответствует среднему геотермическому градиенту.

2. В фазу внедрения и остывания магматических тел существовали тепловые аномалии, которые накладывались на естественный тепловой поток Земли и меняли свои масштабы во времени и в, пространстве. Выделяется несколько температурных зон.

Первая зона относится к пространствам, занятым интрузивными породами. До кристаллизации магматического расплава она имела температуру 1300-1000°.

Вторая зона с температурами 1000- 830° примыкала к интрузивным телам я в зависимости от геологической обстановки имела мощность от нескольких миллиметров до 14 м. По простиранию на отдельных участках, соответственно пластовому характеру внедрений, вторая зона занимала значительную площадь в нижнемеловых породах. Однако объем ее был невелик.

Температурный диапазон третьей зоны составлял 830-200°. Граница области надкритических температур (для воды) здесь не установлена. Минерализующие растворы с нижним температурным пределом в 203° в известных случаях распространялись на сотни метров от крупных магматических очагов.

Четвертая зона с температурой минерализующих растворов не ниже 89° охватывала значительные пространства, включая центральную часть впадины.

В пятой зоне, которая была изолирована от магматических очагов большими расстояниями и гидрогеологическими факторами, температура в нижних частях разреза сохранялась в пределах 40-54°.

3. Температура нижнемеловых пород перед внедрением магмы на глубинах 1000, 1500 и 2000 м составляла соответственно 35, 50 и 70°.

Согласно современным представлениям восстановление битуминозной части органического вещества в нижнемеловых породах в период домагматических внедрений могло идти под влиянием процессов, не требующих повышенной температуры (химических, ферментативно-биологических, радиоактивных и т. д.). Перераспределение битумной части на глубинах 1000-1500 м, что отвечает положению нефтеносной части разреза и температуре 35-50°, могло контролироваться главным образом разностью концентраций органического вещества в глинистых и песчано-алевритовых осадках.

В фазу внедрения и остывания магматических тел в локальных зонах экзоконтакта с температурами 1000-300° могли проходить высокотемпературный распад органического вещества, пиролиз, молекулярная ассоциация, крекинг, дистилляция. В условиях третьей и четвертой зон, в диапазоне температур 200-89° могли осуществляться процессы мономолекулярного распада углеводородов, раскисление органического вещества, диспропорционирование водорода под действием катализаторов, десорбция и аккумуляция нефти.

Промышленная нефть в Восточной Гоби сконцентрирована в участках четвертой зоны (200-89°). На участках первой зоны спорадические нефтепроявления представлены твердыми битумами, выделявшимися в постмагматическую фазу при температурах не ниже 317-168°. В боковых породах, которые охватывались второй и третьей температурными зонами, имеются прожилки кокса, асфальтоподобного битума и среди песчаников гнезда, пропитанные тяжелой нефтью. Породы глинистого и алеврито-песчаного состава в пятой температурной зоне (40-54°) содержат рассеянные битумы, до 3% которых извлекается спирто-бензолом. Несмотря на наличие коллекторов и благоприятных структур, нефтяные скопления здесь отсутствуют.

ВНИГНИ

Таблица 1 Интервалы температур гомогенизации газо-жидких включений в кристаллах кварца и кальцита

Район	Объект	Количество определений	Расстояние до интрузии, км	Интервалы температур гомогенизации, °С
				в условиях опыта	с поправкой на давление
Сайн-шанда	Бесцветные короткостолбчатые кристаллы кварца среди миндалин в базальтах	10		200-295	218-317
То же	Бесцветные обелисковидные кристаллы кварца среди миндалин в базальтах	5		120-150	137-168
»	Кальцит из зоны метасоматического замещения в породах цаган-цабской свиты	3	0,5	112-143	128-161
Уха	Кальцит из зоны метасоматического замещения в породах цаган-цабской свиты	1	0,3	185-242 *	203-261
Улугей	Кальцит из жилки в породах дзун-баинской свиты	4	22	24-32	40-48

* Температура взрыва.

Таблица 2 Интервалы температур растрескивания кальцита

Район	Объект	Количество определений	Расстояние до интрузии, км	Интервалы температур растрескивания, °С
				в условиях опыта	с поправкой на давление
Хамарии- хурал	Кальцит из жилки в песчаниках цаган-цабской свиты	3	10	43-52	59-68
Глинка	Кальцит из жилки в битуминозном мергеле цаган-цабской свиты	3	12	51-73	67-89
Улугей	Кальцит из жилки в алевролитах дзун-баинской свиты	2	22	36-38	52-54

Рис. 1. Строение Восточной Гоби. Сост. Н. А. Минский, 1956 г.

I-II - фациальный профиль, реставрированный к концу нижнего мела (положение профиля указано на рис. 2); I'-II'-тот же профиль в конце верхнего мела; 1"-II"-тот же профиль в настоящее время. 1 - палеозойско-юрский складчатый фундамент (Pz + J); 2 - конгломераты; 3 - песчаники; 4-песчано-глинистые породы; 5-туфогенные песчаники; 6-туфогенные глины; 7-аргиллиты; 8 - битуминозные сланцы, мергели, известняки; 9 - гумусовые угли; 10 - покровы и потоки базальтов - амигдалоидов (Сr₁^ef); 11 - интрузивные тела базальтов и андезито-базальтов (d); 12 - предполагаемые каналы основной магмы (секущие дайки); 13 - предполагаемые изохроны - границы нижнемеловых свит (Cr₁^sh - шарилинской, Сr₁^zg - цаган-цабской, С₁^dz - дзун-баинской); 14 - разломы. Отложения верхнемелового возраста - Сr₂, третичного - Тr.

Рис. 2. Схема распространения магматических пород верхнемезозойского вулканического цикла в Восточной Гоби. Сост. Н. А. Минский, 1959 г.

1 -граница бассейна седиментации в эпоху нижнего мела; 2 - выходы на дневную поверхность магматических тел; 3 - контуры не вскрытых эрозией магматических тел, установленных магнитометрической съемкой или бурением; 4 - площадь развития битуминозных пород нижнемелового возраста.