О генезисе нефти Челябинского буроугольного бассейна
В. С. Бочкарев
Челябинская депрессия выполнена нижнемезозойскими образованиями, которые по схеме В.И. Носаль подразделяются (снизу вверх) на ерофеевскую, чумлякскую, коркинскую и сугоякскую свиты.
Ерофеевская свита начинается мощной (до 600 м) толщей пестроцветных конгломерато-брекчий, залегающих на палеозойских породах. Выше залегает сероцветная тонкообломочная толща, представленная алевролитами, часто глинистыми, мелко- и среднезернистыми песчаниками, около 40% обломочного материала которых составляют кварц, кварцит, кремнистая порода, 10-15% цорфириты и базальты, до 10% полевые шпаты, а также кварцево-серицитовые, хлорит-серицитовые и графито-слюдистые сланцы. Обломки угловато-окатанные и слабо окатанные. Породы плохо отсортированы на востоке впадины и сравнительно хорошо в центральных ее частях. Цемент обычно кремнисто-слюдистый, глинистый, реже сидеритовый. Среди алевролитов и песчаников отмечаются прослои темно-серых, иногда почти черных аргиллитов мощностью до 2-5 м, реже 7 м. В верхней части свиты встречаются пласты угля мощностью до 3 м. Для отложений ерофеевской и других свит характерны низкие коллекторские свойства. По данным Л.П. Колгиной полная пористость песчаников составляет 29,24%, эффективная - 1,85%, проницаемость - 0,0233 дарси (Ерофеевская разведочная площадь) [4, стр. 79]. На восточных прибортовых участках значительная часть терригенных отложений ерофеевской свиты фациально замещается кайнотипными базальтовыми эффузивами.
Мощность ерофеевской свиты меняется от 1500 до 2500 м. По определениям флоры возраст свиты считается кейперским. Из-за ограниченного отбора керна в роторных скважинах и отсутствия их в западной наиболее глубокой части впадины литология и фации ерофеевской свиты детально не изучены.
На ерофеевской свите залегает песчано-конгломератовая чумлякская свита мощностью 200-500 м, а выше - коркинская свита, в которой прослеживаются наиболее мощные угольные пласты. Мощность коркинской свиты колеблется от 500 до 1400 м. По возрасту она относится к рэту и низам лейаса.
Сугоякская свита начинается грубообломочной толщей мощностью 100-120 м и заканчивается тонкообломочными породами с пластами угля рабочей мощности. Мощность свиты около 500 м. По определениям флоры она относится к лейасу.
В Челябинском буроугольном бассейне около 50 скважин углеразведки встретили пропитанные нефтью алевролиты, песчаники, гравелиты и конгломераты чумлякской, реже ерофеевской и коркинской свит. В некоторых скважинах отмечался запах нефти в трещиноватых аргиллитах (скв. 1297, 391). В Камышинском угленосном районе в скважинах 1-Р и 3-Р, 3273, 3278, 3280 (рис. 1) обнаружены примазки густой нефти на плоскостях трещин базальтов и терригенных отложений, а также включения битумов в пустотах и миндалинах кайнотипных эффузивов ерофеевской свиты. По мнению В.И. Носаль [6], проникновение битумов в туфы и лавы произошло после вторичных изменений в вулканогенных образованиях. Кроме того, битумы из эффузивных пород «и по внешнему виду и по элементарному составу показывают большое сходство с битумами пород Сугояка» [7, стр. 134).
В.Г. Пуцилло и С.И. Миронов отнесли битумы нижнемезозойских отложений к классу нефтяных битумов [7].
Наибольшие мощности нефтеносных пород установлены в скв. 1406 (Сугоякский угленосный район) и в скв. 2507 (Козыревский район). В первой скважине пропитанные нефтью песчаники были встречены в интервалах 130-139 м, 147-149 м, 162-163 м и 210-257 м (забой скважины 260 м), во второй наблюдается максимальная для депрессии мощность нефтеносных конгломератов (чумлякской свиты) 150 м. В Козыревском же угленосном районе в зоне надвига в раздробленных породах триас-юрского и палеозойского возрастов в скв. 2516 обнаружены примазки окисленной нефти в интервалах глубин 147-153 м и 156-168 м.
Юго-западнее оз. Сугояк в пределах Баландинской брахиантиклинали и южнее ее наблюдаются газирование и приток воды из скв. 1072, 628, 1060, 877 и 890. Газ метановый, с содержанием тяжелых углеводородов 0,2% в скв. 877 и 3,6% в скв. 890.
Скважины углеразведки на приток нефти не опробовались.
На Ерофеевской структуре (в северной части Еманжелинского угленосного района) пять скважин треста Тюменьнефтегеология при испытании дали незначительные притоки нефти с водой. Наибольший дебит нефти наблюдался в скв. 2-К на второй день испытаний и составлял 2100 л/сутки. Всего из этой скважины откачано 3,5 т нефти. В настоящее время скв. 2-К и 6-Р слабо переливают нефть (рис. 2).
Кроме жидкой нефти, в угленосной толще Челябинского бассейна по разрезу встречаются рассеянные битумы, содержание которых не превышает 1% [7].
Исследователями были высказаны различные мнения о генезисе нефти Челябинской впадины.
Например, Н.А. Кудрявцев, сторонник магматогенного происхождения нефти, считает, что нефть мигрировала по сбросам в угленосную толщу из глубоких недр земной коры. Г.Е. Рябухин, В.П. Козлов, Г.А. Гладышева и другие связывают образование нефти с нормально осадочными морскими отложениями палеозойского возраста. Н.П. Туаев считает, что нефть биопирогенетического происхождения, т. е. она образовалась в результате воздействия магмы на породу, обогащенную органическим веществом.
Согласно Н.А. Кудрявцеву «нефть должна встречаться, начиная с какого-либо горизонта, вниз по остальному разрезу, включая наиболее древний горизонт из вскрытых буровыми скважинами» [5, стр. 18].
Как было отмечено выше, в Челябинском грабене около 50 скважин встретили пропитанные нефтью триас-юрские образования.
Основание грабена и борта его сложены нормально осадочными, магматическими и метаморфическими породами палеозойского возраста. Названные породы вскрыты большим числом скважин и обнажены по рекам Миасс, Увелька, Тогузак, Уй и др. Ни в обнажениях, ни в скважинах, вскрывших палеозой, существенных нефтепроявлений не установлено. Исключение составляют скв. 2007 и 2001, в которых, по данным Н.П. Туаева, капельножидкая нефть и твердые битумы встречены в трещинах палеозойских пород, раздробленных дизъюнктивами [8]. По-видимому, в конгломерато-брекчии, вскрытые скважинами, нефть мигрировала из прилегающей с юга угленосной толщи, изобилующей нефтепроявлениями. Об этом свидетельствует отсутствие нефтепроявлений в палеозойских породах, вскрытых скважинами непосредственно к северу от р. Миасс.
Нефтепроявления не обнаружены и в породах, слагающих борта впадины, которые могли бы быть насыщены нефтью в той или иной степени, если допустить миграцию нефти по разломам, ограничивающим грабен.
Среди угленосной толщи в Челябинской впадине имеются Тогузакский, Куллярский и Миасский горсты, сложенные палеозойскими породами. В районе горстов пробурено много скважин, и ни в одной из них не обнаружены нефтепроявления. Горные выработки проведены через палеозойские образования Куллярского горста в триас-юрскую угленосную толщу. В зонах нарушения палеозойских и нижнемезозойских пород и в присбросовых толщах признаки нефтеносности также не установлены.
Таким образом, точка зрения Н.А. Кудрявцева не подтверждается фактическими данными.
Челябинская депрессия расположена в краевой части Восточно-Уральского синклинория [1]. Палеозойские образования, участвующие в его строении, лишены признаков нефтеносности.
Графит и «графитизированная тектоническая глинка», отмеченные по трещинам в известняках и сланцах в скв. 430, 459, 157 и 1353 [3, 8], нефтяная природа которых не доказана, и сероводородный запах известняков, разрабатываемых в карьерах около г. Челябинск и д. Шумки [3], не являются признаками нефтеносности. Поэтому сторонники миграции нефти в континентальные триас-юрские отложения из морских палеозойских пород вынуждены приводить данные по нефтеносности палеозойских толщ других структурных зон. Так, В.П. Козлов и Г.А. Гладышева [3], ссылаясь на работу Г.Е. Рябухина, сообщают о примазках жидкой нефти в амфипоровых и доманиковых известняках среднего девона на бокситовом месторождении Красная Шапочка, расположенном в 550 км по прямой от г. Челябинск. Это месторождение находится в пределах Нижнетагильского (зеленокаменного) синклинория. Между ним и Восточно-Уральским синклинорием протягивается обширная антиклинальная зона гранитных интрузий. Обнаруженные в ней признаки нефтеносности еще не указывают на наличие нефти в другой, хотя и подобной зоне. В районе Красной Шапочки нефть сохранилась, вероятно, благодаря слабым проявлениям метаморфизма. В пределах Нижнетагильского синклинория известны тектонические депрессии (Богословская, Волчанская, Мостовская), сравнительно недалеко расположенные от Красной Шапочки, в которых, однако, признаки нефтеносности не отмечены. На востоке, в Тургайской депрессии, на междуречье Тобола и Убагана, бурением вскрыты известняки верхнедевонского и нижнекаменноугольного возраста, в трещинах которых встречались капли нефти или твердые битумы [3]. Однако и этот факт еще не доказательство миграции нефти из палеозоя, так как Восточно-Уральский синклинорий и указанные пункты расположены в различной структурно-тектонической обстановке. Не исключено, что скважинами встречены породы, слагающие структуры казахстанского (платформенного), а не уральского типа.
Для выяснения генезиса нефти Челябинской депрессии, вероятно, имеет значение и следующее обстоятельство. Нефтепроявления Челябинского грабена в основном встречены в его южной части, между пос. Ключи и г. Коркино, т. е. в тех районах, где борта и фундамент впадины сложены изверженными или метаморфическими породами, что указывает на отсутствие пространственной связи между осадочными морскими породами палеозоя и нефтепроявлениями в нижнем мезозое.
В северной части грабена имеются нормально осадочные породы палеозоя, но они метаморфизованы, вообще степень метаморфизма палеозойских отложений на восточном склоне Урала очень высокая. Так углеродный коэффициент углей каменноугольного возраста приближается к 90% [3]. «Считается, что при значениях углеродного коэффициента свыше 70% нефть отсутствует» [2, стр. 277].
На основании геологических данных по Зауралью и другого материала Н.П. Туаев [8] предложил следующую схему образования нефти, названную им «биопирогенетической».
Магма, поднимаясь по зонам глубинных разломов, ассимилирует каустобиолиты и породы, богатые органическим веществом. В зоне мигматизации происходит пиролиз органического вещества. В процессе мигматизации «углеводороды поднялись в вышележащие горизонты, являющиеся зоной конденсации и формирования залежей» [8, стр. 299]. Согласно этой схеме [8, фиг. 6] выше эффузивов и по периферии их должны образовываться залежи нефти. Однако, например, на Камышинской площади над эффузивами залегает 600-метровая терригенная толща, но признаки нефти в ней не установлены. Нет нефтепроявлений над вулканогенными породами и в других районах Челябинской депрессии, например, к северу от р. Миасс в восточной ветви грабена.
Южной границей развития эффузивов является приблизительно широта г. Еманжелинск, но нефтепроявления в виде жидкой нефти встречаются и значительно южнее (см. рис. 1). Кроме того, эффузивы протягиваются сравнительно узкой полосой на востоке впадины, нефтепроявления же встречены в осевой и западной, т. е. в наиболее глубоких частях.
Перечисленные факты заставляют отказаться от предлагаемой Н.П. Туаевым биопирогенетической схемы образования нефти.
В связи с изложенным выше, вероятно, правильнее рассматривать угленосную толщу как нефтематеринскую. Мы считаем, что нефтепроизводящей является нижняя (ерофеевская) свита.
Осадки верхней части угленосной толщи, отвечающей коркинской свите (Г.Ф. Крашенинников), накапливались при сравнительно медленном погружении, поэтому в свите встречаются наиболее мощные угольные пласты (до 180 м в Коркинском карьере).
В ерофеевской свите мощных пластов угля нет, так как осадки накапливались в условиях более быстрого погружения. Пласты угля до 2-3 м мощности, встречающиеся на прибортовых участках, выклиниваются к осевой части грабена, где глубокие роторные скважины изредка проходили маломощные (до 5-10 см) прослои угля. Породы свиты обогащены различной органикой. Чередование пачек глинистых и песчаных пород в разрезе ерофеевской свиты с содержанием битумов до 1 %, восстановительная обстановка осадконакопления - все это не противоречит выделению данной свиты в нефтематеринскую.
Геохимические исследования И.А. Юркевич [9] показали, что в алевролитах и песчаниках ерофеевской свиты органического углерода содержится до 7,3%, восстановленность минеральной части пород характеризуется величинами восстановительной емкости до (4,5 мг О2)/100. На основании этого И.А. Юркевич полагает, «что в период накопления и формирования отдельных пачек разреза существовали благоприятные сочетания некоторых бесспорно необходимых для процесса нефтеобразования условий» [9, стр, 36).
Таким образом, ерофеевская свита, которая накапливалась в условиях сравнительно быстрого опускания основания грабена, способствовавших преобразованию растительного и животного материала в нефть, является нефтепродуцирующей в Челябинской впадине.
Многочисленные нефтепроявления и большая мощность континентальной толщи позволяют предполагать в недрах Челябинской впадины значительные запасы нефти.
ЛИТЕРАТУРА
1. Архангельский Н.И. О послепалеозойской тектонике восточного склона Урала и Зауралья. Изв. АН СССР, сер. 3, 1955.
2. Вассоевич Н.Д., Успенский В.А. Геология нефти. Спутник полевого геолога-нефтяника, т. 2. Гостоптехиздат, 1954.
3. Козлов В.П., Гладышева Г.А. О нефтеносности Челябинского буроугольного бассейна. Тр. ВНИГНИ, вып. VII. Гостоптехиздат, 1956.
4. Колгина Л.П. К характеристике литологического состава и коллекторских свойств пород палеозоя и мезозоя сибирского Приуралья. Тр. ин-та нефти АН, т. VII, изд. АН СССР, 196.
5. Кудрявцев Н.А. Современное состояние проблемы происхождения нефти. Материалы дискуссии по проблемам происхождения и миграции нефти. Киев, 1955.
6. Носаль В.И. О нефтепроявлениях в нижнемезозойских туфах и базальтах Челябинского угленосного бассейна. ДАН СССР, т. 105, № 6, 1955.
7. Пуцилло В.Г., Миронов С.И. Нефти и битумы Сибири. Изд. АН СССР, 1958.
8. Туаев Н.П. Геологическое строение Западно-Сибирской низменности. Тр. ВНИГРИ, вып. 126, 1958.
9. Юркевич И.А. Фациально-геохимическая характеристика мезокайнозойских отложений Восточного Зауралья. Изд. АН СССР, 1959.
Горно-геологический институт УФ АН СССР
Рис. 1. Схема распространения нефтепроявлений и эффузивов ерофеевской свиты в Челябинской депрессии. Сост. В.И. Носаль и В.С. Бочкарев.
А - дизъюнктивные нарушения; Б - скважины с нефтепроявлениями; В - граница угленосных районов; Г - площадь развития вулканогенных образований. Районы: 1 - Сугоякский, 2 - Козыревский, 3 - Копейский, 4 - Камышинский, 5 - Коркинский, 6 - Еманжелинский, 7 - Кичигинский.
Рис. 2. Схематический геологический разрез по линии V-V. Сост. В.С. Бочкарев.
1 - покровные четвертичные, третичные и верхнемеловые отложения; 2 - пласты бурого угля; 3-чумлякская свита; 4 - базальты и долериты ерофеевской свиты; 5 - базальная толща ерофеевской свиты; 6 - тектонические нарушения; 7 - границы свит и толщ; 8 - нефтепроявления; 9 - порфириты, порфироиды и порфиритоиды условно верхнедевонского возраста; 10 - палеозойские породы; 11 - нижнепалеозойские сланцы и гнейсы; 12 - рельеф основания депрессии по данным гравиметрии.