|
УДК 553.98 (-925.22) |
Влияние соленосных толщ на размещение возможных зон генерации и на фазовое состояние углеводородов
На примере Прикаспийской впадины.
Г.Н. МОЛОДЫХ, В.В. ПАЙРАЗЯН (ВНИГНИ)
В последнее время появилось много публикаций, касающихся влияния геотермических условий недр на превращение ОВ и УВ, размещения зон генерации последних, их дальнейшей миграции и, наконец, распределения самих залежей нефти и газа на территории как древних, так и молодых платформ [1-4, 7-9].
Многие авторы [3, 7-9 и др.] рассматривают геотермические условия недр с точки зрения наличия ОВ и степени его преобразованности (метаморфизма), определяемой по включениям витринита (как и при изучении процессов углеобразования).
Для выяснения условий формирования зон генерации УВ в палеоплане в зависимости от истории геологического развития конкретного геоструктурного элемента, необходимо применять новые методы определения палеотемператур нефтегазоматеринских отложений во времени. Комплексный метод, предложенный Т.А. Ботневой и Г.Н. Молодых [1], позволил установить оптимальный интервал температур (60-150°С) [1, 2], благоприятных для нефтеобразования. Такую же точку зрения высказывает и Н.Б. Вассоевич в своих трудах, посвященных главной фазе нефтеобразования.
Одним из новых является метод определения палеотемператур по плотностям палеотепловых потоков, их изменению во времени и по теплопроводности как самих нефтегазопродуцирующих толщ, так и перекрывающих отложений [4]. Он довольно прост, но требует многочисленных математических вычислений. Метод основан на том, что температура Т в любой точке разреза земной коры зависит от следующих взаимосвязанных величин:
Tz = q*z/λ+T0
где Т0 - температура у дна бассейна, °С, λ - теплопроводность пород, 10-3 кал/см °С*с, q - плотность теплового потока, 10-6 кал/см2*с.
За среднее значение Т0 нами принято 10°С.
Плотность теплового потока рассчитывается по формуле
где t - геологическое время, прошедшее по окончании последней фазы складчатости, млрд. лет. Известно, что плотность тепловых потоков (в 10-6 кал/см2*с) к началу соответствующего времени составляла: для кунгура 2,81, позднего триаса 2,67, мела 2,52, палеогена 2,39 и плиоцена 2,25.
Наиболее сложно и трудоемко определить теплопроводность пород, поскольку она зависит от их минералогического состава, пористости, влажности, температуры и давления (эти факторы изменяются в течение геологического времени). По данным различных исследователей, средние значения теплопроводности (в 10-3 кал/см°С*с) варьируют от 3 (для песков и глин) до 8 (для солей и ангидритов).
Для оценки теплопроводности необходимо иметь полную литолого-фациальную характеристику геологического разреза отложений по всем основным структурным элементам рассматриваемой территории.
Учитывая тот факт, что на современном этапе изученности Прикаспийской впадины геологических материалов по подсолевым комплексам, нужных для палеореконструкций, недостаточно, можно отметить условность получаемых параметров, но это отнюдь не снижает значимость общей принципиальной интерпретации «тепловой» истории ее осадочного чехла.
Нами были вычислены средневзвешенные значения мощностей надсолевых пород по формуле
где λ1 и λ2 - теплопроводность соответственно подстилающих и перекрывающих отложений, z1 и z2 - их мощность.
В результате статистической обработки материалов определены средние значения теплопроводности (в 10-3 кал/см°С*с):
Всего было обработано 25 сводных геологических разрезов почти по всем крупным тектоническим элементам. Установлены палеотемпературы кровли и подошвы толщи С - Р1 на начало основных этапов истории развития региона: позднего триаса, раннего мела, палеогена и плиоцена; составлены схематические карты палеотемператур.
Уже к началу кунгурского века в подошве указанной толщи могли быть достаточно высокие температуры (в °С): до 80 в Новоузенском прогибе, до 100 в Хобдинской зоне, Сарпинском и Уильском прогибах, до 80 в Джамбайском и до 130 в Каратонском - прогибах (рис. 1). Следовательно, генерация жидких УВ при достаточном количестве ОВ могла осуществляться уже на раннем этапе. Масштабы ее были сравнительно велики, поскольку площади, оконтуренные палеоизотермой 60°С, составляют не менее 30-40% исследуемой территории.
Влияние дальнейших процессов соленакопления и соляного диапиризма на изменение палеотемпературного режима толщи наглядно иллюстрируется картой палеотемператур к началу позднетриасовой эпохи (рис. 2).
Температуры нижней части толщи резко уменьшаются в прогибах (цифры в скобках в °С): Каратонском (до 100), Уильском, Джамбейтинско-Хобдинском и Сарпинском (до 80), Джамбайском и Новоузенском (до 60). Правда, они повышаются нв выступах восточного склона впадины (Имбекском, Жаркамысском, Утыбайском и Кызылджарском) до 80°С. Там же зафиксировано их максимальное значение в кровле толщи (до 50°С). На остальной территории температуры кровли не превышали 20-40°С. Соленосная толща резко влияла на палеотемпературную обстановку, что не могло не сказаться на генерации углеводородных флюидов, отмечаемой только на востоке и юго-востоке впадины, в узкой центральной полосе и отчасти в Сарпинском и Джамбайском прогибах. Общая площадь возможной генерации сокращается. К началу мелового периода постепенно повышаются температуры в подошве толщи и возрастают в кровле до 60°С значительно увеличивается территория, оконтуренная палеоизотермой 60°С (особенно на востоке и в центре впадины).
К началу палеогенового периода в центре впадины (от Джангалинского выступа до восточного борта) прослеживается область палеотемператур, где вся толща вошла в зону палеотемператур выше 60°С.
К началу плиоценовой эпохи (рис. 3) эта область смещается к западу с вовлечением Сарпинского, Волгоградского и Новоузенского прогибов, а вдоль восточного склона впадины палеотемпературы даже незначительно понижаются, что, видимо, объясняется влиянием соляной тектоники в этом районе. На большей части территории (80%) толща С - P1а находится в благоприятных условиях для генерации жидких УВ. Температура подошвы толщи С-P1а на Астраханском своде может быть больше, чем показано на рис. 3, так как при расчете брался тепловой поток ниже существующего.
Таким образом, анализ схематических карт общего фона палеотемператур свидетельствует о том, что геотермическая история нефтегазопродуцирующей толщи С - P1а была сложной. Это обусловлено накоплением мощной соленосной толщи кунгура и последующими процессами соляной тектоники, которые изменяли конфигурацию зон генерации УВ в зависимости от колебания палеотемператур. Карты общего палеотемпературного фона позволяют проследить развитие зон генерации во времени и по площади, а также отметить их приуроченность к современному структурному плану, поскольку они построены на структурной основе с учетом распределения мощностей отложений палеозоя.
Используя данные проведенного палеотемпературного анализа, можно проследить во времени развитие основных этапов катагенетической превращенности ОВ в породах подсолевого комплекса.
Проведенный рядом исследователей анализ влияния геотермических условий на метаморфизм ОВ осадочных пород на территории впадины основан на расчетных и замеренных современных температурах [2, 3, 7]. Палеотектонические и палеотермические реконструкции показали значительные колебания во времени границ основных зон катагенеза ОВ на различных этапах эволюции впадины (Авторы использовали шкалу катагенеза ОВ предложенную Н. Б. Вассоевичем.). Наклон изотермической поверхности с запада на восток и с севера на юг, отмечаемый по современным температурам, образовался лишь в конце палеозоя. Так, еще в нижнем карбоне граница зон прото- и мезокатагенеза проходила на одинаковом уровне (1300-1500 м) в районе Волгоградского прогиба, через центральную часть Прикаспийской депрессии к восточному ее борту. На том же уровне она находилась и на линии Астраханский свод - Степновское поднятие.
В верхнем протерозое выделяют две толщи: нижнюю - рифейскую и верхнюю - вендскую. В пределах Прикаспийской впадины они не встречены, в северной части Оренбургского вала (Шатлыкский выступ) их мощность составляет более 800 м. Геологические и геофизические материалы, однако, позволяют считать, что рифейско-вендские образования имеют широкое распространение и в самой впадине. Так, наличие 10-12-км толщи докунгурских отложений в центре впадины объясняется возрастанием мощности додевонских и главным образом рифейско-вендских пород. По данным ряда исследователей (Н.С. Шатский, 1946; Б.М. Келлер, 1968; В.М. Муратов, 1972), в рифейское время вдоль восточной окраины Русской платформы располагалась область постоянных прогибаний, в которую входила и часть Прикаспийской впадины. Морской бассейн, распространенный вдоль окраинных прогибов, заходил через Прикаспийскую впадину в Пачелмский авлакоген. В это время в нем накапливались алеврито-глинистые и карбонатные породы, а также красноцветные полимиктовые песчаники с прослоями гравелитов. Если это предположение верно, то, вероятно, на протяжении длительного геологического времени верхняя часть разреза этих отложений находилась в главной зоне нефтеобразования (ГЗН), и ОВ их могло принимать активное участие в процессах нефтеобразования.
Осадочные породы девона и нижнего карбона на выступах в бортовых зонах впадины не погружались к этому времени ниже 1,5-2 км и, следовательно, не достигали зоны мезокатагенеза. В то же время в центральных ее частях и на месте современного Соль-Илецкого выступа терригенные отложения девона и нижнего палеозоя находились в зоне начала и прогрессивного развития процессов нефтеобразования (МК1-МК2).
К моменту накопления соленосной толщи в наиболее погруженной области Волгоградского прогиба, центральной части впадины и Новоузенской зоне прогибания в ГЗН вовлекаются отложения девона, нижнего и среднего карбона, а на приподнятых участках - породы девона (терригенные и в нижней части - карбонатные). На Астраханском своде, Соль-Илецком выступе и на поднятиях восточной бортовой зоны ГЗН находится на глубинах от 2,5 до 3,8 км. Расширяются зоны прото- и раннего мезокатагенеза за счет быстрого погружения фундамента и накопления грубообломочных теплопроводящих пород в восточной части впадины. Именно в это время (конец артинского века) намечается наклон изотермической поверхности (60°С), разделяющей зоны прото- и мезокатагенеза.
Таким образом, к началу накопления мощной соленосной покрышки отложения венда, нижнего палеозоя, девона, нижнего и среднего карбона почти на всей территории впадины находились в ГЗН. Поэтому можно полагать, что основная масса генерированных УВ заполняла ловушки в образованиях верхнего карбона и нижней перми. Однако из-за отсутствия к тому времени региональной соленосной покрышки значительная часть УВ, вероятно, рассеивалась.
Накопление мощной соленосной толщи кунгура (2-3,5 км) привело, с одной стороны, к резкому изменению палеотемпературного режима нижележащих отложений, а с другой - к формированию региональной покрышки и залежей.
Породы карбона, девона и нижнего палеозоя почти повсеместно вновь оказываются вне ГЗН и лишь в наиболее погруженных участках впадины (Сарпинский прогиб, Новоузенская зона, Южно-Эмбинская область) продолжают оставаться основным источником генерации УВ. ГЗН опускается до глубины 6-8 км на западе и 5-7 км - на востоке.
В результате диапировой тектоники образовалась мозаичность температурного поля подсолевых отложений. Однако общий фон уже к началу мела выравнивается в глубоколежащих горизонтах нижнего и среднего палеозоя, в целом же оставаясь достаточно низким. Начиная с этого времени палеотемпературы росли чрезвычайно медленно, не оказывая существенного влияния на процесс генерации и миграции УВ. Положение ГЗН в разрезе остается примерно на том же уровне (6-8 км), несколько поднимаясь в зонах, примыкающих к межкупольным участкам. Накопление значительных толщ в межкупольных зонах, где мощность соленосных комплексов уменьшалась иногда до нескольких десятков метров, способствовало увеличению палеотемператур. Поэтому участие отложений пермо-триаса, а возможно (юры - нижнего мела) в процессах генерации УВ в отдельных районах этих зон вполне очевидно.
К началу палеогена и в неогене за счет дальнейшего погружения палеозойских пород палеотемпературы в них несколько возрастали. Отложения, которые до накопления соленосных толщ находились в ГЗН и почти полностью реализовали свой нефтематеринский потенциал, вновь в нее погружаются (девон и нижний карбон). Именно этим следует объяснить затухание процессов нефте- и увеличение газообразования: ОВ уже находилось на достаточно высокой стадии катагенеза (МК2-МК3). Можно предположить, что в зонах тех поднятий, где к периоду накопления соленосной покрышки нефтяные залежи не сохранились, в последующие периоды при образовании достаточно хорошо изолированных ловушек в них поступал в основном газ поздней генерации. Наиболее характерным примером является Астраханский свод, где при многочисленных нефтепроявлениях ни одной промышленной залежи нефти в подсолевых отложениях не обнаружено. А газ Ширяевского месторождения является хорошей иллюстрацией подобного механизма ее формирования.
Проведенные палеотемпературные и палеогеологические исследования позволяют сделать следующие выводы.
1. Установлена возможность участия в процессах генерации УВ отложений рифея - венда, находящихся в центральных частях впадины в течение длительного геологического времени в ГЗН.
2. Предполагается, что, начиная с нижнего мела общий температурный фон впадины отвечает современному с учетом аномалий, вызванных процессами галогенеза.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ботнева Т.А., Молодых Г.Н. Палеотемпературный режим мезозойских циклов нефтегазообразования. - Труды ВНИГНИ, М., вып. 139, 1973, с. 203-211.
2. С.П. Максимов, М.К. Калинко, Т.А. Ботнева, Г.Н. Молодых / Геотермические условия развития цикла нефтегазообразования - Геология нефти и газа, 1975, № 11, с. 35-40.
3. И.Б. Дальян, А.С. Посадская, Э.А. Светлакова и др. / Геотермические условия подсолевых пород восточной части Прикаспийской впадины и перспективы нефтегазоносности / Геология нефти и газа, 1976, № 11, с. 22-25.
4. Калинко М.К. О методах определения палеотемператур и плотностей палеотепловых потоков. - Труды ВНИГНИ, М, вып. 196, 1976, с. 147-159.
5. Калинко М.К. Хаимов Р.Н. Влияние Амударьинского солеродного бассейна на размещение залежей углеводородов. - Геология нефти и газа, 1976, № 10, с. 61-63.
6. Калинко М.К. Соленакопление и образование соляных структур и их влияние на нефтегазоносность. -Труды ВНИГНИ, М., вып. 127, 1973.
7. Помарнацкий М.А., Игошина Н.И. К вопросу о влиянии геотермических условий на превращение органического вещества в углеводороды нефтяного ряда на территории Прикаспийской впадины. - Труды ВНИГРИ, Л. вып. 386, 1976, с. 141 - 150.
8. Серебряков О.И. Фазовое состояние углеводородов Прикаспийской впадины. - Геология нефти и газа, 1976, № 8, с. 50-53.
9. Соболев В.С., Парпарова Г.М. О метаморфизации рассеянного органического вещества палеозойских и мезозойских отложений восточной части Прикаспийской впадины в связи с их нефтегазоносностью. - Докл. АН СССР, Т. 221, № 3, 1975, с. 722-725.
Рис. 1. Схематическая карта палеотемператур (общий фон) нефтепродуцирующей толщи С-P1а к началу кунгурского века.
1 - палеоизотермы подошвы; 2 - палеотемпературы подошвы; 3 - область температур 60°С и выше; 4 - границы тектонических элементов
Рис. 2. Схематическая карта палеотемператур (общий фон) нефтепродуцирующей толщи С-P1а к началу позднетриасовой эпохи.
1 - расчетные палеотемпературы кровли (в числителе) и подошвы (в знаменателе); 2 - палеоизотермы кровли С - P1a. Остальные усл. обозн. см. на рис. 1
Рис. 3. Схематическая карта палеотемператур (общий фон) нефтепродуцирующей толщи С-P1а к началу плиоценовой эпохи.
Усл. обозн. см. на рис. 1 и 2