Нефтегазоносные провинции Украины в значительной мере освоены и перспективы дальнейшего нахождения в них залежей УВ связываются в основном с глубинами свыше 4000 м.

Определение свойств пород-коллекторов на этих глубинах - сложная задача, обусловленная множеством факторов, учесть которые не всегда возможно. Это вызывает необходимость поиска критериев для прогнозирования их емкостных и фильтрационных свойств.

При освоении недр на большой глубине необходимо исследовать вторичные катагенетические изменения отложений и обусловливающие их факторы. Опубликованы многочисленные работы, посвященные литологическим, геохимическим, минералогическим и экспериментальным исследованиям, освещающим различные стороны этого процесса.

В настоящей статье рассматривается связь катагенетических преобразований пород-коллекторов девона и карбона ДДВ с современным тепловым полем и возможность использования температурных параметров для оценки изменения физических свойств пород-коллекторов на больших глубинах.

По особенностям распространения геотермических градиентов данный регион относится к бассейнам с высокой геотермической активностью [5]. Температуры колеблются здесь в очень широких пределах.

Максимальная температура 173°С зарегистрирована на Северо-Волвенковской структуре на глубине 6120 м, а на Распашновском штоке на этой же глубине она составляет всего лишь 109 °С. Изучение теплового поля по картам распределения температур для срезов -4, 5, 6 тыс. м позволило проследить характер его изменения.

В северо-западной части впадины температуры понижаются от бортов к центральному грабену ( рис. 1 , рис. 2 , рис. 3 ). Температурный минимум прослеживается от Ичнянской группы структур до Солоховского поднятия, но с увеличением глубин его распространение сокращается на глубине 5 тыс. м он зафиксирован лишь на Малосорочинской, Радченковской и Кошевойской структурах.

В центральной и юго-восточной частях впадины тепловое поле выглядит несколько иначе. Возрастание температур с достаточной четкостью происходит от Воронежского массива в сторону Украинского кристаллического. Температурный минимум остается приуроченным к приосевой части впадины и охватывает Чутово-Распашновскую, Крестищенскую и Сосновскую структуры. На крайнем юго-востоке отмечается область повышенной напряженности теплового поля. Сходное распределение тепловых полей на территории ДДВ наблюдается и на меньших глубинах, об этом можно судить по картам-срезам на -1000 и 2000 м [1, 5].

Особенности развития современных тепловых полей определяются, как известно, величиной теплового потока, теплофизическими свойствами пород осадочного чехла, флюидо- и водонасыщенностыо отложений, а также наличием дополнительных источников тепла, скрытых внутри осадочной толщи.

В формировании температурных аномалий ДДВ ведущую роль играют петрографический состав пород, гидродинамический режим и тектонический фактор. Два последних определяют образование проницаемых зон, благоприятных для вертикальной миграции флюидов, так как конвективный перенос тепла подземными водами во много раз превышает тепловой поток, обусловленный теплопроводностью пород [1].

Региональное возрастание фоновых значений температур с северо-запада на юго-восток связано в основном с повышением общей тектонической активности в этом направлении, что проявляется и в неотектонических движениях [5].

Разумеется, что петрографический состав осадочных образований при этом заслуживает особого внимания, так как именно от него зависят теплопроводящие и теплоизолирующие свойства пород.

Изучение вторичных изменений девонских и каменноугольных осадочных пород показало, что их катагенетическая преобразованность возрастает с увеличением глубины залегания, а следовательно, и с повышением температуры. По степени вторичной превращенности пород, углефикации РОВ в ДДВ выделяются зоны начального и глубинного катагенеза, а также ряд подзон, границы которых в региональном плане достаточно четко контролируются современными температурными уровнями.

Зона начального катагенеза представлена единой подзоной неизмененных глинистых цементов, гумусовое ОВ, содержащееся в ней, углефицировано от буроугольной до длиннопламенно-газовой стадии. Нижняя граница подзоны контролируется температурой 75°С.

В зоне глубинного катагенеза выделяются следующие подзоны.

1. Каолинитовых цементов, где ОВ находится на газовой и жирной стадиях метаморфизма, она соответствует температурному интервалу 75-100°С. Коллекторские свойства пород здесь довольно хорошие, открытая пористость 17-20%, проницаемость составляет 0,01-0,1 мкм².
2. Гидрослюдисто-кварцевых цементов, характеризующаяся преобразованием гумусового ОВ до газово-жирной, иногда коксовой стадий и пластовыми температурами 100-120°С. Емкостные и фильтрационные свойства коллекторов ухудшаются; пористость 3,5-5,6%; проницаемость в основном 0,00001-0,0003 мкм² и только в отдельных пластах достигает 0,01 мкм².
3. Кварцевых цементов; углефикация ОВ здесь достигает коксовой и тощей стадий. Эта подзона характеризуется температурами выше 120 °С. Первичная пористость пород-коллекторов низкая, в среднем 1- 2%, проницаемость 0,00001 мкм², в отдельных случаях 0,001 мкм².

Взаимосвязь степени преобразованности пород и углефикации ОВ обусловлена их температурным режимом. Помимо этого миграционные продукты изменения рассеянной органики, особенно на этапах максимального выделения СН₄ и СО₂, во многом определяют химические свойства интерстиционных растворов.

Наиболее погруженные приосевые участки впадины характеризуются пониженными геотермическими градиентами (1,62-2,5°С/100 м) [6], в связи с чем соответствующие стадии катагенеза здесь проявляются на больших глубинах.

На всех картах срезов в северо-западной части Орчиковского прогиба прослеживается обширная аномалия пониженных температур, с которой совпадает область повышенных давлений, свидетельствующая о наличии толщ, характеризующихся флюидоупорными и теплопроводящими свойствами. По-видимому, аномалия возникла за счет распространения соленосных отложений перми.

На картах связь вторичных преобразований пород-коллекторов с напряженностью теплового поля проявляется недостаточно. Это обусловлено тем, что зоны катагенеза соответствуют температурным интервалам (20-25°С), величины которых больше средних превышений температур по площади. Поэтому зависимость уровня катагенетических преобразований от температур отчетливо проявляется в юго-восточной части впадины, где возрастают напряженность поля и перепады температур. В региональном плане подзоны катагенеза хорошо коррелируются с изотермами 75, 100, 120, 140°С. Эти температурные интервалы также отражают скачкообразное изменение физических параметров пород.

Как отмечалось выше, приосевая,самая погруженная часть рассматриваемой территории характеризуется пониженными температурами и геотермическими градиентами.

Именно здесь на каждом срезе развиты породы наиболее низкой катагенетической преобразованности. На северо-западе впадины согласно с возрастанием напряженности теплового поля увеличивается и степень вторичной измененности пород. Северная прибортовая зона, где зафиксированы невысокие значения температур и их градиентов, - область распространения слабоизмененных пород-коллекторов до глубин 3,5-4 тыс. м. Цементы их здесь гидрослюдистого, каолинитово-гидрослюдистого и реже гидрослюдисто-кварцевого состава. В южной же прибортовой зоне с повышенным значением температур и градиентов на тех же глубинах широко распространен кварцевый регенерационный цемент.

Наблюдающаяся в региональном плане в ДДВ связь температурных интервалов с катагенетической зональностью не является односторонней. Катагенетическая превращенность, в свою очередь, существенно воздействует на характер теплового поля вследствие изменения под их влиянием теплопроводности пород и выделения при определенных процессах дополнительного тепла.

Экзотермический характер носят реакции серицитизации и окварцевания. Большое количество тепла выделяется при углефикации РОВ.

Температурный режим в определенном глубинном диапазоне создает геохимические условия катагенеза, вызывает подвижность компонентов, а следовательно, и перераспределение карбонатов и кремнезема, перекристаллизацию и трансформацию глинистых минералов, образование новых минеральных компонентов.

Важную роль при формировании геохимических обстановок в катагенезе играет РОВ, которое преобразуется под воздействием температуры, давления и времени. Катагенетическое изменение его сводится к замедленному термическому разложению. В ходе деструкции ОВ [2] отмечается обилие различных форм карбонатных кислот и газовых компонентов, глазным образом СН₄, СО₂, Н₂ и NH₃. Эти соединения, обогащая состав поровых растворов, определяют их физико-химические свойства и направленность процессов превращения осадочных пород. Максимум выделения газообразных продуктов (в том числе углекислого газа) соответствует стадиям углефикации Д, Д-Г в интервале температур от 75 до 100°С [4]. Получающиеся при этом продукты деструкции РОВ в большинстве своем способствуют подкислению поровых растворов, что ведет к интенсивной каолинизации гидрослюд, цементов пород-коллекторов. Поэтому логично допустить региональное развитие подзоны каолинитовых цементов в температурном интервале 75- 100 °С. Естественно, что глубины распространения этой подзоны катагенеза в различных структурных зонах будут неодинаковыми. Наибольшее погружение она испытывает в центральной части впадины.

Второй максимум газовыделения при метаморфизме РОВ происходит при температуре свыше 160 °С. Казалось бы, что с ним можно связывать новый этап подкисления поровых и пластовых вод, однако этого не происходит из-за высоких значений температуры и давления, при которых ярко проявляются щелочные свойства хлоридных растворов. Следовательно, условия для каолинизации цементов на этих глубинах возникают эпизодически в местах падения температур, давления, изменения минерализации и рН за счет подтока глубинных кислых вод и других причин. Таким образом, связь температур с подзонами катагенеза опосредована через геохимические свойства поровых растворов. Степень преобразованности отложений зависит от термобарической обстановки.

Взаимосвязь между уровнем катагенетических изменений и современными температурами в ДДВ объясняется незначительными амплитудами инверсионных движений Такое совпадение возможно лишь в условиях платформенных структур, которые на протяжении своего развития испытывали устойчивое погружение на фоне колебательных тектонических движений.

Анализ распределения температурных полей и закономерностей катагенеза па срезе -6 тыс. м позволил благоприятно оценить коллекторские свойства пород и возможность нахождения залежей УВ на глубинах до 9-10 тыс. м в северо-западной части Орчиковского прогиба. Основание для этого - широкое развитие каолинитовых цементов в температурном интервале 100-150°С, а также наличие их на ряде площадей (Волковская, Высокопольская) в зоне серицито-кварцевых цементов. Развитие последних, по-видимому, связано с наложенно-катагенетическими процессами и тектонической трещиноватостью и, в свою очередь, позволяет расширить температурный интервал (до 160 °С) благоприятных геохимических условий для сохранения или формирования вторичных емкостных свойств.

Изучение современных пластовых температур позволяет прогнозировать степень преобразованности пород и соответственно их емкостные и фильтрационные свойства на больших глубинах (см. рис. 3 ).

К 1981 г. в различных частях ДДВ было пробурено 87 скважин глубиной свыше 5 км. На площадях Восточно-Полтавской, Клинской, Яблуновской, Кошевойской, Харьковцевской, Степовой на этих глубинах в средне- и нижнекаменноугольных отложениях выявлены промышленные залежи газа, приуроченные к горизонтам с достаточно высокими коллекторскими свойствами. Все месторождения расположены на территории с пониженным геотермическим фоном. В связи с этим бурение на сверхглубокие горизонты целесообразно в подобных областях, в частности на Свиридовской, Скоробогатьковской и Яхниковской структурах, расположенных между Сребненским и Лохвицким прогибами.

1. Витенко В.А., Новосилецкий Р.М., Полутранко Я.Ю. Взаимосвязи пластовых давлений с глубинными температурами и нефтегазоносностью ДДВ. - Геология нефти и газа, 1973, № 5 , с. 59-63.
2. Гринберг Я.В. Исследование условий глубинного синтеза углеводородов и их генетическое отношение к керогенно-углистому веществу. - В кн.: Закономерности образования и размещения промышленных месторождений нефти и газа. Киев, 1975.
3. Коссовская А.Г., Шутов В.Д. Проблема эпигенеза. - В кн.: Эпигенез и его минеральные индикаторы. М., 1971. с. 9-34.
4. Органическая геохимия мезозойских нефтегазоносных отложении Сибири./А.Э. Конторович, И.Д. Полякова, О.Б. Стасов и др. - Труды СНИНГГИМСа, М., 1974, вып. 164, с. 1 - 192.
5. Осадчий В.Г. Лурье А.И., Ерофеев В.Ф. Геотермические критерии нефтегазоносности недр. Киев, Наукова думка,1976.
6. Шпак П.Ф., Новосилецкий Р.М. Природа и распределение аномально высоких пластовых давлении флюидов в нефтегазоносных бассейнах. - Геологический журнал, 1979, т. 39, № 3, с. 1- 11.

Подзоны цементов: 1-каолинитовых, 2-кварцевых. 3 - гидрослюдисто-кварцевых; 4 - пластовые температуры; 5 - границы подзон катагенеза; 6- изотермы; 7 - кристаллический фундамент; 8 - краевые региональные разломы; 9 - соляные купола; 10 - граница открытого Донбасса; 11- структуры: I - Нежинская, II - Солоховская, III- Распашновская, IV - Чутовская, V - Ефрeмовская, VI - Шебелинская

Усл. обозн. см. на рис. 1.

Рис. 3. Схема температурных полей и прогноза пород-коллекторов по срезу на -6 тыс. м.

Земли: 1 - перспективные, 2 - среднеперспективные, 3 - высокоперспективные, 4 - малоперспективные; остальные усл. обозн. см. на рис. 1