|
УДК 550.822.3:[552+53] (574.14) |
Физические свойства осадочных отложений западной части Туранской плиты
А.О. ОГНЕВ, А.М. ЖЫЛКАЙДАРОВА (КазПТИ)
Важнейшие задачи петрофизики в области нефтегазовой геофизики и нефтегазопромысловой геологии - выяснение закономерностей пространственных изменений физических свойств осадочных пород и влияние на них основных геологических факторов. На рассматриваемой территории (районы Южного Мангышлака, п-ова Бузачи и частично Устюрта) нами были обобщены лабораторные определения физических свойств пород по наиболее представительным образцам керна из 372 глубоких скважин и проанализированы результаты сейсмокаротажа по 104 глубоким скважинам.
Чтобы выяснить характер изменения физических свойств осадочных отложений с глубиной для выделенных двухсотметровых интервалов разреза, пришлось рассчитывать средневзвешенные значения физических параметров (общая пористость, плотность, удельное электрическое сопротивление, интервальные скорости распространения сейсмических волн). Усреднение данных производилось на ЭВМ ЕС-1035 по программе «Прогноз» методом наименьших квадратов. При этом учитывалось число определений параметра. Величины средних квадратических отклонений исходных данных от усредняющей их кривой колеблются в следующих пределах: пористость 2,5-5 % (2,7), плотность 0,05-0,12 г/см3 (0,1), удельное электрическое сопротивление 1-5,5 Ом*м (0,9), скорость распространения сейсмических волн 250-350 м/с (80) (В скобках приводятся средневзвешенные значения.).
Установлено, что физические свойства осадочных пород западной части Туранской плиты закономерно изменяются с глубиной (рис. 1), что достаточно надежно описывается экспоненциальными зависимостями
где Фпр
- предельное значение физического параметра; Ф0 - то же, на
поверхности земли;
-
степенной показатель.
Для рассматриваемых физических параметров эти зависимости записываются так:
·
пористость -
·
плотность -
·
скорость -
·
удельное электрическое сопротивление -
Основные параметры получения зависимостей приведены в таблице.
С увеличением
глубины залегания общая пористость уменьшается для песчано-алевролитовых пород
от 32 до 8 %, а для глинистых и карбонатных соответственно от 28 до 4 % и от 15
до 3 %. Несколько отличается от общей зависимости изменение общей пористости
для песчано-алевролитовых пород. В целом кривая n=f(H) для этого типа пород имеет более
сложный характер. Градиент изменения пористости до глубины 1000-1500 м
значительно меньше расчетного, что указывает на незначительное уплотнение
пород. Этот вывод хорошо согласуется с данными других исследователей (Б.К.
Прошляков, 1974 г.; Ю.Н. Самойленко, 1975 г.; А.Н. Данилин, 1971 г. и др.).
Аналогичная закономерность отмечается и для плотности. Влажная плотность 
в осадочных породах
рассматриваемого региона в среднем увеличивается от 2,13 г/см3 на
поверхности до 2,66 г/см3 на глубине 4500 м, 
песчано-алевролитовых пород составляет
2,13-2,68 г/см3, глинистых - 2,13-2,6 г/см3, карбонатных
- 2,31-2,75 г/см3. Кривые n=f(H) и 
=f(H) для пород разного литологического состава в верхней части
разреза расходятся на 13-17 % для n и
на 0,17-0,18 г/см3 для 
. С глубиной залегания расхождение между ними
значительно сокращается и в интервале 3500-4000 м уже не превышает
соответственно 2 % и 0,02 г/см3.
Характер изменения интервальных скоростей Vинт распространения сейсмических волн изучен по данным сейсмокаротажа 104 глубоких скважин. В среднем они варьируют от 1200-1500 м/с на поверхности до 4500-5000 м/с на глубинах 4000-4500 м. Значения Vинт для пород разного литологического состава в верхней части разреза отличаются на 1150 м/с, с увеличением глубины залегания они постепенно сближаются и на глубине 4000 м разница между ними не превышает 250 м/с. Наибольшие значения Vинт свойственны карбонатным породам, наименьшие - песчано-алевролитовым. Поведение градиента скорости иное: до глубины 1000 м наибольший градиент зафиксирован в глинистых отложениях, в интервале глубин 1000-4500 м интенсивнее увеличивается скорость в песчано-алевролитовых отложениях, на больших глубинах характер изменения скорости для всех типов пород приблизительно одинаков.
Значения удельного
электрического сопротивления осадочных отложений региона
варьируют в больших пределах, особенно на глубинах более 3500 м. Соотношение
между кривыми 
для
разных типов пород иное, чем для плотности, пористости и скорости. В верхней
части разреза кривые 
сходятся (различие в
величинах 
составляет
2,5 Ом*м), ниже они расходятся и на глубине 4500 м разница в значениях 
достигает 12-13 Ом*м.
Для решения вопросов формирования месторождений нефти и газа необходима информация об уплотнении пород разного литологического состава.
Анализ кривых 
(см. рис. 1) показал,
что в исследуемом регионе наиболее подвержены процессам уплотнения глинистые
породы, наименее - карбонатные. Песчано-алевролитовые породы на малых глубинах
(до 1000 м) уплотняются незначительно, но в интервале 1000-3000 м степень их
уплотнения резко возрастает. Еще глубже изменение коэффициента уплотнения 
практически совпадает с
кривой, характерной для глинистых пород. Для разных типов пород были рассчитаны
коэффициенты необратимого уплотнения 
(В.М. Добрынин, 1965 г.). Максимальное значение коэффициента
(31,1*10-5 МПа) зафиксировано в песчано-алевролитовых породах,
минимальное (20,6* 10-5МПа) - в карбонатных, 
глинистых пород равен 26*10-5
МПа. Он оказался очень близок к значению 
, полученному В.М. Добрыниным для глин из Аралсорской
сверхглубокой скв. 1.
Используя данные о коэффициенте необратимого уплотнения, выражение (3) можно представить в виде:
Формула (7) была
использована для определения зависимости изменения коэффициента 
от геологического возраста пород.
С этой целью для выделенных литолого-стратиграфических комплексов региона были
изучены зависимости изменения общей пористости от глубины залегания. В
результате выявлена следующая закономерность - 
песчано-алевролитовых и глинистых пород
разного возраста различен. Для песчано-алевролитовых пород в диапазоне от
верхнего мела до нижнего триаса его значения увеличиваются от 15*10-5
до 31*10-5 МПа, для глинистых пород в этом же возрастном интервале
уменьшаются с 34*10-5 до 23*10-5 МПа. Наибольший градиент
изменения 
отмечается
в юрских отложениях. В карбонатных породах 
в рассматриваемом возрастном интервале практически
постоянен (примерно 20*10-5 МПа).
Приведенные результаты анализа позволяют сделать вывод о неравномерности уплотнения в рассматриваемом регионе осадочных отложений с глубиной залегания, а именно о недоуплотнении глинистых пород в нижней части разреза. В подтверждение этого вывода мы сопоставили кривую изменения общей пористости с глубиной залегания глинистых отложений с известными зависимостями, выведенными Н.Б. Вассоевичем (1960 г.) и Д. Уэллером (1961 г.), описывающими закономерности изменения пористости глин олигоцен-миоценового и девонского возраста. Считается, что кривая уплотнения Д. Уэллера соответствует консолидированным глинам, испытавшим в течение длительного времени полную нагрузку содержащихся в них флюидов, а кривая Н.Б. Вассоевича иллюстрирует влияние некоторого отставания оттока поровой воды от темпа погружения осадка. Кривая, полученная для пород западной части Туранской плиты, в верхах разреза до глубин 1500- 2000 м близка к кривой Д. Уэллера, а на больших глубинах последовательно сближается с кривой уплотнения Н.Б. Вассоевича. Аналогичная картина наблюдается, если сопоставить кривые уплотнения глинистых пород, полученные для отдельных литолого-стратиграфических комплексов, причем на больших глубинах, с кривой Н.Б. Вассоевича. Похожие зависимости получены для более древних отложений.
Изменения физических свойств осадочных отложений по площади рассматриваемого региона исследовались на основе схем распределения общей пористости, плотности (влажной) и интервальной скорости для литолого-стратиграфических комплексов от палеогенового до пермо-триасового возраста включительно. Распределение общей пористости, интервальной скорости и плотности отложений палеогена указывае тна зависимость изменения их физических свойств от мощности. Впадины Сегендыкская, Жазгурлинская, Учкудукская и Ассакеауданская, характеризующиеся максимальными мощностями этих образований, оконтуриваются изолиниями с максимальными значениями общей пористости (более 22 %) и минимальными величинами плотности и скорости (соответственно менее 2,2 г/см3 и 2500 м/с). Северо-восточнее и юго-западнее их резко уменьшаются значения общей пористости (до 8 %) и повышаются величины плотности и скорости (соответственно до 2,5 г/см3 и 3500-4000 м/с). В районе Песчаномысского свода фиксируются аномально высокие значения пористости, связанные, вероятно, с опесчаниванием глинистой толщи палеогена. В меловых отложениях распределение физических свойств иное (рис. 2). Области впадин оконтуриваются изолиниями с минимальными значениями общей пористости и максимальными плотности и скорости. Области поднятий (Центрально-Мангышлакская система дислокаций, Песчаномысско-Ракушечная, Аксу-Кендерлинская зоны, Бузачинский свод) выделяются как зоны повышенных значений общей пористости и минимальных величин плотности и скорости. Несколько обособленно повышенными значениями плотности и пониженными общей пористости оконтуривается Жетыбай-Узеньская зона поднятий. Такое же положение характерно в целом и для юрских пород. Для пермо-триасовых образований картина несколько сложнее. Распределение физических свойств здесь определяется в основном литологическим составом отложений. Достаточно уверенно выделяются три области пониженных значений плотности и скорости. Две из них связаны в плане с Бейнеусской впадиной и Песчаномысско-Ракушечной и Аксу-Кендерлинской зонами. Третья область охватывает районы площадей Кансу, Аксаксаульская, Биринджик и Дашкала. Горный Мангышлак, где породы этого комплекса выходят на поверхность, оконтуривается изолиниями с максимальными значениями плотности и скорости и соответственно минимальными пористости. Подобная же картина наблюдается и в районе Карабогазского свода.
И, наконец, была сделана попытка выяснить зависимость изменения физических свойств от геологического возраста пород (рис. 3). Возрастной диапазон изученных отложений около 200 млн. лет (от верхнемеловых до нижнетриасовых). Для исключения влияния литологического фактора и глубины залегания строились графики изменения физических свойств от геологического возраста пород для разных литологических типов на одинаковых глубинах. В общем случае на всех графиках с увеличением геологического возраста пород пористость отложений уменьшается, а плотность и скорость увеличиваются, однако характер изменения этих параметров в породах разного литологического состава неодинаков. Наиболее эффективно влияние геологического возраста сказывается на пористости, наименее - на плотности. Причем если для пористости оно с глубиной увеличивается, то для плотности и скорости уменьшается. В пределах рассматриваемого временного интервала на глубине 500 м общая пористость осадочных отложений уменьшается на 50 %, плотность увеличивается на 19 %, скорость – на 49%; на глубине 2000 м значения этих параметров соответственно равны 63,9 и 14 %. Наиболее подвержены влиянию геологического возраста песчано-алевролитовые породы, наименее - карбонатные. Общая пористость песчаников и алевролитов для изученного возрастного интервала уменьшается на 50%, а карбонатных пород не превышает 25 %, глинистые разности занимают промежуточное положение.
Выводы
1. Впервые для западной части Туранской плиты выполнен комплексный анализ пространственно-временных изменений основных физических параметров осадочных отложений (пористость, плотность, интервальная скорость и удельное электрическое сопротивление).
2. Установленный экспоненциальный характер изменения физических свойств с глубиной и полученные эмпирические зависимости могут быть использованы для прогнозирования значений физических параметров на больших глубинах, не изученных пока бурением.
3. Выяснено, что уплотнение осадочных пород разного литологического состава в рассматриваемом регионе неодинаково и изменяется с глубиной залегания. В нижней части разреза (отложения нижнего мела и юры) по характеру колебания пористости глинистых отложений выявлена область недостаточного их уплотнения. Это необходимо учитывать при решении вопросов, связанных с миграцией флюидов, аномально высокими давлениями и историей формирования месторождений.
4. Установлена зависимость горизонтальных изменений физических параметров от структурно-тектонических особенностей региона и литологической характеристики отложений.
5. Проведенный анализ позволил впервые для рассматриваемого региона выявить особенности изменения физических свойств пород от их геологического возраста.
|
Исследованная зависимость |
Общая пористость |
Сухая плотность |
Влажная плотность |
Интервальная скорость |
Удельное электросопротивление |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Общая зависимость |
48,33 |
0,557 |
2,80 |
1,45 |
0,449 |
2,80 |
1,91 |
0,413 |
6000 |
1720 |
0,301 |
0,64 |
0,792 |
|
Песчано-алевролитовые породы |
45,02 |
0,481 |
2,80 |
1,72 |
0,391 |
2,80 |
1,96 |
0,359 |
6000 |
1900 |
0,261 |
0,69 |
0,693 |
|
Глинистые породы |
28,19 |
0,427 |
2,80 |
1,85 |
0,354 |
2,80 |
2,13 |
0,332 |
6000 |
2900 |
0,222 |
1,40 |
0,602 |
|
Карбонатные породы |
15,24 |
0,320 |
2,80 |
2,16 |
0,351 |
2,80 |
2,31 |
0,362 |
6000 |
3770 |
0,161 |
0,98 |
0,455 |
%
, 
, 
Рис. 1. Графики изменения физических свойств осадочных пород западной части Туранской плиты с глубиной залегания.
Породы: 1 - песчано-алевролитовые, 2 - глинистые, 3 – карбонатные
Рис. 2. Схема распределения общей пористости отложений мела западной части Туранской плиты.
Изолинии пористости пород, %: 1 - апт-сеноманских, 2 - неокомских; 3 разведочные площади, для которых определены средневзвешенные значения общей пористости
Рис. 3. Графики зависимости физических свойств пород от геологического возраста.
а - общие зависимости; породы: б - песчано-алевролитовые, в - глинистые, г - карбонатные: глубина залегания, м: 1 - 0, 2 - 500, 3 - 1000, 4 - 2000