К оглавлению

УДК 550.845:551.73/761 (574.14)

Формирование гидрохимических и гидродинамических аномалий в доюрском комплексе Южного Мангышлака

В.В. ЛАРИЧЕВ (КазНИПИнефть)

Открытие и промышленное освоение нефтегазовых месторождений Южного Мангышлака, связанных с образованиями доюрского комплекса, позволило получить принципиально новые гидрогеологические данные о подземных водах Южно-Мангышлакского прогиба. Здесь на глубинах до 4500 м в отложениях триаса и палеозоя были вскрыты как хлоркальциевые (ХК) рассолы с минерализацией до 191,3 г/л (площади Каунды, Темирбаба), так и щелочные воды, минерализация которых составляет 1,1-83,4 г/л (Южный Жетыбай, Оймаша, Пионерская и др.). Существование ГОВ (глубинных опресненных вод) в нижних горизонтах Южно-Мангышлакского прогиба и взаимодействие их с водами регионального гидрохимического фона обусловливает образование в разрезе бассейна инверсионной гидрохимической зональности (рис. 1).

Зонам развития инверсионных вод (гидрохимическим аномалиям) соответствуют в плане гидродинамические аномалии, которые в связи с отсутствием данных по статическим уровням и невозможностью построения схемы распространения приведенных пластовых давлений оценивались нами по коэффициенту негидростатичности (Кнг), представляющему собой отношение пластового давления к нормальному гидростатическому. Сравнительный анализ материалов гидрохимических (минерализация вод) и гидродинамических (Кнг) исследований указывает на взаимосвязь, выражающуся экспоненциальной зависимостью (рис. 2). При этом непродуктивные структуры характеризуются повышенной минерализацией (более 45-50 г/л) и невысокими (до 1) значениями Кнг. Особенностью гидрохимических и гидродинамических аномалий является приуроченность к зонам максимальных газонасыщенных мощностей, что иллюстрируется на графике зависимости эффективной газонасыщенной мощности каверновых коллекторов пачки А Северо-Ракушечного газоконденсатного месторождения от Кнг (рис. 3).

Для доюрской толщи Южного Мангышлака характерны два гидрохимических типа разреза: нормальный и инверсионный. Структуры с нормальным разрезом выведены из глубокого бурения с отрицательным результатом (Темирбаба, Карадуан, Кудук, Каунды, Акпан, Шалабай). На площадях с инверсионным разрезом и гидродинамическими аномалиями установлена промышленная нефтегазоносность, т. е. проявляется четкая связь ГОВ с залежами УВ.

ГОВ характеризуются различными гидрохимическими типами вод от гидрокарбонатнонатриевых (ГКН) до хлоркальциевых. При этом воды ГКН типа имеют минерализацию от 1,1 до 22 г/л, при средних значениях 10-12 г/л; воды сульфатнонатриевого типа (СН) более минерализованы - 12-29 г/л. Для хлормагниевых (ХМ) и ХК вод пределы колебаний минерализации составляют 15-40 и 24-83 г/л и более. В пределах детально изученных структур (Южный Жетыбай, Северо-Ракушечное, Оймаша, Тасбулат) проявляется довольно четкая площадная зональность. Так в своде структур развиты наименее минерализованные воды ГНК или СН типа. По мере продвижения к крыльям и периклиналям минерализация вод возрастает, тип вод сначала становится ХМ, а - затем - ХК.

Касаясь вопроса о достоверности полученных данных, необходимо отметить следующее. В основу выполненных построений положено опробование скважин методом перфорации колонн. В качестве технологических вод на структурах Южного Мангышлака используется морская вода Каспия с минерализацией 13-15 г/л ХМ типа и воды альб-сеноманских отложений, минерализация которых изменяется от 10 до 17 г/л при СН, реже ХК типе. При таких условиях трудно ставить под сомнение результаты, полученные на площадях Южный Жетыбай, Северный Карагие, Тасбулат, Сарсенбай, Оймаша, Пионерская, где установлены воды ГКН и СН типов с минерализацией меньшей, чем технические и технологические воды, используемые при бурении и освоении скважин.

Переливающиеся притоки пластовых вод с дебитом до 199 м³/сут различных гидрохимических типов (ГКН, СН, ХМ) получены на месторождениях Южный Жетыбай (скв. 26, интервал 3582-3640 м), Пионерское (скв. 1, интервал 4612-4640 м), Каменистое (скв. 4, интервал 4012-4028 м) с минерализацией 5,9-26,2 г/л, явно отличающиеся от технологических вод, используемых при освоении скважин. Кроме того, отбор глубинных проб производился обычно непосредственно над интервалом прострела с притоками, превышающими 30 м/сут.

Приведенные выше данные показывают, что гидрохимическая инверсия в доюрском комплексе Южного Мангышлака имеет природное, а не техногенное происхождение.

Выше упоминалось о площадной зональности в распределении типов вод в изученных структурах. Аналогичная зональность проявляется и в распределении Кнг, максимальные значения которого фиксируются в своде, а минимальные - на крыльях и периклиналях. Помимо этого выравнивание гидродинамического фона (Кнг=1) сопровождается исчезновением емкости выщелачивания (рис. 3). В частности крыльевые скв. 16, 19, 31 Северо-Ракушечные вскрыли незатронутые выщелачиванием блоки пород с первичной пористостью, не превышающей 3 % [2]. Очевидно, что плановое совпадение гидрохимических и гидродинамических аномалий с зонами повышенных значений эффективных мощностей и залежами УВ позволяет высказать предположение о единстве процессов их формирования, контролируемых новейшей тектонической активизацией. Связь флюидальных аномалий с неотектогенезом четко прослеживается на рис. 4. Чем выше тектоническая активизация структуры (Оймаша, Северный Карагие, Пионерская), тем выше значения Кпр (1,27-1,34) и степень опреснения вод (ГКН тип). Снижение тектонической активизации (Ракушечномысская, Темирбаба) сопровождается уменьшением Кнг (1-0,95) и степени опреснения вод (ХК тип). Отклоняются от этой зависимости структуры, этаж нефтегазоносности которых охватывает как триасовую, так и юрскую толщи (Северо-Западный Жетыбай, Южный Жетыбай, Тасбулат), когда при относительно высокой активизации Кнг составляет 1-1,14.

Таким образом, новейшая тектоника - главная движущая сила формирования гидродинамических (а следовательно и гидрохимических) аномалий. В этой связи механизм формирования гидрогеологических аномалий представляется в следующем виде.

В результате новейшей активизации региона происходят дифференцированные блоковые подвижки фундамента, что способствует ослаблению зон разломов и установлению связи с глубокими горизонтами земной коры. Кроме того, вертикальная проводимость появляется и в зонах деформаций растяжений, проходящих через свод структуры [3]. По этим зонам происходит вертикальная миграция высокоподвижной флюидальной системы, внедряющейся в нижние горизонты осадочного бассейна, основными компонентами которой являются метан, углекислота, водород и вода [1]. Высокую подвижность системе обеспечивает малая вязкость, высокое газосодержание и давление внедрения. Достигая флюидоупоров в разрезе доюрского комплекса эта система попадает в жесткие условия - слабопроницаемые толщи с первичной пористостью не более 3 % и проницаемостью 0,1x10^-3 мкм² [3]. Значительное газосодержание приводит к адиабатическому расширению газа, мигрировавшего из одних термобарических условий в другие. Происходит возрастание пластовых давлений и при «постоянном» подтоке новых порций флюида значения пластовых давлений начинают превышать горное. Это происходит к формированию многочисленных трещин гидроразрыва. Естественно, что наиболее эффективно процессы протекают непосредственно на участках каналов внедрения в присводовых частях структуры. При удалении к крыльям и переклиналям их влияние постепенно ослабевает. При существующем фактическом материале трудно точно судить о природе процессов, вызывающих образование избыточного количества флюидов в тех этажах разреза, откуда они мигрируют в доюрский комплекс, образуя там аномальные давления. Ясно лишь, что это достаточно высокотемпературные процессы преобразования пород и генерации новых объемов флюидов. Рассмотрим, какие физико-химические преобразования происходят при этом в разрезе доюрского комплекса. По нашему мнению, восходящие флюиды, воздействуя по пути на вмещающие породы при участии углекислоты, растворяют натрийсодержащие силикаты и формируют ГКН тип. Примером может служить реакция кислых плагиоклазов (альбита) с водой под воздействием углекислоты, протекающая по схеме:

Таким образом, в доюрские образования внедряется флюидальная система ГКН типа, в то время как породы насыщаются ХК рассолами. В результате такого смешения (растворов хлористого кальция и бикарбоната натрия) неизбежно течение реакции

в результате которой из раствора удаляется кальций в виде труднорастворимых соединений (СаСО₃). Это приводит к сдвигу карбонатного равновесия, перераспределению ионных пар и, как следствие этого, формированию вод иного состава. Так, если содержание иона Са²⁺ в водах ХК типа составляет в среднем 20 %-экв, то в ГОВ рассматриваемого региона в водах ХМ типа уменьшается до 10, в СН типа - до 5, а в ГКН типа - до 2,5 %-экв, т. е. для ряда ГКН - СН - ХМ - ХК типов вод количество кальция описывается уравнением регрессии.

где a_п, a₀ - численные коэффициенты содержания кальция в одном из последующих и предыдущем типах вод.

Следовательно, вблизи каналов внедрения при значительных объемах флюида «рассоление» будет достигать максимума (при высокой неотектонической активизации), а при удалении к крыльям течение реакции (2) будет замедляться, в результате чего обратная метаморфизация завершится на СН или ХМ типах. Вне зон влияния восходящей флюидальной системы тип вод остается ХК, не отличаясь от типичных глубинных ХК рассолов, характерных для закрытых бассейнов (крыльевые скважины). Аналогичная картина наблюдается и в своде «пассивных» структур, неотектоническая активизация которых невысока (Каунды, Кудук, Карадуан, и др.), в недрах которых не встречены ГОВ, а также залежи УВ.

Восходящие углекислые флюиды оказывают значительное влияние на вторичное порообразование в условиях карбонатных коллекторов. Углекислый газ - весьма агрессивный компонент по отношению к карбонатным образованиям, доля которых в доюрском разрезе значительна [4]. Поэтому под воздействием углекислоты и воды карбонаты подвергаются выщелачиванию и активно протекают процессы кальцитизации и доломитизации. В частности

и наличие в кристаллической решетке карбонатов магния, как очень мелкого катиона, образующего энергетические постройки с минимумом свободной энергии, приводит к образованию доломитов.

На больших глубинах течение всех реакций, подчиняясь принципу Ла-Шателье, сопровождается повышением плотности конечного продукта. В наших условиях этот процесс представлен в виде перехода более «легких» карбонатов в «тяжелые» доломиты. Статистический анализ плотности карбонатов и доломитизированных известняков по залежи А Северо-Ракушечного месторождения (М.И. Коростышевский, 1982 г.) показал, что плотность известняков, незатронутых процессами доломитизации, колеблется в небольших пределах при среднем значении 2,68 г/см³, а доломитизированных известняков 2,78 г/см³. Нами проведен следующий расчет по залежи А Северо-Ракушечного месторождения. Объем такого пласта 2.85x10⁸ м³. Из объема 2,85x10⁸ м³ при первичной пористости незатронутых выщелачиванием блоков 3 %, на долю порового (первичного) пространства приходится 0,086x10⁸ м³ а 2,76x10⁸ м³ - скелета породы. В результате реакции доломитизации прирост объема пор составит 0,1x10⁸ м³, результирующий (суммарный) объем пор достигнет 0,186x10 м³, а вторичная пористость коллектора - 6,67 %. Сравним ее с фактической средневзвешенной по мощности пористостью по залежи А при следующих параметрах: мощность коллектора 21,13 м, вторичная пористость эффективной мощности (7,1 м) 13,8 %, первичная пористость 3 % при мощности 14,03 м. Тогда средняя пористость составит (13,8x7,1+14,03x3)/21,13=6,63 %.

Следовательно, восходящая миграция углекислых флюидов влечет за собой формирование не только гидрохимических и гидродинамических аномалий, но и вторичной пористости (см. рис. 3). Мигрирующие в восходящем потоке УВ заполняют вновь образованные каверны и поры, сохраняя вторичную пористость при литификации. 100 %-ное насыщение коллекторов пачки А водоуглеводородной смесью [2] и отсутствие притоков за зоной выщелачивания свидетельствует о новейшем времени идущего процесса, что подтверждается контрастной (Кпр до 1,24) гидродинамической аномалией.

Таким образом, корреляционные связи новейшей тектонической активизации с гидрогеологическими аномалиями, зонами развития вторичных коллекторов и нефтегазоносностью, позволяют установить единство данных процессов, интенсивность которых определяется неотектогенезом, и использовать эти аномалии в качестве региональных и локальных нефтегазопоисковых критериев. Все это поможет создать научно обоснованную методику поисков УВ в низкопроницаемых коллекторах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Корценштейн В.Н. К оценке глобальных ресурсов, растворенных газов подземной гидросферы // Докл. АН СССР.- 1977.- Т. 235,- № 2.- С. 448-449.

2. Тимурзиев А.И. Новейшая тектоника Песчаномысско-Ракушечной зоны // Советская геология.- 1986.-№ 6.-С. 64-71.

3. Тимурзиев А.И. Методика поисков и разведки залежей нефти и газа в низкопроницаемых коллекторах (на примере Южного Мангышлака) // Геология нефти и газа.- 1985.- № 1.- С. 9-16.

4. Чербянова Л.Ф., Попков В.И., Проняков В.А. Литологические особенности и коллекторские свойства триасового вулканогенно-карбонатного комплекса Южного Мангышлака // Геология нефти и газа.- 1984.- № 11.- С. 55- 59.

Рис. 1. Характер зависимости плотности  подземных вод от глубины залегания водоносных толщ:

1 - Оймаша, 2 - Южный Жетыбай, 3 - Северо-Ракушечное, 4 - Тасбулат, 5 - Западный Тасбулат, 6 - Жиланды,7 - Пионерская

Рис. 2. Кривые зависимости минерализации (М) подземных вод доюрского комплекса от коэффициента негидростатичности (Кнг)

Рис. 3. Корреляционный график зависимости эффективной нефтенасыщенной мощности m_эф пачки А Северо-Ракушечного месторождения от коэффициента негидростатичности Кнг

Рис. 4. Зависимости коэффициента негидростатичности (Кнг) от новейшей активизации (градиента скоростей тектонических среднемиоцен-четвертичных движений G)