К оглавлению журнала

 

УДК 552.578.061.4

К.Г. ГРИГОРЧУК (ИГГИ АН УССР)

Эволюция коллекторских свойств пород в литогенезе

(На примере турнейских отложений ДДВ.)

Для повышения эффективности научного прогноза нефтегазоносности необходимо изучить основные этапы эволюции коллекторских свойств пород и соотношение их с наиболее вероятным временем генерации УВ и формирования их залежей. Это положение не всегда учитывается. Обычно по результатам определения параметров коллекторов составляют соответствующие карты, на основе которых прогнозируют перспективы нефтегазоносности тех или иных отложений. Однако нефтегазоносные толщи, которые достигли градаций мезокатагенеза МК3 – МК5, по-видимому, ГЗН уже прошли, и залежи УВ, заключенные в них, должны иметь более древний возраст. В этом случае знание современных параметров коллекторов, вероятно, принесет мало пользы при оценке перспектив нефтегазоносности. Поэтому целесообразнее применять историко-генетический подход, который широко используется в нефтегазовой геологии, в частности, кроме исследований современного структурного плана региона обязательно проводятся палеотектонические реконструкции. Эволюцию же коллекторских свойств пород пока можно выяснить далеко не всегда, что, прежде всего, связано с отсутствием надежных реперов для определения геологического времени протекания того или иного процесса. Предлагаемый вариант реконструкции основных этапов эволюции коллекторских свойств исследуемых пород в центральной части ДДВ, несомненно, не лишен недостатков, обусловленных некоторыми допущениями.

Турнейские отложения ДДВ наиболее перспективны в нефтегазоносном отношении. В осевой зоне впадины они представлены карбонатно-глинистыми породами, сменяющимися в направлении краевых зон карбонатно-песчаными либо карбонатно-глинисто-песчаными (коллекторы). При изучении степени их катагенеза и палеотемператур использовался метод определения показателя отражения витринита углистых включений. По мнению ряда исследователей [1, 2], максимальный прогрев нижнекаменноугольных отложений (визейский, серпуховский ярусы) отмечался в ранней перми. Установленная прямая зависимость максимальных палеотемператур от современной глубины залегания, а также связь степени региональных катагенетических изменений пород с современными пластовыми температурами [3] позволили говорить о раннепермском максимальном прогреве и турнейских отложений региона. В это время палеотемпературы и степень катагенеза пород возрастали в направлении осевой зоны впадины от 120 (МК1 – МК2) до 250 °С (МК5) и с северо-запада на юго-восток от 180 (МК3) до 250 °С (MK5). По этим данным по методике Б.А. Соколова, Е.П. Ларченкова (1982 г.) была построена так называемая модель прогрева (нарастания мощностей). Установлено, что турнейские отложения, развитые в Лютеньской впадине (скв. 475 Глинско-Розбышевская), находились в температурных условиях ГЗН с позднего визе до позднего карбона (рис. 1). В пределах же Солоховской впадины (скв. 49 Солоховская) генерирующие толщи прошли ГЗН (60–150 °С) быстрее (уже к среднему карбону). Соответственно их нефтегенерационный потенциал был реализован, вероятно, в меньшей степени, чем в северо-западной части территории. В результате, когда эти отложения попали в зону газообразования (средний карбон–пермь), они могли сохранить еще значительные генерирующие возможности. Заключение о палеозойском времени формирования залежей УВ хорошо согласуется с результатами исследований [4]. Более точное определение временного интервала генерации УВ, естественно, требует выяснения хотя бы ориентировочно основных этапов эволюции во времени коллекторских свойств пород.

Влияние условий седиментации на катагенез отложений [3] обусловило два типа эволюции коллекторов. Первый присущ континентальным литофациям, второй – морским. В континентальных образованиях первично высокоемкие коллекторы представлены средне-крупнозернистыми кварцевыми песчаниками русловых фаций. Наиболее ранним процессом катагенеза в них была каолинитизация глинистого цемента, связанная с предвизейским перерывом в седиментации. Пребывание в это время пород в зоне регрессивного катагенеза способствовало активному промыванию их инфильтрационными водами, что благоприятствовало образованию каолинита. Поэтому первичный аллотигенный глинистый цемент сохранился лишь фрагментарно. Процессы расцементирования более активно протекали в средне-крупнозернистых русловых песчаниках, где могли свободно циркулировать инфильтрационные воды. Это привело к тому, что исходные емкие породы-коллекторы улучшили свои свойства.

Процессы разуплотнения в изученных песчаниках визуально проявились в неравномерном распределении в породе различных типов межзерновых контактов. Наблюдается чередование участков с плотным конформным сочленением зерен и с преобладанием точечных и линейных контактов. При этом нередко встречаются крупные поры, заполненные каолинитом. Например, в песчаниках скв 2, 3, 5, 7, 10 Тимофеевских, 9, 14, 21 Куличихинских, 450 Мартыновской и других при среднепсаммитовой структуре пород преобладающий размер пор с каолинитом составляет 0,2–0.4, а иногда 0,5– 0,7 мм.

Возникновение вторичной пористости часто обусловлено тем, что при каолинитизации большинства алюмосиликатов, как известно, выносится около половины исходных химических компонентов, в том числе и кремнезем. Последний может частично осаждаться на месте. Такое раннее окварцевание способствует формированию прочного каркаса песчаников, устойчивого к процессам геостатического уплотнения (В.А. Ханин, 1979 г.). В целом изученные породы можно рассматривать как коллекторы, состоящие из спаянных блоков обломочных зерен, чередующихся с разуплотненными участками.

Процессы позднекатагенетического окварцевания и карбонатизации, снижающие коллекторские свойства пород, проявились в континентальных образованиях фрагментарно и поэтому их отрицательное влияние было несущественным. Кварц-каолинитовый состав песчаников благоприятствует их устойчивости к гравитационному уплотнению. Это подтверждается незначительным изменением емкостных параметров песчаников с увеличением глубины их залегания: 12–23, 10–22 и 10–26 % соответственно на глубинах 3400–3500, 4200–4300 и 4700–4800 м.

Таким образом, вторичная пористость в песчаниках континентальных литофаций возникла к началу визе и связана с разуплотнением пород во время перерыва в седиментации (в регрессивном катагенезе). Следовательно, анализ особенностей современного строения пустотного пространства коллекторов дает возможность в определенной степени судить об основных чертах их первоначальной структуры. При микроскопическом изучении песчаников, насыщенных бакелитом, выявлено присутствие большого количества открытых и полуоткрытых пор (до 5–7 %), связанных с неполнопоровым характером каолинитового цемента. Форма пустот в большинстве случаев угловатая, щелевидная. Их размеры варьируют в широких пределах: от 0,06X0,06 до 0,2x0,6 мм. Преобладают поры сечением около 0,1 – 0,15 мм. Наряду с ними часто отмечаются тонкие околозерновые каналы диаметром 0,002–0,004 мм, а в мелкозернистых песчаниках – кулисообразно расположенные открытые трещинки длиной 1–4 мм, шириной 0,01 мм, а в раздувах до 0,05 мм. Часть пустотного пространства связана с межпакетной пористостью в каолинитовом цементе. Ширина межпакетных пустот составляет 0,005–0,007 мм, в наиболее крупнопакетном каолините достигает 0,01 мм. Широкое развитие в песчаниках континентальных литофаций диккитизации каолинита, по-видимому, привело к некоторому сокращению межпакетной пористости за счет выполнения части межпакетных пустот кварцем.

История развития пород-коллекторов в литофациях морского ряда богата такими разнообразными процессами, как интенсивное проявление в песчаниках аутигенного минералогенеза (в основном окварцевание и карбонатизация). Песчаники морских литофаций в северной краевой зоне формировались вблизи береговой линии [3], т. е. в условиях довольно высокой гидродинамической активности (бар, пляж), что должно было предопределить в целом хорошие первичные ФЕС.

Регрессивный катагенез (предвизейское время) в морских отложениях проявился иначе, чем в континентальных. Поскольку морские литофаций тяготеют к конседиментационным впадинам, они подверглись более слабому воздействию инфильтрационных вод. Это отразилось на ослаблении процесса каолинитизации глинистого цемента. В то же время инфильтрационные воды в более глубоких горизонтах, смешиваясь с погребенными морскими, должны были вызывать выпадение карбонатов кальция и магния (А.А. Махнач, 1982 г.). По-видимому, в это время в верхних турнейских горизонтах происходили процессы некоторого разуплотнения пород, а в низах разреза преобладали процессы карбонатообразования. Это обусловило и вертикальную дифференциацию коллекторских свойств. Причем мощности зон разуплотнения и цементации определялись гипсометрическим положением разреза в палеорельефе пред- и ранневизейского времени.

При рассмотрении последующей истории коллекторов морских литофаций необходимо коснуться вопроса о так называемой зоне оптимальных коллекторов (ОК). Появление ее связывается с интервалом разреза, где возникает вторичная пористость за счет растворения карбонатного цемента [5]. С учетом палеогеотермического градиента каменноугольного времени (около 5°/100 м) зона ОК должна была располагаться на глубине 1,2–1,5 км. Турнейские природные резервуары в этой зоне находились в среднем карбоне (рис. 2).

По мере дальнейшего погружения пород-коллекторов вплоть до ранней перми в них интенсивно формировался аутигенный кварц (Время образования катагенетического кварца и доломита определялось с помощью хроноката-генетических диаграмм (см. рис. 2) по палеотемпературам образования (гомогенизации газовожидких включений минералов.). В морских литофациях он развит шире и является более высокотемпературным, по сравнению с континентальными отложениями (температура гомогенизации газово-жидких включений соответственно 130–200 и 170–260 °С). В предпозднепермское время, когда были зафиксированы инверсионные движения, за счет смешения вод различного типа начал интенсивно формироваться аутигенный доломит. Температура образования (гомогенизации включений) его и в континентальных, и в морских литофациях составляет 150–190 °С. Эти минералы в ряде случаев полностью запечатали поры в некогда высокоемких коллекторах, что уменьшило открытую пористость песчаников до 2–4 %, а проницаемость до (0,01 – 0,1)·10-3 мкм2.

Примечательно, что аутигенный кварц и доломит внутри залежей УВ развиты намного слабее, чем за их пределами (Тимофеевская, Куличихинская, Краснозаярская площади). Это свидетельствует о том, что УВ поступили в породы до начала массового развития кварца и карбоната, т. е. в конце раннего и среднем карбоне. А интенсивное проявление аутигенного минералогенеза вне залежей УВ, вызывающее существенное снижение ФЕС пород, позволяет допускать возможность катагенетического запечатывания залежей УВ.

В мезозое – кайнозое столь масштабных процессов минералообразования в породах морских литофаций не происходило. Гравитационное уплотнение слабо сказалось на коллекторских свойствах пород (пористость на глубинах 3,6–3,7, 4,1–4,2 и 4,7–4,8 км соответственно составляет 5–16, 5–12 и 3-16%).

В настоящее время в природных коллекторах сохранились открытые поры, однако, их содержание значительно ниже, чем в породах континентальных литофаций. Размеры пор не превышают 0,05 мм. Форма их, как правило, изометрическая, угловатая, реже щелевидная. Отмечаются околозерновые каналы диаметром 0,007–0,01 мм. В каолинитовом цементе наблюдаются мелкие (около 0,005 мм) межпакетные пустоты.

В связи со снижением в послепермское время общей геотермической напряженности зона ОК должна была погрузиться до глубины 2–2,5 км [5], однако турнейских отложений она уже не затронула. В условиях низких температурных градиентов предполагается [5] существование второй зоны ОК на глубине 4–6 км. В песчаниках северной краевой зоны ДДВ отсутствуют следы растворения карбонатного цемента.

В турнейских же отложениях, вскрытых в южной краевой зоне впадины (скв. 111, 112, 114 Сорочинские, 1,2 Яреськовские), отмечаются процессы декарбонатизации. В песчаниках наблюдалась кавернозность карбонатного цемента. Каверны мелкие, сливаются друг с другом и образуют кавериовые зоны. В результате растворения карбоната формируются еще и околозерновые пустоты, создающие систему эффективной пористости. В известняках отмечаются каверны раскрытостью 0,06X0,08 мм (скв. 112 Сорочипская), достигающие 0,6X0,8 мм в скв. 2 Яреськовской. Это свидетельствует о существенных различиях литогенеза и соответственно основных этапов эволюции коллекторских свойств турнейских пород южной и северной краевых зон ДДВ. Во многом это связано с тем, что турнейская седиментация в районе Сорочинской площади характеризовалась устойчивым морским режимом и тиховодными условиями (К.Г. Григорчук, А.А. Муромцева, 1987 г.). Это определило низкие значения исходных коллекторских параметров пород, подавление процесса каолинитизации, т. е. здесь отсутствует предвизейский этап разуплотнения коллекторов. В центральной части южной краевой зоны ДДВ реален лишь процесс формирования зоны ОК в предпозднепермское время. Следы растворения карбонатных минералов, кавернозность пород, по-видимому, являются подтверждением этого.

Таким образом, в песчаниках континентальных литофаций северной краевой зоны ДДВ вторичная пористость возникла в регрессивном катагенезе (предвизейский перерыв в седиментации) и практически в неизменном виде сохранилась до настоящего времени.

В песчаниках морских литофаций могли существовать три основных этапа в развитии природных коллекторов. Первый связан с предвизейским перерывом в седиментации. Он обусловил в целом улучшение коллекторских показателей в верхних горизонтах разреза и ухудшение в нижних. На втором этапе в среднем карбоне турнейские отложения должны были находиться в зоне ОК. На третьем этапе (средний карбон – ранняя пермь) коллекторские показатели по род значительно ухудшились вследствие цементации песчаников аутигенным кварцем и доломитом. Вероятно, в среднекамениоугольное время песчаники морских литофаций обладали более высокими коллекторскими свойствами, чем современные(V класс коллекторов, по А.А. Ханину). Поскольку большая часть кремнистого и карбонатного вещества была привнесена в песчаники, а содержание кварцевого и доломитового цемента в них соответственно составляет 3–8 и 0–20 %, можно допускать существование в среднекаменноугольное время в этих литофациях пород-коллекторов I–III классов (по А.А. Ханину).

Характер развития аутигенных минералов внутри залежей УВ и за их пределами, моделирование прогрева турнейских пород показали, что залежи УВ начали формироваться в раннем – среднем карбоне. Это близко ко времени прохождения турнейскими отложениями так называемой зоны ОК, что является важным критерием высокой перспективности изученной территории.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Богомолов Г.В., Панов В.В., Богомолов Ю.Г. О палеотемпературных условиях формирования Припятско-Донецкого авлакогена // В кн.: Геотермометры и палеотемпературные градиенты.–М.– 1981.–С. 42–49.
  2. Гречишников Н.Г. Прогноз нефтегазоносности глубоких горизонтов Днепровско-Донецкой впадины // Изв. вузов. Сер. геол. и разв.– 1977.– С. 82–87.
  3. Григорчук К.Г. Литогенез турнейских нефтегазоносных отложений центральной части северной краевой зоны Днепровско-Донецкой впадины // Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. геол.-минер, наук.– Львов.– 1986 (ИГГГ АН УССР).
  4. Нефтегазоносность глубокопогруженных комплексов осадочных пород Днепровско-Донецкой впадины / П.Ф. Шпак, О.В. Демьянчук, Л.В. Курилюк и др.– Киев: 1984.– (Препринт ИГН АН УССР: 84–13).
  5. Особенности литогенеза нефтегазоносных толщ в разных условиях / Н.А. Еременко, И.Д. Зхус, М.В. Корж и др. // В кн.: Литология на новом этапе геологических знаний.– М.– 1981.–С. 91 – 104.

Рис. 1. Модели прогрева турнейских отложений в скв. 475 Глинско-Розбышевской (а) и скв. 49 Солоховской (б):

1 – палеотемпературное несогласие; 2 – изотермы, °С; 3 –органическая кривая; время пребывания отложений: 4 – в ГЗН, 5 – в ГЗГ

Рис. 2. Хронокатагенетическая диаграмма турнейских отложений (скв. 2 Коржевская).

Главные процессы минералообразования: 1 – каолинитизация, 2 – кварцеобразование, 3 – доломитообразование; остальные усл. обозн. см. на рис. 1.