К оглавлению	УДК 550.93:552.5
	© А. О. Огнев, 1991

Уплотнение осадочных пород и геологический возраст

А. О. ОГНЕВ (КазПТИ)

Г.В. Чилингар и X.X. Риеке, изучая факторы, определяющие уплотнение осадочных горных пород, среди прочих указывали и на геологический возраст [5]. Однако каких-либо количественных связей они не установили. Этот вопрос рассматривался и советскими исследователями. Так, О.А. Черников, изучая степень измененности песчано-алевролитовых пород Южного Мангышлака, установил различие в значениях коэффициента метаморфичности для песчаников юрского возраста (от нижней юры до батского яруса средней юры). Величина коэффициента метаморфичности увеличивается с возрастом от 0,3 до 0,9. Б.К. Прошляков для песчаников и глин неогена Прикаспийской впадины отметил различие величин коэффициента уплотнения  соответственно 0,7 и 0,75, а для триаса 0,9 и 0,93. Следует, однако, упомянуть, что в этом случае значительное влияние на степень уплотнения, а, следовательно, и на величину  оказывает глубина залегания пород.

В 1982 г. Л.А. Буряковскому, Р.Д. Джеванширу и И.С. Джафарову удалось выявить количественную связь между коэффициентом необратимого уплотнения  глинистых отложений и геологическим возрастом и, используя данные Дж. Уэллера, Б.К. Прошлякова, В.М. Добрынина и Н.Б. Вассоевича, установить эмпирическую зависимость вида: , где Т – геологический возраст пород в млн. лет.

Исследования, проведенные нами для условий Южного Мангышлака и Устюрта, показали, что характер изменения величины  от Т отличается от ранее известных [5]. Причем отмечаются следующие закономерности. Значение  с увеличением возраста песчаников и алевролитов, а также карбонатов вначале растет, а затем уменьшается. Для глинистых отложений характерны значительный разброс и приблизительно одинаковый уровень значений. Для выяснения общей зависимости от геологического возраста и состава пород нами рассмотрены данные разных авторов по различным геологическим регионам планеты (таблица). Анализировались изменения общей пористости с глубиной залегания песчаников, алевролитов, глин, аргиллитов и карбонатов в интервале от неогена до венда, для каждого из которых рассчитывались значения.

Графики зависимости  приведены на рис. 1. Анализ их позволяет сделать следующие выводы.

1. Зависимостьосадочных пород от из геологического возраста носит сложный и неоднозначный (для разных литотипов пород) характер.

2. Установленные зависимости для песчано-алевролитовых и карбонатных пород имеют сходный характер. Отложения неогенового возраста обладают относительно небольшой способностью к уплотнению и достаточно стабильными значениями . Затем величина коэффициента возрастает и на границе палеогена и мела достигает своего максимума 30*10^-3 l/MIIa. Далее с возрастом способность песчано-алевролитовых и карбонатных пород к уплотнению снижается и в отложениях девона и ордовика составляет (10-15)*10^-3 1/МПа, Средний разброс значений  относительно осредняющей кривой не превышает (5-7)*10^-3 1/МПа.

3. Для глинистых пород отмечается иная зависимость. В целом в изученном стратиграфическом интервале (от 5 до 650 млн. лет) с увеличением геологического возраста фиксируется постоянное повышение значений коэффициента  от (10-30) 10^-3 до (30-60)*10^-3 1/МПа. Наибольший градиент отмечается для палеогеновых и меловых отложений. Более древние по возрасту глинистые образования продолжают сохранять повышенную способность к уплотнению -(40-45)*10^-3 1/МПа. Разброс значенийотносительно осредняющей кривой не превышает (10-15)*10^-3 1/МПа.

Графики зависимости  от геологического возраста для пород разного литологического состава были сопоставлены с распределением разведанных промышленных запасов нефти и газа на Земле (по данным [2]). Общий ход кривой, осредняющей график запасов (рис. 2), хорошо согласуется с зависимостями  для песчано-алевролитовых и карбонатных отложений. Максимуму мировых запасов нефти и газа отвечают максимальные значения коэффициента  (для Т » 100 млн. лет), и соответственно уменьшение его значений для древних и более молодых отложений коррелируется со значительным сокращением этих запасов.

Попробуем проанализировать полученную информацию. Прежде всего, следует отметить косвенный характер выявленных зависимостей изменения  с геологическим возрастом и распределением запасов нефти и газа. Определяются они, вероятно, комплексом различного рода геологических и геофизических факторов и представляют собой интегральный эффект их воздействия на породу. Среди этих факторов можно выделить: 1) уменьшение коэффициента пористости осадочных горных пород с увеличением их возраста как следствие воздействия различного рода эпигенетических процессов; 2) различие в интенсивности воздействия теплового поля на породу. Была отмечена [1], а нами для условий Южного Мангышлака подтверждена [3] зависимость  песчаников от величины геотермического градиента, согласно которой молодые осадки в бассейнах с интенсивным температурным полем могут иметь значения  в 2-3 раза выше, чем в древних породах, характерных для более древних осадочных бассейнов; 3) изменение минерального состава глинистых пород в зависимости от геологического возраста [4] также как следствие эпигенетических процессов. Более древние по возрасту глинистые, породы обогащаются иллитом (20-80 %), при этом содержание монтмориллонита и каолинита значительно падает, соответственно от 60 до 7-4 % и от 20 до 4-5. Ход кривых изменения процентного содержания этих основных глинистых минералов с возрастом хорошо согласуется с кривой  для глинистых пород. Сохранение повышенной способности к уплотнению глин и аргиллитов с увеличением, возраста объясняется, по-видимому, как изменением процентного содержания глинистых минералов, так и различием в прочности и жесткости их кристаллических решеток.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Добрынин В.М. Деформации и изменения физических свойств коллекторов нефти и газа.- М.: Недра.- 1970.

2. Максимов С.П., Кунин Н.Я., Сардонников Н.М. Цикличность геологических процессов и проблема нефтегазоносности.- М.: Недра,- 1977.

3. Огнев А.О. Необратимые уплотнения осадочных горных пород западной части Туранской плиты.- Сер. Нефтегазовая геология, геофизика и бурение.- М.: ВНИИОЭНГ.- 1985.- Вып. 5 - С. 17-20.

4. Петтиджон Ф.Дж. Осадочные породы /Пер. с англ.- М.: Недра, 1981.

5. Chilingarian G.V. Rieke Н.Н. Alnormal Formation Pressurs-Implikations to Explorations Drilling and Rrodaction of Oil and Gas Resources/Elsvier. Chapter 11,- Amsterdam.- 1976.

Abstract

Dependences of factors of the irreversible compaction of sedimentary rocks of diverse lithologic composition on goo- logic age are clarified on the basis of generalization of extensive data for various geological regions. An integrated lithophysical parameter is proposed to characterize sedimentary rock compaction. The efficiency of its use can be observed in an example of the South Mangyshlak. A correlation is made between the revealed dependences of the irreversible compaction factor and the integrated lithophysical parameter on the geologic age of rocks and the distribution of oil and gas reserves according to stratigraphic intervals.

Таблица Значения коэффициента необратимого уплотнения осадочных горных пород разных литологического состава и геологического возраста

Стратиграфический интервал	Геологический возраст, млн. лет	Регион, район	Значение коэффициента , 10^-3 1/МПа	Автор, по данным которого рассчитано значение
Песчаники, алевролиты
Плиоцен	5	Калифорния	20	Дж. Максвелл
Миоцен	17	Луизиана, Техас	18,4	»
Олигоцен	31	Луизиана	24,3	»
»	31	Техас	27,4	»
Апт-сеноман	115	Южный Мангышлак	26	А. О. Огнев
Неоком	133	То же	22	»
Мел	104	Прикаспийская впадина	24	»
Оксфорд-титон	151	Южный Мангышлак	21	»
Байос-келловей	168	То же	29,5	»
Аален	178	Южный Мангышлак	28,5	А. О. Огнев
Нижняя юра	190	То же	30
Юра-нижний мел	156	Центральное и Восточное Предкавказье	25,4	Б. К. Прошляков
То же	156	Аралсор	16,4	В. М. Добрынин
Юра	170	Прикаспийская впадина	30	А. О. Огнев
Триас (средний и верхний)	213	Южный Мангышлак	28	»
Триас	218	Прикаспийская впадина	19	»
Пермь-нижний триас	245	Южный Мангышлак	26	»
Верхняя пермь	250	Прикаспийская впадина	177	»
Карбон	331	Техас, Оклахома	15,6	Дж. Максвелл
Девон	398	Междуречье Урал-Волга	23,6	П. А. Карпов
»	398	То же	16,5	Н. Н. Павлова
Ордовик	499	Нью-Мексико, Техас, Оклахома, Канзас	15,2	Дж. Максвелл
Глины, аргиллиты
Плиоцен	5	Апшеронский полуостров	30	Л.А. Буряковский
*		Бакинский архипелаг:		А. Дурмишьян
	5	северная часть	27,1
»	5	южная часть	19,3	»
»	5	Индийский океан (скв. 222 Гломер Челенджер)	10,7	В. Я. Троцюк
Неоген	13,5	Западная Кубань	33	Б. А. Лебедев
Олигоцен-миоцен	23	Кавказ, Предкавказье	33,6	Н. Б. Вассоевич
Неоген-палеоген	33	Венесуэла	37	Г. Хедберг
То же	33	Предкавказье	38	О.А. Черников
	33	»	43,5	Ю. В. Мухин
Верхний мел	90	Западная Сибирь	43,5	Б. А. Лебедев
Мел	104	Прикаспийская впадина	33,6	А. О. Огнев
Апт-сеноман	115	Южный Мангышлак	40	»
Нижний мел	127	Западная Сибирь	40	3. А. Лебедев
Неохом	133	Южный Мангышлак	47	А. О. Огнев
Юра-мел	134	Арал-сор	42,5	В. М. Добрынин
Оксфорд-титон	151	Южный Мангышлак	28	А. О. Огнев
Байос-келловей	168	То же	29	»
Юра	170	Прикаспийская впадина	40,7	»
Аален	178	Южный Мангышлак	47	*
Средняя- нижняя юра	182	Западная Сибирь	60	Б. А. Лебедев
Нижняя юра	190	Южный Мангышлак	27	А. О. Огнев
Верхний триас	208	То же	41	»
Триас	218	Прикаспийская впадина	21,5	*
»	218	Северный Прикаспий	43	Б. А. Лебедев
Средний триас	221	Южный Мангышлак	35	А.О. Огнев
Пермь-нижний триас	245	То же	31	»
Верхняя пермь	250	Тимано-Печорская НГП	45	Б. А. Лебедев
То же	250	Прикаспийская впадина	25	А. О. Огнев
Карбон	331	Тимано-Печорская НГП	43	Б. А. Лебедев
Девон	398	Волго-Уральская НГП	40	Л.А. Буряковский
»	398	Тимано-Печорская НГП	45	Б. А. Лебедев
»	398	Волгоградская обл.	45	П. А. Карпов
Венд	650	Восточная Сибирь	43	Б. А. Лебедев
Карбонаты
Верхний мел-палеоген	69	Тихий океан (скв. 167 Гломер Челенджер)	17,8	В. Я Троцюк
Верхний мел	90	Скифская плита	30	Б. К. Прошляков
То же	90	Западно-Кубанский прогиб	20	»
Апт-сеноман	115	Южный Мангышлак	32	А. О. Огнев
Оксфорд-титон	151	То же	28	»
Средний триас	225	»	16	*
Пермь-нижний триас	245	»	9,2	»
Карбон	331	Прикаспийская впадина	7	К.И. Багринцева
*	331	Южная Альберта	15	А. Норрис, Дж. Бейли
Девон	398	Центральная Альберта	10,7	То же

Рис. 1. Обобщенные зависимости изменения коэффициента необратимого уплотнения осадочных пород от геологического возраста:

1 - глины и аргиллиты, 2 - песчаники и алевролиты, 3 - карбонаты

Рис. 2. Сопоставление зависимостей изменениякарбонатных и песчано-алевролитовых пород и мировых запасов нефти и газа от геологического возраста.

Кривые: 1 - значений коэффициента необратимого уплотнения для песчано-алевролитовых пород, 2 - значений коэффициента необратимого уплотнения для карбонатных пород, 3 - мировых запасов нефти и газа, 4 усредненная кривая мировых запасов нефти и газа