К оглавлению	УДК 551.593.7:551.762.3
	© Т. А. Федорова, E. M. Дзюбенко, 1991

О природе аномалий собственной поляризации в баженовской свите

Т.А. ФЕДОРОВА, Е.М. ДЗЮБЕНКО (МИНГ)

Несмотря на изученность отложений баженовской свиты различными физическими методами, включая комплекс ГИС, многое в свойствах этих пород остается неясным. В частности, это касается природы аномалий кривой собственной поляризации (СП), отчетливо проявляющейся в скважинах

Салымской и других площадей. Ф.Г. Гурари в 1982 г., проводя обобщение петрофизических свойств пород баженовской свиты, обнаружил, что в ряде скважин, преимущественно высокодебитных, на кривой СП, соответствующей баженовскому горизонту, существуют отрицательные аномалии интенсивностью до 100 мВ. Принять их за безусловный признак выделения нефтенасыщенных зон в баженовской свите мешает отсутствие аномалий в скважинах, давших высокие притоки, например, скв. 37 и 102 Салымской и 10 Верхнесалымской площадей.

Однако, несмотря на неясность происхождения этих аномалий, их используют для определения мощности коллектора в баженовской свите (В.М. Добрынин, 1979 г.), полагая, что таковыми являются зоны повышенной трещиноватости, но и их происхождение не вполне ясно. Большинство исследователей считают, что зоны трещиноватости образуются в тонкослоистых разностях пород в результате генерации УВ и возникающего вследствие этого флюидоразрыва [1-3]. Имеются представления, что происхождение трещиноватости следует считать тектоническим (Сонич В.П., Судат Л.Г., 1972 г.).

Тонкослоистые трещиноватые разности, которые, по мнению большинства исследователей, являются коллектором, недостаточно изучены прямыми лабораторными методами. Объясняется это тем, что из нефтенасыщенных горизонтов вместо керна часто выносится порошкообразная глинистая масса или же поднимается сильно трещиноватый керн, который разрушается при попытке изготовления шлифов или цилиндров. Кроме того, иногда порода даже без видимой трещиноватости через несколько месяцев хранения расслаивается с образованием выцветов белого и зеленого цвета, состав которых до сих пор оставался не изученным. Подобное разрушение керна объясняли плохими условиями хранения. Однако специально проведенные опыты по длительному замачиванию и высушиванию хорошо сохранившихся образцов не привели не только к разрушению, но и к каким-либо видимым внешним изменениям.

Изучение трещиноватых разностей глинистых пород возможно с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ), позволяющего изучать образцы размером от 0,5 мм до 5 см, ненарушенного сложения и произвольной формы. Использование РЭМ в комплексе с микрозондом дает возможность проводить локальный химический анализ минеральных выделений размером более 5 мкм. Подобный комплексный анализ природных рыхлых с выцветшими участками солей тонкослоистых образцов керна пород баженовской (площадь Июльская, скв. 215, интервал 2980-2985 м) и тутлеймской свит (площади Даниловская, скв. 1022, (1736-1740 м) и Южно-Тетеревская, скв. 908р, (1557-1563 м) с применением РЭМ ISM-50A и микрозонда Superproba-733 выявил в этих породах целый комплекс сульфатных минералов: железный купорос - FeSO₄•7Н₂О,- железоалюминиевые квасцы - (Fe, Au) SO₄•nH₂0, гипс - Ca₂SO₄•2Н₂0, мирабилит - N₂SO₄•10Н₂O.

Железный купорос, представленный рыхлыми массами или кристаллами размером 20-40 мкм (рисунок), диагностируется по характерному элементному составу: Fe, S. Железоалюминиевые квасцы - это характерные волосовидные кристаллы (см. рис. 1 б), уверенно идентифицируемые по элементному составу: Al, Fe, S и морфологии минеральных выделений. Гипс определяется по характерной волокнистой форме кристаллов (см. рис. 1 в) и элементному составу: Са, S. Реже встречаются «розочки» мирабилита (см. рис. 1 г), элементный состав которых: Na, S. Содержание кислорода анализом не учитывается.

Подобная сульфатная минерализация совершенно не характерна для глинистых пород нормального морского генезиса, находящихся на стадии катагенеза, и может объясняться только вторичным минералообразованием под воздействием эндогенных высокотемпературных вод, насыщенных ионом . Такие термы сульфатного состава широко распространены в природе и в зависимости от температуры дают сульфатную (200-300 °С) или сульфидную минерализацию (80 -100 °С) [5]. Следовательно, рыхлые трещиноватые, насыщенные сульфатами глинистые породы, являющиеся коллектором в баженовской свите, образуются в результате гидротермальной проработки. Это имеет важное значение для поиска УВ, так как позволяет прогнозировать разуплотнение породы в узких приразломных зонах в радиусе, не превышающем 0,5-1 км от проекции разлома на поверхность.

В рассматриваемом вопросе прежде всего важно то, что обнаруженные сульфатные минералы, за исключением гипса, являются легкорастворимыми солями, причем растворение железного купороса и железоалюминиевых квасцов (как и всяких солей сильных кислот и слабых оснований) дает кислую реакцию раствора.

Определение общей засоленности и рН водных вытяжек исследуемых образцов показало, что при общем количестве водорастворимых солей до 8,5-9,8 % значения рН солевого раствора составляют 2,8-3,5. Это не характерно для пород баженовской свиты массивного сложения. Контрольные определения засоленности нескольких десятков образцов плотного («хорошо хранящегося») керна из скв. 7 площади Грибной, скв. 105 площади Ягунской, скв. 1174 площади Южный Балык, скв. 172 площади Восточный Сургут показали, что в этих породах количество солей не превышает 0,2-0,3 %, а рН водных вытяжек составляет 7,5-8,5, что вполне соответствует глинистым породам на стадии катагенеза [4]. Следовательно, сульфатными минералами обогащены только резко разуплотненные разности баженовских пород. Логично предположить, что при разбуривании глинистых пород, содержащих повышенное количество сульфатных солей, происходит их растворение фильтратом бурового раствора, что резко снижает рН системы скважина - пласт.

Насыщение раствора иономи снижение рН системы определенным образом влияют на характер и поведение потенциалов СП в скважине (Вендельштейн Б.Ю., 1976 г.). Для его уточнения были проведены модельные исследования на образцах аргиллитов баженовской свиты. Во время опытов использовалась стандартная методика определения электрохимической активности пород в атмосферных условиях, а в качестве объекта исследования были взяты образцы керна из скв. 4 Умсейской, интервал 3181-3284 м (образец 1) и скв. 215 Июльской, 2970-2980 м (образец 2).

Образцы насыщались раствором NaCl концентрацией 15 г/л. Изменение рН от 5,6 до 2,5 достигалось добавлением H₂SO₄. Одновременно увеличивалось содержание в растворе соли Na₂SO4 (от 10 до 40 %).

Известно, что появление солей серной кислоты, во-первых, значительно меняет коэффициент диффузионной ЭДС (так, например, к_д NaCI= -11,6 мВ, Кд Na₂SO₄=+5 мВ); во-вторых, снижает предельное значение диффузионно-адсорбционной ЭДС (так, например, E_да^пр = NaCl=58 lg S₂/S₁; E_да^пр FeSO₄=29*lgS₂/S₁. Таким образом, следует ожидать снижения диффузионно-адсорбционной активности (А_да).

Эксперимент показал, что значение А_да закономерно уменьшается от 32,8 до 24,8 мВ (образец 1) и от 41,5 до 29,9 мВ (образец 2) при последовательной смене растворов, т. е. снижение А_да составило 2 и 29 % соответственно. В случае присутствия в растворе двухвалентных электролитов следует ожидать более существенного снижения А_да. Эти результаты не противоречат теоретическим представлениям и данным, полученным исследователями, изучавшими влияние рН раствора на величину Е_да и поведение Е_да при наличии в растворах электролитов Na₂SО₄, MgSО₄, Са(НСО₃)₂ и др.

Помимо вышеизложенного, вымывание легкорастворимых солей из отложений баженовской свиты в условиях существования зоны АВПД вызывает в перенапряженных глинистых породах резкое изменение механического состояния, их разгрузку и, как следствие, в таких интервалах следует ожидать обильное растрескивание и рассланцевание плотных разностей. Это в свою очередь создает дополнительные пути фильтрации УВ и способствует образованию фильтрационных потенциалов. Последние, накладываясь на существующие диффузионно-адсорбционные потенциалы, создают высокоамплитудные аномалии СП в скважинах.

Однако, как уже отмечалось, существуют скважины, которые при высоких притоках не характеризуются аномалиями СП. Характер вторичной гидротермальной сульфатной минерализации в значительной степени зависит от минерального состава глинистых пород. Так, в «чистых» глинах, содержащих незначительное количество примесей, будут образовываться алюминиевые квасцы за счет вовлечения в реакцию иона Аl, который становится подвижным в кислой среде. В глинах, содержащих в обменном комплексе Na, при взаимодействии с сернокислыми растворами будет формироваться мирабилит, при окислении пирита образуется железный купорос. При повышенном же содержании в глинистой породе карбонатов Са или плагиоклазов в результате их взаимодействия с сернокислыми растворами образуется преимущественно гипс, который является малорастворимым минералом и не оказывает практически никакого влияния на рН солевого раствора.

Таким образом, процесс гидротермальной проработки пород, приводящий к возникновению разуплотненных зон в баженовской свите, в случае преобразования существенно глинистых разностей приводит к отрицательным аномалиям кривой СП. В случае же преобразования карбонатных глин разуплотненные зоны возникают, но это не находит отражения на кривой СП.

Положительные аномалии СП, отмеченные в ряде скважин Салымской и других площадей, могут объясняться пиритной минерализацией, которая возникает в породах при взаимодействии с термальными водами того же класса, но при более низкой температуре (80-100°С).

Гидротермальная пиритная минерализация резко отличается от диагенетической. Диагенетический пирит образуется в иловом осадке под влиянием биогенного сероводорода и обычно в виде фрамбоидов - глобулярных образований правильной шаровидной формы размером 10-100 мкм в поперечнике. Глобулы диагенетического пирита всегда окружены органо-глинистой «рубашкой» и поэтому эта разновидность пирита не оказывает какого-либо влияния на электрические и другие свойства глинистой породы. Гидротермальная же пиритная минерализация формируется в виде одиночных крупных (до 1-2 мм) кристаллов, сливных масс и прожилков. Характер расположения их таков, что проницаемость пород скорее уменьшается по сравнению с измененными разностями. Видимо, с этим связано отсутствие притоков в скв. 11 и 65 Салымской площади, в которых имеются положительные аномалии СП.

Выводы

1. Зоны повышенной трещиноватости в баженовской свите обусловлены гидротермальной проработкой глинистых пород высокотемпературными (200-300 °С) эндогенными водами сульфатного класса, вызывающими формирование комплекса сульфатных минералов: железного купороса, железоалюминиевых квасцов, мирабилита, гипса.

2. Разбуривание трещиноватых глин вызывает растворение сульфатов натрия, железа и алюминия, что приводит к резкому понижению рН системы, изменению ионного комплекса и появлению отрицательных аномалий СП.

3. Преимущественное наличие во вторично минерализованных глинах малорастворимого гипса не вызывает изменения рН системы скважина - пласт, и таким образом разуплотненная зона не фиксируется аномалией СП.

4. Пиритная минерализация, которая является низкотемпературным проявлением того же гидротермального процесса, приводит к положительным аномалиям СП.

5. Как положительные, так и отрицательные аномалии СП в баженовской свите отражают сопряженный процесс сульфат-сульфидной минерализации глинистых пород в результате гидротермального воздействия.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гурари Ф.Г. Региональный прогноз промышленных скоплений углеводородов в доманикитах / / Геология нефти и газа.- 1984.- № 2,- С. 1-5.

2. Зарипов О.Г., Нестеров И.И. Закономерности размещения коллекторов в глинистых отложениях баженовской свиты и ее возрастных аналогов в Западной Сибири // Советская геология.- 1977.- № 3.- С. 19-26.

3. Кривошеева 3.А., Бирюкова О.Н. Изменение с глубиной состава и минерализации поровых вод глинистых пород // В кн.: Влияние поровых вод на физико-механические свойства пород,- Киев.- 1974,- С. 174-178.

4. Новые данные о формировании коллекторов в баженовской свите Западной Сибири / С.Г. Краснов, Б.А. Лебедев, С.Н. Белецкая и др. // Докл. АН СССР.- 1980.- Т. 225.- № 1,- С. 155-157.

5. Овчинников Л.Н. О роли SO₂ в гидротермальном рудообразовании. // Докл. АН СССР.- 1976,- Т. 227,- № 3,- С. 680-683.

Abstract

Studies of loose thin-bedded rocks of the Bazhenov and Tutleim Suites by means of raster electron microscopy and microbeam techniques have revealed the presence of a wide variety of sulphate minerals: iron vitriol, ferric aluminium alum, gypsum, and mirabilite whose formation can be explained by the effect of high-temperature (300- 400 °C) hydrothermal waters of sulfate composition on the rocks. With the exception of gypsum, all the sulfate minerals found are highly soluble salts yielding acid reaction of solution. Negative anomalies of inherent polarization (IP) noted in a number of wells in the Bazhenov Suite are attributed to a decrease in the pH of the well/stratum system when drilling out clay rocks saturated with highly soluble sulfate salts. The horizons enriched in hardly soluble gypsum are not noted by the IP anomaly. Positive IP anomalies have been caused by pyritic mineralization which is the manifestation of the same hydrothermal process, but at lower temperatures.

Рисунок Аутигенные сульфаты в породах баженовской свиты

Кристаллы: а - железного купороса (X150), б - волосовидных железоалюминиевых квасцов (X150), в - волокистого гипса (Х1500), г - мирабилита (Х500)