К оглавлению журнала

© А.Н. Дмитриевский, 1998

БАССЕЙНОВЫЙ АНАЛИЗ (системный подход)

В последние годы геологами многих стран введен в арсенал методов исследований так называемый бассейновый анализ. Главная цель этого анализа – получение обобщенной информации об осадочном бассейне, особенностях его строения и геологического развития.

Следует отметить, что основы бассейнового анализа разработаны в начале 50-х гг. в нашей стране И.О. Бродом и Н.А. Еременко. Дальнейшее развитие учение о бассейновом анализе получило в работах В.Е. Хаина, Н.Б. Вассоевича и других выдающихся российских геологов. В конце 70-х гг. и особенно активно в 80-е гг. в бассейновый анализ вводится системный подход, который позволяет более эффективно представить интегрированную информацию об изучаемом осадочном бассейне. Разрабатываются теоретические основы системного литолого-генетического анализа нефтегазоносных осадочных бассейнов.

Системный анализ является одним из эффективных методов познания материального мира.

Современный этап развития наук о Земле характеризуется комплексным всесторонним подходом к изучению геологических объектов.

Для адекватного познания геологических объектов, например таких как осадочные бассейны, необходимо оптимальное сочетание и использование информации, дающей как общее целостное представление об изучаемом объекте (космические снимки, материалы сейсмических исследований и т.п.), так и детальное (микроскопическое строение, результаты как качественных, так и количественных исследований).

Синтез и обобщение подобного материала наиболее эффективно можно осуществить при использовании системного анализа.

Основные задачи и содержание системного бассейнового анализа

Основная задача системного бассейнового анализа – изучение осадочных бассейнов как целостных природных систем, установление их структуры и состава, генезиса и этапов развития. Интегрированная информация позволяет выполнить типизацию бассейнов, оценить перспективы их нефтегазоносности и разработать стратегию поисково-разведочных работ на нефть и газ.

Системный анализ подразделяется на системно-структурные, системно-исторические, системно-функциональные и системно-литологические исследования (рис. 1).

При проведении бассейнового анализа особое значение для последующего обобщения результатов имеют принципы выделения объектов исследований и установление их иерархической соподчиненности.

При изучении сложных геологических образований необходимо тесное сочетание системно-структурных и системно-исторических исследований. Системно-структурный анализ позволяет подразделить систему на элементы и изучить их взаимосвязь, дает представление о структуре изучаемого геологического объекта.

При системно-структурном и системно-историческом анализах осадочных бассейнов выделяются объекты, группирование которых позволяет решить две главные задачи:

восстановить историю развития осадочного бассейна, его эволюцию в пространстве и времени, условия осадконакопления, тектонические и климатические особенности для каждого этапа развития бассейна;

установить характеристику нефтегазоносности осадочного бассейна, характер изменения коллекторских и экранирующих свойств, условия генерации и аккумуляции углеводородов.

Для решения первой задачи выделяются объекты, объединяемые в литолого-генетическую ветвь иерархии и отличающиеся друг от друга главным образом масштабами. Это – элементарные осадочные тела, ассоциации и комплексы осадочных тел, осадочные формации и структурно-формационные этажи.

Структурно-формационные этажи отражают важные этапы в развитии изучаемого участка земной коры и соответствуют древним осадочным бассейнам (палеобассейнам). Высшую ступень в литолого-генетической ветви иерархии занимает осадочный бассейн (рис. 2).

При решении второй задачи выделяются объекты, которые обладают существенно иными свойствами, чем составляющие их элементы. Они образуют нефтегазовую ветвь иерархии. Это – элементарные осадочные тела, подразделяющиеся на коллекторы и флюидоупоры; природные резервуары; нефтегазоносные комплексы; этажи нефтегазоносности. Высшую ступень в нефтегазовой ветви иерархии занимает нефтегазоносный осадочный бассейн. Природный резервуар есть единая система двух противоположных по отношению к фильтрации флюидов объектов – пород-коллекторов и пород-флюидоупоров. Отделение одного объекта от другого ведет к разрушению системы – природного резервуара – и переводу объектов на предшествовавший уровень организации. Природные резервуары объединяются в нефтегазоносный комплекс.

Выделение иерархизированных объектов позволяет в соответствии со структурой системы "осадочный бассейн" выполнить системно-исторические исследования, установить связи между элементами и тем самым выявить последовательность геологических событий, давших начало выделенным осадочным телам, а также восстановить условия их образования и историю геологического развития осадочного бассейна.

Предложенное системно-структурное подразделение осадочного бассейна создает основу для уточнения терминов "осадочная формация" и "нефтегазоносный комплекс".

Действительно, осадочная формация занимает четкое положение в структуре системы "осадочный бассейн" (рис. 3). Разная палеогеографическая обстановка осадконакопления может привести к неодинаковому вещественному выражению образующейся формации, что заставляет подразделять ее на комплексы осадочных тел, которые, следовательно, являются частями формации.

Осадочная формация – это совокупность осадочных тел, образовавшихся в однотипных тектонических и климатических условиях в пределах единого исторически развивающегося осадочного бассейна. Названия осадочных формаций отражают тектонические и климатические условия их образования.

Осадочный бассейн, содержащий скопления нефти и газа, называется "нефтегазоносным осадочным бассейном". Следует отличать его от нефтегазоносного бассейна в понимании И.О. Брода. Осадочный бассейн, представляющий собой сложную систему, в качестве составных компонентов включает артезианскую и углеводородную системы (Вассоевич Н.Б., 1978).

Таким образом, системный литолого-генетический анализ позволяет производить дробное расчленение объектов исследования с четко очерченными границами, что, безусловно, способствует конкретизации и повышению эффективности исследований. Системный анализ дает возможность по сгруппированным признакам и на генетической основе выделять и изучать осадочные тела с точки зрения особенностей их состава, строения, условий формирования, содержания полезных ископаемых и прогнозировать наличие аналогичных осадочных тел в сходных по строению бассейнах.

Проведенные системно-структурные и системно-исторические исследования позволили установить историю геологического развития Прикаспийского осадочного бассейна, а также выявить особенности состава и строения девон-верхнекаменноугольного и нижнепермско-триасового структурно-формационных этажей (табл. 1).

Следующим этапом бассейнового анализа является изучение пород-коллекторов и пород-флюидоупоров, которое базируется на системно-литологических и системно-функциональных исследованиях.

Использование системного подхода при обобщении данных изучения природных резервуаров позволяет получить и наглядно представить интегрированную информацию о коллекторских и экранирующих свойствах горных пород.

Так, для наглядного изображения результатов изучения пород-коллекторов избран моноцентрический квадрат, который позволяет представить обломочную породу как систему с двумя подсистемами: минеральным скелетом и цементом. Это дает возможность учесть отдельно и независимо друг от друга минеральный состав обломочных зерен и цемента и одновременно отразить соотношение между подсистемами, т.е. обломочной частью и цементирующей массой. С помощью дополнительных треугольников можно отразить седиментационную, минералогическую и структурную зрелость породы, особенности преобразования изучаемых отложений в диагенезе и катагенезе (рис. 4).

Системный подход позволяет более эффективно строить стратегию нефтегазопоисковых работ. Эта стратегия базируется на данных системно-структурных и системно-исторических исследований, раскрывающих структуру и историю геологического развития осадочных бассейнов, на материалах системно-литологических и системно-функциональных исследований, позволяющих установить закономерности распространения по площади и разрезу пород-коллекторов и пород-флюидоупоров.

Интеграция этих данных дает возможность обоснованно выполнить типизацию осадочных бассейнов, провести их нефтегазогеологическое районирование, выделить объекты для нефтегазопоисковых работ, выбрать оптимальную методику геолого-геофизического изучения как осадочных бассейнов в целом, так и выделенных высокоперспективных зон и отложений и разработать эффективную стратегию нефтегазопоисковых работ.

Типизация осадочных бассейнов

В качестве базового показателя при типизации осадочных бассейнов использовалась степень преобразования седиментационных параметров в диагенезе и катагенезе.

При выделении различных типов бассейнов также учитывались: геотектоническое положение бассейна; история геологического развития; возраст осадочных пород; структура бассейна; скорость осадконакопления; климатическая обстановка осадконакопления; вещественный состав пород; давление и температура в недрах бассейна.

Таким образом выделено пять типов осадочных бассейнов (табл. 2), которые различаются:

глубинами, до которых сохраняются первичные седиментационные параметры;

условиями для сохранения первичной седиментационной емкости;

процессами, определяющими степень преобразования коллекторских и экранирующих свойств горных пород;

особенностями нефтегазоносности недр.

Такая типизация позволяет дифференцированно проводить оценку нефтегазоносности различных типов осадочных бассейнов.

Геологическое районирование, являющееся основой для прогнозирования особенностей размещения нефтяных и газовых месторождений, заключается в обособлении в пределах изучаемого участка земной коры перспективных в отношении нефтегазоносности структурных элементов и отложений.

Переход к палеогеологическому районированию позволяет преодолеть недостатки традиционных подходов к нефтегазогеологическому районированию. В самом деле, выделенные при проведении системно-структурных исследований структурно-формационные этажи и соответствующие им палеобассейны дают возможность установить для каждого крупного этапа развития изучаемых участков земной коры наиболее перспективные зоны нефтегазонакопления.

При палеогеологическом районировании выделяемые объекты имеют четкие историко-геологическое и генетическое обоснования. Высокопродуктивные отложения и поднятия (в будущем межбассейновые) находятся внутри границ палеобассейнов, в пределах которых осуществлялись их формирование и накопление, а историко-геологический анализ развития палеобассейнов позволяет установить особенности образования в них высокопродуктивных отложений и структур.

Палеобассейн является основным компонентом палеогеологического районирования и самостоятельным объектом для изучения и последующих нефтегазопоисковых работ. Преимущество палеорайонирования состоит в том, что оно позволяет более четко определить объекты для поисков скоплений углеводородов.

Характер тектонических движений предопределяет пространственное размещение бассейнов седиментации, областей поднятий, характер береговых линий и т.д. Поэтому первостепенное значение имеет изучение общей направленности вертикальных колебательных движений и суммарной величины амплитуд в течение определенных геологических периодов. Иерархическая структура системы "осадочный бассейн", фиксирующая этапы эволюции бассейна как целостной развивающейся системы, показывает, что палеобассейны служат своеобразными вехами в этом развитии. Установление закономерностей размещения палеобассейнов, их эволюции способствует восстановлению, с одной стороны, истории геологического развития осадочного бассейна, с другой – выявлению закономерностей размещения скоплений нефти и газа.

Методика изучения осадочных бассейнов

При системном анализе осадочные бассейны рассматриваются как исторически развивающиеся природные системы. Выделение в системе элементов и подсистем различного иерархического уровня (природные резервуары, нефтегазоносные комплексы, структурно-формационные этажи или осадочные палеобассейны) позволяет детализировать процесс исследования осадочного бассейна и устанавливать характеристику его нефтегазоносности.

При системном подходе методика региональных геолого-геофизических работ основывается на изучении осадочных бассейнов как целостных природных систем, что позволяет получить информацию о строении бассейнов в целом, выявить основные зоны нефтегазонакопления и разработать оптимальные направления поисково-разведочных работ.

Региональные работы рекомендуется проводить в несколько этапов. Работы первого этапа должны осуществляться исходя из особенностей строения осадочных бассейнов, которые представляют собой симметричные или асимметричные образования, различающиеся по размерам и толщине выполняющих их осадочных толщ.

При развитии бассейна отмечаются миграция зон максимальной толщины осадков в пространстве и во времени, изменение границ бассейна. Как правило, в его бортовых частях происходят выклинивание обломочных коллекторских толщ и фациальное замещение пород в латеральном направлении. Подобные особенности строения дают основание рекомендовать уже на первом этапе изучения осадочных бассейнов концентрацию региональных геолого-геофизических исследований по радиальным направлениям от бортов бассейна к его центральным частям, а при небольших размерах бассейна – по диаметральным направлениям. Эти работы позволяют изучить строение осадочных бассейнов в целом, выявить наиболее перспективные из них в отношении нефтегазоносности, определить их границы и размеры, установить зоны максимального накопления осадков.

При проведении региональных геолого-геофизических исследований второго этапа главной задачей является установление возможных зон нефтегазонакопления.

При изучении осадочных бассейнов прикаспийского типа, характеризующихся большими размерами, значительной толщиной осадочного выполнения, проявлением соляной тектоники, рекомендуется продолжать исследования по радиальным направлениям. Это даст возможность изучить строение отдельных блоков фундамента, как правило, ступенчато погружающихся от бортов бассейна к его центральным частям, уточнить строение крупных тектонических элементов, связанных с блоками фундамента, изучить область сочленения бассейна с соседними геотектоническими элементами, установить наличие или отсутствие крупных рифовых тел различного типа, получить представления о строении природных резервуаров, нефтегазоносных комплексов и нефтегазо-продуцирующем потенциале изучаемых отложений.

Развитие аномально высоких пластовых давлений в подсолевых отложениях бассейнов прикаспийского типа препятствует уплотнению обломочных пород, что способствует сохранению ими седиментационной емкости до глубины 5-6 км. В карбонатных породах широко развиты процессы формирования вторичной емкости, что отмечено на глубине, превышающей 5 км. Эти данные необходимо учитывать при ориентации поисково-разведочных работ.

Для бассейнов вилюйского типа основными задачами второго этапа исследований являются уточнение тектонического строения бассейна, установление особенностей размещения крупных тектонических элементов, исследование пограничных областей, изучение зон регионального выклинивания, приуроченных к бортовым частям. В связи с резкой фациальной изменчивостью вулканогенно-осадочных тел получить сведения о строении природных резервуаров и нефтегазоносных комплексов возможно лишь при проведении более детальных исследований. При наличии в центральных частях бассейнов крупных положительных тектонических элементов, достаточно хорошо изученных (как, например, в Вилюйской синеклизе), можно рекомендовать размещение региональных работ второго этапа по радиальным направлениям от подобных поднятий к бортовым частям бассейна.

При проведении работ второго этапа необходимо ориентировать геолого-геофизические исследования в соответствии с глубиной сохранения седиментационной емкости обломочными коллекторами. В бассейнах апшеронского типа породы с хорошими коллекторскими параметрами могут быть встречены до глубины 6-7 км, а в бассейнах предуральского типа – 2-3 км. В связи с этим при изучении последних необходимо ориентироваться на карбонатные породы как более благоприятные типы пород, в которых на глубине создаются условия для развития вторичной емкости.

Региональные работы третьего этапа должны быть ориентированы на изучение структурно-формационных этажей или осадочных палеобассейнов и наиболее перспективных участков, к которым относятся: центральные части и склоны крупных геоструктурных элементов, унаследованно развивавшихся в течение длительного времени; участки сочленения крупных положительных структур и зон максимального накопления осадков; бортовые участки палеобассейнов; положительные поднятия в центральных частях палеобассейнов.

Выделение палеобассейнов в качестве самостоятельных объектов для поисков нефти и газа позволяет разрабатывать рекомендации по наиболее оптимальному ориентированию поисково-разведочных работ, быстрее и с наименьшими затратами выявлять скопления подвижных углеводородов, связанных с различными геоструктурными элементами.

Несмотря на довольно хорошую изученность большинства осадочных бассейнов, нельзя считать завершенными работы первого этапа. Проведение исследований, дающих представление о целостном строении осадочного бассейна, может привести к новой интерпретации результатов их прежнего геолого-геофизического изучения.

Проведенные работы показали, что системно-геологические исследования имеют мощный набор средств и методов, позволяющих получить дополнительную информацию о строении и нефтегазоносности осадочного бассейна.

Использование системного подхода выявило необходимость дальнейшего совершенствования традиционных геологических исследований и создания эффективных методов освоения ресурсов новых нефтегазоносных регионов.

Таким образом, системный бассейновый анализ, включающий системно-структурные, системно-исторические, системно-литологические и системно-функциональные исследования, позволяет познать осадочный бассейн как исторически развивающуюся систему, разработать основы прогнозирования его нефтегазоносности, обосновать новые принципы нефтегазогеологического районирования, разработать методику геолого-геофизического изучения осадочных бассейнов как целостных природных систем и выбрать оптимальные направления нефтегазопоисковых работ.

Abstract

In Russia since midst of the seventieth a system approach is applied for the basin analysis. More than 20-year experience of similar investigations appears to be efficient and positive one. Application of the system approach for the basin analysis allows to obtain the integrated information about structural features of sedimentary basins and elaborate an efficient strategy of oil and gas exploration activity.

Main task when applying a system approach for the basin analysis is to study sedimentary basins as the whole natural systems, establish their structure and composition, genesis and evolution stages. Integrated information allows to perform a typification of basins, evaluate their potential prospects and elaborate a strategy of oil and gas prospecting activity.

Рис. 1. СХЕМА СИСТЕМНОГО БАССЕЙНОВОГО АНАЛИЗА

Рис. 2. ИЕРАРХИЯ ПРИРОДНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Рис. 3. СХЕМА СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ОСАДОЧНЫЙ БАССЕЙН

Рис. 4. РЕЗУЛЬТАТЫ МИКРОСКОПИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ НИЖНЕПЕРМСКИХ ПЕСЧАНИКОВ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ПРИКАСПИЙСКОГО БАССЕЙНА

Таблица 1 Структура Прикаспийского осадочного бассейна

Этаж

Формация

Возраст

Комплекс осадочных тел

Ассоциация осадочных тел восточной части бассейна

Нижнепермско-триасовый

Гумидно-инверсивная

Т3

Терригенный

Терригенная

Гумидно-эмерсивная

T1-2

Карбонатно-терригенный (центральная часть); терригенный (восточная часть)

Терригенная

Аридно-эмерсивная

Р2

Терригенный

Терригенная

Карбонатно-терригенная Сульфатно-терригенная

Аридно-регрессивная

P1k

Эвапоритовый (центральная часть); терригенно-эвапоритовый (восточная часть)

Терригенно-сульфатная

Соленосная терригенно-сульфатная

Гумидно-регрессивная

Р1ar

Карбонатный (северная и северо-восточная части); терригенный (восточная и юго-восточная части)

Терригенная

Верхнедевон-верхнекаменноугольный

Гумидно-дифференционная

С3

Карбонатный (северная и северо-восточная части)

Терригенно-карбонатный (восточная и юго-восточная части)

Карбонатная Сульфатно-карбонатная

Терригенно-карбонатная

Гумидно-инундационная

C1-2

Карбонатный (северная, северо-восточная и восточная части)

Терригенный (юго-восточная часть)

Терригенно-карбонатная Глинисто-карбонатная Карбонатная

 

Аридно-трансгрессивная

D3

Терригенный

Терригенная

Таблица 2 Типизация осадочных бассейнов

Показатели типизации осадочного бассейна

Тип осадочного бассейна

прикаспийский

вилюйский

волго-камский

южно-каспийский (апшеронский)

предуральский

Состав осадочного чехла

Соленосно-осадочный

Вулканогенно-осадочный

Карбонатно-терригенный

Терригенный

Биохемогенно-терригенный

Возраст осадочного чехла

PZ, MZ, KZ

PZ, MZ

PZ

MZ, KZ

PZ

Мощность осадочного чехла, км

15-20

10-12

5-7

15-20

10-15

Скорость осадконакопления

Средняя, высокая (с быстрым накоплением соленосных толщ)

Средняя – высокая (пульсирующая в соответствии с интенсивностью поступления вулканогенного материала)

Низкая

Высокая

Высокая

Минералогическая зрелость

Низкая – средняя

Низкая – средняя – высокая (в зависимости от наличия или отсутствия вулканогенного материала)

Высокая

Низкая

Низкая

Седиментационная зрелость

Средняя – низкая

Низкая

Средняя – высокая

Низкая

Низкая

Структурная зрелость пород

Средняя

Средняя

Высокая

Низкая

Высокая

Степень уплотнения пород

Аномально низкая в подсолевых отложениях

Неравномерная в зависимости от состава и количества вулканогенного материала

Высокая; низкая – при образовании регенерационного каркаса в раннем катагенезе

Минимальная; в зоне действия стрессовых напряжений относительно высокая

Максимальная

Сохранение седиментационной емкости обломочных пород-коллекторов

В подсолевых отложениях до глубины 5-6 км

До глубины 3-4 км

До глубины 3-4 км

До глубины 6-7 км (за исключением зоны действия стрессовых напряжений)

До глубины 2-3 км

Постседиментационная емкость пород-коллекторов

За счет трещиноватости и вторичных пустот выщелачивания

За счет преобразования монтмориллонита в гидрослюду и трещиноватости

За счет формирования вторичных пустот и трещиноватости

За счет пустот выщелачивания

За счет трещиноватости и вторичных пустот выщелачивания

Факторы, оказывающие максимальное влияние на коллекторские свойства в катагенезе:

         

положительное

Бассейновые аномально высокие пластовые давления

Ранний приход в коллектор углеводородов; трещиноватость

Выщелачивание и трещиноватость

Малая степень уплотнения

Трещиноватость и выщелачивание

отрицательное

Высокая минерализация пластовых вод, наложенный галокатагенез

Преобразование вулканогенного материала в разбухающие компоненты

Уплотнение, растворение под давлением

Аутигенное минералообразование

Уплотнение

Состав пород-флюидоупоров

Соль, полиминеральные глины

Разбухающие глинистые минералы

Глины каолинитовые и гидрослюдистые

Глины монтмориллонитовые

Глины полиминеральные, соль

Факторы, оказывающие влияние на экранирующие свойства пород в катагенезе:

         

положительное

Аномально высокие поровые давления

Преобразование вулканогенного материала в разбухающие компоненты

Трещиноватость

Сохранение смешанослойных компонентов и монтмориллонита до глубины 5-6 км

Трещиноватость

отрицательное

"Окна", образующиеся в результате оттока соли при росте куполов

Гидрослюдизация монтмориллонита

 

Гидрослюдизация монтмориллонита

 

Преобладающая приуроченность скоплений нефти и газа

К соляным куполам (экранированные залежи) и межкупольным поднятиям; в подсолевых отложениях к крупным сводовым поднятиям

К крупным сводовым поднятиям, локальным зонам фациального замещения

К крупным сводовым поднятиям

К линейным антиклинальным зонам

К линейным структурам