К оглавлению

© А.Д. Коробов, А.А. Коробова, 2005

ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПОГРЕБЕННЫХ ПАЛЕОРИФТАХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ И ИХ РОЛЬ В ДОЛОМИТИЗАЦИИ ИЗВЕСТНЯКОВ И НАСЫЩЕНИИ ПОРОД ФУНДАМЕНТА НЕФТЬЮ

А.Д. Коробов, Л.А. Коробова (СарГУ им. Н.Г. Чернышевского)

Большинство выявленных скоплений УВ в доюрских отложениях Западной Сибири приурочено к карбонатным породам. Известно, что эти образования характеризуются большой растворимостью и значительной предрасположенностью к метасоматическим преобразованиям под действием растворов различной природы. Следствием этого является частое улучшение коллекторских свойств карбонатных пород, претерпевших трещинообразование, выщелачивание и, главным образом, вторичную доломитизацию. По сравнению с известняками проницаемость вторичных доломитов может повышаться на порядок [1].

Хотя происхождение вторичных доломитов в результате метасоматоза известняков давно установленный факт, время протекания этого процесса часто сложно определить. Вторичные доломиты возникают либо в результате замещения известкового осадка, либо уже сформировавшейся породы. Кроме того, для большинства вторичных доломитов необходимо поступление подвижного магния из внешних источников. Однако, что является поставщиком Mg и какова природа флюидов, замещающих кальцитовые (арагонитовые) толщи, остаются и по сей день не до конца понятыми и представляют одну из острейших проблем теории доломитообразования. Н.М. Страхов (1956), не отрицая возможности возникновения доломитов в стадию эпигенеза, не придавал этому процессу большого значения. По его мнению, в природе преобладают доломиты седиментационно-диагенетического происхождения.

Во многом дискуссионны эти вопросы и для Западно-Сибирской плиты, причём противоречивость толкования природы вторичных доломитов достигает наибольшей остроты при рассмотрении резервуаров нефтегазоносных горизонтов зоны контакта (НГГЗК) складчатого фундамента и осадочного чехла. Продуктивные горизонты таких приконтактовых зон условно индексируются буквой М (Белова Е.В., Рыжкова С.В., 2000). Ловушки УВ в рассматриваемом типе резервуаров, помимо пород складчатого основания, нередко включают также и непосредственно перекрывающие или прилегающие к фундаменту образования осадочного чехла. Они также приобретают коллекторские свойства за счёт вторичных преобразований. Считается, что в таких случаях кора выветривания присутствует на контакте палеозойских и юрских образований (Васильева М.Ю. и др., 1986). В полной мере это относится к таким месторождениям юго-восточной части Западной Сибири, как Малоичское, Верх-Тарское, Арчинское, Медведевское, Речное, Южно-Уманское, Калиновое, Южно-Табаганское и другие, где основные запасы нефти и газа сосредоточены в резервуарах типа НГГЗК (Конторович А.Э. и др., 1994). Многие из них приурочены к Нюрольской впадине, где основные скопления УВ локализованы в палеозойских отложениях (Богуш О.И. и др., 1980).

В пределах Нюрольской впадины, которая находится в непосредственной близости с восточным бортом Уренгойско-Колтогорского погребенного континентального палеорифта [2], происхождение метасоматических доломитов залежей горизонтов М разными геологами трактуется неодинаково. Так, ссылаясь на Р.С. Сахибгареева (1982), который придерживается "подточной" гипотезы, Дж.Е. Адамса и М.Л. Родса (Adams J.E., Rhodes M.L., 1960), О.О. Абросимова с коллегами [1] считают, что доломитизация рифогенных известняков Малоичского месторождения происходила на стадии раннего диагенеза за счёт инфильтрации осолоненных вод микролагун. Такое же мнение о природе метасоматических доломитов Калинового газонефтяного месторождения высказывают Е.М. Арабаджи и П.Н. Страхов (1995). Однако на расположенном по соседству в Нюрольской впадине Арчинском месторождении геологи рассматривают совершенно иной механизм возникновения доломитов. По мнению О.О. Абросимовой и С.В. Рыжковой (1997), залежь НГГЗК приурочена к зонам гидротермальной переработки захороненных под осадочным чехлом органогенных известняков. Последние в результате воздействия горячих растворов превратились в высокопористые метасоматические доломиты и доломитизированные известняки.

Что касается прилегающих к породам фундамента базальных горизонтов платформенного чехла, то в них также обнаружены широко распространённые вторичные, обогащённые кальцием, доломиты (протодоломиты). Они замещают пропласты известняков в осадочных толщах, а также известковый цемент в песчаниках и алевролитах на глубину до 300 м вверх по разрезу от платформенного фундамента. Считается (Перозио Г.Н., 1960; Перозио Г.Н., Мандрикова Т.Н., 1971), что контролирующим фактором появления протодоломитов в платформенных отложениях является достижение породами определенной стадии литогенеза, а именно - позднего катагенеза. По данным Г.Н. Перозио и Т.Н. Мандриковой (1971), протодоломиты тяготеют к зонам тектонических нарушений, где отмечаются аномально высокие содержания СО2 и Mg в высоконагретых подземных водах глубинного происхождения.

Неоднозначность суждений о природе вторичных доломитов в кровле доюрского комплекса и базальных горизонтах платформенного чехла объясняется, по меньшей мере, двумя причинами. Во-первых, значительной преобразованностью продуктивных отложений, связанной с длительной геологической историей их формирования, которая охватывает период существования микролагун на поверхности рифовых построек, регрессию моря, эпоху гипергенных изменений в предъюрское время и последующее погружение до глубины 3-4 км. Во-вторых, огромным влиянием погребённого палеорифта Западной Сибири на многие процессы, происходившие как в фундаменте, так и чехле, но особенно в зонах их контакта, где активно циркулировали растворы различной природы. Это обстоятельство геологи почему-то игнорируют. Вместе с тем, существенные аномалии теплового поля в ископаемых континентальных рифтах, обусловленные локальными неоднородностями земной коры и гидротермальными процессами в зонах разломов, могут сохраняться до 100 млн. лет (Рамберг И., Морган П., 1984). Эти гидротермальные процессы порождают флюидодинамические системы осадочных бассейнов, в которых рассеянное ОВ преобразуется в УВ и приобретает способность мигрировать из нефтематеринских пород (Соколов Б.А., Абля Э.А., 1999). Поэтому рассмотрение доломитообразования в породах фундамента необходимо вести с учётом последовательности развития палеорифта Западно-Сибирской плиты. Это позволит с принципиально новых позиций взглянуть на проблему источника Mg в доломитовом метасоматозе, движущих сил этого процесса и процесса нефтенасыщения пород фундамента, а также вероятных времени и масштабов их проявления.

Последовательность развития палеорифта Западно-Сибирской плиты и эволюция минералообразующих процессов в породах фундамента

На историю геологического развития фундамента и осадочного чехла Западной Сибири существует несколько мнений. Доминирующая точка зрения (Сурков B.C., Жеро О.Г., 1981) сводится к классическому представлению о складчато-блоковом строении доюрского фундамента Западной Сибири с широким развитием складчатых систем герцинского возраста и триасовых рифтовых систем с их осадочно-вулканогенным заполнением. Последние формируют так называемый переходный, или промежуточный комплекс плиты. В качестве стержневого грабен-рифта Западно- Сибирской рифтовой системы триаса выделен Колтогорско-Уренгойский мегапрогиб. Кроме него существуют шесть более мелких континентальных рифтов и большое число сопряженных изолированных впадин. Все перечисленные отрицательные структуры выполнены нижне-среднетриасовыми базальтами, прорываемыми риолитами. Эти контрастные по составу породы объединены в туринскую серию. Они претерпели глубокие разноплановые изменения, связанные с тектоникой региона (Коробов А.Д., Коробова Л.А., Киняева С.И., 2004).

Петрографические, минералого-геохимические и литологические исследования пород доюрского комплекса Тальникового, Даниловского, Северо-Даниловского, Сыморьяхского и Толумского месторождений Шаимского нефтегазоносного района (НГР), а также анализ многочисленных литературных источников позволили воссоздать авторам статьи последовательность развития палеорифта Западно-Сибирской плиты и проследить, как это отразилось на эволюции минералообразующих процессов (табл. 1).

В период раннемезозойской тектономагматической активизации шло формирование континентальных рифтов и изолированных грабенов. При этом силикатные расплавы основного (реже кислого) состава прорывали палеозойские, в том числе карбонатные отложения, в прибортовых частях закладывающихся рифтовых грабенов и изолированных депрессий. Это фиксируется в разрезе многих скважин Нюрольской впадины, которая, как отмечалось, приурочена к восточному борту главного для Западно-Сибирской плиты Уренгойско-Колтогорского мегапрогиба. Так, на Калиновом месторождении скв. 2 вскрыла зону скарна, образовавшегося в связи с внедрением интрузии в толщу известняков и последующим гидротермальным процессом (Арабаджи Е.М., Страхов П.Н., 1995). В скв. Верх-Тарская-3 наблюдается диабазовый порфирит (интервал глубин 2729-2730 м), заключённый за счёт термального воздействия в мраморизованные известняки. В скв. Восточная-4 диабазовый порфирит (2926- 2928 м) также вмещён в толщу мраморизованных известняков. В скв. Малоичская-2 интрузивы основного состава наблюдаются в нескольких интервалах, а в интервале глубин 2937,5-2938,5 м описаны мраморизованные известняки (Белова Е.В., Рыжкова С.В., 2000). Кроме того, в районе Казанской площади (Нюрольская впадина) выделена самостоятельная карбонатная формация, изобилующая интрузивными породами. Она приурочена к обширной территории (Тай-Дасская, Ракитинская площади и др.), где палеозойские карбонатные отложения перекрываются базальтами триаса [2] и, видимо, представляет собой зону подводящих каналов эффузивов.

Во время раннемезозойской тектономагматической активизации в изолированных грабенах и мегапрогибах, а также в их прибортовых частях, изобилующих интрузивными телами, господствовали низко-среднетемпературные гидротермальные процессы. Они охватывали не только осадочно-вулканогенный комплекс туринской серии, но и прилегающие к рифтовым структурам породы фундамента, в том числе карбонатные отложения. В итоге сформировались зоны гидротермального изменения, контролируемые формационно-фациальной принадлежностью преобразуемых вулканитов: кислотного выщелачивания, гидротермальных глин, аргиллизированных пропилитов, низкотемпературной пропилитизации трансильванского типа, серицитизации и окварцевания (Коробов А.Д., Коробова Л.А., 2003).

Следующая стадия связана с возникновением рифтогенных осадочных бассейнов и погребённых изолированных грабенов. Она появилась после перекрытия пород фундамента и промежуточного комплекса платформенным чехлом. Особая гидрогеологическая обстановка, обусловленная наличием крупных артезианских бассейнов в пределах Западно-Сибирской плиты, породила новую волну эпигенетического преобразования субстрата, включая гидротермально переработанные вулканиты туринской серии (рифтовый комплекс), а также выветрелые и свежие породы складчатого фундамента. Здесь следует различать специфику наложенных процессов, которые в одних случаях протекали в обстановке относительной тектонической стабильности, а в других - в режиме активизации (см. табл. 1).

В условиях тектонической стабилизации сформировалась инфильтрационная система породы осадочного чехла - доюрский комплекс. Перерождение пород вызывалось просачиванием сверху вниз кислых восстановительных растворов и протекало при прочих равных условиях неодинаково в алюмосиликатных и карбонатных отложениях. Упомянутые растворы продуцировались юрскими континентальными и морскими толщами, обогащёнными ОВ. На примере Шаимского НГР авторами статьи установлено, что нисходящие агрессивные растворы вызывали каолинизацию, метагаллуазитизацию, сидеритизацию (появление сферосидерита) и обеление алюмосиликатного субстрата в процессе, получившем название "оглеение", или "глеевый эпигенез" (Перельман А.И., 1968). В итоге возникали каолинит-сидеритовые (сидерит-каолинитовые) образования, относимые сибирскими геологами к коре выветривания.

При воздействии кислых восстановительных растворов на карбонатные толщи фундамента также формировались оглеенные породы схожего минерального состава, но с характерной вертикальной зональностью. На контакте с породами осадочного чехла возникают светлоокрашенные образования, на 60-80 % состоящие из каолинита с примесью гидрослюды и выделений сидерита. В небольшом количестве отмечаются мелкие фрагменты кремнистых пород. На отдельных участках встречаются бокситы и бокситоподобные породы. Ниже по разрезу наблюдается сильно осветленная карстовая брекчия, получившая название "беляки". Породы сложены кремнистыми обломками, сцементированными кремнисто-глинистым (каолинит, галлуазит) материалом с включениями сидерита. Нижняя часть представляет собой зону окремнения, где известняки выщелачиваются, перекристаллизовываются и замещаются минералами кремнезёма. Описанные породы широко распространены в Нюрольской впадине и рассматриваются как продукты поверхностного выветривания (Васильева М.Ю. и др., 1986), что с точки зрения авторов статьи совершенно неверно.

Предположительно на рубеже юры и мела Западно-Сибирская плита испытала первую, но далеко не последнюю тектоногидротермальную активизацию, эпицентры которой находились в погребённых рифтовых мегапрогибах и изолированных грабенах (Коробов А.Д., Коробова Л.А., Киняева С.И., 2004). При этом в структурах активизации сформировались флюидодинамические системы изверженные образования туринской серии - породы осадочного чехла (см. табл. 1). Различаются две фазы тектоногидротермальной активизации.

Первая, прогрессивная, была вызвана циркуляцией высокотемпературных (260-280 °С) (Зубков М.Ю. и др., 1991) кислых гидротермальных растворов по возникшим системам трещин. В алюмосиликатных породах она маркируется появлением зон разуплотнения с многочисленными жилами, прожилками и пустотами, сложенными и инкрустированными вторичным перекристаллизованным кварцем, а также диккитом (редко накритом) и структурно совершенным триклинным каолинитом (Коробов А.Д., Коробова Л.А., Киняева С.И., 2004).

В это же время на участках, примыкающих к ископаемым мегапрогибам и изолированным грабенам, литифицированные карбонатные отложения фундамента испытали интенсивное трещинообразование с возникновением сопутствующих пустот. По возникшим ослабленным направлениям также происходило интенсивное движение агрессивных флюидов. В результате в основной массе карбонатных отложений образовалось большое число пустот выщелачивания, генетически связанных с зонами выщелачивания вдоль трещин. Вследствие этого в определённый момент времени пористость пород могла достигать 15-20 %, а в некоторых случаях и больше. Однако она не сохранилась в силу наложенных процессов перекристаллизации и залечивания пустот поздним кальцитом (Арабаджи Е.М., Страхов П.Н., 1995).

Вторая, регрессивная, стадия устанавливается по привносу УВ гидрокарбонатными горячими растворами в породы фундамента и переходного комплекса. Этот процесс протекал неодинаково в алюмосиликатных и карбонатных отложениях. В первом случае наблюдается залечивание трещиноватых гидротермально преобразованных участков вулканогенных или метаморфических пород сидеритом, реже - доломитом и битумами, во втором - происходят метасоматическая доломитизация известняков и их насыщение жидкими УВ. Рассмотрим подробнее заключительную стадию тектоногидротермальной активизации, которая, помимо процесса доломитизации, сыграла исключительную роль в формировании залежей нефти в кровле доюрского комплекса.

Процессы, приводящие к нефтенасыщению пород фундамента и доломитизации известняков

Для того чтобы выяснить источники подвижного магния, необходимого для вторичной доломитизации известняков, важно понять специфику гидротермальных процессов, происходивших в эпицентрах активизации - ископаемых рифтовых прогибах и изолированных грабенах. Там, как отмечалось, широко распространены базальты нижнего - среднего триаса.

Минералого-геохимические исследования пород туринской серии (Коробов А.Д., 1988) показали, что при кислотном выщелачивании (каолинизации и окварцевании) аргиллизированных базальтов, т.е. в процессе, который мы наблюдаем в первую (прогрессивную) стадию тектоногидротермальной активизации погребенного (закрытого) рифта, происходит мобилизация большинства элементов. Последние образуют следующий ряд подвижности: Na > Mg > Са > К > Mn > Si > Р. При этом вынос Na составляет 96,7; Mg - 95,0; Са - 93,6; К - 93,1; Мn - 73,2; Si - 60,0 % первоначального их содержания в аргиллизированных (смектитизированных) породах.

Учитывая широчайшее развитие триасовых базальтов в разрезе переходного комплекса Западно-Сибирской плиты и их большие мощности (особенно в мегаграбенах), можно говорить о колоссальных количествах подвижного магния и других элементов, которые поступали в гидротермальные системы, функционирующие в погребенных палеорифтах и изолированных впадинах. Часть этих нагретых растворов проникала по разломам и оперяющим трещинам в породы осадочного чехла и включалась в гидродинамику артезианского бассейна, обогащая пластовые воды привносимыми элементами. Другая часть растекалась по контакту фундамент - чехол. В обоих случаях в пределах грабенов и сопредельных территорий формировались ресургентные ("вновь возникающие") горячие растворы, обязанные своим происхождением смешению гидротерм изверженного комплекса триаса с кислыми пластовыми водами осадочного чехла, прежде вызывавшими глеевый эпигенез. Это способствовало прогреву отложений и преобразованию рассеянного в них ОВ в микронефть, с одной стороны, и гидротермально-метасоматическому преобразованию самих пород - с другой.

На первое обстоятельство необходимо обратить пристальное внимание, поскольку установлено (Аммосов И.И. и др., 1982; Гречишников Н.П., 1978, 1991), что в большинстве случаев для продуцирования УВ при наличии нефтематеринских пород для термогенетического преобразования ОВ одного лишь кондуктивного теплопереноса недостаточно. При кондуктивном теплопереносе отложения остаются "недогретыми", и чтобы состоялось активное образование УВ, необходимо воздействие на них ещё и конвективного теплопереноса, обусловленного, как в нашем случае, циркуляцией гидротермальных растворов рифтового изверженного комплекса [3]. Очень важно подчеркнуть, что проявление конвективного тепломассопереноса за счет восходящих, а позднее нисходящих потоков гидротермальных растворов по трещинным системам сопряжено с выносом УВ-флюидов из нефтематеринских пород. Это, в частности, наблюдается на Баженовском месторождении Западной Сибири (Гречишников Н.П., 1991). На этом основании можно утверждать, что при тектоногидротермальной активизации региона (предположительно на рубеже юры и мела) такое перераспределение УВ, а именно их затягивание нисходящей конвективной ветвью ресургентных растворов в кровлю доюрского комплекса, носило широкомасштабный характер. При этом происходило воздействие горячих вод, одновременно обогащённых Mg, Mn, Fe, Са и другими элементами, а также УВ-флюидами, на контрастные по составу алюмосиликатные и карбонатные породы. В итоге минералообразующие процессы, сопровождающие формирование коллекторов и его заполнение нефтью, протекали в этих породах совершенно различно.

Так, в скв. Тальниковая-10666 (Шаимский НГР) присутствие битумов отмечается в кровле кислотно-выщелоченных риолитов, т.е. алюмосиликатных пород. Они слагают экструзивные купола, прорывающие базальтовые покровы туринской серии. Жидкие УВ выполняют трещины, прожилки, жилы, каверны, пустоты и генетически ассоциируют с гидротермальными карбонатами: сидеритом, в меньшей степени доломитом; редко присутствует кальцит и, возможно, родохрозит. Характерно, что битумы имеют темно-бурый до чёрного цвет. Светлоокрашенные разности не встречены. Микроскопические наблюдения показывают, что гидротермальный сидерит (реже доломит) замещает зерна кварца, реликты полевых шпатов, резорбирует каолинит, ранний глеевый сидерит (сферосидерит), развивается по основной массе измененных риолитов в зонах, где могла осуществляться трещинная циркуляция ресургентных растворов.

Петрохимические пересчёты по изоволюметрическому методу свидетельствуют, что гидротермальная карбонатизация, вызывающая импрегнацию кислотно-выщелоченных риолитов жидкими УВ (скв. 10666, глубина 1795 м), сопровождается почти полным выносом щелочей. Из пород также активно мигрируют Si (50 % исходного содержания в измененных вулканитах), Ti (37 %) и Al (20 %). Кроме того, кислотно-выщелоченные риолиты почти в 2 раза обогащаются Мn, в 3,3 раза - Са, в 8,1 раз - Мg и в 31,8 раза (!) - Fe. Как мы убедились, Мn, Са и Мg поступали в ресургентные гидротермы в значительной степени из кислотно-выщелачиваемых базальтов. Частично это касается и Fe, хотя большая его часть, видимо, поставлялась из осадочных толщ.

Аналогичные процессы установлены авторами статьи в алюмосиликатных отложениях кровли доюрского комплекса Тальникового, Даниловского, Северо-Даниловского, Сыморьяхского и Толумского месторождений Шаимского НГР. Схожая картина наблюдается и на Северо-Варьеганском месторождении, расположенном к северу от Нижневартовского свода. Там в нефтенасыщенных коллекторах, возникших в результате гидротермальной проработки черных палеозойских сланцев, карбонаты представлены почти одним сидеритом (Зубков М.Ю., Федорова Т.А., 1989). В этой связи необходимо подчеркнуть, что в зонах исключительно глеевой сидеритизации УВ не были отмечены.

Из всего этого следует принципиальный вывод о единстве процесса образования коллекторов в алюмосиликатных породах и их нефтенасыщения под влиянием нагретых ресургентных растворов. Алюмосиликатный субстрат достаточно устойчив (инертен) по отношению к агрессивным нисходящим водам. В таких породах возникает жильный тип ловушки УВ, приуроченный к наиболее хрупким гидротермальным метасоматитам сейсмонапряженных зон (Коробов А.Д., Коробова Л.А., 2004). А как будет обстоять дело, если на пути нисходящих вторичных гидротерм встретятся легко разрушаемые карбонатные толщи?

При воздействии на известняки горячих ресургентных растворов, одновременно обогащенных Мg, Fe, Мn, Si и другими элементами, а также УВ-флюидами, возникают нефтенасыщенные метасоматические доломиты, переходящие участками в доломитизированные известняки. Эти породы относятся ко второму по распространенности после органогенных известняков типу карбонатных отложений юго-восточной части Западно-Сибирской плиты [2].

Основная масса вторичных доломитов в скв. Малоичские-2-4 приурочена к трещиноватым известнякам. Доломит развит по кальциту. Порода состоит из изометричных, таблитчатых и ромбовидных кристаллов доломита размером 0,01-0,30, иногда 0,5-0,6 мм. Укладка зёрен в одних случаях компактная, почти без промежуточных пор. Она определяется плотным соприкосновением между собой кристаллов доломита: ребро с ребром, грань с гранью. В других - компоновка рыхлая, при которой зерна вторичного доломита контактируют друг с другом беспорядочно: вершина с гранью, грань с ребром. При этом отмечается увеличение межзернового пространства, что сопряжено с появлением пор размером от 0,02-0,50 до 1,0-2,0 мм [1, 2]. Такие поры, гидродинамически связанные с кавернами и трещинами, по которым активно циркулировали ресургентные растворы, Л.П. Гмид и С.Ш. Леви (1972) диагностируют как вторичные, возникшие за счёт растворения, выщелачивания, доломитизации и перекристаллизации известняков. В этих случаях процесс развития вторичного доломита приводит к увеличению пористости пород.

В зонах доломитизации иногда наблюдается окремнение известняков в виде включений вторичного кварца и халцедона. В некоторых случаях кремнистое вещество выполняет ядра раковин (Богуш О.И. и др., 1980). Источником кремнезёма для ресургентных растворов могли быть кислотно-выщелачиваемые при тектоногидротермальной активизации вулканиты туринской серии или породы осадочного чехла. Изменённые базальты, как отмечалось, в таких случаях теряют до 60 % SiO2.

Микроскопические исследования (Богуш О.И. и др., 1980; [1]) показали, что в доломитизированных известняках, как правило, отмечается приуроченность скоплений межзернового битума темно- и желто-бурого цветов к участкам интенсивной доломитизации. При этом происходит окрашивание кристаллов или отдельных его зон (периферических, центральных, промежуточных) жидкими УВ. На стенках вторичных пор, по трещинкам спайности и зонам роста доломита отмечаются пленки темных, вероятно, окисленных битумов. Пигментация минерала, согласно С.Ш. Леви (1964), связана с захватом УВ кристаллической решёткой формирующегося (растущего) доломита. Эти данные, а также наблюдения за характером нефтенасыщения алюмосиликатных пород доюрского комплекса Шаимского НГР позволяют утверждать, что на этапе вторичной доломитизации происходит проникновение жидких УВ в карбонатные породы фундамента совместно с ресургентными растворами. Это находится в соответствии с выводом Е.М. Арабаджи и П.Н. Страхова (1995) о том, что моменту заполнения карбонатного коллектора УВ в Нюрольской впадине непосредственно предшествовало укрупнение межкристаллических пор за счёт выщелачивания и перекристаллизации известняков. Следовательно, можно сделать принципиальный вывод, что в условиях тектоногидротермальной активизации погребённого палеорифта Западно-Сибирской плиты формирование карбонатных коллекторов в породах фундамента и их насыщение УВ происходили одновременно под действием одних и тех же горячих растворов. Аналогичное заключение можно сделать и для алюмосиликатных пород доюрского комплекса.

В зонах сплошного нефтенасыщения, устанавливаемых под люминоскопом, трещины, каверны и поры во вторичных доломитах и доломитизированых известняках выполнены зеленовато-бурым и темно-бурым (до чёрного) битумом или битуминозно-глинистым веществом. Характерно, что ни в перечисленных пустотах, ни в стилолитах не был встречен жёлто-бурый битум (Богуш О.И. и др., 1980). Аналогичная картина наблюдается в алюмосиликатных породах доюрского комплекса Шаимского НГР. Авторы статьи вслед за О.И. Богушем и его коллегами (1980) считают, что это вызвано тепловым воздействием гидротерм: более лёгкие светлоокрашенные фракции были отогнаны, а вязкие высокосмолистые (тёмные) - разжижались, приобретали способность к миграции и увлекались нисходящими потоками ресургентных растворов в кровлю складчатого основания.

Важно подчеркнуть, что вторичная доломитизация, сопровождавшаяся нефтенасыщением, протекала одновременно с процессами растворения, выщелачивания и перекристаллизации карбонатных пород [2]. В чем же состоят физико-химические особенности таких преобразований для погребённого палеорифта Западно-Сибирской плиты?

Дело в том, что нисходящие ресургентные гидротермы, обогащённые УВ, а также Mg, Fe и другими элементами, имели низкие значения рН. Это связано с тем, что каждый из первичных смешивающихся растворов был кислым: и тот, что прежде вызывал глеевый эпигенез, и тот, что выщелачивал породы, залечивая трещины в алюмосиликатных толщах минералами группы каолинита и кварцем. Поэтому нисходящие воды, проникая по ослабленным направлениям в отложения фундамента, которые перекрыты региональными непроницаемыми покрышками глинистых пород, взаимодействовали с известняками в обстановке почти закрытой системы с повышенными температурами. При этом разложение кальцита (арагонита?) сопровождалось, с одной стороны, процессами растворения и выщелачивания, а с другой - активным выделением СO2 при нейтрализации кислых ресургентных вод.

Как известно, свободная углекислота в условиях закрытой системы поддерживает высокое парциальное давление углекислого газа, что, в свою очередь, приводит к росту в растворе содержания бикарбонатного иона. Г.И. Теодорович (1958), изучая карбонатонакопление, пришёл к выводу, что в условиях высокого давления СO2 доломит менее растворим, чем кальцит. Следовательно, выщелачивание и растворение известняков доюрского комплекса в условиях погребённого палеорифта были сопряжены с переводом части кальция в раствор в виде СаНСО3+, и заменой его находящимся в растворе Mg. Наиболее просто структуру доломита можно описать как кальцитовую, в которой атомы Са в каждом втором слое катионов замещены Mg (Ридер Р.Дж., 1987). Сказанное хорошо иллюстрируется результатами химических исследований (табл. 2) и согласуется с экспериментальными работами Дж. Барона (Baron G., 1960), который показал, что доломит образуется в бикарбонатной среде при высоких давлениях СO2.

Данные химического анализа (см. табл. 2) показывают, что доломитизация известняков Нюрольской впадины сопровождается уменьшением содержания Са (29,30-32,95 против 52,00-55,00 %) и увеличением количества Mg (16,87-21,36 против 0,30-0,80%, иногда 2,0-3,0 %) в породах. При этом установлена зависимость коллекторских свойств карбонатных отложений от содержания МgО: при его увеличении возрастает пористость пород [1].

Выводы Дж. Барона и Г.И. Теодоровича в контексте предлагаемой нами модели объясняют закономерное усиление доломитизации известняков Малоичской площади по направлению к Межовскому своду [2], где отмечается максимальное для Нюрольской впадины содержание НСO3 в юрских отложениях и породах фундамента (Сердюк З.Я., Розин А.А., 1969; Перозио Г.Н., Мандрикова Н.Т., 1971).

Сказанное позволяет с новых позиций взглянуть на происхождение протодоломита подошвы осадочных пород, описанного Г.Н. Перозио и Т.Н. Мандриковой (1971).

К настоящему времени предполагается, что в большинстве случаев кальцит (редко арагонит) известняков является минералом-предшественником вторичного доломита. Исходя из этих соображений, а также учитывая, что Са+2 трудно внедриться в более мелкие позиции, в которых находится Мg+2 (Ридер Р.Дж., 1987), авторы статьи вслед за И.Г. Демчук (1992) полагают, что избыточный Са+2 в доломите (т.е. протодоломите) является остаточным от недозамещенного кальцита. Неполное замещение Са магнием в пропластах известняка и известковом цементе песчаников и алевролитов может быть объяснено дефицитом подвижного Мg+2 в гидротермах. Это связано с затруднённым просачиванием ресургентных растворов через слабопроницаемые толщи нижней юры в вышележащие горизонты и значительным разбавлением их пластовыми водами. Кроме того, отрицательную роль играет недостаточно высокое давление СO2 в разгерметизированной системе платформенного чехла. Ведь неспроста выявленные залежи углекислого газа на Шаимской, Межовской, Веселовской и других площадях приурочены к основанию осадочного чехла или породам фундамента на их контакте с юрскими отложениями (Сердюк З.Я., Розин А.А., 1969).

В отношении воздействия на палеозойские известняки горячих нефтенасыщенных растворов, нельзя забывать о заметном присутствии в них подвижного Fe, которое находится в форме FeHCO3+. Следствием этого является большая вероятность метасоматического замещения кальцита не только (не просто) доломитом, но и кристаллизующимся в структурном мотиве доломита анкеритом. Анкеритами называются все доломиты с заметным содержанием Fe в кристаллической решетке (Ридер Р.Дж.,1987), т.е. железистые доломиты. Реальность развития такого процесса прекрасно подтверждается экспериментальными работами Ф.В. Сыромятникова и И.М. Воробьева (1974), которые установили, что кислые (рН = 5) гидротермальные растворы, содержащие ионы Мg+2 и Fe+2, при повышенных давлении (49*106 Па) и температуре 100-200 °С способны преобразовать кальцит в анкерит. По мнению этих исследователей, для генезиса анкерита очень важны изменения рН равновесного ему раствора. В нашем случае это легко реализуется в почти закрытой природной системе кислый раствор - известняк на границе пород фундамента и осадочного чехла.

К сожалению, специальных работ по идентификации анкерита в карбонатных коллекторах фундамента Западно-Сибирской плиты не проводилось. Вообще же, железистые доломиты широко распространены в природе и характеризуют вполне определённую геодинамическую обстановку. Они, в частности, известны в лапичской (осиповичской) свите рифея Белоруссии, где отличаются повышенным содержанием Fe2O3 (1-5 %), Мn (до 2 %), Ва, Sr и некоторых редких элементов (Бессонова В.Я., 1970). Это, по мнению К.Э. Якобсон и М.Т. Орловой (1985), свидетельствует о том, что район формирования доломитов был связан с сопредельной областью вулканизма, откуда поступали гидротермальные растворы, обогащенные перечисленными металлами и ответственные за возникновение метасоматических доломитов. Выяснение природы вторичных доломитов, контролируемых разрывной тектоникой, также показало (Петгиджон Ф.Дж., 1981), что эти породы, как правило, содержат больше Fe и Мn, чем материнские известняки, а сам процесс доломитизации непосредственно связан с магматическими источниками.

Таким образом, в заключительную стадию тектоногидротермальной активизации погребенного палеорифта, скорее всего, осуществлялась метасоматическая анкеритизация известняков. Следовательно, можно сделать уверенное предположение, что залежи НГГЗК должны быть локализованы не просто в доломитизированных, а в собственно анкеритизированных карбонатных толщах палеозойского фундамента. Однако чтобы полностью удостовериться в этом, требуется проведение специальных исследований.

В заключение необходимо кратко остановиться на роли интрузий в процессе метасоматической доломитизации известняков.

Как отмечалось, в период раннемезозойской тектономагматической активизации основные, реже кислые силикатные расплавы, внедрялись в палеозойские карбонатные отложения в прибортовых частях закладывающихся рифтовых грабенов и изолированных депрессий. Установлено, что на Малоичской площади в зонах контакта упомянутых интрузий с известняками фильтрационно-ёмкостные свойства последних резко улучшаются за счёт возрастания вторичной пористости, кавернозности и трещиноватости (Белова Е.В., Рыжкова С.В., 2000). Эти преобразования, как было показано, сопровождают процесс доломитизации известняков в условиях погребённого палеорифта. Это находится в соответствии с наблюдениями Н.П. Запивалова с коллегами (1975), установивших на Малоичском месторождении пространственное сонахождение вторичных доломитовых известняков и изверженных пород основного состава.

В обстановке тектоногидротермальной активизации ископаемого рифта основные интрузивы испытали глубокие изменения (пропилитизацию, фельдшпатизацию, гидротермальную аргиллизацию, кислотное выщелачивание), что сопровождалось выносом из магматитов и перераспределением во вмещающие карбонатные толщи Mg, Fe, Мn и других элементов. Следствием явилась вторичная доломитизация известняков. Фильтрационно-емкостные характеристики основных интрузивных пород за счёт перечисленных изменений резко ухудшаются (Коробов Д.А., Коробова Л.А., 2003). Именно поэтому преобразованные интрузивы Нюрольской впадины, отвечающие по исходному составу диабазам, гиалобазальтам, диабазовым порфиритам, практически непроницаемы и характеризуются как флюидоупоры (Белова Е.В., Рыжкова С.В., 2000).

Выводы

В процессе исследований было установлено следующее.

1.     Доломитизация известняков палеозойского фундамента Западно-Сибирской плиты происходила в условиях погребённого континентального рифта в результате тектоно- гидротермальной активизации. Последняя наиболее интенсивно проявилась на рубеже юры и мела и неоднократно возобновлялась в дальнейшем.

2.     Источником Mg при метасоматической доломитизации известняков были базальты туринской серии (T1-2), выполняющие рифтовые мегапрогибы и генетически сопряжённые с ними изолированные впадины. В этих структурах активизации функционировали рифтовые гидротермальные системы.

3.     Вторичные доломиты формировались в результате воздействия ресургентных гидротермальных растворов, одновременно обогащённых Mg, Fe и другими элементами, а также УВ-флюидом, на толщи известняков в обстановке почти закрытой системы с повышенными температурами. Это вызвало синхронное образование карбонатных коллекторов в породах фундамента и их насыщение УВ. Битумы мобилизовались из нефтематеринских пород осадочного чехла нисходящими потоками ресургентных терм в кровлю доюрского комплекса по ослабленным направлениям.

4.     Положительное влияние раннемезозойских интрузий на фильтрационно-ёмкостные свойства вмещающих известняков фундамента состоит в том, что они являлись проводниками постмагматических флюидов, которые ответственны за вторичную доломитизацию.

5.     Можно уверенно предполагать, что в районе развития карбонатных коллекторов фундамента резервуары НГГЗК локализованы в анкеритизированных известняках.

Литература

1.     Абросимова О.О. Формирование коллекторов в палеозойских карбонатных отложениях Малоичского месторождения нефти / О.О. Абросимова, Н.П. Запивалов, С.В. Рыжкова // Геология нефти и газа. - 1999. - № 9-10.

2.     Запивалов Н.П. Нефтегазоносность карбонатных пород силура - нижнего карбона Западной Сибири / Н.П. Запивалов, З.Я. Сердюк, Л.В. Залазаева, С.М. Яшина // Геология нефти и газа. - 1978. - № 1.

3.     Краснов С.Г. О влиянии интрузий в фундаменте Западно-Сибирской плиты на нефтеносность баженовской свиты / С.Г. Краснов, М.Д. Хуторской // Докл. АН СССР. - 1978. - Т. 243. - № 4.

Abstract

The studies carried out have established the following: 1.Limestone dolomitization of Paleozoic basement of West Siberian plate occurred under buried continental rift conditions as a result of tectono-hydrothermal activation. 2.The source of Mg under metasomatic dolomitization of limestones were basalts of Turin suite (Ti_2) filling up rift megatroughs and genetically associated with them isolated troughs. 3.Secondary dolomites were formed under the effect of resurgent hydrothermal solutions simultaneously enriched by Mg, Fe and other elements as well as HC fluid, on limestone sections in situation of almost closed system with elevated temperatures. That led to synchronous formation of carbonate reservoirs in basement rocks and their saturation with hydrocarbons. 4. Positive effect of Early Mesozoic intrusions on rock-fluid system properties of country limestones of the basement resides in the fact that these were the guides (conductors) of postmagmatic fluids which are responsible for secondary dolomitization. 5. It is surely believed that in the area of basement carbonate reservoirs development, oil and gas reservoirs are localized in ankeritized limestones.

 

Таблица 1 Последовательность развития палеорифта Западно-Сибирской плиты и формирование нетрадиционных резервуаров жильного типа в породах доюрского комплекса Шаимского района

Тектонические обстановки и системы преобразования пород

Формирование континентальных рифтов и изолированных грабенов

формирование рифтогенных осадочных бассейнов и погребенных изолированных грабенов

Тектономагматическая активизация ->

Относительная тектоническая стабилизация ->

Тектоногидротермальная активизация

Формирование в изолированных грабенах гидротермальных систем

Возникновение инфильтрационных систем доюрский комплекс - породы осадочного чехла

формирование в изолированных грабенах флюидодинамических систем изверженные образования туринской серии - породы осадочного чехла

Характер и последовательность процессов изменения

Гидротермальный литогенез ->

Глеевый эпигенез ->

Гидротермальный (гидротермально-метасоматический) процесс

Развитие гидротермалитов с характерной метасоматической зональностью и зональностью фильтрационно-емкостных свойств по изверженным породам туринской серии. Переотложение продуктов гидротермально-метасоматического изменения

Перерождение гидротермалитов туринской серии, а также преобразование пород фундамента под действием нисходящих кислых восстановительных растворов. Формирование так называемых кор выветривания по породам доюрского комплекса

I стадия прогрессивная Возникновение разуплотненных зон (вторичных коллекторов) под действием восходящих горячих агрессивных гидротермальных растворов

II стадия регрессивная (продуктивная)

Заполнение разуплотненных зон (вторичных коллекторов) УВ под действием нисходящих остывающих карбонатных (гидрокарбонатных) растворов

Зоны и продукты изменения, минералы-индикаторы нетрадиционного резервуара

Зоны гидротермального изменения: кислотного выщелачивания (окварцевания, каолинизации); гидротермальных глин (монтмориллонитизации, каолинизации); аргиллизированных пропилитов (фельдшпатизации); низкотемпературной пропилитизации трансильванского типа; серицитизации и окварцевания

Развитие сидеритизации (сферосидерит), каолинизации и обеление кровли пород доюрского комплекса

Минералы-индикаторы диккит (редко накрит), крупнокристаллический структурно совершенный триклинный каолинит, перекристаллизованный с укрупненными кристаллами кварц

Нетрадиционный резервуар жильного типа заполнен жидкими УВ, ассоциирующими с прожилками сидерита и доломита, а также с диккитом и структурно совершенным каолинитом

 

Таблица 2 Содержание щёлочноземельных элементов и кремнезёма, %, в нефтегазоносных карбонатных породах доюрского комплекса Нюрольской впадины [2]

Карбонатные породы

Номер скважины

СаО

МgО

SiO2

Хемогенные известняки

Скв. Верх-Тарские-3,12 Скв. Северо-Тарская-13 Скв. Малоичские-2,3,4

52,00-55,00

0,n

(иногда 2,00-3,00)

Нет данных

Органогенные известняки (кальцит)

Скв. Верх-Тарские- 2,3,7,12

Скв. Северо-Тарская-13

52,00-55,00

0,30-0,80

0,n

(лишь в 2 случаях 1,17 и 8,80)

Доломитизированные органогенные известняки

Скв. Малоичские-4,5

35,44-52,07

3,00-5,00 (иногда до 14,93)

Нет данных

Скв. Северо-Тарская-13

Нет данных

3,19-13,74

Доломиты, переходящие участками в доломитизированные известняки

Скв. Малоичская-2

29,30-32,95

16,87-18,84

0,n

(иногда 3,00-5,00)

Скв. Малоичские-3,4

 

18,10-21,36