Литолого-палеогеографические исследования при нефтегазопоисковых работах, условия благоприятные для формирования залежей УВ
Палеогеография – наука, изучающая физико-географические обстановки на поверхности Земли в геологическом прошлом.
Разнообразие методов позволяет выделить несколько направлений палеогеографии, изучающих разные стороны физико-географических условий геологического прошлого (палеоэкологическое, палеотектоническое, палеогеоморфологическое и др.).
С 1930-х гг. палеогеографические реконструкции становятся необходимой предпосылкой поисков полезных ископаемых (нефти и газа, угля, солей, бокситов, фосфоритов, алмазов и пр.).
Литолого-палеографические карты отображают пространств. изменения литологич. состава и мощностей осадочных и осадочно-вулканогенных пород определённого геол. возраста в зависимости от тектонич. режима и физ.-геогр. условий их седиментации. Совмещенное отображение совокупности признаков на одной карте достигается c помощью разл. систем обозначений: литологич. состава отложений - штриховыми знаками; их мощностей - сплошными линиями (изопахитами); палеогеографич. условий - красочным фоном; направлений сноса обломочного материала и течений - линиями движения (стрелками); аутигенных мин. и органич. остатков - границы литологич. фациальных и климатич. зон - внемасштабными усл. знаками.
Литолого-фациальные карты отображают в пределах картируемого региона распределение суши и моря в ту или иную геол. эпоху, предполагаемый рельеф суши и мор. дна, положение долин палеорек, области разл. типов континентального, лагунного и мор. осадконакопления, климатич. зональность, существовавшую в пределах данной территории, и др. особенности физ.-геогр. обстановок прошлого.
Признаки, положенные в основу выделения палеогеографич. зон и обстановок, устанавливаются c помощью фациального анализа. Серия Л.-ф. к., охватывающая без перерыва (век за веком) весь осадочный разрез региона, позволяет воссоздать историю осадконакопления и развития физ.-геогр. среды и выявить связи между ними, a также условия обитания и расселения фауны и флоры и формирования м-ний осадочных п. и.
Фация – осадочное тело, представленное комплексом пород, сформировавшееся на определенной территории, в определенное геологическое время и в определенных условиях и отличающееся от смежных осадочных образований составом и условиями седиментации.
Суть фациального анализа – выявление в пределах стратиграфической единицы фаций, прослеживании их на площади и выявлении перехода в другие одновозрастные образования.
Условия образования реконструируют, используя метод актуализма (знание о современных условиях можно переносить на древние) или, что правильнее, сравнительно-исторический метод (для Kz, Mz – 1:1; для Pz – с поправкой; древнее Pz – нельзя).
При выделении фаций и их классификации устанавливается соотношение между типом среды осадко- и породообразования, ее физико-химическими условиями и проявлениями последних в породах. Эти проявления закреплены в фациальных признаках.
Генетические фац. признаки: тип среды осадконакопления (субаэральная, супераквальная, субаквальная), ее динамика, химические параметры, характер органической жизни и растительности, температурные показатели и т.д.
Вещественные фац. признаки: петрографический, минералогический, химический, изотопный состав минерального вещества (тип осадка или породы, структурно-текстурный облик, морфология контактов и формы залегания породы, видовой состав организмов и растений, характер их захоронения и сохранности и т.д.) – литологический тип породы.
Существуют различные принципы классификации фаций: литолого-генетический, минералого-геохимический, ландшафтный, динамический.
Существует также понятие формация – естественный парагенетически связанный местом и условиями образования крупный комплекс фаций, приуроченный к определенной палеоструктуре и соответствующий определенной стадии ее тектонического развития (геосинклинальные, орогенные, платформенные, океанические с выделением подединиц).
Фации, благоприятные для формирования нефтегазоносных отложений
Морские фации
Отложения морей и океанов наиболее распространены в природе. Их отличительными особенностями являются относительное постоянство состава на обширных территориях, обилие органических остатков животного происхождения, широкое распространение в разрезах хемогенных пород. На характер морских отложений влияют глубина бассейна седиментации, рельеф дна и прилегающей суши, степень изолированности бассейна от океана, климат.
Фации прибрежных частей шельфа
Отложения этой фациальной зоны образуются на глубинах моря до 30 м. Прибрежная часть шельфа максимально подвержена действию приливов и отливов и, располагаясь между уровнями наиболее высокого прилива и самого низкого отлива, имеет большую гидродинамическую активность вод. В результате действия указанных факторов происходят постоянное взмучивание осадков и их аэрация. Рельеф дна прибрежной зоны расчленен и его аккумулятивные и эрозионные формы четко выражены. Благодаря обилию света, высокой степени аэрации для прибрежной зоны характерен расцвет органической жизни.
Ширина побережья меняется от нескольких метров у скалистых берегов до нескольких километров у пологих. В результате развития трансгрессий и регрессий, вследствие перемещения береговых линий во времени, площади, занимаемые отложениями прибрежной зоны, могут быть обширными. Среди прибрежных отложений наиболее широко распространены песчаники различной степени отсортированности с незначительной примесью глинистых частиц, окатанными зернами и характерной разнонаправленной косой слоистостью. Полимиктовые песчаники образуются вблизи разрушающихся кристаллических пород. В результате неоднократного их переотложения возникают кварцевые пески.
Алевролитовые и глинистые отложения прибрежных фаций характеризуются плохой отсортированностью, содержат песчаный материал в виде примеси и отдельных прослоев.
Среди карбонатных пород прибрежной и мелководной зон широко распространены органогенные, органогенно-обломочные и обломочные разности, представляющие интерес с точки зрения развития пород-коллекторов.
Наибольший интерес среди аккумулятивных тел прибрежный фаций представляют бары -песчаные валы, выходящие гребнем на поверхность моря. Образуются они за счет поперечного перемещения волнами обломочного материала со стороны моря к суше. Реже встречаются баровые тела, возникшие в результате действия приливно-отливных течений.
Близки к барам по строению аккумулятивные песчаные валы и гряды, расположенные под водой на разных глубинах. Их высота составляет 6-8 м.
В пределах береговой зоны формируются пляжевые отложения. Ископаемые пляжевые отложения образуют береговые валы, сложенные хорошо отсортированными песчаниками с разнообразными косослоистыми текстурами. Наиболее характерна косая слоистость с углами наклона косых слойков и разделяющих их границ от единиц градусов до 15°.
Прибрежные фации из-за преобладания в осадке окислительной геохимической обстановки не представляют большого интереса как места возможного накопления и захоронения органического вещества, несмотря на исключительное богатство этой зоны органической жизнью.
Фации мелководных (неритовых) частей шельфа
Отложения этой зоны образуются на глубинах от 30 до 100 м, где еще продолжает сохраняться значительная гидродинамическая активность вод, приводящая к взмучиванию осадков, перемещению больших масс обломочного материала, размыву морского дна и активному поступлению к осадкам кислорода. Мелководная зона густо населена разнообразным бентосом, высшими и одноклеточными водорослями, рифообразующими кораллами, губками. Здесь формируются различные типы терригенных, терригенно-карбонатных и хемогенных осадков.
Ширина шельфовой зоны при неоднократных перемещениях береговой линии может достигать нескольких сот километров.
Выдержанные на больших площадях отложения представлены преимущественно мелко- и среднеобломочными песчаниками и алевролитами, реже - грубообломочными разностями, встречающимися лишь во внешней части этой зоны. Отсортированность песчаников здесь хуже, чем в прибрежной зоне, но лучше, чем в руслах рек.
Глинистые породы, образовавшиеся на мелководье, распространены ограниченно, содержат значительную примесь обломочного материала. Наряду с гидрослюдистыми и монтмориллонитовыми компонентами в ряде случаев в них обнаруживается примесь каолинита.
Карбонатные породы представлены известняками и доломитами как хемогенного, так и главным образом органогенного происхождения. Широко развиты органогенно-обломочные, рифогенные и оолитовые известняки. Для отложений мелкого моря наиболее характерна горизонтальная и пологоволнистая слоистость.
Образованиями мелководных фаций, представляющими большой интерес для нефтяников, являются различные органогенные постройки, в первую очередь рифы.
Необходимыми условиями для рифообразования являются: теплый субтропический и тропический климат, небольшое количество терригенного материала, поступающего с суши, наличие твердого скального основания дна, осложненного поднятиями или уступами, нормальная или слабая соленость вод бассейна, активная гидродинамическая среда. Процесс рифообразования возможен лишь на фоне устойчивых нисходящих тектонических движений. Наиболее распространены рифы в геосинклинальных областях.
Фации умеренно-глубоководных (неритовых) частей шельфа
Осадконакопление в пределах наиболее погруженной части шельфа происходит на глубинах 100-200 м реже до 400 м. Для этих глубин характерны слабая гидродинамическая активность вод, отсутствие смены условий осадконакопления на больших площадях, существенное обеднение органического мира. Встречаются раковины фораминифер, радиолярий, диатомей, головоногих моллюсков, а также губки, мшанки, одиночные кораллы, морские ежи и другие организмы.
В разрезах умеренно-глубоководных фаций широко распространены глины тонкоотмученные, гидрослюдистого и монтмориллонитового состава, содержащие крайне незначительную примесь песчаных частиц. Алевролиты встречаются лишь вблизи границы с мелководной зоной. В зонах донных течений распространены песчаники.
Среди органогенных пород развиты лишь планктоногенные их разности - фораминиферовые известняки, диатомиты, опоки и т.д. Распространены породы биохемогенного происхождения - карбонатные, кремнистые и хемогенного - фосфорит- и глауконит-содержащие.
Текстуры умеренно-глубоководных отложений - четко выраженные горизонтальные тонкослоистые, иногда листоватые.
Умеренно-глубоководные фации являются областями развития региональных глинистых покрышек высокого качества. В этих частях морских бассейнов формируются мощные глинистые толщи, гидрослюдистые и монтмориллонитовые, содержащие крайне незначительную примесь песчаного материала и выдержанные на больших территориях Умеренно-глубоководные части морских бассейнов наиболее благоприятны для накопления в отложениях органического вещества. Органический мир этой зоны представлен преимущественно планктоном, для захоронения которого имеются необходимые условия.
Глубоководные (батиальные и абиссальные) фации
Глубоководные фации образуются на глубинах морского дна более 400 м. Батиальная область характеризуется слабой подвижностью водной толщи, отсутствием действия волн. Осадочный материал разносится морскими течениями и подводными мутьевыми потоками. Путями переноса являются каньоны, рассекающие материковые склоны от шельфа до абиссальных глубин. Отложения мутьевых потоков встречаются на глубинах до 10 км. На материковом склоне активно проявляются оползни.
Среди отложений батиальных областей преобладают тонкозернистые осадки. По данным Ф. Шепарда, в современных батиальных областях на долю глин в разрезе в среднем приходится 60 %, песков - 25 %, гальки, гравия - 10 %, раковинного и оолитового материала - 5 %.
Песчаные осадки накапливаются у внешнего края шельфа. При сильных волнениях песок и гравий переносятся на абиссальные глубины, главным образом по подводным каньонам.
Скорость осадконакопления на этих глубинах чрезвычайно низка, фациальные изменения незначительны, характерно развитие марганцевых конкреций; встречаются космическая пыль, аутигенные цеолиты.
Батиальные области благоприятны для формирования глинистых покрышек высокого качества. В верхней части батиальной области открытых морей и океанов в тонкозернистых осадках активно накапливается и захороняется преимущественно планктоногенный органический материал.
Фации, переходные от континентальных к морским
Фации лагун, лиманов и эстуариев
Лагунные фации образуются в мелководных частях морских бассейнов, отделенных от них песчаными косами, пересыпями или барами.
Фации лиманов возникают в затапливаемых морем расширенных устьевых частях рек, открытых или отделенных от моря песчаными косами. Поэтому лагунные отложения подстилаются морскими, а отложения лиманов - континентальными аллювиальными образованиями. Тип перекрывающих отложений определяется трансгрессивным или регрессивным характером последующего развития территории. На образование фаций лиманов не влияют приливно-отливные течения.
Фации эстуариев накапливаются в удлиненных, воронкообразных заливах, приуроченных к устьям крупных рек и непосредственно соединенных с морем. При образовании этих фаций сказывается действие абразии и приливно-отливных течений.
Выделение ископаемых фаций лиманов и эстуариев позволяет наметить положение древних речных систем, дельт, реконструировать характер береговой линии.
Гидродинамический режим осадконакопления в лагунах и лиманах, как правило, спокойный. Поэтому здесь образуются мелкозернистые пески, тонкозернистые плохо отсортированные алевролиты и тонкослоистые глины. Слоистость часто имеет сезонный характер. Карбонатные породы представлены пелитоморфными известняками, ракушечниками, доломитами, эвапоритовые - каменной солью, гипсами, ангидритами, мирабилитом.
Среди терригенных отложений лагун и лиманов могут быть встречены коллекторы, как правило, низкого и среднего качества. Коллекторские свойства песчаников улучшаются по направлению к прибрежным частям морского бассейна. В лагунах формируются регионально выдержанные эвапоритовые покрышки с высокими экранирующими свойствами. Лагуны, характеризующиеся активным накоплением угленосных толщ паралического типа, следует рассматривать как территории, благоприятные для формирования преимущественно газоматеринских отложений.
Фации дельт
Дельтовые образования возникают в устьевых частях рек и в прилегающих к ним прибрежных зонах морских бассейнов или озер. Поэтому в дельте выделяется надводная ее часть и подводная, или авандельта. Подводная часть дельты в ряде случаев расчленяется на предустьевое взморье (собственно авандельту), наклонную («свал глубин») и глубоководную части.
На формировании дельтовых отложений активно сказываются тектонический режим, количество поступающего с суши обломочного материала и климат.
Дельты имеют разнообразную форму, в общем виде треугольную в плане: в виде птичьей лапы, лопастьевидную, веерную и т. д.
Коллекторские свойства дельтовых отложений изменчивы площади и разрезу, что затрудняет их изучение. В наземной части наиболее благоприятны для формирования коллекторов образования русловых протоков, в подводной части - пляжевые отложения, песчаные косы и придельтовые бары.
Резкая (радиальная) изменчивость отложений способствует образованию в дельтах многочисленных литологических ловушек как литологически ограниченных, так и экранированных. Литологическими экранами в основном локального распространения служат глинистые отложения дельт.
Условия для накопления нефтегазоматеринских отложений в дельтовых фациях следует оценивать как весьма благоприятные. Именно здесь вследствие смешения вод различных солености, температуры происходят массовая гибель планктона, накопление других органических остатков животного и растительного происхождения. Захоронению больших масс органического вещества способствует высокая скорость осадконакопления.
Континентальные фации
Элювиальные фации
К элювиальным фациям относятся коры выветривания - остаточные образования, широко известные в ископаемом состоянии, начиная с докембрия.
Коры выветривания образуются в результате физического и химического выветривания горных пород в период длительных континентальных перерывов в осадконакоплении.
Для них характерно отсутствие органических остатков и слоистости. Мощности кор выветривания колеблются от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров.
Хорошо выраженные коры выветривания являются коллекторами с высокой пористостью, возникшей в результате выноса вещества, с низкой и средней проницаемостью. Считается, что коллекторские свойства улучшаются в нижних частях кор выветривания в зоне выщелачивания и в зоне дезинтеграции, где отложения представлены рыхлыми глинистыми обломочными, щебенчатыми и трещиноватыми породами, сохранившими первоначальную структуру.
Залежи в корах выветривания бывают приурочены либо к выветрелым трещиноватым эрозионным останцам, либо, если кора смывается с наиболее приподнятых частей останца, к его периферийным частям. В первом случае образуется залежь массивного типа, во втором - она имеет форму кольца с внутренним и внешним водонефтяным контактом (залежи на структурах с «лысым» сводом).
Залежи обнаружены как в верхних, так и в нижних частях кор выветривания, в последних встречаются чаще. В отложениях кор выветривания скопления углеводородов могут быть лишь вторичными.
Аллювиальные фации
Исследованиями ведущих седиментологов установлено, что 99 % обломочных частиц, поступающих за год в моря на современном этапе, приносится реками.
В разрезах осадочных пород речные отложения слагают многие континентальные толщи. На характере речных отложений активно сказываются влияние рельефа местности, тектонический и климатический режимы.
Среди отложений равнинных рек, чаще всего сохраняющихся в ископаемом состоянии, четко выделяются русловые, пойменные и старичные фации. Интерес в качестве потенциальных коллекторов представляют русловые фации. Это относительно грубозернистые отложения среди аллювиальных, в различной степени отсортированные. Отсортированность определяется не только гидродинамической активностью реки, но и составом размывающихся отложений. Поперечное сечение речных русел имеет линзовидную форму с выпуклой нижней и плоской верхней поверхностями, часто асимметричную, отражающую разную крутизну речных берегов. Залежи в руслах являются вторичными. Как правило, нефтегазоматеринские толщи расположены в подстилающих отложениях.
Озерные и болотные фации
Характер озерных отложений определяется размерами и глубиной озера, климатическими условиями и зависит также от формы озера, рельефа местности окружающей территории и состава размывающихся пород.
В условиях гумидного климата образуются пресные, проточные озера, в которых происходит накопление терригенных пород. На месте озер при теплом, влажном климате и обилии растительности часто формируются болота. Болота возникают также в речных долинах, в дельтах и лагунах.
При аридном климате на континентах получают развитие бессточные озера с угнетенной органической жизнью. В таких озерах наряду с образованием терригенных пород идет соле- и карбонатонакопление.
Диагностическими признаками толщ, накопившихся в озерных условиях, являются:
1) расположение между аллювиальными толщами или ограничение плоскостями эрозионных несогласий;
2) большая степень выдержанности по сравнению с аллювиальными отложениями;
3) присутствие пресноводных организмов, развивавшихся в условиях «стресса» (резкая смена обстановки), что обусловило резкое изменение видов и количества организмов;
4) содержание минералов - солей континентального происхождения, кремнистых прослоев, железных руд;
5) обеднение пресноводных карбонатных отложений по сравнению с морскими изотопом 13 С;
6) сходство по типу слоистости с морскими прибрежными отложениями и отличие от аллювиальных отложений, наличие варе, а также ряд других особенностей.
Озерные фации гумидного климата благоприятны для накопления органического вещества преимущественно сапропелевого типа. Высокая биологическая продуктивность устанавливается для озер относительно неглубоких, хорошо прогреваемых. Тонкозернистый состав отложений, небольшая гидродинамическая активность вод способствуют созданию восстановительной обстановки в придонном слое, а относительно большие скорости осадконакопления - захоронению образующегося органического вещества.
В болотных фациях происходит накопление громадных масс органического вещества преимущественно гумусового типа. Именно здесь возникают впоследствии каменные угли лимнического типа.