Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Геохимические предпосылки нефтегазоносности девонского комплекса обложений северной бортовой зоны Прикаспийской впадины

ВАК РФ 04.00.17, Геология, поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Конюхова, Вероника Александровна, Москва



МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. М.В. Ломоносова

Геологический факультет Кафедра геологии и геохимии горючих ископаемых

КОНЮХОВА ВЕРОНИКА АЛЕКСАНДРОВНА

Геохимические предпосылки нефтегазоносности девонского комплекса отложений северной бортовой зоны Прикаспийской впадины

Специальность: 04.00.17 - Геология, поиски и разведка

нефтяных и газовых месторождений

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Ю.И. Корчагина

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ.....................................................1

ГЛАВА I. ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕВОНСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ... 5

ГЛАВА II. КРАТКИЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК....................11

§ 1. Стратиграфия............................................11

§2. Тектоника...............................................29

§3. История геологического развития...........................40

§4. Нефтегазоносность........................................49

ГЛАВА III. ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ДЕВОНСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ СЕВЕРНОЙ БОРТОВОЙ ЗОНЫ

ПРЖАСПИЙСКОЙ ВПАДИНЫ....................................56

§1. Методика геохимических исследований......................56

§2. Геохимическая характеристика рассеянного органического

вещества девонских отложений.....................................63

§3. Генетический тип органического вещества пород..............81

§4. Термическая история отложений и катагенетическая

превращенность органического вещества............................108

§5. Корреляция углеводородного состава рассеянного органического

вещества и нефтей...............................................118

ГЛАВА IV. МАСШТАБЫ ГЕНЕРАЦИИ ЖИДКИХ УВ И ПЕРСПЕКТИВЫ

НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ........................................125

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................133

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ...................................136

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.........................................138

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы северная бортовая зона Прикаспийской впадины представляет собой территорию интенсивного геологического освоения и нефтяной разведки. Окрытые в ее пределах месторождения нефти, газа и конденсата, такие как Карачаганакское, Оренбургское, являются крупнейшими по запасам скоплениями углеводородов. Высокая степень разведанности верхних горизонтов осадочного чехла, в том числе пермских и каменноугольных отложений палеозойского подсолевого разреза, привела к переориентировке нефтепоисковых работ в 80-е-90-е гг. в направлении глубокопогруженных (4 и более км) горизонтов, которые сложены породами эйфельско-нижнефранского терригенно-карбонатного комплекса. Первые испытания глубоких скважин подтвердили возможность высоких перспектив нефтегазоносности в пределах комплекса. Промышленные скопления углеводородов в нем установлены на Зайкинской, Вишневской, Конновской, Росташинской, ЮжноПервомайской, Давыдовской, Чинаревской, Карачаганакской и др. площадях. Между тем, поиски нефти и газа на больших глубинах сопряжены с трудностями как финансового, так и технического характера и их продолжение в северной бортовой зоне, особенно в более погруженных южных районах, требует комплексного геолого-геохимического изучения отложений больших глубин.

Целью наших исследований является детальное геохимическое изучение нефтегазоматеринских свойств девонских глубокопогруженных отложений и на этой основе выделение в регионе очагов нефтегазогенерации, а также определение масштабов нефтеобразования и возможностей эмиграции углеводородов (УВ) с последующей их аккумуляцией в глубокопогруженных горизонтах. В итоге это должно служить обоснованием для проведения нефтепоисковых работ в регионе.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) Изучение содержания и состава ОВ девонских пород, залегающих в диапазоне глубин от 3,5 до 5 км и более.

2) Определение генетического типа рассеянного органического вещества (РОВ) и его катагенетической зрелости.

3) Определение генетического потенциала РОВ и степени его реализации.

4) Расчет удельной продуктивности пород-генераторов и оценка масштабов эмигрировавших УВ из очага генерации.

5) Изучение генетических связей между УВ в РОВ пород-генераторов и УВ нефтей Карачаганакского, Зайкинского, Ташлинского, Вишневского, Чаганского, Конновского и др. месторождений.

Решение поставленных задач достигалось путем всестороннего изучения содержания и состава ОВ пород, выделения из них керогена, исследования структуры УВ в ОВ девонских отложений и в нефтях современными аналитическими методами, в числе которых применялись пиролиз, газо-жидкостная хроматография (ГЖХ), хромато-масс-спектрометрия (ХМС), а также элементный анализ керогена, исследование форм включений ОВ в шлифах. Полученные результаты, а также данные бурения глубоких скважин на разных площадях северного борта Прикаспийской впадины (по материалам "Уральскнефтегазгеология", Оренбурггеология, Нижневолжскгеология) были использованы для построения моделей прогрева отложений и схем глубинной катагенетической зональности ОВ пород.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые на конкретных образцах пород показано, что ОВ девонского комплекса, обладающее высоким исходным потенциалом, за 250-270 млн.л. пребывания в ГЗН на глубинах 5-6 км (Тпл=105-^-115 °С), реализовало его лишь на 20-30 % (кероген содержит более 7 вес. % Н). Степень преобразованности ОВ девонских нефтематеринских (НМ) отложений в

южных районах северного борта Прикаспийской впадины соответствует лишь началу катагенеза (МК) и начало МК2). Тем не менее, как показали расчеты, масштабы генерации нефти НМ-породами оказались высокими (в

о

среднем около 3 кг/м ). Высокая продуктивность отложений обусловлена структурой содержащегося в них керогена, т.к. исходным для него материалом служили главным образом остатки низших морских организмов (фито- и зоопланктона, бактерий).

Образованные при деструкции керогена жидкие УВ лишь частично (на 10-30 %) эмигрировали из материнской толщи. Дело в том, что очаг нефтегазообразования в регионе связан с мощной толщей тонкозернистых, низкопроницаемых пород глинисто-кремнисто-карбонатного состава. Такие породы, например, в разрезе Карачаганакской площади, в определенных условиях превращаются в аккумуляторы новообразованных УВ. О насыщенности пустотного и трещинного пространства пород подвижными миграционными УВ свидетельствуют такие показатели, как ОР1 (0,65ч-0,75), (3ХБ (12*14 %), ц3 (9,75 %), высота пика 8! по пиролизу (17,9 кг/т породы) и величина удельной продуктивности (6,74-7,2 кг/т породы).

Структура УВ алканового ряда С12-С37, стерановых (С21-С39) и терпановых (С19-С35) биомаркеров, выделенных из НМ-пород и нефтей Карачаганакского, Вишневского, Зайкинского, Конновского и других месторождений, оказалась идентичной, что говорит об их генетическом родстве и позволяет предположить, что миграция УВ происходила из очага генерации на юге на север, в направлении более приподнятых районов Камелик-Чаганской зоны дислокаций. Такими показателями служат отношения РгЯЧ (0,68*1,43), ьС^н-Сп (0,15-5-0,68) и ьСго/н-С^ (0,25*0,86), терпановые Тя/Тт (1,34-6), тетра-/три- (0,654-1,33), стерановые отношения С27:С28:С29 (41:31:28), диа.-/рег. (0,754-3,1) и мн. др.

Практическая значимость работы заключается в том, что анализ полученной геолого-геохимической информации позволил выделить в районе северного борта Прикаспийской впадины глубинный очаг нефтегазовой генерации. Масштабы генерации УВ материнскими

о

породами эйфельско-франской толщи (2ч-5 кг/м породы) позволяют рассчитывать на открытие новых месторождений нефти и газа, как в пределах северного борта, так и в центральных районах Прикаспийской впадины.

Диссертация выполнена на кафедре геологии и геохимии горючих ископаемых геологического факультета МГУ. Автор выражает глубокую благодарность и искреннюю признательность научному руководителю доктору геол.-мин. наук, профессору Ю.И. Корчагиной; за ценные советы и консультации, полученные в процессе работы над диссертацией профессорам O.K. Баженовой, В.В. Семеновичу, Б.А. Соколову, вед.н.с., докт. г.-м.н. Е.Е. Карнюшиной, ст.н.с., канд. г.-м.н. Н.П. Фадеевой. Большую признательность автор выражает ст.н.с., канд. г.-м.н. Э.А. Абле за предоставленные материалы по нефтям и помощь при интерпретации данных, доценту, канд. г.-м.н. C.B. Фролову и инженеру Н.И. Коробовой за предоставление керновых материалов и активное содействие при проведении данного исследования. За оказанную помощь в проведении аналитических исследований автор благодарит инженеров лаборатории органической геохимии МГУ: Г.Ф. Артамонову, И.Н. Данилову, Н.В. Митюшина, В.В. Чернышева, а также научных сотрудников ВНИГНИ докт. г.-м.н. М.В. Дахнову, канд. г.-м.н. О.П. Загулову, Э.В. Храмову, ст. инженера А.И. Федотову и др.

ГЛАВА I. ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕВОНСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ.

Интерес к нефтепоисковым работам на больших глубинах обозначился во второй половине XX века, когда глубокие скважины (> 4 км) были пробурены как в США, так и на территории бывшего СССР. Глубокое бурение на северном борту Прикаспийской впадины в 80-х-90-х гг. положило начало освоению глубоких горизонтов, сложенных породами девонского терригенно-карбонатного комплекса. В его составе были описаны битуминозные, глинисто-кремнисто-карбонатные породы, которые с начала века многими геологами-нефтяниками рассматриваются как потенциально нефтематеринские (НМ). Изучению подобного типа отложений посвятили свои труды многие выдающиеся геологи, среди которых Г.П. Михайловский (1906), А.Д.Архангельский (1927), И.М. Губкин (1932), Н.М. Страхов (1935,1955), Г.И. Теодорович (1935, 1957), К.Ф. Родионова (1955,1967), Л.А. Гуляева (1960), C.B. Максимова (1970), позднее Т.Т. Клубова (1988), Е.С. Ларская (1983), М.И. Зайдельсон, Е.Я. Суровиков и др. (1990), С.Г. Неручев, Е.А. Рогозина, Г.М. Парпарова (1984, 1986), Е.И. Тараненко и многие др.

История изучения девонских отложений, обогащенных ОВ, насчитывает не одно десятилетие. Эти породы были впервые описаны в разрезе позднего девона (доманиковый горизонт) северо-востока и востока Русской платформы (Тимано-Печорский и Волго-Уральский регионы).

В 1928 г. по инициативе акад. И.М. Губкина началось планомерное изучение геологии и нефтегазоносности в Вогло-Уральском регионе. Ученые указывали на возможную нефтегазоносность средне- и верхнедевонских отложений. Подтверждением прогнозов стало открытие крупнейших залежей нефти в девонских песчаниках Туймазинского

месторождения. В1945 г. были выявлены залежи нефти в тех же песчаниках в районе Северокамска. С этого времени разведка нефти в девонских отложениях Урало-Поволжья стала основным направлением работ. Результатом научно-исследовательской и геолого-разведочной деятельности стало открытие богатейшего Ромашкинского месторождения.

Работа выдающегося литолога и геохимика Н.М. Страхова «Доманиковая фация Южного Урала» (1939) положила начало системного изучения отложений доманикового горизонта в Волго-Уральском регионе, которые многие ученые рассматривали в качестве НМ-толщи восточных районов Русской плиты. В этой работе было выдвинуто предположение об условиях накопления этих богатых органикой отложений.

Исследованием состава и генезиса доманиковых отложений занимались И.М. Губкин (1939), К.Ф. Родионова (1955, 1967), Г.И. Теодорович (1955, 1956), Г.И. Ованесов (1960), C.B. Максимова (1970). В качестве нефтепроизводящих пород в Волго-Уральском регионе рассматривались также кремнисто-битуминозные силурийские отложения, описанные на западном склоне Урала и песчано-глинистые породы живетского яруса (Губкин, 1939), алевритово-глинистые отложения старооскольского и муллинского горизонтов (Шамов, 1959). Из-за отсутствия данных о возможных путях миграции УВ из отложений доманикового горизонта Н.М. Страхов и др. (1955) пришел к выводу, что нефтепроизводящими породами в палеозойском разрезе могли быть глинистые и карбонатно-глинистые породы пашийского горизонта, а не доманиковые отложения. Г.И. Теодорович и Б.Я. Полонская (1957) писали о нефтепроизводящих свойствах ардатовских и пашийских терригенных отложений Западной Башкирии, накапливавшихся, по их мнению, в условиях сидеритово-сульфидной геохимической фации.

Отсутствие сходства между девонскими нефтями Урало-Поволжского района и битумоидами, выделенными из доманиковых отложений, привело Г.И. Ованесова (1960) к отрицанию их нефтематеринских свойств.

Интересные результаты были получены в 1955 г. К.Ф. Родионовой и Н.М. Страховым, которые изучали нижнефранские отложения Волго-Урала. Они установили четкую зависимость между составом ОВ и литолого-фациальными типами этих отложений. Позднее К.Ф. Родионова (1967) выделила масла из пород пашийского и доманикового горизонтов и показала, что содержание У В в них составляет 40 и 43-74 % соответственно. Проведенные К.Ф. Родионовой исследования состава ОВ доманиковых отложений Волго-Уральского региона показали, что наиболее обогащенными сингенетичными УВ являлись карбонатно-глинистые породы доманикового горизонта и эйфельского яруса среднего девона, которые содержат большие концентрации РОВ.

Г.И. Теодорович (1955) занимался вопросами палеогеографии девонского периода в Волго-Уральском регионе. В 1959 г. во ВНИГНИ была составлена серия литолого-фациальных карт для эйфельского, живетского, позднефранского и фаменского веков. Г.И. Теодорович предполагал дельтовое и прибрежно-морское происхождение терригенных пород девона Зап. Башкирии. М.Ф. Филиппова и М.Г. Кондратьева (1960) писали о существовании лагун в эйфельский век и речных дельт формирования пластов пашийского горизонта.

Выдвигаются различные концепции, объясняющие генезис доманиковых отложений. Их обогащенность ОВ и высокую битуминозность Н.М. Страхов связывал с пышным развитием планктона. Он считал эти осадки относительно глубоководными, накапливавшимися в условиях нормально-морского бассейна (нижняя часть шельфа и начало континентального склона). Позднее C.B. Максимова в своей книге

«Эколого-фациальные особенности и условия образования доманика» (1970) отмечает, что условия образования углеродистых глинисто-карбонатно-кремнистых осадков могут быть и мелководными, и относительно глубоководными. Их накопление связано либо с в условиями нормального кислородного режима, либо с условиями плохой аэрации. В этой книге автор рассматривает основные литотипы пород доманика на примере трех районов Волго-Уральского НГБ. Подчеркивается, что это многокомпонентные минеральные образования, обогащенные OB и кремнеземом.

Геолого-геохимическими аспектами нефтегазоносности материнских отложений на больших глубинах занимались М.И. Лоджевская (1988, 1993), С.П. Максимов (1988), Ю.И. Корчагина, Н.П. Фадеева (1988), В.В. Семенович (1988), Л.С. Прайс, Дж.Л. Клейтон (1981, 1990), Дж. Хант (1986) и другие ученые.

Изучением литологического состава пород эйфельско-нижнефранского комплекса отложений северной бортовой зоны Прикаспийской впадины (детальное литологическое описание пород, построение полифациальных карт и профилей), а также первые оценки заключенного в них потенциала проводилось многими исследователями, среди которых следует упомянуть: С.П. Макарову, 1988; Т.А. Югай, В.Б. Щеглова и др., НВНИИГГ, 1986, 1989; Б.А. Соловьева, Н.Г. Подкорытова, С.М. Фугенфирову, ВНИГНИ, 1989; Л.Г. Кирюхина, И.Н. Капустина, С.М. Камалова, М.И. Лоджевскую, ВНИГНИ, 1993; A.A. Аксенова, Королюк И.К., Е. Л, Меламуд, 1995; научных сотрудников кафедры геологического факультета МГУ: Т.А. Шлыкову, Н.И. Коробову, C.B. Фролова (1993), Е. Е. Карнюшину, Чан Ань Хао (1998).

Исследование пород доманикового типа из разрезов девона на Чинаревской, Весенней, Карачаганакской, Долинной, Зайкинской и др. площадях с применением микроскопического, рентгено-структурного и

химического анализов, а также определения Сорг пород, проведенное Н.И. Коробовой, Т.А. Шлыковой, С.В. Фроловым и др. (1993), показало, что породы девонского комплекса отложений северной бортовой зоны Прикаспийской впадины имеют трех-четырехкомпонентный минеральный состав. Основную массу в них составляют глинистые минералы (60-70 %) и карбонаты (в основном кальцит, гораздо меньше - доломит) - от 12 до 79 %, а также кремнезем (8+53 %) и ОВ (1+5,1 %). Аутигенный свободный кремнезем доминирует в образцах пород, вскрытых скв. 2-Карачаганакская, где наблюдаются хорошо сохранившиеся раковинки радиолярий. Он находится в тесной ассоциации с глинистым веществом, по составу близок к халцедону. Породы эйфеля Чинаревской площади более глинистые, аутигенный кремнезем отсутствует, а панцири радиолярий кальцитизированы. Породы окрашены в темно-коричневый или черный цвета и имеют характерный сланцеватый облик из-за тонкой горизонтальной слоистости, обусловленной неравномерной концентрацией органики в отдельных прослоях, сильно пиритизированные. Присущая породам горизонтальная трещиноватость очень тонкая (до 1-3 мкм) и интенсивная, от сквозной до изолированной, минерализованная в некоторых случаях карбонатом. Среди органических включений �