Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геолого-структурные и термобарогеохимические условия формирования залежей углеводородов Большехетской синеклизы (Западная Сибирь)

ВАК РФ 25.00.12, Геология, поиски и разведка горючих ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Геолого-структурные и термобарогеохимические условия формирования залежей углеводородов Большехетской синеклизы (Западная Сибирь)"

На правах рукописи

Сухарев Анатолий Иванович

ГЕОЛОГО-СТРУКТУРНЫЕ И ТЕРМОБАРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ БОЛЬШЕХЕТСКОЙ СИНЕКЛИЗЫ (ЗАПАДНАЯ СИБИРЬ)

Специальность: 25.00.12 Геология, поиски и разведка нефтяных и газовых

месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

О 5 СЕН 2013

005532657

Ростов-на-Дону - 2013

005532657

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» на кафедре месторождений полезных ископаемых

Научный руководитель: доктор геол.-мин. наук, заслуженный деятель

науки РФ, профессор Труфанов Вячеслав Николаевич

Официальные оппоненты: Сианисян Эдуард Саркисович

доктор геол.-мин. наук, профессор Южный федеральный университет, г. Ростов-на-Дону

Давыденко Дмитрий Борисович

кандидат геол.-мин. наук, ведущий научный сотрудник ИАЗ ЮНЦ РАН, г. Ростов-на-Дону

Ведущая организация: Национальный минерально-сырьевой

университет «Горный», г. Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится 3 октября 2013 г. в 1200 на заседании диссертационного совета Д 212.208.15 при Южном федеральном университете по адресу: 344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 40, геолого-географический факультет, ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке Южного федерального университета по адресу: 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

Автореферат разослан 19 августа 2013 г.

Отзывы на диссертацию и автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу: 344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 40, к. 110, ученому секретарю Диссертационного совета Д 212.208.15.

Факс: (863) 222-57-01; e-mail: rylov@sfedy.ru

Ученый секретарь диссертационного совета

В.Г. Рылов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Новые геологические данные о меловом нефтегазоносном комплексе осадочного чехла Большехетской синеклизы Западной Сибири побуждают к изменению подходов при проведении геологоразведочных работ и учету всего спектра представлений о генерации, миграции и локализации залежей углеводородов (УВ), а также всех генетических типов постседиментационных процессов трансформации терригенно-осадочных отложений с позиции истории геологического развития региона. Особое место в спектре постседиментационных процессов трансформации породных комплексов занимает гидротермальный метасоматоз, развивающийся на этапах активизации глубинных процессов. Одним из признаков их развития являются погруженные кольцевые депрессии — инверсионные кольцевые структуры (ПКД-ИКС), формирование которых связано с гидротермальным метасоматозом. Это позволяет говорить о гидротермалыю-метасоматическом типе ловушек УВ, что требует иных подходов к исследованию осадочного чехла Большехетской синеклизы. Подобный тип ловушек был выделен в процессе исследования Шаимского района на юго-западе Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции (Зубков и др., 1991).

Актуальность работы определяется тем, что для идентификации и картирования данного типа ловушек необходимо расширить комплекс методов исследования с акцентом на изучение генетической природы вещества. Для повышения эффективности геологоразведочных работ целесообразно пересмотреть традиционные условий формирования залежей УВ и перейти к пониманию их конвергентной природы. Апробированная методика исследований дает возможность картировать зоны гидротермального метасоматоза. В ее основе лежит структурно-геологический анализ и фиксация термо-барогеохимических параметров флюидных систем. Данные системы, представленные маломощными локальными зонами, практически не фиксируемые сейсморазведкой, которые в процессе обработки ее результатов воспринимаются как сейсмические «шумы», определяют анизотропию стратифици-

рованных горизонтов. Указанная методика позволяет картировать данные зоны. Возможность решения проблемы анизотропии, в том числе залежей УВ, также свидетельствует об актуальности проведенных исследований. Объектом исследования является меловой нефтегазоносный комплекс осадочного чехла Северо-Тазовской впадины - структуры I порядка Больше-хетской синеклизы. В качестве эталонного объекта взята Пякяхинская площадь, наиболее комплексно изученная, а также 3-й скважины сопредельных площадей, представляющих различные типы погребенных структур доюрского комплекса. Анализируемые площади расположены в Тазовском районе Ямало-Ненецкого автономного округа, северо-восточнее районного центра - пос. Тазовский. Предметом исследования выступают процессы формирования флюидоактивных зон на определенных этапах активизации глубинных процессов.

Цель и задачи исследований. Цель работы заключается в создании структурно-генетической модели формирования залежей УВ и разработке на ее основе критериев прогноза перспективных площадей в меловом комплексе осадочного чехла Болынехетской синеклизы. Для ее достижения решались следующие задачи:

1. Выделить геолого-структурные факторы распределения залежей УВ.

2. Исследовать процессы гидротермального метасоматоза и его влияния на формирование залежей УВ.

3. Провести термобарогеохимические исследования с целью выявления аномальных флюидоактивных зон и параметров процессов флюидизации.

4. Создать модель формирования залежей УВ и определения структурных, термобарогеохимических, литогеохимических и минералогических критериев оценки перспектив нефтегазоносности флюидоактивных зон и прогнозирования характера распределения залежей УВ.

Фактический материал и личный вклад. В основу диссертационной работы был положен анализ результатов сейсморазведочных работ и комплексных литолого-петрофизических исследований керна и шлама из 42 скважин 7

площадей Северо-Тазовской впадины. Для выявления структурных, минералогических, литогеохимических и термобарогеохимических признаков, влияющих на характер распределения залежей УВ, использовались результаты испытаний 342 интервалов в 49 скважинах 8 площадей. Для выявления структурных признаков распространения залежей углеводородов использовались данные по другим месторождениям и площадям, расположенным в границах Болынехетской синеклизы.

Автор диссертационной работы провел систематизацию результатов лабораторных исследований, что позволило обосновать и провести дополнительные минералогические, литогеохимические и термобарогеохимичес-кие исследования 385 проб керна и шлама из 4 скважин 4 эталонных площадей района работ. Лично провел статистическую обработку результатов литогеохимических и термобарогеохимических исследований, а также выполнил на растровом электронном микроскопе анализ 55 проб керна из 16 скважин Пякяхинского площади. Сделал 150 РЭМ-снимков с изучением химического состава в 600 точках методом микрозондирования микродрузовых минеральных агрегатов в поровом пространстве пород-коллекторов неокома. Методы исследования. В основу диссертационной работы легли математические методы моделирования с выделением корреляционных связей между термобарогеохимическими, литогеохимическими и петрофизическими параметрами исследованных породных комплексов продуктивных горизонтов, а также результатами их испытаний в скважинах. Установленные корреляционные связи между данными параметрами сопоставлялись с морфологией поверхности доюрского комплекса, а также с особенностями геологического строения юрского и мелового комплексов, в частности, с распространением структур типа ПКД-ИКС. На базе проведенного анализа была создана структурно-генетическая модель формирования залежей УВ и выделен критерии прогноза перспективных площадей в меловом комплексе осадочного чехла Большехетской синеклизы.

Обоснованность и достоверность. Обоснованность сделанных выводов обусловлена использованием автором большого массива геологических данных. Выводы сделаны на основе анализа результатов комплексных лабораторных исследований проб керна и шлама. Исследования проводились на аттестованном и сертифицированном лабораторном оборудовании.

Достоверность обеспечивается информацией, взятой из фондовых и опубликованных материалов, прошедшей определенные уровни экспертиз; выделениях устойчивых корреляционных связей между количественными характеристиками петрофизических, литогеохимических и термобарогео-хнмических параметров, отражающих структурные, литофациальные и минералогические особенности исследованных породных комплексов во взаимосвязи с историей геологического развития региона. Научная новизна состоит в том, что впервые в Болынехетской синеклизе на севере Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции был выделен гидротермалыю-метасоматический тип ловушек УВ. Анализ результатов структурных, минералогических, литогеохимических, петрофизических и термобарогеохимических исследований показал, что в процессе гидротермального метасоматоза в зонах флюидомиграции формируются вторичные флюидоупоры и коллектора. Деструктивные зоны развития гидротермального метасоматоза определяют анизотропию продуктивных горизонтов.

Исследования подтвердили определяющую роль флюидных систем в формировании месторождений углеводородов и сопровождающих их эпигенетических изменений осадочного чехла нефтегазоносных бассейнов. Так, была подтверждена важная роль глубинной флюидизации при формировании структур типа ПКД-ИКС — важного фактора нефтегазо-носности региона. Было доказано, что они формировались на ряде этапов активизации глубинных процессов. При некоторых термобарических, литогеохимических и минералогических параметрах, в них имеет место генерация УВ, формируется система миграции и условия их консервации.

б

Выделение, кроме традиционных, других источников УВ и свободного водорода дает основание говорить о конвергентной природе УВ. Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что установлены геолого-структурные и термодинамические особенности локализации залежей углеводородов в осадочном чехле Большехетской синек-лизы. На их основе разработана структурно-генетическая модель их формирования и сформулированы 4 уровня прогноза: структурно-тектонический, термобарогеохимический, литогеохимический и минералогический. Реализация и апробация результатов работы. Результаты исследований докладывались на научно-технических советах филиала ООО «ЛУКОЙЛ -Инжиниринг» «КогалымНИПИнефть» и ТПП «Ямалнефтегаз» при защите отчетов по результатам комплексных литолого-петрофизических исследований керна и шлама. В настоящее время Заказчику - ООО «ЛУКОЙЛ -Западная Сибирь» представлено обоснование практического применения разработанной методики при проведении геологоразведочных работ.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на V (2008 г), VIII (2010 г), XI (2012 г) Уральских литологических совещаниях ИГГ УрО РАН, г. Екатеринбург; Всероссийской научной конференции, СКНЦ ВШ ЮФУ, г. Ростов н/Д, 2011 г; Всероссийском совещания, ИГ Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар, 2011 г; Российском рабочем совещании, ИГЕМ РАН, г. Москва, 2011 г; VIII научных чтениях МГРИ-РГГРУ, г. Москва. 2012, на Международной научно-практической конференции, г. Тюмень, 2013. Публикации. Основные положения изложены в 15 опубликованных работах, в том числе 2 — в журналах, включенных в перечень ВАКа Минобрнауки РФ. Двенадцать работ написаны автором единолично. Одна статья «Геолого-структурный фактор распространения залежей УВ в осадочном чехле Большехетской синеклизы (Западная Сибирь)» 8.05.2013 г прошла рецензирование и принята к публикации в научно-техническом журнале «Георесурсы», включенный в перечень ВАКа. Отдельные научные результаты изложены в научно-исследовательских отчетах, находящихся в фондах

ТПП «Ямалнефтегаз» в г. Салехарде и филиала ООО «ЛУКОЙЛ -Инжиниринг» «КогалымНИПИнефть» в г. Тюмени.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения. Список литературы содержит 80 наименований. Объем работы -174 машинописных страницы. Текст дополняют 39 рисунков и 8 таблиц.

В 1 главе: «Обзор и анализ ранее проведенных работ» проведен обзор мнений отечественных и зарубежных исследователей по вопросу трансформации терригенно-осадочных отложений. Приведены данные об исследованиях гидротермально-метасоматических процессах и зонах дилатансии в Шаимском районе на юго-западе Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции. Отмечены первые представления об гидротермально-метасома-тическом типе ловушек углеводородов в данном районе, а также о структурном и минералогическом факторах их прогноза. Отмечен геосинергетический подход к решению данной проблемы.

Во 2 главе: «Методика работы» приведен комплекс лабораторных и аналитических методов исследования породных комплексов, включающих литологическое описание керна и шлама, минералого-петрографические, литогеохимические и термобарогеохимические исследования, геолого-структурный, статистический и факторный анализы.

В 3 главе: «Геолого-структурные особенности и закономерности распределения залежей углеводородов Болынехетской синеклизы» дан обзор стратиграфии с данными детального литофациального анализа, а также приведены особенности тектонического строения региона. Установлена связь смены условий осадконакопления с этапами активизации глубинных про-цесссов. Отмечена закономерность распределения залежей углеводородов и их дебитов от типа и морфологии погребенных структур юрского и доюрского комплексов, а также от положения нефтегазоносных площадей над данными погребенными структурами. Особое место занимают структуры типа ПКД-ИКС и их связь с этапами активизации глубинных процессов.

В 4 главе: «Гидротермальный метасоматоз и его влияние на распределение залежей углеводородов» приведены признаки флюидных систем, определяющих развитие процессов гидротермального метасоматоза. Приведены литогеохимические маркеры погребенных структур и доказана их связь с этапами активизации глубинных процессов. Установлены литогеохимические признаки вертикальной зоны флюидомиграции и ее выход на поверхность верхнемелового бассейна осадконакопления. Дана характеристика парагенетических минеральных ассоциаций в поровом пространстве и их связь с литогеохимическими и петрофизическими параметрами пород-коллекторов продуктивных горизонтов. Обосновано влияние гидротермального метасоматоза на характер распределения залежей УВ в зависимости от кристаллохимических особенностей минералов вторичного цемента.

В 5 главе: «Термобарогеохимические условия формирования залежей углеводородов в меловом комплексе осадочного чехла Большехетской синеклизы» приведены данные о РТ-параметрах и составе флюидных систем. Выделены стадии минералообразования. Установлена связь состава и уровня парциального давления компанентов флюида с продуктивностью залежей УВ, учитывающая литогеохимический фактор. Выделены методом сравнения с экспериментальными данными наиболее благоприятные условия генерации и локализации УВ. Обоснован дополнительный их источник — газово-жидкие включения в магматических комплексах пород.

В 6 главе: «Состав и физико-химические свойства углеводородов (пластовые пробы нефтей)» приведены и проанализированы данные о групповом и компонентном составе УВ. Выделена ароматическая группа УВ как маркеры флюидных систем. По составу и физико-химическим свойствам углеводородов установлены признаки типов погребенных структур.

В 7 главе: «Модель формирования и перспективы обнаружения залежей УВ Большехетской синеклизы» создана структурно-генетическая модель формирования залежей УВ в гидротермально-метасоматических типах ловушек и их отличие от седиментогенных. Сформулированы критерии прогноза

гидротермально-метасоматических типов ловушек. Обоснована конвергентная природа УВ.

В заключении приведены результаты исследований и основные положения, вынесенные на защиту.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю и наставнику, заслуженному деятелю науки РФ, профессору д.г.-м.н. Труфанову В.Н. За активное участие в организации исследований и консультации - профессору, д.г.-м.н. Гамову М.И., к.г.-м.н. Рылову В.Г., профессору, д.г.-м.н., действительному члену РА ЕН Коробову А.Д., начальнику отдела лицензирования и геологоразведочных работ ООО «ЛУКОЙЛ - Западная Сибирь» (2011 г.) Мордвинцеву М.В., начальнику ЦИКиПФ - заместителю директора филиала ООО «ЛУКОЙЛ - Инжиниринг» «КогалымНИПИнефть» по геологии Бружесу В.Л. За понимание и моральную поддержку особая благодарность выражается профессору Уральского государственного горного университета д.г.-м.н. Алексееву В.П. и профессору, д.г.-м.н. Института геологии Коми НЦ УрО РАН Юдовичу Я.Э. Выражаются слова благодарности безвременно ушедшим Федорову Ю.Н. и Лебедеву А.И.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ Первое защищаемое положение. Установлены геолого-структурные особенности локализации залежей УВ, заключающиеся в том, что наиболее перспективные площади располагаются над центральной частью погребенных структур доюрского и юрского комплексов, а характер распределения наиболее продуктивных залежей УВ в разрезе неокома зависит от структур типа ПКД-ИКС.

Анализ расположения выявленных на 2013 г месторождений УВ и их перспективных, а также характера распределения продуктивности залежей неокома выявил зависимость последних от структурных особенностей нижележащих юрского и доюрского комплексов. Второй имеет сложное тектони-

ческое строение, представляет систему чередования структур типа горст-грабен. Основание самой Северо-Тазовской впадины также сложно дислоцировано. При этом структуры II порядка доюрского определяют характер залегания перекрывающих их отложений юрского комплекса. На этом основании были выделены два типа разрезов последнего. Первый - отложения, перекрывающие структуры типа горст. Второй - типа грабен. К первому типу относится Пякяхинская площадь, где структура юрского комплекса представлена серией тектонических блоков, разделенных системой разломов субмеридианалыюго, северо-восточного и северо-западного простирания. Ко второму - Хальмерпаютинская с плавным чередованием антиклинальных и синклинальных структур обликания погребенных локальных депрессий в доюрском комплексе. Эти площади взяты в качестве эталонных объектов.

Объединяющим данные площади признаком являются ПКД-ИКС. Анализ морфологии поверхности отражающих горизонтов (ОГ) рассматриваемых площадей показывает, что время заложения структур типа ПКД-ИКС относится к позднеюрскому этапу активизации глубинных процессов. Стратиграфическое положение первого относительно четко выраженного инверсионного горизонта в стратифицированной толще осадочного чехла указанных площадей свидетельствует о периоде затухания тектоно-гидротермального периода активизации глубинных процессов. На этом основании формирование структур типа ПКД-ИКС на Пякяхинской и Хальмер-паютинской площадях следует связывать со средневолжско-валанжинским периодом активизации альпийского этапа. При этом в датировке инверсионного этапа каждой из рассматриваемых площадей есть незначительные различия. На Пякяхинской площади инверсионный этап фиксируется на границе ОГ Б| и Н430, а на Хальмерпаютинской - Б130 и Н530.

Из этого следует, что активная фаза Пякяхинской структуры развивалась более продолжительно. Выделенная над Пякяхинской площади зона дилатан-сии позволяет говорить о реанимации одноименной структуры типа ПКД-ИКС в позднемеловой этап активизации глубинных процессов и развитии

и

гидротермального метасоматоза по отложениям неокома, что подтверждается Rb-Sr датированием метасоматитов, вскрытых Тюменской-СГб в Уренгойской зоне Колтогорско-Уренгойского рифта. Позднемеловая активность глубинных процессов подтверждается также дизъюнктивными деформациями стратифицированных комплексов верхнего мела: ОГ Сз соответствует подошве верхнечасельской свиты кампанского яруса.

Факт реанимации Пякяхинской ПКД-ИКС в позднемеловой этап косвенно подтверждается наличием хемогенных пород в разрезе турон-маастрихтских отложений. Активизация глубинных процессов явилась причиной формирования зоны дилатансии, обеспечившей выход высоко минерализованных термальных флюидов на поверхность верхнемелового осадочного бассейна. Она также инициирует флюидизацию породных комплексов, контролируемую зонами дизъюнктивных деформаций (рис. 1).

Наиболее проницаемы узлы пересечения разнонаправленных разломов. В них и формируются структуры типа ПКД-ИКС. Изменения уровня трещиноватости от центра узла пересечения к его флангам создают условия для неравномерной трансформации вмещающих породных комплексов, что находит отражение в характере распределения залежей УВ.

Анализ результатов испытаний в скважинах ряда площадей Северо-Тазовской впадины позволил выделить определенные закономерности в распределении залежей углеводородов в зависимости от структурных особенностей доюрского и собственно юрского комплексов. Установлено, что на площадях, расположенных над центральной частью структур II порядка доюрского комплекса, сконцентрированы наиболее продуктивные залежи. При испытаниях на площадях, расположенных на флангах этих структур или над их переходными зонами, фиксировались в основном водонапорные горизонты, «сухие» интервалы и единичные чаще малопродуктивные залежи.

Исследование показало, что характер распределения дебитов относительно структур III порядка зависит не только от позиции изучаемого интервала продуктивного горизонта, но и от уровня интенсивности и характера

тектонических процессов. На этом основании, перспективные в границах Северо-Тазовской впадины площади можно разделить на три типа согласно их позиции над структурами II порядка доюрского комплекса. Первый -Пякяхииский — выделяется над положительными структурами; второй -Хальмерпаютинский - над отрицательными; третий - Северо-Хальмер-паютинский — переходный.

Пр. МОГТ 2880021 Тазовскяя ЗПК

По. МОГТ 3883108 Мессояхская ЗПК

Средие-Мессоядсьая-7 47^4034

Стабильный сигнал сейсмической волны

Вертикальная зона поте/т корреляции

Вертикальная зона потери корреляции сигнала сейсмической волны, контролируемая зоной дизъюнктивной деформации

Интенсивность сигнала сейсмический полны, относительные значения

Рис. 1. Зоны дизъюнктивных деформаций на флангах Северо-Тазовской впадины — структуры I порядка Большехетской синеклизы

Третий тип наименее перспективен на данном уровне конъюнктуры относительно УВ. В настоящий момент наиболее перспективными следует считать I и II типы площадей. На первом залежи выделяются практически во всех стратиграфических ярусах нижнемелового комплекса, представлены как нефтью, так и газо-газоконденсатом, характеризуются неравномерным рас-

пределением дебитов и по площади продуктивного горизонта, и по разрезу комплекса. На втором продуктивные горизонты выделены только в берриас-валанжинских отложениях, представлены газоконденсатными залежами с относительно равномерным их распределением и стабильно высокими дебитами. Данные типы площадей также обнаруживают различия по доле ароматических УВ. На Пякяхинской площади данная группа УВ имеет широкое распространение. Следует отметить, что увеличение их доли увязывается с наличием в породном комплексе признаков дизъюнктивных деформаций. На Хальмерпаютинской имеет подчиненное значение. Тем не менее, в скважинах, пробуренных над осевой линией одноименного грабена в доюрском комплексе, отмечается понижение дебитов и незначительное повышение их доли. Опираясь на экспериментальные данные, согласно которым ароматические УВ образуются, в том числе за счет дегидрации алканов в повышенных термобарических условиях, можно утверждать, что они служат индикаторами активных флюидных потоков, контролируемых разломами, имеющими глубинные корни.

Морфологические особенности погребенных структур доюрского комплекса и их размеры имеют значение при оценке перспектив исследуемых площадей. Высокий тренд перепада глубин в зоне перехода структур I и II типов, их малые размеры и форма, близкая к линейной, снижают перспективы обнаружения продуктивных залежей со стабильными дебитами. Применимость данных критериев может определяться временем затухания тектонической активности и корректироваться литофациальным фактором перекрывающих отложений.

На основании вышесказанного можно утверждать, что характер распределения залежей углеводородов зависит от геолого-структурных особенностей как собственно нефтегазоносных, так и комплексов более глубокого залегания. Принадлежность залежи к определенному типу структур отражается на составе и физико-химических свойствах УВ.

Второе защищаемое положение. Выявлены закономерности распределения залежей углеводородов в зависимости от развития процессов гидротермального метасоматоза, которые обусловливают трансформацию первичных терригенно-осадочных пород с образованием эпигенетических флюидоупоров и коллекторов, представляющих гидротермально-метасоматический тип ловушек УВ.

Минералогические и литогеохимические исследования показали неравномерное развитие процессов гидротермального метасоматоза по тер-ригенно-осадочным отложениям неокома Северо-Тазовской впадины. Уровень трансформации зависит от интенсивности и термобарических параметров глубинных флюидных потоков. В максимально активных зонах флюидо-миграции терригенно-осадочные отложения полностью теряли первичные седиментогенные признаки и образовывались новые генетические типы пород - метасоматиты с Cu-Ni и редкоземельной специализацией. Вертикальная миграция флюидных потоков четко фиксируется по характеру распределения литогеохимических аномалий ряда химических элементов.

На флангах флюидоактивных зон первичные структурно-текстурные особенности терригенно-осадочных отложений сохранялись, но следы их воздействия зафиксированы на минеральном уровне. Исследованиями поро-вого пространства пород-коллекторов продуктивных горизонтов неокома выявлен широкий спектр вторичных парагенетических минеральных ассоциаций с контрастными вариациями химического состава микродрузовых минеральных агрегатов, имеющих однотипные кристалло-графические формы. Широко распространены Si-e, Na-e и Са-е метасомы. Зафиксирована смена стадий минералообразования.

Развитие гидротермального метасоматоза по локальным зонам четко прослеживается на примере графиков распределения значений ряда петро-химических модулей. Высокие значения данных модулей и различия в гипсометрии их пиков не позволяют говорить о седиментационном факторе в распределении петрогенных окислов. Неравномерность процесса трансфор-

мации терригенно-осадочных отложений находит свое отражение в химическом составе метасоматитов.

Характер распределения литогеохимических параметров терригенно-осадочных отложений неокома отражает тип погребенных структур юрского и доюрского комплексов, которые они перекрывают. В частности, Северо-Хальмерпаютинская-2051 и Западно-Хальмерпаютинская-2014, пробуренные первая в зоне широтного сдвига I порядка доюрского комплекса, вторая -меридионального разлома типа сброс II порядка, характеризуются повышенными содержаниями ТЮ2, причем Северо-Хальмерпаютинская-2051 — наибольшими содержаниями. Хальмерпаютинская-2099, находящаяся над центром погребенной структуры типа грабен доюрского комплекса, в отличие от других площадей, отличается обратной корреляционной связью К20+№20 к БЮ2. Пякяхинская-2020, расположенная на фланге одноименной структуры типа ПКД-ИКС, заложенной на структуре типа горст доюрского комплекса - повышенными содержаниями Ре0+Ре203.

В районе литогеохимических аномалий, выделенных над погребенной Пякяхинской ПКД-ИКС за счет смешаннослойных образований с высокой долей разбухающих пакетов, в продуктивных горизонтах формируются зоны кольматации, где в процессе испытаний скважин отмечены существенные снижения дебитов (Пякяхинская-2015). Из этого следует, что зоны, всецело представленные аргиллизитами, начинают играть роль вторичных флюидо-упоров. Наличие последних является основным условием формирования залежи УВ. Их эффективность зависит от минерального состава. Есть основание утверждать, что наиболее эффективно действуют вторичные флюидо-упоры, представленные смешаннослойными парагенезисами. Зоны аргилли-зации, содержащие минералы из группы каолинита, как флюидоупоры по сравнению со смешаннослойными менее эффективны.

Метасоматические процессы в зависимости от РТ-параметров в системе порода-флюид формируют и вторичные коллектора, представленные флюи-дизитами. Развитие зон вторичного окварцевания с образованием псевдо-

морфоз кремнезема по чешуйчатым агрегатам, цеолитизации и альбитизации повышают коллекторскне свойства пород-коллекторов продуктивных горизонтов. Смешанпослойпые играют роль природных кольматантов. Определенное сочетание и количественная характеристика этих эпигенетических образований представляют собой новый гидротермалыю-метасоматический тип ловушек УВ.

Таким образом, можно утверждать, глубинные флюиды, трансформируя первичные терригенпо-осадочные отложения, формируют новый для нефтегазоносных отложений неокома осадочного чехла Северо-Тазовской впадины генетический тип ловушек УВ. Важность данного вывода заключается в том, что данный тип ловушек формирует проблему анизотропии стратифицированных продуктивных горизонтов, для решения которой при проведении геологоразведочных работ и исследовании породных комплексов требуются новые методические подходы.

Третье защищаемое положение. Установлены оптимальные термобаро-геохимпческие условия формирования залежей УВ, заключающиеся в том, что наиболее продуктивные нефтегазовые скопления формируются на прогрессивной и низкотемпературной регрессивной стадиях гидротермального метасоматоза.

На основании данных вакуумной декриптацин и газовой хроматографии температурных интервалов декриптацин пород неокома были выделены про-гресссивная, экстремальная и две регрессивных стадии развития флюидных систем. Исследуемые площади имеют различные термобарогеохимические параметры в системах порода-флюид, что отражено в индивидуальных лито-геохимических характеристиках вскрытых на данных площадях породных комплексов и в формировании широкого спектра парагенетических минеральных ассоциаций с индивидуальными кристаллохимическимн особенностями. Так, флюидная система, вскрытая Северо-Хальмертаютинской-2051, отличается повышенным температурным параметром флюидизации по сравнению с Пякяхинской-2020 и высоким парциальным давлением Н2. На

этом основании можно утверждать, что наряду с минералогическим и литогеохимическим, термобарогеохимический фактор также отражает типы погребенных структур, над которыми расположены исследуемые площади.

Установлены контрастные различия в условиях флюидизации породных комплексов одного и того же разреза, вскрытого двумя скважинами Пякя-хинской-2020, расстояние между которыми составляет до 130 м.

Так, во втором стволе на глубине 2,1-2,8 км вторая регрессивная стадия характеризуется Т 360-320 °С и Р 60-70 МПа, что на 40-60 °С и 15-20 МПа выше, чем этом же гипсометрическом уровне в первом стволе, а на 3,0-3,5 км давление на 10-15 МПа ниже. Подобный разброс характерен и для экстремальной стадии минералообразования. Во втором стволе на глубине 2,1-2,8 км давление на первой низкотемпературной стадии при значениях Т 80-120 °С на 30 МПа больше, чем на глубине 3,0-3,5 км. Это дает основание утверждать, что на глубине 3,0-3,5 км второй ствол вскрыл зону дилатансии. Учитывая данные радиологического возраста метасоматитов, вскрытых Тюменской-СГб, а также признаки гидротермалыш-эксгаляционных процесс-сов в турон-маастрихтских отложениях, ее формирование следует связывать с позднемеловым этапом активизации глубинных процессов. О ее выходе на поверхность позднемелового бассейна осадконакопления указывает аномально высокие значения общей флюидоактивности (РоСщ), зафиксированные в интервале глубин 1,4-1,7 км I ствола Пякяхинской-2020.

Разброс термобарических параметров среды минералообразования в двух стволах одной скважины и аномально-контрастный характер распределения значений Р-показателя в пробах с одного гипсометрического уровня свидетельствует о сложном штокверковом типе зон флюидомиграции, что также определяет анизотропность стратифицироваЕшых комплексов пород.

Наглядно уровень трансформации породных комплексов отражается на структуре декриптограмм. Выделяются два их основных типа. Первый представляет породы, не претерпевшие эндогенных изменений, характеризуется отсутствием низкотемпературных эффектов и активной флюидизацией в

высокотемпературном интервале. Флюидоактивность в данном интервале температур, вероятно, связана с декриптацией флюидных включений первичных терригенных компонентов породы. Второй представлен полимодальной структурой с четко выраженными пиками в низко- (Б]), средне- (Р2), и высокотемпературных (Р3), интервалах декриптации. Этот тип декрипто-грамм характерен для эпигенетически измененных пород. На этом основании выведен коэффициент, характеризующий степень эпигенетической трансформации породных комплексов, представляющий отношение значения Р0бЩ к Р2.

В процессе катагенетической трансформации терригенно-осадочных отложений с увеличением глубины их захоронения равномерно выводится вода. Наглядно данный процесс представлен на графике распределения парциального давления компанентов флюида на Северо-Хальмерпаютинской площади в интервале глубин 2000-2700 м (рис. 2). В интервале глубин 1,7-2,7 км при Т 40-180 °С четко фиксируется линейное изменение его значений. Отмечается падение парциального давления Н20 и повышение N2 при практически нулевом значении С02. При Т 200°-360 °С в этом же интервале глубин парциальное давление Н20 и С02 практически не меняется, составляя 30 и 60 % соответственно. На этом фоне, в низко- (Р|) и среднетемператур-ном (Р2) интервалах декриптации, на глубинах 2,9 и 3,2 км выделяются локальные зоны резкого повышения парциального давления Н20 до 95 % и понижением С02 до 5 %. В локальных зонах флюидизации также меняется линейный характер распределения Н2. Эти данные позволяют рассматривать флюидные включения как один из его источников. Проведенные исследования доказывают, что во флюидоактивных зонах наряду с рудной специализацией метасоматитов, имеют место РТ-параметры, благоприятные для генерации углеводородов и формирования их продуктивных залежей. Наличие свободного водорода и углеводородов во флюидных включениях магматических породных комплексов и в составе юверильных флюидов, позволяет утверждать о конвергентной природе УВ. Практическая

значимость данных выводов в расширении спектра нефтематеринских пород и увеличении прогнозной базы нефтегазоносных провинций.

ГНС: Г.К, Омм.

I) 200 400 «00 1200 1600

Содержание компонентов флюида, %

2400 2X00 3200

F,T 380"-50()"C

ш->1а-а Е-з i>\ и -б ш-7 и-8 □-'»!

Рис. 2. Цитологическая колонка с результатами термобарогеохимических исследований. Графики парциального давления: 1 - Н20; 2 - С02; 3 - N2; 4 -Н2; 5 - Рп, где п = 1, 2, 3; 6 - уголь; 7 - терригенно-осадочные отложения; 8 -милониты; 9 - аргиллизиты; 10 - флюидизиты; 11 - ожелезненные пелиты.

Четвертое защищаемое положение. Создана структурно-генетическая модель формирования залежей УВ и разработаны на ее основе критерии прогноза перспективных площадей в меловом комплексе осадочного чехла Большехетской синеклизы.

В основе создания модели лежит анализ геологического строения перспективных площадей, учитывающий последовательность развития территорий в геолого-историческом плане с учетом структурных, термобарогеохи-мических, литогеохимических и минералогических факторов. Прогноз продуктивных залежей УВ базируется на сопоставлении результатов анализа комплексных лабораторных и геофизических исследований, испытаний перспективных горизонтов нового объекта с параметрами эталонных площадей. Важным условием является отношение перспективной и эталонной площадей к одному структурному типу с общей историей геологического развития.

Формирование залежей УВ можно условно разделить на три этапа: генерацию, миграцию и локализацию. Первая представляет собой процесс гидрирования углерода при определенных РТ-параметрах и определенном уровне давления Н2. Согласно экспериментальным данным, процесс гидрирования УВ при наличии определенных катализаторов происходит при Т 20300 °С, а дегидрирование - при более высоких температурах. Повышение давления - благоприятный фактор. Например, при пропускании алканов с неразветвленной цепью, имеющих не менее 6-ти атомов углерода в молекуле, над нагретой платиной или оксидом хрома происходит дегидроциклизация — образование арена с выделением свободного водорода. Имеет место и обратный процесс: при нагревании и высоком давлении в присутствии металлических катализаторов идет реакция присоединения водорода к аренам. В частности, гидрирование жидкого толуола в присутствии никеля или других металлических катализаторов с образованием метилциклогексана происходит при Р 10-30 МПа и Т 100-200 °С. Данные условия входят в диапазон РТ-па-раметров низкотемпературной регрессивной и прогрессивной стадий, характеризующихся 60-140 и 180-240 °С температурным интервалом гидротер-

малыюго метасоматоза соответственно. На этом основании, структуры типа ПКД-ИКС, характеризующиеся Си-№-редкоземельной специализацией, можно рассматривать как зоны активной генерации УВ.

Экспериментальные данные подтверждает факт высокого парциального давления Н2 в отложениях апт-сеноманского этапа осадконакопления на Северо-Хальмерпаютинской площади и повышенного в среднем на 20 °С температурного режима в системе порода-флюид по сравнению с Пякяхинс-кой площадью. С учетом того, что Северо-Хальмерпаютинская площадь расположена над зоной широтного сдвига I порядка, можно говорить о развитии процессов дегидрации, в том числе глубинных УВ. Таким образом, на определенных этапах гидротермального метасоматоза происходит трансформация не только породных комплексов, но и УВ-флюидов. На его экстремальной стадии развивается процесс дегидрации, при этом флюидная система обогащается свободным водородом. Один из путей его консервации и захоронения - флюидные включения в новообразованных минералах. Вторым источником Н2 и УВ могут выступать газово-жидкие включения, законсервированные в магматических породах, которые составляют 10-20 % терригенной фракции в алевропсаммитовых отложениях неокома. Кроме того, эффузивы рифтогенного этапа также следует рассматривать как один из источников Н2 и УВ. Структуры типа ПКД рассматриваются как зоны глубокой трансформации породных комплексов и вертикальные транспортные системы флюидов, в том числе и УВ-флюидов.

Следующим этапом в распределении УВ является формирование их залежей. Основное условие реализации этого этапа — наличие эффективного флюидоупора, перекрывающего и ограничивающего структурные элементы с хорошими коллекторскими свойствами. Как показывают исследования, в осадочном чехле наряду с седиментогенным имеет место гидротермально-метасоматический тип ловушек УВ. Седиментогенный тип ловушек может образовываться на инверсионной стадии формирования структур типа ПКД-ИКС. Оптимальные условия образования второго типа ловушек обеспечи-

ваются на прогрессивной стадии, когда формируются вторичные коллектора, представленные флюидизитами или седиментогенными коллекторами с улучшенными за счет метасоматических процессов коллекторскими свойствами. На регрессивной низкотемпературной стадии гидротермального метасоматоза, сменяющей прогрессивную, образуются вторичные флюидоупоры со смешанослойными парагенезисами. В целом гидротермалыю-метасома-тический тип ловушек представляет собой зональную структуру, основанную на логической смене парагенетических минеральных ассоциаций. Аномально высокие пластовые давления формируются за счет двух факторов. Первый -«коровые волноводы»; второй - за счет давления ювенильных флюидов.

Прогноз осуществляется от общего к частному в определенной последовательности применения прогнозных факторов:

1. Структурный. На данном этапе выделяются параметры элементов геологических структур любого доступного уровня, благоприятные для накопления залежей УВ. Выделенные три типа эталонных площадей дают возможность классифицирования структур по их перспективности. Наличие структур типа ПКД-ИКС данную перспективность.

2. Термобарогеохимический. Оценивается уровень флюидизации горнопородного массива. Наличие флюидоактивных зон с определенными сочетаниями их термобарогеохимических параметров повышает перспективность объекта исследования. Так выделение низкотемпературной регрессивной стадии с определенным уровнем парциального давления Н20 указывает на наличие вторичных флюидоупоров. Контрастная смена высокого парциального давления С02 на Н20 говорит о наличии гидротермалыю-метасомати-ческого типа ловушек У В.

3. Литогеохимический. Параметры литогеохимического фактора могут указывать на принадлежность к типам погребенных структур и выделять интервалы с благоприятным сочетанием признаков наличия вторичных флюидоупоров и коллекторов. По интенсивности перераспределения вещества, оценивается интенсивность глубинных процессов. Например, метасоматичес-

кие и гидротермально-эксгаляциониые признаки формирования породных комплексов говорят о наличии флюидоактивных систем и формировании нечетко выраженных на временных разрезах структур типа ПКД-ИКС. На этом основание расчет ряда петрохимических модулей позволяет с учетом данных геофизических исследований в скважинах оперативно определить уровень прогноза продуктивных горизонтов, а характер распределения значений этих модулей - судить об общих перспективах на этапе поисково-разведочного бурения.

4. Минералогический. Особенности парагенетических минеральных ассоциа-ций в поровом пространстве пород-коллекторов и характер их распространения дает возможность выделения в едином стратифицированном горизонте как вторичных флюидоупоров, так и коллекторов. Кристалло-химические особенности отдельных минеральных образований детализируют эту классификацию. Характер распределения парагенетических ассоциаций в определенных термобарических условиях минералообразования имеет определенную зональность. Знание закономерностей распределения и положение объекта исследования в этой зональности позволяют решать практические задачи с максимальным экономическим эффектам.

Выводы и практические рекомендации

Проведенные исследования позволили установить характер распределения месторождений нефти и газа, создать структурно-генетическую модель формирования залежей углеводородов и разработаны на ее основе критерии прогноза перспективных площадей в отложениях неокома осадочного чехла Большехетской синеклизы. Доказано, что структуры типа ПКД-ИКС формируются на этапах активизации глубинных процессов и являются флюидо-проводящими системами. Установлено, что в зонах активной флюидизации образуется гидротермалыю-метасоматический тип ловушек УВ. Анализ показал, что продуктивность залежей УВ зависит от уровня флюидизации породных комплексов (рис. 3.1).

о

О 5 10 15 20 25

Отношение Foöm / F2, усл.ед.

30

0 4 S 12 16 20 24 28 Диаметр штуцера, мм

Рис. 3. Диаграммы зависимости дебита продуктивных горизонтов от степени эпигенетических изменений пород продуктивного горизонта БУ18 Пякяхин-ской площади. 1 - скв. 2004, 2009, 2013 и 2015; 2 - по керну из скв. 2002, 2003, 2008, 2010 (2 точки), 2012, 2020 и по шламу 2020; графики зависимости: 3 - без скв. 2004, 2009, 2015; 4 — по всем скважинам; тренды падения дебитов в скважинах: 5 - 2003, 2013; 6 - 2009; 7 - 2015.

Уровень дебита в пересчете на 1 мм штуцера зависит от состава парагенетических ассоциаций минералов в поровом пространстве пород-коллекторов (рис. 3.2). Термобарогеохимические исследования флюидных систем указывают па их конвергентную природу.

На основе разработанных критериев прогноза рекомендованы для исследований четыре наиболее перспективные площади.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в рекомендуемых научных изданиях по списку ВАК:

1. Труфанов В.Н., Сухарев А.И., Труфанов A.B., Майский Ю.Г. Термобарогеохимические условия трансформации пород неокома

Большехетской синеклизы (Западная Сибирь). // Известия вузов. СевероКавказский регион. Естественные науки. 2012. № 1. С. 53-57.

2. Сухарев А.И. Минеральные ассоциации вторичного цемента песчаников и продуктивность залежей углеводородов неокома Большехетской синеклизы (Западная Сибирь). // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2013. № 2. С. 71-75.

Публикации в научных сборниках и трудах конференций:

3. Сухарев А.И. Метасоматиты верхней части осадочного чехла Большехетской мегасинеклизы // Литология и геология горючих ископаемых: межвуз. науч. темат. сб. Вып. 11(18). Екатеринбург: изд-во УГГУ, 2008. С. 107-109.

4. Сухарев А.И. Метасоматиты верхней части осадочного чехла Большехетской мегасинеклизы // Типы седиментогенеза и литогенеза и их эволюция в истории Земли: материалы V Уральского литол. совещ. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2008. С. 309-311.

5. Сухарев А.И. Тектоно-гидротермальные системы Северо-Хальмерпаю-тинской площади // Литология и геология горючих ископаемых: межвуз. науч. темат. сб. Вып. 111(19). Екатеринбург: изд-во УГГУ, 2009. С. 128-133.

6. Сухарев А.И. Метасоматиты по отложениям мелового комплекса Верхнеиндикъяхской впадины Большехетской синеклизы // Литология и геология горючих ископаемых: межвуз. науч. темат. сб. Вып.1У(20). Екатеринбург: изд-во УГГУ, 2010. С. 105-110.

7. Сухарев А.И. Метасоматиты по отложениям мелового комплекса Верхнеиндикъяхской впадины Большехетской синеклизы // Актуальные вопросы литологии: материалы VIII Уральского литол. совещ. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2010. С. 304-305.

8. Коробов А.Д., Коробова Л.А., Сухарев А.И. Роль палеотемператур вторичного минералообразования в локализации месторождений УВ рифтовых осадочных бассейнов // Актуальные вопросы литологии: материалы VIII Уральского литол. совещ. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2010. С. 157-159.

9. Сухарев А.И. Минералы-индикаторы наложенного эпигенеза Болыпехетс-кой синеклизы // Минералы-индикаторы литогенез: материалы Всерос. совещ. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2011. С. 245-247.

10. Сухарев А.И. Смектит-гидрослюдистые образования вторичного цемента песчаников и продуктивность газоконденсатных залежей пеокома Болынехетской синеклизы (Западная Сибирь). // Глины, глинистые минералы и слоистые материалы: материалы Всерос. рабочего совещания. М: ИГЕМ РАН, 2011. С. 136-137.

11. Сухарев А.И. Пострифтогенные процессы в Болынехетской синеклизе и характер распределения углеводородов (Западная Сибирь) // Литология и геология горючих ископаемых: межвуз. науч. темат. сб. Вып. V(21). Екатеринбург: изд-во УГГУ, 2010. С. 187-194.

12. Сухарев А.И. Признаки гидротермалыю-эксгаляционных процессов в верхнемеловых отложениях осадочного чехла Северо-Тазовской впадины (Западная Сибирь) // Проблемы региональной геологии Северной Евразии: материалы VIII научных чтений. М: МГРИ-РГГРУ, 2012. С. 81-84.

13. Сухарев А.И. Признаки гидротермальных процессов трансформации терригенно-осадочных пород мелового комплекса Северо-Тазовской впадины (Западная Сибирь) // Приоритетные и инновационные направления литологических исследований: материалы XI Уральского литол. совещ. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2012. С. 173-175.

14. Труфанов В.Н., Сухарев А.И. Гамов М.И., Труфанов A.B. Гидротермальный литогенез и его влияние на распределение залежей углеводородов // Осадочные формации юга России и связанные с ними полезные ископаемые: материалы Всерос. науч. конф. Ростов н/Д: изд-во СКНЦ ВШ ЮФУ, 2011. С. 21-27.

15. Сухарев А.И. Цитологические и термобарогеохимические признаки анизотропии продуктивных горизонтов (Западная Сибирь) // Новые геотехнологии для старых провинций: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Тюмень, 2013. ncft-<zaz-novacn.rii.

Сдано в набор 27.05.2013. Подписано в печать 27.05.2013. Формат 60x84 1/16. Цифровая печать. Усл. печ. л. 1,1. Бумага офсетная. Тираж 100 экз. Заказ 2705/01.

Отпечатано в ЗАО «Центр универсальной полиграфии» 340006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 140, телефон 8-918-570-30-30

www.copy61.ru e-mail: info@copy61.ru

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Сухарев, Анатолий Иванович, Ростов-на-Дону

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» геолого-географический факультет кафедра месторождений полезных ископаемых

Специальность: 25.00.12 «Геология, поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений»

04201361680

Сухарев Анатолий Иванович

ГЕОЛОГО-СТРУКТУРНЫЕ И ТЕРМОБАРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ БОЛЫНЕХЕТСКОЙ СИНЕКЛИЗЫ (ЗАПАДНАЯ СИБИРЬ)

Диссертация на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель В.Н. Труфанов

Ростов-на-Дону - 2013

Содержание

ВВЕДЕНИЕ:

1. Обзор и анализ ранее проведенных работ............................................11

1.1 Состояние проблемы трансформации терригенно-осадочных пород, формирования залежей углеводородов и их прогнозирование..........................11

1.2 Стратиграфические исследования..............................................................24

1.3 Сейсморазведочные работы....................................................................25

1.4 Комплексные лабораторные исследования керна и шлама..............................29

1.5 Геофизические исследования в скважинах...................................................31

1.6 Испытания перспективных на углеводороды горизонтов..................................32

2. Методика работы.................................................................................34

2.1 Литологическое описание........................................................................34

2.2 Минералого-петрографические исследования..............................................35

2.3 Литогеохимические исследования..............................................................36

2.4 Термобарогеохимические исследования......................................................37

2.5 Геолого-структурный анализ....................................................................46

2.6 Статистический анализ результатов лабораторных исследований.....................47

2.7 Факторный анализ..................................................................................48

3. Геолого-структурные особенности и закономерности распределения залежей углеводородов Болынехетской синеклизы.............................50

3.1 Стратиграфия . '.....................................................................................52

3.2 Тектоника..............................................................................................68

4. Гидротермальный метасоматоз и его влияние на распределение залежей углеводородов...........................................................................79

5. Термобарогеохимические условия формирования залежей углеводородов в меловом комплексе

осадочного чехла Болынехетской синеклизы.............................................99

6. Состав и физико-химические свойства углеводородов (пластовые пробы нефтей)....................................................................116

7. Модель формирования и перспективы обнаружения залежей углеводородов Болынехетской синеклизы........................................135

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................................147

Защищаемые положения...........................................................................153

Литература.................................................................................................166

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Активная эксплуатация месторождений нефти и газа Западной Сибири привела к осознанию необходимости поиска новых залежей углеводородов на флангах уже разведанных месторождений, открытию новых нефтегазоносных структур. Снижение общего уровня добычи в Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции требует поиска новых подходов при проведении геологоразведочных работ, учитывающих весь спектр представлений о генерации, миграции и локализации залежей углеводородов с учетом всех генетических типов постседиментационных процессов трансформации терригенно-осадочных отложений с позиции истории геологического развития региона. Особое место в спектре постседиментационных процессов трансформации породных комплексов занимает гидротермальный метасоматоз, развивающийся на этапах активизации глубинных процессов. Одним из признаков развития глубинных процессов являются структуры типа «ПКД-ИКС» (погруженные кольцевые депрессии - инверсионные кольцевые структуры), формирование которых связано с гидротермальным метасоматозом. Этот факт позволяет говорить о новых генетических типах ловушек углеводородов, что требует новых подходов к исследованию терригенно-осадочных отложений осадочного чехла Болыпехетской синеклизы.

Апробированная методика исследований позволяет картировать маломощные зоны эпигенеза, которые рассматриваются как сейсмические «шумы» и практически не фиксируются в процессе обработки результатов сейсморазведочных работ. Актуальность их исследований заключается в том, что данные зоны определяют анизотропию стратифицированных комплексов, существенно влияют на распределение и продуктивность залежей углеводородов.

Объектом исследования является меловой комплекс осадочного чехла Северо-Тазовской впадины - структуры 1-го порядка Болыпехетской синеклизы, расположенной на севере Западно-Сибирской плиты. Административно Северо-Тазовская впадина расположена в Тазовском районе Ямало-Ненецкого автономного округа, северо-восточнее районного центра — пос. Тазовский. Предметом исследования являются зоны флюидомиграции, сформировавшиеся на определенных этапах тектоно-гидротермальной активизации глубинных процессов.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является создание структурно-генетической модели формирования залежей углеводородов в осадочном чехле Болыпехетской синеклизы, основанной на исследовании геолого-структурных и термобарогеохимических условий развития процессов гидротермального метасоматоза,

разработка критериев прогноза залежей углеводородов, основанных на сопоставлении результатов испытания продуктивных горизонтов с литогеохимическими, минералогическими и термобарогеохимическими характеристиками пород-коллекторов. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Выявление геолого-структурных факторов распределения залежей углеводородов на основе анализа результатов сейсморазведочных работ.

2. Исследование процессов гидротермального метасоматоза и их влияния на формирование залежей углеводородов.

3. Проведение термобарогеохимических исследований с целью выделения аномальных флюидоактивных зон и параметров процесса флюидизации.

4. Создание модели формирования залежей углеводородов, выделение структурных, термобарогеохимических, литогеохимических и минералогических критериев оценки перспектив нефтегазоносности флюидоактивных зон и прогнозирование характера распределения углеводородов.

Фактический материал и методика исследований. В процессе подготовки диссертационной работы использовались результаты комплексных литолого-петрофизических исследований керна и шлама 4-х площадей: Западно-Хальмерпаютинской, Пякяхинской, Северо-Хальмерпаютинской и Хальмерпаютинской. Для выявления структурных признаков распространения залежей углеводородов использовались данные по другим месторождениям и площадям, расположенным в границах Болыпехетской синеклизы (рис. 1).

Рис. 1. Обзорная схема расположения опоискованных перспективных площадей и разведанных месторождений углеводородов Болыпехетской синеклизы.

Условные обозначенш: 1 - Парусовое, 2 - Западно-Мессояхское, 3 - Восточно-Мессояхское, 4 - Ямбургское, 5 - Находкинское, 6 - Южно-Мессояхское, 7 - Северо-Хальмерпаютинское, 8 - Вадинская площадь, 9 -Юрхаровское, 10 - Перекатное, 11 - Пякяхинское, 12 - Западно-Хальмерпаютинская площадь, 13 -Хальмерпаютинское, 14 - Туколандинская площадь, 15 - Северо-Уренгойское, 16 - Лангаямская площадь, 17 - Салекаптское, 18 - Российская площадь, 19 - Тазовское, 20 - Восточно-Тазовское, 21 - Песцовое, 22 - Ен-Яхинское, 23 - Заполярное.

Обзорная схема составлена на основе схематической геологической карты доюрского комплекса Западно-Сибирского нефтегазоносного мегабассейна под редакцией А.Э. Конторовича, 2004 и схемы расположения месторождений нефти и газа Западной Сибири, созданной в Картографическом Информационном Центре ИНКОТЭК, 2003.

В основу диссертации легли результаты исследования керна и шлама из скважин Пякяхинской-2020 и Северо-Хальмерпаютинской-2051. Комплекс лабораторных исследований представлен минералого-петрографическими, литогеохимическими, петрофизическими и термобарогеохимическими методами. Термобарогеохимический комплекс исследований представлен методом термовакуумной декриптации, газовой хроматографией температурных интервалов декриптации, дифференциальным термовакуумным методом, а также хроматографией керна, шлама и пластовых проб нефтей. Рентгеноспектральным методом исследовался химический состав пород продуктивных горизонтов. С целью определения характера распределения его компонентов результаты исследований обрабатывались методом статистического анализа. Комплекс минералогических исследований включал петрографический метод исследования керна, рентгеноструктурный анализ и растровую электронную микроскопию с микрозондированием микродрузовых минеральных агрегатов в поровом пространстве пород-коллекторов. Микрозондирование проводилось с целью выделения кристаллохимических особенностей микродрузовых минеральных агрегатов. Анализ тектонического строения Болынехетской синеклизы и ее структурных элементов проводился на основе изданных и фондовых материалов сейсморазведочных работ.

Литолого-петрофизические исследования и хроматографический анализ углеводородов проводились в ЦИКиПФ филиала ООО «ЛУКОЙЛ - Инжиниринг» «КогалымНИПИнефть», в г. Когалыме; термобарогеохимические исследования - в Южном Федеральном университете, в г. Ростове-на-Дону; специализированные петрографические и рентгеноструктурные исследования в Саратовском Государственном университете, г. Саратове и в Научном Центре института геологии Коми УрО РАН, в г. Сыктывкаре.

Научная новизна и личный вклад автора. Проблема трансформации терригенно-осадочных отложений была поднята еще в 60-е годы XX века в связи с необходимостью разработки общих подходов к решению проблемы их литификации. И уже в 70-е годы, с целью отразить роль гидротермального метасоматоза в данном процессе, был предложен термин «гидротермальный литогенез». Исследования, проведенные в Институте проблем нефти и газа РАН (Дмитриевский и др.) однозначно доказали определяющую роль геофлюидных систем в формировании месторождений углеводородов и сопровождающих их эпигенетических изменений осадочного чехла нефтегазоносных бассейнов. Основные выводы этих исследований получили свое дальнейшее развитие в работах П.Ф. Иванкина и Н.И. Назаровой (ЦНИГРИ), где решение данной проблемы рассматривалось с позиций глубинной флюидизации земной коры.

Впервые данные о термобарогеохимических параметрах нефтеобразующих флюидов, особенностях эпигенетических изменений вмещающих пород, этапах и стадиях гидротермального литогенеза были получены сотрудниками Ростовской школы исследователей флюидных включений в процессе изучения месторождений углеводородов Северного Кавказа (Сианисян и др.). Автор настоящей работы совместно с Южным Федеральным университетом, в 2008 году впервые применил комплекс термобарогеохимических методов для исследования флюидоактивных зон и оценки их влияния на характер распределения залежей углеводородов на севере Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции. Анализ результатов комплексных лабораторных исследований показывает, что в процессе накопления терригенно-осадочных отложений мелового комплекса и в постседиментационные этапы их трансформации активное участие принимали эндогенные процессы, интенсивность которых увязывается с периодами альпийского этапа тектоно-гидротермальной активизации на севере ЗападноСибирской плиты. Впервые был проведен большой объем термобарогеохимических исследований в комплексе с литогеохимическими и минералогическими методами, результаты которых позволяют рассматривать структуры типа ПКД-ИКС как элементы тектоно-гидротермальных систем. Было установлено, что в процессе развития гидротермального метасоматоза, во флюидоактивных зонах, в структурах типа «ПКД-ИКС» в зависимости от термобарических и геохимических параметров в системе «порода-флюид», по первичным седиментогенным коллекторам формируются вторичные флюидоупоры, а первичные седиментогенные флюидоупоры трансформируются во вторичные коллекторы. Научная новизна исследований заключается в том, что впервые на севере Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции в меловом комплексе осадочного чехла Болынехетской синеклизы выделен новый генетический тип ловушек углеводородов — гидротермально-метасоматический.

Автором, начиная с 2007 года, была проведена систематизация и анализ результатов комплексных лабораторных исследований проб керна и шлама из 42 скважин 7-ми площадей, в том числе, хроматографического, рентгенофлюоресцентного, петрографического и рентгеноструктурного анализов, определения коллекторских свойств, состава и физико-химических свойств пластовых проб УВ. В 2008 году автор обосновал необходимость проведения комплекса термобарогеохимических исследований, что позволило в период 2008-2010 годов провести исследования 237 проб шлама из 4-х скважин и 148 проб керна из 13 скважин. Автор лично провел на растровом электронном микроскопе анализ пород-коллекторов берриас-валанжинских продуктивных горизонтов Пякяхинской площади. В процессе исследований было сделано более 150 РЭМ-снимков и до 600 точек микроанализа микродрузовых минеральных агрегатов в поровом пространстве 55 проб пород-коллекторов из 16-и скважин Пякяхинского месторождения.

Научные результаты, выносимые на защиту.

1. Установлены геолого-структурные особенности локализации залежей углеводородов, заключающиеся в том, что наиболее перспективные на углеводороды площади располагаются над центральной частью погребенных структур доюрского комплекса, а характер распределения наиболее продуктивных залежей углеводородов в разрезе неокома зависит от структур типа ПКД-ИКС.

2. Выявлены закономерности распределения залежей углеводородов в зависимости от развития процессов гидротермального метасоматоза, которые обуславливают трансформацию первичных терригенно-осадочных пород с образованием эпигенетических флюидоупоров и коллекторов, представляющих гидротермально-метасоматический тип ловушек УВ.

3. Установлены оптимальные термобарогеохимические условия формирования залежей углеводородов, заключающиеся в том, что наиболее продуктивные нефтегазовые скопления формируются на прогрессивной и низкотемпературной регрессивной стадиях гидротермального метасоматоза.

4. Создана структурно-генетическая модель формирования залежей углеводородов и разработаны на ее основе критерии прогноза перспективных площадей в меловом комплексе осадочного чехла Большехетской синеклизы.

Апробация работы и публикации. Впервые методика исследований гидротермального метасоматоза терригенно-осадочных пород термобарогеохимическими была апробирована на Северо-Хальмерпаютинской-2051, затем на Западно-Хальмерпаютинской2014 и скважинах Пякяхинской площади. Результаты этих исследований подтвердили

эндогенную природу структур типа ПКД-ИКС и их связь с этапами тектоно-гидротермальной активизации на севере Западно-Сибирской плиты. Предположение об эндогенной природе данных структур в противовес доминирующей седиментогенной гипотезе было впервые изложено соискателем в статье «Метасоматиты верхней части осадочного чехла Болынехетской синеклизы». Ее основные тезисы докладывались в 2008 году на V Всероссийском литологическом совещании «Типы седиментогенеза и литогенеза и их эволюция в истории Земли», ИГГ УрО РАН, г. Екатеринбург.

В статьях «Тектоно-гидротермальные системы Северо-Хальмерпаютинской площади» и «Метасоматиты по отложениям мелового комплекса Верхнеиндикъяхской впадины Болынехетской синеклизы» были опубликованы результаты минералогических и термобарогеохимических исследований терригенно-осадочных пород мелового комплекса Северо-Хальмерпаютинской и Пякяхинской площадей. Тезисы о широком развитии эпигенетических процессов по отложениям осадочного чехла Болыпехетской синеклизы опубликованы в сборнике VIII Уральского литологического совещания «Актуальные вопросы литологии», ИГГ УрО РАН, г. Екатеринбург, 2010 гг.

На конференции «Минеральные индикаторы литогенеза» в Институте геологии Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар, 2011) сделан доклад на тему: «Минералы-индикаторы наложенного эпигенеза Болыпехетской синеклизы». На совещании «Глины, глинистые минералы и слоистые материалы» в ИГЕМ РАН (Москва, 2011) сделан доклад на тему: «Смектит-гидрослюдистые образования вторичного цемента песчаников и продуктивность газоконденсатных залежей неокома Болыпехетской синеклизы (Западная Сибирь)». В докладах были отмечены кристалл охимические особен�