Содержание к диссертации
Введение
1. Краткие сведения о геологии и нефтеносности юрских отложений Западно-Сибирской плиты 10
1.1. Стратиграфия 10
1.2. Тектоника 13
1.3. Нефтеносность 16
2. История литологических исследований баженовской и георгиевской свит: итоги и проблемы 23
2.1. Петрография пород 23
2.2. Микроэлементный состав пород 27
2.3. Типизация разрезов 29
3. Петрография пород баженовской и георгиевской свит 33
3.1.Основные минералы пород баженовской и георгиевской свит 33
3.2.Некоторые вопросы петрографической классификации осадочных пород.. 38
3.3. Петрографическая характеристика пород 40
3.3.1. Баженовская свита 40
3.3.2. Георгиевская свита 84
3.3.3. Уголь в составе баженовской свиты 101
3.3.4. Твердый битум в составе баженовской свиты 108
3.3.5. Фосфориты в составе баженовской и георгиевской свит 112
4. Органический углерод в породах баженовской и георгиевской свит 125
5. Условия формирования баженовской и георгиевской свит 135
5.1. Окислительно-восстановительный потенциал среды минерало- и породообразования 142
5.2. Соленость бассейна 152
5.3. Глинистые минералы как показатели условий формирования баженовской и георгиевской свит 155
5.4. Роль различных областей сноса на формирование отложений баженовской и георгиевской свит 160
5.5. Темп седиментации и типы седиментационных систем 181
Заключение 190
- Нефтеносность
- Микроэлементный состав пород
- Петрографическая характеристика пород
- Глинистые минералы как показатели условий формирования баженовской и георгиевской свит
Введение к работе
Актуальность. Баженовская свита верхней юры -низов мела рассматривается в настоящее время как материнская толща для основной массы углеводородного сырья Западной Сибири. В то же время она является, с одной стороны, региональным флюидоупором, с другой - продуктивной на нефть и газ, причем потенциальные возможности ее в этом отношении изучены далеко не полностью. Эти факторы предопределили внимание к баженовской свите со стороны широкого круга специалистов, среди которых одно из видных мест занимают литологи. Заметно меньшее внимание исследователей привлекала георгиевская свита, подстилающая баженовскую, отражающая весьма характерный этап развития морского бассейна на территории Западно-Сибирской плиты (ЗСП). Несмотря на значительный объем проведенных ранее работ, литология рассматриваемых отложений является недостаточно изученной с точки зрения, как состава отложений, так и условий их формирования. Представленная работа должна рассматриваться как один из шагов в этом направлении.
Объект исследования. Объектом исследования являются отложения баженовской и георгиевской свит верхнеюрского возраста в пределах Пур-Иртышского фациального района (Шурыгин, 2000) начиная от области Северного Широтного Приобья и включая Уренгойский район на севере. Для характеристики источников сноса использовались отложения георгиевского горизонта западной части Западно-Сибирской плиты (Шаимский район).
Задача исследования. Изучить современными методами литологию и условия формирования баженовской и георгиевской свит центральной и северной частей Западно-Сибирской плиты, имея в виду, что баженовская свита является нефтепроизводящей и одновременно нефтеносной, а совместно с георгиевской и региональным флюидоупором для залежей углеводородного сырья Западной Сибири. Для решения этой задачи необходимо:
1. На основе минералого-петрографического и геохимического изучения дать детальную характеристику литологии баженовской и георгиевской свит, установить закономерности распределения главных типов пород по площади.
2. Изучить фосфориты баженовской и георгиевской свит, карбонаты марганца георгиевской свиты, угли и твердые битумы баженовской свиты.
3. Уточнить обстановки формирования баженовской и георгиевской свит, оценить темпы седиментации и типы седиментационных систем, роль различных источников сноса.
Фактический материал и методы исследований. В процессе работы были изучены породы георгиевской и баженовской свит по керну 21 скважины. При группировке скважин нами принята следующая схема их размещения: южная часть изученной области, включающая скважины I - центральной части бассейна (скважины № 8155 Северо-Нивагальская, № 15 Ортьягунская, № 423 Сугмутская, № 123 Западно-Котухтинская, № 317 Вынгапуровская, № 17 Южно-Пякутинская, № 12 Ярайнерская) и II - восточной его части (скважины № 199 Ершовая, № 482 Северо-Чистинная, № 520 Средне-Кульеганская, № 971 Эниторская, №№ 59 и 64 Пермяковские, № 148 Колик-Еганская, № 211 Кошильская, № 11 В-Пыль-Караминская, № 8 Боровая); III - северная часть изученной области (скважины № 673 Уренгойская, № 1001 Медвежья, № СГ-6 Тюменская). К этой же группе мы отнесли скважину № 710 Западно-Пурпейскую, занимающую промежуточное положение между северными и южными скважинами между северными и южными скважинами. Для анализа областей питания, обеспечивших формирование отложений баженовского и георгиевского горизонтов, анализировался материал по отложениям георгиевского горизонта в западной части Западно-Сибирской плиты (Шаимский район) (рис. 1).
В работе использован керновый материал, собранный автором в составе полевых экспедиционных отрядов, руководителем которых был Н.П. Кирда, а также коллекции, любезно переданные автору Ю.Н. Заниным, А.Л. Бейзелем, Д.Ю. Давыдовым, В.А.
Казаненковым, В.И.Москвиным, [М.А. Левчуком|. Отобрано и проанализировано 580 образцов.
Спецификой настоящей работы является комплексность подхода. При камеральной обработке материала практически для большинства образцов, наряду с петрографическим изучением пород, определялось содержание органического углерода, состав основных породообразующих окислов (SiC»2, АЬОз, РегОз, CaO, MgO, МпО, КгО, ЫагО, Р2О5, S сульфатная., S сульфидная, СОг). Для уточнения минерального состава породы использовался рентгеновский анализ. Все это позволяло надежно осуществить пересчет химического состава пород на минералогический по методике О.М.Розена и Ю.А Нистратова (1984) в компьютерном варианте. Такой комплексный подход определяется спецификой состава пород баженовской свиты и является совершенно
7K 84
?*
[Салехард*
юснгой
ая-71»
Ханты-ГИансийс
Орт ъягунская-15 Вынгапуровская-3 / 7
.^тымс-кдя-/ 7 я-/2
Северо-Мивагалъская-81\
„СіігУЬ
Эниторская~9и Пермяковр.
Ершовф Ь% J ПерХятткия 64
~J_^_^ rJ_^e-vL^X В-Пьіл^-Караминская-ІТ
Нижневартовск
\-Колик
Сред\іе-Кульеганская 52ВК-. \-Колщ>Фюф]РТ4
Северо-Чиапиннля
чф-
&
Тюмень О/
х\чч№
Новосибирсіу/
\\V
х---
.\XN
100 200 300 k
I I
Рис. 1. Схема расположения изученных скважин Условные обозначения:
граница Западно-Сибирской плиты
- Южная часть изученной области- 1-центральная часть бассейна; II- восточная часть бассейна; Ш-северная часть изученной области
необходимым. При более упрощенном анализе, сводящемуся к изучению петрографии
по результатам исследования шлифов, во многих случаях даже надежно
диагностировать породу не представляется возможным. По породам каждой скважины
вьщелялась глинистая фракция размером <0,002 мм, которая изучалась
рентгеноструктурным и в некоторых случаях химическим методами. Для определения
солености в выделенной глинистой фракции определялось содержание В и Ga.
Одновременно для уточнения физико-химических обстановок формирования пород
проводился анализ содержания форм железа, растворимых в 2% НС1, что, в сочетании
с содержанием пиритного железа, позволяло определить окислительно-
восстановительный режим седиментации и диагенеза (Гуляева, 1953, Страхов, Залманзон, 1955, Конторович, 1976, Raiswell et al, 1988). В ряде случаев использовался сканирующий электронный микроскоп. Микроэлементному анализу подвергались породы, при изучении которых на территории Западно-Сибирской плиты этот метод ранее не применялся (фосфориты, уголь). Защищаемые положения:
1. Установлено, что главные типы пород баженовской свиты - аргиллиты, с одной стороны, и глинисто-кремнистые породы и силициты, с другой, характеризуются различным типом распределения основных породообразующих компонентов (кварц, глина, органическое вещество) и определенными закономерностями распределения по изученной площади: аргиллиты сосредоточены в центральной части, отсутствуют в восточной и имеют незначительное распространение в северной. При этом аргиллиты характеризуются менее высоким (до 5%) содержанием органического углерода, более низкими показателями солености, уровня восстановительного режима, повышенным темпом седиментациии по сравнению с глинисто-кремнистыми породами. Сделан вывод, что баженовская свита является продуктом двух седиментационных систем: медленного фонового, преимущественно биогенного осадконакопления, отвечающего глинисто-кремнистым породам и силицитам, как это ранее принималось для свиты в целом, и более быстрой седиментации материала аргиллитов из турбидитных потоков в их дистальных фациях.
2. Обоснована роль синхронно развивающихся кор выветривания Урала, в формировании кремнисто-углеродистых пород баженовского и карбонатномарганцевых пород георгиевского горизонтов, что является развитием высказываемых ранее
взглядов В.П.Казаринова [Гурари, Казаринов и др., 1963] о важной роли кор выветривания Урала в формировании верхнеюрских отложений ЗСП.
3. Впервые устанавливается преобразование в катагенезе состава осадочного карбонатапатита молодых (мезозойских) фосфоритов, полученных по керну скважин с глубины 2500-3000 м.
Научная новизна и личный вклад:
- Показано, что на изученной территории преобладающими типами пород баженовской свиты являются кремнисто-глинистые породы, силициты и аргиллиты. В центральной части бассейна соотношение кремнисто-глинистых пород и силицитов с одной стороны и аргиллитов с другой определяется как 2:1. В восточном районе баженовская свита представлена кремнисто-глинистыми породами и силицитами при отсутствии аргиллитов, а в северной части изученного района содержание аргиллитов сокращено.
Установлено, что основные типы пород баженовской свиты -аргиллиты, кремнисто-глинистые породы и силициты- в центральной части бассейна баженовского моря характеризуются различными показателями солености, окислительно-восстановительных условий формирования, темпов седиментации. Существующее ранее представление о фоновой седиментации отложений баженовской свиты представляется верным лишь для кремнисто-глинистых пород и силицитов, в то время как применительно к аргиллитам центральной части баженовского моря предполагается их турбидитная природа; для северной части района обосновывается фоновая природа седиментации как кремнисто-глинистых пород, силицитов, так и аргиллитов.
- Подтверждены представления предыдущих исследователей о более низком содержании органического углерода в аргиллитах по сравнению с глинисто-кремнистыми породами и силицитами. Выявлено, что это характеризует лишь центральную часть бассейна, где преобладают глинисто-кремнистые породы и силициты с повышенным содержанием органического углерода. Устанавливается, что уменьшение содержания органического углерода в свите в северном и восточном направлениях отвечает исключительно глинисто-кремнистым породам и силицитам на фоне сокращения содержания аргиллитов на севере и полного выпадения их из разрезов в восточном направлении.
- Впервые выявлены следы инфауны в породах баженовской свиты, что позволило
сделать вывод о присутствии кислорода в верхней части осадка баженовского моря в
некоторые временные интервалы.
- В отложениях баженовской свиты впервые найдены сапропелевые угли, что
подтверждает существующие представления о сапропелевой природе основной массы
органического вещества.
Полученные результаты при изучении фосфоритов георгиевской и баженовской свит, поднятых с глубин 2500-3000 м дополнили представления о преобразовании состава осадочного апатита в процессах катагенеза.
Установлена роль микробиальной деятельности в формировании фосфоритов и карбонатномарганцевых пород георгиевского горизонта.
Обосновывается генезис карбонатномарганцевых пород в составе георгиевского горизонта и кремнисто-углеродистых - баженовского, как результат выноса материала в растворах из синхронно развивающихся кор выветривания Урала.
Практическая значимость работы. Результаты работы дополняют и расширяют представления о составе и условиях формирования отложений баженовской свиты, которая является одной из крупнейших в мире продуцентов углеводородов, а совместно с георгиевской свитой и флюидоупором. Материалы работы вошли в научно-исследовательские отчеты, выполнявшиеся по заказам целого ряда производственных организаций («Ноябрьскнефтегаз», «Ямалгеолком», «Юганскнефтегаз», «Томскнефть», «Нижневартовское нефтегазодобывающее предприятие», «СибНАЦ», «Томскгеолком»). Все отчеты по хоздоговорам приняты как правило, с высокой оценкой. Опубликованные статьи по особенностям состава и условий формирования баженовской свиты могут быть использованы в практике для прогноза высокоуглеродистых пород баженовской свиты, как потенциальных источников УВ сырья.
Апробация работы. Основные положения работы опубликованы в 33 статьях, материалах совещаний и тезисах. Результаты работ докладывались на ряде совещаний, таких как Первое (Москва, 2000), Второе (Сыктывкар, 2001) и Третье (Москва, 2003) Всероссийские литологические совещания, V Уральское региональное литологическое совещание (Екатеринбург, 2002), 31 Международный геологический конгресс (Бразилия, 2000), Международная конференция "Exploration and Production Operation in Difficult and Sensitive Агеав'ХСанкт-Петрбург, 2001), Международная конференция «International Symposium on Chines Petroleum Exploration in 21st Century» (Китай, 2002), Шестая научно-практическая конференция (Ханты-Мансийск, 2002), Конференция
&
«Критерии оценки нефтегазоносности ниже промышленно освоенных глубин и определение приоритетных направлений геолого-разведочных работ» (Пермь, 2000), Всероссийский симпозиум «Среда и жизнь в геологическом прошлом» (Новосибирск, 2000), Научная конференция «Проблемы геологии Сибири» (Томск, 1996) и ряд других. Отдельные положения диссертации изложены в ряде отчетов по хоздоговорным работам.
Структура и объем работы. Диссертация содержит 211 страниц, включая введение, 5 глав, заключение, 26 таблиц и иллюстрируется 90 рисунками, список литературы содержит 232 наименования.
Работа выполнена в лаборатории седиментологии Института геологии нефти и газа СО РАН. Автор искренне благодарен сотрудникам Института геологии нефти и газа и аналитического центра ОИГГМ, выполнившим большой объем аналитических работ: определений содержания органического углерода (Г.П. Туркова), бора и галлия ( Н.А. Яковлева ), химических анализов методом РФА (А.Д. Киреев) и «мокрой химии», включая определение форм железа в солянокислых вытяжках ( И.М. Фоминых, Л.А. Горчукова), рентгеновских-(Г.М. Писарева), электронномикроскопических (СВ. Летов). Диссертантка признательна О.М. Розену и А.А. Аббясову за предоставление используемой в работе компьютерной программы пересчета химического состава пород на минералогический. Автор также благодарен Н.П.Кирде за организацию и помощь в период проведения полевых работ.
Отдельные аспекты диссертации обсуждались с Е.М.Хабаровым, Л.Г. Вакуленко, Н.П. Кирдой, Г.Г. Шеминым, А.Н. Фоминым, Б.Н. Шурыгиным, В.И.Москвиным, СВ. Мелединой, И.В Вараксиной, Ф.Г Гурари, А.Л. Бейзелем, всем им автор выражает глубокую благодарность. Особую благодарность автор выражает научному руководителю работы Ю.Н. Занину и академику А.Э. Конторовичу - инициатору постановки работы.
Нефтеносность
Западно-Сибирский осадочный бассейн является одним из крупнейших мировых продуцентов нефти и газа. При характеристике его нефтеносности мы в первую очередь опирались на работу коллектива авторов «Нефтегазоносные бассейны...» [1994]. Некоторое количество нефти в пределах бассейна было получено из глубокозалегающих отложений палеозоя, также из карстовых и трещинно-каверновых, связанных с (средне)триасовым выветриванием, коллекторов в кровле палеозойских отложений [Нефтегазоносные..., 1994]. Однако основная масса нефтяных и газовых месторождений связана с породами мезозойского чехла. Практически все толщи мезозойского разреза генерировали углеводороды, хотя интенсивность и характер последних для разных толщ был также существенно различен. Нижне-среднеюрские отложения, представляющие собой континентальные (озерные, озерно-болотные, озерно-аллювиальные), частично прибрежно-морские образования, органическое вещество которых связано главным образом с наземной растительностью, характеризуются достаточно высоким углеводородгенерирующим потенциалом. Содержание органического углерода в этих породах достигает 2%, а в центральной части бассейна - даже 3-5%. Существенно повышается содержание органического углерода в породах начиная с келловея, знаменующее смену континентального режима седиментации морским. Так, в составе отложений нижневасюганской подсвиты среднее содержание органического углерода составляет уже 3-5%. Однако наиболее важным источником органического вещества для генерации залежей нефти и газа Западной Сибири явилась баженовская свита, среднее содержание органического углерода в которой, в массе сапропелевого, определено в 5-12%, достигая по отдельным пробам в центральной части бассейна 15-20% и более (рис.4). Нефтегенерирующий потенциал меловых отложений, формирование которых отвечало регрессивной в целом стадии развития бассейна и отвечающим ей повышенным привносом грубозернистого терригенного материала, существенно ниже верхнеюрских, однако богатейшие газовые месторождения севера Западной Сибири связываются именно с меловыми толщами.
Касаясь собственно нефтегазоносности отложений Западной Сибири, в их составе выделяются два нефтегазоносных мегакомплекса - палеозойско-юрский и нижнемеловой-сеноманский [Нефтегазоносные бассейны..., 1994]. В качестве мегарегиональных флюидоупоров были определены баженовская и кузнецовская свиты [Конторович В.А и др., 2001]. Нефтегазоносность палеозойско-юрского мегакомплекса связана с отложениями нижней, средней, а на отдельных территориях и верхней юры (вплоть до баженовской свиты включительно) и гипергенно-преобразованными в процессах выветривания породами палеозоя. В целом нефтегазоносность этих отложений огромна и проявляется на обширнейшей территории. Вьщеляется ряд нефтегазоносных площадей: Приуральская, Каймысовская, Среднеобская, Надым-Пурская, Васюганская, Фроловская. Нижемеловой-сеноманский мегакомплекс включает такие нефтегазоносные области, как Среднеобская, Надым-Пурская, Пур-Тазовская. В пределах областей выявлено огромное количество месторождений, среди которых должны быть отмечены такие, как нефтегазоносные Талинское (Фроловская НГО), крупнейшее в Западной Сибири Самотлорское (Среднеобская НГО) и др. Характерным является сложное строение многих месторождений, присутствие в их разрезе серии продуктивных залежей.
Ниже мы более подробно остановимся на нефтеносности баженовской свиты. Баженовская свита и ее аналоги являются важнейшей нефтегенерирующей толщей и флюидоупором палеозойско-юрского мегакомплекса [Гурари и др., 1982, Нестеров, 1980, Конторович и др, 1967]. В то же время и сама она рассматривается в качестве нефтеносного резервуара (пласт ЮСо). Проблеме нефтеносности баженовской свиты посвящено большое количество публикаций [Нестеров, 1979, Нефтеносность баженовской свиты Западной Сибири, 1980, Гурари, 1981 ід Нестеров, 1985, Нестеров, Ушатинскй, 1985, Нестеров и др., 1987 и др.] Нефтеносность баженовской свиты связывается с двумя типами ее отложений. В первую очередь это кремнисто-глинистые породы, являющие в свите преобладающими, в которых выявлены проявления нефти, являющиеся продуктивными. Промышленные притоки нефти из отложений баженовской свиты получены на 20 площадях [Добрынин, 1982]. Непромышленная (а частично, возможно, и промышленная) нефтеносность связана также с песчано-алевритовыми породами так называемых аномальных разрезов баженовской свиты. Добыча нефти из пород первого типа ведется, в частности, на Салымском нефтяном месторождении на Сургутском своде Среднеобской нефтегазоносной области. Запасы нефти по пласту ЮСо (Юо) выявлены на Сургутском своде также на Каймысовском, Маслиховском, Ай- Пимском, Тянском, Тавлинско-Русскинском и ряде других месторождений [Лопатин и др., 1998]. Как указывается [Нефтегазоносные бассейны..., 1994, с. 92-94] «Залежь в горизонте Юо выявлена в глинистых битуминозных отложениях баженовской свиты верхней юры. Дебиты нефти изменяются от 230 до 800 м3/сут., газа - от 180 тыс. до 29 млн.м3/сут. качество резервуара на площади очень изменчиво. Как следствие, высокодебитные скважины находятся очень недалеко от «сухих». По типу ловушки эта залежь относится к литологически ограниченным». При этом обосновывались представления [Желтов и др., 1984] о линзовидном строении пласта-коллектора свиты на Салымском месторождении. Протяженность нефтеносных линз по данным этих авторов может достигать 1-1,5 км, а их наиболее вероятная толщина 3-5 м. Схема прогноза нефтеносности отложений баженовской свиты была разработана И.И. Нестеровым (рис. 5). В литературе развернулась оживленная дискуссия о характере и природе коллектора в глинистых породах баженовской свиты, поскольку, как указывается [Добрынин, 1982] коллектор такого рода в мире аналогов не имеет. И.И. Нестеров [1980] определяет коллектора типа наблюдающихся в баженовской свите в качестве баженита. Было высказано несколько точек зрения по этой проблеме. Наиболее распространенными являются представления о трещинной природе коллектора. Однако и природа трещиноватости трактуется различно, как на это указывал Ф.Г. Гурари [1981]. Как указывают О.Г. Зарипов и И.И. Нестеров [1977], в породах баженовской свиты наблюдается система микротрещин, заполненных нефтью, разбивающих породу на микроучастки размером в среднем 0,2x0,05 мм. По мнению указанных авторов, по морфологическим особенностям могут быть выделено три типа микротрещин: горизонтальные (разветвляющиеся), наклонные (стилолитоподобные), вертикальные (ступенчатые). Первые два типа трещин рассматриваются в качестве седиментационно-диагенетческих; связаны они с расслоением пород по напластованию и с гидроразрывом под воздействием аномально высокого пластового давления. Редко встречающиеся вертикальные трещины - тектонические, залеченные кальцитом. Представления о флюидоразрыве пород баженовской свиты по микрослоистости как причине формирования в ней коллекторов высказывались уже в семидесятых -начале восьмидесятых годах [Зарипов, Нестеров, 1977 и др. ]. В соответствии и этими идеями в баженовской свите при температурах 80-90 (глубина 2,2-2,4 км) генерируются и эмигрируют подвижные углеводороды, масса которых достаточна для расслоения пород. Процесс этот отвечает главной фазе нефтеобразования. Такой коллектор баженовской свиты, определяемый сетью открытых горизонтальных трещин, параллельный слоистости, Ф.Г. Гурари [1981] рассматривает в качестве листоватого. В то же время, как отмечает В.М. Добрынин [1982], извлекаемая нефть наряду с листоватым коллектором, содержится в межзерновых «открытых» порах и в вертикальных или наклонных трещинах в массивных (нелистоватых) породах. При этом трещиноватыми являются 3-15% пород баженовской свиты от всего их объема при заполнении пустотного пространства нефтью на 50-95% [Сонич и др., 2001]. И.И. Нестеров [1980], выделяет в породах баженовской свиты на Салымском месторождении три типа коллекторов: поровые, трещинно-поровые, трещинные.
Микроэлементный состав пород
Черносланцевые толщи обычно обогащены комплексом микроэлементов, среди которых характерными являются такие, как U, Си, Zn, Ni, Mo, Cd, Pb, Sb, V и целый ряд других. Баженовская свита не является в этом отношении исключением, и количество работ, посвященных ее микроэлементному составу достаточно велико. А.Э. Конторовичем [1967,1969] и А.Э. Конторовичем с соавторами [1971] было показано повышенное содержание V, Fe, Ni и пониженное - Со, Сг, Мп, Ті в марьяновской свите, отвечающей баженовской и георгиевской, по отношению к нижележащей тюменской свите. По данным этих авторов, имеется тенденция к наибольшему накоплению микроэлементов в наиболее глубоководной и удаленной от области сноса, располагавшейся, по мнению этих авторов, на востоке, верхнеюрского моря. Области максимального накопления железа, марганца и других элементов, по заключению авторов, смещены от береговой области в сторону пелагических глинистых фаций. А.Э. Конторович [1967] отмечал повышенные содержания ванадия и никеля в баженовских ль породах, связывая их с битуминозностью органического вещества.
В то же время отмечается приуроченность на ряде участков оолитовых лептохлоритовых железных руд к прибрежным участкам. В.М. Гавшин и Ф.Г. Гурари [1987] на основании определения широкого круга элементов в породах баженовской свиты по 30 пробам, а также материалу по ряду других черносланцевых комплексов, пришли к выводу о постоянстве набора органофильных элементов в них ( Mo, S, U, Sb, Си, Ва, Ni, As, Р, Со, V и некоторые другие) на протяжении последних более чем 600 млн.лет. Средние содержания микроэлементов в породах баженовской свиты, приводимые указанными авторами, были воспроизведены позднее с поправками для ряда элементов В.М. Гавшиным и В.А. Захаровым [Gavshin, Zakharov, 1996]. Е.А.Предтечинская и Л.Д. Малюшко (Условия формирования..., 1988) с помощью метода парной корреляции объясняют, что «фактор глубины бассейна определял не только концентрацию Сорг в породах, содержание в них фосфатизированных костных остатков, биогенных кремнезема и карбонатов, но также и ряда макро- и микроэлементов, в том числе U, As, Cd, Со, Ni, V, Mo и других элементов биогенного накопления» (стр. 61). Установлено, что положительные корреляции с Сорг в отложениях баженовской свиты имеют U, As, Cd, Со, Ni, Mo, V, Nb, Y, Yb, отрицательные- Mn, Ga, Sc, Zr, Si, P и другие элементы. Отношение Fe/Mn в наших условиях не может быть показателем эндогенного подтока железа, как это предполагается авторами (Условия формирования..., 1988). В условиях высоковосстановительного режима Fe концентрируется в виде пирита, а марганец оставался в растворенном виде.
При этом железо могло иметь не эндогенную природу, а выноситься из кор выветривания, как это было предположено Ф.Г.Гурари, В.П.Казариновым, Ю.К.Мироновым с соавторами [1963]. По данным Ф.Г. Гурари с соавторами [Условия формирования..., 1988] при повышении содержания глинистого материала в породах баженовской свиты возрастает содержание Na и К (центральные районы) и также В и Li (периферические районы). С биогенным кремнеземом и карбонатом связана биогенная группа элементов - Со, Mo, As, Y, Yb, Ni, U, Cu, Ag, P, Pb, Tl. Ранее [Плуман, 1971] была показана связь органического углерода в породах баженовской свиты с ураном. По данным И.Н. Ушатинского [1984] и И.Н. Ушатинского с соавторами [1988], с органическим веществом баженовской свиты наиболее тесно связаны углерод, фосфор, ванадий, медь, никель, молибден, уран; с глинистым - скандий, частично хром, кобальт; с кремнистым - скандий, частично хром, кобальт, с карбонатным - бор, марганец, кобальт, медь, стронций, иттрий, молибден, барий, иттербий, свинец. При повышенном содержании карбонатного и вещества в кремнисто-глинистых породах наблюдается и наиболее высокое суммарное содержание микроэлементов. Обогащены микроэлементами высокобитуминозные известковые глины и силициты, обеднены — слабоглинистые силициты. Большинство микроэлементов имеет наиболее высокие концентрации в верхних частях свиты, вниз по разрезу содержание их уменьшается. При этом, как отмечает И.Н. Ушатинский [1984, с.28], «В центральных районах отмечаются наиболее высокие содержания бора, ванадия, никеля, меди, бария, урана. В окраинных районах породы обеднены этими элементами, но обогащены другими (галлий, стронций, хром и др.). Как было показано рядом авторов [Плуман, 1975, Плуман, Запивалов, 1977 и др.] уран в составе баженовской свиты тесно ассоциируется с органическим веществом. Типизация разрезов Распределение основных типов пород и органического углерода баженовской и георгиевской свит в разрезах и по площади тесно связано с типизации разрезов, хотя и не адекватно ей.
Вопросы типизации отложений баженовского горизонта рассматривались рядом авторов [Ясович, Поплавская, 1975, Брадучан, Лебедев, 1979, Гайдебурова, 1982, Баженовский горизонт.., 1986, Полякова и др., 2002 и др.]. В наиболее полном виде для всей территории Западной-Сибирской плиты (равнины) Ю.В. Брадучаном [Баженовский горизонт..., 1986] по отложениям баженовского горизонта по совокупности типов разрезов были выделены зоны Игримско-Леушинская, Березово-Тобольская, Тамбейско-Омская. В пределах каждой зоны по составу и структуре отложений выделяются типы разрезов, общее количество которых составило 14, отвечающие определенным районам. При этом области распространения баженовской свиты отвечают девять районов, каждому из которых соответствует определенный тип разреза. Е.А. Гайдебуровой [1982] по величине КС и положению в разрезе максимума радиоактивности ею были выделены четыре типа разрезов баженовской свиты, включающие восемь подтипов. На схематической карте автором показаны зоны распространения типов разрезов. Характерно, что контуры распространения определенных типов разрезов в схемах Ю.В. Брадучана и Е.А. Гайдбуровой в определенной степени совпадают.
На три фациальных типа была разделена баженовская свита в одной из последних публикаций [Предтеченская и др., 1999] в северо-западной части Томской области. Первому из них отвечают радиоляриты и кремнистые глины с прослоями радиоляритов, формировавшиеся в иловых впадинах внутреннего и внешнего шельфа (глубина 100-400 м). Второй фациальный тип характеризуется кремнистыми глинами, переслаивающимися с радиоляритами и пелециподовыми ракушняками (глубина свыше 100 м). Третий фациальный тип отвечает слабо кремнистым и алевритистым глинам с прослоями пелециподовых ракушняков и редкими прослоями радиоляритов, формируемых на глубинах 30-100 м в пределах подводных ракушняковых банок. По проведенной литолого-геохимической идентификации данных стандартного и гамма-каротажа разрезов баженовской свиты И.Д.Поляковой с соавторами [2002] « по мощности биогенно-терригенных и биогенных пород с КС третьего масштаба (пзм), выраженной в процентах к общей мощности, различаются пять типов разрезов: I- Ьзм =0%; II-0 h3M 25%; Ш-25 h3M 50%; IV-50 h3M 75%; V- Ь3м 75% (стр.243). По мнению авторов в направлении с востока на запад (от I типа к V) увеличивается количество аутигенного кремнезема и соответственно увеличивается содержание органического вещества (оті до 11% и более). I тип разрезов характеризует образования верхней сублиторали, II и III — средней сублиторали, IV - сублиторали, V-наиболее глубоководной части морского бассейна. Разрезы первого и второго типов, глинистые по составу, характерны для областей поднятий, четвертого и пятого типов -для депрессий.
Петрографическая характеристика пород
Аргиллиты встречаются во многих скважинах в баженовской свите, слагая слои и пачки от 0,5 до 6 и более метров. Иногда они образуют частое переслаивание с породами глинисто-кремнистого состава. Внешне аргиллиты почти неотличимы от часто близких по составу кремнисто-глинистых пород. В зависимости от содержания породообразующих компонентов аргиллиты подразделяются на кремнистые, кремнисто-пиритовые, кремнисто-углеродистые, кремнисто-пиритово-углеродистые, карбонатные. Аргиллит кремнистый. Породы данного типа, слагающие слои в скважинах № № 8155 Северо-Нивагальская, 12 Ярайнерская, 15 Ортьягунская, 17 Западно-Пякутинская, 673 Уренгойская однородные серые массивные с раковистым изломом. Содержание органического вещества составляет в среднем 2,5% при колебаниях от 1,8 до 4,1%. Мощность слоев аргиллитов колеблется от 0,08 м до 7,5 м. Породы имеют линзовидноволнистую, градационную слоистость и пелитовую структуру (рис.6, 7). В основной массе присутствует примесь рассеянного скрыто- и микрокристаллического аутигенного кварца (7-26 %, редко до 35 %).
Иногда он обособлен в линзы и скопления неправильной формы (до 1,3 мм), возможно развивающиеся по органическим остаткам. Линзовидноволнистослоистая микротекстура породы обусловлена неравномерным распределением ОВ. Оно присутствует в виде тонко дисперсной примеси и сконцентрировано в тонкие (0,5-1 мм) прерывистые слойки. Кроме того, в породе отмечаются редкие непрозрачные сгустки ОВ, вероятно, выполняющие органические остатки. Кремнистые аргиллиты слабо пиритизированы. Пирит присутствует в виде мелкой сыпи (0,01-0,03 мм). Часто пиритовые скопления приурочены к слойкам, богатым ОВ. В породе в незначительных количествах (менее 1 %), присутствует терригенный обломочный материал. Это неокатанные обломки кварца и реже полевых шпатов размером до 0,01-0,07 мм и редкие чешуйки мусковита до 0, 7 мм. Встречаются сферические остатки раковин радиолярий 0,03-0,05мм, ядро которых выполнено пиритом, а оболочка в виде тонкой каемки - микрокристаллическим кальцитом. Компоненты глин - гидрослюда, смешанослойный минерал гидрослюда-монтмориллонит и хлорит.
Среднее содержание кварца в аргиллитах кремнистых составляет 21,80%, глины-56,90%, органического вещества-2,45%, пирита-2,53%. Аргиллит кремнисто-пиритовый. Эти породы встречены в скважинах № 317 Вынгапуровская в самой нижней части баженовской свиты непосредственно на ее контакте с георгиевской свитой, где они слагают слой мощностью около 1 м. В скв. № 423 Сугмутская породы этого типа слагают маломощные прослои (первые десятки сантиметров) в верхней части баженовской свиты. Кремнисто-пиритовые аргиллиты иногда выглядят более алевритистыми, чем аргиллиты других типов. Они имеют пепельно-серый или коричневый цвет, слюдистые, заметна сульфидная вкрапленность, текстура массивная, иногда заметна слабовыраженная слойчатость, встречаются остатки белемнитов. В скважине № 8155 Северо-Нивагальской по разрезу отмечается несколько прослоев кремнисто-пиритовых аргиллитов, мощностью от 0,25 до 0,95 м. Породы этого типа имеют массивную или слабополосчатую микротекстуру и пелитовую структуру (рис.8). Основная масса породы (50-67 %) представлена глинистым материалом, размерность частиц которого 0,005-0,01 мм. Чешуйки глинистых минералов ориентированы субпараллельно, на что указывает эффект одновременного погасания основной массы породы. В породе присутствует рассеянный аутигенный микрокристаллический кварц.
Аутогенный кварц выделяется также в виде редких линзочек (0,05-0,15мм, до 0,3 мм), полностью свободных от глинистого материала (рис.9). Порода сильно обогащена пиритом (6-16 %). Он присутствует в виде мелкой сыпи (0,001-0,05 мм, реже до 0,15 мм), равномерно рассеянной в породе, а также в виде более крупных (до 1 мм) редких стяжений, имеющих неправильную форму. Часто мелкая пиритовая сыпь сконцентрирована в микрослойках и линзочках толщиной 0,3-1 мм, что и придает породе слабополосчатый характер. Часто пирит образует псевдоморфозы по радиоляриям. Содержание кальцита может достигать в отдельных случаях 1,5 %. Аргиллиты кремнисто-пиритовые относительно обеднены органикой. Содержание Сорг в исследованных образцах составляет 0,2-2,59 %. Алевритовая составляющая (2-3%) представлена слабоокатанными обломками кварца, размером до 0,1мм, полевого шпата и редкими чешуйками мусковита (0,01мм). Среднее содержание кварца в кремнисто-пиритовых аргиллитах составляет 23,75%, глины-51,74%, органического углерода -1,01%, пирита-7,56%. Аргиллит кремнисто- углеродистый. Данные породы встречены в скв. №№ 15 Ортьягунская, 1001 Медвежья, 673 Уренгойская, 710 Западно-Пурпейская. Внешне это аргиллиты коричнево-черные с серым оттенком, битуминозные, с многочисленным органогенным детритом на поверхностях напластования, с нефтяным запахом, местами слабо известковистые, с ровным шероховатым сколом. Породы имеют волнистослоистую микротекстуру и пелитовую структуру (рис.10). Основная масса породы (до 62 %) сложена пелитовым материалом. В основной глинистой массе встречаются чешуйки гидрослюд до 0,05 мм. Среди глинистой массы присутствует рассеянный микрокристаллический аутигенный кварц (до 31 %). Он распределен в породе равномерно и в самостоятельные вьщеления не обособляется. Неравномерное распределение ОВ обусловливает волнистослоистую микротекстуру породы. ОВ сосредоточено главным образом в тонких (0,03-0,1 мм), волнистых, иногда нитевидных слойках. Содержание Сорг в породе может достигать 14 %. Содержание пирита в породах этого типа достигает 9 %. Пирит присутствует в виде вкрапленности, круглых форм. Содержание кальцита в породе не превышает 4,5 %, а сидерита - доли процента. В породе встречаются редкие костные фосфатные остатки рыб (до 3 мм), ориентированные параллельно напластованию. Среднее содержание кварца в кремнисто-углеродистых аргиллитах составляет 18,23%, глины-55,06%, органического вещества-7,39%, пирита-3,86%.
Аргиллит кремнисто-пиритово-углеродистый. Эти породы, совместно с кремнистыми аргиллитами других типов, от которых неотличимы внешне, выделяются в баженовской свите в скважинах №№ 317 Вынгапуровская, 1001 Медвежья, 15 Ортьягунская. На макроскопическом уровне породы имеют серо-коричневый или черно-коричневый цвет, слабый нефтяной запах, характерные крючки (онихитесы) теутид и органогенный детрит на поверхностях напластования, ровный гладкий скол. При изучении под микроскопом порода проявляет слабовыраженную слоистую микротекстуру и пелитовую структуру. Основная масса породы представлена глинистым материалом и аутигенным кварцем с примесью ОВ. Чешуйки глинистых минералов ориентированы. Тонкокристаллический аутигенный кварц, в преобладающем количестве рассеян в основной массе, но образует также отдельные редкие линзы (до 1 мм) и зоны сложной формы с расплывчатыми очертаниями. В этих линзах и зонах в подчиненном количестве присутствует также примесь глинистого материала. Наличие этих неоднородностей придает породе нечетко выраженный слоистый характер, иногда различимый и на макроскопическом уровне. ОВ равномерно рассеяно в основной массе в виде тончайшей вкрапленности. Аргиллиты кремнисто-пиритово-углеродистые довольно сильно (6- 8%) пиритизированы (рис.11-12). Пирит присутствует как в виде мелкой (менее 0,01 мм) сыпи, так и в виде образований округлой и неправильной формы размером от 0,05 до 0,3 мм. В основной массе породы может содержаться тонкокристаллический кальцит в количестве до 2,5%. Терригенный материал представлен угловатыми зернами кварца и полевого шпата, размером до 0,05мм.
Глинистые минералы как показатели условий формирования баженовской и георгиевской свит
Как было установлено предыдущими исследованиями, обзор которых был приведен в главе второй, комплекс глинистых минералов в отложениях баженовской (как и георгиевской) свит представлен гидрослюдой, смешанослойным минералом типа гидрослюда-монтмориллонит при подчиненном количестве монтмориллонитового компонента, каолинитом, хлоритом. Для Шаимского района западной части Западно-Сибирской плиты в составе пород георгиевского горизонта тюменскими геологами (И.Н. Ушатинским, О.Г. Зариповым, Г.С. Ясовичем) отмечается присутствие монтмориллонита. Карта распределения глинистых минералов по площади распространения баженовской свиты была составлена СИ. Филиной с соавторами [1984]. Наши материалы подтверждают в основном данные предшественников, хотя детали распространения комплексов глинистых минералов не всегда им соответствуют. Как видно из таблицы 23, в породах центральной части бассейна основным глинистым минералом баженовской свиты как в аргиллитах, так и в глинисто-кремнистых породах и силицитах являются гидрослюда+смешанослойный минерал (смешанослойный минерал не превышает 10%). Содержание их в комплексе глинистых минералов в среднем по скважинам здесь лишь в единичных случаях составляет менее 50%. Среднее по скважинам содержание каолинита составляет в основном 20% и менее при колебаниях в основном в пределах 10-27%, достигая по единичным пробам 30-31%. Несколько более высоким является содержание хлорита, превышающее по большинству скважин (в среднем) 20%. В восточной части района содержание комплекса минералов гидрослюда+смешанослойный по сравнению с центральной заметно снижается и среднее содержание его по скважинам в большинстве случаев не достигает 50%, опускаясь в ряде случаев ниже 40%. Одновременно в составе глинистых минералов существенно возрастает доля каолинита; по одной из проб скважины № 482 Северо-Чистинной содержание его составляет 65%. Столь высокое содержание каолинита в составе комплекса глинистых минералов однозначно свидетельствует о весьма интенсивном выветривании пород в области питания, достигавшим каолинитовой стадии. Снижение содержания каолинита в осадках от приближенной к береговой линии области в направлении более отдаленной является общим хорошо известным правилом [Милло, 1968]. В северной части района соотношение содержания глинистых минералов является близким к содержанию их в центральной части бассейна. Наши выводы о распределении глинистых минералов в составе баженовской свиты совпадают в основном с наблюдениями СИ. Филиной с соавторами [1984] с тем, однако, уточнением, что, как нам представляется, каолинит в области Северного Широтного Приобья, примыкающей непосредственно к р. Оби, развит шире, чем приведено указанными авторами на составленной им карте, а в восточной части района содержание каолинита выше, чем в центральной и северной его частях.
Особого рассмотрения требует впервые выявленный в составе глинистых минералов баженовской свиты восточной части ее развития монтмориллонит (скважины № 11 Восточно-Пыль-Караминская и № 8 Боровая). Присутствие в скважинах, где монтмориллонит был выявлен, также и высоких (до 30%) содержаний каолинита однозначно указывает, что мы имеем здесь дело с материалом различных зон коры выветривания скорее всего основных пород - сибирских траппов. Отсутствие монтмориллонита в центральной части бассейна может определяться двумя факторами. В обеих указанных скважинах баженовская свита залегает на глубинах 2240-2260 м, в то время, как в центральной и северной частях района глубины залегания баженовской свиты приближаются или превышают 3000 м. Многими авторами отмечается гидрослюдизация монтмориллонита по мере погружения пород с образованием смешанослойного минерала гидрослюда (иллит)-монтмориллонит [Weaver, 1960, Чихрадзе, 1979 и др]. Глубина, на которой завершается этот процесс, для различных районов не одинакова. Для мезозойских отложений Западной Сибири Г.Э. Прозоровичем [1972] она определена как не достигающая 1500 м. Полученные автором материалы показывают, что глубина может быть увеличена, по крайней мере, на 700 м. В то же время в литературе рассматривался и другой путь преобразование монтмориллонита, попадающего с континента в морской бассейн, а именно гидрослюдизация его в результате сменившегося химического состава водной среды, имея в виду, что морские воды более богаты калием по сравнению с континентальными [Коссовская, 1954, Зхус, 1958, Занин, 1962]. Нельзя исключить, что отсутствие монтмориллонита в баженовской свите центральной и северной частях ее развития может быть связано как с тем, так и с другим процессом.
Глинистые минералы георгиевской свиты изучались на существенно более ограниченном материале по сравнению с баженовской свитой. Полученные материалы, тем не менее, позволяют говорить что общая картина состава и распределения их в общем повторяет картину баженовской свиты. В георгиевской свите восточной части ЗСП (таблица 24) преобладающим глинистым менералом является гидрослюда+смешанослойные (35-95%), содержание каолинита и хлорита распределено по площади неравномерно. Ближе к восточной части района содержание каолинита (23,5-40%) и хлорита (25-25,5%) увеличивается. В скважине ТСГ-6 северной части изученной области в кремнисто-глинисто-алевритовой породе баженовскои свиты и в георгиевской свитах основной глинистый минерал — гидрослюда+смешанослойный минерал (73-74%), в равных количествах присутствует хлорит (26%) и лишь в баженовскои свите по одной пробе присутствует каолинит. В аргиллитах баженовскои свиты (скв. № 1001 Медвежья) наряду с хлоритом (21%) и гидрослюда+смешанослойным минералом (53%) присутствует каолинит (26%).
Как видно, во всех проанализированных образцах аргиллитов и кремнисто-глинистых породах среди глинистых минералов баженовскои свиты присутствуют гидрослюда, смешанослойный минерал (гидрослюда - монтмориллонит) и хлорит. Что же касается каолинита, то он присутствует почти во всех разрезах и только в Тюменской (СГ-6) каолинит отсутствует и в баженовскои и в георгиевской свитах. По скважине № 1001 Медвежьей площади ведущими минералами также являются гидрослюда + смешанослойный минерал, а содержания хлорита и каолинита близки при некотором преобладании последнего. Эти данные не совпадают с материалами Филиной СИ. с соавторами (1984), показавшими для Уренгойского района гидрослюдисто-каолинитовый состав глинистых минералов с примесью хлорита и смешанослойных минералов. В восточной части ЗСП, наряду с каолинитом, хлоритом и смешанослойным минералом в составе глинистых минералов отмечается и монтмориллонит, который в чистом виде отсутствует в других типах разрезов. В георгиевской свите состав глинистых минералов менее стабилен. В центральной части разрезы почти полностью представлены гидрослюда+смешанослойным минералом, обычным для толщи (гидрослюда-монтмориллонит), в другом случае к смешанослойному минералу добавляется небольшое (5%) количество хлорита и каолинита и только в скважине Западно-Пурпейской № 710 содержание каолинита несколько повышено (18%). В восточной части ЗСП в некоторых разрезах глинистые минералы полностью представлены гидрослюдой + смешанослойным минералом (Кошильская № 211), в других разрезах содержание каолинита превышает содержание хлорита и гидрослюда+смешанослойного минерала (Пермяковская № 64). Высокие содержания каолинита по отдельным пробам как баженовской (до 65%), так и георгиевской (до 40%) свит указывают, что в период формирования той и другой свит выветривание достигало, по крайней мере, каолинитовой стадии.
