Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. История изучения подсолевых отложений в восточной бортовой части Прикаспия . 9
Глава 2. Геологическое строение региона 17
2.1. Стратиграфия 17
2.2. Тектоника 31
2.3. История геологического развития 42
Глава 3. Цитологическая характеристика пород 46
3.1. Терригенные породы 46
3.1.1. Смешанные типы пород 56
3.2. Карбонатные породы 57
3.3. Силициты 76
3.4. Палеопочвы в карбонатных отложениях 76
Глава 4. Условия формирования и преобразования отложений раннего и среднего карбона Жаркамысского свода
4.1. Условия формирования отложений 82
4.2. Вторичные преобразования в осадках и породах 117
Глава 5. Коллекторские свойства и нефтегазоносность подсолевых отложений в районе Жаркамысского свода.
5.1. Типы коллекторов терригенных отложений 124
5.2. Типы коллекторов карбонатных отложений 127
5.3. Фильтрационно-емкостные свойства основных литотипов пород
5.4.Морфология пустотного пространства. 139
5.5. Нефтегазоносность территории Жаркамысского свода. 145
5.6. Перспективы открытия новых скоплений УВ 161
Заключение 169
Список использованной литературы 170
- История изучения подсолевых отложений в восточной бортовой части Прикаспия
- Стратиграфия
- Терригенные породы
Введение к работе
Актуальность работы. Основным нефтегазоносным бассейном Казахстана является Прикаспийская впадина, где запасы углеводородов сосредоточены в карбонатных и терригенных породах подсолевого комплекса среднего и верхнего палеозоя, Эти отложения, стратиграфический диапазон которых включает девон, карбон и нижнюю пермь, широко распространены в восточной прибортовой зоне впадины, где их мощность превышает 4000, а в отдельных зонах и 5000 м. Эксплуатация многочисленных скоплений нефти и газа здесь началась еще в 70-е годы двадцатого столетия. Открытие ряда крупных газоконденсатных и нефтяных месторождений в последнее десятилетие, среди которых следует упомянуть Лактыбай, Урихтау, Синельниковское, Кожасай, Алибекмола и другие, свидетельствует о высокой перспективности поисковых работ в данном регионе.
Объектами нашего изучения являлись визейские терригенные и верхневизейско-нижнемосковские карбонатные коллекторы Жаркамысского свода, одного из крупнейших в составе восточного борта Прикаспийской впадины. Сложность строения и геологического развития региона, приуроченного к зоне сочленения Восточно-Европейского кратона и складчатых сооружений Урала, нашло отражение в многообразии обстановок седиментации и, соответственно, в разнообразии типов терригенных и карбонатных отложений, что в значительной мере проявилось в неравномерном распределении пород-коллекторов в разрезах и на площади, а также в изменчивости их фильтрационно-емкостных свойств.
Детальное исследование литологического состава пород и применение фациальных методов анализа позволили реконструировать обстановки накопления осадков, выявить направленность и стадийность постседиментационных трансформаций в различных типах терригенных и карбонатных образований, установить взаимосвязь между литологическими особенностями, коллекторскими свойствами и нефтегазоносностью. Выделение палеофациальных обстановок, построение литолого-фациальных
ОБЗОРНАЯ КАРТА.
Масштаб 1:3000000
Условные обозначения к обзорной карте района исследований
ЖI Граница Прикаспийской впадины ^Л Месторождения нефти и газа
I \^_ | Граница Актюбинской области
Граница района исследования
* г*-»—I
і ^Л Граница нефтегазоносных областей
схем для различных отрезков ранне- и среднекаменноугольного времени сделали возможным прогноз распространения коллекторов различного типа и проведение оценки перспективности различных зон в пределах исследованной территории, в том числе неантиклинальных ловушек, с которыми могут быть связаны залежи нефти и газа.
Целью диссертационной работы является выявление закономерностей накопления визейско-нижнемосковских отложений Жаркамысского свода, воссоздание условий форми-рования терригенных и карбонатных коллекторов и на этой основе уточнение перспектив нефтегазоносности. Для достижения этого необходимо было решить следующие задачи:
Провести детальное литологическое исследование терригенных и карбонатных отложений визейско-раннемосковского возраста, вскрытых бурением в различных частях Жаркамысского свода восточного борта Прикаспийской впадины.
Реконструировать палеогеографию и обстановки аккумуляции визейско- нижнемосковских отложений в пределах Жаркамысского свода.
Изучить фильтрационно-емкостные свойства карбонатных и терригенных коллек-торов в разрезе и на площади и оценить их способность вмещать скопления УВ.
Выявить наиболее перспективные участки распространения коллекторов с высокими и хорошими фильтрационно-емкостными свойствами.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
- впервые на единой методологической основе проведен литолого-фациальный анализ визейско-нижнемосковских отложений из разрезов более чем 100 скважин, пробуренных в разных частях Жаркамысского свода;
выполнены палеогеографические реконструкции обстановок аккумуляции карбонатных и терригенных отложений визейско-раннемосковского возраста;
впервые выделены проблематичные почвенные образования (Microcodium) в составе визейских отложений, а также реликты палеопочв в вышележащих частях разреза, формировавшихся в периоды пониженного стояния вод каменноугольного моря
установлена взаимосвязь между распространением различных типов терригенных и карбонатных пород и развитием коллекторов повышенной емкости. Дан их прогноз.
Практическая значимость работы.
Данные, полученные в результате проведенных исследований, позволили воссоздать обстановки седиментации, уточнить состав и строение терригенной и карбонатных толщ нижнего и среднего карбона, оконтурить области распространения карбонатных построек в разных частях Жаркамысского свода. Уточнение границ распространения различных литолого-фациальных зон в разрезе и на площади, а также закономерностей изменения коллекторских свойств пород будут способствовать повышению эффективности поисково-разведочных работ и эксплуатации залежей нефти и газа.
Рекомендуемые направления поисковых и геолого-разведочных работ в исследуемом регионе были использованы при написании четырех отчетов по научно-исследовательским темам в 2001-2004 г.г. На основании разработанных седиментационных моделей в настоящее время осуществляется разработка месторождений Алибекмола и Кожасай.
Апробация работы и публикации.
По теме диссертации сделаны доклады на Международном совещании «Геология рифов» (Институт геологии Коми Уральского отделения РАН, Сыктывкар, 2005), на Губкинских чтениях (РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, г. Москва, 2002, 2004 г.г.). По теме диссертации опубликовано 8
8 статей. Результаты исследований и практические рекомендации были использованы при написании четырех отчетов по научно-исследовательским темам (2002-2005 гг.).
Фактический материал.
В основу работы положены исследования, проведенные автором в отделе природных резервуаров акционерного общества Актюбинского научно-исследовательского геолого-разведочного нефтяного института в течение 2001-2005 годов. В работе использованы геолого-промысловые данные, материалы ГИС, результаты лабораторного исследования керна и описания более 500 шлифов по 88 параметрическим и поисково-разведочным скважинам. Фактический материал был получен при бурении разведочных скважин на месторождениях Кожасай, Урихтау, Синельниковское, Алибекмола и др. Использовались результаты лабораторного изучения коллекторских свойств пород. Помимо этого были проанализированы промыслово-геофизические разрезы скважин и материалы сейсморазведки ОГТ разных лет.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа содержит 117 страниц текста, состоит из 5 глав, введения и заключения. Работа иллюстрирована 69 рисунками. Список цитированной литературы насчитывает 140 наименований.
Работа выполнена в отделе природных резервуаров АО
«АктюбНИГРИ» и на кафедре геологии и геохимии геологического
факультета МГУ им. М.В.Ломоносова под руководством доктора геолого-
минералогических наук А.И.Конюхова, которому автор выражает глубокую
признательность. В процессе работы над диссертацией автор пользовался
консультациями кандидатов геолого-минералогических наук
Л.З.Ахметшиной, Н.Б.Гибшман, В.П.Кана, А.В.Яковлева, сотрудников кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых Геологического факультета МГУ. Всем им автор выражает искреннюю благодарность за оказанную помощь и поддержку.
Особую благодарность и признательность автор выражает президенту АО АктюбНИГРИ к.г.м.н. Б.К. Баймагамбетову за оказанную помощь и поддержку.
Сбор материалов и техническое оформление диссертации были бы не возможны без участия сотрудников АО «АктюбНИГРИ»: В.Ч.Ли, К.Т.Улукпанова, Л.В.Дегтяревой, Р.Х.Кярюшевой, которым автор выражает свою признательность.
Защищаемые положения:
Основной этап формирования тектонической структуры Жаркамысского свода восточного борта Прикаспийской впадины связан с раннекаменноугольной эпохой, в течение которой образовались мощные толщи терригенных отложений (до 2870 м), что было вызвано коллизией юго-восточной окраины Восточно-Европейской платформы с островной вулканической дугой, а впоследствии и карбонатных пород (до 1000 м).
Аккумуляция граувакковых отложений турнейского и ранневизейского возраста, происходившая в пролювиальных, дельтовых, прибрежно-морских и подводно-склоновых обстановках, в позднем визе сменилась накоплением петрокласто-кварцевых песчаников, а начиная с конца визе карбонатных пород, которыми сложены органогенные постройки, комплексы прибрежных и мелководно-морских отложений, время от времени выводившиеся на поверхность, о чем свидетельствуют погребенные палеопочвы и следы выщелачивания.
3. Залежи УВ заключены в коллекторах порового типа, представленных
песчаниками петрокласто-кварцевого состава в нижней терригенной части,
известняками (биогермными, биоморфными, детритовыми и оолитовыми) и
доломитами в верхней, карбонатной части разреза нижнего и среднего
карбона.
История изучения подсолевых отложений в восточной бортовой части Прикаспия
Среди работ, опубликованных в первый период освоения Прикаспийской впадины, следует упомянуть статью А.К.Замаренова "Средний и верхний палеозой восточного и юго-восточного обрамления Прикаспийской впадины" (1970), в которой была проанализирована формационная принадлежность и фациальная природа пород палеозойского комплекса. Наиболее древние, из известных в то время, девонские отложения были вскрыты бурением в Западном Примугоджарье, Кокпектах и Южно-Эмбенском поднятии. Они представлены терригенными породами, по составу близкими к граувак-кам, и слагают мощные толщи, лишенные следов вулканической деятельности. Генезис этих отложений, развитых в районе Кокпекты, А.К.Замаренов определил, как прибрежно-морской и открыто морской, а в пределах Южно-Эмбенского поднятия отнес к континентальному. По мнению автора, гидродинамический режим в седиментационном бассейне девонского периода менялся от спокойного, когда накапливались алевритово-глинистые осадки с отчетливо выраженной горизонтальной слоистостью, до весьма активного, когда в бассейн поступало большое количество грубозернистого материала.
В раннекаменноугольную эпоху, которую А.К.Замаренов отнес к единому циклу осадконакопления, состав накапливавшихся отложений претерпевал отчетливо выраженные изменения. В Западном Примугоджарье, где в турнейско-визейское время установился морской режим, седиментация определялась непрерывным поступлением обломочного материала. Лишь в поздневизейско-серпуховское время, когда расширились границы седимен-та-ционного бассейна, а рельеф прилегающей суши был нивелирован, существенную роль стали играть карбонатные осадки. В пределах же Южно-Эмбенского поднятия на протяжении всей раннекаменноугольной эпохи накапливались терригенные осадки, причем наиболее грубым составом отличаются поздневизейско-серпуховские отложения, включающие горизонты конгломератов и гравелитов полимиктового состава. Само же поднятие располагалось в наиболее мелководной части бассейна.
В среднекаменноугольную эпоху в районах, граничивших на западе с Прикаспием; продолжал господствовать морской режим при довольно спокойных тектонических условиях. В московский век здесь накапливались тонкозернистые осадки песчано-глинистого состава. В позднем карбоне Ак-тюбинское Приуралье разделилось на две подзоны: восточную, где в условиях компенсированного прогибания накапливались песчано-глинистые, гру-бообломочные и частично карбонатные осадки, и западную, удаленную от берега, где господствовал вялый гидродинамический режим и формировались осадки флишоидного типа.
Позднее А.К.Замаренову с соавторами (1986) удалось разработать се-диментационные модели, описывающие обстановки аккумуляции палеозойских отложений в восточных районах Прикаспийской впадины, и выделить несколько типов формаций, под которыми он понимал крупные комплексы однотипных пород - обособленные в пределах конкретных тектонических структур и сформировавшиеся в пределах определенного фациального пояса. Согласно этим исследователям, геологическая история Прикаспийского бассейна в палеозое была отмечена длительным существованием мелководных карбонатных платформ, банок и карбонатных построек разного типа, находившихся в непосредственном соседстве с глубоководными обстановка-ми, которые отвечали в основном условиям континентального склона и подножья. Переход от шельфа к континентальному склону и его подножью нашел отражение в ряду формаций, сменяющих одну другую при переходе от районов обрамления, где господствовал континентальный режим, к центральной части бассейна, где существовали глубоководные условия осадко-накопления.
Согласно седиментационной модели, разработанной А.К.Замареновым с соавторами для поздневизейско-раннебашкирского времени, аккумуляция осадков происходила на фоне длительной морской трансгрессии, что обусловило формирование в восточной бортовой зоне Прикаспия мощной слоистой карбонатной толщи, сложенной в основном осадками мелководного происхождения. В сводах крупных поднятий, находивших отражение в рельефе морского дна, существовали условия, благоприятные для интенсивного роста построек биогермного типа. Этим авторы объясняют относительное лито-логическое однообразие в разрезе карбонатной формации среднего карбона. Неравномерное опускание дна бассейна характеризовалось на этом этапе оптимальным соотношением между погружением отдельных блоков земной коры, распределением глубин в различных частях бассейна и темпами карбонатной седиментации, что благоприятствовало широкому распространению карбонатных построек разного типа.
Стратиграфия
Наиболее древние отложения в составе палеозойской системы были пройдены в Жаркамысской зоне при бурении скважины Г-5 на площади Восточный Акжар, достигшей глубины 5844 м (Ахметшина, 1992). В интервале 5808-5844 м, который соответствует глубине залегания кровли преломляющего горизонта «Ф», отождествляемого с поверхностью докембрийского фундамента, был поднят образец слюдисто-кремнистой метаморфизованной породы, лишенной органических остатков. Другой интервал 5764-5808 м был сложен чередованием терригенных и карбонатных пород. Эти отложения условно отнесены к кембрию, так как на них залегают, в инт. 5673-5764 м, палеонтологически охарактеризованные карбонатные породы раннеде-вонского возраста (Ахметшина и др., 1994). Последние, в свою очередь, перекрыты терригенными породами визейского яруса нижнего карбона (до 700 м), которые вверх по разрезу сменяются терригенными отложениями артин-ского, сакмарского, ассельского ярусов (до 600 м).
Самые крупные несогласия регионального характера приурочены к границе между девонской и каменноугольной системами, а также на границе каменноугольной и пермской систем. Менее масштабные размывы фиксируются на границах визейского и серпуховского ярусов и башкирского и московского ярусов.
Биостратиграфическое расчленение отложений нижнего карбона с выделением стандартных подразделений, принятых в унифицированной стратиграфической схеме Русской платформы (1988) с учетом изменений по решению МСК (1990), было проведено по материалам бурения скважин на площадях Кожасай, Башенколь, Урихтау, Лактыбай, Восточный Акжар, Те-решковская, Терескен, Каратюбе и Жанатан П.
Нижний отдел каменноугольной системы включает отложения турнейского, визейского и серпуховского ярусов, которые характеризуются полифа-циальным составом. Типовой для восточного борта Прикаспийской впадины разрез нижнекаменноугольных терригенных отложений в объеме турнейского и визейского ярусов был пройден на пл. Терескен скв.П-1 (Ахметшина и др., 1977, Кухтинов и др., 1981). Положение стратиграфических границ было уточнено после сопоставления результатов палеонтологических и палинологических исследований с данными ГИС.
Данные, полученные при бурении скв. П-1 пл. Терескен и ПГС-1, пл. Кожасай дали наиболее полную информацию о терригенном нижнекаменноугольном разрезе и служат основой корреляции и расчленения разрезов на других площадях.
Отложения турнейского яруса были выделены в инт. 4506-3293 м скв.П-1 пл. Терескен. По материалам изучения комплексов конодонт и миос-пор они были расчленены на два подъяруса с выделением основных горизонтов.
Нижний подъярус (инт. 4506-3820 м) включает отложения малевского и упинского горизонтов.
Малевский горизонт (инт. 4506-4205 м) представлен тонким чередованием аргиллитов алевритистых, слабоизвестковистых и песчаников, крепких полимиктовых, трещиноватых, с прожилками кальцита. Породы обогащены унифицированным растительным детритом, встречаются фаунистические остатки. В отложениях определены остракоды Bairdia sp., Richterina sp., R. ex gr. striatula турнейского яруса, спорово-пыльцевой комплекс зон Retispora lepidophyta, Vallatisporites pussillites, Tumulispora malevkensis с формами, характерными для малевского горизонта.
Терригенные породы
Как было показано выше, в составе терригенной толщи, слагающей нижнюю половину разреза отложений раннекаменноугольного возраста выделяются малевский и упинский, (мощность - 686 м), черепетский (320 м) и кизеловский (200 м) горизонты турнейского яруса, а также косьвинский и радаевский (мощность - до 527 м), бобриковский (400-517 м) и тульский (до 516 м) горизонты визейского яруса. Это толща, которую можно определить как граувакковую формацию, сложена песчаниками, алевролитами и глинистыми породами при участии гравелитов и конгломератов. В разрезах, вскрытых скважинами на площадях Кожасай, Лактыбай, Жанатан, Восточный Акжар, Терешковская, Терескен и Урихтау, выделяются до десяти пачек песчаников и конгломератов мощностью до 20-80 м. Мощности и глубины залегания терригенного комплекса колеблются в широких пределах. Так, мощность турнейских отложений на пл. Терескен (скв. П-1) составляет 1206 м, тогда как мощность визейских отложений достигает 1600 м. Мощность терригенной толщи на пл. Лактыбай, сложенная породами поздневизейского возраста (скв. 14, 15, 16, 27, 28, 32, 34, 37), меняется от 400 до 1340 м. На других структурах вскрытая мощность колеблется от 195 до 920 м. Конгломераты были вскрыты скважинами на пл. Лактыбай (скв. 16), Восточный Акжар (скв. Г-5), Терескен (П-1), Тортколь (Г-2), где они образуют прослои небольшой мощности, залегающие среди аргиллитов и песчаников. Это породы серого и темно-серого цвета, плотные, крепкие, мелко-, среднегалечные, редко крупногалечные, песчанистые, неотсортированные, содержащие гальку кварца, диабазов, кварцитов, кремнисто-глинистых сланцев, темноцветных эффузивных пород, а также туфов кислого состава. Преобладают гальки окатанной и полуокатанной (95%) формы, сцементированные хлоритовым, известковисто-глинистым, глинисто-кремнистым и вторичным кальцитовым цементом. Тип цементации поровый, контактово-поровый, коррозионно-поровый. В конгломератах Лактыбайского месторождения, помимо упомянутых выше, встречаются обломки карбонатных пород (микрозернистых, тонкозернистых, органогенных известняков и доломитов), а также остатки криноидей и фораминифер. Видны тонкие включения ксено-морфного пирита.
Гравелиты были описаны в разрезах скважин, пробуренных на площадях Лактыбай, Кожасай, Тортколь, Терескен, Жанатан, Восточный Акжар, Терешковская и Урихтау. Обычно они образуют небольшой толщины прослои в песчаниках и зачастую сменяются ими. Данные породы сложены гравийными зернами серого и белого цвета, содержат редкую цветную гальку и известковый цемент. Преобладают полуокатанные и окатанные зерна, но встречаются также обломки неправильной формы (рис. 7). Породы обычно неотсортированные, с размерами зерен от 1,0 до 5,0 мм (рис. 8) при преобладании фракции 1-2,5 мм. Обломочный материал представлен кварцем, обломками кремнистых, реже глинистых и эффузивных пород. Встречаются редкие карбонатные зерна. Гравийные зерна нередко лимонитизированы и хлоритизированы, погружены в песчаный средне-, мелкозернистый матрикс, имеющий преимущественно кварцевый состав, хотя присутствуют также обломки пород и полевых шпатов, пластинки слюд и хлорита. Описаны линзо-видные включения глинисто-углистого вещества.
