Введение к работе
Актуальность проблемы. Топливно-энергетические проблемы как в ближайшем, так и в обозримом будущем остаются одними из главных, определяющих состояние и развитие народного хозяйства России: Современная энергетика, нефтехимическая, металлургическая, топливная и ряд других отраслей промышленности немыслимы без реализации уже имеющихся и еще невыявленных ресурсов углеводородного сырья. Для восполнения все возрастающей потребности в нем необходимо решение множества фундаментальных и прикладных проблем нефтегазопоисковой геологии, литологии и геохимии. В их перечне важное место занимает такой многофакторный процесс, как формирование залежей угля, нефти и природного газа. Наряду со значительными успехами в области познания онтогенеза горючих полезных ископаемых, мало изученными остаются движущие силы преобразования пород на этапе катагенеза.
Роль катагенеза в эволюционной истории осадочных бассейнов уникальна, поскольку на протяжении этой стадии литогенеза возникают все известные залежи твердых, жидких и газообразных горючих полезных ископаемых. Это ведущий процесс в изменении органо-минеральных веществ (ОМВ) и генерации углеводородов (УВ), что в совокупности во многом определяет закономерности и особенности распределения в недрах нефти и газа. По этой причине катагенетическая зрелость отложений входит в состав важнейших показателей оценки ресурсов топливно-энергетического сырья", что объясняет обширный диапазон специальных исследований органической и минеральной составляющей пород.
Анализ факторов катагенетических процессов является одним из условий: надежного научного обоснования перспективных на нефть и газ отложений, залегающих в значительном интервале глубин в пределах новых и уже освоенных территорий, горно-складчатых сооружений,
акваторий морей; определения состава, свойств и балансовой оценки образующихся подвижных и неподвижных продуктов катагенеза; условий формирования и размещения залежей УВ; установления зон преимущественного нефте- и газонакопления; разработки методологии геологоразведочных работ. При этом особую актуальность приобретает возможность практического использования результатов анализа эволюционно-динамических факторов нефтегазоносное недр, напрямую связанных с выявлением новых источников УВ в старых нефтегазодобывающих районах, где традиционные методы восполнения их сырьевой базы в значительной мере исчерпаны.
Решение поднимаемых в диссертации вопросов, связанных с использованием в практических целях полученных теоретических и методических результатов непосредственно направлено на повышение достоверности регионального и локального прогноза. Такой подход обеспечивает рост успешности и эффективности поисков, разведки и разработки месторождений нефти и газа в сложных геологических условиях, что в конечном итоге является важной хозяйственной задачей.
Цель работы состояла в разработке и практическом использовании теоретических моделей и механизмов формирования залежей нефти и газа на основе анализа движущих сил преобразования (новообразования) ОМВ и факторов, контролирующих нефтегазо-носность недр на стадии катагенеза.
Основные запачи исследований: 1. Рассмотреть современное состояние и содержание учения о катагенезе и его факторах в качестве составной части эволюционно-динамической теории нефтегазо-образования. 2. Обсудить основные термины, положения, физико-химическую сущность, выявить закономерности и особенности, а также произвести типизацию катагенетического процесса преобразования ОМВ; уточнить схемы литогенеза и шкалу катагенеза. 3. Детально проанализировать строение и историю геологического развития
разновозрастных отложений Донецкого бассейна й его окраин, предгорных впадин, прогибов и платформенной части Предкавказья, рассматриваемых в качестве объектов исследований. 4. Изучить на конкретных геологических объектах индивидуальную роль и взаимодействие факторов преобразования ОМВ при формировании палео- и современной неравномерной глубинной зональности катагенеза; оценить характер реализации генерационного потенциала нефте- и газоматеринских пород на различных эволюционных этапах развития осадочных бассейнов. 5. Расшифровать механизмы природных явлений, связанных с проявлением ряда динамических факторов превращения и новообразования ОМВ. 6. Определить современные источники УВ, за счет которых формировались зоны накопления нефти и газа. 7. Обосновать новые направления и объекты геологоразведочных работ на нефть и газ.
Научная новизна. Обосновано представление о движущих силах превращения ОМВ на стадии катагенеза, а также эволюционио-динамических факторах генерации, миграции и аккумуляции УВ как важнейшей предпосылке формирования залежей нефти и газа. В развитии учения о катагенезе показаны особенности и закономерности эволюционных физико-химических изменений ОМВ с позиции термодинамики, энергетики и кинетики процесса. Дано расширенное определение катагенетического процесса.
В числе слабоизученных энергетических источников превращения веществ и генерации флюидов раскрыта роль: сейсмотектонодинамики: в трансформации слаболитифицированных пород; в продолжении процессов катагенеза на орогенной и посторогенной стадиях развития Донецкого угленосного бассейна; в образовании вторичной трещиноватости в плотных аргиллитах; газогидродинамики в обезвоживании углей; флюидодинамики: в преобразовании углеродистых веществ; в появлении в глинах и плотных аргиллитах
плотностной и катагенетической анизотропии пород, аномально высоких пластовых температуры и давления; в трещинообразовании; в генерации и первичной миграции флюидов. Произведена типизация процессов преобразования ОМВ на основе системно-генетического (факторного) принципа.
Дана оценка роли факторов, определяющих: вертикальную размерность и другие особенности зональности катагенеза; преимущественную газоносность угленосных толщ и субугленосных формаций; нефтеносность майкопских глин; нефтегазоносность областей с высокой тектонической активностью; гидрохимическую зональность недр за счет образования органогенных вод; современную вертикальную газовую зональность Донецкого складчатого сооружения и зональность накопления УВ различного генезиса в мезокайнозойских отложениях платформенной части Предкавказья.
На основе анализа эволюционно-динамических факторов нефтегазоносности недр с привлечением разномасштабных региональных и детальных карт рассматриваемых территорий, площадей и месторождений разработаны многопараметровые модели формирования и схемы пространственного размещения залежей УВ а разновозрастных отложениях Предкавказья и Восточного Донбасса. Итогом этих работ явилось обоснование новых приоритетных направлений и конкретных объектов геологоразведочных работ на нефть и газ.
Практическая ценность и результаты внедрения выполненных исследований. Изучение в структуре литогенетических процессов термодинамических, тектонодинамических, флюидодинамических, геохимических и других факторов и предпосылок, а также предложенных новых поисковых критериев нефтегазоносности с учетом особенностей рассматриваемых геологических объектов, определяет по данной проблеме направление теоретических и практических исследований.
Внедрение методических приемов выявления приразломных поднятий привело впоследствии к открытию многопластовых газовых и нефтегазовых месторождений на южном склоне Воронежской антеклизы (Патроновское, Мартовское и др.)- Расшифровка условий формирования углеводородных скоплений в складчатой зоне Северного Донбасса, внедрение методики их поиска и разведки способствовали выявлению залежей газа на Скосырском, Северо-Белянском и Хлоповском месторождениях.
Выяснение причин литогенетической неоднородности пород, механизма образования трещин и залежей УВ в породах различного литологического состава в результате флюидодинамического, тектонического и термического воздействия, а также решение и внедрение методических приемов поисков и разведки в форме конкретных рекомендаций позволили расширить представления о стратиграфическом и литологическом диапазоне нефтегазоносности старых добывающих районов, повысить успешность бурения всех категорий скважин и эффективность геологоразведочных работ на майкопские и триасовые отложения в Ставропольском крае. Итогом этих работ явилось открытие Воробьевского нефтяного и Бойчаровского газоконденсатного месторождений.
Расшифровка механизма образования в верхнемайкопских песчаных пластах нового типа литологического экрана в зоне малоамплитудного дизъюнктивного нарушения (тиксотропний эффект под влиянием сейсмических колебаний) привело к обоснованию постановки структурно-поискового бурения и открытию Маячного газового месторождения.
Теоретические, методические и практические разработки, изложенные в диссертационной работе использованы при: текущем и перспективном планировании геологоразведочных работ и минерально-сырьевой базы Северного Кавказа; обосновании заложения скважин различного начначения; моделировании залежей и подсчете запасов
нефти и газа; составлении технологических проектов и схем разработки многочисленных месторождений, в том числе уникальных по размерам и запасам Астраханского, Оренбургского и Тенгизского. Внедрение научных разработок автора подтверждено соответствующими документами. В практике научных исследований широкое применение получила разработанная автором уточненная шкала катагенеза.
Апробаиия работы. Диссертационная работа апробирована на научно-технических конференциях ВНИИГАЗа (Москва, 1975, 1976, 1977, 1978), СевКавНИИгаза (Ставрополь, 1974, 1976, 1977. 1978, 1980, 1981, 1982, 1983), УкрНИИгаза (Харьков,1976), СредАзНИИгаза (Ташкент, 1974, 1977), ВНИГНИ (Москва, 1978); на зональных и республиканских конференциях (Ростов-на-Дону, 1973; Харьков, 1974; Ставрополь, 1979, 1982; Краснодар, 1981; Буденновск, 1989); на Всесоюзных и международных семинарах, совещаниях, симпозиумах: "Масштабы (расстояния) миграции нефти и газа" (Ташкент, 1975); "Методы оценки нефтегазоносности локальных ловушек" (Санкт-Петербург, 1978); "Особенности формирования залежей нефти и газа в глубокозалегающих пластах" (Алма-Ата, 1977); "Коллекторы нефти и газа на больших глубинах" (Москва, 1979); "Прогнозирование нефтегазоносности недр и совершенствование методики поиска и разведки нефти и газа" (Москва, 1983); "Органическое вещество в современных и ископаемых осадках" (Москва, 1976, 1979; Ташкент, 1982); "Осадочные формации и их нефтегазоносность" (Москва, 1978, 1981, 1985); "Методы оценки нефте- и газоматеринского потенциала седиментитов" (Москва, 1979); "Геохимия углерода" (Москва, 1981, 1992); IX Всесоюзный симпозиум по стабильным изотопам в геохимии (Москва, 1982); "Аспекты генетических связей нефтей и органического вещества пород" (Москва, 1983); "Тектоническая цикличность и нефтегазоносность" (Пермь, 1983); "Эволюция нефтегазообразования в истории Земли" (Москва, 1984); "Подземные воды и эволюция
литосферы" (Москва, 1985); "Энергия и механизм первичной миграции"
(Актюбинск, 1985); "Геохимия, минералогия и литология черных
сланцев" (Сыктывкар, 1987); "Геохимические поиски месторождений
нефти и газа" (Иркутск, 1987); "Физико-химическое моделирование в
геохимии и петрологии на ЭВМ" (Иркутск, 1988); "Условия
нефтегазообразования на больших глубинах" (Ивано-Франковск, 1986);
XI Губкинские чтения "Фундаментальные проблемы
нефтегазогеологической науки" (Москва, 1989); "Нетрадиционные источники углеводородного сырья и проблемы его освоения" (Санкт-Петербург, 1992); "Проблемы комплексного освоения трудно-извлекаемых запасов нефти и природного битума" (Казань, 1994); "Геохимическое моделирование и материнские породы нефтегазоносных бассейнов" {Санкт-Петербург, 1995).
Диссертация является составной частью свыше 210 тем, договоров, проектов, рекомендаций, обоснований и других работ, в том числе выполняемых в рамках народно-хозяйственных проблем, программ и заданий по: текущему и долгосрочному планированию геологоразведочных работ, разработке методики поисков и разведки, оценке ресурсов и добывных возможностей нефти и газа мелких, средних, крупных и уникальных по запасам месторождений. Все основные положения диссертационной работы опубликованы в открытой печати. Список опубликованных работ включает 98 наименований, в том числе переизданных в США и Германии. В диссертацию включены только те положения и результаты, приведенные в отчетах и опубликованные в статьях в соавторстве с другими исследователями, которые были сформулированы и изложены лично соискателем.
Объем диссертационной работы 320 страниц машинописного текста. Список литературы включает 289 наименований. Работа иллюстрирована 71 рисунком и содержит в тексте 26 таблиц. Помимо введения и основных выводов в заключении она состоит из семи глав,
которые последовательно освещают: состояние изученности проблемы и методологию ее решения; обоснование выбора и краткий геологический очерк объектов исследований (I глава); физико-химическую сущность и условия реализации катагенетического процесса изменения и новообразования веществ (II глава); важнейшие закономерности эволюционных изменений ОМВ на стадии катагенеза (III глава); движущие силы процессов преобразования ОМВ и генерации УВ (IV глава); взаимодействие факторов и типизацию процессов превращения веществ на стадии катагенеза (V глава); факторы, определяющие размерность и другие особенности зональности катагенеза и флюидообразования (VI глава); роль эволюционно-динамических факторов катагенеза и нефтегазоносности недр в процессах генерации, миграции, аккумуляции флюидов и в пространственном размещении залежей УВ (VII глава).
Учитывая сложность и слабую изученность рассматриваемых вопросов, автор в процессе подготовки выполненных исследований пользовался советами, консультациями и конкретной помощью Г.И.Амурского, О.К.Баженовой, Т.К.Баженовой, В.Г.Вершовского, А.Н.Гусевой, А.К.Дертева, В.Н.Евика, Л. Н. Журавель, В.П.Ильченко, В.П.Исаева, В.В.Калинина, Е.Г.Казанцевой, Е.Е.Карнюшиной, В.В.Кос-тылевой, И.К.Карпова, П.А.Карпова, Ю.И.Корчагиной, Ф.И.Курина, С.Г.Неручева, А.А.Новикова, Г.М.Парпаровой, В.И.Петренко, А.М.Репея, Е.А.Рогозиной, Б.А.Соколова, Н.Н.Соловьева, А.Н.Степанова, О.П.Суда-ревской, В.К.Шиманского, которым диссертант выражает искреннюю благодарность. Автор постоянно чувствовал поддержку геологов, геохимиков, литологов МГУ, ВНИГНИ, ВНИГРИ, ИГиРГИ, ВНИИГаза, СевКавНИИгаза, ВолгоградНИПИнефть, АО Кавказтрансгаз, АО "Нижневолжскнефть", сотрудничество с которыми осуществлялось и продолжается в течение ряда лет.