CC BY
23УДК 622.276
ВОССТАНОВЛЕНИЕ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ АЧИМОВСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ УРЕНГОЙСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПО ЛИТОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИМ И ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ
RECONSTRUCTION OF THE URENGOY FIELD DEPOSITS FORMATION BASED ON THE LITHOLOGY-MINERALOGY AND PARTICLE-SIZE ANALYSIS CHARACTERISTICS
А. В. Паршуков, E. А. Могутова, А. А. Нежданов
A. V. Parshukov, E. A. Mogutova, A. A. Nezhdanov
ООО « ТюменНППгипрогаз», ООО «Газпром геологоразведка», г.Тюмень
Ключевые слова: ачимовская тошца; горные породы; литолого минералогический состав; гранулометрический анализ; турбидитовый поток Key words: Achimov deposits; rocks; litho mineralogical composition; 'grain size analysis; turbidity, current
Ачимовские отложения Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения (УНГКМ) содержат уникальные по объему запасы жидких и газообразных углеводородов. Несмотря на длительное изучение, условия образования этих отложений и их ли-толого-минералогические особенности изучены недостаточно полно как для детально-
32
Нефть и газ
го восстановления условий их формирования, так и для однозначного определения типа коллекторов (поровый, трещинно-поровый). Общепринятым считается турбиди-товый и по дво дно-оползневый генезис ачимовских отложений [1], однако практически не изучен вопрос о степени унаследованности ачимовскими песчано-алевритовыми породами литологических и структурных признаков отложений шельфовых источников питания обломочным материалом. Это имеет большое значение для восстановления условий образования ачимовских резервуаров и генетической интерпретации данных литологических исследований.
Именно решению этого вопроса и посвящена данная статья, в которой проанализированы результаты детальных литолого-минералогических и гранулометрических исследований ачимовских отложений по скв. 739 УНГКМ. Скважина пройдена с полным отбором керна из ачимовских пластов Ач! и Ач3, что дало возможность изучить различными методами (петрографические шлифы, гранулометрический ситовой, рентге-ноструктурный и электронно-микроскопический анализы, определение коллекторских свойств, плотности и карбонатности) более 150 образцов песчано-алевритовых пород.
Ачимовская толща УНГКМ, представленная пластами от Ачб (берриас) на востоке до Ач! (ранний валанжин) на западе, залегает в основании неокома в виде кулисооб-разных линзовидных тел субмеридионального простирания. Рассматриваемые отложения представлены переслаиванием песчано-алевритовых, алевритоглинистых и глинистых пород, среди которых преобладают псаммитовые разности. Мощности песчаных пластов изменяются от 2-3 до 70-80 м, чаще составляя 20-50 м. Общая песчанистость разрезов ачимовских отложений и толщины отдельных песчаных и песчано-алевритовых пластов Уренгойского района уменьшается с востока на запад от Ачб к Ач2-АЧ! [1].
Рис. 1. Фрагмент выровненного на отражающий горизонт Б (кров/ш баженовской свиты) временного разреза МОГТ 3 В по линии 2720 в районе скв. 739
Ачимовские песчано-алевритовые пласты сформировались за счет сноса обломочного материала с прибрежно-морских и шельфовых террас, расположенных восточнее. Поэтому возможна уверенная корреляция ачимовских и шельфовых резервуаров по материалам сейсморазведки МОГТ и геофизических исследований скважин (ГИС). Ачимовский пласт Ач! синхронен шельфовому песчаному пласту БУ1б°, а пласт Ач3 — пласту БУ18'. Сейсмостратиграфические исследования свидетельствуют, что
формирование пласта Ач3 и более древних ачимовских комплексов происходило в условиях относительно низкого стояния уровня неокомского моря, а пластов Ач2 и Ач! — при высоком его стоянии. Поэтому на сейсмических разрезах пласту Ач3 и более древним отвечают протяженные, слабо наклоненные в западном направлении клино-формы, а пласту Ач! — более крутые и амплитудные клиноформы (рис. 1).
Пласт БУ16°, синхронный пласту Ачь имеет баровый генезис и представлен серией субмеридиональных линз, которые отождествляются с барами открытого моря. Пласт БУ^1, который является источником терригенного материала для ачимовского пласта Ач3, имеет покровное распространение и связан с фациями дельтовой равнины.
Область распространения пласта Ач3 имеет большую площадь по сравнению с более молодыми ачимовскими телами и протягивается с востока на запад на расстояние около 20 км. Пласт Ачх распространен на меньшей площади и в широтном направлении отдельные ачимовские линзы (АчД АчД Ач^) протягиваются в направлении с востока на запад только на 5-7 км.
Результаты выполненных исследований позволили авторам сделать вывод о высокой степени унаследованности ачимовскими отложениями литолого-минералогических и структурных особенностей пород в прибрежных и мелководно-морских источниках питания терригенным материалом.
Литолого-минералогическая характеристика пород. Породы пласта Ач! (интервал 3 470-3 525 м) представлены песчано-алевритовыми отложениями. По пласту было отобрано и исследовано 50 образцов. Обломочная часть песчано-алевритовых пород рассматриваемого интервала представлена зернами кварца (43-46 % от обломочной части), полевых шпатов (38-42 %) и обломками пород (12-19 %), среди которых преобладают метаморфические сланцы, состоящие главным образом из кварца (кварц-серицитовые, кварц-хлоритовые и т. п. сланцы, а также кварциты). Содержание калиевых полевых шпатов в составе пород-коллекторов не превышает 7-8 %. Встречаются интенсивно выщелоченные (с образованием пустот) зерна кислых плагиоклазов. Типичный облик песчаника пласта Ач! показан на фотографии шлифа (рис. 2). Это песчаник мелкозернистый, алевритистый, сложенный остроугольными и полуокатанными обломками преимущественно кварца и полевых шпатов. Среди обломков полевых шпатов преобладают кислые плагиоклазы, зерен калиевых полевых шпатов гораздо меньше. Обломки пород представлены преимущественно разновидностями кварцито-вых сланцев. Отмечаются также обломки слюд (см. рис. 2, квадранты А — 4-5, Н-1 — 6-12) и хлоритов (С - 15). Обломочные зерна подвергались растворению (выщелачиванию) и регенерации. В результате этих процессов происходило формирование дополнительной вторичной емкости (левая часть снимков). Глинистый цемент песчаников представлен в основном эпигенетическим пленочным хлоритом магнези-ально-железистого состава (65-80 % от суммы глинистых минералов).
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 14 15
« б Рис. 2. Фотография шлифа в обычном (а) и поляризованном сеете (б) (ске. 739, глубина отбора — 3 475,94 м, пласт Ач^)
Образование пленочного эпигенетического хлорита на обломках хорошо видно при исследовании образцов пород с применением растрового электронного микроскопа (РЭМ) (рис. 3).
Рис. 3. Фрагмент фотографии РЭМ.
Морфология ромбовидной открытой поры, окруженной остроугольными «лохматыми» обломочными зернами, покрытыми пленочным эпигенетическим хлоритом (скв. 739 УКНГКМ, пласт Ачь глубина отбора — 3 475,94 м)
Второй по значимости (вкладу в сумму глинистых минералов) является гидрослюда, доля которой составляет 20-35 %. Смешанослойные образования (ССО) с небольшой долей набухающих слоев присутствуют в виде примеси (не более 5 % от суммы глинистых минералов). Суммарное содержание глинистого цемента в песчаниках составляет в среднем 8-15 %. Кроме глинистого в песчано-алевритовых породах Ач! присутствует также поровый карбонатный цемент, в составе которого преобладает доломит. Пирит в рассматриваемых отложениях почти отсутствует.
В глинистых алевролитах и алевритистых глинах основными глинистыми минералами являются хлориты, но в них, в отличие от песчаников, присутствуют терригенные хлориты (около 55 % от суммы глинистых минералов) и гидрослюда (35 %). Каолинит полностью отсутствует, а доля ССО составляет примерно 10 % от суммы глинистых минералов.
Для изучения литолого-минералогического состава пород пласта Ач3 (интервал 3 470-3 525 м) было отобрано и исследовано различными методами более 100 образцов. Обломочная часть отложений, слагающих пласт Ач3, представлена породами, аналогичными породам пласта Ачь а именно: обломками кварцевого и полевошпатового состава с небольшой примесью обломков метаморфических сланцев (кварц-серицитовые, кварц-хлоритовые сланцы, а также кварциты). Реже встречаются обломки изверженных пород.
Наблюдается слабое преобладание зерен кварца (37-44 %) над другими обломочными компонентами. Отмечается очень низкое содержание обломков калиевых полевых шпатов, концентрация которых в верхней части рассматриваемого интервала составляет всего около 3-5 %, вниз по разрезу их содержание уменьшается до нуля. Количество зерен альбита и кислых плагиоклазов составляет 30-37 %. Изредка встречаются интенсивно выщелоченные зерна кислых плагиоклазов, причем образовавшиеся в них пустоты прокрасились смолой, то есть сформировавшаяся в них вторичная пустот-ность является эффективной. Иногда образовавшиеся пустоты оказываются заполненными вторичным (эпигенетическим) каолинитом. Обломки пород (13-27 %), так же как и в пласте Ачь представлены кварцевыми сланцами. Для интервала 3 546-3 580 м характерно присутствие углефицированного органического материала в рассеянной форме в виде углистого детрита и в концентрированном виде (углистые прослои).
В пласте Ач3 встречаются песчано-алевритовые породы, обогащенные карбонатным материалом, представленным доломитом и анкеритом, реже — сидеритом. Карбонатный цемент обычно сгустковый, контактный, поровый, до базального. Доломит-анкеритовый состав имеет цемент, частично выполняющий отдельные поры даже в хорошо проницаемых обломочных породах. Для базального цемента, характерного для отдельных карбонатизированных прослоев, типична пойкилитовая структура. Сидерит присутствует в виде мелких стяжений (сгустков), часто деформированных окружающими зернами, что свидетельствует о раннедиагенетическом его происхождении. Эти стяжения имеют сложный состав. Кроме сидерита и, возможно, анкерита в них присут-
№ 4, 2015
35
ствуют мелкие многочисленные чешуйки каолинита, а также тонкодисперсный растительный детрит.
В целом для пласта Ач3, особенно для прослоев, имеющих относительно высокие коллекторские свойства, характерна более значительная степень вторичных (катагене-тически-гидротермальных) преобразований, чем для пласта Ачь что выражено в интенсивном выщелачивании и регенерации кварца и полевых шпатов, новообразовании каолинита, доломита, альбита, хлорита и др. минералов.
Содержание глинистого цемента в обломочных породах изменяется от 3-5 % до 30-35 %, возрастая в слабопроницаемых и низкопористых разностях. Глинистый цемент представлен главным образом иллитом (25-55 % от суммы глин), каолинитом (20-35 %), хлоритом (15-25 %), и ССО (5-10 %). Типы глинистого цемента — контактовый, пленочный и поровый. Пример типичного песчаника пласта Ач3 представлен на фотографии шлифа (рис. 4).
а б
Рис. 4. Фотография шлифа в обычном (а) и поляризованном сеете (б) (скв. 739, глубина отбора 3 559,69 м, пласт Лч3)
Это песчаник мелкозернистый, слабо карбонатный, сложенный остроугольными обломками преимущественно кварцевого и полевошпатового состава. Обломочные зерна кварца и кислых плагиоклазов подверглись растворению (выщелачиванию) и регенерации, в результате чего сформировались конформно-регенерационные типы контактов (правая часть снимков). Содержание глинистого цемента составляет 15-17 %. Основными глинистыми минералами являются гидрослюда (около 40 %), каолинит (около 35 % от суммы глин) и хлорит (примерно 25 %). Каолинит часто заполняет все поровое пространство, которое из-за этого прокрашивается очень слабо (см. рис. 4, квадранты В-С — 14-15). Участками встречается доломит-анкеритовый цемент контактно-порового типа (4-6 %). Исследования методом РЭМ (рис. 5) позволяют увидеть в центре поры новообразованные кристаллы альбита, в правом углу снимка — регенерированное обломочное зерно кварца, внизу слева — обломок альбита с хорошо выраженной плоскостью спайности.
Рис. 5. Фрагмент фотографии РЭМ (скв. 739 УГГКМ, пласт. Лч3, глубина отбора 3 559,69 м
Гранулометрический состав ачимовских отложений. Важной частью всех палеогеографических реконструкций является анализ гранулометрического состава пород,
так как особенности распределения частиц по размерам являются прямыми показателями динамики седиментационных процессов [2].
Был применен ситовой и гидравлический метод определения гранулометрических фракций. По результатам определения грансостава для каждого образца построены кривые распределения размера частиц породы, рассчитан коэффициент сортировки 80 по Траску, эксцесс Ех.
Пласт Ач! представлен мелкозернистым алевритистым песчаником и песчаным крупнозернистым алевролитом. Для пород пласта Ач! гистограммы отличаются крутовершинной и очень крутовершинной формой, что свидетельствует о хорошей сортировке обломочных зерен.
Пласт Ач3 представлен переслаиванием мелкозернистого песчаника и песчанистого крупнозернистого алеврита. Он характеризуется преобладанием мелкозернистой фракции (20-40 %) (рис. 6). Гистограммы шире и имеют более низкие вершины, чем кривые верхнего интервала, что указывает на более низкую степень сортировки обломочного материала.
Рис. б. Распределение размеров черен частиц пласта Ач1 и Ач3 же. 739-Р УНГКМ
Распределение размеров зерен частиц н за ста. АЧ! по фракциям
Распределение размеров зерен частиц пласта АЧ ( по фракциям
>1 1 0,8 0,5 0,4 0Д5 ОД 0,16 0,1 0,05 0,01 0,005 0,001 Размеры фракций.мм
Расчет значений коэффициента сортировки по Траску (80) позволяет количественно оценить различия в степени сортировки обломочного материала в рассматриваемых отложениях (рис. 7).
Пласт Ач! характеризуется сравнительно высокой и однородной сортировкой песчаников со значениями 80 около 1,5, тогда как в пласте Ач3, наряду с хорошо отсортированными породами, встречаются разности со значениями 80, превышающими 3-5 и более.
Для песчано-алевритовых пород пласта Ач! величина эксцесса преимущественно стабильна и изменяется от 2,4 до 4,8, среднее значение составляет около 2,77 (рис. 8). Незначительные изменения относительно высокого коэффициента сортировки и положительные высокие значения эксцесса свидетельствуют о хорошей степени сортировки
и стабильной динамике среды седиментации, а также о том, что скорость переработки обломочного материала, превышала интенсивность его привноса.
Для пласта Ач3 характерны резкие колебания значений эксцесса (от 0,8 до 3,9) при среднем значении около 1,9 (см. рис. 8), что свидетельствует о резко изменчивой гидродинамике среды осадконакопления и более слабой сортировке обломочного материала.
о.г 3.160 3480 3500 3520 3540 3560 3580 00 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000
ц
/ » 50
|г
0.000 1.000 2,000 3,000 4,000 5.000
ия
Рис. 7. Изменение значений коэффициента Рис. 8. Изменение значений эксцесса
сортировки по глубине по глубине
Накопление ачимовских отложений, сложенных песчано-алевритовым материалом, происходило ниже базиса действия волн (глубины ачимовского бассейна оцениваются в диапазоне 300-500 м) путем перемещения обломков с мелководья в мутьевых (тур-бидитных) потоках. Механизм изменения осадков в процессе турбидитного мотогенеза изучен слабо. Хотя модели турбидитных потоков описаны многими исследователями, Д. Стоу отмечает, что «...увидеть их в природе никому не удавалось» [3]. Поэтому, несмотря на большое количество теоретических и экспериментальных работ, посвященных турбидитам, однозначные данные об изменении структуры песчано-алевритовых осадков мелководья вследствие транспортировки турбидитами отсутствуют. Ознакомление же с моделями глубоководных терригенных отложений [3] показывает, что в конкретных геологических условиях в глубоководную часть бассейна могут поступать переотложенные породы самого разнообразного состава — от крупных оползневых блоков с ненарушенными и частично нарушенными текстурами в виде глыб и валунов до тонкозернистых пород, включая пески, алевриты и глины. Отмечено также, что в условиях интенсивного поступления на шельф обломочного материала он может переотлагаться турбидитными потоками высокой плотности без существенного изменения сортировки и гранулометрического состава осадков [3].
Наличие береговых течений на глубинах 300-500 м, которые могли бы переносить и сортировать обломочный материал вдоль подножий шельфовых террас, довольно гипотетично и не подтверждено седиментологическими исследованиями современных глубоководных отложений. Так, по мнению X. Рединга и др. [3], «нормальные» или почти постоянные донные течения представляют собой медленные потоки по существу «чистой» воды с низкой концентрацией переносимых наносов (не более 0,3 мг/л против 50-250 г/л в турбидитных течениях) и очень низкими скоростями седиментации (менее 1 см/тыс. лет против 5 м/млн лет и более в турбидитах). Поэтому связывать с
такими течениями возможность формирования песчаных пластов значительной мощности оснований нет.
Полученные нами данные свидетельствуют о высокой степени унаследованности ачимовскими отложениями структурных и литологических признаков мелководных отложений. Слагающие пласт Ач3 осадки — это, скорее всего, переотложенные отложения дельты, так как в них довольно много углефицированнош детрита, сидерита, повышена концентрация каолинита, почти отсутствует пирит, они характеризуются сравнительно низкой сортировкой обломочного материала, резко изменчивой динамикой среды седиментации, что типично для аллювиальных и дельтовых отложений.
Однородное строение пласта Ачь высокая и однородная степень сортировки обломочного материала свидетельствуют о том, что «материнскими» осадками для этих образований служили, скорее всего, прибрежно-морские баровые песчано-алевритовые отложения, что и соответствует баровому генезису одновозрастных с пластом Ач! шельфовых пластов группы БУ1б°. Кроме того, на основании высокой однородности отложений пласта Ач! напрашивается вывод о том, что эти породы отложились одномоментно, например во время крупного шторма или другого катастрофического волнения (цунами), что привело к смыву осадков баров открытого моря и их захоронению в ачимовской толще. Огромную геологическую роль катастрофических природных явлений подчеркивал академик Д. В. Наливкин [4].
Источники обломочного материала, поставлявшегося во время накопления осадков Ач! и Ач3? были разными, что доказывается различиями в соотношениях и содержании обломков различного минерального состава. Например, в пласте Ач3 калиевые полевые шпаты полностью отсутствуют в нижней его части и появляются в небольшом количестве в его верхней части. Среди обломков немного преобладает кварц. В верхнем пласте Ачь напротив, содержание калиевого полевого шпата заметно выше, и преобладают полевошпатовые обломки, а не кварц. Ассоциация глинистых минералов пласта Ач3 характеризуется преобладанием гидрослюд и каолинита, что типично для континентальных отложений, а пласт Ач! — преобладанием хлорита и гидрослюд, что более свойственно морским отложениям. Однако эти различия могут быть связаны не с палеогеографией источников сноса, а обусловлены стратиграфически, так как пласты Ач! и Ач3 имеют разный возраст, отличающийся, по нашим расчетам, приблизительно на 3-4 млн лет.
Однозначно свидетельствует о наследовании ачимовскими отложениями генетических признаков осадков области питания гранулометрический состав обломочных пород. Высокая степень сортировки и однородность песчано-алевритовых пород Ач! подтверждают их формирование за счет размыва баровых отложений пласта БУ1б°, а значительная неоднородность, худшая сортировка и присутствие углистого материала в породах Ач3 свидетельствуют об образовании за счет переотложения дельтовых и аллювиальных осадков пласта БУ18\
Принятие модели формирования ачимовских отложений путем переотложения шельфовых осадков без существенного изменения их структуры объясняет наличие в ачимовской толще прослоев с высокими коллекторскими свойствами, более характерными для шельфовых отложений.
При интерпретации данных гранулометрического анализа часто используют так называемые генетические диаграммы (диаграммы Л. Б. Рухина, Р. Пассега, Г. Ф. Рожко-ва, К. К. Гостинцева и др.), на которых по парным комбинациям различных гранулометрических параметров (Стах, Мс1, 8о, Ав, Ех, энтропия и т. п.) выделяют области осадков разного генезиса (эоловые, пляжевые, баровые, течениевые, включая аллювиальные, турбидитовые и др.). При использовании таких диаграмм зачастую получают результаты, не укладывающиеся в общепринятые седиментационные модели.
Например, на основании того, что ряд образцов ачимовских песчаников на динамо-генетической диаграмме Г. Ф. Рожкова лег в поле волновой проработки обломочного материала, авторы [5] предполагают мелководный генезис ачимовской толщи на некоторых изученных площадях, подкрепляя этот вывод палеобатиметрическими реконструкциями и анализом текстур. Как нам представляется, генетические диаграммы не учитывают эффект переотложения осадков и в случае захоронения их в менее активных гидродинамических условиях не могут служить основанием для определения гене-
зиса осадков. Это ограничение данного метода достаточно хорошо известно в литологии [6]. Если использовать, например, диаграмму эксцесс-асиммметриии К. К. Гостин-цева (в отличие от известной диаграммы Г. Ф. Рожкова, в которой для определения коэффициентов используется расчет количества зерен во фракциях, она основана на общепринятых весовых процентах), то большинство проб ачимовских песчано-алевритовых пород по рассмотренной нами скв. 739 ложится в поля морских осадков с активным волновым воздействием.
Таким образом, выполненная авторами интерпретация минералогического и гранулометрического состава пород по скважине 739 УНГКМ подтверждает вывод о высокой степени унаследованности ачимовскими отложениями лито лого-минералогических и структурных особенностей пород в источниках их питания терригенным материалом, в то же время глубоководный (турбидитовый) генезис ачимовских отложений не вызывает сомнений.
Список литературы
1. Нежданов А. А., Пономарев В. А., Туренков Н. А., Горбунов С. А. Геология и нефтегазоносность ачимовской толщи Западной Сибири. - М.: Издательство Академии горных наук, 2000. - 247 с.
2. Вакуленко Л. Г., Предтеченская Е. А., Чернова Л. С. Опыт применения гранулометрического анализа для реконструкции условий формирования песчаников продуктивных пластов васюганского горизонта (Западная Сибирь) // Литосфера. -2003. -№ 3. - С. 99-108.
3. РедингX. (ред.) Обстановки осадконакопления и фации. -М.: Мир, 1990. - Т. 2-384 с.
4. Наливкин Д. В. Ураганы, бури и смерчи. - Л.: Недра, 1969. - 487 с.
5. Курчиков А. Р., Бородкин В. Н, Храмцова А. В. Условия формирования и атлас текстур пород ачимовского комплекса севера Западной Сибири. - Новосибирск: СО РАН, 2010. -130с.
6. Фролов В. Т. Литология. Кн. 2. Учеб. пособие. - М.: МГУ, 1993. - 432 с.
Сведения об авторах
Нежданов Алексей Алексеевич, д. г.-м. н., заместитель начальника по научной работе инженерно-технического центра ООО «Газпром геологоразведка», тел. 8(3452)540463
Паршу ков Александр Владимирович, директор Тюменского научно-исследовательского центра ООО «ТюменНИИгипрогаз», тел. 8(3452)274182, e-mail: Раг-shukovA V@tngg. ru
Могутова Екатерина Анатольевна, ведущий инженер Тюменского научно-исследовательского центра ООО «ТюменНИИгипрогаз», тел 8(3452)274182, e-mail: MogutovaEA@tngg. ru
Information about the authors
Nezhdanov A. A, Doctor of Geology and Mineralogy, deputy head for scientific work of the Engineering and Technical Center of LLC «Gasprom geologorazvedka», phone: 8(3452)540463
Parshukov A. V, Director of the Tyumen Research Center of LLC «TymenNII.giprogas», phone: 8(3452)274182, e-mail: ParshukovA V@tngg. ru
Mogutova E. A., leading engineer of the Tyumen Research Center of LLC «TymenNII.giprogas», phone: 8(3452)274182, e-mail: MogutovaEA@tngg. ru
