Файл: Прошляков, Б. К. Вторичные изменения терригенных пород-коллекторов нефти и газа.pdf

емлем только для нижней части разреза, залегающей на глу­

2 0 0 0 м происходит постепенное понижение карбонатности песча­ но-алевритовых пород и увеличение ионов кальция и магния в подземных водах. Поскольку состояние равновесия между карбонатами в твердой фазе и растворе наступает очень быстро (Уэйл, 1960), отмеченное выше явление можно рассматривать как свидетельство повышения растворимости кальцита и доло­

мита.

Таким образом, поведение карбонатов при воздействии рас­ смотренных факторов неодинаково. В природных условиях последние влияют на состояние карбонатов не изолированно, а совместно, ослабляя или усиливая друг друга.. Результатирующий эффект одновременного воздействия этих • факторов в по­ верхностных условиях удается предсказать с помощью расчетов (Штернина и Фролова, 1952; Перельман, 1965; Малинин, 1965; Гаррельс, Крайст, 1968). Поведение карбонатов в осадочных толщах, развитых на глубине, определить значительно сложнее, а подчас и нельзя, так как невозможно установить ряд пара­ метров.

Анализ фактических данных с учетом роли факторов катаге­ неза позволяет считать, что в Прикаспийской впадине при термодинамической обстановке, характерной для глубин до

2000—2300 м (7 = 50—55°С, рГИдр= 230—250 кгс/см2), решающее влияние на растворимость карбонатов должны оказывать ра­ створенная углекислота и хлористый натрий. Этому благоприят­ ствуют повышающиеся с глубиной давление, способствующее увеличению растворимости углекислоты, и постепенно понижаю­ щиеся с глубиной pH (от 7—8,4 близ поверхности до 6 —7,4 на глубине 2300 м). Противодействует этим фактором возрастаю­ щая температура, снижающая растворимость углекислоты. Глубже 2300—2500 м вследствие дальнейшего повышения тем­ пературы (7>60°С) содержание растворенной углекислоты на­ чинает снижаться (хотя в пористых породах в газовой фазе она и содержится в значительных количествах), этому уже не в состоянии препятствовать возрастающее давление. Раствори-' мость карбонатов начинает уменьшаться несмотря на тормозя­ щее влияние слабо кислой среды (pH = 5—7) и хлоридов натрия. В связи с этим начинается выделение карбонатов в твердую фазу.

О поведении карбонатов на глубинах свыше 5000—6000 м при температурах более 150°С сведения крайне ограничены. Для воссоздания процессов, происходящих в этих условиях, большой интерес представляют исследования С. Д. Малинина (1965), экспериментально доказавшего, что характерное для областей

низких температур уменьшение растворимости газов в жидко­ стях происходит лишь в ограниченной области (до 180°С), выше которой растворимость возрастает вплоть до смешения фаз во всех отношениях. Согласно полученным данным возрастание давления (выше давления пара растворителя) приводит к увеличению содержания газового компонента в жидкой фазе и наоборот — жидкого в газовой, при этом повышение давления смещает минимум растворимости и критические точки системы в область меньших температур. Эти исследования позволяют считать, что на больших глубинах при высоких давлениях тем­ пературная граница (180°С), разделяющая области высокой и низкой растворимости газов, понижается. В области высокой растворимости газов можно ожидать увеличения в воде угле­ кислоты, ионов НСО и Н', повышающих растворимость карбо­

можно появление новой зоны повышенной растворимости кар­

нозойских отложениях Гондванской платформы и эпигерцинской платформы Средней Азии процесс растворения кальцита, начав­ шийся на глубине около 1,5 км, продолжается и в нижележащих горизонтах. По их мнению к глубине 7 км « ... в обстановке от­ крытых структур кальцит растворяется полностью, так как продукты растворения могут удаляться».

Возможность растворения карбонатов на больших глубинах и последующего их выноса в определенной мере подтверждается описанным И. А. Конюховым (1965) и Б. К. Прошляковым (1960) повышением пористости песчано-алевритовых пород в Прикумском районе (Восточное Предкавказье) на глубине 3100—3400 м, где температура достигает 140-—160°С. Возможно,

.что с выносом карбонатного цемента из обломочных пород свя­ зано появление песчано-алевритового материала в шламе из Аралсорской скважины с глубин свыше 5940 м, сопровождав­ шееся повышением механической скорости проходки скважины в отдельных интервалах до 5 м/ч (против 0,5—2,5 м/ч).

Перемещение составных частей карбонатов, в том числе и продуктов их растворения, внутри осадочной толщи осуществля­ ется главным образом в водной среде (кальций, магний, угле­ кислота) и, по-видимому, частично в газовой фазе (С02). Пере­ нос их происходит в основном в результате пластовой миграции вод. Об этом свидетельствует тот факт, что перераспределение

82

карбонатов чрезвычайно отчетливо проявляется в проницаемых песчано-алевритовых породах и отсутствует в глинистых, прак­ тически водонепроницаемых образованиях. Не исключено, что некоторая часть углекислоты в газовой фазе перемещается в результате вертикальной миграции вверх по разрезу, там где глинистые породы оказываются недостаточно надежными экра­ нами для газа.

На значительных глубинах (свыше 3500 м), где проницае-, мость сильно понижается и даже в песчано-алевритовых порог, дах обычно составляет не более сотых долей миллидарси, темп карбонатизации существенно снижается. Здесь в процессе пере­ носа большую роль играет фильтрация по трещинным каналам, в которых и выделяются карбонаты. Кроме того, в этих условиях должно повыситься значение ионной диффузии и самодиффузии. Как показали работы О. Я. Самойлова (1957, 1959), В. А. Приклонского, Н. А. Окиной (1960), А. В. Копелиовича (1965) и других, эти процессы во влажных, сильно уплотненных горных породах протекают медленнее, чем в водных растворах, но даже

цаемых горных породах, где существует ионная диффузия, ско­ рость, по-видимому, лишь на один-два порядка ниже (Копелиович, 1965). На скорость самодиффузии влияют давление (несколько уменьшая ее за счет повышения вязкости воды) и температура. По данным Гаррелса, Дрейа, Хауленда, (1949) * с повышением температуры на 1°С скорость диффузии возраста­ ет на 2—3,5%- Учитывая, что на глубинах свыше 3500 м темпе­ ратура составляет более 75°С, скорость диффузии здесь по сравнению с приповерхностной зоной может удвоиться и даже утроиться.

Таким образом, при значительном снижении фильтрацион­ ных свойств пород и переходе некоторой части кальция и магния в твердую фазу запасы их в растворе могут возобновляться за счет диффузии и самодиффузии.

Рассмотренные выше особенности определяют наличие в ме­ зозойских отложениях Прикаспийской впадины трех зон распре­

верхности до глубины 1800—2000 м. Для нее характерны темпе­ ратура 15—60°С, гидростатическое давление до 230—250кгс/см2 (с учетом изменения плотности воды за счет ее минерализован­ ное™, сжимаемости и повышения температуры). Здесь происхо-.

II з о н а — о с т а т о ч н ы х к а р б о н а т о в характерна для глубин 2000—2500 м. Температура здесь составляет 50—75°С, гидростатическое давление 230—310 кгс/см2. Карбонаты кальция и магния в этой зоне находятся в устойчивом равновесии с на­ сыщенным этими элементами раствором.

III з о н а — к а р б о н а т и з а ции развита на глубинах свыше 2300—2500 м и прослежена в песчано-алевритовых поро­ дах до 4400 м (с большей глубины образцы этих пород из сква­ жин не извлекались, в разрезах имелись лишь маломощные про­ слойки, но тоже с обильным карбонатным цементом). В этой зоне происходит выделение вторичных карбонатов в поровом пространстве, а примерно с глубины 3800—4000 м — метасоматическое замещение некоторых минералов, в частности кварца и полевых шпатов.

Под микроскопом вторичные карбонаты отличаются от оста­ точных с большим трудом в связи со сходством их структурных особенностей. Метасоматическое замещение кварца и полевых шпатов кальцитом обнаруживается без особых затруднений. Нижняя граница развития вторичных карбонатов (по материа­ лам бурения Аралсорской скв. СГ-1, .при забое 6806 м) не до­ стигнута. Возможно, что наблюдаемые выделения кальцита в трещинах аргиллитов и поровом пространстве алевролитов яв­ ляются остаточными. Они могли возникнуть на меньших глуби­ нах и сохраниться вследствие чрезвычайно низких фильтрацион­ ных свойств пород даже в обстановке, благоприятной для растворения карбонатов.

Перераспределение карбонатов в процессе катагенеза, повидимому, чрезвычайно широко развито в верхней части осадоч­ ной толщи. Помимо Прикаспийской впадины (Прошляков, 1968; Лапинская, Прошляков, 1970) и Восточного Предкавказья (Прошляков, 1960) этот процесс описан для мезозойских отло­ жений Гондванской платформы и эпигерцинской платформы Средней Азии (Минский, Калинко, 1967). Повышение пористости мезозойских терригенных пород Западной Сибири на глубине свыше 2500 м, описанное Г. Н. Перозио (1960), также, вероятно, связано с растворением и выносом карбонатов.

Установление процесса вторичного перераспределения кар­ бонатов и его особенностей на примере Прикаспийской впадины, Южного Мангышлака и Восточного Предкавказья имеет очень большое геологическое значение. Без учета этого явления при реконструкции палеогеографии могут быть допущены серьезные ошибки.

Перераспределение карбонатов существенным образом изме­ няет структуру порового пространства, а следовательно, емкост­ ные и фильтрационные свойства терригенных пород. Это необхо­ димо учитывать при поисково-разведочных работах на нефть и газ, оценке коллекторских свойств пород и подсчете запасов нефти и газа.

84

Описанный процесс позволяет объяснить некоторые особен­ ности эволюции состава подземных вод с увеличением глубины их залегания, в частности изменение коэффициента rN a/rC l и причины повышенного содержания ионов Са и Mg на глубине

1500—2500 м.

Как известно, карбонатность существенно влияет на харак­ теристику электрических, плотностных и других физических свойств пород. Вследствие этого при постдиагенетическом пере­ распределении карбонатов возможно изменение сейсмических свойств горных пород. Это обстоятельство, по-видимому, явля­ ется одной из причин затруднения при «увязке» материалов сей­ сморазведки на отдельных участках Прикаспийской впадины и потерь зон корреляции в районах соляных куполов, где глубин­ ное положение одноименных сейсмических горизонтов сильно различается (до 1000 м и более). Вторичное перераспределение карбонатов нередко затрудняет сопоставление материалов про­ мыслово-геофизических исследований даже одного района, осо­ бенно в случае расположения скважин в различных структурных (глубинных) условиях (на сводах куполов, их склонах или в межкупольных зонах).

Наконец, проведенные исследования достаточно убедительно объясняют редкую встречаемость или даже полное отсутствие фаунистических остатков, выполненных карбонатами в песчано­ алевритовых породах и сохранность их в глинистых.

ГЛИНИСТЫЕ МИНЕРАЛЫ И ИХ ЭВОЛЮЦИЯ

ВСТАДИЮ КАТАГЕНЕЗА

Вразрезе мезозойских отложений Прикаспийской впадины, Восточного Предкавказья и Южного Мангышлака глинистые породы чрезвычайно широко распространены. Они слагают са­ мостоятельные толщи, а глинистые минералы входят в состав обломочных и карбонатных пород. Глинистые породы Прикаспия, как правило, представляют собой смесь глинистых образо­ ваний и мелких обломков (фракция мельче 0 ,0 1 мм) других породообразующих минералов (кварц, полевые шпаты и дру­ гие). Количественные соотношения между ними могут быть самыми различными, но, по данным гранулометрического ана­ лиза (больше 50% частиц глинистой фракции имеют размер

крупнее 0 , 0 0 1 мм) и электронно-микроскопических исследова­ ний, существенно преобладает обломочный материал. Среди гли­ нистых минералов в породах установлены гидрослюды, хлорит, каолинит, монтмориллонит, монтмориллонит-гидрослюдистые смешаннослойные образования, а в отдельных случаях отмечал­ ся магнезиальный силикат типа полыгорскита. Наиболее рас­ пространены в мезозойских отложениях в целом гидрослюды й хлориты, хотя в отдельных районах на определенных стратигра­ фических уровнях в значительных количествах присутствуют

85