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

гы. Вместе с тем сверху вниз по разрезу в осадочных горных породах наблюдается постепенное изменение ассоциаций глини­ стых минералов. К глубине 1700 м полностью исчезает монтмо­ риллонит, а к 3000—3300 м и каолинит. Эти изменения несом­ ненно являются результатами воздействия на глинистые минера­ лы внешних факторов, таких как температура, давление и подземные воды с растворенными в них солями и газами.

В мезозойских отложениях Южного Мангышлака ассоциация глинистых минералов весьма близка к описанной для Прикас­ пийской впадины. Здесь широко распространены гидрослюда, каолинит, монтмориллонит, хлорит, смешаннослойные образова­ ния; кроме того, И. Д .’Зхус (1969) установил в верхнемеловых породах в незначительных количествах полыгорскит и сепиолит. Как правило, глинистые породы полиминеральны, в них совме­ стно присутствует весь комплекс основных глинистых минералов. Наиболее устойчива ассоциация гидрослюда — каолинит — хлорит. Она наблюдается в породах различного литологического

образования и монтмориллонит имеют меньший диапазон разви­ тия. Первые встречаются от приповерхностной зоны (верхнеме­ ловые отложения) до 2300 м (среднеюрские отложения), монт­ мориллонит же исчезает еще раньше (в породах с глубины более 1640 м он не обнаружен).

В целом картина распределения глинистых минералов в по­ родах Мангышлакского разреза сходна с наблюдаемой в Прикаспийской впадине.

Изучение мезозойских отложений Восточного Предкавказья показало, что здесь также развит широкий комплекс глинистых минералов — монтмориллонит, гидрослюда, смешаннослойные образования, каолинит, хлорит. При погружении пород вслед­ ствие процессов катагенеза происходит изменение ассоциаций глинистых минералов. Присутствие монтмориллонита прослежи­ вается до глубины 1640 м (рис. 37). Ниже он замещается сме­ шаннослойными, монтмориллонит-гидрослюдистыми образова­ ниями. Г. И. Теодорович и А. И. Конюхов (1970) показали, что по мере погружения величина отношения монтмориллонит:гидрослюда все более уменьшается, составляя на глубине 3700— 4000 м (Терско-Кумская впадина) 1:7 до 1:9. Хлорит и гидрослюда развиты по всему разрезу, в том числе и на глуби­ нах свыше 5000 м.

Изменение ассоциации глинистых минералов в мезозойских отложениях Прикаспийской впадины, Мангышлака и Восточного Предкавказья объясняют по-разному. Ряд исследователей на примере Южного Мангышлака считает, что та или иная ассо­ циация глинистых минералов определяется прежде всего клима­ тическим и палеогеографическим факторами (Зхус, 1969; Саркисян, Зхус, Пацулла, Черников, 1969). Континентальные

91

отложения по их данным содержат каолинит, гидрослюду, хло­ рит, а морские, кроме того, монтмориллонит и смешаннослойные образования. Г. В. Карпова (1972) показала, что «... фациаль­ ный контроль распределения глинистых минералов в терригенных отложениях (на примере Днепровско-Донецкой впадины, Б. П.) осуществляется прежде всего посредством изменения типов кор выветривания областей водосбора и вещественного состава продуктов денудации». Можно привести еще целый ряд примеров, из которых следует, что первоначальный состав гли­ нистых минералов в осадках и осадочных породах в значитель­ ной степени определяется климатическими и палеогеографиче­ скими причинами, а также составом выветривающихся пород.

Наряду с этим описанные выше закономерности распределе­ ния глинистых минералов в породах мезозойских разрезов оп­ ределенно указывают на существенную трансформацию в стадии катагенеза глинистых минералов.

Возможность превращения каолинита и монтмориллонита в гидрослюду (иллит) при метаморфизации одним из первых отметил Грим (1953). Согласно представлениям Ч. Е. Уивера (1962) основные глинистые минералы слоистого типа — гидрослюду (иллит), монтмориллонит, хлорит можно рассматривать как минералы, состоящие из близких по природе силикатных слоев пластинчатой формы. Тип катиона, который находится между этими слоями, определяет и тип глинистого минерала. Например, присутствие в межслоевом промежутке К‘ дает гид­ рослюду (иллит), брусситовой постройки [(Mg, А1) (ОН)2]— хлорит, Са", Na-, Mg" и НгО — монтмориллонит. Замещение в отдельных сериях слоев одних катионов другими определяет возникновение смешаннослойных глинистых минералов. Ч. Е. Уи­ вер (1953), М. Ф. Викулова (1958), Г. И. Теодорович, Д. Д. Ко­ тельников и др. (1965) считают, что уже в стадию диагенеза в определенных условиях возможно замещение части слоев монт­ мориллонита гидрослюдой, что определяет возникновение смешаннослойных образований. Возможность образования гид­ рослюд и хлоритов в стадию катагенеза за счет изменения других глинистых минералов рассматривалась в работах многих исследователей (Котельников, 1958, 1965; Коссовская, 1959; Милло, 1968; Прошляков, 1969; Карпова, 1972 и др.).

Существуют и другие точки зрения по этому вопросу. Так, например, В. Д. Ломтадзе (1955) и Ю. В. Мухин (1965) счита­ ют, что при катагенезе не происходит существенного изменения глинистых минералов. Подтверждением этого В. Д. Ломтадзе считает отсутствие изменения минерального состава глин в его экспериментах при уплотнении глин большими нагрузками (до

7000 кг/см2).

Учитывая кратковременность эксперимента (известно, что геологическое время является очень важным фактором катаге­ неза) и то, что опыты проводились при низких температурах, без

93

привноса растворенных солей, это доказательство нельзя счи­ тать убедительным. Более того, экспериментальные исследова­ ния В. А. Франк-Каменецкого, Н. В. Котова, Э. А. Гайло (1969), выполненные в условиях, близких к пластовым, показали воз­ можность превращения одних глинистых минералов в другие.

Описывая эволюцию глинистых минералов в процессе погру­ жения осадочных образований, нельзя не упомянуть о редком случае нахождения монтмориллонита на больших глубинах. Бикжальская сверхглубокая скв. СГ-2, заложенная примерно в 200 км к юго-западу от г. Гурьева, на глубине 4510 м прошла кунгурскую соляную толщу и вскрыла терригенные отложения нижней перми и карбона. В терригенных породах установлена обычная для больших глубин ассоциация глинистых минера­ лов — гидрослюда, хлорит со следами смешаннослойных обра­ зований. Наряду с этим на глубине 5270—5310 м встречены светло-серые и белые с зеленоватым оттенком глины, в составе которых кроме перечисленных выше минералов присутствуют смешаннослойные образования с высокой долей (до 30—35%) монтмориллонитовых пакетов. Глины мало уплотнены, легко размокают в воде, что также необычно для таких глубин.

Сохранность монтмориллонитовых пакетов на столь больших глубинах определяется целым рядом причин, среди которых ос­ новной является химический состав самих глин и соседних с ними пород. Известно, что для преобразования монтмориллонита в гидрослюду необходим калий. Упомянутые выше породы с большим количеством монтмориллонитовых пакетов залегают в мощной непроницаемой глинистой толще, где отсутствуют обломочные породы и, естественно, исключается возможность приноса калия извне подземными водами. В связи с этим он поступает в ограниченном количестве (в основном в результате самодиффузии), недостаточном для полного перехода монтмо­ риллонита в гидрослюду. Большой интерес представляет указа­ ние С. Г. Саркисяна и Д. Д. Котельникова (1971) о том, что разбухающие диоктаэдрические минералы легче переходят » неразбухающие разности, чем аналогичные триоктаэдричесю •> образования. В связи с этим триоктаэдрические монтмориллош • ты (например, сапонит) могут сохраняться на больших глуб] - нах, чем выше распространенные диоктаэдрические. Именно s тетраэдрическому типу относится монтмориллонит из Биикжальской скв. СГ-2, из интервала глубин 5270—5310 м.

Наконец, сохранению монтмориллонита, очевидно, способст­ вует и относительно низкая температура недр в Биикжальском районе. На глубине 5200—5300 м она составляет 105—110°С и соответствует верхней температурной границе исчезновения монтмориллонита. По Г. В. Карповой (1972), в разрезе Большо­ го Донбасса эта граница соответствует 90—120°С.

В обломочных породах и аргиллитах, подстилающих и пере­ крывающих описываемые глинистые образования, по данным

94

рентгеновского анализа, монтмориллонитовые пакеты не обна­ ружены.

Изложенные материалы находятся в соответствии с пред­ ставлениями А. Г. Коссовской, В. Д. Шутова (1957), Д. Д. Ко­ тельникова (1965), Т. Т. Клубовой (1970) и других исследовате­ лей о том, что при катагенезе в цементе обломочных пород глинистые минералы изменяются раньше, чем в однородных глинистых толщах.

Второй важной составной частью глин является тонкий обло­ мочный материал — пелит (фракция<0,01 мм). В его составе преобладают тонкодисперсные обломки кварца и полевых шпа­ тов, в меньшей степени слюд. Рентгеновским анализом кварц и полевые шпаты очень часто устанавливаются даже во фракции мельче 0,001 мм. При большом увеличении (до Х400) обломоч-- ные частицы кварца, полевых шпатов и слюд во фракции 0 ,0 1 — 0 , 0 0 1 мм довольно уверенно диагностируются с помощью поля­ ризационного микроскопа.

Особенности изменения ассоциаций глинистых минералов и физических свойств глин по мере увеличения глубины залегания свидетельствуют о направленном преобразовании этих пород. Ориентируясь на наиболее погруженные участки в мезозойском разрезе описываемых районов, можно выделить следующие стадии эволюции глинистых минералов:

I — от поверхности до 1600—2000 м — стадия существования преимущественно первичных, мало измененных глинистых мине­ ралов (дегидрадированных гидрослюд и каолинита) и интенсив­ ного уплотнения глинистых пород; в заключительные фазы ста­ дии завершается переход монтмориллонита и деградированных

структурах; при этом повышается роль хлоритов и гидрослюд, завершается преобразование глин в аргиллиты;

III — глубже 3400 м* — стадия хлорит-гидрослюдистой ассо­ циации глинистых минералов в терригенных породах; глины здесь полностью замещены аргиллитами. Зона, для которой ха­ рактерна эта стадия, имеет огромную мощность. В Арал-Соре отмеченная ассоциация прослежена до глубины 6781—6783 м и есть все основания считать, что она сохраняется на еще больших глубинах.

Процессы стадийного превращения глинистых минералов при погружении носят однонаправленный характер, поэтому прибли­ жение пород к поверхности вследствие восходящих тектониче­ ских движений и последующей денудации не сопровождается их противоположным изменением. В связи с этим установленные

* Глубина установлена для Прикаспийской впадины; для Южного Мангы­ шлака и Восточного Предкавказья — предположительно.

95