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

кая терминология применялась раньше и в отечественной ли­ тературе) . Последний этап по его мнению может постепенно сливаться с метаморфизмом, т. е. поздний диагенез отождест­ вляется с катагенезом.

Л. В. Пустовалов (1956) считал, что те явления, которые из­ вестны сейчас под общим названием эпигенеза (катагенеза, Б. П.), с полным основанием могут рассматриваться, как явле­ ния раннего метаморфизма. Такая трактовка вопроса в общем виде правильно отражает сущность процессов изменения оса­ дочных пород, совершающихся при их погружении, с момента возникновения до перехода в типичные метаморфические обра­ зования.

Исследования последних лет позволяют считать, что мощ­ ность зоны катагенеза и глубинное положение ее нижней гра­ ницы могут изменяться в широких пределах в зависимости от сочетания и интенсивности проявления факторов, определяющих вторичное изменение пород. Представляется правильным подход Н. Б. Вассоевича (1962) к решению вопроса, о границах зоны катагенеза. Он предложил определять ее нижнюю границу по по­ тере пористости всеми породами и преобразованию органиче­ ского вещества до стадии антрацитов (включительно). Л. Б. Рухин (1953), Н. А. Елисеев (1963) и вслед за ними А. А. Сауков (1966) и Н. В. Логвиненко (1968) границу между зонами ката­ генеза и метаморфизма проводят на основании тепловой харак­ теристики геологического разреза. Они считают верхним преде­ лом для зоны развития осадочных пород температуру около 200° С. А. В. Копелиович (1965) принимал в качестве гранич­ ной для упомянутых зон температуру 70—100° С. Опыт изучения разрезов ряда нефтегазоносных районов показывает, что в об­ щем виде такая граница неприемлема. По материалам бурения Аралсорской скв. СГ-1 (Прикаспийская впадина) температура на глубине 6500 м составляет 163,0° С и породы здесь явля­ ются еще типично осадочными, а не метаморфическими. На Се­ верном Кавказе в ряде районов (Прасковейское, Чкаловское месторождения и др.) температура достигает 100°С уже на глу­ бине 1000—1200 м, а типичные осадочные породы существуют на глубинах 3500—4000 м при 150—160°С и, вероятно, в более высокотемпературных условиях. Подобные примеры имеются по глубоким скважинам Азербайджана, Мангышлака и другим территориям. Наряду с этим глубина вторичных изменений оса­ дочных пород в глубоких скважинах при температурах 140— 170°С (Аралсорская СГ-1; Галюгаевская 1, Отказненская 7— на Северном Кавказе и др.) позволяет считать вполне реаль­ ной температурную границу между зонами катагенеза и мета­ морфизма порядка 200°С.

Основной причиной постседиментационных преобразований является первоначальное отсутствие или нарушение состояния физико-химического равновесия между составными частями

13

пород, между породой и окружающей средой. Это явление может возникать как в процессе осадкообразования (и сохраняться, повидимому, после диагенетической стадии), так и позже, в ре­ зультате проявлений тектонических сил, сопровождающихся по­ гружением или воздыманием осадочных комплексов, возникно­ вением новых структурных форм на поверхности земли и в ее недрах.

Катагенез, следующий за стадией диагенеза, приводит к су­ щественным изменениям осадочных пород. Сущность этих из­ менений сводится к следующим основным явлениям: 1) механи­ ческое уплотнение; 2) обезвоживание; 3) растворение соедине­ ний, неустойчивых в данной термодинамической и геохимиче­ ской обстановках; 4) минеральное новообразование; 5) пере­ кристаллизация. Степень изменения осадочных пород возраста­ ет с глубиной, возрастом, а также в результате стресса и влия­ ния других факторов. В связи с этим выделяют ряд зон и ста­ дий катагенеза (до 5). А. Г. Коссовская и В. Д. Шутов (1955, 1972), например, выделяют зону начального и глубинного эпи­ генеза (катагенеза). По мнению Г. В. Карповой (1972), осно­ ванному на изменении глин и каменного угля, температура на границе этих зон составляет 90—120°С, а давление около 1000 кг/см2. Для разделения катагенеза на более мелкие эта­ пы используют отражательную способность одного из главных компонентов ископаемых углей — витринита. И. И. Аммо­ сов (1961) на основании этого признака выделил 22 стадии изменения осадочных пород. Отмеченный метод, несомненно, перспективен, но такое обилие подразделений применительно к породам себя не оправдывает.

Вторичные преобразования однотипных пород в различных районах и пород разных типов в одном разрезе протекают с неодинаковой интенсивностью. Это обстоятельство определяется сочетанием целого ряда признаков, присущих самим породам, и характером воздействия внешних, факторов. Среди особенно­ стей пород, отражающихся на характере катагенетических пре­ образований, основными являются состав, структура и физико­ химические свойства (химическая устойчивость, фильтрацион­ ные свойства, пластичность, хрупкость, твердость). К главней­ шим действующим факторам относятся температура, давление (литостатическое и стрессовое), растворенные и газообразные компоненты, щелочно-кислотные и окислительно-восстановитель­ ные свойства подземных вод, радиоактивность и, наконец, про­ должительность их воздействия (геологический возраст). В при­ родных условиях роль каждой из особенностей пород и любого из действующих факторов может изменяться в широких преде­ лах и различных направлениях. Это собственно, и определяет все многообразие форм проявления постдиагенетических преоб­ разований и различное глубинное положение пород, находящих­ ся на одинаковых стадиях катагенеза.

14

На территории Советского Союза еще ни одна из глубоких скважин не вскрыла зоны перехода от осадочных пород к ти­ пичным метаморфическим (не считая районов, где осадочные толщи лежат на размытой поверхности метаморфических по­ род), однако, несомненно, что при погружении смена осадоч­ ных пород метаморфическими происходит постепенно, что меж­ ду ними нет резкой границы. В обнажениях такая смена была описана А. Г. Коссовской и В. Д. Шутовым (1956, 1957), при этом стадию перехода от осадочных к метаморфическим поро­ дам они назвали метагенезом. В западном Приверхоянье ха­ рактерным признаком этой стадии названные авторы считают широкое развитие кварцево-регенерационного и слюдистого це­ мента. Минеральный состав и структура пород, характерные для зоны метагенеза, близки к хлоритовой зоне регионального ме­ таморфизма.

Трудно установить термодинамические условия и глубину, на которой осуществлялись подобные преобразования. Пример­ но оценить эти параметры можно, лишь исходя из того, что мощность осадочных образований в западном Приверхоянье превышает 13 тыс. м. Приведенный пример относится к геосинклинальным областям. В иных тектонических условиях, в част­ ности на платформах, переходная стадия может иметь другое выражение, что подчеркивали и А. Г. Коссовская и В. Д. Шу­ тов (1957,. 1962).

В Прикаспийской впадине, где осадочная толща вскрыта до глубины 6806 м (Аралсорская скв. СГ-1), нижняя граница зоны катагенеза пока не установлена. Судить о ее положении можно лишь на основании косвенных признаков, в частности особенностей изменения плотности и полной пористости пород. Эти параметры с увеличением глубины залегания до 3000— 4000 м у различных пород изменяются неодинаково, но на боль­ шей глубине величины их сближаются и в дальнейшем уплот­ нение терригенных образований происходит в одном темпе. Сравнение плотности и пористости различных терригенных оса­ дочных и образующихся из них метаморфических пород позво­ ляет допустить, что и на больших глубинах эта особенность со­ хранится. Исходя из этого, можно считать, что на глубине око­ ло 9000 м абсолютная пористость терригенных пород будет практически равна нулю, а плотность составит 2,67—2,72 г/см3, т. е. эти величины будут равнозначны одноименным параметрам регионально метаморфизованных пород. Если принять темпе­ ратурную границу между стратисферой и зоной регионального

нем здесь составляет 2,19е) нижняя граница распространения осадочных пород и в этом случае должна располагаться на глу­ бине около 8500 м.

15

Таким образом, и особенности уплотнения, и геотермический режим позволяют считать, что нижняя граница распростране­ ния осадочных пород в центральной, наиболее погруженной части Прикаспийской впадины находится на глубине 8500— 9000 м (Прошляков, 1968). Ниже должны располагаться поро­ ды, находящиеся на стадии метагенеза. В других районах глу­ бина нижней границы распространения осадочных пород может быть иной в зависимости от особенностей проявления факторов катагенеза. Максимальная глубина, на которую могут погру­ зиться породы, сохраняя облик осадочных образований, еще не установлена. Исходя из возможных величин геотермической сту­ пени, значений пористости, возраста пород и других геологиче­ ских особенностей, ориентировочно ее можно оценить в 15—

20км.

Познание механизма катагенеза и последствий постдиаге-

нетических процессов имеет чрезвычайно важное значение для газонефтяной геологии и геофизики, в частности, при решении вопросов о миграции и аккумуляции нефти и газа, оценке кол­ лекторских и экранирующих свойств пород. Без знания послед­ ствий катагенеза и внесения соответствующих корректив подчас невозможны однозначная корреляция геологических разрезов и реконструкция геологического прошлого, особенно если в иссле­ дуемых пунктах одновозрастные отложения залегают на резко различных глубинах. Вторичные изменения накладывают отпе­ чаток на физические свойства пород, поэтому их необходимо учитывать при интерпретации диаграмм промыслово-геофизи­ ческих исследований. Использование знаний о катагенезе пород может принести большую пользу при выборе наиболее рацио­ нальной системы разработки нефтяных и газовых месторожде­ ний, определении причин возникновения зон потери корреляции, введении соответствующих поправок при обработке материалов полевой геофизики и т. д.

Вторичные изменения осадочных пород в целом, как извест­ но, выражаются через совокупность структурно-текстурных пре­ образований и характер перераспределения составных частей. В связи с этим при анализе явлений катагенеза основное вни­ мание было уделено изучению особенностей изменения главней­ ших породообразующих компонентов терригенных пород — квар­ ца, кальцита и глинистых минералов, а также выявлению ха­ рактерных черт перераспределения их составных частей.

Среди перечисленных компонентов первые два в условиях зоны катагенеза обладают большой подвижностью, именно с перераспределением кремнезема и карбонатов связаны суще­ ственные изменения фильтрационных свойств и емкости коллек­ торов (разумеется, нельзя недооценивать и роли давления, этого важнейшего фактора уплотнения пород). Вторичные измене­ ния и перераспределение подвижных компонентов пород происходят не одновременно, что определяется их различной

16

устойчивостью в соответствующих термодинамических усло­ виях.

За последние годы резко возрос объем разведочного буре­ ния и увеличилась глубина скважин, что дало возможность по­ лучить новые данные о вторичных изменениях пород в связи с их погружением. Чрезвычайно ценные материалы были полу­ чены при обработке керна из глубоких и сверхглубоких сква­ жин (до 5—7 км), пробуренных в Прикаспийской впадине и на прилегающих территориях, позволившие глубже познать про­ цессы катагенеза и использовать их при анализе различных геологических явлений. Рассмотрим главнейшие процессы, про­ текающие в катагенетическую стадию.

МЕХАНИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ ПОРОД

Механическое уплотнение осадочных пород под влиянием литостатического (горного) давления и стресса (бокового дав­ ления) существенно влияет на их физические свойства. В пре­ делах рассматриваемых территорий, характеризующихся пре­ имущественно платформенным развитием, основная роль при­ надлежит литостатическому давлению.

По мере погружения осадочных толщ и перекрытия их вновь образовавшимися отложениями давление, испытываемое ими, постепенно возрастает. Это приводит к уплотнению пород в ре­ зультате перегруппировки обломочных частиц, сопровождаю­ щейся более плотной их укладкой. Естественно, что ход про­ цесса уплотнения существенно зависит от состава обломочного материала, количественных соотношений между обломочной и цементирующей частями, а также от минерального состава последней.

Уплотнение за счет механической перегруппировки частиц в обломочных породах без цемента или с низким его содер­ жанием (до 5—10%), по-видимому, завершается на глубине 1000—1500 м. В породах с большим количеством цемента оно происходит и на больших глубинах (до 2000—2500 м).

В районах Урало-Волжской нефтегазоносной провинции, на­ пример, влияние литостатического давления на плотность ук­ ладки обломочного материала в одновозрастных песчайиках в диапазоне глубин 1000—2300 м сказывается незначительно (Чепиков, Ермолова, Орлова, Суркова, 1972). В Прикаспийской впадине перегруппировка обломочных частиц за счет давления

вчистых разностях песчано-алевритовых пород мезозоя завер­ шается на глубине 1000—1200 м.

Ниже 1000—1500 м уплотнение пород под действием лито­ статического давления продолжается, но механизм его сущест­ венно изменяется. Под влиянием давления начинается дефор­ мация отдельных частиц, растворение их (в присутствии воды)

вточках соприкосновения друг с другом, где «изнищают““ ;, опром“ -.

ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛ,