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

ганию частиц друг к другу и уплотнению породы в целом. Кроме того, уплотнение терригенных пород может происхо­ дить и без непосредственного участия давления. В результате вторичных выделений кремнезема, кальцита, новообразований глинистых минералов и других соединений происходит запол­ нение поровых каналов, сопровождающееся уплотнением по­ род. На средних (2000—2500 м) и, по-видимому, больших глу­

бинах такой вид уплотнения широко развит.

В практике геологических и геофизических исследований степень уплотнения пород выражают через плотность, объем­ ный вес или пористость. Такое выражение понятия недостаточ­ но полно отражает сущность явления, так как составные части имеют различную плотность и породы, состоящие из тяжелых минералов, обладают большой плотностью (или объемным ве­ сом) даже при невысокой степени уплотнения. Например, ан­ гидрит как минерал имеет .удельный вес 2,9 г/см3, порода же, состоящая из него, при пористости 10% имеет объемный вес порядка 2,62 г/см3 — почти такой же, как максимально уплот­ ненная обломочная порода кварцевого состава (2,65 г/см3). Песчаники с высоким содержанием сульфидов железа также имеют большой объемный вес, достигающий в Прикаспийской впадине 3,1 г/см3 (юрские отложения района о'з. Челкар), хотя и не очень сильно уплотнены. Соленосные терригенные породы пермского возраста (Тепловские, Павловские скважины на се­ верном борту Прикаспийской впадины) имеют невысокую плотность только за счет того, что в них содержится до 20% и более каменной соли плотностью 2,2 г/см3. В связи с этим представляется целесообразным для характеристики уплотне­ ния использовать коэффициент уплотнения породы (fa)

dn

г/см3.

fa , таким образом, представляет безразмерную величину, показывающую, во сколько плотность (объемный вес) породы меньше плотности (удельного веса) слагающей ее твердой фазы. По мере уплотнения породы d„ увеличивается, прибли­

мощью этого коэффициента можно сравнивать степень уплот­ нения пород различного состава. Минимальным значением fa (0,3—0,4) характеризуются рыхлые, неуплотненные пляжевые

18

пески, лессы и некоторые глины, максимальным — кристалли­ ческие известняки, аргиллиты и другие породы.

В зависимости от состава и физико-химических свойств со­ ставных компонентов при уплотнении пород ведущее значение имеют различные факторы. Триасовые, юрские, нижнемеловые известняки Прикаспийской впадины уплотняются главным об­ разом в результате процессов перекристаллизации. На глубине 400—600 м их kf>уже превышает 0,83, а ниже 1000 м (до 3600 м и, вероятно, глубже) изменяется в пределах 0,90—0,98 (рис. 1).

Рис. 1. Изменение уплотне­ ния мезозойских пород При­ каспийской впадины с глу­ биной:

личением глубины залегания уплотняются постепенно, ka плав­ но снижается от 0,58 на глубине 200—600 м до 0,77—0,85 на глубине 2600—3000 м, в среднем на 0,1 на каждые 1000 м. Уплотнение этих пород происходит под действием веса выше­ лежащих пород, в значительной мере за счет изменения упа* ковки обломочных частиц (здесь не рассматриваются песча-

следовании этого вопроса не учитывались). Песчаники и алев­ ролиты с высоким (более 25%) содержанием карбонатного цемента на небольших глубинах (до 1000 м) имеют различную степень уплотнения — от 0,73 до 0,95, что обычно связано со структурными особенностями карбонатов. Там, где они среднеили крупнокристаллические ka выше, а в случае пелитоморф-

бине около 4000 м 0,91—0,97. Здесь уплотнение происходит как за счет изменения упаковки частиц, так и в результате эпиге­ нетического перераспределения вещества.

Глины уплотняются иначе, чем все выше рассмотренные по­ роды. Близ поверхности они уплотнены так же, как и песча­ ники с низким содержанием цемента, при этом ka составляет 0,60—0,70. К глубине 1000 м коэффициент уплотнения возра­ стает до 0,75—0,80, т. е. сильнее, чем у песчаников и других пород, а еще глубже темп уплотнения постепенно снижается и к 3000 м составляет 0,85—0,90. При такой степени уплотне­ ния в большинстве случаев глины превращаются в аргиллиты.

По степени уплотнения осадочные породы рационально раз­

В Прикаспийской впадине терригенные мезо-кайнозойские породы с низким содержанием карбонатов до глубины 3000 м относятся в основном к категориям слабо уплотненных и уп­ лотненных. Ниже, примерно до 5500—6000 м, распространены сильно уплотненные, а на глубинах свыше 6000 м (по материа­ лам Аралсорской скв. СГ-1) очень сильно уплотненные. Кар­ бонатные породы (известняки, мергели) уже на глубинах свы­ ше 1000 м сильно уплотнены. По характеру уплотнения к ним близки и сильно известковые песчано-алевритовые породы.

20

В делом, в Прикаспийской впадине к глубине 4500 м вели­ чина уплотнения всех осадочных пород выравнивается, при этом ka достигает 0,90—0,95. Ниже 4500 м уплотнение проис­ ходит очень медленно, примерно в одном темпе для всех оса­ дочных пород. Тесно связана с уплотнением величина полной пористости пород (табл. 2). Таким образом, темп уплотнения и понижения пористости терригенных пород в Прикаспийской впадине с увеличением глубины залегания уменьшается.

нием давлений падает. По данным В. М. Добрынина, изучав­ шего этот параметр на каменном материале из Прикаспийской впадины, рп терригенных и карбонатных пород особенно резко

глубине 3000—3500 м) составляет 0,5 • 10-4 (кгс/см2)-1.

Эти экспериментальные данные вполне удовлетворительно объясняют особенности уплотнения глин. Что касается песча­ ников и алевролитов кайнозойского и мезозойского возраста Прикаспийской впадины и Северного Предкавказья, то анализ фактических данных свидетельствует о том, что до глубины 3000—3500 м (литостатическое давление порядка 600— 700 кгс/см2) интенсивность снижения пористости остается более или менее постоянной и лишь ниже заметно уменьшается (см. рис. 1). Это отклонение от экспериментальных и расчетных данных, по нашему мнению, связано с эпигенетическими про­ цессами, в частности выносом кальцита из песчано-алевритовых пород. Растворение и удаление некоторой части кальцита ос­ вобождает часть порового пространства, частично компенсируя снижение пористости за счет уплотнения. В глинах и глинистых песчаниках процесс выноса кальцита, если и происходит, то в очень ограниченных масштабах, именно поэтому расчетные данные хорошо согласуются с особенностями уплотнения, на­ блюдаемыми в природе.

Таким образом, глинистые и обломочные породы до глу­ бины 3000—3500 м уплотняются по-разному, а породы смешан­ ного состава в зависимости от соотношения глинистой и обло­ мочной частей, при уплотнении занимают промежуточное положение. Ниже отмеченного интервала глубин полная порис­ тость и уплотнение всех терригенных пород постепенно вырав­

0,94—0,96, а плотность до 2,60—2,62 г/см3. Породы других типов с такой глубины не подняты.

21

ОБЕЗВОЖИВАНИЕ

Породы, образовавшиеся из осадка, особенно возникшего в водной среде, содержат значительное количество воды. По взаимодействию с породами последнюю, как известно, подраз­ деляют на свободную (гравитационную) и связанную (хими­ чески или физически).

Свободная подземная вода перемещается под действием силы тяжести. Она не связана с минеральной частью. Хими­ чески связанная вода входит в состав минералов (конститу­ ционная, кристаллизационная, цеолитная), а физически свя­

Соотношения между этими видами вод в породах различ­ ного состава неодинаковы. В песчано-алевритовых образова­ ниях с низким содержанием цемента вследствие относительно небольшой величины удельной поверхности частиц подавляю­ щая часть воды является свободной. В тонкодисперсных, на­ пример, глинистых породах, где удельная поверхность частиц в несколько раз больше, значительная часть воды находится в связанном состоянии под влиянием поверхностных сил.

При уплотнении горных пород (а до их образования и осад­ ков) вначале отжимается свободная вода, а при погружении в более жестких термодинамических условиях отделяется и связанная. Согласно лабораторным исследованиям физически связанная вода отделяется от твердой фазы при давлении 3000—5000 кгс/см2 (Лонтадзе, 1955). Химически связанная во­ да при атмосферном давлении высвобождается при повышен­

личество воды. Подсчеты показывают, что из 1 км3 водонос­ ного песчаника при уменьшении пористости от 30 до 10% выделяется до 200 млн. т воды. Потеря воды сопровождается изменением . физических свойств (плотность, пластичность, прочность и т. д.) и минерального состава пород.

Изначально свободные, а также освобождающиеся на боль­ ших глубинах прежде связанные воды оказывают большое влияние на процессы растворения и перераспределения веще­ ства, а также и минерального новообразования.

РАСТВОРЕНИЕ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ ПОРОД

Растворение минеральных и органических компонентов по­ роды в постдиагенетические стадии—-довольно широко распро­ страненный процесс. Об этом можно судить хотя бы по солености подземных вод, достигающей 30 г/100 г раствора и

32