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

тых буровыми скважинами к настоящему времени. Это обстоя­ тельство позволяет считать, что влияние температуры на эпи­ генетические процессы вообще и перераспределение кремнезема в частности повсеместно должно быть равноценным. Исключе­ ние составляют лишь приграничные части впадины, в соответст­ вии с геотермическими особенностями которых можно ожидать некоторого смещения границ зон вторичного изменения квар­ ца, учитывая, что при повышении температуры растворимость кремнезема повышается, и наоборот.

Тепловая характеристика недр Южного Мангышлака отли­ чается от Прикаспийской впадины более высоким геотермичес­ ким градиентом (3,5—3,6°С/100 м) и соответственно более ко­ роткой геотермической ступенью (28—31 м/°С). В связи с этим уже на глубине 2000 м разница в температурах Прикаспийской впадины и Южного Мангышлака достигает 30—40°С. На боль­ ших глубинах тепловые характеристики этих районов различа­ ются еще сильнее.

Восточная и центральная части Северного Предкавказья по величинам геотермической ступени и геотермического градиен­ та близки к Южному Мангышлаку. Геотермический градиент здесь составляет 3—3,6°С/100 м, а в отдельных районах дости­ гает 4,58°СУ100 м (Прасковея) и даже 5°С/100 м (Чкаловский район), при этом температура на глубине 2000 м достигает ПО—120°С. Для сравнения напомним, что в Актюбинском Приуралье, где недра отличаются аномально низкими температу­ рами, в Биштамской скв. Г-13 на глубине 2000 м зафиксирова­ на температура 33°С, т. е. почти на 100°С ниже. Естественно, вторичные изменения, связанные с внутренним теплом Земли, на Мангышлаке и в Восточном Предкавказье проявляются на меньших глубинах, чем в Прикаспийской впадине.

Давление. Исследования Д. Кеннеди (1950), Н. И. Хитарова (1957), Р. Роя и О. Татла (1958); В. П. Якушева, Н. В. Смир­ новой (1964) позволяют считать, что умеренные гидростатичес­ кие и литостатические давления, характерные для малых и средних глубин, не оказывают существенного влияния на раст­ воримость кремнезема и его переход из раствора в твердую фа­ зу. Даже при постоянном давлении 1200 кгс/см2 (а на контак­ тах зерен оно было во много раз выше) и температуре 80°С в экспериментах В. П. Якушева и Н. В. Смирновой (1964) раст­ ворения кварцевых зерен на контактах не наблюдалось. В со­ четании с высокими температурами влияние давления возрас­ тает. Уже при 100°С и давлении 1200 кгс/см2, по данным упомя­ нутых выше авторов, появились структуры растворения, выделений аутигенного кварца при этом не наблюдалось, что, впрочем, трудно было и ожидать, так как пересыщение раство­ ра при этом вряд ли достигалось.

Исследования Д. Кеннеди (1950) показывают, что давление существенно влияет на растворимость SiCb в области близкри-

43

тических температур воды (а при давлениях более 1000 кгс/см2 и при закритических температурах) — чем выше давление, тем больше растворимость при равных температурах (рис. 12). При

Температура, °С

Рис. 12. Растворимость ЗЮг в воде как функция температуры и давления. По Д. Кеннеди, 1950.

уменьшении последних до 160—200°С (и ниже) роль давления снижается.

Чрезвычайно интересные результаты были получены Г. В. Ферберном (1954) в опытах с кварцевым песком кембрийского возраста. Этот исследователь пришел к выводу, что заметное растворение кварца происходит при минимальной температуре 200°С и всестороннем давлении около 358 кгс/см2. В процессе воздействия на кварц высоких температур и давлений равнове­ сие между твердой и жидкой фазами наступает очень быстро. По данным Г. В. Мори с соавторами (1962), при давлениях до 1000 кгс/см2 и температурах до 300°С оно устанавливалось че­ рез 1—2 сут.

Серия экспериментов над образцами горных пород из При­ каспийской впадины была выполнена в МИНХ и ГП им. И' М. Губкина Я. Р. Морозовичем и Л. П. Петровым. Образцы пёсча-

44

ников из скважин Чувашской П-19 и Аралсорской СГ-1, подня­ тые с глубины 2500—3700 м, насыщались растворами, близкими по составу к пластовым водам, а затем подвергались разноос­ ному (до 550 кгс/см2) и всестороннему (до 800 кгс/см2) давле­ нию при температурах до 150°С. Опыты проводились в течение 1—3 сут. После испытаний из образцов были приготовлены шлифы, которые мы исследовали под микроскопом. Никаких изменений в структуре опытных образцов при сравнении с кер­ ном, не подвергшимся обработке, обнаружить не удалось. Это обстоятельство мы прежде всего связываем с тем, что породы уже до эксперимента были сильно уплотнены, расположение частиц упорядочено, а норовое пространство заполнено цемен­ том, содержание которого достигало 30%. В силу этих особен­ ностей нельзя было ожидать очень высоких давлений на кон­ тактах зерен. Несомненно, надо учитывать и кратковременность эксперимента.

Обобщение экспериментальных данных, приведенных в опуб­ ликованной литературе, и анализ явлений, наблюдаемых в по­ родах (в шлифах под микроскопом), отобранных на различных глубинах, приводят к выводу о том, что роль гидростатического давления как фактора, способствующего перераспределению кремнезема в породах, при температурах менее 100°С незначи­ тельна. Литостатическое давление, вызывающее очень высокие напряжения на контактах зерен, в породах с низким содержа­ нием цемента должно сопровождаться явлением Рикке, а сле­ довательно, способствовать растворению и перераспределению кремнезема.

Углекислота. Углекислота в осадочных горных породах мо­ жет находиться в различных состояниях: в виде С02, не диссо­ циированных молекул Н2СОз, ионов НСО; и С 03”. в щелочных

водах преобладает СОз> в нейтральных, слабо и умеренно ще­ лочных — НСОз, в кислых — Н2СОз (табл. 4).

45

В горных породах углекислота может образовываться в ре­ зультате: 1) восстановления органическим веществом гидро­ окислов железа, сульфатов железа и сульфатов кальция; 2) разложения органического вещества под действием радиоак­ тивного излучения и, наконец, 3) растворения карбонатов, главным образом кальция и магния; кроме того, углекислота может поступать в горные породы вместе с поверхностными или глубинными водами.

Повышение температуры вызывает понижение растворимос­ ти углекислоты в воде, а увеличение давления дает обратный результат. Наряду с этим С. Д. Малинин (1965) показал, что характерное для области низких температур уменьшение раст­ воримости газов в воде с повышением температуры происходит лишь в ограниченной области (до +180°С), выше которой раст­ воримость возрастает вплоть до смешения фаз во всех отноше­

(рис. 14).

Экспериментальные исследования Е. С. Кабановой (1960) показали, что растворимость кварца и опала в воде в токе С02 или при насыщении этим газом в 1,5—2 раза выше, чем в токе азота или в воде с нормальной атмосферой (рис. 15, 16). Раст­ воримость опала значительно выше, чем кварца (при 25°С и прочих равных условиях — примерно, в 3,5 раза). Повышение температуры усиливает агрессивность углекислого газа по от­ ношению ко всем формам кремнезема. Особенно резко возрас­ тает растворимость опала (табл. 5).

4 6

Установлено, что растворение тонких фракций минералов кремнезема в токе СО^ происходит интенсивнее, чем крупных, что связано с уменьшением удельной поверхности. Зависимость

растворимости кремнезема от содержания НСОз маловырази-

Рис. 14. Растворимость СОг в воде в зависимости от содержа­ ния при 25°С и равных значениях парциального давления. По данным Е. Б. Штерниной и Е. В. Фроловой, 1952.

тельна. В некоторых случаях с увеличением содержания этой формы углекислоты в растворе количество растворимой формы кремнезема понижается (И. И. Гинзбург и Е. С. Кабанова, 1960).

Распределение углекислого газа в породах мезозойского разреза изучено очень слабо, а сопоставлений по площади не проводилось вообще. Имеющиеся анализы газов, массовые оп­ ределения органического вещества в мезозойских породах При­ каспийской впадины, Северного Предкавказья и Южного Ман­ гышлака, а также растворение карбонатов в терригенных поро­ дах, описанное ниже, позволяют считать, что до глубины 2000—

47

2500 м в породах содержится достаточно высокое количество углекислого газа. Подтверждением этого являются данные не­ прерывного газового каротажа Аралсорской скв. СГ-1. Здесь при проходке терригенных сероцветных пород мезозоя до глу-

Время, ч

углекислого газа значительно меньше — единицы и редко де­ сятки кубических сантиметров на 1 л глинистого раствора. Это позволяет связывать образование значительной части углекис­ лого газа с преобразованием органического вещества, содер­ жание которого в сероцветных породах обычно в несколько раз (5—10) выше, чем в красноцветных. Кроме того, много угле­ кислоты образуется при растворении кальцита. Расчеты пока­ зывают, что из 100 г СаСОз получается 22,4 г СОг (при 20°С и давлении 1 кгс/см2). Подавляющая часть углекислоты, судя по результатам исследования подземных вод, находится в виде растворенного газа. Анализ результатов газометрических иссле­ дований показывает, что в высокопористых песчано-алеврито­ вых породах количество кислых газов (главным образом СО2) значительно выше, чем в одновозрастных, обычно менее порис­ тых, глинистых. Это обстоятельство также является одной из причин меньшей измененности кварца в глинистых породах по сравнению с песчаными.

Растворенные соли. Влияние растворенных солей и основ­ ных ионов подземных вод на поведение кремнезема рассматри­

48