Палеогеографические карты ( модели )
Под палеогеографией понимается геологическая наука, которая изу-чает древние физико-географические условия, существовавшие на поверх-ности Земли (Л.Б.Рухин, 1962, с.10). "Целью палеогеографического анали-за седиментационных (осадочных) бассейнов, - отмечают Р. Унруг и др. (1980) - является построение модели древнего ландшафта, позволяющей объяснить расположение определенных типов осадков в пространстве и изменчивость их признаков". При поисках полезных ископаемых осадоч-ного происхождения такая модель имеет прогнозную ценность. Она стро-ится отдельно для каждого стратиграфического (одновозрастного) гори-зонта. Последовательность работ при составлении палеогеографической карты отображена на блок-схеме ( рис .76, 77).
243
Рис . 76. Блок-схема последовательности наблюдений, интерпретаций и выводов при определении генетического типа осадочной породы (по Р.Унругу, 1980)
На ней показано, что реконструкция древних ландшафтов базирует-ся на изучении состава, структуры, текстуры осадков, органических остат-ков и темпа аккумуляции. На втором этапе производится группирование слоев по сходству признаков и выделяются литологические ассоциации и фации, отличающиеся друг от друга по условиям образования. На третьем этапе воссоздается общая модель бассейна осадконакопления, палеогео-графия, региональная тектоническая обстановка седиментации.
Следует при этом отметить, что ранговый подход как один из все-общих принципов геологических исследований сохраняется и при палео-геологических исследованиях. На практике этот принцип реализуется по-строением палеогеографических карт регионального, зонального и локаль-ного масштабов. На региональном уровне исследований Р. Унруг и др. (1980) вместо формаций предлагают выделять литологические ассоциации:
угленосная;
красноцветных пород;
соленосная;
кварцевых песчаников;
кремнистых пород;
аргиллито-мергельная;
флишевая.
* известняковой ассоциации выделяются субассоциации:
барьерно-рифовая;
оолитовых и органогенно-обломочных известняков;
покровных известняков.
244
Рис . 77. Блок-схема последовательности наблюдений, интерпретаций и выводов при составлении палеогеографической карты (по Р.Унругу, 1980)
Американские геологи (Krumbein W.С., Sloss L.L. 1963) выделяют 24
ассоциации, сгруппированные в девять типов. Для их выделения привле-каются такие признаки как петрографический состав, структура, текстура, геометрия слоев и др., свидетельствующие об обстановке осадконакопле-ния. Каждой литологической ассоциации соответствует определенная об-становка осадконакопления и тектоническая обстановка регионального ранга. Эта концепция позже была использована в книге Р.Ч.Селли "Древ-ние обстановки осадконакопления" (1989, перевод с англ.) при выделении фациальных тел по материалам керна, каротажных диаграмм и сейсмиче-ских разрезов на примере нефтеносных отложений Северной Америки. Осадочные фации являются продуктами обстановок осадконакопления. В качестве определяющих признаков обстановок осадконакопления прини-маются ( рис .77):
9. Геометрия (форма) осадочных тел.
10. Литологический состав осадочных тел.
11. Осадочные текстуры.
12. Характер палеотечений.
13. Включения органических остатков.
На зональном и локальном уровнях исследований выделяются лито-фации и литотипы по более детальным признакам. Методика их выделения нами изложена в главе 1. Каждая литофация, каждый литотип переинтер-претируется в генетический тип с соответствующей трактовкой обстанов-ки осадконакопления зонального и детального рангов ( рис .78).
По результатам генетической интерпретации признаков литоло-гических ассоциаций, литофаций, литотипов строится палеогеографи-
245
ческая карта ( рис .79). Американские геологи такую карту называют моделью древней обстановки осадконакопления. На ней показываются границы древних морей, суши, лагун, баров, пляжей шельфа , дельт, озер, речных долин и других форм древнего рельефа. При этом широко используется метод актуализма-результаты наблюдений за современ-ными геологическими процессами на суше, в морях и океанах, теории литогенеза, фациального анализа и циклической седиментации, содер-жащиеся в трудах Д.В. Наливкина, Н.М.Страхова, Л.Б.Рухина, В.Т.Фролова и др., в том числе зарубежных геологов Д.А.Буша, Р.Ч.Селли, Г. Э.Рейнека , И.Б .Сингла, Р.Градзинского , Р.Костецкой, А.Родомского, Р.Унруга и др. Точность реконструкций палеоландшаф-тов зависит не только от количества и качества используемого матери-ала, но и от эрудиции и опыта геологов, составляющих такие модели. "Генетические построения всегда в какой-то мере субъективны и гипо-тетичны", - отмечает В.Т.Фролов (1984, с.171).
В последние годы для этих целей привлекаются материалы каротажа скважин с электронной записью и современной высокоточной сейсмораз-ведки. По конфигурации сейсмоотражений, геометрии слоев, групп слоев выделяются сейсмофации, сейсмоформации. Сейсмическими методами в настоящее время определяют положение древних русел, дельт, рифов, под-водных конусов выноса и других осадочных тел. Эта методика кратко из-лагалась нами в разделе 8.3. Но, как отмечалось выше, построение палео-географической модели, является итоговым результатом многолетних комплексных исследований исходного материала, в том числе сейсмораз-резов и каротажных диаграмм.
В.Т.Фролов (1984) приводит следующую последовательность работ при фациально-палеогеографических исследованиях:
11. Описание опорного разреза, его расчленение на свиты.
12. Прослеживание по площади и выявление фациальной изменчиво-
сти.
13. Описание соседних разрезов, корреляция разрезов.
14. Построение схемы корреляции разрезов, выделение реперов и ли-толого-стратиграфических комплексов.
15. Фациальный анализ, фациальное расчленение выделенных ком-плексов, построение фациальных карт и разрезов.
16. Палеогеографическая расшифровка (интерпретация) фаций, по-строение палеогеографических карт, с привлечением данных генетическо-го анализа, палеоклиматического, аутигенно-минералогического, текстур-ного и др. анализов.
17. Восстановление геологической истории района по этапам, стадиям.
246
Рис . 78. Карта литофаций средне- и верхнекелловейских отложений Берёзовского газоносного района (Западная Сибирь) (по Г.С.Ясовичу, 1970):
1-скважины; 2-границы литофаций; 3-участки отсутствия отложений; 4-границы распространения морских отложений.
Литофации: 5-песчаная; 6-глинисто-песчаная; 8-глинистая
247
Рис . 79. Литолого-фациальная карта позднеюрской эпохи Западно-Сибирского седиментационного бассейна (по Т.И Гуровой и В.П.Казаринову, 1962): 1-пески, песчаники; 2-гравелиты, конгломераты; 3-глины; 4-глауконит;
5-остатки морской фауны; 6-остатки остракод; 7-коэффициент мономинеральности: а-устойчивые минералы; б-неустойчивые минералы; 8-скважины и их номера; 9-границы фациальных зон; 10 -границы литологических зон; 11 -границы выходов палеозойских пород; 12-внутренние области размыва; 13-морские фации; 14-мелководно-морские фации; 15-лагунные фации; 16-континентальные фации
248
Особое внимание при этом уделяется выделению реперов - клю-чевых генотипов и диагностике границ несогласного залегания. Иссле-дователи отмечают, что при палеогеографических исследованиях воз-можна реконструкция лишь длительно существовавших древних ланд-шафтов, т. е. крупных форм рельефа, которые определяют направление стока рек, ветров, климат. Для суши определяются тектонический ре-жим областей сноса, центры вулканических извержений, расположение рек, озер, болот. Для водных бассейнов восстанавливаются береговые линии, подводный рельеф, соленость, газовый режим, РН водной сре-ды, интенсивность волнений, глубина дна. Д. В.Наливкин (1956) отме-чал, что при определении генетического типа горной породы наиболь-шее внимание необходимо уделять изучению фауны и микрофауны. На морское происхождение указывают обломки раковин брахиопод, аммо-нитов, белемнитов, гониотитов, иглы морских ежей, членики кринои-дей, остатки фузулинид. Фораминиферы живут в озерах, болотах, сла-гают пески пляжа, покрывают заросли водорослей, остатки их встреча-ются на всех глубинах шельфа , континентального склона. Планктонные тонкостенные фораминиферы заносятся далеко морскими течениями, встречаются в отложениях любых глубин. Радиолярии также ведут планктонный образ жизни. Остракоды обитают в пресных, солоноватых и морских водоемах на самых разных глубинах. Гастроподы также жи-вут во всех бассейнах и на всех глубинах, в основном на глубинах ме-нее 100м. Пелециподы обитают преимущественно на глубинах 10-40м. Брахиоподы наибольшего расцвета достигли в палеозое, в зоне актив-ного действия волн, до глубины 10-15м, редко до 100 м. Кораллы живут на таких же глубинах. Остатки пресноводной фауны указывает на реч-ное или озерное происхождение. Морское происхождение имеют глау-конитовые породы, распространенные на больших площадях. В не-больших количествах глауконит может образоваться и в континенталь-ных условиях. Доломитовые слои отлагаются на обширных морских отмелях, в лагунах, озерах в областях аридного климата. Карбонатно-глинистые толщи большой мощности обычно содержат морскую фауну, накапливаются в обстановке устойчивого стояния моря на шельфовых пространствах. Преобладание известняков в разрезе морской толщи указывает на теплый тропический климат. В озерах отлагаются тон-кослоистые, тонкозернистые, нередко карбонатные толщи. В болотах накапливаются слои песчано-глинистых пород, обогащенных расти-тельными остатками, углистые, реже -угленосные толщи. Прибрежные угленосные толщи, образующиеся на низменных равнинах, нередко со-держат слои и пачки морских отложений , которые отлагаются во время кратковременных ингрессий моря. Эти прослои иногда приводят к
249
5. Динамика среды переноса и накопления осадка показывается стрелками разных видов.
6. Границы, изопахиты, точки опорных разрезов, скважин. Показы-ваются линиями различных цветов и видов, точками, кружочками, цифра-ми.
7. Литологический состав осадков. Показывается общепринятыми условными знаками. Выделены 33 разновидности пород и их переслаива-ния.
8. Вулканогенные и вулканогенно-осадочные образования. Обозна-чаются короткими штрихами красного цвета различной конфигурации в зависимости от состава магмы. Выделены 12 разновидностей пород.
9. Типы пород в областях размыва древней суши. Выделяются 6 групп пород, которые показываются штриховкой линейной и клетчатой форм в зависимости от их состава.
10.
Полезные ископаемые осадочного происхождения. Показываются условными знаками прямоугольных форм, внутренняя часть которых закрашивается различными цветами и подписывается разными буквами латинского алфавита в зависимости от вида полезного ископаемого.
В последние годы для решения многих вопросов литологии, в том числе и для определения генетического типа осадка применяются ма-тематические методы, моделирование, электронная техника и програм-мирование. Примерами являются математические модели фации, при-веденные в работе Р.Ч.Селли "Древние обстановки осадконакопления"
(1989) :
фация = Ɛ( Á ,L,Ss,Pp,F), где:
Á - геометрия фациального тела, L - литологический состав,
Ss - cедиментационные текстуры, Рр - характер палеотечений,
F – фоссилии - палеонтологическая характеристика.
Геометрия тел определяется по данным бурения и сейсмики, тексту-
ры дают информацию о направлении течений. Для решения задачи пара-метры нужно выразить количественно. Еще более упрощенная модель фа-ции определена всего по трем признакам:
фация= Ɛ (C, Á ,F), где
10. - химический состав,
- размер осадочных частиц,
F - палеонтологическая характеристика.
251
Эти три параметра могут быть калиброваны (градуированы) в ли-нейных шкалах. Например, химический состав от кремния через карбона-ты кальция до эвапоритовых минералов, фауна - от морской через солоно-ватую и пресноводную до наземной, размер обломков - от конгломератов до глин. Размер частиц осадка-индикатор энергетического уровня, химизм
- солености водной среды.
На этой основе можно определить место фации в трехмерном про-странстве. Но фация-сумма многих факторов, а положение объектов, опре-деляемых многими переменными в многомерном пространстве можно найти, используя статистические методы факторного анализа. Тем самым появляется возможность математически определить в этом пространстве место (скопления, кластеры) аллювиальных, рифовых и др. фаций. Для кластерного анализа могут быть использованы результаты каротажа раз-личных видов. Набор каротажных характеристик позволяет отличать оса-дочные фации друг от друга. В упомянутой выше работе Р.Ч.Селли отме-чает, что электрофации, выделенные по каротажу, "дают возможность объ-ективно характеризовать и сравнивать между собой осадки без использо-вания субъективно определяемых геологическими методами фаций (с.292)".
Выводы
1. Палеогеографические карты составляются с использованием большого количества данных, свидетельствующих о степени солености, кислотности, динамике и температуре водной среды, глубине дна водного бассейна, где происходит слоеобразование.
2. Такие карты демонстрируют пространственно-генетические связи полезных ископаемых с определенными типами палеогеографических об-становок и литофаций. Тем самым поиск полезного ископаемого ограни-чивается площадью развития соответствующих фаций и обстановок осад-конакопления. В этом и заключается прогнозная ценность литофациаль-ных и палеогеографических карт.
3. На нефтегазоносных территориях литофациальные и палео-географические карты составляются для определения генетического типа природного резервуара, прогнозирования пород-коллекторов высоких классов и ловушек нефти и газа литологически и стратиграфически огра-ниченных типов.
4. В настоящее время для решения ряда литологических и палео-геологических задач, решаемых на нефтегазоносных территориях ши-роко используются современные методы получения количественной информации, записываемые и обрабатываемые на компьютерах. К ним относятся геофизические, геохимические методы и математическое мо-делирование.
252
Таблица 38
Условные обозначения к палеогеографическим картам
253
254
255
256
257
258
в ПРИРОДНЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ НЕФТИ И ГАЗА ЗАПАДНО - СИБИРСКОГО БАССЕЙНА
Западно-Сибирский нефтегазоносный бассейн является уникальным
в мире по своим запасам газа. Здесь ежегодно добывается около
550млрд.м3 газа (36% от мировой добычи) и около 300млн.т нефти. Мак-симальная добыча нефти в Западной Сибири была достигнута в 1988 году - 405, 7млн. т. В 1999 году в разработке находилось 120 нефтяных место-рождений. Из недр Тюменской области извлечено газа свыше 7трлн.м3, нефти - свыше 8млрд.т. Экспорт нефти из России в дальний зарубеж в 2000 году составил 102млн.т, газа - 125млрд. м3, в страны СНГ - 75 млрд.м3. В 2003 году в России было добыто 450млн. т. нефти, экспорт нефти составил 255млн.т. Потребителями газа в России являются электростанции - 41%, промышленность - 30%, бытовые газовые плиты - 15%, сельское хозяйство и другие потребители - 14%. Потенциальные ресурсы по газу оцениваются
в 50трлн.м3.
В тектоническом отношении Западно-Сибирский нефтегазоносный бассейн представляет собой гигантскую пологую чашеобразную мегасин-клизу площадью свыше 2млн.км2, заполненную терригенными осадками мезозойско-кайнозойского возраста. В гидрогеологическом отношении это - водоносный (артезианский) бассейн, природный резервуар глобального ранга глубиной до 3-3,5км в районе г. Сургута,
5-6км - в районе Уренгоя и Тазовского. В наиболее глубоких впадинах ме-гасинеклизы (Ямало-Гыданской, Усть-Енисейской, Надым-Пурской) в строении осадочного покрова участвуют пермо-триасовые слои. На остальной территории осадочный чехол сложен юрскими, меловыми и па-леогеновыми отложениями терригенного типа. Неоген присутствует на южной окраине мегасинеклизы - в Омской, Чулымской и Кулундинской впадинах. Объем осадочного чехла составляет 8-9 млн.км.3
9.1. Нефтегазоносные комплексы и пласты-резервуары Западно-Сибирского осадочного бассейна
Осадочный бассейн расчленен на водоносные комплексы, которые представляют собой природные резервуары регионального ранга. Границы их в вертикальном разрезе проведены по подошве перекрывающих их ре-гиональных флюидоупоров. В книге "Геология нефти и газа Западной Си-бири" (1975) излагается концепция авторы: (Ю.Г.Зимин, А.Э.Конторович, И.И.Нестеров, Б.П.Ставицкий), согласно которой в юрско-меловой части разреза выделяются три водоносных комплекса: неокомский, юрский, апт-альб-сеноманский. Комплексы подразделены на водоносные горизонты,
259
разделенные друг от друга флюидоупорами субрегионального и зонально-го рангов. В юрском водоносном комплексе выделены нижне-среднеюрский и верхнеюрский горизонты. Неокомский комплекс подраз-делен на три водоносных горизонта: берриас-валанжинский, валанжин-готеривский, готерив-нижнеаптский.
Часть водоносного (артезианского) бассейна, содержащая нефтя-ные и газовые залежи, называется нефтегазоносным бассейном. Нефте-газоносный бассейн разделен на нефтегазоносные области и районы. В границах нефтегазоносного бассейна юрско-меловые водоносные ком-плексы и горизонты (подкомплексы) содержат нефтяные или газовые и газоконденсатные скопления, называются нефтегазоносными комплек-сами, подкомплексами, горизонтами. Верхняя часть осадочного бас-сейна, начиная от туронского яруса до нижнего олигоцена включитель-но сложена глинистыми и кремнисто-глинистыми формациями общей мощностью около 500м, играющими роль регионального флюидоупора. Над этим флюидоупором залегает самый верхний, среднемиоцен-антропогеновый комплекс песчано-глинистых отложений, насыщенный пресными водами. Водоносные (они же нефтегазоносные) горизонты (подкомплексы) состоят из нескольких водонасыщенных пластов, мощ-ность которых обычно составляет 10-20м. В зонах ловушек эти пласты-резервуары могут содержать скопления нефти и газа. Каждый пласт-резервуар разделен от другого такого же пласта пластом-флюидоупором. Иногда проницаемые пласты делятся на пропластки, разделенные друг от друга пропластками-флюидоупорами.
12) книге дано определение некоторых геологических терминов, при-меняемых в нефтегазовой геологии (с.78):"Пласт представляет собой одно-родное по литологическому составу геологическое тело сравнительно не-большой мощности и протяженности с четкими литологическими грани-цами в кровле и подошве. Пласт является составной частью пачки, подсви-ты и свиты. Пластам присваиваются буквенные, цифровые и буквенно-цифровые индексы. В каждой свите нумерация пластов производится сверху вниз. В некоторых случаях единая индексация может охватывать две или даже три смежные по вертикали свиты".
На специальных региональных совещаниях в пос. Горно-Правдинск (1965г.) и г.Сургуте (1968г.) для обозначения пластов-резервуаров были приняты следующие буквенно-цифровые индексы:
ПК для пластов покурской свиты (верхний апт-альб-сеноман); НП ---,,--- новопортовской толщи (верхний валанжин); ТП ---,,--- танопчинской свиты (баррем-апт); СД ---,,--- суходудинской свиты (валанжин); НХ ---,,--- нижнехетской свиты (готерив);
260
| Ач | ---,,--- | ачимовской толщи (берриас); |
| Ю0 | ---,,--- | баженовской свиты (волжский ярус); |
| Ю1 | ---,,--- | верхнеюрского отдела (васюганская свита); |
Ю2, Ю3 и т.д. ---,,--- средней и нижней юры (тюменская свита);
неокомском нефтегазоносном комплексе пласты-резервуары ин-дексируются буквами А - от алымской свиты до пимской глинистой пачки
В Б - ниже пимской пачки. При этом для каждого нефтегазоносного района к буквам А и Б добавляется начальная буква названия района (рис.80):
Рис. 80. Расчленение осадочного разреза Сургутского нефтеносного района (Западная Сибирь) на пласты-резервуары и покрышки. Составил Е.М.Максимов
261
АС1, АС2, АС3 и т.д . для Сургутского района; БС1, БС2, БС3 и т .д. для Сургутского района; АВ1, АВ2, АВ3 и т.д . для Вартовского района; БВ1, БВ2, БВ3 и т.д. Вартовского района;
Позже такая система индексации была принята для Пурпейского, Уренгойского, Тазовского, Ямальского и Гыданского районов.
Если два и более пласта ввиду отсутствия между ними надежных покрышек объединены в один резервуар, то под индексом ставятся номера объединенных пластов. Например, индекс АВ1-5 означает, что пять пластов объединены в один более крупный резервуар. Если пласт разделен по-крышками на несколько выдержанных пропластков, то для каждого про-пластка ставится номер сверху индекса. Например, БС110, БС210.
В флюидоупорам регионального ранга относятся глинистые свиты и горизонты титон-берриасского возраста, нижнего валанжина, туронского яруса, сенона и палеогена. Толщина титон-берриасского флюидоупора со-ставляет около 100м, турон-палеогенового - около 500м. Флюидоупорами субрегионального ранга являются глинистые свиты и горизонты келловей-ского яруса, чеускинской (верхний валанжин), пимской (верхний готерив) пачек, алымской (нижний апт) и ханты-мансийский (нижний альб) свит. Толщина их составляет 10-100м. Примерами флюидоупоров зонального ранга являются глинистые слои-покрышки, залегающие над каждым пла-стом-резервуаром групп А и Б неокомского нефтегазоносного комплекса. Они имеют изменчивую мощность (от 5 до 30м), но прослеживаются от площади к площади в границах одного сводового поднятия или большей его части. Флюидоупоры локального ранга прослеживаются в пределах одного-двух локальных поднятий.
Одним из основных свойств пластов – резервуаров является не-однородность, которая обусловлена условиями среды их образования. Физически неоднородность пласта выражена появлением внутри него практически непроницаемых, плотных пород. В песчаных пластах не-однородность проявляется наличием внутри него слоев и прослоев гли-нистых пород. Каждый пласт в той или иной степени неоднороден. За-дача заключается в том, чтобы на фоне этой неоднородности выявить положительные и отрицательные аномалии. В нашем случае положи-тельными аномалиями являются зоны улучшенных коллекторов, а от-рицательными - зоны глинизации пласта. Для выявления этих аномалий нам нужно делать измерения и вычисления по скважинам коэффициен-тов песчанистости, глинистости, пористости, проницаемости пласта, построить карты изолиний этих параметров. После таких построений будет видно, в каком направлении коллекторский пласт теряет свои ка-чества или выклинивается полностью.
262
Таблица 39