Грязевые вулканы как признаки существования залежей нефти

Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования Иркутский Государственный Университет Геологический факультет Кафедра геологии нефти и газа Курсовая работа На тему: Грязевые вулканы как признаки существования залежей нефти Иркутск, 2009 г.

Содержание Терминологический словарь Аннотация Введение

1. Распространение грязевых вулканов

2. Строение и морфология грязевых вулканов

3. Деятельность грязевых вулканов

4. Продукты извержения

4.1 Твердые компоненты

4.2 Жидкие компоненты

4.3 Газообразные компоненты

5. Факторы образования грязевых вулканов

6. Грязевые вулканы как признаки нефтегазоносности Заключение Библиография грязевый вулкан нефть залежь

Терминологический словарь

Аннотация Рассматриваются условия и механизм образования грязевых вулканов, их деятельность, продукты извержения, морфология, главные факторы образования. Закономерности размещения грязевых вулканов использованы в качестве критериев при прогнозировании газонефтеносности недр.

Библиография — 11 наименований Рисунков — 2

Введение

В комплексе геолого-геофизических исследований изучение грязевого вулканизма очень актуально. Грязевой вулканизм — совокупность процессов, обуславливающих подъем и выброс на поверхность по выводным каналам размягченных пластовыми водами глинистых масс, обломков твердых пород и преимущественно углеводородных газов и приводящих к образованию из продуктов извержений своеобразных геологических тел — грязевых вулканов. Анализ продуктов деятельности грязевых вулканов имеет важное значение при выяснении генезиса углеводородных скоплений в осадочной толще земной коры, оценке перспектив нефтегазоносности и еще не вскрытых бурением отложений, определении состава флюидов и вмещающих пород, а также степени и характера насыщенности их различными полезными ископаемым.

Первыми исследователями грязевых вулканов были П. Паласс, А. Гумбольдт, Г. Абих, Ф. Малле, К. Гюмбель. Дальнейшее развитие в учении о грязевом вулканизме получило в трудах Д. В. Голубятникова, А. Д. Архангельского, И. М. Губкина, С. Ф. Федорова, С. А. Ковалевского, А. А. Якубова, П. П. Авдусина, А. Б. Ронова и др. Ведущая роль в изучении грязевого вулканизма принадлежит ученым и геологам Азербайджана, в пределах которого сосредоточено около 1/3 грязевых вулканов земного шара.

Грязевые вулканы распространены в пределах нефтегазоносных площадей на участках с мощным осадочным слоем земной коры, где в разрезе, как правило, присутствуют глинистые породы, служащие покрышкой залежей. Наличие глин является необходимым фактором развития грязевого вулканизма.

Грязевые вулканы в какай-то мере являются аналогом магматических вулканов, однако в отличие от них на поверхность Земли извергается не раскаленная лава, а в разной степени разжиженные осадочные породы, которые носят название грязевулканической или сопочной брекчии. Сопочная брекчия, как и лавовые потоки, радиально распространяется из кратера. В целом продукты грязевого вулканизма аналогично продуктам магматического вулканизма состоят из твердых, жидких и газообразных компонентов.

Широко известна методика изучения геологического разреза по шламу при бурении скважин. Шлам сложен мелкими обломками пород, которые выносятся на поверхность буровым раствором. В этом отношении каждый грязевой вулкан представляет собой природную буровую скважину, которая доставляет на поверхность обломки пород практически со всего столба, питающего его канала. Такого рода буровые особенно важны в глубоководных участках Мирового океана, где бурение встречает массу затруднений. В то же время отбор проб сопочных брекчий, вынесенных глубоководными грязевыми вулканами, обходится на несколько порядков дешевле, чем бурение скважин, и не вызывает технических проблем.

1. Распространение грязевых вулканов Грязевые вулканы можно встретить практически повсеместно, где мощность осадочных пород достигает первых километров. В число таких участков входят как наземные области, так и акватории морей и океанов — начиная от шельфовых областей и кончая глубоководными (более 2−3 км) зонами. К настоящему времени число обнаруженных действующих (или временно неактивных) грязевых вулканов уже превышает несколько тысяч. В распределении грязевых вулканов наблюдается та же закономерность, что и для магматических вулканов — подавляющая их часть приурочена к Альпийско-Гималайскому и Тихоокеанскому подвижным поясам.

Грязевые вулканы выявлены в зал. Кадиз Восточной Атлантики, на побережьях и акваториях Средиземного, Черного и Каспийского морей, в Закаспии, Индии и Бирме, на многочисленных островах Тихого океана, в Северо-Восточной Мексике, Венесуэле, Колумбии, а также в других районах подвижных поясов. Найдены грязевые вулканы в тектонически пассивных условиях, в частности, а районе Мексиканского залива, на плато Воринг (северо-восточная Атлантика) и на континентальной окраине Норвегии. Таким образом, грязевый вулканизм можно считать глобальным геологическим явлением.

Принципиальная схема строения грязевого вулкана показана на рис. 2. В вертикальном сечении грязевого вулкана выделяются три главных его элемента: грязевулканическая постройка; питающий или подводящий канал; область корней вулкана.

Грязевулканическая постройка в разрезе обычно имеет вид полого, часто усеченного конуса. Конус сложен сопочной брекчией, потоки которого могут иметь несколько генераций. Поперечные размеры грязевых вулканов (диаметр их основания) изменяются в широких пределах — от первых сотен метров до почти 10 км. Высота грязевых вулканов по сравнению с их диаметром относительно небольшая: даже у самых крупных из них она редко превышает 300 м, поэтому крутизна склонов грязевых вулканов не более первых градусов. Такое соотношение диаметра и высоты объясняется низкой плотностью сопочной брекчии, способной растекаться на расстояние в несколько километров, и её подверженностью эрозии. Обычно наземные грязевые вулканы имеют большую высоту по сравнению с подводными. У таких грязевых вулканов центрального типа обычно наблюдается хорошо оформленный кратер поперечником из нескольких десятков до первых сотен метров (рис.3). Помимо основного кратера на склонах грязевых вулканов часто встречаются мелкие вторичные выходы жидких и газовых компонентов, которые называют сальзами и грифонами.

Рис. 2 Строение грязевых вулканов

3. Деятельность грязевых вулканов В развитии подавляющего большинства грязевых вулканов А. А. Якубов различает три стадии:

Стадия формирования грязевулканического очага, обусловленная особенностями развития элизионной системы Стадия извержения грязевого вулкана, в значительной степени отражающая состав и условия залегания грязевулканического очага Стадия пассивной грифонно-сальзовой деятельности, видоизменяющая последствия извержения грязевого вулкана и подготавливающая следующее его извержение.

Первая стадия протекает на фоне аккумуляции терригенно-глинистых отложений, углубление впадин и поступления флюидогенерирующих глин в области повышенных температур и давлении. При этом первичные свойства захороняемых глин предопределяют те соотношения компонентов во флюидах грязевулканического очага, которые играют большую роль в определении типа извержения и даже морфогенетического типа грязевого вулкана; в этом отношении грязевой вулканизм очень похож на лавовый, в котором, как известно, кислотность — щелочность магмы и коэффициент экспозивности предопределяют особенности извержения и характер вулканической постройки.

Вторая стадия развития грязевого вулкана начинается с вскрытия грязевулканического очага системой разломов и трещин, что связывает переход закрытой физико-химической системы в открытую. Этот процесс сопровождается фазовой дифференциацией вещества и одновременным движением масс от очага к дневной поверхности.

Главным фактором, регулирующим извержение, является падение давления и температура. Снижение давления очень интенсивно воздействует на пластичность разжиженных глин.

Третий, сальзово-грифонный этап развития грязевого вулкана с одной стороны можно рассматривать как завершение извержения, а с другой — как подготовку следующего катаклизма. В этот период на глубине, в области очага вулкана, регенерируется СВПД, поскольку развивающиеся элизионные процессы в условиях физико-химической системы способны восстанавливать свои исходные параметры (Р, Т). Одновременно уменьшается проницаемость той пробки, которая запечатывает грязевулканический канал.

Однако Р. Р. Рахманов выделяет две стадии: пассивную — грифонно-сальзовую и активную — пароксизмальную.

На первой стадии происходит спокойное и продолжительное выделение сравнительно небольшого объема газов, грязи и воды (в отдельных случаях с пленкой нефти) из вторичных эруптивных центров. Вторая стадия характеризуется мощным выбросом газов и излиянием на поверхность большого количества брекчии и протекает обычно кратковременно.

Грифонно-сальзовая стадия На этой стадии грязевые вулканы в одних случаях выделяют газ, воду или грязь (ил), в других — еще и нефть (чаще в виде пленок). Причем интенсивность и объем флюидов, выделяющихся из вторичных эруптивных центров вулканов — сопок, сальз и грифонов, обычно непостоянны. Они меняются даже в течение небольших отрезков времени.

Стадия пароксизма Обычно извержение начинается внезапно. Ему предшествует подземный гул или громоподобный грохот. Через некоторое время после этого происходит выброс относительно небольшого объема грязевулканической брекчии. Затем следует прорыв газа (часто самовозгорающегося) с образованием столба пламени высотой в несколько сот метров и далее происходит излияние основной массы брекчии.

После бурного извержения давление флюидов в нефтегазоносных толщах, питающих вулкан, резко снижается, и движение газа, воды и брекчии в жерле вулкана замедляется, а затем совсем прекращается. Это вызывает оседание сопочной брекчии, происходит частичная или полная закупорка жерла.

4. Продукты извержения

4.1 Твердые составляющие Твердые компоненты разделяются на основную массу (матрикс) и включенные в него обломки. Матрикс представляет собой наиболее тонкую фракцию обломочной составляющей сопочной брекчии. Чаще всего он имеет песчано-алевралито-глинистый состав. Обломки пород имеют размеры от песка до крупных обломков и крупных блоков в несколько метров в поперечнике. Количество обломков пород среди твердых продуктов извержений, как правило, не превышает 25−30%

Они состоят из различных беспорядочно накопленных обломков (размером ~ от 0,2 до 20 см) осадочных пород разного стратиграфического возраста и из грязи (шлама), цементирующей эти породы. Брекчия грязевых вулканов обладает большим водонасыщением и способна под влиянием воды разжижаться, расплываться и приобретать текучесть.

Объем твердой массы, выбрасываемой за одно извержение, огромен — до 5 млн. м3

В составе твердых выбросов преобладают глинистые породы. На долю же песчано-алевролитовых разностей, известняков, доломитов и др. пород приходится не более 8−30% всей массы брекчии.

В твердых выбросах грязевых вулканов установлено более 100 минералов (оксиды, слюды, карбонаты, сульфиды и сульфаты) и до 30 микроэлементов (группы Fe, щелочноземельные, редкие и рассеянные и халькофильные) В составе твердых выбросов преобладают глинистые породы. На долю же песчано-алевролитовых разностей, известняков, доломитов и др. пород приходится не более 8−30% всей массы брекчии.

В твердых выбросах грязевых вулканов установлено более 100 минералов (оксиды, слюды, карбонаты, сульфиды и сульфаты) и до 30 микроэлементов (группы Fe, щелочноземельные, редкие и рассеянные и халькофильные) Исследования А. А. Якубова и Ад.А. Алиева (1977 г.) показали, что в брекчиях г. в. по сравнению с коренными породами содержится больше битуминозных веществ.

4.2 Жидкие компоненты По сравнению с твердыми выбросами и газами количество воды и нефти, выделяемых из грязевых вулканов, значительно меньше.

Дебеты вод, выделяющихся из них, колеблются от 0,01 до 12 м3/сут.

Значительное количество подземных вод выносится вулканами во время извержений в составе твердых выбросов.

В водах грязевых вулканов количественном отношении преобладают ионы Cl и Na, на долю которых приходится ~ 80−99%*экв из общего количества солей. В меньшем количестве — гидрокарбонаты щелочей и щелочно-земельных металлов. Воды грязевых вулканов преимущественно бессульфатные, слабоминерализованные, щелочные и относятся в основном к гидрокарбонатно-натриевому типу, хлоридной группе и натриевой подгруппе (по классификации В.А. Сулина).

Среди микрокомпонентов установлены В (от 10 до 624 мг/л), Br (20−485 мг/л) и J (2−114 мг/л). Гидрохимические особенности вод грязевых вулканов свидетельствуют о единстве геогидрохимических условий формирования пластовых вод нефтегазовых месторождений и вод грязевых вулканов.

Сравнение минерализации вод грязевых вулканов показало, что в пределах небольших грязевулканических проявлений выделяют высокоминерализованные воды, а более крупные вулканы — слабоминерализованные воды.

4.3 Газообразные компоненты Выделение газа происходит при их извержении и грифонно-сальзовой деятельности. Большинство извержений сопровождается выбросами большого количества газов. Дебет газов варьируется в широких пределах. Интенсивность газовыделения из отдельных выходов (до 40 тыс. м3/сут) непостоянна, она меняется даже за сравнительно небольшой отрезок времени.

По заключению Ф. Г. Дадашева, количество выделяемого грязевыми вулканами газа вполне увязывается с объемом газа, генерированного в толще осадочных пород, содержащих в среднем 1% органического углерода.

Исследования показали, что главная составная их часть — метан (СН4) (до 99,8%), его гомологи (этан, пропан и др.), углекислота и азот. Инертные газы (He, Ar), H2 и сероводород имеют подчиненное значение.

Анализы газов г. в. показывают, что в газах, выделяющихся из крупных вулканов, концентрация СН4 достигает наименьшего значения при незначительном содержании азота (N2) и СО2, которое, наоборот, повышено в газах небольших вулканов.

Для выяснения генезиса газов грязевых вулканов И. Л. Каменским, использовалось соотношение изотопов гелия (3Не/4Не), С. Д. Гемпом — соотношение изотопов углерода (13С/12С) метана и углекислоты. Значения отношения 3Не/4Не в газах ряда вулканов Таманского п-ова, Восточной Грузии, Азербайджана, Юго-Западной Туркмении и Южного Сахалина показывают на тесную связь газов грязевых вулканов с осадочным комплексом отложений.

В результате обработки фактических данных о составе газов грязевых вулканов выявлен ряд закономерностей в изменении их химического состава, а также сделаны выводы об их сходстве с составом газов нефтегазовых месторождений.

Геохимический состав газов свидетельствует, что он поступает с глубины в несколько километров. Такой же вывод подтверждается результатами изотопного изучения углерода метана.

5. Факторы образования грязевых вулканов Процесс извержения и продукты деятельности грязевых вулканов свидетельствуют о том, что «видимыми» факторами, обуславливающими их существование, являются присутствующие в осадочной толще соответствующих нефтегазоносных областей газовые скопления, глинистые породы и пластовые воды.

Грязевые вулканы развиваются в прогибах (впадинах), характеризующихся большой мощностью осадочной толщи (8−22 км). Фактические данные по газонасыщенности осадочного выполнения прогибов (впадин), осложненных грязевым вулканизмом, показывают, что существующие в них геохимические и термодинамические условия благоприятствовали формированию нефтегазоносных свит в мезозойско-кайнозойских отложениях. Области развития грязевого вулканизма территориально соответствуют тем или иным зонам нефтегазонакопления, где выявленные месторождения нефти и газа на современном этапе разведанности недр приурочены в основном к среднемиоцен-плиоценовому интервалу разреза отложений. Распространение грязевых вулканов в глубоко погруженных прогибах (впадинах) не случайно. Наиболее глубоко погруженные слои осадочной толщи, как считают И. В. Высоцкий, А. А. Геодекян, С. Г. Неручев, Е. А. Рогозина, В. А. Соколов, генерируют в основном углеводородные газы, являющиеся в грязевулканическом процессе движущей силой. В связи с тем, что грязевые вулканы за пределами областей глубокого прогибания не встречаются. На глубинах более 5−6 км с жесткими термобарическими условиями генерация газа протекает в масштабах, необходимых для выноса пород на поверхность.

К факторам, обуславливающим образование грязевых вулканов, относится также наличие разрывных нарушений второго порядка, осложняющих антиклинальные зоны нефтегазоносных провинций. Повсеместно установлена приуроченность грязевых вулканов к продольным нарушениям или к узлам пересечения продольных и поперечных разрывов. А также смятие осадочного комплекса отложений в антиклинальные структуры. Поэтому все грязевые вулканы, как правило, приурочены к локальным складкам.

Таким образом, основными факторами, обуславливающими формирование грязевого вулканизма, являются: слаболитифицированный кайнозойский разрез; наличие газогенерирующих толщ в разрезе; высокий тепловой поток; сейсмичность; смятие осадочного комплекса отложений в резко выраженные складки; наличие сплошных разрывных нарушений.

6. Грязевые вулканы как признаки залежей нефти и газа Еще в 1932 г. Н. И. Воскобойников и А. В. Гурьев указывали на закономерную связь между грязевыми вулканами и нефтяными месторождениями Азербайджана и Таманского п-ова. Г. В. Абих, говоря о магматическом происхождении грязевых вулканов, не исключал их взаимосвязь с нефтеносностью.

Приуроченность грязевых вулканов к нефтегазоносным областям известна уже более ста лет. Геологи-нефтяники рассматривают грязевой вулканизм в качестве одного из важнейших критериев перспективности того или иного региона на нефть и газ. Такая связь вполне закономерна: преобразование органического вещества на глубине одновременно продуцирует скопления углеводородов и порождает грязевые вулканы.

Детальное изучение продуктов деятельности грязевых вулканов в других регионах позволило также установить генетическую связь между ними и нефтегазоносностью недр. При этом одни исследователи приписывают грязевым вулканам созидательную, а другие, наоборот, разрушительную роль в процессах формирования залежей нефти и газа.

Также давно известно, что зоны развития грязевого вулканизма характеризуются не только проявлениями нефти и газа, но и их месторождениями. Вместе с тем очевидным является и такой факт, как приуроченность наиболее крупных и активно действующих вулканов к складкам, сложенным глинистыми толщами нижних горизонтов молассовых разрезов.

Анализ пространственного размещения нефти и газа в продуктивной толще и истории развития среднеи верхнеплиоценового бассейнов осадконакопления и характера дизъюнктивных дислокаций, а так же сравнительное изучение складок, осложненных и не осложненных грязевыми вулканами, позволяют присоединиться к мнению исследователей, считающих залежи нефти и газа в продуктивной толще.

Геохимические исследования А.А. Али-Заде и Г. А. Ахмедова показали, что условия мелководья, особенно лагунного типа, наиболее благоприятны для нефтегазообразования, так как в них органический материал попадает в осадки, почти не испытав окисления, и его разложение создает восстановительную, слабовосстановительную или нейтральную геохимическую обстановку — одно из важнейших условий превращения захороненного органического вещества в УВ и образования сингенетично нефтеносных (нефтепроизводящих) свит. Благоприятная геохимическая обстановка создается при трансгрессивном характере осадконакопления, обеспечивающем быстрое захоронение органического материала.

Осадки продуктивной толщи Азербайджана отлагались в водном бассейне, окаймленном воздымающимися горными сооружениями. Здесь формировались фации краевых частей бассейна и лагунных заливов, постепенно увеличивающихся в связи с расширением трансгрессии моря века продуктивной толщи. Ввиду того, что в краевых частях Куринской впадины и Кусаро-Дивичинского прогиба осадконакопление шло в окислительной обстановке, признаки нефтегазоносности в них отсутствуют. В отличие от них участки, вдававшиеся в смежную сушу в виде заливов, и другие части бассейна осадконакопления характеризуются восстановительным или нейтральным геохимическим режимом. Эти области в плане совпадают с зоной повышенных битумизации ОВ и нефтегазоносности продуктивной толщи.

Пространственное размещение залежей нефти и газа в локальных складках показывает, что залежи располагаются на их любых участках. Время миграции углеводородов в определенных свитах было неразрывно связано с накоплением необходимой мощности осадков. В зависимости от мощности миграции флюидов в пределах тех или иных свит протекала или синхронно с их седиментацией, или позднее, после перекрытия их более молодыми осадками.

Исследованиями установлено, что размещение залежей нефти и газа как по разрезу, так и по площади обусловлено комплексом литологических, тектонических, геохимических, гидрогеологических и других факторов, а типы ловушек — условиями накопления осадков и последующим развитием тектонических движений и разрывных нарушений.

Было также установлено, что наиболее благоприятными условиями нефтегазообразования характеризуются горизонты, в которых песчано-алевритовые осадки чередуются с глинами.

Учитывая, что первичная миграция нефти и газа из нефтематеринской толщи начинается при критической нагрузки, отвечающей приблизительно глубинам 1,5 — 2 км, следует считать, что к началу акчагыльского века в нижних горизонтах уже началась миграция УВ и происходило скопление их в ловушках.

Для среднеи позднеапшеронского времени характерны интенсивное погружение синклиналей, рост антиклинальных зон, увеличение амплитуды продольных разрывов и образование поперечных нарушений, существенно влияющих на процесс формирования нефтяных и газовых залежей.

Процесс разрушения залежей нефти и газа особенно усиливается в антропогене, когда происходит интенсивный рост антиклинальных складок, резкое увеличение амплитуды продольных нарушений, образование многочисленных поперечных и радиальных разрывов.

Из этого следует, что в пределах основных нефтегазоносных областей формирование и размещение залежей нефти и газа в локальных складках, как и образование и деятельность грязевых вулканов, контролировалось тектоническим развитием областей накопления ОВ, определяющим региональное направление миграции нефтегазопродуктов и литофациальную изменчивость пород. Поэтому грязевой вулканизм следует рассматривать как прямой признак нефтегазоносности недр.

По данным профессора В. П. Исаева (2007) подобная ситуация грязевых вулканов наблюдается на Байкале. В прибрежной акватории Байкала отмечаются многочисленные выходы на поверхность горючих газов. Большинство газовых грифонов приурочено к дельтам крупных рек: Селенги, Баргузина и Верхней Ангары. Таким образом, на дне озера только на Бугульдейско-Селенгинской перемычке присутствует не менее 15 вулканов, а по всему Байкалу их общее число пока не известно. Грязевые вулканы предполагаются также и по берегам озера.

Таким образом, озеро Байкал и все впадины Байкальской рифтовой системы является новым, раннее неизвестным районом развития грязевого вулканизма. Наличие Байкальской грязевулканической провинции свидетельствуют, в свою очередь, о высоких перспективах нефтегазоносности кайнозойских отложений байкальских впадин и о значительной плотности запасов УВ в них.

Заключение

В нашей работе, опираясь на труды известных геологов, ученых и исследователей грязевых вулканов, мы рассмотрели распространение, деятельность грязевых вулканов, подробно рассмотрели продукты извержения, факторы образования и их связь с нефтегазоносностью.

Проведенные ими исследования позволили сделать следующие выводы:

Районы распространения грязевых вулканов связаны с областями развития мощной осадочной толщи (8−22 км), смятой в резко выраженные складчатые структуры, сложенные крупными нарушениями непрерывного развития, с благоприятными геохимическими условиями для формирования газообразных УВ.

Грязевой вулканизм как тектоническое явление связан с процессами складкои разрывообразования в комплексах отложений, сложенных преимущественно в нижней части терригенно-карбонатными, а в верхней — терригенными (с преобладанием глин) образованиями. Эти процессы обуславливают предельную концентрацию в них геогидростатического напряжения, вызывающего прорыв газов и излияние глинистых масс с включениями обломков пород.

Распределение грязевых вулканов контролируется составом, мощностью и степенью смятия в складки осадочного выполнения зон погружений подвижных поясов.

Закономерности размещения и структурной локализации грязевых вулканов служат одним из важных критериев при выборе первоочередных объектов для постановки поисково-разведочных работ на нефть и газ.

Библиография Р. Р. Рахманов «Грязевые вулканы и их значение в прогнозировании газонефтеносности недр», М. Недра, 1987 г.

А.Ф. Лимонов «Грязевые вулканы», МГУ, 2004 г.

В.П. Исаев «Грязевые вулканы впадин Байкальской рифтовой системы», ГОУ ВПО ИГУ, 2007 г.

В.Н. Холодов «О природе грязевых вулканов», Природа № 11, 2001 г.

А.А. Якубов «Динамика развития грязевого вулканизма»

А.А. Якубов и др. «Грязевой вулканизм Советского Союза и его связь с нефтегазоносностью», «ЭЛМ» Баку, 1980 г.

Х. Раст «Вулканы и вулканизм», М. /МИР/ 1982