Лекция 13 Литологические и палеогеографические предпосылки формирования в осадочном чехле пород-коллекторов и пород-флюидоупоров

Фация. Понятие фация появилось около 300 лет назад в работах датского ученого Н. Стено. А. Гресли в 1839 году впервые применил термин фация для обозначения изменений одновозрастных отложений в горизонтальном направлении и вертикальной последовательности. Впоследствии именно эта трактовка была развита в работах Н. А. Головинского, Л. Б. Рухина, Г. Ф. Крашенинникова и др.

По мнению этих авторов, под фацией понимается комплекс отложений, отличающихся составом и физико-географическими условиями образования от соседних отложений того же стратиграфического интервала. Как отмечает Г. Ф. Крашенинников, здесь подчеркнуты следующие моменты:

• 1. Фация — реально существующий в природе объект, комплекс отложений, характеризующийся определенным вещественным составом, формой тела, стратиграфическим возрастом;
• 2. Комплекс отложений, относимых к одной фации, характеризуется общностью физико-географических условий образования; следовательно отложения объединяются в фации на основании генетических признаков;
• 3. Физико-географическая обстановка, в которой образовались отложения каждой конкретной фации, отличается от соседних обстановок; следовательно, фации выделяются и рассматриваются обязательно в сравнении с другими фациями, что позволяет восстанавливать условия образования отложений определенного стратиграфического интервала разреза.

По другим представлениям (Ю. Жемчужников, Н. М. Страхов и др.) под фацией понимают те физико-географические условия, в которых образовались породы.

Сближает два основных направления в трактовке понятия фация определение, предложенное Н. В. Логвиненко в 1973 г., согласно которому фация — это обстановка осадконакопления, современная или древняя, овеществленная в осадке или породе.

В отдельных случаях термин фация употребляется для обозначения некоторых частных особенностей строения горных пород или среды осадкообразования. Например, геохимические фации Л. В. Пустовалова.

Важен вопрос об объеме понятия фация. Наиболее конкретно на него ответил географ и зоолог Л. С. Берг в 1945 г., считавший фацию? наименьшей? неделимой единицей ландшафта, в пределах которой происходило осадконакопление.

Основные задачи фациального анализа:

• 1. Выделение в разрезе фаций, благоприятных для образования нефтематеринской и газоматеринскох отложений.
• 2. Изучение литологических и палеогеографических факторов, предопределяющих распространение в разрезе осадочного чехла пород-коллекторв и покрышек.
• 3. Изучение фациальных условий образования ловушек не-структурного типа.

Емкостно-фильтрационные свойства горных пород в значительной мере определяются литолого-фациальными условиями осадконакопления. Так, среди получивших наибольшее распространение в осадочном чехле как в прошлом, так и в современную эпоху отложений морского генезиса породы-коллекторы имеют максимальное развитие в прибрежных и мелководно-шельфовых образованиях.

В прибрежных зонах, на глубинах моря до 30 м, охватывающих при пологом рельефе обширные площади, вследствие перемещения береговой линии во времени в результате развития трансгрессий и регрессий терригенные породы-коллекторы образуют выклинивающиеся вверх по восстанию пласты, слагают расположенные параллельно бере-гу валы и гряды высотой до нескольких метров, баровые тела, береговые дюны, пляжевые образования. Здесь также бывают хорошо выражены базальные горизонты, залегающие в основании трансгрессивных серий. Прибрежная зона шельфа максимально подвержена действию приливов и отливов и, располагаясь между уровнями наиболее высокого прилива и самого низкого отлива, имеет большую гидродинамическую активность вод. В результате происходит постоянное взмучивание осадков, сортировка их по размеру, шлифовка поверхностей обломочных зерен. Среди прибрежных отложений наиболее широко распространены песчаники с незначительной примесью глинистых частиц, окатанными зернами и характерной разнонаправленной косой слоистостью. Полимиктовые песчаники образуются вблизи разрушающихся кристаллических пород. В результате их неоднократного переотложения возникают кварцевые пески. Карбонатные отложения в этой зоне широко представлены оолитовыми, органогенными, органогенно-обломочными и обломочными разностями.

В связи с этим именно прибрежные фации чрезвычайно благоприятны для обнаружения мощных относительно выдержанных терригенных, терригенно-карбонатных и карбонатных коллекторов с высокими емкостно-фильтрационными свойствами.

Характерная особенность прибрежных фаций — развитие разнообразных аккумулятивных форм рельефа, служащих при ограничении их непроницаемыми породами литологическими резервуарами для нефти и газа. Наибольший интерес среди аккумулятивных тел прибрежных фаций представляют бары.

Как показывают материалы по изучению коллекторов на больших глубинах, терригенные коллекторы высокого класса сохраняются на глубинах более 4 км лишь в областях развития прибрежно-морских отложений, образовавшихся при большой гидродинамической активности среды осадконакопления — отложения баров, отмелей, потоков и т. д.

Исследования К. И. Багринцевой показали, что органогенные, органогенно-обломочные и обломочные карбонатные породы прибрежной и мелководной зон характеризуются высокой седиментационной пористостью. Это, в частности, объясняется тем, что в осадках с повышенным содержанием ОВ выделяется большое количество углекислого газа, способствующего развитию процессов растворения известняков. Развивающаяся впоследствии на стадии диагенеза и эпигенеза вторичная пористость, в первую очередь связанная с выщелачиванием карбонатных пород, наиболее интенсивно проявляется в породах с высокой первичной пористостью; «залечивания» седиментационных и диагенетических пор полностью не происходит.

Именно в этой зоне формируются каверново-поровые типы коллекторов с высокими емкостно-фильтрационными свойствами. Для слабосцементированных биоморфных, органогенно-детритовых и обломочных типов карбонатных пород значения проницаемости превышают 0,1 мкм2, открытая пористость составляет 20−30%, а эффективная пористость близка к ней, что связано с низким содержанием в коллекторах остаточной воды (10−15%).

Прибрежные отложения, как правило, не содержат непроницаемых пород регионального и зонального распространения. Подчиненное развитие глинистых пород в этой зоне, высокое содержание в них песчаной и алевритовой примеси, сильная расслоенность приводят к формированию в последующем лишь локальных покрышек, способных контролировать небольшие по запасам залежи. Породы-флюидоупоры более высокого качества следует искать в перекрывающих отложениях, представленных трансгрессивными сериями более глубоководных частей морских бассейнов.

Фации мелководных частей шельфа образуются на глубинах моря от 30 до 100 м. Здесь еще продолжает сохраняться значительная гидродинамическая активность вод. Эта зона густо заселена разнообразным бентосом, высшими и одноклеточными водорослями, рифообразующими кораллами, губками. Здесь формируются различные типы терригенных, терригенно-карбонатных и хемогенных осадков.

Образованиями мелководных фаций, представляющими большой интерес для нефтяников, являются различные органогенные постройки, в первую очередь береговые и краевые рифы.

Ширина шельфовой зоны при неоднократных перемещениях береговой линии может достигать на платформах нескольких сот километров.

Мелководные морские отложения служат местом накопления мощных, выдержанных по простиранию терригенных и карбонатных пород с большой долей коллекторов высокого класса. Примером выдержанных терригенных коллекторских толщ мелководного генезиса служат сеноманские песчаники севера Западно-Сибирской привинции.

Среди карбонатных пород наибольшее промышленное значение имеют собственно рифы и рифогенные фации, образовавшиеся в условиях высокой гидродинамической активности среды осадконакопления. Формирующиеся здесь коллекторы каверно-порового и порового типов, по данным К. И. Багринцевой, имеют проницаемость более 1 мкм2, пористость 25−35%, коэффициент нефтегазонасыщенностьи более 0,9. В мелководном море со средней гидродинамической активно-стью среды осадколнакопления в органогенных, органогенно-обломочных и обломочных карбонатных породах формируются поровые коллекторы проницаемостью до 0,5 мкм², пористостью 17−25%, коэффициентом нефтегазонасыщенности 0,7−0,9.

Из глинистых отложений мелководно-морских фаций впоследствии формируются, как правило, покрышки невысокого качества, зонального и локального площадного распространения, что объясняется значительной примесью в глинах песчано-алевритового материала, как рассеянного, так и в виде прослоев.

Для шельфовых отложений, образовавшихся на глубинах 100−200 м, характерно накопление осадков при слабой гидродинамической активности вод, без существенной смены обстановки на больших пло-щадях. Среди органогенных пород развиты фораминиферовые извест-няко, диатомиты, опоки. Широко распространены хемогенные — кар-бонатные, кремнистые, фосфорит и глауконитсодержащие.

Среди умеренно-глубоководных отложений породы-коллекторы встречаются значительно реже. Участки их развития бывают приурочены к районам донных течений, мутьевых потоков и подводных оползней. Аналогичные условия накопления коллекторских толщ характерны и для глубоководных батиальных областей.

Умеренно-глубоководные и глубоководные фации служат областями развития региональных глинистых покрышек высокого каче-ства. В этих частях морских бассейнов формируются мощные глинистые толщи гидрослюдистого и монтмориллонитового состава, содержащие незначительную примесь песчаного материала и выдержанные на больших территориях.

Отложения переходного типа (от морских к континентальным) в осадочном чехле пользуются ограниченным распространением. К переходным фациям относятся отложения лагун, лиманов, дельт. Общие особенности строения отложений этого типа — пестрота состава, невыдержанность его по площади и разрезу, присутствие органических остатков как животного, так и растительного происхождения.

Резкая фациальная изменчивость отложений способствует образованию в дельтах многочисленных литологических ловушек. Литологическими экранами, в основном локального распространения, служат глинистые отложения дельт.

В континентальных отложениях породы-коллекторы чаще всего приурочены к корам выветривания и руслам древних рек.

Таким образом, прогнозирование фильтрационно-емкостных свойств коллекторов, экранирующих свойств покрышек и их измене-ний по площади базируется на результатах фациального анализа с учетом последующих катагенетических изменений. При таком подходе становится возможным выявление закономерностей изменения свойств пород в пространстве в условиях большего или меньшего дефицита фактических данных.

Фациальный анализ, а последующий прогноз коллекторских и экранирующих свойств пород рационально проводить для генетически единых толщ, характеризующихся закономерным изменением всех параметров по площади и разрезу, т. е. для формаций.