Актуальность работы. Большая часть территории Ставропольского края в геологическом отношении изучена достаточно хорошо. Однако остаются недостаточно изученными особенности строения палеозойского комплекса пород, зональность развития и строение переходного комплекса и отдельных комплексов мезозоя, перспективы нефтегазоносности этих комплексов. Относится это, в первую очередь, к западной части территории края, что связано, прежде всего, с малым объемом сейсмических исследований, редкой сетью региональных сейсмических профилей, малым объемом параметрического бурения.
Многими исследователями территория Минераловодского тектонического поднятия (МТП) отнесена к малоперспективной для поисков залежей УВ, а поисковые работы на нефть и газ здесь остановлены в конце шестидесятых годов прошлого века и практически не возобновлялись.
За это время поменялись представления о перспективах нефтегазоносности-пород фундамента молодых плит. Залежи УВ обнаружены не только в корах выветриванияи эрозионных останцах палеозойских пород, непосредственно контактирующих с перекрывающими их толщами мезозоя, но и в глубокозалегающих горизонтах палеозоя и во внутренних частях гранитных интрузий, внедренных в палеозойские комплексы.
В настоящей работе обосновывается перспективность отдельных территорий Минераловодского поднятия на основе новой трактовки истории геологического развития поднятия на новейшем этапе, связи этих геологических событий с процессами генерации, миграции и зонального распределения УВ.
Изложенные в работе представления имеют, по нашему мнению, несомненную теоретическую и практическую ценность.
Цель работы. Обосновать особенности зонального распределения и типы ожидаемых ловушек УВ в пределах Минераловодского поднятия и прилегающих к нему территорий.
Основные задачи исследований.
1 Анализ имеющейся геологической, геофизической, геоморфологической информации об особенностях геологического строения и истории развития Минераловодского поднятия.
2 Выявление роли плиоцен-четвертичных .тектонических движений в становлении структурно-тектонического строения Минераловодского поднятия.
3 Оценка влияния тектоно-магматических событий новейшего времени на процессы миграции УВ и распределение возможных залежей.
4 Выяснение характера изменения экранирующих свойств покрышек, подвергшихся воздействию тектонических движений' новейшего времени и их роли в зональном распределении УВ.
Предмет и объект исследования.
Предметом изучения являются особенности нефтегазоносности территории, особенности зональности распределения’УВ по отдельным, стратиграфическим комплексам на основе выявления направлений миграционных потоков и условий сохранности залежей.
Объектом изучения является конкретный структурно-тектонический элемент — Минераловодское поднятие, обособленное от других, прилегающих к нему, элементов гипсометрическим положением фундамента, сокращенным разрезом осадочного чехла, историей геологического развития.
Основные защищаемые положения.
1 Особенности структурно-тектонического развития Минераловодского поднятия в плиоцен-четвертичное время, которое за указанный период испытало два этапа тектоно-магматической активизации, сопровождавшихся значительными воздыманиями, и окончательно оформилось в конце четвертичного времени.
2 Новые представления о порядке проявления отдельных фаз тектоно-магматических событий и связанных с ними процессов миграции УВ. Первая фаза, проявившаяся в начале плиоцена, отмечалась общим воздыманием Ми-нераловодского поднятия и внедрением многочисленных кислых диапиров. Второй этап соответствует четвертичному времени — он сопровождался воздыманием поднятия и ранее возникших магматических массивов амплитудой в несколько сотен метров и перераспределением существовавших залежей УВ.
3 Механизм восстановления экранирующих свойств пород в зависимости от величины литостатического давления и литологического состава пород, и его влияние на распределение залежей УВ.
4 Схемы зональности распределения ожидаемых скоплений УВ по отдельным стратиграфическим комплексам в зависимости от глубин их залегания.
Научная новизна.
1 На основе комплексного сопоставления геологических, геофизических, геоморфологических данных об особенностях геологического строения Минераловодского поднятия обоснована новая модель структурно-тектонического и геоморфологического развития региона на плиоцен-четвертичном этапе тектонической активизации.
2 Обосновано время отдельных фаз тектоно-магматической активизации и’механизм формирования структурного и геоморфологического облика Минераловодского поднятия на новейшем этапе его развития.
3 Предложена модель миграции УВ в пределах Минераловодского поднятия и прилегающих к нему территорий и механизм последовательного восстановления нарушенных экранирующих свойств пород, а также его влияние на размещение залежей УВ.
4 Составлена схема зональности ожидаемых скоплений УВ и их возможных типов по отдельным стратиграфическим комплексам в связи с учетом измененияэкранирующих свойств покрышек в течение плиоцен-четвертичного времёни.
Практическая значимость работы.
1 Составлена схема зональности распределения возможных скоплений УВ, которая позволяет целенаправленно выбирать первоочередные1 объектыпри планировании ГРР.
2 Предложенная схема размещения? различных методов ГТР позволит уточнить локализацию возможных ловушек: литолого-стратиграфического' и: литологического типов. Бурение параметрических скважин имеет целью выяснение условий залегания стратиграфических комплексов,. наличия-' вних: проницаемых и экранирующих толщ и выделение последующих объектов поисковых работ.
Реализация ¡-результатов работ.
Результаты, полученные автором, используются при проведении учебных занятий и полевых: геологических практик студентами геологических специальностей факультета нефти и газа СевКавГТУ. '.
Апробация и публикацииОсновные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались нш XXXIIXXIII, XXXVIII научно-технических! конференциях: по результатам: работы профессорско-преподавательского состава, аспирантовИ1 студентов СевКавГТУ за 2002, 2003 и 2008 гг., II и VIII международных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и научных работников «Международные и отечественные технологии освоения! природных минеральных ресурсов1 и глобальной энергии» (Астрахань, 2003 и 2009 'гг.), .IX, X и XI региональных научно-технических конференциях «Вузовская наукаСеверо-Кавказскому региону» в 2005, 2006 и 2007 гг., на VII научных чтениях, посвященных памяти профессора М. В. Муратова (Москва, 2010' г.), международной конференции, посвященной памяти В. Е. Хаина (Москва, 2011 г.).
По теме диссертации опубликовано 15 работ (статей, материалов научно-технических конференций, тезисов докладов), в том числе 4 работы в журналах, аттестованных ВАК РФ для опубликования материалов диссертационных работ, представляемых к защите.
Фактический материал.
В основу диссертационной работы положены результаты полевых наблюдений, в которых автор принимала участие с 2003 г. будучи еще студентом, результаты геолого-съемочных работ, проводимых партиями СевероКавказского геологического управления, данные бурения глубоких скважин, сейсморазведочных работ МОВ-ОГТ, многочисленные опубликованные материалы.
Соответствие диссертации паспорту специальности.
Диссертационная работа соответствует специальности 25.00.12 «Геология, поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений», пунктам, указанным в формуле специальности:
— разработка и совершенствование теоретических основ формирования различных типов месторождений нефти и газа, изучение особенностей их геологического строения и закономерностей пространственного размещения в различных геотектонических областях земной коры;
— определение геологических предпосылок формирования месторождений и поисковых признаков.
В разделе «Области исследований» содержание диссертации соответствует следующим пункту и подпунктам:
1. Происхождение и условия образования месторождений нефти и газа:
— геология нефтяных и газовых месторождений, типы месторождений, их классификация;
— резервуары нефти и газа, типы коллекторов и покрышек;
— условия формирования скоплений нефти и газа в земной коре;
— миграция углеводородов.
Отрасль наук — геолого-минералогические науки.
Объем работы.
Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 173 страницах, иллюстрируется 38 рисунками, содержит 3 таблицы и список литературы из 106 наименований.
Выводы:
Подводя итог вышеизложенному, отметим, что четвертичное время было временем интенсивной перестройки и оформления современного структурного плана Минераловодского выступа. На фоне общего воздымания сформировалась Кисловодская моноклиналь, обособилась центральная часть выступа, в пределах которой активизировались разломные зоны, начали воздыматься ранее сформированные магматические массивы. В северной части возник Нагутский синклинальный прогиб, который отделил Северо-Ншутско-Веселовскую антиклинальную зону от расположенных южнее Суркульско-Кумского и Кумагорского поднятий.
История возникновения магматических гор района КМВ представляется следующим образом. В начале плиоцена (8−10 млн лет назад) произошло внедрение вязкой кислой магмы с образованием «криптолакколитов». Большинство из них сохранили осадочный покров, который они деформировали и приподнимали на высоту 1000 — 2000 м. Последующая денудация привела к нивелировке возникших возвышенностей практически до уровня окружавшей их аллювиальной равнины. Следующий мощный этап воздыманий относится к концу плейстоцена — началу голоцена. Воздымание вновь охватило весь Ми-нераловодский блок, и на этом фоне еще интенсивнее воздымались ранее сформированные магматические массивы. Амплитуда воздыманий соответствует их нынешней относительной высоте, поскольку денудационные процессы после последнего воздымания сколько-нибудь заметно на их облике сказаться не успели.
Воздымание массивов происходило в твердом консолидированном состоянии. Поскольку при воздымании они разрывались на блоки, отличавшиеся амплитудой перемещения, и отрывались по тектоническим контактам от вмещающих пород, можно сделать выводы, имеющие, на наш взгляд, практические последствия. Речь идет о рудных жилах, рассекающих магматические тела и проникающих в толщи осадочных вмещающих пород [90]. Представляют они собой зоны дробления, заполненные гидротермальными отложениями. Такие зоны в осадочных породах обнаружены на склонах г. Бештау. При воздымании магматических массивов рудные зоны могли отрываться от своих продолжений, которые остались на глубине (рисунок 3.1.3). Это обстоятельство следует учитывать, если придется вернуться к разработке и разведке урановых залежей на КМВ.
Условные обозначения тектонические разломыглина;
• поверхности стратиграфического несогласия;
— известняк;
— микросиенит;
— рудное тело.
— 1.
Рисунок 3.1.3 — Принципиальная схема строения рудных жил на горе Змейка.
В то же время, плиоцен-четвертичные тектонические подвижки привели к появлению многочисленных разрывов и пока еще не залеченной трещинова-тости, обеспечивших раскрытие недр, о чем свидетельствуют следы современной и недавней поверхностной гидротермальной деятельности, наиболее активной в южных и центральных частях Минераловодского выступа.
Здесь еще раз хотелось бы подчеркнуть, что тектоно-магматические события в пределах Минераловодского выступа следует синхронизировать с тектоно-магматическими событиями на Большом Кавказе в Эльбрусской зоне, вулканической активностью Эльбруса, последние значительные излияния которого происходили 2 — 2,5 тыс. лет назад [41], что вполне синхронизируется с изложенными выше событиями на Минераловодском поднятии.
3.2 Влияние новейших и современных движений на процессы миграции и распределения УВ в пределах Минераловодского выступа и на прилегающих территориях.
Новейшие и современные тектонические движения оказали значительное влияние на формирование и распределение залежей нефти и газаэтому вопросу посвящен ряд исследовательских работ [31, 42, 43]. Изменение региональных уклонов в залегании толщ горных пород приводит к латеральному перераспределению скоплений углеводородов. Избыток УВ при этом мигрирует в виде струи в сторону наибольшего подъема пластов. По мнению A.C. Панченко и других исследователей, многие залежи Предкавказья сформировались за сравнительно короткий промежуток времени за счет процессов формирования и переформирования залежей, которые протекали в течение плиоцен-антропогенового времени. Это подтверждается тем, что условия залегания скоплений УВ, как правило, соответствуют современным структурным формам, поэтому продуктивность ловушек контролируется не столько временем ее образования, сколько расположением на путях современной струйной миграции углеводородов [68, 54]. Кроме того, многие ловушки древнего заложения в результате неотектонических подвижек значительно увеличили свои объемы. Существенное участие в миграционных процессах могли принимать зоны крупных разломов субширотной и субмеридиональной ориентировки (влияние которых на процессы миграции УВ в других нефтегазоносных областях описано в работе B.C. Шейна [104], согласно которой из всех дизъюнктивных нарушений наибольшее влияние на формирование и размещение залежей оказывают разломы, активные в последние этапы развития), аккумулировавшие в себя латеральные потоки, соответственно, из западной части Терско-Каспийского прогиба, восточной части Восточно-Кубанской впадины (Беломечетского прогиба) и Восточно-Ставропольской впадины. При этом следует иметь в виду, что в сторону Минераловодского поднятия перемещалась относительно небольшая часть углеводородного потенциала отмеченных структурно-тектонических элементов, поскольку одновременно с Ми-нераловодским поднятием воздымалась моноклиналь северного склона Кавказа, в том числе те ее части, которые прилегают к южным бортам Терско-Каспийского и Беломечетского прогибов, а на севере активное воздымание испытал Ставропольский свод. В этих направлениях также осуществлялась миграция УВ и вероятно в гораздо более крупных масштабах, чем в направлении Минераловодского поднятия.
На новейшем этапе геодинамического развития миграция УВ активизировалась, по крайней мере, дважды, соответственно этапам тектоно-магматической активизации Минераловодского поднятия и прилегающих к нему территорий. И, вполне возможно, начавшись в плиоценовое время, продолжается вплоть до настоящего времени, чему имеются многочисленные подтверждения.
В случае с Минераловодским поднятием такая миграция осуществляется до сих пор, что, кстати, привело к заметному обеднению прилегающих земель (в них открывались немногочисленные и небольшие залежи УВ). В еще большей степени на формировании ловушек и залежей сказалась трещиноватость горных пород. Новейшие движения во многом определяют степень раскрыто-сти трещин и разрывов, которая наиболее существенно влияет на интенсивность фильтрации, при этом наиболее благоприятными для вертикальной миграции являются поднимающиеся в неотектонический этап участки земной коры [42, 19]. На Минераловодском поднятии новейшие и современные тектонические движения привели к оживлению уже существовавших разломных зон, возникновению новых, спровоцировали повсеместное развитие повышенной трещиноватости горных пород, охватившее все структурно-тектонические этажи от палеозойского основания вплоть до поверхности. Схема расположения основных путей миграции углеводородов в доверхнемеловых комплексах отложений представлена на рисунке 3.2.1.
Тектонические события в пределах Минераловодского выступа интересны еще и с точки зрения времени потери и последующего восстановления экранирующих свойств пород-покрышек (водо-, нефте-, газоупорных). Терялись эти свойства в эпохи активных тектоно-магматических событий (см. выше раздел 3.1 «Особенности тектонического развития территории»), вероятно, достаточно кратковременных и имевших пароксизмальный характер. Восстановление экранирующих свойств было более растянутым во времени и, вполне возможно, охватило не более чем акчагыл — плейстоценовое время.
Практически все углеводородные скопления, возникшие как за счет местного генерационного потенциала, так и аллохтонные в силу раскрытости недр, в плиоцен-четвертичное время нашли вертикальные пути миграции и были расформированы. О существовании следов таких скоплений сведения приведены выше (скважины Кавминводская опорная, № 1 Кунаковская, № 1 Бижгонская, площадь Дорбунская [46] и др.). Дегазация недр, сопровождающаяся, в том числе, потерей углеводородов, продолжается и до настоящего времени. Наиболее интенсивен этот процесс в южных и центральных частях Минераловодского поднятия, сохранивших «раскрытость» недр по сию пору [92]. В периферийных частях Минераловодского поднятия изолирующие свойства пород были восстановлены в первоочередном порядке. В первую очередь.
Условные обозначения о.
Оч щ іійг^г'.
С Иегп1.
Шг П9и.
Уеі і рои ді$: шЯн г,.в з Росд.1 ' Ж «- «БеІопіес>і 1.
1', 1 1 Г.
— скважина;
— отложения палеозоя;
— отложения юры;
— отложения нижнего мела;
— изогипсы кровли отложений нижнего мела;
— предполагаемые направления миграции УВ по разломным зонам.
Рисунок 3.2.1 — Схема направлении потоков углеводородов в отложения нижнего мела периферийных частей.
Минераловодского выступа (вид с севера) восстанавливалась экранирующая способность глинистых покрышек в силу их повышенной пластичности. Немалая роль при этом принадлежит общей толщине осадочных пород (глубине залегания), влияющей на величину литоста-тического давления. Согласно зависимости, полученной Б. А. Лебедевым [44], глинистые породы периферийных частей Минераловодского выступа альбско-го и палеогенового возрастов находятся в зонах умеренного и сильного уплотнения (рисунок 3.2.2). Флюидоупоры восстанавливали свои свойства в первую очередь в низах осадочного чехла в зонах их глубокого погружения [75]. Отсюда более высокая перспективность нижних частей разреза по срав-ненйю с более высокими горизонтами. На наш взгляд об, этом говорит и обнаружение залежей УВ на северном погружении Минераловодского выступа в нижнемеловых отложениях, экранированных альбскими глинами (Веселов-ская, Северо-Нагутская). А ранее отмеченная молодость их формирования обусловила слабое заполнение ловушек. УВ заполнили здесь небольшую при-сводовую часть очень крупных ловушек. Схема строения альбских отложений, а также распространения, толщин и литологического состава региональной альбской покрышки приведены на рисунках 3.2.3 и 3.2.4. Этот флюидоупор является одним из основных региональных, отделяющих верхнемеловой карбонатный комплекс от песчаных коллекторов апта [13]. По литологическим особенностям в нем выделяются две зоны: глинистая (распространена на большей части территории) и глинистая с прослоями проницаемых пород. Толщина покрышки колеблется от 25 — 50 м на северо-востоке до 150 м на западе и юго-западе. В глинистых породах альба Центрального Предкавказья распространены разнообразные ассоциации глинистых минералов, однако наиболее распространенными являются смешаннослойные образования гидро-слюдисто-монтмориллонитового типа, что характеризует экранирующие свойства покрышки как достаточно высокие [67].
Для оценки экранирующей способности пород, кроме общегеологических факторов, используются параметры, характеризующие их фильтрационные свойства: максимальный (средний) диаметр пор, проницаемость, давление.
500 Н.
1 1500 та я 5 ю.
6 2000 С.
JUL е> i С.
НС.
III ?
Условные обозначения.
Образцы альбских глин:
— Веселовской площадио — Кунаковской площади;
— Дубово-Балковской площади;
— Черкесской площадио — Круглолесской площадиш.
11 II.
I I I.
Образцы палеогеновых глин:
— Веселовской площади;
— Кунаковской площади;
— Лысогорской площади;
— Невинномысской площади.
Размокаемость в воде:
— пластичные и набухающие глины;
— уплотненные глины;
— аргиллитоподобные глины и аргиллиты- | | | - минерализованные микротрещины;
Частота встречаемости вертикальных микротрещин:
J — отсутствуютJ — открытые микротрещины;
Зоны уплотнения: I — слабогоII — умеренногоIII — сильногоIV — очень сильного.
Рисунок 3.2.2 — Зоны уплотнения глинистых пород Минераловодского выступа и прилегающих территорий (по Б. А. Лебедеву, 1992).
108 о ¦о.
Условные обозначения сю-в і.
— скважина;
— глинистые породы;
— области развития глинистых пород с прослоями проницаемых разностей;
— области отсутствия альбской глинистой покрышки.
Рисунок 3.2.3 — Трехмерная модель геологического строения альбских отложений и литологического состава альбской региональной покрышки на территории Минераловодского выступа и прилегающих областей о Наг2.
Условные обозначения.
— скважины;
— изопахиты альбской глинистой покрышки;
— глинистые породы;
— области развития глинистых пород с прослоями проницаемых разностей;
— области отсутствия альбской глинистой покрышки.
Рисунок 3.2.4 — Схематическая карта толщин региональной альбской покрышки по A.C. Панченко и Е.Т. Скрынниковой) 110 прорыва нефти (газа) через насыщенную жидкостью систему поровых каналов.
Оценка экранирующих свойств альбского флюидоупора проводилась по методике И. И. Нестерова. По формуле (1) рассчитывался средний диаметр поровых каналов, а по формуле (2) — величина капиллярного давления. а-а^Г где, а — диаметр поровых каналов, мкма — размер глинистых частиц, мкмкп — коэффициент пористости, д.ед.
РК=-——Ю-1, (2) к Я-981 000 ^ где Рк — капиллярное давление, МПаа — поверхностное натяжение на границе газ — вода, мН/мЯ — радиус поровых каналов, см. Размер частиц, а выбран равным 0,01 мм (10 мкм) по максимальному значению размера пелитовых частиц.
Средние значения коэффициентов открытой пористости приведены в таблице 2.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
В работе обосновано, что основные черты структурно-тектонического облика Минераловодского поднятия сформированы на плиоцен-четвертичном этапе развитиявоздымание происходило в две стадии, каждая из которых сопровождалась внедрением магматических интрузий с образованием в их пределах горных массивов высотой не менее нескольких сотен метров. Первое внедрение имело характер магматического диапиризма. Время диапировых внедрений, по определениям абсолютного возраста магматических пород, относится к карагану (10 — 12 млн лет назад). За этим первым воздыманием последовал этап относительной тектонической стабилизации, сопровождавшийся значительным денудационным срезанием и пенеплениза-цией рельефа Минераловодского поднятия с превращением его поверхности в аллювиальную равнину. Полное срезание до уровня прилегающей аллювиальной равнины испытали возникшие перед эти горные массивы. Срезаны были также сводовые части антиклиналей, возникшие в осадочных породах над магматическими диапирами (криптодиапирами).
Следующий этап интенсивных воздыманий относится к четвертичному времени, если точнее — к концу плейстоцена. Частично захватывается голоцен, об этом свидетельствуют перестройка речной сети, деформация голоце-новых речных террас и другие признаки, отмеченные ранее. Амплитуда воз-дымания МТП составляет несколько сотен метров, а амплитуда воздымания горных массивов соответствует их нынешней относительной высоте.
В работе обоснованы основные направления миграционных потоков УВ и приведена схема основных направлений миграции. Активизация миграционных процессов совпадает с основными этапами тектонического воздымания Минераловодского поднятия. В последующем миграционные процессы ослабевают по мере восстановления экранирующих свойств пород покрышек и кольматации возникших трещин, однако полностью не затухают.
Плиоцен-голоценовые воздымания привели к оживлению разломной тектоники и вызвали открытую дегазацию недр Минераловодского поднятия, наиболее интенсивную в южной и центральной его частях и не прекратившуюся полностью до настоящего времени.
Восстановление экранирующих свойств пород покрышек более быстрыми темпами осуществляется в зонах их глубокого залегания и высоких ли-тостатических давлений, о чем свидетельствуют данные по распределению плотности глин, показывающие, что плотность последних зависит, прежде всего, от глубины их залегания, а не от стратиграфической принадлежности.
В предложенной схеме зонального распределения УВ по отдельным стратиграфическим комплексам в качестве основного показателя принята глубина залегания возможного нефтегазоносного комплекса.
