Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
In 2004, exploration drilling in the central part of the Nepsko-Botuobinsk anteclise of the Leno-Tunguska oil and gas province of Eastern Siberia at the Danilovsky license area proved the oil content and prospects of the oldest carbonate deposits of the Vendian-Cambrian period. The drilled carbonate complex is characterized by a complex structure and strong variability of structural and textural features in section and laterally. A full cycle of lithological studies, including a description of petrographic sections in combination with X-ray diffraction analysis, and facies analysis of lithological rock types allowed considering the nature of deposits of the productive formation B5 of the Danilovsky horizon. Cyanobacterial communities in the lifetime position were recorded in the section of the formation, confirming the organogenic skeleton nature of the studied deposits. Septal, chamber and clot forms of communities have been recorded. The results of the genetic analysis of geological and geophysical data formed the basis for a detailed lithological and sedimentological characteristic of the section, which allowed recreating the history of development and forming a sedimentation model of the formation. These studies laid in the basis for the petrophysical model of the formation, the planning of exploratory drilling and the introduction of an optimal development system.
Nepa-Botuobinskaya anteclise, Teter formation, dolomites, conceptual model
Введение
Поисково-разведочное бурение на территории Восточной Сибири в пределах Непско-Ботуобинской нефтегазоносной области на Даниловском лицензионном участке обеспечивает доступ к древнейшим отложениям венд-кембрийского времени, содержащим коммерческие запасы углеводородов.
Инициирование работ по седиментологическому изучению пласта Б5 на Даниловском лицензионном участке (ЛУ) связаны с необходимостью изучения его строения и выбора оптимальной системы разработки. На базе Центра исследований керна ООО «ТННЦ» проанализирован керновый материал и построены седиментологические колонки с восстановлением этапов формирования пласта, что позволило получить новую информацию и сделать выводы о природе слагающих его отложений.
До настоящего времени специалистами высказывались предположения о зернистой природе пласта Б5, включающего пизолит-оолитовые грейнстоуны (Еганова, Маринов, 2018; Лемешко, 2018; Вараксина, Хабаров, 2013).
Керновый материал с почти 100 % выносом по пласту позволил среди зернистых отложений выделить интервалы биогенной — микробиальной природы, отличающиеся по структуре и имеющие специфическую текстуру. Путем комплексного анализа на макро- и микроуровнях установлено, что данные породы слагают структурные компоненты, относящиеся к остаткам цианобактериальных сообществ, формирующих жесткий каркас с различными типами межскелетных заполнений. Диагностированные структуры баундстоун послужили критерием для рассмотрения этих отложений как органогенных построек.
Геологическое строение. Физико-географическая характеристика
Даниловский ЛУ расположен в пределах Непско-Ботуобинской нефтегазоносной области, входящей в состав Лено-Тунгусской нефтегазоносной провинции. Исследуемая территория находится на Ангаро-Ленской возвышенности юго-восточной части Среднесибирского плоскогорья и относится к приподнятой Ербогаченской равнине.
В тектоническом плане участок расположен на юго-западном склоне Непско-Ботуобинской антеклизы на западе Непского свода (рис. 1).
В соответствии с ныне действующей стратиграфической схемой (Мельников, 2017) усольский горизонт нижнего кембрия подстилается отложениями даниловского горизонта, относящегося к венд-кембрийской нерасчлененной толще. В объеме даниловского горизонта выделены катангская, собинская и тэтэрская свиты. В пределах тэтэрской свиты, относящейся к секвенции III порядка, выделяется усть-кутский продуктивный горизонт (Вараксина, Хабаров, 2015). Горизонт делится на два нефтегазоносных пласта, разделенных глинистой пачкой. Нижний усть-кутский 2-й подгоризонт соответствует пласту Б5, который представляет собой мелеющий кверху элементарный циклит и продуктивность которого связана с карбонатными породами (рис. 2, 4).
В позднем венде территория Сибирской платформы и сопредельные с ней районы составляли единый бассейн осадконакопления. В это время формировалась сульфатно-доломитовая толща, выделяемая в собинскую свиту. В позднеданиловское время повышение относительного уровня моря обусловило снижение солености и накопление доломитов тэтэрской свиты. Таким образом, на мелководном шельфе с плоскими низкими островами, занимающими центральную и западную части Сибирской платформы, произошло накопление карбонатных и сульфатных осадков, являющихся литологически экранированными ловушками (Мельников, 2017).
Материалы и методы
Материалом для исследования послужил керн Даниловского ЛУ из 9 скважин с суммарным выносом 240 м. Во всех скважинах проведен полный цикл литологических исследований, включающий в том числе описание петрографических шлифов большого и стандартного размера (247 шлифов) в комплексе с рентгеноструктурным анализом (247 проб).
В ходе седиментологического анализа по керновому материалу определялась структура (по Данхэму, модифицированная Эмбри и Клованом в 1971 г. (Flügel, 2010)) и текстура породы, диагностировались формы роста микробиальных образований, типы цементов, слоевые контакты, структура пустотного пространства и интенсивность проявления вторичных преобразований. Минералогические и морфологические особенности пород уточнялись с помощью рентгеноструктурного и петрографического анализов.
Рентгеноструктурный анализ выполнялся на образцах керна, отобранных в комплексе с петрографическими шлифами. Куски предварительно дробились и экстрагировались, затем измельчались в шаровой мельнице до размера 0.02 мкм. Съемка проводилась на рентгеновском дифрактометре «Дрон-8».
В интервалах с органогенными каркасными структурами и каверново-поровым типом коллектора исследования проводились в шлифах большого размера (40 × 50 мм), уточнялись морфологические особенности каркасообразующих организмов и пустотное пространство. Для петрографического описания использовался поляризационный микроскоп Axio Imager компании Zeiss.
Все исследования выполнялись на базе Центра исследований керна ООО «Тюменский нефтяной научный центр».
Литологическая характеристика пласта Б5
Пласт Б5 мощностью от 25 до 30 м сложен коричневато-серыми вторичными доломитами, неравномерно битумонефтенасыщенными, преимущественно с органогенными микробиальными структурами (бафлстоун и баундстоун); тип межскелетного заполнения изменяется послойно от микритового до зернистого. Реже встречаются прослои доломитов с разнозернистой структурой (от пакстоуна до рудстоуна). Доломит является основным породообразующим минералом пласта Б5, по данным рентгеноструктурного анализа его содержание достигает 99 %. Петрографически установлено, что кристаллы доломита ксеноморфной и гипидиоморфной формы, реже идиоморфной. Ксеноморфные кристаллы имеют неправильные лапчатые и изогнутые формы. Для идиоморфных кристаллов свойственны хорошо выраженные кристаллографические грани. Однако увеличение количества и размера идиоморфных кристаллов ведет к смыканию их граней и перекрытию поровых каналов. Таким образом, отмечаются образцы с несохранившимися первичными структурами, полностью перекристаллизованные, с плотной упаковкой кристаллов.
Первичное осадочное строение выделяется по теневым структурам. Осадочные зерна представлены биокластами, пелоидами и литокластами размером от 0.3 до 3.0 мм. Породы с биогенной массивной текстурой (рис. 3, i, l), в зернистых прослоях с пологонаклонной косой и пологоволнистой слоистостью, подчеркнутой однонаправленной ориентировкой зерен и прожилками уплотнения (рис. 3, o). Мощность прослоев с зернистыми структурами и образованными прижизненными формами цианобактерий не превышает 6 м.
При описании форменных элементов за основу взята схема Б. Пратта, которая описывает основные компоненты палеозойских и верхнепротерозойских рифов, образованных цианобактериями Epiphyton и Renalcis (Pratt, 1984). В работе выделены 3 основных морфотипа цианобактерий типа Renalcis: септальные (septate), камерные (chambered) и сгустковые (clotted).
Септальные формы микробиолитов (рис. 3, j) представлены тонкими изогнутыми ветвями равномерного диаметра, с разделенными поперечными перегородками, размером до нескольких миллиметров (1.0—3.0 мм). Они имеют субвертикальную ориентировку роста, пространство между колониями заполнено карбонатным илом (Швецов и др., 2021).
Камерные формы микробиолитов (рис. 3, k, m) состоят из ажурных гроздевидных агрегатов с тонкими стенками, сложенными микритом. Агрегаты с расходящимися в сторону ветвями, размером от 0.050 до 0.5 мм. В межскелетном заполнении отмечается как микрит, так и зернистый материал, представленный пелоидами и биокластами (Швецов и др. , 2021).
Сгустковые формы микробиолитов (рис. 3, m) типа Renalcis представлены почковидными формами (размером в диаметре 0.5—2.0 мм) с неравномерно разветвляющимися толстыми трубками. Часто внутри почковидных камер образуются пустоты. Колонии имеют субвертикальную ориентировку, плотно прилегают друг другу, практически не образуя межскелетных промежутков. Заполнением может выступать карбонатный зернистый материал (Швецов и др. , 2021).
Вторичные преобразования пород пласта Б5 представлены сульфатизацией, галитизацией, выщелачиванием, в меньшей степени окремнением, пиритизацией. Процессы тесно связаны со структурными особенностями пород и интенсивнее протекают на участках, имеющих седиментогенные первичные пустоты.
Сульфатизация неравномерно проявляется по разрезу практически во всех изучаемых скважинах, наиболее интенсивно развита в кровле пласта в виде многочисленных гнезд, реже в виде линзовидных включений и прослоев.
Галитизация неравномерно развита по площади и разрезу. Фронт галитизации приурочен к западной и восточной частям лицензионного участка, в северном направлении галитизация развита локально. Отмечаются скважины, где галит адаптируется к форме пустот и полностью запечатывает пустотное пространство (рис. 3, k, n).
Выщелачивание приводит к образованию дополнительных пустот молдового типа за счет частичного и полного растворения скелетных остатков. Первичные унаследованные поры и каверны увеличены процессами растворения (рис. 3, m).
Окремнение встречается в виде редких микрокристаллических стяжений кварца и халцедона округлой формы.
Пиритизация, развитая в виде отдельных глобулей и крупных включений пирита, ассоциируется с глинистым материалом и стилолитовыми швами (рис. 3, c).
Карстопроявление выражено в виде каверн различных размеров и зафиксировано во всех скважинах. Заполнение полостей галитовое, реже глинисто-карбонатное и глинисто-карбонатно-сульфатное, с многочисленными обломками коренных пород. Карст развит в основном в кровле пласта, редко в средней его части (рис. 3, s, t).
Седиментационная модель пласта Б5
При анализе кернового материала в разрезе нижней части тэтэрской свиты интерпретированы следующие фациальные комплексы: литораль, сублитораль и супралитораль (рис. 4). Ряд парагенетических ассоциаций фацийможно увидеть в таблице 1.
Отложения литорали представлены глинистыми микрокристаллическими доломитами с тонкой пологоволнистой и линзовидной слоистостью, редкими прослоями литокластового карбонатного материала с примесью терригенного алевритового и песчаного материала. Отложения формировались в условиях изменчивой суточной гидродинамики и солености с ритмичными проявлениями приливно-отливных процессов (рис. 3, a—d).
Среди сублиторальных образований выделяются органогенные постройки и окружающие их тонкозернистые отложения.
Фация мелкой сублиторали представлена серыми микрокристаллическими доломитами с теневой структурой мадстоун, с реликтовыми органогенными структурами, частыми глинистыми прожилками. Породы формировались в нормально-морских условиях со спокойной гидродинамикой (рис. 3, e—h).
Фация органогенной постройки на изученном материале характеризуется тремя субфациями: ядром, краевой частью и зернистым склоном.
Субфация ядра органогенной постройки сложена доломитами микротонкокристаллическими с микробиальной структурой баундстоун. Характер межскелетного заполнения микритовый (мадстоун и вакстоун). Основные формы каркасостроителей — септальные и камерные. Текстуры преимущественно массивные, с субвертикальной ориентировкой роста колоний. Формирование пород проходило в условиях нормальной солености, при хорошей освещенности, изменчивой гидродинамики и на небольших глубинах (рис. 3, i—k).
Для пород краевой зоны органогенной постройки свойственны сгустковые и редкие камерные формы каркасостроителей с обилием зернистого карбонатного материала в межскелетных промежутках, распределенного в виде линз и карманов. Текстуры пород — от массивных до неяснослоистых, часто подчеркнутые стилолитизированными прожилками черного органического и глинистого материала. Отложения формировались в условиях изменчивой гидродинамики, нормальной солености, хорошей освещенности, на небольших глубинах (рис. 3, l—n).
Субфация зернистого склона органогенной постройки представлена тонкомикрокристаллическими разнозернистыми доломитами со структурами грейнстоун и рудстоун. Пологонаклонная косая однонаправленная слоистость подчеркивается ориентировкой зерен – пелоидов, биокластов и литокластов. Зернистый материал формировался в условиях активной гидродинамики выше базиса действия нормальных волн и откладывался на склонах органогенных построек (рис. 3, o—q).
Фациальный комплекс супралиторали выявлен в кровле пласта Б5 и представлен фацией себхи, образование пород которой происходит выше уровня нормальных приливов. Ограниченное аккомодационное пространство и тенденция к недостаточной циркуляции воды на мелководье карбонатных платформ в засушливом климате создают идеальные условия для формирования пород себхи. Литологически фация представлена разнообломочными доломитовыми брекчиями с сульфатно-карбонатно-глинистым цементом. Обломочный материал представлен фрагментами доломитов с микробиальными и микритово-зернистыми структурами. Отложения формировались в периоды низкого стояния уровня моря, на локальных участках субаэральной экспозиции. Здесь поступление осадочного материала отсутствует и происходит выветривание пород (рис. 3, r—t).
Перекрывают продуктивный пласт Б5 отложения литорали, литологически представленные глинистыми неравномерно сульфатизированными доломитами и доломитовыми мергелями, с горизонтами глинистых литокластов, с включением терригенного материала и тонкой волнистой слоистостью.
Коллекторы связаны с субфациями ядра, краевой зоны и зернистого склона органогенной постройки. Коэффициент пористости пород ядра органогенной постройки составляет 4—10 %, коэффициент проницаемости 0.5—300 мД. Коэффициент пористости пород краевой зоны органогенной постройки составляет 5—25 %, коэффициент проницаемости — 100—1000 мД. Коэффициент пористости пород зернистых склонов органогенных построек составляет 7—25 %, коэффициент проницаемости — 10—1000 мД. Наилучшими фильтрационно-емкостными свойствами обладают породы субфаций краевой зоны и зернистого склона органогенной постройки.
По результатам выполненных фациальных исследований реконструированы условия формирования пласта Б5 и разработана модель мелководно-шельфовых – органогенных построек и их зернистых склонов (рис. 5), образованных в фациальном комплексе мелкой сублиторали. Таким образом, проведенные исследования подтверждают наличие пород не только аллохтонного, но и автохтонного генезиса.
История формирования пласта Б5
По результатам проведенных фациальных исследований керна скважин Даниловского ЛУ реконструирована история седиментации пласта Б5 тэтэрской свиты (рис. 6). Исследования позволили детализировать строение фациальных зон.
Изучаемые отложения формировались на древней эпиконтинентальной карбонатной платформе в условиях сублиторали, литорали и супралиторали.
Отложения пласта Б5 представляют собой мелеющую кверху парасеквенцию (psq-2), являющуюся составной частью секвенции III порядка, слагающей тэтэрскую свиту. В процессе аналитической работы в цикле пласта Б5 выделены нижняя (рис. 3, а) и верхняя (рис. 3, r) границы парасеквенции, прослежены этапы увеличения и сокращения пространства аккомодации. Кровлей и подошвой парасеквенции psq-2 являются поверхности морского затопления.
Нижняя граница парасеквенции представляет собой резкий эрозионный контакт сульфатизированных и глинистых доломитов (рис. 3, а). Верхняя граница — резкий эрозионный контакт доломитовой разнообломочной брекчии элювиального горизонта и неравномерно сульфатизированных глинистых доломитов (рис. 3, r).
Начало повышения уровня моря в циклите пласта Б5 фиксируется трансгрессивной поверхностью, представляющей собой прослой с включением окатанных карбонатных галек (рис. 3, b). В условиях влияния приливно-отливной гидродинамики и ограниченного пространства аккомодации формировались отложения литорали (глинистые микрокристаллические доломиты с тонкой пологоволнистой и линзовидной слоистостью). Этап максимального затопления в цикле фиксируется накоплением отложений мелкой сублиторали в виде микрокристаллических доломитов со структурой мадстоун. Нормальная соленость, хорошая освещенность и достаточный объем пространства аккомодации благоприятствовали росту органогенных построек. Последние в результате быстрого роста догоняют ОУМ и в прикровельных зонах под влиянием активной волновой динамики формируют краевые зоны и зернистые склоны.
При каждом следующем кратковременном повышении ОУМ постройки латерально смещаются (при благоприятных условиях в определенных участках рельефа, сформированного зернистым материалом, начинается рост новых построек). На заключительном этапе седиментации в период падения ОУМ постройки выводятся в зону субаэральной экспозиции, где подвергаются карстованию. На этом этапе формируются доломитовые разнообломочные брекчии элювиального горизонта. Фиксируется верхняя граница парасеквенции и начало нового парасеквенса — psq-3, где образуются неравномерно сульфатизированные глинистые доломиты литорали, являющиеся покрышкой пласта Б5.
Для полноценной характеристики литолого-фациального строения важно было привести корреляцию разрезов скважин, чтобы было понимание особенностей изменения толщин пласта и закономерностей распространения выделенных литотипов и фаций в разрезе и на площади (рис. 7, 8). Анализ этих закономерностей является неотъемлемой частью седиментологических реконструкций. Приведенные данные свидетельствуют об увеличении мощности пласта Б5 в направлении с северо-востока на юго-запад. Судя по изменениям мощностей пласта и распределению фаций, в разрезе скважин на северо-востоке территории преобладали более мелководные условия шельфа, на завершающей стадии формирования пласта породы в большей степени испытывали периоды длительного осушения. По мере отдаления от северо-восточной части по направлению на юго-запад (скв. D-9 и D-4) и для западной части территории характерно преобладание субфаций ядра, краевой зоны и зернистого склона органогенной постройки. В южной части территории (скв. D-2 и D-5) накапливались отложения субфаций ядра и краевой зоны органогенной постройки.
Заключение
В результате выполненного седиментологического анализа удалось установить органогенную микробиальную природу и восстановить историю развития нижней части тэтэрской свиты на территории Даниловского ЛУ. В разрезе пласта Б5 отчетливо выделяются субфации ядра, краевой зоны и зернистых склонов органогенной постройки.
Рост органогенных построек происходил на территории древней карбонатной платформы в условиях мелководного шельфа на небольших глубинах, о чем свидетельствуют вертикально растущие каркасообразующие организмы с быстро меняющимся характером межскелетного заполнения, являющиеся источником обильного зернистого материала на пологих протяженных склонах.
На северо-востоке Даниловского ЛУ преобладали более мелководные условия шельфа, где фиксируются больший объем зернистых структур и сокращенные мощности пласта Б5.
На завершающем этапе формирования пласта породы выведены в условия субаэральной экспозиции, где начинается этап карстования, что приводит к образованию резервуара.
1. Varaksina I. V., Khabarov E. M. Lithology of carbonate productive horizons in the central part of the Nepsko-Botuobinsk anteclise. Oil and gas geology, 2015, No. 3(23), pp. 54—62 (in Russian).
2. Varaksina I. V., Khabarov E. M. Sedimentogenesis and postsedimentation changes of carbonate productive deposits in the Venda of the central part of the Nepsko-Botuobinsk anteclise. Proc. of the 7th All-Russian Lithological Meeting, 2013, V. 1, pp. 134—138 (in Russian).
3. Yeganova D. K., Marinov R. V. Lithology and conditions of formation of the Ust-Kut productive horizon of the central part of the Nepsko-Botuobinsk anteclise // Materials of the 3rd All-Russian School of Students, Postgraduates, young Scientists and specialists in Lithology "Lithology and Me: from idea to conclusions", 2018, pp. 75—77 (in Russian).
4. Lemeshko M. N., Lemeshko D. I. Features of productive carbonate deposits of the Ust-Kut horizon of the southern part of the Nepsky arch on the example of one of the wells. Proceedings of the 12th Ural Lithological Meeting "Sedimentary geology of the Urals and adjacent regions today and tomorrow", 2018, pp. 169—171 (in Russian).
5. Melnikov N. V. Wend-Cambrian salt basin of the Siberian platform (stratigraphy, history of development). Novosibirsk: SNIIGGiMS, 2017, 177 p. (in Russian).
6. Shvetsov E. I., Shiryaev A. V., Belogurova M. A. Frame-forming organisms and reservoir types in the dolomites of the Yuryakhsky subhorizon of the Nepsko-Botuobinsk anteclise. Proceedings of the All-Russian conference with international participation "Dynamics and interaction of the Earth's geospheres", 2021, pp. 225—227 (in Russian).
7. Flügel E. Microfacies of carbonate rocks: analysis, interpretation and application. Berlin: Heidelberg-Springer-Verlag, 2010. 976 pp.
8. Pratt B. R. Diagenetic Microfossils from Calcification of Coccoid Blue-Green Algae // Journal of Sedimentary Research (SEPM). 1984. No. 3. P. 948—971.
