Россия
Россия
Слабоизученные отложения верхневизейского подъяруса Оренбургской области (юго-восточная часть Волго-Уральской нефтегазоносной провинции) являются одним из перспективных объектов геолого-разведочных работ. В одной из скважин Залесской площади, расположенной в зоне сочленения Южно-Татарского свода и Бузулукской впадины, в нижней части нерасчленённых алексинско-михайловско-веневских отложений верхневизейского подъяруса описана мощная толща доломитовых брекчий. На основе анализа комплекса данных литологических и минералогических исследований выделены литотипы пород, дано их детальное литологическое описание, проанализированы коллекторские свойства. Установлено, что встреченный в разрезе верхневизейского подъяруса Залесской площади комплекс отложений является результатом различных этапов карстования и последующего преобразования пород. Коллекторские свойства пород обусловлены проявлением постседиментационных преобразований. Карстовые процессы и их проявления требуют дальнейшего изучения на региональном уровне и учета при планировании геолого-разведочных работ на продуктивные пласты верхневизейского подъяруса.
Залесская площадь, верхневизейский подъярус, доломитовая брекчия, карстовый процесс
Введение
Верхневизейский подъярус Оренбургской области, как и на всей территории Волго-Уральской нефтегазоносной провинции в целом, характеризуется низкой степенью изученности. Слабо и/или неравномерно освещены вопросы литологии, палеогеографии, стратиграфии (алексинский, михайловский и веневский горизонты разделены в единичных скважинах), генезис пород-коллекторов, закономерности их распространения по латерали и вертикали, особенности формирования пустотного пространства пород и др. [2, 8, 9].
В последнее время при бурении новых скважин в пределах Оренбургской области проводят отбор керна из разреза нерасчленённых алексинско-михайловско-веневских отложений как одного из перспективных объектов геолого-разведочных работ. В данном интервале разреза выделяют восемь продуктивных пластов — 1, О2, О3, О4, О4а, О5, О5а, О6 [2]. Установленные залежи нефти обычно небольшие по своим размерам. Коллекторы представлены карбонатными отложениями с высокой степенью изменчивости фильтрационно-емкостных характеристик [4, 9].
В 2020 г. в ходе проведения литологических исследований кернового материала одной из скважин Залесской площади, отобранного из нижней части нерасчленённых алексинско-михайловско-веневских отложений верхневизейского подъяруса, была описана мощная толща доломитовых брекчий и брекчированных доломитов. Результаты изучения особенностей литологического строения, генезиса и коллекторского потенциала упомянутых отложений рассматриваются в данной работе.
Материал и методы исследований
В административном плане территория исследований расположена в северной части Оренбургской области, в тектоническом отношении — на юго-востоке Волго-Уральской антеклизы, в зоне сочленения Южно-Татарского свода и Бузулукской впадины. Мощность алексинско-михайловско-веневских отложений Залесской площади изменяется в пределах от 200 до 300 м, глубина залегания — от 1500 до 1600 м. Толщина изучаемого разреза составляет около 70 м (с перерывом между интервалами отбора керна).
Исследования проводились на основе литологического описания кернового материала. Керн характеризуется хорошим качеством, практически стопроцентным выносом (96.8–99.6 %), диаметром 100 мм. Общий объем изученного керна — 53.15 м.
Для уточнения минерального состава и структурных особенностей пород использовались имеющиеся данные петрографического описания шлифов (17 стандартных и 2 больших) и изучения пород методами растровой электронной микроскопии (3 обр.). С целью оценки фильтрационно-емкостных свойств пород были проанализированы результаты петрофизических исследований (коэффициент пористости и газопроницаемости по 74 стандартным образцам и 10 полноразмерным).
При интерпретации полученных данных использовались представления российских и зарубежных авторов, освещающих вопросы карстования пород (Г. А. Максимович, В. П. Быков, Р. Лукс и др.) [3, 5, 11, 13, 14].
Результаты исследований
Разрез сложен вторичными доломитами, неравномерно известковистыми, неравномерно глинистыми, разнокристаллическими, с тенями первичных структур (биокластовый пакстоун, грейнстоун, микробиальный байндстоун) и текстур, неравномерно сульфатизированными, трещиноватыми. Отмечаются редкие стилолитовые швы — зубчатые, реже зубчато-бугорчатые и бугорчатые, микро- и мелкоамплитудные, параллельные напластованию и разнонаправленные, пересекающиеся, выполненные глинистым (гидрослюдистым), глинисто-органическим или органическим веществом. Сульфатизация в виде гнезд, выполнения трещин, а также цемента доломитовых брекчий представлена ангидритом таблитчатой гипидиоморфной и шестоватой формы, от мелко- до грубокристаллической размерности. Встречается незначительная пиритизация (от единичных зерен до 4 %): в керне отмечаются редкие стяжения, в шлифах — рассеянные по породе микроглобули и их скопления неправильных форм, редко скопления кристаллов по стилолитовым швам. Глобулярная форма представления пирита также может подтверждать первичную микробиальную природу отложений на некоторых участках разреза.
По вещественному составу и структурно-текстурным особенностям пород были выделены литологические типы (ЛТ), в некоторой степени отражающие особенности их формирования:
ЛТ1 — доломиты вторичные, с тенями первичных структур,
ЛТ2 — доломитовая брекчия с глинисто-карбонатным цементом,
ЛТ3 — доломиты вторичные, брекчированные, с тенями первичных структур,
ЛТ4 — доломитовая брекчия.
Доломиты вторичные, с тенями первичных структур (ЛТ1). К данной группе относятся породы преимущественно мелко-тонко- и тонко-мелкокристаллические с тенями первичных структур (биокластовый вакстоун-пакстоун и грейнстоун-пакстоун) и текстур (слоистая, неяснослоистая). Среди теней органогенных остатков диагностирован детрит иглокожих, остракод, гастропод, фрагменты кораллов. Отмечаются разнонаправленные, иногда многочисленные трещины — прямолинейные и слабоизвилистые, полые и минерализованные, залеченные кальцитом, доломитом или ангидритом (рис. 1).
Пустотное пространство представлено открытыми трещинами (раскрытостью по данным изучения шлифов до 0.17 мм), редкими межкристаллическими и изолированными внутризерновыми порами (размером 0.02–0.98 мм), единичными кавернами. По результатам петрофизических исследований коэффициент пористости (Кп) пород изменяется от 0.2 до 6.5 %, коэффициент газопроницаемости (Кпрг) — от 0.002 до 28.216 мД.
Доломитовая брекчия с глинисто-карбонатным цементом (ЛТ2) сложена обломками неокатанной (угловатой) и округлой форм, неотсортированными — от дресвяной до щебеночной размерности, без следов переноса. В обломках — доломит, преимущественно мелко-тонко- и тонко-мелкокристаллический с теневыми структурами биокластовых вакстоунов, вакстоун-пакстоунов и микробиальных байндстоунов. Органические остатки (тени) — детрит иглокожих, фрагменты кораллов. Глинисто-карбонатный цемент по взаимоотношению с обломочным материалом распределен неравномерно (прослоями, слойками, пятнами). Карбонатная составляющая представлена разнокристаллическим (от микро- до грубо-) доломитом, глинистая – гидрослюдистыми минералами, реже каолинитом, выполняющими межкристаллическое пространство доломита и составляющими 3–6 % объема породы (по данным петрографических исследований шлифов). Встречается незначительная (от единичных зерен до 1 %) терригенная примесь, представленная рассеянными по породе зернами кварца и полевых шпатов тонко- и мелкозернистой размерности. Также для пород характерно наличие карбонатных корок (каличе) (рис. 2).
Отмечаются многочисленные трещины различного генезиса: 1) трещины усыхания – короткие, клиновидные, извилистые, залеченные доломитом, приуроченные преимущественно к доломитам с реликтовыми микробиальными структурами; 2) трещины поверхностного карстования пород — разнонаправленные, иногда расширенные до полостей, выполненные глинистым и глинисто-карбонатным материалом, часто разбивают первичную породу, придавая ей брекчиевидный облик; 3) литогенетические — разнонаправленные, залеченные кальцитом, доломитом или ангидритом, редко с примесью органического вещества, связанные, вероятно, с деформацией пород при уплотнении закарстованной толщи.
Породы преимущественно плотные, с редкими межкристаллическими порами (размером 0.01–0.85 мм) и полыми трещинами (раскрытостью, по данным изучения шлифов, до 0.03 мм) (Кп = 0.6–4.3 %, Кпрг = = 0.003–6.995 мД).
Доломиты вторичные брекчированные с тенями первичных структур (ЛТ3). Породы данного типа мелко-тонко- и тонко-мелкокристаллические с реликтовыми структурами биокластового вакстоуна и пакстоун-вакстоуна. Органические остатки (тени) представлены детритом иглокожих, неопределимым раковинным детритом, фрагментами раковин гастропод и кораллов. Брекчиевая текстура пород обусловлена наличием многочисленных разноориентированных трещин — полых или выполненных кальцитом, ангидритом, доломитом. Встречаются трещины, участками расширенные до полостей (до 3 см), залеченные ангидритом или кальцитом, иногда с разноразмерными (от мелкодресвяной до среднещебневой размерности) угловатыми обломками основной породы (фрагменты стенок трещин) (рис. 3).
Пустотное пространство представлено открытыми, частично расширенными трещинами (раскрытостью, по данным изучения шлифов, до 0.6 мм) и редкими межкристаллическим порами размером 0.01–0.8 мм. По данным петрофизических исследований, коэффициент пористости составляет от 0.5–3.6 %, коэффициент газопроницаемости изменяется от 0.013 до 17.653 мД.
Доломитовая брекчия (ЛТ4). Породы сложены обломками неокатанной (угловатой) и полуокатанной форм, не сортированными по размеру — от дресвяной до глыбовой (превышающей диаметр керна) размерности, неориентированными, представленными доломитом тонко- и мелкокристаллическим, с тенями первичных структур. Цемент имеет различный характер заполнения — от скудного, заполняющего пространство между обломками, до обильного, с плавающими в нем обломками базального типа. Распределение цемента преимущественно равномерное. Минеральный состав цементирующей массы различный — карбонатный, сульфатно-карбонатный, сульфатный, глинисто-карбонатный.
Карбонатные минералы представлены кристаллами доломита — яснокристаллическими светлыми индивидами от микро- до крупнозернистой размерности, от ксеноморфных до идиоморфных. Кристаллы ангидрита могут слагать мономинеральный сульфатный цемент в виде маломощных прослоев (до 20 см) или составлять от нескольких процентов до половины объема цемента смешанного типа. Глинистые минералы в виде микрочешуйчатых гидрослюдистых агрегатов выполняют межкристаллическое пространство доломита и по шлифам содержатся в количестве 3–5 % от общего объема цемента (рис. 4).
Породы этого литотипа разбиты разнонаправленными трещинами, иногда ветвящимися, полыми и залеченными кальцитом, доломитом или сульфатами.
Пустотное пространство распределено довольно равномерно и представлено открытыми трещинами (раскрытостью, по данным изучения шлифов, до 0.04 мм), межкристаллическими изолированными порами (размером 0.03–0.35 мм) и кавернами полигональных форм. По результатам лабораторных исследований фильтрационно-емкостных свойств пород коэффициент пористости данного типа пород изменяется от 0.8 до 6.5 %, коэффициент газопроницаемости — от 0.014 до 266.797мД.
Анализ распределения по разрезу выделенных литологических типов пород показал преобладание отложений первого и четвертого литотипов (рис. 5). Доломиты ЛТ1 с прослоями до 0.5 м доломитов ЛТ3 и ЛТ2 практически полностью слагают нижнюю часть (около 20 м) изученного разреза. Выше они встречаются только в виде отдельных прослоев толщиной от 0.1 до 1.2 м. Отложения ЛТ2 встречаются в верхней части разреза пачкой толщиной 5.0 м с прослоями доломитов ЛТ3 (0.5 м) и единичным слоем (0.9 м) доломитовой брекчии ЛТ4.
Породы ЛТ4 преобладают в верхней части разреза в виде прослоев и пачек толщиной от 0.5 до 5.3 м. Обычно залегают среди отложений ЛТ1 и ЛТ2. Для них характерна резкая, часто неровная, с карманами, нижняя граница. Верхняя граница может быть как отчетливая, хорошо выраженная, так и в виде постепенного перехода к брекчированным доломитам третьего литотипа.
Обсуждение
Карбонатные отложения верхневизейского подъяруса Волго-Уральской нефтегазоносной провинции накапливались в пределах обширного эпиконтинентального бассейна в приэкваториальной тропической области в условиях аридного и семиаридного климата [8]. Бассейн седиментации в пределах площади работ на момент накопления изучаемого интервала разреза характеризовался мелководностью, нормальной соленостью, спокойным и умеренным гидродинамическим режимом, слаборасчлененным рельефом дна [10]. Данные региональных исследований подтверждаются результатами изучения керна соседних скважин. Породы изучаемого интервала разреза представлены известняками биокластовыми и пелоидно-биокластовыми (по Данэму — пакстоун, реже — вакстоун, рудстоун, флаутстоун) с неяснослоистой текстурой и известняками слабоглинистыми микрокристаллическими с редкими биокластами (мадстоун, вакстоун), неяснослоистыми, с прожилками глинисто-органического вещества, неравномерно слабобиотурбированными. Известняки неравномерно доломитизированы, вплоть до перехода во вторичные доломиты. Среди биокластового материала отмечаются остатки нормально-морских организмов: детрит брахиопод, иглокожих, кораллов, зеленых водорослей, а также фрагменты мшанок, раковин гастропод, целые раковины остракод и фораминифер.
«Полная» доломитизация пород изучаемой толщи затрудняет интерпретацию генезиса отложений, включая проведение детального седиментологического анализа. Тем не менее ряд установленных признаков позволяет частично определить особенности образования пород.
Структурно-текстурные особенности доломитовых брекчий с глинисто-карбонатным цементом ЛТ-2, по всей видимости, обусловлены формированием первичных пород в условиях субаэральной экспозиции с развитием процессов поверхностного карстования. На это указывает наличие теневых дезинтегрированных структур микробиальных байндстоунов, корочек каличе, трещин усыхания и поверхностного карстования, а также отсутствие следов переноса обломков [3, 11].
Доломитовые брекчии ЛТ-4, вероятно, являются результатом обрушения сводовых частей и/или стен палеопещер. Для пород отмечаются такие характерные признаки, как отсутствие сортировки обломочного материала по размеру, разнообразная форма обломков, отсутствие ориентировки, беспорядочная текстура, различный литологический состав обломков и цементов (глинистый, глинисто-карбонатный, карбонатный, сульфатный) [3]. По отсутствию ориентированности обломков, иногда различному литологическому составу можно отнести отложения к хаотичному типу по классификации брекчий и обломочных отложений в пещерных системах, предложенной Р. Луксом [14].
В целом установленные в ходе работ литологические типы пород хорошо согласуются с фациями карстовых палеопещер, классифицированными по структурным и текстурным особенностям пород Р. Луксом и П. Мешером [13]. По предложенной модели доломиты ЛТ1 и доломитовые брекчии ЛТ2 можно отнести к нарушенным или слабонарушенным породам, вмещающим карстовые образования и располагающимся вокруг пещер. Доломиты ЛТ3 формировались по сильно нарушенным породам, примыкающим к пещере или находящимся над ней.
Формирование таких крупных подповерхностных карстовых форм могло происходить в результате инфильтрации атмогенных (недонасыщенных) вод и их длительного воздействия на отложения во время крупного перерыва в осадконакоплении — возможно на границе визейского и серпуховского ярусов [9]. На ряде площадей (Бобровская, Могутовская) Оренбургской области зафиксирован неравномерный размыв кровли визейского яруса [7].
Наличие карстовых образований может также являться причиной невыдержанности простирания продуктивных пластов верхневизейского подъяруса.
Выводы
Присутствующий в разрезе верхневизейского подъяруса Залесской площади комплекс отложений является результатом различных этапов карстования и последующего преобразования пород.
Коллекторские свойства пород изученного интервала разреза не зависят от первичных структур и обстановок осадконакопления. В первую очередь они обусловлены постседиментационными преобразованиями пород — доломитизацией, трещинообразованием, сульфатизацией. По оценочно-генетической классификации карбонатных коллекторов К. И. Багринцевой [1], в изучаемом интервале разреза встречаются коллекторы преимущественно трещинного типа.
На других площадях в случае отсутствия интенсивного проявления вторичных процессов — доломитизации и сульфатизации — можно предполагать наличие подповерхностного (подземного) карста и связанных с ним коллекторов (доломитовые брекчии с незалеченными пустотами между обломками, каверны и полости).
Карстовые процессы, брекчии обрушения палеопещер и результаты преобразования осадочных толщ, включающих в себя крупные карстовые формы, требуют дальнейшего изучения на региональном уровне и учета при планировании геолого-разведочных работ на продуктивные пласты верхневизейского подъяруса. Обрушение и уплотнение систем пещер создают потенциал для развития крупномасштабных систем разломов, которые могут простираться вверх на несколько сотен метров и при этом быть не связанными с региональными тектоническими процессами [3, 5, 13].
1. Багринцева К. И., Дмитриевский А. Н., Бочко Р. А. Атлас карбонатных коллекторов месторождений нефти и газа Восточно-Европейской и Сибирской платформ / Под ред. К. И. Багринцевой. M., 2003. 264 с.: ил.
2. Баранов В. К., Галимов А. Г., Донцкевич И. А. и др. Геологическое строение и нефтегазоносность Оренбургской области. Оренбург: Оренбургское книж. из-во, 1997. 272 с.
3. Быков В. Н. Нефтегазовое карстоведение. Пермь: Изд-во Пермского ун-та, 2002. 351 с.
4. Куликов Б. Н., Горелова Т. Л., Худякова О. Ю. Влияние особенностей литолого-петрографического состава коллекторов залежей окского надгоризонта Бобровского месторождения на их разработку // Геолого-промысловый анализ при разработке нефтяных месторождений. Куйбышев, 1983. С. 48-54. (Тр. Гипровостокнефти).
5. Максимович Г. А. Основы карстоведения. Том 1: Вопросы морфологии карста, спелеологии и гидрогеологии карста. Пермь: Пермское книж. изд-во, 1963. 443 с.
6. Максимович Г. А., Быков В. Н. Карст карбонатных нефтегазоносных толщ. Пермь: Пермский гос. ун-т, 1978. 96 с.
7. Мелехова А. Т., Шутов Г. Я. Перспективы нефтеносности отложений окского надгоризонта в пределах Оренбургской области // Геология и нефтегазоносность палеозоя Оренбургской области и прилегающих районов. М.: Недра, 1968. Вып. 76. С. 38-42.
8. Немирович Т. Г., Вилесов А. П., Бутолина Ю. А., Старухин Л. С. Новый взгляд на геологическое строение сложно построенных окских пластов Волго-Уральской НГП // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений, 2015. Вып. 1. С. 4-10.
9. Прядкина А. П., Солдатова А. А. Разработка продуктивных пластов окского надгоризонта на месторождениях Куйбышевской области // Геолого-промысловый анализ при разработке нефтяных месторождений. Куйбышев, 1983. С. 48-54. (Тр. Гипровостокнефти).
10. Трихонович Г. В. Условия залегания продуктивных пластов окского надгоризонта на территории Оренбургской области // Актуальные вопросы и инновационные решения в нефтегазовой отрасли: Тр. всероссийской науч.-практ. конф. Самара, 2021. С. 4-8.
11. Esteban M., Klappa C. F. Subaerial exposure // Carbonate depositional environments. American Association of Petroleum Geologists Bulletin, 33, 1983. 1-54 pp.
12. Haq B. U., Schutter S. R. A Chronology of Paleozoic Sea-Level Changes. Science, 2008, vol. 322. 64-68 pp.
13. Loucks R. G. A review of coalesced, collapsed-paleocave systems and associated suprastratal deformation / /Time in karst. Postojna, 2007. 121-132 pp.
14. Loucks, R. G. Paleocave carbonate reservoirs: origins, burial-depth modifications, spatial complexity, and reservoir implications. American Association of Petroleum Geologists Bulletin, 83, 1999. 1795-1834 pp.
