З «Турботою» до киян;pdf

ГЕОЛОГИЯ И ГЕОЛОГО-РАЗВЕДОЧНЫЕ РАБОТЫ
УДК 553.98.061.12/.17
© Коллектив авторов, 2013
Особенности эпигенетических преобразований
доломитов Сюкеевского месторождения битумов
Э.А. Королев, к.г.-м.н.,
И.А. Хузин,
А.А. Галеев, к.г.-м.н. (Институт геологии и
нефтегазовых технологий, Казанский федеральный университет),
Л.В. Леонова, к.г.-м.н.
(Институт геологии и геохимии УрО РАН)
Telem
Адрес для связи: [email protected]
Key words: tra
Р.Х. Масаг
E-mail: Ile
An analysis of e
Ключевые слова: битуминозные доломиты,
эпигенетические преобразования, аутигенные
минералы.
юкеевское месторождение битумов является одним
из наиболее известных в западной части Республики
Татарстан. В структурном плане оно приурочено к одноименной Сюкеевской брахиантиклинали, осложняющей
восточную оконечность Улеминского вала [1]. Месторождение
локализовано в отложениях эвапоритового комплекса верхнеказанского подъяруса. По данным геолого-разведочных
работ выделяются две битуминозные залежи [2]. Нижняя залежь приурочена к доломитам пачки «опока», верхняя – к доломитам пачки «подлужник». Залежи разделены мощной (толщиной около 11 м) гипсовой пачкой. Среднее содержание битума в доломитах составляет 4,2 %, что отвечает промышленным кондициям.
Доломитовые коллекторы представляют собой биохемогенные образования, что нашло отражение в их волнистой, неясно
слоистой (строматолитоподобной) текстуре и микритовой
структуре. Подобные породы в силу своих структурно-генетических особенностей, как правило, обладают весьма незначительными фильтрационно-емкостными свойствами (ФЕС), поэтому
факт локализации в них углеводородов представляет научный
интерес. Изучение особенностей взаимодействия углеводородного флюида с битумовмещающими доломитами позволило выявить разнообразные формы пр еобразования пород-коллекторов под действием глубинных растворов.
Наиболее четко выраженное постседиментационное преобразование доломитов проявляется в текстуре рисунке породы. Под действием углеводородсодержащих растворов неясно
слоистые биогенно-микритовые доломиты приобрели пятнисто-полосчатую текстуру, подчеркивающую начальную литологическую и минералогическую неоднородность этих образований. В одних случаях полосчатая текстура обусловлена присутствием останцев светло-серой породы в темно-коричневом битуминозном доломите, в других – наличием редких темно-коричневых, битуминозных, полосчатых обособлений в плотной
светло-серой породе (рис. 1). В целом линейно вытянутый характер углеводородной пропитки указывает на преобладающее
латеральное движение углеводородсодержащих растворов в
пределах доломитовых пластов.
С
2
00’2013
НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО
Для зон битуминозной пропитки характерны высокая кавернозность и трещиноватость. Каверны характеризуются изометричным (0,2х1,5 мм) и уплощенным щелевидным обликом. Они
ориентированы по напластованию породы. Все каверны сообщаются по системам субгоризонтальных и субвертикальных
трещин протяженностью от 10 до 30 мм и раскрытостью до
0,05 мм. Субгоризонтальные трещины вы тянуты параллельно
волнистой слоистости доломитов, повторяют очертания изгибов микрослойков. Субвертикальные трещины под разными
углами рассекают некоторое число микрослойков, затем резко
обрываются. Встречаются трещины, осложненные более крупными, вытянутыми параллельно им пустотами выщелачивания.
Ориентировка трещин в значительной степени определяет характер анизотропии ФЕС битуминозных коллектор ов, а плотность их распределения в объеме породы – интенсивность
флюидонасыщености (см. таблицу).
Характер расположения трещин в породе, их незначительная
протяженность и приуроченность к зонам углеводородной пропитки, а также выполнение только битуминозным веществом
позволяют сделать вывод, что они являются трещинами гидроразрыва. Тектонические трещины обычно отличаются от последних большей прот яженностью, а литологические (седимен-
Рис. 1. Образец битуминозного доломита
ГЕОЛОГИЯ И ГЕОЛОГО-РАЗВЕДОЧНЫЕ РАБОТЫ
Проницаемость, 10-3 мкм2
Характеристика образца
Пористость, %
Доломит:
неизмененный, плотный
по напластованию
перпендикулярно
напластованию
4,74
6
2
со средней полосчатой битумонасыщенностью
(преобладают горизонтальные трещины)
16,20
220
133
с сильной, полосчатой битумонасыщенностью (частое
пересечение горизонтальных и вертикальных трещин)
27,75
330
396
тационные) – широким распространением в пределах одного
пласта и выполнением вторичной минерализацией. В рассматриваемом случае отсутствие трещин в аналогичных по составу
и структуре светло-серых доломитах вне зоны углеводородной
пропитки указывает на взаимосвязь двух процессов: трещинообразования и поступления углеводородсодержащего флюида.
По-видимому, начальный этап вне дрения углеводородсодержащих водных растворов сопровождался локальными повышениями порового давления в доломитовых пластах. В результате на основных путях фильтрации флюидов возникали трещины гидроразрыва, направленные как вдоль, так и перпендикулярно простиранию доломитовых микрослойков. Раскрывшиеся каналы увеличили интенсивность движения насыщенных водных растворов органических и неорганических кислот, что привело к частичному выщелачиванию породы вдоль
трещин гидроразрыва. Присутствовавшие в составе флюида
эмульгированные углеводороды постепенно заполняли трещинно-кавернозные полости, препятствуя их последующему
залечиванию аутигенным кальцитом.
Движение флюидных растворов по проницаемым зонам не
могло не повлиять на структурные характеристики породы, поскольку создавались предпосылки для локальной перекристаллизации доломитовых зерен. Проведенные рентгенографические исследования показали, что доломит битуминозных участков несколько отличается от доломита неизмененных пород
средним размером областей когерентного рассеяния (ОКР).
Если в исходной светло-серой породе размер ОКР доломитовых
зерен составлял 36,1-36,9 нм, то на битуминозных участках был
равен 39,4-40,1 нм. Разн ица незначительная, но тем не менее показательная своим постоянством. Однако оптико-микроскопические исследования биомикритовых доломитов не выявили
различий в размерах и морфологии доломитовых зерен на неизмененных и битуминозных участках породы. По-видимому,
увеличение среднего размера ОКР доломита в зонах битуминозной пропитки обусловлено не перекристаллизацией, а выщелачиванием. При избират ельном растворении более мелких
по размерам доломитовых зерен средний размер ОКР в интегральной составляющей рентгеновского спектра должен увеличиваться, что и было отмечено.
На отсутствие перекристаллизации также указывают результаты электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) доломитов. Анализ спектров битуминозных и неизмененных пород показал их полную идентичность относительно наличия орга нического вещества, входящего в структуру доломита (сигнал с g ≈
2,0027 и шириной ΔH ≈ 2 Гс).
Как правило, в процессе перекристаллизации кристаллическая структура минералов становится более совершенной за
счет уменьшения дефектов, в первую очередь удаления примесей. Поэтому наличие органического радикала в битуминозных
доломитах свидетельствует о том, что размеры ОКР увеличивались в результате выщел ачивания. Последнее сопровождалось
перераспределением вещества, причем не столько карбонатного, сколько сульфатного. Под действием флюидных растворов
мелкие (размером менее 5 мм) гипсовые включения выщелачивались с образованием небольших каверн изометричной
формы. При наличии поблизости трещин гироразрыва растворенное вещество откладывалось в их полостях, образуя тонкие
(размером 0,1-0,5 мм) гипсовые прожилки, пропитанные углеводородами. Это указывает на то, что перераспределение сульфатов сингенетично по времени с поступлением углеводородов.
Крупные гипсовые включения (размером 10-100 мм), как
более устойчивые к воздействию агрессивных растворов, подвергались лишь перекристаллизации с укрупнением зерен. В результате в зонах битуминизации можно наблюдать гипсовые
обособления, представленн ые прозрачными кристаллами гипсового шпата, иногда встречаются линзы, полностью сложенные пластинчатым марьиным стеклом. На наиболее кавернозных и интенсивно насыщенных битумом участках породы гипсовые кристаллы замещаются вторичным по отношению к ним
кальцитом в направлении от периферии к центру. Поэтому
внутри некоторых кальцитовых монозерен встречаются изолированные от внешнего воздействия о станцы исходного гипса
причудливой формы (рис. 2).
Сложное взаимодействие сульфатных минералов с углеводородсодержащими флюидами при участии сульфатредуцирующих бактерий происходит по следующей схеме:
CaSO 4⋅2Н2О + СH4 (+ бактерии) → H2S + + СаСO3↓ + 3Н2О.
Конечными продуктами реакции являются кальцит, метасоматически замещающий гипс, вода, обеспечивающая диффузионную среду в приграничной области гипс-кальцит, и сероводород. Сероводород вследствие высокой реакционной способности при наличии свободного железа образует пирит
(FeS2). Именно поэтому в изученных образцах по периферии
некоторых гипсовых линзочек и гнезд, а также по границам
кристаллов кальцита, заместивших гипсовые агрегаты, отмечается тонкая вкрапленность фрамбоэдральных агрегатов пирита.
К верхней битуминозной залежи приурочены редкие выделения самородной серы. В свое время характер выделения и закономерности распространения ее в пределах Сюкеевского месторождения были хорошо изучены Л.М. Миропольским [3]. Согласно его наблюдениям сера в пропитанном углеводородами
доломитовом слое образует тонкие корочки желтого цвета, инкрустирующие стенки трещин и различных полостей, образовавшихся при выщелачивании гипса. Реже встре чаются крупные
(размером до 20 мм) желтые кристаллы самородной серы, развивающиеся по гипсовым агрегатам (рис. 3).
Как при бактериальном, так и при химическом окислении сероводорода первым продуктом является элементная сера
2H 2S + О2 = 2S0 + 2Н2О.
Поэтому ее присутствие среди битуминозных доломитов
можно рассматривать в качестве своеобразного маркера, указывающего на поступление в систему сероводорода.
НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО
00’2013
3
ГЕОЛОГИЯ И ГЕОЛОГО-РАЗВЕДОЧНЫЕ РАБОТЫ
Рис. 2. Шлиф в одном николе (а) и в скрещенных николях (б) битуминозного доломита с включениями кристаллов аутигенного кальцита, метасоматически замещающих гипс, в обрамлении пиритовых фрамбоэдральных агрегатов
Рис. 3. Кристаллы самородной серы в гипсовой линзе (а) и поверхность гипсовой линзы с вкраплениями самородной серы, по периферии которой развита битуминозная оторочка (б)
Анализ характера постседиментционных изменений позволяет выделить два этапа развития эпигенетических преобразований доломитовых пород.
Первый этап обусловлен внедрением в биомикритовые доломиты флюидов и формированием углеводородных скоплений. В
это время интенсивно протекали инфильтрационные процессы,
в результате гидроразрыва происходило образование трещин,
служивших путями фильтрации углеводородсодержащих растворов, активизировались процессы выщелачивания. В итоге сформировались кавернозные полости впоследствии заполненные битумом, повышалась степень структурного совершенства доломитовых кристаллов (увеличивался средний размер их ОКР), происходили перераспределение сульфатов, выщелачивание гипса
из породы и его переотложение в трещинах гидроразрыва.
Второй этап эпигенетических преобразований связан с окислением углеводородов. В это время активизировались диффузионные процессы, в результате чего стали протекать реакции
метасоматического замещения. Наиболее легко растворимые
гипсовые обособления стали замещаться крупными кристаллами кальцита и самородной серы. Одновременно возросла роль
биохимических процессов, которые привели к локальной пиритизации доломитов в зонах битуминозной пропитки и, возможно, образованию налетов самородной серы, инкрустирующих стенки трещин и полостей в породе.
4
00’2013
НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО
Список литературы
1. Степанов В.П., Павлова Л.П., Абдуллин Н.Г. Тектоническое
строение и перспективы нефтеносности Улеминского вала //
Геология нефти и газа. – 1990. – № 4. – С. 14-17.
2. Троепольский В.И., Гордеев Е.В. История изучения, современное состояние и перспективы Сюкеевского месторождения
битуминозных пород как объекта возможной комплексной разработки для использования в народном хозяйстве. В сб. Геология и разработка нефтебитуминозных месторождений. – Казань: Казанский гос. университет, 1990. – 155 с.
3. Миропольский Л.М. Характеристика минерального комплекса и основных геохимических процессов в пермских отложениях у с. Сюкеево в Татреспублике // Уч. зап. Казанского гос.
университета, 1936. – Кн. 3-4. – Вып. 5-6. – 95 с.
References
1. Stepanov V.P., Pavlova L.P., Abdullin N.G., Geologiya nefti i gaza - Oil and
Gas Geology, 1990, no. 4, pp. 14-17.
2. Troepol'skiy V.I., Gordeev E.V., Collected papers “Geologiya i razrabotka
neftebituminoznykh mestorozhdeniy” (Geology and development of oil and
tar deposits), Kazan': Publ. of Kazan State University, 1990, 155 p.
3. Miropol'skiy L.M., Uchenye zapiski Kazanskogo universiteta. Seriya: estestvennye nauki, 1936, V. 3-4, no. 5-6, p. 95.