Учение о нефти

простиранию Аллеганских гор. Так возникла теория поясов, или «бэльтовая теория», создателем которой был G. Анджэлл (1867 г.). Но эта теория, ограничиваясь лишь констатацией некоторых фак­ тов, не объясняла, почему нефтяные месторождения располагаются именно в указанных, направлениях. Канадский геолог Стэрри Хант высказал предположение, что нефть приурочена к месту ундуляции, т. е. поднятия и опускания пластов. Потом это свое поло­ жение он формулировал более четко в докладе, читанном в Мон­ реале и опубликованном в 1861 г. Он пришел к выводу, что изученные им нефтяные месторождения Петролия и Ойл Спрингс в провинции Онтарио в Канаде содержат скопления нефти в сводообразных из­ гибах пластов — куполах или антиклиналях.

С. Хант повторно выступал со все более и более конкретизи­ руемым им изложением антиклинальной теории то один, то в сооб­ ществе с Рбджэрсом и другими ее сторонниками. В 1865 г., резю­ мируя итоги своих наблюдений в провинции Онтарио, он констати­ ровал необходимость сочетания для образования нефтяного месторождения следующих основных условий:

1)наличие материнской породы (по его мнению, известняков),

2)наличие подходящей структуры (антиклиналь),

3)наличие трещиноватости породы-резервуара и

4)большая или меньшая изоляция породы-резервуара от воз­ можности высачивания и испарения нефти.

Вскоре зародилась и оппозиция со стороны Лэсли и некото­ рых других геологов, но лучшего своего толкования образова­ ния нефтяных месторождений они представить не могли, и в период с 1861 г. по 1880 г. позиции антиклинальной теории все более и бо­ лее укреплялись.

Одновременно с этим распределение воды, нефти и газа по их удельному весу было отмечено геологом^Эндрыосом в 1861 г. при изучении им одной антиклинали в штате Западная Вирджиния. Идеи названных американских геологов были восприняты знаме­ нитым западноевропейским (австрийским) геологом-нефтяником Г. Гёфером 1 при изучении им нефтяных месторождений Соединен­ ных Штатов и связаны в стройную систему, в которой антикли­ нальная теория нашла свою определенную формулировку и своего горячего защитника.

Хотя антиклинальная теория впервые возникла и была сфор­ мулирована на основании данных, полученных при изучении неф­ тяных месторождений Аппалачской области (штаты Пенсильвания и Западная Вирджиния) и района Онтарио в Канаде, тем не менее наибольшие трудности в ее практическом применении и во все­ общем признании она встретила именно в Аппалачском районе. Это объясняется, с одной стороны, тем, что структурные формы — купола, антиклинали и прочее — выражены там оченй неясно.

Падение на крыльях таких структур измеряется единицами или1

1 Профессор Горной академии в г. Леобен (Австрия).

199

материала. Так как в настоящее время нефть мы находим в песках, следовательно, и органический материал скопился, а впоследствии превратился в нефть именно в песках. Это накопление и превра­ щение не могло считаться с формами залегания пластов. Нефть в песках может быть приурочена и к антиклинальным складкам, и к синклинальным, и к горизонтально залегающим пластам. Ищем же мы нефть на антиклиналях потому, что здесь нефтеносные плас­ ты залегают ближе к дневной поверхности, чем в синклиналях. В подтверждение своих взглядов он приводит следующий факти­ ческий материал.

1.Изучение условий залегания нефти на о. Челекен 1 пока­ зало, что в ряде обнажений можно наблюдать песчаные линзы, про-1- питанные нефтью среди совершенно сухих песков. Расположение этих линз ни в какой связи с тектоникой о. Челекен не стоит.

2.Ферганские нефтяные месторождения представляют узкие

иострые антиклинальные складки. Нефть в них приурочена не к сводовым частям складок, как требует того антиклинальная тео­ рия, а образует изолированные, расположенные на крыльях ан­ тиклинали своего рода «висячие» залежи, с тектоникой, видимо, не связанные, например в Сель-Рохо (ныне КИМ).

3.В одной из больших своих работ 2 К. П. Калицкий приво­ дит пример залегания нефти в нефтяных месторождениях, рас­ положенных на четырех планшетах в штате Пенсильвания, несколько южнее г. Питтсбурга. Здесь проходит несколько

антиклинальных складок юго-западного — северо-восточного на­ правления, разделенных синклинальным понижением пластов. Разработка этих месторождений показала, что залежи нефти, не считаясь с направлением антиклиналей, переходят с одной анти­ клинали на другую, пересекая синклиналь, т. е. их расположе­ ние как будто ни в какой мере не подчинено тектонике.

Посмотрим, насколько приведенные факты в действительности стоят в противоречии с антиклинальной теорией.

Наличие изолированных песчаных линз совершенно не дока­ зывает отсутствие их связи с тектоникой. Чтобы быть вполне по­ следовательным, К. П. Калицкий должен был доказать, что ни­ каким другим путем, кроме скопления органического материала и последующего его превращения в нефть, песчаные линзы не могли ею заполниться. Между тем, мы с большей степенью веро­ ятности можем допустить, что песчаный пласт до своего обнажения мог быть напитан нефтью и вследствие своей неоднородности был ею пропитан в разной степени. Когда началось разрушение этого пласта, после выхода его на дневную поверхность в результате тектонических движений, началось истечение из него нефти, при­ чем части пласта, состоящие из более грубозернистого материала,

1 К . П. Калицкий. Об условиях залегания нефти на о. Челекене. — Труды Геол. ком., новая серия, № 59, 1910.

а К . П. Калицкий. В какую фазу литогенеза произошла нефть, 1916.

201

в которые нефть легче проникла, скорее всего ее и потеряли. И на­ оборот, части пласта, сложенные из мелкозернистых материалов, да еще с примесью глины, в которые нефть проникает с большим трудом, отдают ее гораздо медленнее. В них нефть сохраняется даже тогда, когда окружающая порода потеряла всю нефть. По­ добные факты нам пришлось неоднократно отмечать в Бинагадинском месторождении. Наблюдаются и более прихотливые явления: пальцеобразные отростки, захождение нефтяных песков в сухие пески и т. д. Все эти явления легко объясняются литологиче­ скими особенностями нефтеносных песков: условиями продвиже­ ния в них нефти под влиянием гидродинамических и капилляр­ ных сил и условиями их пропитывания и истощения. Капилляр­ ные силц особенно большую роль играют при удержании нефти в пласте. Эти явления ни в каком противоречии с антиклиналь­ ной теорией не стоят.

На месторождении КИМ мы имеем разрушенную и размытую в сводовой части антиклиналь, вследствие чего оказались выве­ денными на дневную поверхность нефтеносные пласты, а через раз­ мытую сводовую часть, как через отдушину, в ряде геологических эпох происходило высачивание нефти. Немудрено, что сводовая часть складки потеряла свою нефть. Но вся нефть из месторождения не ушла: она сохранилась именно в тех частях нефтяных песков, которые имеют наиболее благоприятный для ее удержания литоло­ гический характер.

Переходим к третьему аргументу К. П. Калицкого — к усло­ виям залегания нефти на четырех пенсильванских планшетах.

Из исторического очерка развития антиклинальной теории видно, как объясняют американские геологи эти на первый взгляд про­ тиворечащие антиклинальной теории факты. Только там, где нефть и вода находятся в одном пласте согласно антиклинальной теории, мы наблюдаем расположение их по удельному весу. Там же, где нефть попадает в сухой, ненасыщенный водою пласт, она, подчи­ няясь закону тяжести, займет наиболее пониженные части пласта, т. е. синклинали, или наиболее низкие части крыльев складки. Так как в пенсильванских месторождениях имеются пласты, на­ сыщенные водою, и сухие, то мы будем наблюдать факты того и дру­ гого расположения нефти. И эти фактЬг ни в какой мере не дают основания утверждать, что нефть при формировании залежей не претерпела никаких передвижек. Кроме того, пенсильванские месторождения представляют чрезвычайно слабо выраженные ан­ тиклинальные, или куполовидные, структуры. Собственно говоря, вся Аппалачская нефтяная область в тектоническом отношении представляет большую геосинклиналь, края которой более круто поднимаются по направлению к Аллеганским горам и более поло­ го —по направлению к Цинциннатскому поднятию в штатах Огайо, Кентукки и Тенесси (фиг. 55 и 56). Края этой геосинклинали, имеющей около 1200 км в длину и около 300 км в ширину, ослож­ нены мелкой второстеценной складчатостью: куполами, струк­

202

турными террасами и т. п. Падение крыльев этих структур чрез­ вычайно ничтожное, выражается единицами и долями градуса и за весьма редкими исключениями не превосходит 3°, так что район в качестве примера выбран чрезвычайно нехарактерный. Другое дело, если бы был взят район с резко выраженными антиклина­ лями и синклиналями и по отношению к нему было доказано, что залежи нефти, не считаясь с этими структурными формами, пере­ ходят с одной на другую, пересекая синклинали, тогда мы имели бы факты, над которыми стоило^подумать; а пока таких фактов нет, можно считать, что в своей основе антиклинальная, или структур­ ная, теория, как вполне соответствующая тому, что происходит в природе, остается непоколебимой. Нужно только очень внима­ тельно подходить к каждому данному случаю и частному примеру, и тогда возражения сами собой отпадают. Только в закрытых, не­ нарушенных денудацией складках мы можем встретить вышеопи­ санное распределение воды и нефти в антиклинали, т. е. нефть и газ — над водою и в сводовой части складки, вода — по бокам на крыльях свода. В разрушенных складках или же в складках осо­ бого типа, получивших наименование диапировых, или с ядром протыкания, нефти: в сводах может и не оказаться.

Возьмем для примера Грозненский район. Новогрозненское ме­ сторождение представляет закрытую антиклинальную складку. Нефтесодержащие пласты в ней на дневную поверхность не выходят, являясь прикрытыми мощной свитой глинистых образований сар­ матского возраста. Здесь нефть мы встречаем начиная с верхних песчаников спаниодонтелловых слоев.

Несколько иную картину представляет Старогрозненское место­ рождение. ЗдеСь в районе Мамакаевой балки на дневную поверх­ ность в сводовой части антиклинали выведены процессами раз­ мыва и разрушения складки спаниодонтелловые слои. Через эту отдушину первые четыре спаниодонтелловых песчаника потеряли свою нефть и стали вместо нефтеносных водоносными горизонтами.

Особый интерес представляет Бинагадинская нефтеносная пло­ щадь в Бакинском районе. Это месторождение представляет собой диапировую складку. Ядро этой складки, сложенное круто пос­ тавленными и перемятыми пластами нижнетретичных отложений(коунская свита), нефти не содержит; нефтяные залежи подчинены пластам продуктивной свиты, слагающей более или менее отдаленные крылья складки. Нефть здесь сохранилась только благодаря тектоническим особенностям диапировой складки. Ядро протыкания при своем движении вверх закупорило ряд нефтяных пластов продуктивной свиты и этим способствовало сохранению в них нефти.

Приведенные факты не отрицают, а подтверждают антикли­ нальную, или, вернее, гравитационную теорию, расширяя ее содержание.

Условия залегания нефти в антиклиналях мы должны рассмат­ ривать, учитывая все их разнообразие, а главное, принимать во

203

гор

Фиг. 56. Структурная карта части аппалачской геосинклинали, показы­ вающая контуры песка

внимание, в какой стадии своего существования та или иная складка находится. Все они подвержены, как и все в природе, неизбежному изменению. С этими изменениями должны меняться и условия за­ легания в них нефти.

Антиклинальную теорию надо понимать как структурную те­ орию в том смысле, что: 1) образование нефтяных залежей в зем­ ной коре приурочено к тем или иным тектоническим структурам, среди которых структуры антиклинального характера играют доминирующую роль, 2) в этих структурах вода, нефть и газ скоп­ ляются и распределяются под влиянием силы тяжести вследствие разницы в удельных весах и под влиянием капиллярных сил вслед­ ствие разницы в величинах поверхностного натяжения воды и нефти.

Остается еще упомянуть о возражениях, которые выставляет против антиклинальной теории М. Манн. Но эти возражения имеют частный характер и касаются применимости ее к месторож­ дениям Аппалачской области, вокруг которых ведется давнишний спор. Он указывает, что величина силы тяжести, возникающая вследствие разности в удельных весах воды и нефти, не является достаточной для осуществления движения нефти в силу законов тяжести по пластам, имеющим ничтожное падение, даже если при­ нять во внимание легкий удельный вес пенсильванской нефти.

М. Манн для примера берет «100-футовый» пласт, о котором мы уже упоминали. Наибольшее его падение равняется 1 футу на 50, а среднее — 1 футу на 75 км. Удельный вес нефти из него равен 0,7977, а воды, в нем находящейся, — 1,0623. Разность между ними 0,2646, что составит 0,33 от веса нефти. Если взять макси­ мальное падение в 1/50, то сила, перемещающая нефть, будет равна

0,2646 • sin ос,

М. Манна, достаточно небольшой неправильности в кровле пласта, чтобы приостановить движение нефти. Эти возражения, как мы уже сказали, имеют местный характер и основ антиклинальной теории вообще не колеблют.

Интересную сводку различных мнений и представлений, свя­ занных со структурной или антиклинальной теорией и ее прило­ жением для объяснения образования месторождения нефти в США, мы находим в изданной в 1934 г. Американской нефте-геологи- ческой ассоциацией книге, посвященной памяти американского геолога Сиднэя Пауэрса. В книге рассматриваются проблемы нефтяной геологии 1 и к ней мы отсылаем интересующихся дета­ лями этой важной теории [4б].1

1 Problems of Petroleum Geology. AAPG, Толса—Лондон, 1934.

Глава VI

СТРУКТУРА НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

В предыдущих главах был освещен вопрос, в каких породах находится нефть в земной коре й каким образом в этих породах образуются залежи промышленного значения. Теперь нам пред­ стоит ознакомиться с вопросом о самом строении нефтяных место­ рождений и выяснить, какие структурные и прочие условия являются наиболее благоприятными для скопления нефти в зем­ ных недрах, в больших количествах.

Самый беглый обзор многочисленных данных разработки нефтя­ ных месторождений убеждает нас, что значительные скопления нефти, получившие промышленное значение, приурочены к пла­ стам, претерпевшим то или иное изменение в своем первоначаль­ ном залегании и имеющим ту или иную тектоническую структур­ ную форму. В этих случаях, как говорят американцы, скопления нефтп «контролируются» (регулируются) структурой пластов. Те же данные говорят, что в некоторых, более редких случаях большие залежи нефти скопляются в пластах с ненарушенным залеганием и «контролируются» литологическими особенностями нефтесодержащпх пластов, их пористостью, трещиноватостью, особыми условиями отложения (линзы) и пр.

Из двух отмеченных факторов наибольшее значение в образо­ вании нефтяных месторождений имеет тектонический фактор, создающий структурные формы для скопления нефти.

Все тектонические или структурные 4формы можно подразде­ лить на следующие основные группы, согласно несколько изме­ ненной нами классификации американского геолога Ф. Клаппа..I

I. Структурные формы антиклинального строения.

1.Большие отдельные антиклинали.

2.Антиклинальные складки наиболее распространенного типа.

1)антиклинали прямые, пли симметричные;

2)антиклинали косые, или асимметричные;

3)антиклинали опрокинутые и осложненные явлениями надвигового характера.

3.Куполовидные структуры.

1)обыкновенные антиклинальные купола;

2)закрытые и открытые, или «проткнутые», соляные ку­ пола;

3)купола с ядром протыкания, или дпаппровые складки;

Ш

4) купола с ядрами из изверженных пород (вулканические пробки).

4.Погребенные антиклинальные и другого вида структуры.

II. Рукавообразные залежи на поверхности эрозии типа линзооб­

разных пескову известных под именем шнурков».

III. Структурные формы синклинального строения.

IV. Структурные формы, связанные с моноклинальным залега­ нием пластов.

1.Моноклинали типа плоских гомоклиналей.

1)с пологими углами падения;

2)с более крутыми углами падения;

3)осложненные сбросами;

в) моноклинальные впадины или ложбины,

2)изгибы с осями, перпендикулярными простиранйю; а) погружающиеся антиклинали; б) моноклинальные впадины;

3)куполовидные вздутия, или поперечные антиклинали.. V. Сбросы и формы, их сопровождающие.

VI. Разломы и трещины в изверженных и осадочных породах.

Уже за рамками этой структурной классификации стоит по­ следняя группа, которую мы для цельности общей картины рас­ смотрим заодно с предыдущими.

VII. Скопления нефти, обусловленные преобладающим влиянием «литологического» фактора.

Нам предстоит ближе ознакомиться с каждой из перечислен­ ных структурных форм р указанием, в каких месторождениях нефти она имеет важнейшее значение. Необходимо заранее ого­ вориться, что мы не найдем почти ни одного месторождения, в котором нефть была бы подчинена той или иной структуре в ее чистой, неосложненной форме. Почти всегда та или иная текто­ ническая форма бывает осложнена наличием двух форм, например, антиклинальная складка — сбросами, сбросы — участками анти­ клинального строения и т. д. Поэтому, описывая ту или другую форму, мы имеем ее в виду как форму преобладающую, играющую главную роль в структуре месторождения и определившую скоп­ ление в ней нефти.

207

СТРУКТУРНЫЕ ФОРМЫ АНТИКЛИНАЛЬНОГО СТРОЕНИЯ

Эти формы являются наиболее распространенными и имеют наи­ большее значение в строении нефтяных месторождений. По дан­ ным американской статистики, этими формами всех видов охва­ тывается свыше 65% всех нефтяных месторождений Соединенных Штатов; на основании их создана и до сего времени держится так называемая антиклинальная теория. Эти формы столь популярны среди нефтяников, что при поисках и разведке на нефть прежде всего ищут антиклинали. Напомним вкратце, что антиклинальной складкой, или просто антиклиналью, называют сводообразный изгиб пластов в виде двухскатной крыши, только чаще не с острым, а с закругленным гребнем (фиг. 57). Самая высшая точка складки называется ее вершиной, а бока складки, имеющие падение или наклон в противоположные стороны, называют ее крыльями. Если мы соединим все высшие точки перегиба пластов по протя­ жению складки, то получим линию, которая называется осевой линией, или просто осью складки. Ось складки показывает ее направление. Наиболее приподнятая, прилегающая к осевой ли­ нии часть складки носит название сводовой части, или просто свода складки. В складке, как это видно на рисунке, бывает изо­ гнут не один, а целая свита пластов, расположенных один ниже другого; каждый такой пласт имеет свою линию перегиба, или ось. Проведенная через эти осевые линии плоскость носит назва­ ние осевой плоскости. Если крылья складки имеют в ту и другую сторону равный уклон или одинаковое падение, складка назы­ вается прямой, или симметричной (фиг. 58); ее осевая плоскость имеет почти вертикальное положение и делит складку на две симметричные половины. Если же крылья складки имеют разный наклон (одно крыло имеет более крутой угол падения, чем другое), складка называется косой или асимметричной (фиг. 59); перегибы в разных пластах такой складки не будут находиться в большин­ стве случаев один под другим, как в прямой складке, а будут отклонены главным образом в сторону более пологого крыла. Осе­ вая плоскость тогда получит наклонное положение и величина этого наклона будет зависеть от степени несимметричности складки.

В некоторых более сложных случаях в результате горообра­ зующих процессов другое противоположное крыло складки полу­ чает наклон или падение в ту же сторону, что и первое крыло, т. е. оба крыла падают в одну и ту же сторону. Такая складка носит название' опрокинутой складки (фиг. 60).

Если опрокидывание выражается столь сильно, что o6d крыла складки получают падение, близкое к горизонтальному, складка называется лежачей (левая часть фиг. 60), В случае, если у опро­ кинутой складки оба крыла складки, падающие в одну сторону, имеют приблизительно один и тот же угол падения (крылья параллельны друг другу), складка получает так называемое изо­ клинальное строение. Исходя из понятия об осевой плоскости,

208