книги из ГПНТБ / Завьялов В.М. Условия аккумуляции нефти и газа и закономерности размещения их в Днепропетровско-Донецкой впадине

ГЛ А В А I I I

ГЕ ОЛО Г ИЧЕС КИЕ УСЛОВИЯ МИГРАЦИИ И АККУМУЛЯЦИИ

НЕФТИ И ГАЗА В Д Н Е П Р О В С К О - Д О Н Е Ц К О И В П А Д И Н Е

С тех пор как в нефтяной геологии утвердилось 'представление о вторичном характере скоплений углеводородов, возникла необхо­ димость в объяснении условий их миграции. В отличие от твердых полезных ископаемых, связь которых с вмещающими породами на протяжении геологического времени остается сравнительно неиз­ менной, нефтяные углеводороды под воздействием природных фак­ торов испытывают те или иные перемещения в толщах горных по­ род. При определенных условиях миграция нефти и газа может при­ водить к образованию их промышленных скоплений, но в то же время процессы миграции являются и причиной рассеяния углево­ дородов.

Также дискуссионны представления о силах, вызывающих передви­ жение подвижных веществ, и о физическом состоянии мигрирующих углеводородов. В значительной степени такое положение объясня-

. ется состоянием знаний о происхождении нефти, когда по Многим вопросам этой проблемы нет единой точки зрения.

Различают первичное перемещение нефти из нефтематеринских пород в пласты-коллекторы — первичная миграция и передвижение ее в пределах отдельного пласта-коллектора и из одного нефтяного горизонта в другой-—вторичная миграция. В отличие от дискусси­ онного вопроса первичной миграции нефти, возможность вторично­ го ее передвижения в горных породах ни у кого не вызывает сомне­ ния. Но и по этому вопросу имеются существенные разногласия. Так, например, некоторые исследователи считают допустимой лате­ ральную миграцию нефти и газа на многие сотни километров, дру­ гие же высказывают мнение, что она может происходить на ограни­ ченное расстояние.

Можно отметить, что различные представления о дальности бо­ ковой миграции нефти отражают определенные воззрения на место­ нахождение источника нефтяных углеводородов. В частности, мне­ ние о реальности далекой внутрирезервуарной миграции в . значи-

73

тельной степени обязано своему возникновению необходимости объ­ яснить образование промышленных скоплений нефти в тех регио­ нах, где по тем или иным соображениям не могли быть выделены нефтематеринскне овиты. Однако, учитывая значительные измене­ ния, происшедшие в последние годы во взглядах на породы, способ­ ные продуцировать нефть, можно сделать заключение, что и в рам­ ках органической теории вовсе не обязательно допущение сущест­ вования далекого передвижения углеводородов.

Среди основных возражений геологического и физического ха­ рактера против возможности латеральной миграции нефти на боль­ шую дистанцию можно привести следующие.

1. Существование скоплений інефти в запечатанных ловушках конечной протяженности. Такие залежи изолированы литологическим барьером, исключающим возможность бокового притока угле­ водородов.

2. Трудность представления интенсивного движения1 рассеянных частиц нефти вверх по пологому падению пласта, не превышаю­ щему во многих районах мира нескольких дециметров на 1 км, в породах с низкой проницаемостью. Наряду с малым углом падения и малой проницаемостью перемещению нефти препятствует «бес­ конечная изменчивость осадочных пород, переслаивание непрони­ цаемых и проницаемых пород, а также процессы сбросообразования, трещинообразования, цементации и другие барьеры проница­ емости, которые встречаются в осадочных породах» (Леворсен, 1958).

3.Данные разработки нефтяных залежей, свидетельствующие о том, что когда нефтенасыщенность гидрофильного коллектора сни­ жается до 20—30% от жидкого состава, нефть прекращает свое движение и задерживается в пласте в виде остаточной.

4.Имеющиеся физические доказательства несостоятельности ги­ потезы далекой латеральной миграции, опровергающие представле­ ния о возможности передвижения нефти на большие расстояния на том основании, что в природных условиях отсутствуют перепады давления, необходимые для преодоления вязкостного трения при перемещении нефти на такие расстояния, существуют явления преломления направления фильтрации в неоднородных породах и затухания фильтрации, обусловленные адсорбцией полярных ком­ понентов нефти в процессе гидрофобизации пористой среды (Hub­ bert, 1953; Линецкий, 1965; Рудаков, 1967 и др.).

Результаты интерпретации новой нефтегеологической информа­ ции наряду с учетом ранее известных фактов заставляют отводить все более значительное место вертикальной миграции в процессе образования месторождений нефти и газа. Как уже отмечалось, вы­ явленные особенности распределения в осадочной толще Днепров- ско-Донецкой впадины промышленных скоплений углеводородов позволяют сделать вывод о формировании их преимущественно пу­ тем вертикальной миграции. Об этом, в частности, свидетельствуют следующие факты.

74

1. Уменьшение в регионе вверх по разрезу осадочного комплекса количества нефтегазоносных площадей в результате существования в разрезе мощных покрышек, задерживающих мигрирующие флю­ иды.

2. Увеличение диапазона промышленной нефтегазоносности на месторождениях, где отмечается сокращение мощности и ухудше­

характерно уменьшение мощности и опесчанивание верхнепермских глинистых отложений — пересажской толщи, являющейся во впа­ дине региональным нефтегазоупором), а также развитие разрыв­ ных нарушений.

3.Широкое распространение залежей массивно-пластового ти­ па с большим этажом газоносности и пластовых сводовых залежей ' нефти и газа, ограниченных в значительной степени в результате изменения литологических соотношений.

4.Существование единых переточных систем в разновозраст­ ных продуктивных толщах ряда газовых месторождений, обуслов­ ленное перетоком газа из нижних горизонтов в верхние по текто­ ническим нарушениям.

5.Многопластовый характер месторождений и опускание корней нефтегазоносности в нижние горизонты осадочного чехла.

6.«Весьма неравномерное распределение по площади запасов нефти и газа, при котором основная их -часть связана с нескольки­ ми структурами.

7.Приуроченность месторождений нефти и газа к активным тектоническим участкам земной коры, нарушенность которых обу­ словливает наиболее благоприятные условия для проникновения флюидов в верхние горизонты осадочного комплекса.

8. Наблюдаемые на ряде месторождений под залежами нефти и газа углеводородные шлейфы, приуроченные к зонам тектониче­ ских нарушений и трассирующие пути миграции углеводородов.

9. Характер изменения физико-химических свойств нефтей и га­ зов: сходство углеводородного состава нефтей в залежах различ­ ных стратиграфических -горизонтов; некоторое утяжеление нефти с переходом к более глубоким горизонтам; уменьшение выхода свет­ лых фракций нефтей с увеличением глубины их залегания; намеча­ ющаяся тенденция к уменьшению вниз по разрезу коэффициента превращенности нефтей; увеличение с глубиной содержания арома­ тических углеводородов во фракциях, выкипающих до 300°С; от­ сутствие площадной зональности размещения нефтей с различными свойствами; увеличение жирности свободных газов с глубиной

ит. п.

10.Геотермические и гидрохимические аномалии на нефтегазо­ носных структурах, свидетельствующие о наличии восходящей внутренней разгрузки флюидов из нижележащих горизонтов в вы­ шележащие, а также ряд других фактов.

Так как основными путями вертикальной миграции служат .раз-

75

4

рывные нарушения и зоны трещиноватое™, то выяснение истории развития разломов іі установление периодов их возможной прово­ димости являются теми кардинальными вопросами, без решения которых невозможно построить достаточно убедительную схему миграции углеводородов в осадочной толще земной коры. Причем, если развитие разломов в базальтовом и гранитном слоях зависит в основном от растягивающих усилий, проявляющихся в консолиди? рованной земной оболочке, то на активности внутричехольных на­ рушений в Днепровско-Донецкой впадине сказывается еще влияние соляного тектогенеза.

Как уже отмечалось, формирование рассматриваемого региона объясняется растяжением гранитного и базальтового слоев земной

усилий, а также, по-видимому, во время возможного уменьшения объема подкорового вещества. Оседающие участки земной коры под влиянием своей тяжести должны вызывать смыкание разломов, т. е. запечатывать миграционные каналы. И, наоборот, эпохи воздымания подкорового субстрата следует рассматривать как благо­ приятные периоды для вертикальной миграции.

Возможные фазы миграции нефтяных углеводородов связыва­ ются в основном с эпохами восходящих движений в регионе, когда происходило раскрытие разломов, пропускавших флюиды в верхние горизонты осадочного комплекса. Доказательством проводимости разломов в такие периоды является приуроченность вулканической деятельности ко времени подъема рассматриваемой территории. В работе В. К- Гавриша (1969), выполнившего анализ палеоструктур- но-геологических условий развития Днепровско-Донецкого авлакогена в сопоставлении с его вулканической деятельностью, отмечает­ ся, что последняя не проявлялась во время нисходящих движений земной коры, даже в процессе накопления громадных толщ карбона в Донецком орогене.

Максимумы подъема земной коры в области Днепровско-Донец­ кой впадины приходятся на раннефранское, раннефаменское, позднефаменское, ранневизейское, раннепермское время, конец бата, кимеридж, конец верхнего мела — палеоцен и на конец харьковско­ го— начало полтавского времени. Особенно значительные подня­ тия земной коры, вызывавшие раскрытие разломов и сопровождав­ шиеся перестройкой структурных планов, происходили в предкамен-

земной коры следует связывать возможность наибольшего раскры­ тия разломов.

С эпохами регионального подъема .консолидированной земной

76

оболочки (перерывами в осадконакоплении) связаны и периоды роста структур осадочной толщи (Чирвинская, 1958, 1962 и др.). Об общей причине формирования структур свидетельствует совпадение максимумов их роста и периодов полного прекращения или замед­ ления развития, обусловленное периодическими дифференцирован­ ными подвижками блоков фундамента, проявлявшимися на значи­ тельной территории. Во впадине отмечается определенная закономерность в пространственном расположении и простирании складчатых форм и нарушений: большинство структур приурочено к окраинным частям приподнятых блоков кристаллического основания и разделяющих их пониженных участков.

Развитие во взаимосвязи структурных форм осадочного комп­ лекса Днепровско-Донецкой впадины и ее кристаллического основа­ ния позволяет сделать вывод, что в периоды растягивающих напря­ жений в гранитном и базальтовом слоях земной коры одновременно и в осадочном комплексе должны были существовать благоприят­ ные условия для вертикальной миграции флюидов.

Необходимо отметить, что проникновение нефтяных углеводо­ родов в верхние горизонты осадочного комплекса может происхо­ дить не только в эпохи наивысшей тектонической активности (фазы миграции), но и в более спокойные периоды. Представляется, что именно в такие периоды возрастает роль в процессе нефтегазонакопления мощных слабопроницаемых толщ пород, пропускающих флюиды во времена интенсивной жизни разломов.

Такое представление о течении процесса вертикального передви­ жения углеводородов в Днепровско-Донецком солянокупольном ре­ гионе может быть увязано с концепцией о двух формах движения соляных масс при формировании куполов.

Как известно, рост штоков соляных куполов, который происхо­ дит преимущественно в периоды региональных подъемов, в ряде случаев отмечается и во время погружения территории. Исследова­ ниями в областях развития соляной тектоники (Баранов, Денега, 1963; Аіізенштадт, Горфункель, 1968 и др.) устанавливается, что в процессе роста куполов проявляются две формы движения соля­ ных масс: прерывистая (ритмическая) и непрерывная. Первая из этих форм, основная, определяется региональными колебательными движениями. Непрерывная форма движения соляных масс обуслов­ лена действием гравитационного фактора, проявляющегося в пере­ рыве между тектоническими фазами или «фазами куполообразования» по Г. Штилле. Следовательно, можно предполагать, что в пе­ риоды опускания региона, когда оседающие блоки земной коры закупоривают разломы, движение соляных масс под воздействием гравитационного фактора вызывает развитие тектонических нару­ шений в надсолевом комплексе отложений. Активизация внутричехолыіых разрывов сопровождается перемещением флюидов в верх­ ние горизонты осадочной толщи. Вертикальная миграция нефти и газа в такие относительно тектонически спокойные периоды приво­ дит к переформированию залежей- в надсолевой толще пород.

.77

Процесс формирования скоплений нефти и газа на отдельные месторождениях следует рассматривать в связи с историей разви­ тия локальных структур. Уже отмечалось, что большинство струк* тур Днепровско-Донецкой впадины, к которым приурочены место­ рождения нефти й газа, представляют собой антиклинальные или брахиантиклинальные складки с глубоко погруженными соляными ядрами. Для этих складок свойственно сложное блоковое строение, обусловленное наличием разновозрастных тектонических наруше­ ний. На многих месторождениях (Качановском, Глииско-Розбышев-

друг другу и, сопрягаясь на различных глубинах, частично компен­ сируются. Среди них фиксируются сбросы, прослеживающиеся в палеозойских, мезозойских и кайнозойских отложениях, и сбросы, распространенные только в осадках мезо-кайнозоя. Развитие сбро­ совой сети, осложняющей строение солянокупольных структур, яв­ ляется следствием их постумного роста. Структурно-фациальный и палеотектонический анализы надсолевого комплекса ряда место­ рождений позволили установить детали такого развития структур (Бланк и др. «О некоторых...», 1964), в процессе которого в своде поднятия возникают растягивающие напряжения, разрешающиеся образованием разрывных нарушений, приводящих к возникновению в своде поднятия сложного по конфигурации ступенчатого грабена. По мере роста структур эти грабены последовательно расширяются и усложняются снизу вверх.

Развитие на платформенных солянокупольных структурах мно­ гочисленных нарушений способствует перетоку углеводородов в верхние горизонты осадочной толщи, что ведет к образованию мно­ гопластовых месторождений, характеризующихся большим диапа­ зоном нефтегазоносное™. Интервал промышленной нефтегазонос­ ное™ по разрезу многих месторождений Днепровско-Донецкой впа­ дины достигает 1,5—2,0 км и более.

Очевидно, что путями для миграции углеводородов в толще гор­ ных пород могут служить только такие нарушения, которые распо­ лагаются в зоне господства растягивающих напряжений. Поэтому установление проявления в геологическом времени на структуре напряжений растяжения является основной задачей при построе­ нии схемы миграции и аккумуляции нефти и газа в пределах ло­ кальных площадей. Применительно к солянокупольным структурам можно сделать вывод, что наибольшие возможности для миграции углеводородов в надсолевом комплексе должны были существовать в эпохи подъема соляных ядер.

Таким образом, как справедливо отмечают П. С. Хохлов, Б. Д. Гончаренко и др. («Основные...», 1969), разрывные нарушения в процессе неоднократного переформирования месторождений нефти

и газа в одних случаях способствовали образованию новых залежей

вболее высоких стратиграфических горизонтах, а в других — приво­ дили к частичному и полному разрушению скоплений углеводоро-

78

дов, образовавшихся в нижних горизонтах осадочного чехла земной коры. Необходимо также заметить, что в свете последних исследо­ ваний роль разрывных нарушений в формировании и разрушении залежей нефти и газа представляется значительно более сложной, чем это казалось ранее. Так, работы И. М. Михайлова (1967, 1969) свидетельствуют, что в определенных условиях скопления углево­ дородов могут экранироваться и гидрогеологически открытыми тек­ тоническими нарушениями. Это явление, установленное также на месторождениях Днепровско-Донецкой впадины (Прилукское, Рыбальское, Качановское и др.), объясняется различными энергетиче­ скими возможностями флюидов, находящихся в пластах и наруше­ ниях, т. е. залежи удерживаются в случаях превышения напоров вод со стороны разрывов над напором вод во вмещающих их пла­ стах.

Теперь следует остановиться на рассмотрении процесса мигра­ ции и аккумуляции нефтяных углеводородов в пределах локальных площадей — отдельных месторождений. По-видимому, логично пред­ положить, что поднимающаяся по тектоническим разрывам нефть заполняла в первую очередь такие пористые пласты в ловушках, проницаемость которых соизмерима с проницаемостью разрывов (Липецкий, 1965). Но для насыщения пластов-коллекторов промыш­ ленными количествами нефти или газа недостаточно одной только удовлетворительной проницаемости коллекторов на контакте с пи­ тающим разломом. Необходимо еще/чтобы пласт-коллектор распо­ лагал путями, по которым могла бы уходить из него вода из тех пор, каверн и трещин, которые заполняются нефтяными углеводоро­ дами.

Как отмечает В. А. Краюшкин (1967), для миграции и акку­ муляции нефти и газа на антиклиналях или моноклиналях требует­ ся наличие открытых дренажных систем. Путями миграции вытес­ няемой из коллектора поровой воды могут быть: выход пласта-кол­ лектора на земной поверхности на некотором расстоянии от места аккумуляции в нем нефтяных углеводородов, разломы, трещины, жерла грязевых вулканов, заальбанды соляных диапиров протыка­ ния, поверхности стратиграфических и угловых несогласий и т. п.'Различная возможность вытеснения из пластов вод нефтяными углеводородами является, вероятно, одной из основных причин, обусловливающих чередование в разрезе месторождений продуктив­ ных и водоносных горизонтов.

Анализируя процесс проникновения нефтяных углеводородов из разломов во вмещающие породы, следует подчеркнуть способность нефти самой создавать себе коллектор, расширяя существующие в породе пустота? и трещины и создавая новые. Выполненные матема­ тические расчеты и моделирование свидетельствует о способности флюидов образовывать трещины в породах и проходить по ним к участкам пониженного давления (Hubbert, Willis, 1957; Hubbert, Rubey, 1959). В геологии рудных месторождений представление о способности рудоносных флюидов оказывать значительное давление

79

ГЛАВА IV

ОВРЕМЕНИ АККУМУЛЯЦИИ У Г Л Е В О Д О Р О Д О В

ВД Н Е П Р О В С К О - Д О Н Е Ц К О Й В П А Д И Н Е

Определение времени аккумуляции углеводородов относится к одному из наименее разработанных вопросов нефтяной геологии. Существуют самые различные мнения, допускающие как раннее об­ разование скоплений нефти и газа, сразу же после отложения вме­ щающих пород, так и формирование залежей в недавнее геологи­ ческое время. Разнобой во взглядах на эту проблему объясняется, прежде всего, специфическими свойствами скоплений нефти и газа, представляющих в отличие от залежей других полезных ископае­ мых, аллохтонные флюидные образования, чутко реагирующие на изменение окружающих условий. Сказывается здесь также отсут­ ствие четких достоверных представлений об источниках нефтяных углеводородов, их формы миграции и т. п.

Критическое рассмотрение критериев и методов, используемых для установления времени миграции и аккумуляции нефти и газа, убеждает в том, что ведущим началом при подобных исследовани­ ях должно быть выяснение геологических условий нахождения этих полезных ископаемых. Данные о физических параметрах залежей и геохимические закономерности в условиях залегания нефти и газа возможно использовать только на фоне историко-геологического анализа развития региона, обязательно учитывая при этом выявлен­ ные особенности, размещения залежей.

Величины физических параметров залежей, привлекаемых во многих случаях для решения вопроса о возрасте нефтяных и газо­ вых скоплений (гидростатическое давление — в связи с газовмещающей способностью ловушки, давление насыщения), не являются определяющими факторами, так как они зависят от окружающей обстановки и не могли оставаться неизменными с момента образо­ вания -залежей. При определении времени формирования по методу расчета количества газовой фазы в ловушке нам не известна дей­ ствительная степень заполнения ловушки газом в момент форми­ рования и не учитывается количество рассеявшегося впоследствии флюида. При расчете глубины и времени образования нефтяной залежи по давлению насыщения также принимается, что содержа-