книги из ГПНТБ / Бурштар М.С. Основы теории формирования залежей нефти и газа

Связанные друг с другом водонапорные системы на основе гео­ логических, геоморфологических и других признаков А. М. Овчин­ ников объединяет в крупные единицы, охватывающие огромные территории (регионы).

Понятие о природных водонапорных системах водоносных плас­

иотдельных водоносных комплексов.

А.А. Карцев (1968) под природной водонапорной системой понимает «комплексы напорных водоносных пластов и трещинова­ тых зон и заключенных в них вод, обладающих общими условиями залегания, создания напора, движения вод и разгрузки», а артезиан­ ский бассейн он рассматривает как частный случай водонапорной системы.

Согласно В. С. Котову (1968), водонапорная система — это сово­ купность гидродинамически связанных водоносных пластов или комплексов, развитых в бассейнах артезианского типа, надежно изолированных от других таких же систем.

Е. А. Барс представляет себе водонапорную систему как группу связанных между собой крупных артезианских бассейнов.

М. И. Суббота под природной водонапорной системой понимает такую систему естественного геологического образования (незави­ симо от ее объема), в пределах которой все участки гидродинами­ чески связаны. Отсюда следует, что природная водонапорная система при определенных условиях может иметь разный объем — «от пласта до группы бассейнов». Он считает, что бассейн артезианс­ кого типа может включать в себя несколько водонапорных систем, образованных хорошо изолированными водоносными пластами или водоносными комплексами. «С другой стороны, отдельно взятый артезианский бассейн, если все его водоносные пласты имеют взаим­ ный контакт в отдельных участках и передают напор, может пред­ ставлять единую водонапорную систему бассейна» (Ходжакулиев, Суббота, 1970).

Все природные водонапорные системы, встречаемые в артезиан­ ских бассейнах, делятся М. И. Субботой на пять групп: горизонта; водоносного комплекса; артезианского бассейна; сектора артезиан­ ского бассейна, связанного с блоками (фундамента и осадочной толщи); артезианских бассейнов (или сложная водонапорная система ряда бассейнов).

Природная водонапорная система является категорией истори­ ческой и меняется во времени. Водонапорная система горизонта непостоянна: она может быть разрушена и пласты могут объеди­ ниться в единую систему водоносного комплекса. В свою очередь автономные водонапорные системы водоносных комплексов в определеный момент геологической истории могут быть соединены в еди­ ную систему, охватывающую весь бассейн в целом. Это наблюдается в периоды крупных тектонических подвижек. Однако в последу-

70

ющем в результате закрытия трещин и нарушений и уменьшения проницаемости коллектора возникают новые водонапорные системы или резко затрудняется связь между отдельными участками единой водонапорной системы.

В каждой водонапорной системе бассейна артезианского типа могут существовать участки, в которых напор создается либо за счет инфильтрации вод в районах выходов пород, либо за счет выжи­ мания седиментационных вод в погруженных зонах.

Анализ материалов, характеризующих условия распространения и динамику подземных вод, показывает,-что разные бассейны под­

движений. Длительному погружению соответствуют седиментационные этапы гидрогеологических циклов, а положительным движе­ ниям — инфильтрационные этапы (Бурштар, Машков, 1963). В про­ цессе длительного погружения в глубоких частях бассейнов подзем­ ных вод возникают высокие пластовые давления, которые значительно превышают нормальные гидростатические. В периоды движений положительного знака происходит выравнивание пластовых давле­ ний до гидростатического. В связи с этим меняется и направление

в различных частях бассейна подземных вод существуют различные гидродинамические условия.

По гидродинамическим условиям артезианские бассейны, испы­ тывающие на современном этапе инфильтрационную фазу развития, можно разделить на несколько типов.

1. Артезианские бассейны, приуроченные к впадинам молодых платформ и предгорным прогибам, связанным с альпийской склад­ чатостью (Азово-Кубанский, Терско-Кумский, Западно-Туркмен­ ский и др.) и характеризующимся инфильтрационным режимом, наступившим в неогене или даже в постплиоцене, и преимуществен­ ными тенденциями погружения, на что указывают огромные мощности отложений.

В данном случае седиментационный этап весьма продолжителен и пластовые давления превышают нормальные гидростатические; движение флюидов происходит из наиболее погруженных частей впадин к краевым частям. Водонапорные системы насыщены седиментационными (седиментогенными, элизионными) водами. Высо­ кие давления в недрах бассейнов, возникающие в периоды длитель­

2. Бассейны, расположенные в пределах древних платформ, отличающихся незначительными глубинами фундамента (Московский,

71

Волго-Камский и др.)- В осадочной толще таких бассейнов господствуют гидростатические напоры.

3. Промежуточное положение занимают бассейны, мощность чехла которых составляет 2,5—4 км (например, Западно-Сибир­ ский). Здесь преобладают отрицательные движения в разных районах. Отмечаются одновременные движения положительного и отрица­ тельного знаков.

Характерным для всех бассейнов является тот факт, что при наличии в бассейне нескольких толщ с различной пластичностью в нижнем зтаже может возникнуть несколько подэтажей с разными гидродинамическими условиями. При определенных соотношениях пластичных и жестких пород могут появиться избыточные давления

ибудет происходить переток отжатых вод из верхней части вниз. Вопрос о региональном перемещении и разделении различных

подвижных веществ, связанных с водой, насыщающей горные породы, может решаться лишь в процессе разносторонних гидрогеологиче­ ских исследований. Материалы этих исследований показывают, что в пределах каждой водонапорной системы составной частью являются месторождения полезных ископаемых, в том числе нефти и газа. Последние группируются в зонынефтегазонакопления, связан­ ные с различными структурно-тектоническими элементами, ослож­ ненными ловушками структурного, стратиграфического и литологического типов. Зоны нефтегазонакопления являются составной частью более крупных геотектонических элементов земной коры

сов, насыщенных элизионными водами, связаны с зонами генера­ ции углеводородов (зонами нефтегазообразования). На отдельных этапах геологического развития в результате тектонических под­ вижек зоны нефтегазообразования могут стать зонами нефтегазо­ накопления. В этом случае процессы нефтегазообразования замед­ ляются или прекращаются вовсе.

В зонах нефтегазонакопления нефть и газ, заполняющие ловушки, находятся в равновесии с водой пластов-коллекторов, являющихся природными резервуарами, элементами крупных водонапорных комп­ лексов. Таким образом, соотношение воды, нефти и газа в каждом стратиграфическом комплексе следует рассматривать как единый водонапорный или гидродинамический комплекс.

Совокупность зон нефтегазообразования и нефтегазонакопления, генетически связанных между собой водонапорными комплексами, представляет собой единую гидродинамическую систему, в пределах которой существуют регионально нефтегазоносные толщи. Такая гидродинамическая система может быть выделена в качестве нефте­ газоносного бассейна, охватывающего в той или иной мере гидравли­ чески связанные между собой водоносные горизонты и комплексы.

72

Нефтегазоносный бассейн является частью бассейна подземных вод (частично артезианского бассейна), занимая его внутреннюю часть, связанную с напорными подземными водами (элизионными), несущими углеводороды нефти и газа. В гидродинамическом отно­ шении нефтегазоносный бассейн соотгѳтствует той части бассейна подземных вод, где в течение длительного времени отсутствует интенсивный водообмен (не происходит инфильтрации поверхностных вод, нет зон окисления углеводородов и разрушения их скоплений).

В каждом нефтегазоносном бассейне формирование зон нефте­ газонакопления обусловлено длительным геологическим резвитием, а также особенностями современной структуры тектонического элемента, с которым они связаны. Расположены зоны нефтегазо­ накопления в пределах пьезоминимумов. К ним направлены под­ земные воды из зон максимальных прогибаний, соответствующих зонам генерации углеводородов в восстановительной обстановке (пьезомаксимумы).

НЕФТЕГАЗОНОСНЫЕ БАССЕЙНЫ

В современной структуре земной коры нефтегазоносные бассейны представляются крупными сооружениями, связанными с депрессионными зонами, и различаются по своей тектонической природе, морфологическим особенностям, характеру и мощности осадочного выполнения, создающим благоприятные условия для образования углеводородов и формирования их скоплений. Для построения общей теории формирования нефтяных и газовых скоплений недо­ статочно анализа и выявления относительной роли отдельных фак­ торов в различных природных условиях, необходимо еще изучение региональной геологической обстановки, в которой происходят процессы нефтегазонакопления. При этом должны быть установлены закономерные связи нефтегазонакопления с историей геологиче­ ского развития и строением крупных элементов земной коры (бас­ сейнами седиментации), в пределах которых происходит накопление мощных толщ осадочных образований и процессы битумообразования и нефтегазонакопления.

Бассейны седиментации, с которыми связаны зоны нефтегазообразования и нефтегазонакопления, представляют собой обширные территории, занятые морскими бассейнами, общая поверхность которых может покрывать одну или несколько депрессионных зон (прогибов), иногда отделенных друг от друга барьерами, но сообщающихся между собой через проливы. Осадконакопление и захоронение вещества происходит по всему бассейну седимента­ ции в целом, но наиболее активно в погруженных зонах.

Каждая седиментационная впадина, прогиб, депрессионная зона обычно является составной частью более крупных областей погру­ жения земной коры. Очертания седиментационных прогибов и поло­ жение их центральных частей, наиболее погруженных, существенно изменяются в результате тектонических подвижек, происходящих на отдельных отрезках геологической истории.

73

Основной общегеологической предпосылкой нефтегазообразования в любом седиментационном бассейне служит длительное осадконакопление, не прерываемое сколько-нибудь значительными про­

внутренним сводовым поднятиям и выступам. Этот процесс сопро­

подобная система остается сравнительно устойчивой в течение длительного времени, значит происходит унаследованное развитие тектонического элемента, с которым связана зона нефтегазо­ накопления.

Зоны нефтегазонакопления для каждого этапа геологического развития генетически связаны с определенными зонами, в которых происходит генерация углеводородов. Они могут располагаться как в центральных, так и в краевых частях впадин. Обычно зоны нефтегазонакопления, расположенные в центральных частях седиментационных бассейнов, оказываются наиболее богатыми залежами нефти и газа, поскольку питание их происходит за счет большей части нефтегазоносного бассейна. Кроме того, подобные зоны нефте­ газонакопления находятся в более благоприятной тектонической обстановке, характеризующейся унаследованными тектоническими движениями и формированием конседиментационных структурных поднятий. Последнее способствует аккумуляции нефти и газа по мере образования и роста ловушек.

После значительного уплотнения осадков под нагрузкой выше­ лежащих толщ и эмиграции отжимаемых флюидов происходит их миграция из центральных частей впадин к ловушкам структурного типа, а также к ловушкам, характерным для краевых зон, образу­ ющимся в результате стратиграфических несогласий, литологического замещения и тектонического экранирования. Изменению конфигу­ рации береговых линий способствует развитие баров и других песча­ ных образований, тесно связанных с осадками, обогащенными орга­ ническим веществом.

Таким образом, зоны нефтегазонакопления могут быть двух типов: внутренними, расположенными в центральных частях впа­ дин и прогибов, и внешними (краевыми), приуроченными к бортовым частям седиментационных бассейнов.

Зоны нефтегазонакопления (так же, как и зоны генерации угле­ водородов) могут перемещаться (мигрировать) в пространстве и во времени, но нефтегазоносный бассейн в целом, характеризующийся однотипностью осадков и фаций, на определенных этапах в основном

74

сохраняет общую конфигурацию, а также центральную часть — наиболее активную зону погружения.

Таким образом, нефтегазоносный бассейн представляет собой длительно развивающуюся тектоническую депрессию, которая в те­ чение длительного геологического времени являлась областью на­ копления мощных толщ осадков, процессов нефтегазообразования и нефтегазонакопления, а также формирования залежей нефти и газа. Он характеризуется общностью стратиграфических, литологических, тектонических и гидродинамических условий.

В составе нефтегазоносного бассейна может быть либо одна зона нефтегазонакопления, связанная с крупным тектоническим элемен­ том первого порядка внутри впадины, либо несколько зон, связан­ ных с протяженными структурно-тектоническими элементами. Следо­ вательно, зоны нефтегазонакопления прежде всего являются состав­ ной частью нефтегазоносного бассейна. Они представляют собой наиболее активно погружающиеся участки впадин, в которых про­ исходят накопление значительных мощностей осадочных пород и генерация углеводородов.

Под зонами нефтегазонакопления следует понимать совокуп­ ность месторождений различных фазово-генетических типов, при­

В. И. Вернадский писал: «Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов» (Вернадский, 1960). Благодаря исключи­ тельной подвижности она играет огромную роль в формировании залежей нефти и газа.

Насыщенные водами горные породы образуют подземные водные

водоносных пластов, трещиноватых зон и заключенных в них вод, обладающих определенными условиями залегания, создания напора, движения вод и разгрузки, рассматриваются как природные водо­ напорные системы (Овчинников, 1961; Карцев, 1963).

С точки зрания гидродинамических условий (создания напора) природные водонапорные системы делятся на два типа: инфильтрационные и седиментационные. В первых напор создается за счет гидростатического давления со стороны области инфильтрации атмосферных и поверхностных вод в пласты-коллекторы, во вторых — за счет геостатической нагрузки, уплотнения пород.

Таким образом, напорные воды образуют водонапорные системы, частью которых являются артезианские бассейны. В их пределах располагаются нефтегазоносные бассейны.

Большинство исследователей, признающих важное значение под­ земных вод в миграции нефти и газа, основное место отводят седиментогенным водам. По этому поводу А. А.Карцев (Карцев, Вагин,

75

Басков, 1969) пишет: «На элизионных этапах гидрогеологической истории движение вод, происходящее под действием неравномерного прогибания бассейна, идет с относительно небольшими скоростями (сантиметры в год), а окисляющая активность вод ничтожно мала. Движение вод, хотя и медленное, обеспечивает миграцию растворен­ ных нефтеобразующих огранических веществ, в том числе нефтяных углеводородов. Медленность движения способствует образованию и препятствует разрушению залежей нефти и газа. . . Все это гово­ рит о том, что элизионные этапы гидрогеологической истории яв­ ляются благоприятным временем для нефтегазообразования и нефте­ газонакопления».

Таким образом, на элизионных этапах в результате тектониче­ ских подвижек происходят процессы прогибания, на фоне которого отдельные зоны испытывают относительное поднятие (отставание в процессе прогибания). Седиментационные воды движутся к этим зонам поднятий и медленно разгружаются, выделяя из водного раствора нефтяные углеводороды и другие органические соединения.

Следовательно, на элизионных этапах гидрогеологического раз­ вития зоны прогибания и накопления осадков (гидродинамические максимумы) могут рассматриваться как зоны нефтегазообразования (генерации углеводородов), а зоны относительных поднятий, где пластовые давления значительно меньше и в сторону которых на­ правлено движение подземных вод (гидродинамические минимумы), могут рассматриваться как зоны нефтегазонакопления. В пределах последних и происходит аккумуляция углеводородов в ловушках и формирование залежей различных фазово-генетических типов.

Исследования, проведенные геологами в различных нефтегазо­ носных районах, подтвердили изложенные выше положения о связи в пространстве зон нефтегазонакопления с зонами гидродинами­ ческих минимумов. В районах Предкавказья, Средней Азии, Сибири и других нефтегазонакопление связано с элизионными этапами гидрогеологической истории.

Процессы нефтегазообразования и нефтегазонакопления в течение длительного геологического времени приурочены к обширным струк­ турным и палеогеографическим депрессиям, в пределах которых про­ исходит не только накопление осадочных толщи захоронение органи­ ческого вещества, но и.формирование нефтеносных свит и формаций.

Участки земной коры, связанные с замкнутыми или неполностью замкнутыми впадинами, разнообразными по форме, размерам, строе­ нию и истории геологического развития, и характеризующиеся наличием регионально нефтегазоносных горизонтов, содержащих нефтяные и газовые месторождения, были названы нефтегазонос­ ными бассейнами (Брод, 1953, 1955, 1965; Вассоевич, Успенский, 1954; Высоцкий, 1954; Хаин, 1951, 1954). Каждый нефтегазоносный бассейн связан с водонапорной системой, представляющей собой совокупность водонапорных комплексов. Распространение нефте­ газоносных толщ контролируется геологическим строением и гид­ рогеологической обстановкой бассейна.

76

Рассмотрение материалов, характеризующих нефтегазоносные бассейны, показывает, что в одних случаях они представляют собой относительно просто построенные гомогенные по своей тектониче­ ской природе депрессии, в других — весьма сложные гетерогенные в тектоническом отношении участки прогибания земной коры.

Многие нефтегазоносные бассейны, образовавшиеся в ранние гео­ логические эпохи, существуют и в настоящее время, сохраняя основные черты строения. Некоторые же области погружения земной коры и приуроченные к ним нефтегазоносные бассейны полностью изменились или же преобразовались частично в своих очертаниях и структуре.

Если крупная депрессионная область развивается в течение нескольких этапов осадконакопления, то она может служить об­ ластью нефтегазообразования и нефтегазонакопления для ряда нефтегазопроизводящих формаций. Региональная миграция углево­ дородов, их деформация, аккумуляция и перераспределение могут происходить в течение всего времени существования нефтегазонос­

в пределах бассейна происходит неравномерно.

Нефтегазоносные бассейны отличаются друг от друга по соче­ танию в их разрезе литолого-стратиграфических комплексов и по соотношению водонапорных комплексов. Сходными чертами строе­ ния обладают прежде всего бассейны, близкие по геотектоническому положению. Например, бассейны предгорных прогибов Кавказа

иКопет-Дага, нефтегазоносные бассейны Скифско-Туранской плиты

идр.

Вгеосинклинальных областях, где расположение основных прогибов вследствие общего обращения геотектонического режима резко меняется, осадочное выполнение нефтеносного бассейна обычно ограничивается одной нефтеносной формацией. Однако в случае остаточных или передовых прогибов, развившихся на основе внеш­ них прогибов, ниже основной нефтеносной формации следует ожи­ дать присутствия более ранних нефтеносных формаций (Хаин, 1954). Так, в юго-восточной части Терско-Дагестанского бассейна ниже нефтеносной формации олигоцена — миоцена залегает нефтеносная

формация юры и нижнего мела.

В платформенных областях пространственное совмещение не­ скольких нефтеносных формаций является характерным, по­ скольку этим областям присуще длительное унаследованное развитие депрессий.

Нефтегазоносный бассейн, как указывалось выше, соответствует лишь той части артезианского бассейна, которая связана с седи­ ментогенными водоносными комплексами, региональными нефте­ газоносными литолого-стратиграфическими комплексами и зале­ жами нефти и газа. В состав нефтегазоносного бассейна входят лишь те части водоносных комплексов, которые находятся под

77

напором седиментогенных вод и характеризуются в большинстве случаев восстановительной обстановкой.

Выше уже отмечалось, что бассейны могут быть полностью или

быть погребенные валы и гряды, к которым приурочены месторож­ дения нефти и газа. Примером может служить Каневско-Березанский вал в восточной части Азово-Кубанского нефтегазоносного бассейна, отделяющий месторождения северной части Ейско-Березанской зоны от месторождений Западно-Кубанского прогиба. В качестве другого примера можно привести вал Карпинского, являющийся границей Северо-Каспийского и Среднекаспийского бассейнов. Цинциннатский свод отделяет Мичиганский и Иллинойский бассейны от Аппалачского; с этим сводом связаны многочисленные месторождения нефти и газа. То же отмечается и для района свода Бенд, который отделяет Пермский бассейн от бассейна Мексиканского залива.

Совокупность гидрогеологических условий, характеризующих отдельные водоносные комплексы, определяет общие гидрогеоло­ гические закономерности развития нефтегазоносного бассейна в це­ лом. Нарушение гидродинамического равновесия в нефтегазоносном

Несмотря на разнородность строения нефтегазоносных бассей­ нов, они в общем плане представляют собой в современной структуре земной коры единую депрессию с единой водонапорной системой.

Нефтегазоносные бассейны различаются по своей геотектони­ ческой природе: в одних случаях они подстилаются однородно построенным и одновозрастным фундаментом, в других, наоборот, разнородно построенным и разновозрастным фундаментом. АзовоКубанский бассейн, например, охватывает области распространения передовой складчатости Северо-Западного Кавказа, собственно предгорный прогиб и смежную с ним часть эпигерцинской плат­ формы. Этот бассейн относится к сложно построенным гетероген­ ным бассейнам.

Внутри нефтегазоносных бассейнов выделяются области, характе­ ризующиеся однородным тектоническим строением, сходными усло­ виями нефтегазонакопления и типом залежей (Терско-Сунженская, Прикумская, Ейско-Березанская, Прикаспийская солянокупольная область и др.).

Крупные нефтегазоносные области, в составе которых установ­ лены отдельные зоны, несколько отличающиеся по структурным особенностям, стратиграфическому диапазону нефтегазоносности и морфологическим типам нефтегазоносных структур, делятся на нефтегазоносные районы. В состав последних входят группы нефте­ газоносных структур, залежей и месторождений, сходных по геоло­ гическому строению, типам залежей, стратиграфическому диапазону нефтегазоносности.

78

Таким образом, нефтегазоносные бассейны представляют собой

истории. На первых этапах формирование нефтегазоносного бас­ сейна связано с одним водоносным комплексом, который контроли­ руется одной литолого-стратиграфической толщей (свитой, комплек­ сом) пород. В течение геологической истории формируется нефте­ газоносный бассейн сложного строения с системой водоносных и нефтегазоносных комплексов, гидравлически связанных между собой. В связи с этим оценка перспектив нефтегазоносности бассейна в целом и отдельных его частей может быть произведена на основе тщательного анализа особенностей геологического развития. Однако решающее значение имеет современная структура, определяющая на данном этапе закономерности размещения нефтяных и газовых месторождений, движение подземных вод и термодинамические условия сохранения или разрушения скоплений углеводородов.

Поскольку нефтегазоносные бассейны приурочены к депрессиям

скую впадину он относит к нефтегазоносным бассейнам первого порядка (мегабассейнам), содержащим мощнейшую нефтеносную формацию эоцен-верхнеплиоценового возраста. Мегабассейны под­ разделяются на ряд самостоятельных бассейнов с более ограничен­ ным диапазоном нефтеносных свит, которые в свою очередь делятся

гических и геоморфологических признаков подразделяются на бассейны платформенных и геосинклинальных областей. Первые занимают обширные равнинные территории и содержат иногда большее, чем в геосинклинальных бассейнах, число нефтеносных формаций, но менее мощных.

Контуры нефтегазоносных бассейнов определяются погребен­

Нефтяные месторождения геосинклинальных бассейнов в боль­ шинстве случаев содержат больше пластов, чем месторождения платформенных бассейнов.

В платформенных бассейнах основное значение имеет внутриформационная миграция, тогда как в геосиклинальных условиях, наоборот, основная роль принадлежит межформационной (верти-- кальной) миграции.

В рамках геосинклинальных бассейнов выделяются два основных подтипа бассейнов — предгорные и межгорные. К первому отно­ сятся бассейны, связанные с передовыми прогибами, а ко второму — приуроченные к межгорным прогибам.

79