книги / Учение о нефти
..pdfФиг. 107. Схема, показываю щая распространение песка Хогсхутэр (штат Оклахома)
Восточного Канзаса, но отличаются от них бблыпими размерами. Напри мер, «шнуроподобная» залежь Сэл- лиард-Медисон (фиг. 106) имеет в длину около 80 км, а залежь Хог схутэр-— около 68 км (фиг. 107). Максимальная ширина их достигает до 6—7 км, а мощность — до 50 м. Отличаются они и своим стратигра фическим положением. Они лежат
восновании свиты Чироки и возникли
врезультате эрозии между концом миссисипского века и началом пен сильванского. Согласно последним данным, эти песчаные залежи явля ются отложениями, свойственными
морским берегам типа песчаных ва лов.
«Шнурковые» залежи отмечены А. Бэллом в нефтеносной области «во сточного внутреннего угольного бас сейна» в районе Крауфорда, где такой характер залегания обнаружи вают нефтяные пески пенсильван ского возраста (верхний карбон).
Чем же управляется, или, по вы ражению американцев, «контроли руется», скопление нефти во всех «шнурках» и шнуроподобных песча ных залежах? На первый взгляд скопление нефти обусловлено в них главным образом их литологическими свойствами и формой самих залежей.
В самом деле, перед нами ленто образная, относительно ограниченная в ширину и глубину залежь пористой породы, заключенная в плотных сланцах, т. е. в породе непроницае мой.
Однако, учитывая значительную длину залежей и определенное, хотя и очень небольшое, приближающееся к так называемому минимальному, или критическому, градиенту паде ние в западном направлении (вместе с включающими их свитами), нельзя отрицать роли и тектонических дан ных, повлиявших на общее напра
270
вление движения нефти, поднимавшейся со стороны геосинклина лей. Ф. Лэхи подчеркивает, что в пределах самого «шнурка» распределение нефти, газа и воды, если такая имеется, цодчиняется обычным структурным закономерностям.
Относительно влияния моноклинального падения майкопской рукавообразной залежи под углом в 6—7° на формирование за лежи и на распределение в ней нефти и газа ни у кого не может быть сомнения.
Ограничивается ли распространение песчаных залежей типа «shoe strings» только указанными местами, или же возможно ждать появления их и в других местах, например, у нас в Евро пейской части СССР и в предгорьях наших горных цепей? У мно гих геологов и у автора этих строк существует убеждение, что более углубленное изучение вопроса о подземных условиях за легания нефти, которые управляют образованием нефтяных место рождений, покажет, что рукавообразные залежи имеют гораздо большее распространение, чем им приписывали раньше.
Это предположение оправдалось открытием ряда новых место рождений в Майкопском районе к северо-западу от Хадыжей: Асфальтовая Гора, Кура-Цеце, Балка Широкая и Кутаисское, приуроченных к залежам типа береговых валов, отложенных вдоль древнего морского берега.
СТРУКТУРНЫЕ ФОРМЫ СИНКЛИНАЛЬНОГО СТРОЕНИЯ
Настоящие синклинали, как это было указано выше, по своей форме представляют прямую противоположность антиклиналям. В типичных синклиналях (это, по-видимому, признается почти всеми геологами) нефть не встречается, и места развития таких складок признаются геологами неблагоприятными для бурения. Но там, где синклиналь находится в некоторых исключительных условиях, в ней могут образоваться скопления нефти промыш ленного значения. Каким же условиям должна удовлетворять синклиналь, чтобы можно было рассчитывать встретить в ней нефть? Когда между геологами шла борьба за определение роли и значения антиклинальной теории, писалось очень много отно сительно нефтеносности синклиналей. В результате этого дли тельного спора наметилось разделяемое, по-видимому, большинст вом геологов мнение, согласно которому нефть и газ, подчиняясь закону тяжести, могут скопиться в синклинали только в том слу чае, если в слагающих ее пластах отсутствует вода. Это положе ние было подкреплено многочисленными примерами разработки нефтеносных площадей Аппалачской нефтяной области, из которых было видно, что многие пески из свиты Кэтскил девонского воз раста 1 являются сухими, и поэтому даже там, где они образуют
1 Свита Кэтскил — один из наиболее выдержанных и обильных нефтькг членов стратиграфического комплекса в западпоп и юго-западной частях
штата Пенсильвания.
271
синклинали, в них могла скопиться нефть. Но в областях с чрез вычайно слабо выраженной складчатостью, где складки являются структурными формами второго порядка, осложняющими основ ные тектонические формы, например, склоны геосинклиналов или моноклинальные крылья громадных антиклиналов, вопрос о роли этих вторичных тектонических форм в образованйи нефтя ных залежей затушевывается характером отложения песчаных пластов (линзы) и изменением их литологического характера. При наличии, с одной стороны, малых углов падения, измеряемых иногда долями градуса, с другой, — линзообразного строения пласта и колебания в его пористости, возникают сомнения в том, какому же фактору приписать главную роль в скоплении нефти: структурным особенностям пласта, той или иной его тектониче
ской |
форме или же особенностям его литологического состава? |
В |
последнем случае решающее значение приобретают силы |
капиллярности.
Но все-таки общее направление движения нефти в конечном счете определяется тектоникой, поэтому, если можно спорить о роли тех или иных синклинальных форм на фоне других текто нических структур, то ни в коем случае нельзя отрицать громад ного значения и роли больших депрессий регионального харак тера, названных нами геосинклиналями. Ведь в них-то и проис ходило накопление первично битуминозного материала — так называемой материнской породы. Здесь под влиянием повышенной температуры и давления и при участии других факторов (анаэроб ных бактерий) происходило превращение органического материала в диффузно рассеянную в породе нефть, и отсюда началось ее дви жение-: вследствие разницы в удельном весе воды и нефти проис ходит их разделение и подъем последней вверх по восстанию. На своем пути поднимающаяся из геосинклиналей с места своей родины нефть встречала различного рода препятствия тектони ческого характера в виде литологических особенностей того или иного пласта, и в этих преградах происходило ее накопление и об разование нефтяных залежей *. Отрицая возможность накопле ния нефти в некоторых локальных структурных типах синклиналей, нельзя забывать огромного значения и роли геосинклиналей в об разовании и аккумуляции нефти.
Иногда нефть встречается в синклиналях в областях с резко выраженной складчатостью, например, в Калифорнийских нефтя ных месторождениях. На фиг. 66 показана сложная опрокинутая антиклинальная складка; свод этой антиклинали осложнен глу бокой, резко выраженной синклиналью. Наиболее сильно насы щенные нефтью пески залегают как раз на дне этой синклинали. Другим примером из того же района является синклинальная
*Важно подчеркнуть, что И. М. Губкин совершенно правильно и четко определил роль крупных впадин как основных источников нефти и газа и отделил их от мелких синклиналей.
272
площадь, известная под именем долины Мидвэй и расположенная между двумя антиклиналями (фиг. 108). Ось синклинали имеет направление с юго-востока на северо-запад. По направлению к северо-западу она поднимается, и по отношению к настоящей синклинали она характеризуется теми же чертами, как погружаю щая антиклиналь к настоящей антиклинали. Заштрихованная на фигуре площадь показывает, что нефть занимает сводовые части обеих антиклиналей и всю северо-западную восстающую часть синклинали; в этой синклинальной части антиклинальные залежи сливаются, образуя одну сплошную залежь, так что здесь нефтеносность не может быть приписана синклинальным усло виям; наоборот, можно сказать, что нефть здесь водворилась во преки этим условиям под влиянием соседних антиклиналей, в которых скопилось так много нефти, что ее хватило заполнить не только своды антиклиналей, но и наиболее приподнятую часть синклинали. В этом отношении их роль в распределении неф тяных залежей аналогична седловинам, расположенным между куполами, сидящими по осевой линии антиклинальной складки.
СТРУКТУРНЫЕ ФОРМЫ, СВЯЗАННЫЕ С МОНОКЛИНАЛЬНЫМ ЗАЛЕГАНИЕМ ПЛАСТОВ
В начале этой главы было указано, что крупные поднятия в виде горных хребтов называются геоантиклиналами, а большие пони жения между ними — геосинклиналами. Бока или крылья этих
18 и. М. Губкин |
273 |
крупных складок рассматриваются как отдельные структурные единицы и называются моноклинальными складками или моноклиналами *. На пересечении линии Майкоп — Туапсе Кавказ ский хребет представляет такую геоантиклинальную складку, центральная часть которой сложена мезозойскими породами, а крылья — породами третичного возраста и отчасти верхнего и нижнего мела. На северо-восточном крыле этой складки третичные породы имеют более или менее однообразное падение на северо-восток. Они имеют именно моноклинальное падение, или моноклинальное залегание. Юго-западное крыло этой геоантиклинали .находится по другую сторону Кавказского хребта в районе Туапсе — Сочи.
В Грозненском районе на северном склоне Кавказского хребта, известном там под именем Черных гор, третичные породы на зна чительных протяжениях имеют тоже моноклинальное залегание и входят в состав северного крыла больших антиклиналей этой части Кавказских гор. Моноклинальное залегание на северовосточном склоне Кавказских гор характеризуется более или менее вначительными углами падения, измеряющимися в пределах от 10 до 45° и выше.
Другой вид моноклинального залегания пластов мы встре чаем в Соединенных Штатах. Там, например, крылья аппалач ской геосинклинали имеют тоже моноклинальное залегание, но падение слагающих их пластов измеряется единицами или даже долями градуса (30—50' и реже 100' на 1,6 км). Приблизительно такую же величину падения имеют моноклинали Мид-Конти- нента. Здесь наблюдаемся моноклинальное падение пород палео зоя, во-первых, от поднятия Озарк к западу; во-вторых, от горной системы Арбокль к северу. Этому моноклинальному залеганию пластов подчинены нефтяные месторождения штатов Канзас и Оклахома. На других примерах моноклинального залегания пластов мы останавливаться не будем. Впервые этот термин был предложен одним из американских геологов еще в 1842 г. для «пластов, падающих в одном направлении». Другие этот термин потом применили и для обозначения «одностороннего изгиба пластов». Во избежание путаницы канадский геолог Дэли пред ложил термин «гомоклиналь» для всех пластов, падающих в одном направлении, а для односторонне изогнутых пластов сохра нить прежний термин «моноклиналь» х. Моноклинальное падение
* И. М. Губкин совершенно правильно рассматривает моноклинали как части более крупных положительных или отрицательных структур, хотя и вы деляет их в отдельные структурные единицы.
1 Р. Джонсон, профессор Питтсбургского университета в штате Пенсильва ния, признавая, что термином моноклиналь злоупотребляют и им вносится большая путаница, вместе с другими геологами (Андерсоном и Паком) предложил термин «моноклиналь» принять для «пластов, падающих в одном направлении», и термин «моноклинальная флексура» — для односторонне изогнутых пластов. Поскольку новый термин homocline был принят в 1915 г. Американским геологическим обществом и желая внести в терминологию единство, Р. Джонсон согласился с предложением Дэли и в свою очередь
274
распространяется на обширные площади и потому называется региональным, но оно редко является однообразным на значи тельном расстоянии: обыкновенно на сравнительно коротких рас стояниях оно меняется в своей величине. У нас на северном склоне Кавказа в области развития моноклинального залегания наблюдается, как правило, увеличение его по мере приближения к центральным частям хребта. Наблюдаются изменения и по про стиранию. В областях пологого моноклинального залегания пластов на фоне регионального падения развивается вторичная мелкая складчатость, представленная теми структурными фор мами, которые явились препятствиями, своего рода ловушками, вокруг которых возникли многочисленные нефтяные месторожде ния Аппалачской области и Мид-Континента в Соединенных Штатах.
Исходя из предыдущего, можно было бы всё моноклинальные структуры разделить на две большие группы: 1) моноклинали в тесном смысле слова, — то, что некоторые американские гео логи (Р. Джонсон и др.) предлагают называть плоскими гомоклиналями, и 2) пологие моноклинали, осложненные вторичной складчатостью.
Моноклинали типа плоских гомоклиналей
К этому типу относятся: 1) моноклинали с пологими углами па дения, 2) с более крутыми углами, 3) моноклинали, осложненные сбросами, и 4) несогласное перекрытие моноклинальных пластов.
Моноклинали с пологими углами падения. Среди них выде ляется группа структур, имеющих очень пологое падение в 5— 10 м на 1 км.
Встречаются эти формы почти исключительно в Соединенных Штатах, именно в Аппалачской области, Мид-Континенте и штате Калифорния *. Этот тип структуры в нефтеносном отношении имеет второстепенное значение, так как на плоских моноклиналах, как и в горизонтально залегающих пластах, трудно встретить месторождения большого промышленного значения, так как ни
предложил |
термин «гомоклиналь» подразделить на три основных типа: |
1) плоскую, |
или ровную, гомоклиналь,'2) антигомоклиналь и 3) синго- |
моклиналь. |
|
1.Ровная, или плоская, гомоклиналь представляет собой такую структуру, которая в общем всюду имеет один и тот же угол падения, т. е. струк туру без тектонических неровностей.
2.Антигомоклиналыо называется изогнутая часть гомоклинали, которая представляется выпуклой, если смотреть по направлению, перпендику лярному к простиранию пластов.
3.Сингомоклиналь является изогнутой частью гомоклинали, которая
представляется вогнутой, если смотреть по направлению, перпендику лярному к общему простиранию пластов.
* Хорошим примером этого вывода И. М. Губкина служит известное мес торождение битумов Атабаска.
18* 275
каких причин для скопления нефти в больших количествах как в том, так и в другом случае не существует, если не появятся дру гие, благоприятные для скопления нефти условия *.
С таким взглядом на роль плоских моноклиналей и на их зна чение в деле аккумуляции нефти не соглашается Р. Джонсон г. Он признает, что такие структуры очень трудно искать и разве дывать, так как они ничем себя не проявляют на дневной по верхности. Но это вовсе не означает, по его мнению, что таких залежей не существует. Если угол падения увеличится настолько, что явится возможность разделения воды и нефти вследствие раз ницы в их удельном весе и подъема последней к наиболее высоким пунктам пласта, могут возникнуть залежи на плоских монокли налях, или гомоклиналях. В этом случае они ни в какой мере не отличаются от залежей на крыльях больших широких антикли налей. Эти залежи по своим размерам слишком малы, чтобы до стичь осевой части антиклинали или спуститься и достичь ось соседней синклинали. А залежей такого рода в Западной Вирджи нии, по указанию Джонсона, около 75%. Их положение на крыле антиклинали ничем не отличается от положения залежи на пло ской моноклинали. Поэтому Джонсон считает не вполне пра вильным скептическое отношение геологов к плоской моноклинали как к структуре, неблагоприятной для скопления нефти. По на шему мнению, здесь забыта одна существенная черта плоской моноклинали: если ее падение становится таковым, что полу чается возможность миграции нефти, то нефть ничем не задержи вается (если только пласты вверх по восстанию не будут выкли ниваться и переходить в глинистые образования), будет подни маться к головным частям пласта и вытекать из пласта * * . При за крытой антиклинали, как бы широка она ни была, этого случиться не может.
В качестве примера гомоклинальных нефтено'сных структур можно привести месторождения Мак-Киттрик, Мидвэй-Сансэт, Соммерлэнд и другие в штате Калифорния.
Моноклинали с более крутыми углами падения. В пределах
СССР имеется несколько нефтяных месторождений, приуроченных к моноклинальному залеганию пластов, не осложненному вторич ной складчатостью и характеризующемуся сравнительно большими углами падения 2.
К таким месторождениям относится прежде всего в пределах Нефтяно-Ширванского месторождения Майкопского районд один
■ ■■ ■ |
г |
|
* |
|
Подобные же моноклинали имеются также на Русской и Сибирской пли |
1 |
тах. |
|
В . Н. Johnson. Principles of oil and gas production, т. I, 1916, p. 372. |
||
* * |
|
Например, в Канаде (штат Альберта) в пределах плоской моноклинали |
|
имеется много литологических ловушек и связанных с ними месторождений. |
Эти паши структуры как раз подходят под первый тип гомоклиналей, именно плоских гомоклиналей, не осложненных тектоническими неровностями, поэтому мы и приводим их в качестве примеров, иллюстрирующих эту структуру.
276
из верхних горизонтов с тяжелой нефтью, именно горизонт Ширванских колодцев, связанный с моноклинально залегающей в ни зах майкопской свиты песчано-глинистой толщей. Некоторые скважины характеризовались фонтанными явлениями с перво начальным дебитом около 160—170 т в сутки, но таких скважин было немного, а в других добыча затруднялась сильными прито ками воды.
Другим районом, где добыча производится из моноклинально залегающих пластов, является район станицы Калужской, рас положенной в 30—35 км к югу от г. Краснодара. Там добыча ведется из брекчиевидных доломитов, залегающих в виде больших глыб-желваков среди глин чокракского яруса. Здесь начальная добыча тоже достигала 150—160 т в сутки, но спорадическое залегание нефти в брекчиевидных доломитах сильно затрудняет правильную разработку этого месторождения.
Третьим районом, где производилась добыча из моноклинально залегающих пластов, является Северский район (нос. Ильский) Краснодарского края.
В районе Черных гор и в Северном Дагестане имеется ряд мест, где есть выходы нефтяных песков и наблюдается высали вание нефти среди моноклинально залегающих свит.
Основными недостатками описанных структур типа плоских гомоклиналей является то обстоятельство, что головные части
слагающих |
их пластов, в том числе и нефтяных песков, выходят |
на дневную |
поверхность, что ведет к постоянной утечке нефти |
и потере газа, если на их пути не возникнет подходящего препят ствия. Таким препятствием может быть или сброс (фиг. 109) или закупорка головных частей нефтяного пласта отложениями кира или асфальта.
Моноклинали, осложненные сбросами. Примеры моноклиналь ного залегания пластов, осложненного сбросовыми явлениями, часто встречаются в нефтяных месторождениях штата Калифор ния в районе г. Лос-Анжелес.
Моноклинали, закупоренные отложениями битумов, асфальта и пр. При движении к выходу на дневную поверхность нефть при ходит иногда в соприкосновение с циркулирующими в месторожде нии водами, часто содержащими много сульфатов и других солей. Если нефть имеет низкую вязкость и содержит в своем составе парафины, между нею и солями воды никаких реакций не проис ходит или же они происходят в весьма слабой степени, поэтому высачивание нефти через головные части пластов происходит бо лее или менее беспрепятственно. Там же, где нефть содержит высокий процент смолистых веществ и вообще ненасыщенных угле водородов *, между солями воды и названными веществами воз
*Ненасыщенные углеводороды (олефины) в современном понимании явля ются такой редкостью, что не могут влиять на образование и выделение твердых составных частей нефти. Если же И. М. Губкин понимал под не
277
никают реакции, в результате которых получаются асфальт и кир
вполутвердом, загустелом состоянии, закупоривающие движение нефти наружу, а потом совсем его прекращающие. На выходах пластов образуются большие кировые натеки, покрывающие часто весьма значительные площади. Подобные явления наблюдаются
вряде мест штата Калифорния в верхних горизонтах третичных
отложений, содержащих нефть асфальтового основания с высоким содержанием серы и высокого удельного веса. Особенно выдаю-
Фпг. 109. Влияпле сброса на сохранение нефти в пласте
а — продуктивная скважина; в — скважина встретила сухой нефтяной песок; с — непродуктивная скважина
щимся примером подобного рода является месторождение Сонсэт в штате Калифорния. Поперечный разрез его показан на фиг. 110, откуда видно, что на диатомовых слоях (на сланцах Maricopa) лежит моноклинально падающая к северо-востоку свита продуктивных пластов, пропитанная Кировыми отложениями на их головных частях. >,
Кировые натеки на выходах продуктивной толщи в Бинагадпнском месторождении Бакинского райойа тоже, вероятно, сы грали некоторую роль в закупорке пластов и в предохранении месторождения от истощения. По всей вероятности, и в других структурах наших советских нефтяных районов наблюдались явления подобного рода.
Несогласное перекрытие моноклинальных пластов. В некоторых случаях истечению нефти из моноклинально залегающих пластов может помешать несогласное перекрытие их свитами более мо лодого возраста.
Это происходит в тех случаях, когда нижняя и верхняя свиты отделены перерывом в отложениях, указывающих на горообразо вательные процессы, приведшие слои нижней свиты в наклонное
насыщенными углеводородами ароматические, то его заключение о их значении совершенно верное.
278