Модели физических полей трещиноватых коллекторов нефти и газа
Характерной особенностью карбонатных пород является их анизотропия относительно коллекторских и физических свойств, обусловленная трещиноватостью. В реальных условиях трещиноватость приводит к вторичным изменениям горной породы в блоках, ограниченных трещинами, вызывая значительную неоднородность физических свойств трещиноватых пород.
Акустическая модель
Наличие трещин может изменить скорость, амплитуду, затухание, частоту и другие параметры акустических волн.
Как правило, в трещиноватых зонах происходит поглощение высоких частот, изменяя спектр в сторону низких частот.
На волновой картине, представленной на рис. 1, в интервале 2407 – 2412 м наблюдается снижение амплитуд всех типов волн, сбой фаз и изменение частоты. Заметно также снижение скорости волны Стоунли. Средняя пористость в интервале составляет 2-5%, трещиноватость подтверждена данными сейсмоакустического телевизора. Одним из количественных признаков трещиноватости является полная энергия волнового сигнала Е1. В данном интервале кривая Е1 имеет глубокий минимум. Минимальными значениями отмечены также кривые энергии и амплитуды продольной, поперечной и поверхностной волн и частота волны Стоунли. Максимальные значения имеют интервальное время волны Стоунли и коэффициенты затухания всех типов волн. Таким образом, в приведённом примере имеет место целая совокупность акустических признаков трещиноватости[4].
Рис. 1. Пример волнового сигнала в низкопористых карбонатных отложениях
Электрическая модель
Трещиноватость снижает удельное электрическое сопротивление низкопористых пород благодаря уменьшению извилистости токовых каналов и увеличению роли поверхностной (по поверхности трещин) проводимости. Аномальная электропроводность трещин иногда позволяет выделить их по аномалии силы тока.
Также влияние на величину удельного электрического сопротивления образцов карбонатных порово-трещинных пород оказывает протяженность и раскрытость трещин.
Магнитная и гравитационная модель
По результатам геофизических исследований, а в частности гравитационной разведки, на примере Астраханского карбонатного массива, выявлено, что участкам I и II соответствуют зоны отрицательных и пониженных аномалий первой вертикальной производной силы тяжести в редукции Буге с плотностью промежуточного слоя 2,3 г/см3 (рис. 4). Соответствие отрицательных аномалий силы тяжести участкам зона очаговой трещиноватости (ЗОТ) в первом приближении может рассматриваться как подтверждение предполагаемого снижения плотности горных пород в пределах ЗОТ как во всей девонско-каменноугольной толще, так и в додевонских отложениях вплоть до кровельной части консолидированной коры.
Выделить именно трещиноватые коллекторы, магниторазведочными методами не представляется возможным[3].
2.3.Ловушки, связанные с cоляными куполами
СОЛЯНЫЕ КУПОЛА ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ПРИКАСПИЙСКОЙ ВПАДИНЫ И ИХ НЕФТЕГАЗОПЕРСПЕКТИВНОСТЬ
Размеры залежей нефти и газа, а, следовательно, и их промышленные запасы, как правило, определяются размерами структур, точнее структурных ловушек. Поэтому изучение закономерностей морфологии соляных куполов и их развития имеют большое значение для изучения нефтегазоперспектив в Прикаспийском регионе.
Многолетние геолого-съемочные работы со структурно-картировочным бурением, проводившиеся научно-производственным объединением Аэрогеология, трестом “Союзбургаз", геолого-поисковой конторой “Казнефтеразведка” и другими организациями, позволили детально изучить большое количество соляно-купольных структур с составлением подробных геологических карт со снятым плиоцен-четвертичным чехлом.
Соляные купола в восточной части Прикаспийской впадины развиты неравномерно. На одних площадях соляные купола очень мелкие по размерам и разделяются обширными мульдами, на других – крупные соляные массивы, отличающиеся характерной ориентировкой и гораздо меньшим размером межкупольных зон. При детальном изучении Морфологии соляных куполов четко выделяются зоны или области с разной степенью прорыва надсолевого комплекса, крутизной соляных склонов и характером их наклона. Наиболее крупные купола, в том числе и купола-гиганты, расположены в центральной части Прикаспийской впадины, а также в северной бортовой зоне. Наиболее мелкие соляные купола развиты в прибортовой восточной и частично в промежуточной зонах между бортовой частью и центральным районом Прикаспийской впадины. Интенсивность соляного тектогенеза, а, следовательно, и степень прорыва надсолевого комплекса, увеличивается по направлению от бортовых частей Прикаспийской впадины к ее центральному району. Именно в центральном и частично в южных районах соляные массивы или полностью прорывают надсолевые отложения, например, купол Индер, Кусанбай и другие, или выходят на доплиоценовую поверхность (купола Миялы, Санкебай-Круглый, Сатимола и др.).
В восточной части Прикаспийской впадины можно выделить несколько структурных зон: Челкарская, Хобдинская, Сагизская, Индеро-Зауральская, Эмбинская, Доссорская, Кулсарынская, Кенкиякская и Агниязская (рис. 1).
ТЕКТОНИЧЕСКАЯ СХЕМА ВОСТОКА ПРИКАСПИЙСКОЙ ВПАДИНЫ. (По материалам НПО Аэрогеология, “Союзбургаз”, Оренбурггеология, Эмбанефтегазгеофизика, треста “Актюбнефтегазразведка”, ВНИГНИ, ИГиРГИ и др.)
Рис.1 1–соляные купила; 2–предполагаемые рифы; 3 – соляные купона по данным гравиметрии; 4–брахиантиклинали; 5 – брахисинклинали; 6 – оси антиклиналей: 7 – оси синклинален: 8 – межкупольные участки; 9 – неогеновые антиклинальные поднятия под Каспийским морем; 10 – герцинская складчатая зона на поверхности; 11 – сбросы достоверные и предполагаемые; 12 – региональные разломы глубинного заложения; 13 – границы структурных элементов первого порядка. Буквами и цифрами обозначены: А – Челкарская зона, Б – Хобдинская. В–Сагизская, Г–Эмбинская, Д – Кенкиякская, Е.–Кулсарынская, Ж – Доссорская, 3–Индеро-Зауральская, И–Агниязская,I–Южный склон Оренбургского свода; II–Соль-Илецкий блок; III – Предуральский передовой прогиб: IV–герцинская складчатая зона под мезозойскими отложениями.
Челкарская зона является промежуточной ступенью по поверхности фундамента между Соль-Илецким и Хобдинским блоками. Глубина залегания кристаллического фундамента изменяется с севера на юг от 7–8 до 12 км, подсолевое ложе залегает на глубине 6–8 км.
Соляные купола в Челкарской зоне имеют широтную и субширотную ориентировку, что предопределено в первую очередь наличием Красно-Токаревского и Илекского региональных разломов. Такую же ориентировку имеет и основная часть локальных сбросов в пределах соляно-купольных структур. Соляные купола в этой зоне сравнительно большие по размерам. Они, как правило, вытянуты и часто образуют группу соляных массивов, вершины которых перекрыты мезозойскими отложениями. Сводовые части поднятий чаще всего сложены юрскими породами, а крылья – меловыми.
На юге Челкарской зоны широтная, субширотная ориентировка куполов постепенно пропадает, а соляные массивы становятся фактически разно-ориентированными. Лишь на отдельных участках отмечается преимущественно северо-восточное направление. В южной части зоны наблюдаются купола, где свод сложен триасовыми отложениями. Надсолевые отложения в пределах поднятий представлены радиальной системой сбросов. Продольные нарушения здесь встречаются в единичных случаях.
Хобдинская зона занимает центральное положение в восточной половине Прикаспийской впадины. По поверхности фундамента она ограничена с трех сторон региональными разломами, за счет которых приобретает треугольную форму; она несколько опущена по отношению к Челкарской зоне. Глубина поверхности кристаллического фундамента 12–14 км, подсолевого ложа – 8–9 км. В Хобдинской зоне соляные купола разноориентированы. Здесь преимущественно развиты тектонические нарушения северо-западного и северо-восточного направлений. Своды соляных куполов в Хобдинской зоне на поверхности или на доплиоценовом срезе сложены в основном юрскими отложениями, реже породами триаса и перми, а крылья – породами нижнего и, частично, верхнего мела.
Индеро-Зауральская зона отличается наиболее погруженным положением поверхности фундамента, глубина залегания достигает 15–16 км. Здесь же отмечаются и максимальные глубины (до 10– 11 км) залегания подсолевого ложа. Индеро-Зауральская зона характеризуется наличием скрыто-прорванных и прорванных куполов диапирового типа. В этой зоне наблюдаются и купола-гиганты. Как правило, соленосные отложения кунгура на большинстве куполов выведены на доплиоценовую, реже на дневную поверхность. Это свидетельствует о более активном проявлении соляного тектогенеза, связанного с повышенной мощностью соляного комплекса пород по сравнению с окружающими с севера и северо-востока территориями. Индеро-Зауральская зона отделяется от Хобдинской зоны тремя крупными региональными разломами. Им отвечает полоса куполов, которая на расстоянии 150 км ориентирована в северо-западном направлении (Круглый, Бискудук и др.). Южнее этой зоны закономерная ориентировка куполов исчезает, а уже в районе купола Индер отмечаются обычные разноориентированные купола. Их высота несколько ниже, чем у соляных массивов, расположенных западнее рассматриваемого района, а сами соляные штоки, как правило, не прорывают надсолевые мезозойские отложения. Своды куполов этой зоны сложены отложениями триаса и юры, а крылья – породами нижнего мела.
Сагизская зона отделяется от Хобдинской региональным разломом и по поверхности фундамента представлена пологой вытянутой в северо-восточном направлении впадиной амплитудой порядка 1–2 км. По бортам она ограничена региональными разломами. Глубина залегания фундамента в этой зоне от 12 до 14 км. Кровля подсолевых отложений залегает на глубинах 5–7 км. Региональные разломы обусловливают распределение и соляных масс. В настоящее время рассматриваемая зона относительно мобильна. Здесь фиксируются растущие купола. Простирание растущих соляных куполов или их отдельных участков северо-восточное, т. е. такое же, как и у регионального разлома. В Сагизской зоне развиты купола небольших размеров. Имеется довольно много очень мелких однокрылых куполов (Бишоки, Баймаган, Каракудук, Сор-Коль и др.). Зона характеризуется также преобладающим для большинства куполов северо-восточным простиранием самих поднятий и их сбросов. Наличие мелких куполов в Сагизской зоне обусловлено меньшей первоначальной мощностью гидрохимических осадков, а преобладающее северо-восточное простирание куполов и их дизъюнктивных нарушений объясняется относительной близостью к Уральской складчатой системе. Высота соляных массивов здесь несколько ниже, чем у массивов, расположенных западнее рассматриваемого района, а сами соляные штоки, как правило, не прорывают надсолевые мезозойские отложения. Своды куполов данной зоны сложены породами триаса и юры, а крылья – породами нижнего мела. Таким образом, на рассматриваемой территории фиксируется постепенное затухание соляного тектогенеза.
Эмбинская зона отделяется от Сагизской также региональным разломом в фундаменте, трассирующимся почти параллельно Хобдинскому разлому. В зоне фиксируется пологий подъем подсолевого ложа в восточном направлении. Поверхность кристаллического фундамента залегает на глубине 7–10 км. Эта зона характеризуется еще большим затуханием соляной тектоники. Купола становятся еще меньше по размерам: имеются лишь единичные двукрылые нормально развитые купола. Преобладают локальные однокрылые купола – Акджар, Бокумбай, Кумжарган, Жиланды, Гуши, Кок-Тюбе и др. Межкупольные депрессионные участки становятся более обширными и занимают в несколько раз больше площадь, чем сами купола. Это объясняется дальнейшим сокращением мощности соленосной толщи и ее постепенным замещением гипсово-ангидритовой толщей. Своды куполов в Эмбинской зоне сложены породами нижнего мела или юры и очень редко породами триаса. Соляные ядра куполов залегают на глубине 200– 500 м. Форма их обычно округлая. Соляные ядрабывают вытянуты в виде узких гряд и имеют несколько локальных вершин. Склоны массивов, как правило, крутые, асимметричные, иногда подвернутые. Мульды обычно большие по размерам, чашеобразной формы. В центре некоторых мульд развиты глубоко погруженные межкупольные соляные поднятия (рудиментарные купола).
В Доссорской зоне глубина залегания фундамента 10–13 км, а подсолевое ложе залегает на глубине 5–8 км. Доссорская зона соляных куполов характеризуется преобладанием куполов северо-восточного простирания, нарушаемое лишь по ее периферии. Свод соляных куполов, как правило, сложен пермотриасовыми или юрскими отложениями и осложнен центральными грабенами. По поверхности фундамента зона ограничена разломами, составляющими в плане равнобедренную трапецию, удлиненную с юго-запада на северо-восток. Это направление наследуют и соляные купола.
В пределах Кулсарынской зоны глубина залегания фундамента 9–12 км, подсолевого ложа– 4–7 км. Здесь развиты преимущественно разно-ориентированные соляные купола. Среди них отмечаются как крупные, так и мелкие, характеризующиеся однокрылым строением. Над крупными соляными массивами надсолевой комплекс обычно представлен центральным грабеном. Соляной тектогенез в данной зоне постепенно ослабевает с запада, северо-запада на юг, юго-восток, что выражается в уменьшении высоты соляных массивов и меньшей нарушенности надсолевой толщи.
В Кенкиякской зоне кристаллический фундамент залегает на глубине 8–11 км, подсолевое ложе – 3,5–6 км. Здесь развиты небольшие соляные массивы, простирающиеся в основном в меридиональном направлении. В зоне межкупольные депрессии обычно несоизмеримо больше по площади, чем сами соляные купола. С запада и востока Кенкиякская зона по поверхности ограничена меридиональными разломами.
На крайнем юге восточной части Прикаспийской впадины расположена Агниязская зона, в плане имеющая треугольную форму и ограниченная тремя региональными разломами. Фундамент залегает на глубине 8–10 км, подсолевое ложе – 3– 7 км. Здесь развиты разноориентированные соляные купола. На севере этой зоны они приобретают субширотную ориентацию, обусловленную направлением Азгирского разлома. В ее центральной части соляные купола имеют меридиональное простирание, и в первую очередь наиболее крупные из них, такие как Агнияз, Карарна, Аккудук и др. Последние характеризуются сложной сетью разрывных нарушений. На юге-востоке Агниязской зоны распространены мелкие соляные купола, имеющие однокрылое строение и простирающиеся, как правило, параллельно основному разлому, обрамляющему с юга Прикаспийскую впадину.
Наряду с установлением зональности в расположении соляных куполов по степени прорыва надсолевого комплекса, в отдельных зонах отмечаются и другие характерные особенности (форма, крутизна склонов). На большей части исследованного региона купола имеют склоны с углами пaдения 20–30° и более. В прибортовых частях склоны соляных куполов имеют очень разнообразную крутизну, причем нередко даже сам характер наклона резко меняется вплоть до вогнутых поверхностей с карнизами. Это вызвано влиянием тангенциальных деформаций на формирование соляных куполов. Все это дает возможность выделить зоны соляных куполов с определенными морфологическими признаками [4–5]. По высоте, форме соляных массивов и характеру наклона склонов можно выделить сравнительно четкие зоны или области развития соляных куполов. По высоте соляных массивов купола условно подразделяются на четыре категории: купол прорывает всю надсолевую толщу; соляной массив выходит на доплиоценовую поверхность; соляной массив перекрыт мезозойскими отложениями; рудиментарные соляные массивы. Формы и размеры соляных массивов различны ( рис. 1).
Анализ тектонической карты показывает, что наиболее крупные соляные купола в восточной половине Прикаспийской впадины развиты в ее центральной части и на севере – в Челкарской зоне. Они, как правило, вытянуты и часто образуют группу соляных массивов, вершины которых перекрыты мезозойскими отложениями. В сводовых частях поднятий чаще всего распространены юрские отложения, а крылья сложены меловыми породами. Центральная Индеро-Зауральская зона характеризуется в первую очередь наличием значительных по размерам скрыто-прорванных и прорванных куполов. В этой же зоне наблюдаются и купола-гиганты. Как правило, гидрохимические отложения кунгура на большинстве куполов выведены на доплиоценовую поверхность, реже на дневную.
Одним из самых существенных моментов в строении куполов этой зоны является также то, что здесь преобладают купола, соляные штоки которых прорвали полностью мезозойские надсводовые отложения. Это свидетельствует о наличии относительно более мощной толщи гидрохимических отложений кунгура в данной зоне и более активном соляном тектогенезе по сравнению с окружающими с севера и северо-востока территориями.
В юго-восточной части Хобдинской и восточной части Челкарской зон купола очень мелкие и слишком редко размещены по площади, хотя в целом геологическое развитие Хобдинской зоны во многом сходно с Соль-Илецким блоком. Большинство соляных куполов здесь слаборазвитые. Следовательно, в этих районах тектонические условия в надсолевых отложениях мало благоприятны для формирования крупных месторождений нефти и газа. Однако уже юго-восточнее этих районов, в Сагизской и Эмбинской зонах, размеры соляных куполов увеличиваются в 2–3 раза, а с увеличением объема тектонических ловушек в надсолевом комплексе создаются более благоприятные условия для образования крупных запасов нефти и газа.
Сами соляные штоки, как правило, не прорывают надсолевые мезозойские отложения. Своды куполов зоны сложены породами триаса или юры, а крылья – нижнего мела. Еще более контрастная картина выясняется при рассмотрении размеров соляных куполов прибортовой восточной части Прикаспийской впадины. Здесь купола еще меньше, чем на востоке Хобдинской зоны. Они имеют в плане, как правило, изометричную форму, а нефтегазоносность надсолевого комплекса характеризуется широким этажом нефтегазоносности и очень узкими в плане контурами самих залежей. Физико-химические свойства нефти и закономерности распространения ее по разрезу надсолевых отложений указывают, что на формирование залежей влияет вертикальная миграция углеводородов. Это связано с возможной миграцией подсолевой нефти или газа вверх по разрезу в надсолевые отложения. В этой зоне уже на многих соляных куполах доказана промышленная нефтегазоносность надсолевых отложений, а в последние годы и подсолевых [1,2].
Учитывая наличие крупных соляных куполов в более западных районах, надо уже сейчас в широких масштабах ставить глубокое поисковое бурение в этих зонах, причем на ряде куполов выявлены небольшие залежи и нефтегазопроявления – купола Чингиз, Ждаля, Матенкожа и др.[3,4].
Наличие нефтегазоперспективных надсолевых отложений, в первую очередь отложений верхней перми и триаса, в пределах значительных по размерам соляных куполов и уже выявленные нефтегазопроявления показывают, что отдельные внутренние зоны Прикаспийской впадины (центральная и западная части Хобдинской зоны, Челкарская зона, Сагизская, Индеро-Зауральская и др.) таят в себе более крупные промышленные месторождения, поиски и разведка которых должны проводиться широким фронтом в ближайшие годы. Именно эти зоны могут стать значительными нефтегазодобывающими районами. Для этого имеются все необходимые природные условия, в том числе и выгодное географическое положение.