Литология нефтегазоносных толщ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ЛИТОЛОГИЯ НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ ТОЛЩ

Содержание

Введение

1. Основы литолого-фациального анализа

1.1 Литолого-геохимическая характеристика пород

1.1.1 Генетическое значение состава пород

1.1.2 Генетическое значение структуры пород

1.1.3 Генетическое значение текстуры пород

1.1.4 Генетическое значение конкреций и других минеральных новообразований

1.2 Остатки древних организмов и следы их жизнедеятельности

1.2.1 Основы биофациального анализа

1.2.2 Генетическое значение остатков фауны

1.2.3 Генетическое значение остатков флоры

1.2.4 Следы жизнедеятельности ископаемых организмов

1.3 Форма залегания осадочных тел

1.3.1 Морфология осадочных тел

1.3.2 Фациальные контакты и переходы

2. Условия образования осадочных толщ

2.1 Основные принципы установления седиментологических и электрометрических моделей фаций

2.2 Континентальная обстановка осадконакопления

2.2.1 Элювиальные фации

2.2.2 Коллювиальная и делювиальная фации

2.2.3 Пролювиальная фация

2.2.4 Аллювиальный комплекс фаций

2.2.5 Эоловые фации

2.2.6 Лимнические (озерно-болотные) фации

2.2.7 Ледниковые фации

2.3 Морская обстановка осадконакопления

2.3.1 Прибрежно-морской комплекс фаций

2.3.2 Шельфовые фации

2.4 Переходная обстановка осадконакопления

2.4.1 Дельтовый комплекс фаций

2.4.2 Лагунные и лиманные фации

3. Осадочные формации

3.1 Определение понятий "формация", "нефтегазоносный комплекс", "природный резервуар”

3.2 Геосинклинальные формации

3.3 Формации переходных зон

3.4 Платформенные формации

4. Седиментационная цикличность

4.1 Понятия о цикличности, ритмичности и слоевых ассоциациях осадочных толщ

4.2 Правила выделения и классификация циклитов

4.3 Литологический ряд и его промыслово-геофизическая характеристика

4.4 Характеристика границ между циклитами по промыслово-геофизическим данным

4.5 Способы расчленения и корреляции осадочных толщ методом системного анализа

Литература

Введение

Настоящее учебное пособие, являющееся частью курса лекций и лабораторных занятий дисциплины "Литология", включает в себя разделы: основы литолого-фациального анализа, условия образования осадочных толщ, строение осадочных формаций и седиментационная цикличность.

Литолого-фациальные, формационные исследования с применением циклического анализа позволяют решать следующие задачи:

выявление в разрезе фаций и формаций, благоприятных для образования нефтематеринских и газоматеринских отложений;

выяснение литолого-фациальных условий формирования региональных нефтегазоносных комплексов;

расчленение и корреляция разрезов осадочных пород с учетом цикличности их строения;

изучение литологических и палеогеографических факторов, предопределяющих распространение в разрезе и по площади пород-коллекторов и пород-покрышек;

выяснение условий образования и закономерностей размещения зон нефтегазонакопления литологического, стратиграфического, рифогенного и комбинированного типов.

Способы решения этих задач для конкретных практических рекомендаций будущим специалистам-нефтяникам отражены в настоящем учебном пособии. В нем по литературным данным и с учетом многолетних исследований авторов собран, обобщен и систематизирован обширный материал по условиям формирования, распространения, особенностям строения и пространственного размещения песчаных тел-коллекторов и глинистых пород-экранов. Приводятся классические методы литолого-фациального анализа, позволяющие реконструировать обстановку осадконакопления, наметить зоны распространения пород-коллекторов, выявить участки развития наилучших из них. Однако при существующей тенденции ограниченного отбора керна роль традиционных методов исследований каменного материала снижается. В связи с этим, в учебном пособии большое внимание уделяется литолого-фациальной интерпретации геофизических данных, особенно электрометрического каротажа. В то же время в условиях выборочного отбора керна при его обработке в нефтегазоразведочных экспедициях и на промыслах будущие специалисты - геологи должны знать комплекс приемов и методик, позволяющих извлечь максимум литолого-фациальной информации и увязать полученные результаты с промыслово-геофизическими данными по скважинам, где керн не отбирался. Для удобства работы как с каменным материалом, так и данными ГИС составлены таблицы, где сведены воедино генетические признаки, седиментологические и электрометрические модели наиболее распространенных фаций континентальной, переходной и морской обстановок осадконакопления.

В учебном пособии нашли отражение основные положения новых направлений нефтяной геологии, связанных с литологией: электрометрической геологии и нефтяной литмологии. На примере нефтегазоносных отложений Западной Сибири предлагаются современные методы расчленения и корреляции осадочных толщ на основе системного анализа породно-слоевых ассоциаций.

Учебное пособие предполагает знание студентами дисциплин "Петрография", "Минералогия", "Основы палеонтологии", "Геофизические исследования в скважинах".

Книга предназначена для студентов нефтяных специальностей при выполнении курсовых и дипломных работ, а также может быть полезна для студентов, аспирантов и других специалистов, занимающихся научными исследованиями в области нефтяной геологии.

Авторы выражают искреннюю благодарность доценту кафедры "Техника разведки месторождений полезных ископаемых" Томского политехнического университета кандидату технических наук В.Г.Храменкову, доценту кафедры "Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов" Красноярского государственного технического университета кандидату геолого-минералогических наук З. В. Егорычевой, ознакомившимся с настоящей работой и сделавшим ряд ценных замечаний, а также Л.В. Батретдиновой за большую помощь в оформлении учебного пособия.

1. Основы литолого-фациального анализа

Накопление осадков, в которых возможно возникновение углеводородов, происходило в определенных физико - географических условиях. Особенности распространения осадочных пород во времени и пространстве в значительной мере определяют размеры и форму природных резервуаров нефти и газа, а, следовательно, и запасы этих полезных ископаемых. В связи с этим, знание общих и частных закономерностей образования осадочных толщ имеет существенное практическое значение.

Закономерное чередование комплексов пород позволяет судить о периодической смене условий осадконакопления и общем направлении изменения этих условий в различные периоды. Для выражения изменения состава отложений определенного стратиграфического отрезка на площади его распространения было введено в геологию в середине прошлого столетия понятие "фация".

В настоящее время насчитывается более 100 различных определений термина "фация". Современные определения фаций отражают следующее: породы или осадки с одинаковым комплексом первичных признаков (литологических, палеонтологических и др.); физико-географические условия, т.е. обстановки осадконакопления; характерные признаки осадочных пород, по которым можно восстановить условия их образования.

Большинство исследователей понимают фацию как единство типа пород и обстановки ее образования. Наиболее емким и кратким является определение, предложенное Н.В. Логвиненко [12]: "Фация - это обстановка осадконакопления, современная или древняя, овеществленная в осадке или породе".

Таким образом, под фациями понимаются физико-географические условия какого-либо региона в определенный отрезок времени, отличающиеся от условий того же времени в соседних регионах. Эти условия находят свое выражение в особенностях осадков и пород или в первичном отсутствии отложений. Другими словами, фации отражают обстановки осадкообразования и осадконакопления и изменчивость этих обстановок.

Под физико-географическими условиями (обстановкой) понимаются все условия и характер среды осадкообразования, например: субаэральная или субаквальная среда; приуроченность к тем или иным геоморфологическим элементам суши; характер бассейна (озеро, лагуна, море) и вероятная его глубина; положение в определенной части бассейна (прибрежной, на открытом шельфе, батиальной, в застойной зоне и т.д.); удаленность от береговой линии; динамика среды; условия жизни и захоронения организмов и т.д.

Условия осадконакопления определяются рельефом, климатом, тектоникой и особенностями развития жизни на Земле в данный период. Раздел геологии, рассматривающий физико-географические обстановки осадконакопления, называется учением о фациях, а способы реконструкции этих обстановок для прошлых периодов в истории Земли называются фациальным анализом.

При фациальном анализе широко применяется метод актуализма. Это метод научного познания геологической истории Земли, реконструкции процессов и обстановок прошлого путем использования закономерностей, выявленных при изучении современных геологических процессов [5]. Наиболее применим и эффективен актуалистический метод в области осадконакопления. Поэтому, чем полнее изучены современные отложения того или иного генезиса, тем детальнее могут быть установлены их ископаемые аналоги. При этом как в современных осадках, так и в древних породах сохраняются некоторые наиболее устойчивые первоначальные признаки, которые не изменились в течение длительного геологического времени. Первоначальные генетические признаки осадочных пород могут быть объединены в следующие группы: литолого-геохимическая характеристика пород; остатки древних организмов и следы их жизнедеятельности; форма залегания осадочных толщ.

Значение генетических признаков для литолого-фациального анализа достаточно полно отражено в различных атласах, справочниках, научных трудах по седиментологии и литологии. Здесь приводится обобщенная характеристика этих признаков по некоторым литературным источникам [1, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 18] и исследованиям авторов [6].

1.1 Литолого-геохимическая характеристика пород

1.1.1 Генетическое значение состава пород

Минеральный состав имеет значение для определения источников питания исследуемого бассейна обломочным материалом и их изменения во времени. Так, описание формы, состава, распределения и условий залегания галек в песчаных породах позволяет решать вопросы об источниках приноса галек, о глубине размыва, направлении течений и пр. Широко используется для тех же целей состав породообразующей части песчаников. Если в них присутствуют обломки пород, то последние уже характеризуют состав материнских пород, а при их отсутствии рассматриваются ассоциации минералов - как породообразующих, так и акцессорных.

Обилие в тяжелой фракции апатита, циркона, рутила, роговых обманок, а в легкой - калиевых полевых шпатов и кварца свидетельствует о размыве гранитоидов. Ассоциация магнетита, титаномагнетита, сфена, основных плагиоклазов, амфиболов и пироксенов характерна для основных и ультраосновных пород. В то же время наличие основных плагиоклазов, амфиболов и пироксенов позволяет предполагать относительно недалекий перенос и аридный климат в пределах области питания, поскольку эти минералы легко истираются при механическом переносе и быстро разрушаются при выветривании в условиях гумидного климата.

Развитие дистена, ставролита, силлиманита, гранатов, андалузита при значительном содержании в легкой фракции кварца с волнистым и мозаичным погасанием указывает на размыв метаморфических комплексов. Общая бедность минералами тяжелой фракции, наличие кремней, кварцитов говорит о развитии в области сноса осадочных пород.

Цемент осадочных пород может дать указание на условия осадкообразования, если он формировался в седиментогенезе или раннюю диагенетическую стадию. Обильный известковый цемент с остатками раковин указывает на теплый или жаркий климат. О засушливых условиях свидетельствует базальный гипсовый цемент. Присутствие в цементе гематита в порах или в виде "рубашек" вокруг обломочных зерен говорит о теплом (или жарком) и засушливом климате. Глауконитовый цемент так же, как и фосфатный, свидетельствует о морских условиях осадконакопления.

Обильный глинистый цемент говорит о таких условиях накопления, при которых глинистый материал не отделялся от более крупных частиц. Это может иметь место в коллювии, пролювии, моренах, в отложениях суспензионных (мутьевых) течений. Каолинитовый цемент в сочетании с кварцевым составом обломочных зерен указывает на то, что размыву подвергались продукты коры выветривания.

Туфогенный цемент свидетельствует об одновременной осадконакоплению вулканической деятельности. При этом нужно иметь в виду, что вулканический пепел может переноситься по воздуху очень далеко - на сотни километров от центров извержений. Иногда продукты вулканической деятельности превращаются в осадке в цеолиты и дают цеолитовый цемент [10].

Цвет осадочных пород имеет определенное генетическое значение. Окраска осадочной породы может быть вызвана присутствием в ней тонкорассеянного пигментирующего вещества или скоплением большого количества зерен интенсивно окрашенных минералов. Возможно сочетание двух этих факторов.

Черный цвет зависит от присутствия органического вещества как битуминозного, так и углистого. Наличие последнего указывает на влажный климат, обилие растительности. Черную окраску обломочным породам придают также скопления черных минералов (магнетита, ильменита, титаномагнетита), которые накапливались в пляжевых отложениях в результате естественного шлихования.

Бурый цвет обусловлен присутствием гидроокислов железа, образующихся в прибрежно-морских или озерных пресноводных отложениях. В красноцветных толщах, как уже говорилось выше, окраска обусловлена присутствием гематита, указывающего на жаркий засушливый климат.

Зеленый цвет обломочных пород обусловлен скоплениями зерен глауконита и хлорита, что указывает на морской генезис этих отложений. Бледно-зеленые (блеклые) тона придают породе закисные соединения железа, характерные для болотных условий.

1.1.2 Генетическое значение структуры пород

Структура осадочных пород - строение, определяемое размером, формой, ориентировкой частиц и степенью кристалличности вещества.

Гранулометрический состав, характер окатанности, сортировки и изменения крупности зерен зависят от динамики среды отложения. Чем она активнее, тем более крупные обломки переносятся и откладываются.

Основными гранулометрическими параметрами являются: содержание песчаной фракции Пфр, алевритовой - Афр, глинистой - Гфр; медианный диаметр зерен Мd, коэффициент отсортированности обломочного материала - Sо. Увеличение в осадке песчаной фракции, медианного размера зерен и уменьшение глинистой фракции свидетельствует о повышении динамики среды седиментации, т.е. увеличении скоростей водных потоков, в то время как противоположные характеристики указывают на уменьшение энергетических уровней среды. Поэтому осадки и образованные из них породы вблизи берегов более грубозернистые, чем в центральных частях водоема. Грубозернистый состав отмечается также в полосе течений и в зоне более активного волнения на отдельных поднятиях в рельефе дна.

По структуре обломочной части можно косвенно судить о рельефе областей питания. Чем он выше, тем более грубозернистый материал образуется и тем его больше. Вообще, наличие грубообломочных пород говорит о резкой расчлененности рельефа, а размер галек и валунов позволяет в ряде случаев оценить высоту разрушающихся гор [16].

Степень окатанности зерен прямо зависит от длительности переноса, поэтому изучение окатанности дает соответствующий дополнительный материал к выделению и характеристике отдельных фаций.

Отсортированность отложений зависит от средств переноса и отложения (воздушный или водный) и характера ее движения. Эоловые образования отличаются обычно высокой степенью отсортированности. Осадки, отложенные при колебательных движениях водной среды, в связи с неоднократным взмучиванием и переотложением, характеризуются значительно лучшей отсортированностью по сравнению с осадками, отложенными при поступательном движении воды.

Однако только на основании структурных признаков нельзя однозначно решить вопрос о генезисе отложений. В общем случае на структурные признаки обломочного материала влияют: средства переноса (лед, вода, ветер); дальность переноса; скорость потока; нагруженность его обломочным материалом; размер и форма обломков, поступающих в пути переноса; механические свойства переносимого материала; скорость потери транспортирующей средой живой силы; длительность переработки осадка до его окончательного захоронения; форма переноса (во взвеси или волочением); степень разнозернистости исходного материала.

Таким образом, структурные признаки с той или иной степенью достоверности определяют только динамику среды осаждения. Эта динамика может быть одинакова в разных фациях (пляжи моря и крупного пресноводного озера); в разных фациях могут быть одинаковые формы движения воды (реки и морские течения); в пределах одной группы фации или даже одной фации могут быть движения разного типа или разной интенсивности (в русловых фациях характер движения воды и его интенсивность различны в стрежневой зоне и у берегов). В связи с этим структурные особенности отложений самостоятельно обычно не рассматриваются, но в комплексе с другими данными играют большую роль в фациальном анализе.

1.1.3 Генетическое значение текстуры пород

Под текстурой понимают взаимное расположение частиц, слагающих породу. Текстуры осадочных пород разнообразны и образуются в разные стадии формирования пород.

К числу первичных текстур, возникающих на самых ранних стадиях образования осадочных пород, относятся все явления слоистости. Слоистость выражается в образовании отдельных слоев, которые достаточно четко обособляются друг от друга. Она обуславливается ритмичными колебаниями интенсивности тех или иных факторов седиментации, например, пульсации скорости придонных вод, уменьшением или увеличением приноса обломочного материала.

В результате мелкой пульсации возникают слойки. Чаще всего наблюдается чередование слойков двух типов, один из которых нередко характеризуется большей толщиной и является основным.

Слоистость, наряду с гранулометрическим составом, часто является решающим признаком тех или иных условий осадкообразования, т.к. она дает представление о силе, направленности, постоянстве или изменчивости движения водной среды.

По размерам слоев выделяют макрослоистость (метровые размеры), мезослоистость (сантиметровые) и микрослоистость (миллиметровые размеры и менее).

По морфологическим признакам различают горизонтальную, косую и волнистую слоистость.

Различные формы горизонтальной слоистости образуются в спокойных условиях в придонном слое и зависят от интенсивности поступления осадочного материала и его гранулометрического состава. При наличии небольшого волнения, которое лишь в сравнительно небольшой мере взмучивает и перерабатывает осадок, возникают пологоволнистые и линзовидные текстуры.

Разновидностью горизонтальной слоистости является градационная, которая определяется чередованием слоев обломочного материала, при этом наблюдается уменьшение размера зерен снизу вверх в пределах слоя. Градационная слоистость образуется при периодической деятельности временных и мутьевых потоков, она может иметь масштаб от сантиметров или менее до нескольких метров.

При однонаправленном движении (течение в реке, море) образуется косая слоистость, разнообразные формы которой по величине серий, характеру серийных швов, направленности слойков в сериях и по характеру слойка, определяют особые условия осадкообразования [1, 6, 10, 11, 12, 15, 16, 17].

Волнистая слоистость характеризует волнения, т.е. разнонаправленные движения воды, которые в зависимости от силы и величины волн образуют разные формы слоистости, встречающиеся, главным образом, в прибрежно-морских, заливных, реже - в пойменных отложениях.

Разновидностью волнистой слоистости является косоволнистая, обусловленная беспорядочным движением воды Обычно это серии косых слоев с выпукло-вогнутыми поверхностями, срезающие друг друга под разными углами. Этот вид слоистости образуется чаще всего на мелководье, в заливах, лагунах, в озерах, береговых валах рек.

Наиболее характерными генетическими типами слоистости являются следующие:

Русловая - серии однонаправленных косых слойков, располагающихся этажно друг над другом. Наклон слойков в одну сторону, углы наклона разные, в основном - средние (около 300). Между отдельными сериями наклонных слойков могут быть следы размыва или горизонтальная слоистость.

Потоковая - чередование серий косых и горизонтальных слоев. Косые серии имеют наклон в одну сторону, углы наклона крутые.

Пойменная - чередование серий алевритовых слойков пологоволнистых или косых изогнутых и глинистых - пологонаклонных или горизонтальных.

Прибрежно-морская - чередование косых серий слоев с различными углами наклона в различные стороны. Углы наклона пологие и средние.

Различные нарушения слоистости могут свидетельствовать о небольших подводных оползнях или о взмучивании еще не литифицированного осадка, либо могут оказаться следами деятельности донных животных.

Деформационные текстуры образуются одновременно с осадконакоплением или непосредственно после него в результате гравитационного перемещения материала на палеосклонах. Для вязких, пропитанных водой глинистых осадков достаточно небольших наклонов дна, чтобы возникло оползание. Эти явления происходят на дне морей и озер. В результате перемещения материала осадочные текстуры оказываются деформированными, слоистость нарушена или уничтожена.

Неслоистые текстуры (отсутствие слоистости) также характеризуют разные условия осадкообразования. Например, наличие массивной текстуры песчаников говорит об однородных условиях, неменяющейся динамике среды.

Комковатая текстура в глинистых породах объясняется проникновением в осадок многочисленных корней растений и интенсивной переработкой первичного субстрата [1].

1.1.4 Генетическое значение конкреций и других минеральных новообразований

Конкреции - это стяжения минералов, образованные в результате осаждения из водного раствора внутри вмещающей породы и отличающиеся от нее по составу. Конкреции, являясь диагенетическими образованиями, дают указание не только на характер диагенетических процессов, но и на некоторые черты условий отложения осадков, в которых они заключены.

Диагенез в осадках происходит в каждом конкретном случае по-своему в зависимости от состава иловых вод, компонентов осадков, количества и характера органического вещества [11, 12, 16].

В глинистых осадках нормально морских бассейнов, содержащих органическое вещество, начальный этап диагенеза характеризуется щелочно - окислительными условиями среды, в которой осаждаются оксиды и гидроксиды железа и марганца. По мере погружения осадка в процессе разложения органического вещества и жизнедеятельности бактерий происходит поглощение свободного кислорода иловых вод. Израсходовав весь кислород, микроорганизмы начинают извлекать его из кислородсодержащих соединений, т.е. идет восстановление окисных соединений железа, марганца и др. элементов, а также сульфатов иловых вод. Взамен кислорода накапливаются H2S, СО2 и др. газы. Среда из окислительной становится восстановительной. Обилие Н2S приводит к образованию сульфидов железа - пирита - в виде микроскопических кристаллов. Последние, вследствие изменчивости геохимической обстановки (Еh, рН, концентрации иловых растворов) в разных частях осадка, перераспределяются и образуют сгущения - конкреции .

В прибрежно-морских песчано-алевритовых, песчаных, песчано-гравийных отложениях, где благодаря хорошей аэрации и окислению органического вещества или изначальному его отсутствию, восстановительная обстановка в диагенезе не возникает, сохраняются окисные и гидроокисные минералы.

В донных осадках морей нормальной солености, содержащих незначительное количество органического вещества, условия среды изменяются от слабовосстановительных до слабоокислительных: разложение органического вещества создает восстановительные условия, а частичный перемыв осадков течениями и волнениями приводит к аэрации и появлению окислительной обстановки. В этих условиях идет обычно образование глауконита, лептохлоритов и фосфатов.

В толщах пресноводных илов, благодаря низкому содержанию сульфат-ионов ( в 300 раз меньше, чем в морских водах), концентрация Н2S незначительная. Вместе с тем, при разложении гумусового органического вещества образуется обилие углекислого газа. Все это приводит к тому, что в приповерхностных диагенетических зонах образуются не сульфиды железа, а карбонаты железа - сидерит. Особенно часто последний образуется в толще дельтовых осадков.

В континентальных условиях гумидной зоны при избытке органического вещества в виде торфа, сапропеля или углистого вещества возникает кислая среда, условия - от восстановительных до окислительных. Здесь образуется каолинит.

1.2 Остатки древних организмов и следы их жизнедеятельности

1.2.1 Основы биофациального анализа

Изучение состава и условий захоронения остатков фауны и флоры является основой фациального анализа. К категории органических остатков могут быть отнесены следующие образования [18]: сохранившиеся в ископаемом состоянии собственно остатки (твердые части организмов); прямые следы бывшего существования этих остатков (внутренние и внешние ядра, отпечатки); следы жизнедеятельности (биотурбации, следы ползания, зарывания); минеральные новообразования, связанные с жизнедеятельностью организмов (строматолиты, онколиты, ризоконкреции, псевдоморфозы).

Для фациального анализа имеет значение количество и расположение органических остатков относительно друг друга и по отношению к структурно-текстурным элементам вмещающих их отложений. К сожалению, геологам-нефтяникам приходится иметь дело с ограниченным объемом породы, определяемым отбором керна, но и в этом случае необходимо отмечать количество остатков на единицу площади образца. Взаиморасположение органических остатков может быть беспорядочным, субпараллельным, с различной степенью проявления сортировки по размеру и форме.

По отношению к текстурно-структурным элементам отложений выделяются скопления органических остатков, связанные с поверхностями наслоения, со всей массой слоя, приуроченные к определенным гранулометрическим разновидностям пород. Например, обломки толстостенных раковин в песчаниках в основаниях косых серий и целые тонкостенные раковины в горизонтально-слоистых глинах и алевролитах образовались в разных условиях.

Следует различать аллохтонные и автохтонные органические остатки. Аллохтонные или переотложенные компоненты устанавливаются по наличию механических повреждений и окатанности органических остатков. Автохтонные органические остатки, т.е. захороненные на месте обитания соответствующих организмов, характеризуются целостностью захоронения скелетных остатков, хорошей сохранностью деталей скульптуры и частей растений, отсутствием сортировки остатков по размеру и форме, наблюдаемыми следами проникновения в субстрат (ходы, следы корней) или прикрепления к нему.

1.2.2 Генетическое значение остатков фауны

Значение животных организмов как показателей среды осадконакопления очень велико [1, 10, 11, 18]. Иногда простое определение состава организмов позволяет сделать выводы об условиях осадконакопления. Многие беспозвоночные являются характерными обитателями моря. Так, кораллы, замковые брахиоподы, трилобиты, морские ежи и лилии, головоногие моллюски, многие рыбы (например, акулы) являются исключительно морскими животными. Беззамковые брахиоподы, многие гастроподы, некоторые пелециподы, остракоды, филлоподы преимущественно обитали в бассейнах с нарушенным гидрологическим режимом (в пресных и солоноватых водах). Иногда остатки таких организмов образуют скопления, которые, в отличие от морских, характеризуются большим количеством экземпляров и однообразием видового состава.

Ископаемые остатки бентосных организмов, особенно свободнолежащие и прикрепленные ко дну, очень тесно связаны с местными условиями среды. Прикрепление организмов к субстрату бывает самым разнообразным: это и особые органы мягкого тела, и выросты-шипы, и непосредственное прикрепление цементацией. Если организмы с двумя первыми типами прикрепления обитают в условиях относительно рыхлого грунта, то прирастающие обитают на твердом грунте. Твердое же дно может характеризовать береговую линию или области сильных донных течений, где осадки не отлагаются.

Важную роль в реконструкции донных условий играет характер скульптуры на раковинах. Так, в обстановке активного волнения или сильных течений все бентосные формы, обитающие на поверхности грунта, имеют толстые массивные раковины, поскольку их труднее снести с места и раздробить. Этим же целям служат различные якорные устройства, прикрепление цементацией, наличие грубой скульптуры. Последняя в виде ребер и шипов сохраняет достаточную жесткость раковины при уменьшении массы, а также увеличивает степень сцепления ее с грунтом и препятствует сносу. Для донной фауны, обитающей в спокойной гидродинамической обстановке, все эти усилия не нужны, и она отличается сравнительно меньшими размерами раковин, тонкой скульптурой.

Характер среды оказывает влияние и на строение колониальных организмов. Так, колонии кораллов, строматопороидей, мшанок в зоне волнений имеют уплощенную, стелющуюся, караваеобразную и лепешковидную форму, а в спокойных водах - ветвистую, столбчатую и т.д.

Наличие ползающих по дну организмов свидетельствует о нормальном газовом режиме, т.е. присутствии в придонном слое кислорода, которым дышат эти организмы. Многие пелециподы перемещаются по дну, зарывая в ил ногу. Следовательно, их нахождение указывает на мягкий илистый грунт. Илистый рыхлый характер грунта необходим также и для жизни зарывающихся животных.

Для выяснения форм переноса и условий отложения органических остатков необходимо исследовать их форму, размеры, отсортированность. Крупные и тяжелые остатки, несущие следы сортировки, свидетельствуют о значительной мощности переносившего их течения, в то время как мелкие, легкие и пластинчатые, т.е. легко транспортабельные, могли переноситься слабыми движениями воды и откладываться в условиях почти полного покоя. Точно также крупные и несортированные обломки, да еще хорошей сохранности, указывают на небольшие расстояния переноса; мелкие же и отсортированные остатки могли переноситься более длительно.

1.2.3 Генетическое значение остатков флоры

Остатки растительного происхождения встречаются в осадочных породах в четырех формах: в виде твердых горючих ископаемых (горючие сланцы, угли); скопления остатков колониальных известковых водорослей; скопления известковых и кремневых панцирей одноклеточных планктонных водорослей; обугленных и литифицированных обрывков растительных тканей. Генетическое значение этих четырех групп разное.

Горючие сланцы и сапропели , образованные остатками простейших животных и низших растений (бактерий, грибов, водорослей), бывают как континентального, так и морского происхождения. На континентах они образуются в озерах, старицах рек, сильно обводненных болотах. В море они развиваются в лагунах и бухтах, т.е. в береговой зоне, а так же и в относительно глубоководной и удаленной от берега области при накоплении остатков планктонных организмов.

Ископаемые угли, образовавшиеся из болотной растительности, являются, как правило, показателем влажного климата, хотя могли образоваться и в участках устойчивого увлажнения при сухом климате.

Колониальные известковые водоросли являются донными морскими организмами. Поскольку водоросли - фотосинтезирующие организмы, для жизни им нужен свет, а он не проникает на большие глубины. Поэтому донные водоросли являются надежными показателями малых глубин. При средней прозрачности воды сине-зеленые водоросли обитают на глубинах не более 20 м, зеленые - 50 м и только багряные водоросли, которые могут использовать наиболее глубоко проникающие в воду лучи, опускаются до глубины 150 м. Другое важное обстоятельство, на которое указывают водоросли, - это окислительная среда в воде и придонном слое, так как водоросли в процессе фотосинтеза выделяют кислород. Наконец, водоросли резко смягчают волнение и дают возможность обитать даже в мелководье организмам с хрупкими тонкостенными раковинами.

Известны кремневые (диатомовые) и известковые (кокколитофориды) планктонные водоросли. Остатки первых встречаются как среди морских, так и континентальных отложений, вторые исключительно морские организмы. Будучи планктонными, микроскопические водоросли почти ничего не говорят о глубине отложения заключающих их осадков.

Обугленные и литифицированные растительные остатки широко распространены, главным образом, среди континентальных, но иногда обильны среди морских прибрежных отложений. Особенно они характерны для дельтового и лагунного комплексов. Хорошая сохранность растений, особенно если сохраняются веточки с прикрепленными к ним листьями, свидетельствует о незначительном переносе и об отложении в спокойной воде. Обломки крупных стеблей и стволов встречаются в отложениях речных русел, береговых валов и в других образованиях, связанных с подвижной средой.

Вертикальные остатки растений свидетельствуют о накоплении осадка на месте произрастания растений. Иногда вертикальные стволы и стебли имеют высоту до нескольких метров. Это говорит о значительной скорости осадконакопления: вертикальный стебель был захоронен до его разложения.

Обрывки растений легко переносятся водой на большие расстояния. Поэтому они могут в небольшом количестве попадать в самые разнообразные осадки, в том числе и в морские глубоководные. В связи с этим единичные растительные остатки нельзя использовать для суждения о генезисе заключающих их отложений.

Особо отмечаются остатки древесины, иссверленные ходами моллюсков и других древоточцев. В подавляющем большинстве эти организмы морские. Поэтому такие остатки свидетельствуют об отложении древесины в морских и прибрежных осадках (например, береговых валах, барах).

1.2.4 Следы жизнедеятельности ископаемых организмов

Осадочные породы, особенно терригенные алевролиты и песчаники, часто могут содержать свидетельства жизнедеятельности организмов, называемые ихнофоссилиями или следами жизни [15]. Эти органические образования отличаются от настоящих организмов тем, что они не могут перерабатываться или переоткладываться. Хотя биогенные текстуры отмечают определенную сторону жизнедеятельности организма, например, условия обитания или характер питания, особая их ценность для фациального анализа в том, что они регистрируют осадочную обстановку, в которой обитали живые организмы. Ассоциации таких ихнофоссилий являются очень хорошим показателем глубины бассейна, токсичности придонных вод, близости береговой линии.

Организмы могут нарушить первичную осадочную текстуру, в частности, изменить ранее возникшую слоистость или полностью ее уничтожить. Чаще всего это связано с работой илоедов и зарывающихся в ил животных. Эти текстуры особенно характерны для морских и связанных с ними отложений заливов и лагун. Такие текстуры представлены ходами округлого поперечного сечения, прямыми, ветвистыми, изгибающимися. Часто ходы проникают в породу на значительную глубину, иногда видны короткие норки. Все ходы выполнены переработанным материалом вмещающей породы (у илоедов), а норки - породой из вышележащего слоя. В некоторых из них устанавливается последовательный характер заполнения. Между ходами может сохраниться ненарушенная первичная слоистость осадка.

Кроме илоедов, первичная слоистость нарушается и многими другими ползающими, плавающими у дна и зарывающимися в ил организмами, которые иногда так сильно перемешивают осадок, что в нем не остается следов первоначальной слоистости.

Интенсивное воздействие роющих организмов, нарушающих первичную текстуру, носит название биотурбации, а породы, образующиеся в результате процесса, называются биотурбатами [11, 14, 15]. Следы жизнедеятельности организмов, создающих биотурбационную текстуру, дают информацию об относительной скорости седиментации. При уменьшении скорости осадконакопления обнажающиеся поверхности раздела слоев подвергаются интенсивному воздействию роющих организмов. Так, быстро накапливающиеся литоральные осадки содержат редкие следы ходов, по сравнению с соседними, сильно биотурбированными осадками приливно-отливной отмели, которые отлагались намного медленнее.

С жизнедеятельностью организмов связаны различные новообразования. К таким образованиям относятся строматолиты и онколиты, имеющие водорослевое происхождение. Первые из них представляют собой прикрепленные карбонатные наросты на дне водоема, имеющие выпуклую или неровную поверхность и сложную внутреннюю слоистость. Онколиты образуют подвижные, свободно перекатываемые тела, имеющие концентрическое строение и внешне напоминающие конкреции.

Строматолитовые образования формируются за счет жизнедеятельности нитевидных сине-зеленых водорослей и осаждения карбонатного вещества и имеют мелководное происхождение. Поскольку образование трещин в слоистых водорослевых скоплениях объясняется усыханием, глубина воды должна быть незначительной, характерной для литоральной зоны. На произрастание водорослей не оказывают влияния ни соленость, ни температура воды. Обычно они располагаются в зонах опреснения или засолонения, или на участках с периодической сменой соленой и пресной воды, где не могут жить животные или более высокоорганизованные водоросли [11].

Асимметричное строение, наблюдаемое у отдельных строматолитов, служит индикатором палеотечения. Ориентировка строматолитов выпуклостью кверху также служит надежным критерием для установления стратиграфической последовательности в вертикальном разрезе или при перевернутом залегании слоев.

К минеральным образованиям относятся ризоконкреции и псевдоморфозы. Ризоконкреции представляют собой известковые, гипсово-известковые конкреции, образующиеся вокруг корней или (реже) стебельков растений путем их обрастания. Форма ризоконкреций (трубчатая, субцилиндрическая, субконическая) не совпадает с формой растительных остатков и связана со специфическими корневыми системами растений аридных областей [5].

Псевдоморфозы по корням и стеблям растений представляют собой продукты замещения растительных остатков сидеритом или пиритом и характерны для болотных отложений.

1.3 Форма залегания осадочных тел

Большое значение в фациальном анализе придается изучению формы осадочных тел, изменению мощности, взаимоотношению с окружающими образованиями, характеру распространения по площади. В настоящем пособии рассматриваются осадочные тела только терригенного генезиса.

1.3.1 Морфология осадочных тел

Морфологические признаки имеют большое значение при изучении фациальной принадлежности песчаных тел.

Форма поперечного сечения связана с особенностями накопления осадков в тех или иных условиях. Выделяются шесть основных типов поперечного сечения [13]: линзообразно-изогнутые, линзообразно-вогнутые, пластообразно-вогнутые, линзообразно-двояковыпуклые, линзообразно-выпуклые, пластообразно-выпуклые (рис.1).

Кроме того, формы поперечного сечения могут быть симметричными и асимметричными, а также осложнены зубчатостью с одной или двух сторон (одно - и двустороннезубчатые).

Перечисленные формы поперечных сечений характерны для простых тел, однако, в практике нефтепоисковых работ часто имеют дело с песчаными телами сложного строения, т.е. состоящими из нескольких простых тел. В таких случаях иногда бывает необходимо установить не только форму песчаного тела, но и взаимосвязь составляющих его простых тел. Это особенно важно для выявления направлений изменения по площади условий осадконакопления (направления смещения русел рек, миграции береговых линий древних водоемов и т.д.).

Среди сложно построенных песчаных тел выделяется четыре основные группы, различающиеся по характеру сочленения составляющих их простых песчаных тел [13]: изолированные-группа песчаных тел, залегающих среди глинистых пород-экранов и не соприкасающихся друг с другом; прилегающие-группа песчаных тел, резко смещенных по горизонтали и прилегающих друг к другу своими боковыми частями; соприкасающиеся-группа песчаных тел, залегающих друг над другом и соприкасающихся своими поверхностями, иногда со следами размыва; вложенные - группа песчаных тел, вложенных в результате размыва друг в друга (рис. 2)

Такие сложно построенные песчаные тела, широко развитые в аллювиальных, прибрежно-морских и дельтовых отложениях, являются хорошими коллекторами и могут аккумулировать значительное количество углеводородов.

Глинистые отложения - экраны, формирующиеся преимущественно в пониженных участках рельефа, имеют, как правило, линзообразно-вогнутые и пластообразно - вогнутые формы поперечных сечений.

Форма продольного сечения песчаных тел устанавливается с большим трудом, чем поперечного. Это связано с трудностями прослеживания песчаных тел, простирающихся на большие расстояния. Однако в ряде случаев, особенно в хорошо разбуренных районах, установление характера продольного сечения позволяет более полно охарактеризовать морфологию песчаных тел и более уверенно прогнозировать их в пределах слабоизученных территорий.

Среди форм продольных сечений песчаных тел выделяются следующие: линзообразно-выпуклые, линзообразно-вогнутые, четковидно-линзообразно-выпуклые, четковидно-линзообразно-двояковыпуклые, четковидно-линзообразно-вогнутые, пластообразные, линзообразно-двояковыпуклые, линзообразно-изогнутые (рис.3).

Формы распространения песчаных тел по площади. Существует по меньшей мере четыре основных типа форм песчаных тел и ряд производных от них [15]: изометричные, имеющие отношение длины к ширине примерно 1:1; линзовидные (овальные) - с отношением длины к ширине не более 3; лентовидные (шнуровидные, линейно вытянутые) - отношение длины к ширине составляет более 3 и может достигать 20:1 и более; дендроидные (ветвистые, неправильные) - извилистые, имеющие ответвления (рис.4).

Такие формы свойственны, главным образом, простым песчаным телам.

Сложно построенные песчаные тела имеют в плане более сложную конфигурацию. Так, изометрические изолированные тела, располагаясь в плане друг за другом, могут образовывать вытянутые цепочки. Соприкасающиеся песчаные тела в плане могут залегать кулисообразно; линейно вытянутые тела могут иметь раздувы, сужения, образовывать петли, разветвляться, образуя сложные системы, занимающие большие площади.

1.3.2 Фациальные контакты и переходы

Выявление фациальных переходов обусловлено сложным сочетанием комплексов отложений, которые закономерно сменяют друг друга в пространстве. Для фациального анализа имеет значение характер изменения генетических типов в горизонтальном направлении (зоны выклинивания конкретных осадочных тел) и в вертикальной последовательности. Между слоями пород различают постепенный переход, отчетливый и резкий контакты и контакт размыва.

Постепенный переход от породы к породе (главным образом, по гранулометрическому признаку) характеризует постепенное усиление или ослабление динамики водной среды и таким образом дает представление об общей смене обстановки осадконакопления на определенном отрезке времени. Иногда постепенный переход выражается в чередовании слоев разного гранулометрического состава с постепенным увеличением мощности слоев какой-либо однородной породы до сплошного ее развития.

Отчетливый контакт обычно разделяет два слоя, близких по структуре (например, песчаник и алевролит), что обозначает быстрое изменение условий осадконакопления, хотя само изменение и незначительно.

Резкий контакт отмечается между слоями, сильно различающимися по крупности зерна (например, песчаник и аргиллит), и указывает на быструю и резкую смену условий.

Контакт размыва характеризуется неровной извилистой линией, наличием галек, окатышей и других свидетельств срезания и переотложения нижележащих пород.

2. Условия образования осадочных толщ

2.1 Основные принципы установления седиментологических и электрометрическихмоделей фаций

В практике нефтегеологических работ возможности литологических и палеоэкологических методов для фациального анализа ограничены. Известно, что выход керна очень невелик, а в ряде скважин и вовсе отсутствует. Однако практически во всех скважинах проводится широкий комплекс промыслово-геофизических исследований. По некоторым из них, в частности, по данным электрокаротажа скважин, можно получить информацию о гранулометрическом составе пород и проводить фациальную диагностику осадочных образований [4, 9, 17]. Теоретические и методологические положения нового направления нефтяной геологии -электрометрии песчаных тел-коллекторов и глинистых пород-экранов разработал В. С. Муромцев [13].

Для определения генезиса осадков по данным каротажа необходимо знание изменения условий седиментации во времени для отложений каждой фации. Фации в данном случае рассматриваются с позиций выявления механизма формирования слагающих их осадков, в основу которого положен седиментологический фактор изменения палеогидродинамики среды.

Всего было выделено пять гидродинамических уровней (режимов): очень высокий, высокий, средний, низкий и очень низкий. Каждый из этих уровней характеризуется рядом первоначальных признаков, отражающих динамическую активность среды седиментации.

Для каждой фации имеются свои, только ей свойственные, сочетания палеодинамических режимов седиментации. Смена палеогидродинамических уровней в характерной для данной фации последовательности носит название седиментологической модели фации. Эти модели дают возможность реконструировать палеогидродинамическую обстановку и определять генезис осадков по электрокаротажным разрезам скважин.

Как известно, метод самопроизвольной поляризации (ПС) в условиях терригенного разреза отражает литологические свойства пород (относи-тельную глинистость и размеры обломочных частиц), что позволяет выявлять особенности среды седиментации и оценивать коллекторские свойства пород. С целью исключения влияния изменения химического состава буровых растворов и масштабов записи на характер кривой ПС были использованы относительные значения ПС или Lпс.

Электрометрическая модель фации - это отрезок кривой ПС, отражающий литофизические свойства пород, обусловленные характерной последовательностью смены палеогидродинамических уровней среды седиментации во времени. На рис. 5 показаны морфология аномалий кривых ПС, палеогидродинамические уровни среды осадконакопления в соответствии с интервалами значений Lпс и преобладающим классом коллектора в той или иной части песчаного тела.

Литологические залежи приурочены к определенным отложениям. В связи с этим, в настоящем учебном пособии основное внимание обращено на изучение условий формирования, особенностей строения и пространственного размещения песчаных тел-коллекторов и глинистых пород-экранов аллювиального, прибрежно-морского и дельтового комплекса фаций. Приводятся генетические признаки, седиментологические и электрометрические модели фаций в табличной форме. Другим фациям даны лишь краткие описания.

2.2 Континентальная обстановка осадконакопления

Континентальное осадконакопление обладает рядом особенностей:

1) характерна неустойчивость образующихся осадков, за накоплением часто следует размыв; разные по составу континентальные отложения быстро сменяют друг друга в горизонтальном направлении (на том же стратиграфическом уровне) и по вертикали (вверх по разрезу);

2) осадконакопление на континентах тесно связано с рельефом, который обуславливает большую пестроту и изменчивость отложений на коротких расстояниях;

3) континентальные отложения представлены, главным образом, обломочными и глинистыми породами, хотя в аридном климате накапливаются и хемогенные осадки, но их мощность меньше, чем обломочных;

4) для большинства континентальных отложений наблюдается тесная связь с материнскими породами, особенно характерная для элювиальных образований;

5) в континентальных отложениях присутствуют, иногда в обилии, растительные остатки;

6) в характере и распределении континентальных отложений находит отражение климатическая зональность.



2.2.1 Элювиальные фации

Элювий - комплекс продуктов разрушения горных пород, образовавшихся на поверхности Земли под действием атмосферных агентов, почвенных и грунтовых вод, жизнедеятельности организмов и сохранившихся на месте своего образования. Наиболее типичными представителями элювия является кора выветривания и ее самая верхняя часть, - почва, где интенсивно протекают биохимические процессы.

В случае преобладания физического выветривания элювий представляет собой комплекс разных по размеру и форме обломков материнских пород. При активном химическом выветривании происходит не только дезинтеграция исходных пород, но и их глубокое химическое и минералогическое преобразование с формированием разнообразных глинистых минералов.

Характерной чертой коры выветривания является вертикальная зональность строения, а также химического и минералогического состава, отсутствующая в породах иного происхождения и обусловленная стадийностью процессов выветривания. Нижние ее горизонты по физическим свойствам, составу, текстурно-структурным признакам достаточно близки к исходной материнской породе. Верхние части, особенно при интенсивном химическом выветривании, по этим показателям резко отличаются от исходных пород и сложены, главным образом, глинистыми минералами.

Минералогический и химический состав, мощность элювия зависят от климата, тектонического режима и рельефа. Наиболее глубокое выветривание происходит в тропическом климате при стабильном тектоническом режиме в условиях приподнятого, но без крутых обрывов, рельефа.

Таким образом, наличие ископаемой коры выветривания указывает на континентальную обстановку осадконакопления, а ее детальное изучение позволяет реконструировать климат, тектонические условия, рельеф и основные происходившие геохимические процессы.

2.2.2 Коллювиальная и делювиальная фации

Коллювиальные и делювиальные отложения формируются у подножия возвышенностей и на их склонах в результате обвалов, оползания, обрушения, а также перемещения обломочного материала дождевыми и талыми водами. Их образование чаще связано с областями сухого климата и незначительного развития растительности, которая укрепляет склоны и предохраняет их от разрушения. Контакт этих осадков с подстилающими породами резкий, вещественный состав сходен с залегающими выше по склону породами. При расчлененном рельефе и крутых склонах формируются грубые брекчии, при пологих - более тонкие гравийно-песчаные осадки.

Слоистость и сортировка материала, как правило, отсутствуют или выражены очень слабо. Обломки, особенно в приподошвенной части комплекса, совершенно не окатаны, остроугольны. Мощность коллювиальных и делювиальных отложений меняется резко на коротких расстояниях, на поднятиях они часто полностью выклиниваются.