Глава_2_3 и 2_4 и 2_5
.doc
2.3. Процессы литогенеза в кремнистых формациях
Установлено /54, 50/ что процессы литогенеза первичного опалового осадка под влиянием температур, давления и времени проходят три катагенетических стадии, сопровождающиеся фазовым переходом аморфного опала – А в опал – кристобалит и, далее в микрокристаллический кварц. Темпы развития этого процесса зависят как от контроля физико-химических факторов /55/ и от «литологических», таких как отношение глины/карбонаты /61/. Темпы постседимента-ционных изменений описываемых кайнозойских силицитов находятся в отчетливой зависимости как от физико-химических факторов (в частности, от степени насыщения природных вод кремнеземом), так и от «литологических», обеспечивающих либо преимущественно хемогенную седиментацию, либо значительную пестроту состава осадков зоны осадконакопления с привносом терригенного и вулканогенно-осадочного материала. Большое значение имеет положение области осадконакопления относительно уровня карбонатной компенсации, т. е. обилия или отсутствия карбонатов. Рассмотренные в нашем отчете кайнозойские кремнистые отложения принадлежат к образованиям, сформировавшимся как в «хемогенных» глубоководных условиях (бассейны Санта Мария, Пограничный, Колпаковско-Колмогоровский район Охотско-Западно-Камчатского бассейна), так и в условиях органогенно-терригенных шельфовых и склоновых обстановок (северный и северо-восточный районы Северо-Сахалинского бассейна, Западно-Сахалинский бассейн, Магаданский бассейн, бассейн Сан Хоакин).
Литогенез «хемогенного» типа глинисто-халцедоновой формации
(пиленгской свиты) Пограничного бассейна
Минералы кремнезема в породах пиленгской свиты представлены опалом – СТ и халцедоном.
Опал (п = 1,46, изотропен) встречается во всех разностях пород: в силицитах в виде «останцев» нераскристаллизованного геля; в переслаивающихся с силицитами породах — преимущественно в виде линзовидных прожилков и обособлений. В кремнисто-глинистых породах он залечивает трещины, в тонкой смеси с монтмориллонитом слагает цемент в туфах. По наблюдениям в шлифах его количество в силицитах может составлять от 10 до 30%, в кремнистых аргиллитах и туфогенно-осадочных породах - 10-20%. Разовой содовой вытяжкой извлекается до 5% аморфного кремнезема. Под электронным микроскопом опал представлен мелкими шарообразными глобулами, не имеющими признаков кристаллической огранки. На рентгеноструктурных диаграммах присутствие опала не фиксируется, так как гало, очевидно, маскируется пиками глинистых минералов и кварца (рис.2.2).
Рис. 2.2
Опал – СТ и халцедон (халцедоновидный кремнезем, N0=N канадского бальзама, Ng — Np 0,005-0,008) имеют преимущественное распространение в изученных породах. В кремнистых аргиллитах и опоковидных силицитах в шлифах они представлены криптокристаллическими агрегатами, в халцедонолитах — микрозернистыми в основной массе породами, а также волокнистыми и радиально-лучистыми агрегатами в бобовинах. На электронно-микроскопических снимках эти модификации кремнезема представлены глобулами округлыми и с частичной кристаллической огранкой. В халцедонолитах преобладают изометричные зерна с ясно выраженными кристаллическими гранями. Для всех силицитов характерна неоднородность раскристаллизации кремнезема, особенно ярко представленная в халцедонолитах, где отмечаются шаровидные глобули опала, частично ограненные глобули и кристалломорфные зерна халцедона. На дифрактограммах халцедон интерпретируется как кварц (рис.2.2).
По данным электронной микроскопии, начальной формой выделения описываемых минералов были глобули - продукт коагуляции гелей кремнезема. Процесс упорядочения кристаллической структуры кремнистого вещества характеризовался некоторым ростом глобуль и их дальнейшей кристаллической огранкой. В общих чертах можно предположить, что по стадийности образования опал предшествовал халцедону, что согласуется с традиционными представлениями о трансформации минералов кремнезема, однако это входит в противоречие с распределением минералов по разрезу. Как указывалось выше, породы, характеризующиеся наиболее высокой степенью кристаллизации кремнезема, располагаются преимущественно в верхней части разреза, менее раскристаллизованные – ближе к подошве свиты, опал же распространен по всему разрезу. Обращают на себя внимание присутствие аморфной фазы во всех типах по род и различная морфология опаловых участков: «останцы» кремневого геля в силицитах и линзы, пятна, прожилки опала в остальных породах. Пестрота в распределении минеральных форм кремнезема проявляется также в тонком переслаивание пород, содержащих кремнезем в разном фазовом состоянии.
Изложенные данные свидетельствуют о том, что процесс трансформации опала в халцедон под влиянием температуры и давления не имел определяющего значения в изученных отложениях. Основным фактором, коррелятивно связанным со степенью кристаллизации кремнезема, является его общее содержание в породе. Чем выше содержание кремнезема, тем более совершенна его кристаллическая структура.
Поскольку распределение минералов кремнезема в изученных отложениях зависит в основном от общего содержания аутигенного кремнезема, о степени постседиментационных преобразований этих пород можно судить только по составу глинистых минералов и уплотнению.
Монтмориллонит по данным дифрактометрии характеризуется серией рефлексов, кратных 12,0—12,8 А. Межплоскостные расстояния при обработке глицерином увеличиваются до 17—17,5 А. Известно, что породы, содержащие в составе разбухающих минералов только монтмориллонит, находятся на стадии эпигенеза, характеризующейся палеотемпературами менее 50°. Извлечение из скважин монтмориллонитизированных туфов в пластичном состоянии также указывает на отсутствие значительного воздействия на породы температуры и давления.
Уплотненность пиленгских отложений в целом невелика, хотя и различна для разных типов пород. В опоковидных силицитах под электронным микроскопом устанавливается достаточно большое количество незаполненных пор. Наиболее крупные поры (до 4 мкм) имеют треугольную и четырехугольную форму и располагаются между правильными, без следов деформации глобулями кремнезема. Эти поры соединяются между собой каналами сечением 0,5-0,6 мкм. Поры между пластинками монтмориллонита имеют щелевидную форму и обычно не сообщаются. Значения пористости насыщения в опоковидных силицитах колеблются около 20%. Гораздо меньший объем перового пространства в халцедонолитах, где кристалломорфные частицы достаточно плотно прилегают друг к другу. Пористость в этих породах связана с участками с глобулярной структурой и составляет 8 – 9%. Кремнистые аргиллиты и туфоаргиллиты характеризуются широким распространением узких, щелевидных, замкнутых пор между рыхлоупакованными глинистыми частицами. Описанная структура порового пространства свидетельствует о незначительном влиянии вертикальной нагрузки на ее формирование, что подтверждается также ненарушенной формой глобуль кремнезема и высокой сохранностью полых раковин планктонных фораминифер.
Исходя из полученных данных, можно сказать, что породы пиленгской свиты не подвергались воздействию высоких температур и давления и даже кристалломорфная модификация кремнезема образовалась на самых ранних этапах формирования описанных пород, вероятнее всего, на стадии диагенеза. В целом, условия образования минералов кремнезема можно охарактеризовать следующим образом:
- отложения пиленгской свиты формировались в сейсмически активной области, в глубоководных (близких к океаническим) условиях. Тонкая ритмичность толщи обусловлена периодическим поступлением в зону осадконакопления материала вулканического происхождения (как пирокластического, так, вероятно, и хемогенного). В целом по составу и текстурным признакам пиленгские отложения обладают всеми признаками ритмитов, характерных для вулканогенно-осадочных формаций и формирующихся часто в стадию затухания вулканической деятельности (газогидротермальную) в условиях открытого морского бассейна. Характерные признаки: а) различие состава элементов ритма; б) резкая обособленность ритмов и их элементов; в) малая мощность элементов ритма (от долей до единиц сантиметров) и соизмеримость последних; г) малое количество элементов ритма (2—3); д) слагающий материал имеет мелкообломочный и хемогенный характер.
- кремнезем в зону седиментации поступал пульсационно, в виде концентрированных и пересыщенных гелей, нередко консервирующих опаловые скорлупки диатомовых водорослей. Последние, очевидно, составляли не более 20% (обычно 5-10%) осадка.
- высокая концентрация гелей вызвала ускоренную их раскристаллизацию и возникновение уже в диагенезе всех форм кремнезема. Последние образуют непрерывный генетический ряд: кристалломорфные формы прошли в глобулярную стадию. Процесс глобуляризации и дальнейшей кристаллизации геля происходил очень быстро, массово; при этом оставались участки, характеризующие разные стадии этого процесса. Последующая продолжительная история пород не нашла сколько-нибудь существенного отражения на составе и структуре изученных силицитов.
Проведенные исследования показали, что образование силицитов пиленгской свиты связано с осаждением кремнезема из высококонцентрированных гелей. Такая концентрация не могла быть создана только разложением диатомей, максимальное содержание которых не превышало, очевидно, 20% осадка, ни преобразованием андезитового стекла в монтмориллонит, которое, как известно, не только не сопровождается выделением избытка SiО2, а напротив, происходит при дополнительном поглощении SiO2 из морской воды. Вероятнее всего, одним из основных источников кремнезема в изученных силицитах были эксгаляционно-гидротермальные процессы.
Кремнистые отложения второго типа, сформировавшиеся в более мелководных органогенно-терригенных обстановках, распространены более широко и представлены глинисто-опоковой и туфодиатомитовой (диатомитовой) формациями. Их катагенетическая зональность хорошо изучена в Северо-Охотском бассейне Магаданской параметрической скважиной. Практически вся кайнозойская часть разреза сложена разнообразными кремнистыми породами – от мелководных диатомитов и диатомовых глин, содержащих прослои бурых углей, до опок, обогащенных терригенным материалом, и кремнистых аргиллитов. Эти отложения сформировались в гидродинамически спокойной среде, на глубоком шельфе в условиях пышного расцвета диатомовой флоры (рис. 2.3).
Рис.2.3
Вскрытый разрез кайнозойских отложений в целом характеризуется невысокими значениями отражательной способности витринита и максимальных температур, установленных по пиролизу слагающих разрез пород (табл.2.1). Граница протокатагенеза и мезокатагенеза располагается внутри одянской кремнистой толщи на глубине 2300 м; отложения нижней части последней находятся на градации МК (R0-0,34-0,52%, Тmax-до 466°C).
Таблица 2.1
Катагенетическая зональность кайнозойского разреза
параметрической скважины Магаданская-1
Стратиграфический Горизонт |
ОСВ, R0,% |
Тmax, °C |
Минералогические зоны SiO2 |
Градации катагенеза |
Зоны нефти газогенерации |
Верхнеалевинский 520 м |
<0,2 |
|
Опаловая 930 м |
Диагенез 520 |
1900 м |
Нижнеалевинский 930 м |
0,22-0,3 |
|
ПК1-2 1900 м |
||
Магаданский 1530 м |
0,3-0,35 |
435 |
Опал-кристаболитовая 1740 м |
||
Одянский 2510 м |
0,35 2300 м |
444 |
ПК3 2300 м |
ГЗН 2910 м |
|
Кристаболит-халцедоновая 2510 м |
|||||
0,35-0,52 |
454 |
МК1 2510 м |
|||
Северо-Охотский 2910 м |
0,58-0,66 |
466 |
|
МК2 2910 м |
|
Верхний мел 3175 м (вскр.) |
0,82 |
470 |
МК3 |
|
Имеющиеся данные позволяют предполагать, что значительная часть кайнозойского разреза находится в главной зоне нефтегазообразования, охватывающей северо-охотский терригенный комплекс и одянские кремнистые отложения. Верхняя граница устанавливается с учетом способности кремнистых пород генерировать нефтяные УВ в незрелом состоянии и проводится на глубине 1900 м на границе ПК1-2 и ПК3.
Катагенетические преобразования минеральной части пород в глинисто-кремнистых кайнозойских отложениях Северо-Охотского бассейна выражены отчетливой сменой минералогических форм свободного кремнезема (рис.2.4). В разрезе комплекса устанавливаются три минералогические зоны (табл.2.1): зона аморфного опала (до 930 м); опала-кристаболита (930-1740 м) и кристаболита-халцедона (1740-2510 м) (рис. 2.5, рис. 2.6).
Зона перехода минералогических зон в Охотском море устанавиливается на временных разрезах на глубине 1100-1700.
Рис. 2.4
Рис. 2.5
Рис. 2.6
Трансформация минералов кремнезема сопровождается увеличением объемного веса пород, формированием глобулярных коллекторов в кристобалит-халцедоновой зоне и образованием компетентных силицитов, способных к трещинообразованию.
Постседиментационные преобразования вскрытых кайнозойских отложений связаны с трансформацией минералов свободного кремнезема в глинисто-кремнистом комплексе. Трансформация минералов кремнезема, вероятно, способствовала появлению в нижней части глинисто-кремнистого комплекса порово-трещинных коллекторов.
Изменения органического вещества кайнозойских отложений варьируют от стадии диагенеза до градации МК3. ГЗН располагается на глубинах 1900-2900 м. Вниз по разрезу с глубины 1700 м начинает резко падать открытая пористость и увеличиваться плотность пород (рис. 2.7). Формирование коллекторов в кристаболит-халцедоновой минералогической зоне не приводит к появлению значительного объема коллекторов прежде всего из-за преобладания в этой зоне кремнистых аргиллитов и их невысокой плотности (не более 2,2 г/см3).
2.4. Основные типы кремнистых пород-коллекторов
Бассейн Санта-Мария
На территории осадочного бассейна Санта Мария (НГБ Санта Мария) 82% добычи получено из кремнистых пород формации монтерей и только 18% из песчаников. Разрез средне-верхнемиоценовой формации монтерея в пределах округа Санта Мария представлен несколькими пачками, имеющими местные названия: пачка «дарк браун» («Dark Broun») - нижнемонийские желто-коричневые и коричневые силициты; пачка «бентонитик» («Bentonitic») - верхнемонийские коричневые бентонитовые глинистые силициты; пачка «черт» («Chert») - верхнемонийские кремни; пачка «аренасеус» («Arenaceus») - верхнемонийские песчаники /63/.
Формация монтерей варьирует в мощности от 0 до 750 м, вся кремнистая часть ее разреза нефтеносна во всех месторождениях (прил.7). Кремнистые отложения датируются монийским возрастом, продуктивны трещиноватые кремни характер, развитие и возраст кремней различны и может быть выделено три типа разрезов кремнистых отложений формации монтерей в пределах НГБ Санта Мария: тип А – месторождение Санта Мария Валли; тип Б – месторождение Вест Кат Каньон; тип С – месторождение Ломпок (рис.2.8).
Тип А – кремни месторождения Санта Мария Валли имеют верхнемонийский возраст. Они состоят из переслаивающихся коричневых кремней и черных кремнистых глин с редкими полосами светло-серых до белых кремней. Содержание кремней оценено от 20 до 50% всего разреза.
Рис. 2.7
Рис. 2.8
Тип Б – кремни месторождения Вест Кат Каньон - имеют нижнемонийский возраст. Кремни второго типа представлены переслаиванием темно-коричневых до черных кремнистых глин, серовато-белых до черных кремней, желтовато-коричневых фосфатных глин и линзы очень массивных желтых кремнистых известняков (рис. 2.9). Кремни составляют около 50-60% разреза нижнего мония. Объем кремнистых известняков не определен. Это серо-коричневые до желтовато-коричневых, массивные, очень крепкие породы, в керне обычно умеренно трещиноватые. Нефть содержится в мелких кавернах кремней типа Б, и трещинная проницаемость может быть значительна.
Тип С – кремни месторождения Ломпок - присутствуют и в верхнем и нижнем монии, где полностью слагают разрез формации. Тонкие прослои коричневых глин присутствуют в кровле и подстилают три четко выраженных пачки кремней. Самая нижняя пачка кремней сходна с кремнями Кат Каньона, с которыми она коррелируется. Две верхние пачки относятся к верхнему монию и эквивалентны кремням месторождения Санта Мария Валли, но более глинистые и, в целом, представляют собой глины с высоким содержанием кремнезема..
Эти две верхние пачки состоят преимущественно из тонкослоистых коричневых глин с редкими тонкими линзами белых и коричневых кремней и желто-коричневых кремнистых известняков. Нижняя часть состоит из серых или светло-серых порцелланитовых глин, переслаивающихся со светло-серыми и белыми преобладающими в разрезе кремнями.
В разрезе луизианских отложений (пачка «дарк браун») преобладают алевритовые фосфатные глины, содержащие прослои известковых глин и известняков.
Плитчатые кремнистые и порцелланитовые глины - не очень значительный по качеству резервуар. Однако, они трещиноваты и продуктивны в месторождениях Санта Мария Валли, Касмалия, Оркитт и Вест Кат Каньон.
Трещиноватость – характерное свойство монтерейских кремнистых пород, а бассейн Санта Мария может служить классическим образцом порового-трещинного кремнистого резервуара. Бассейн Санта Мария (рис.2.8) разделен на области, обладающие различными особенностями монтерейского резервуара.
Профиль скважин, пересекающий месторождения Касмалия, Оркитт и Кат Каньон (рис.2.10) показывает однотипность строения монтерейских отложений. Кремни этих скважин характеризуются нижнемонийским типом Кат Каньон или типом Санта Мария Валли. Они имеют большую мощность в месторождении Вест Кат Каньон, утончаются вкрест месторождения Оркитт и максимальны в разрезе месторождения Касмалия. Северо-западнее Касмалии они сокращаются в мощности, приближаясь к поднятию Пойнт Рис. 2.9
Рис.2.10
Сэл. Тонкие слойки кремней типа А - Санта Мария Валли присутствуют в отложениях верхнего мония в месторождениях Оркитт и Вест Кат Каньон. Плитчатые кремнистые глины мощностью по 50-60 м, судя по каротажным характеристикам, имеют достаточно удовлетворительную проницаемость. Эта зона продуктивна на месторождении Оркитт и содержит небольшую залежь тяжелой нефти в месторождении Касмалия.
Кремни, с которыми в бассейне Санта Мария связаны наиболее высокоемкие зоны, присутствуют преимущественно на двух стратиграфических уровнях – в нижнем и верхнем монии. Максимум распространения кремней концентрируется в двух полосах, одна из которых распространяется из области Вест Кат Каньон (рис.2.11) на юго-восток через месторождения Като Ридж и Зака, другая – из области Касмалия (рис.2.12) на юго-восток через месторождение Ломпок.
Верхнемонийский максимум распространения кремней расположен на месторождении Санта Мария Валли, за исключением района стратиграфического выклинивания (рис.2.12). Наиболее значительных мощностей кремни верхнего мония достигают в областях Зака Крик и Ломпок.
Отчетливо выражены две особенности распространения кремней в связи с их стратиграфической приуроченностью:
- максимум распространения монийских кремней приходится на полосу, протягивающуюся вдоль окраины монтерейского бассейна в наиболее глубоководных условиях;
- в нижнемонийское и верхнемонийское время монтерейское море трансгрессировало в северном направлении на приподнятую область Нипомо. Стратиграфические разрезы этого времени показывают, что эта северная трансгрессия сопровождалась максимумом формирования кремней.
Наиболее качественные кремнистые породы-коллекторы достаточно хрупкие, восприимчивые к растрескиванию, трещиноватые, способных создавать потенциальные резервуары. Вариации в трещиноватости разнообразны и местами непредсказуемы. Коллекторские свойства юго-западной части месторождения Санта Мария Валли служат хорошим примером этому. Они изучены бурением с плотностью одна скважина на 40км2. Начальный дебит из этих скважин изменился от 340 т (2500 барр.)/день до 12 т (90 барр.)/день, а соседняя скважина с теми же породами дала более 1млн. баррелей и продолжала давать 163 т/день. Эти цифры свидетельствуют о различной степени трещиноватости кремней в разных точках бурения /63/. В ранней истории эксплуатации месторождения Санта Мария Валли начальный расчетный темп отбора составляет 340 т в день до максимальных 340 т в день. Такой высокий темп отбора тяжелой вязкой нефти Рис. 2.11
Рис. 2.12
свидетельствует о высокой проницаемости пород. Исследования проницаемости трещиноватых кремней в керне практически невозможны, поскольку керн выносится из скважин в виде мелкой крошки. Максимальные значения проницаемости оценены в 35 дарси, а средняя – 10-15 дарси – получена эмпирически для зоны кремней месторождения Санта Мария Валли на основе сравнения с зонами нефтяных песков различных месторождений Калифорнии. Эта оценка, основанная на потенциале нефтяных песков с известной проницаемостью зон, в которых коллекторы и пластовое давление сходны с таковыми месторождения Санта Мария Валли. Пластовая нефть Санта Марии более вязкая, чем нефть, извлекаемая из сравниваемых песков. Проницаемость же песков достигает 2-3 дарси. И, хотя проницаемость песков и трещинных резервуаров несравнимы по физическим характеристикам, таким как растяжение, капиллярная активность и другие, эта приблизительная оценка показывает, что проницаемость трещиноватых кремней очень высока и местами экстремальна. На месторождении Санта Мария Валли наблюдаются эффективное влияние трещинной проницаемости на добычу: добыча из одной скважины обычно влияет на соседние скважины. В некоторых из них отсутствует приток. В других соседних скважинах иногда повреждаются буровые трубы и в зону кремней поступает пресная вода; регулярное необычное обогащение законтурных вод. Два характерных примера – нерегулярное появление поверхностей раздела нефть-вода вдоль южной и центральной частей месторождения Санта Мария Валли и на северо-западном крыле месторождения Вест Кат Каньон; в зонах сильно трещиноватых кремней суммарная добыча может достигать 680-11000 т на 1 км2. Оценено, что коэффициент извлечения нефти, несмотря на высокую вязкость и плотность последней в зонах кремней превышает 0,3 при нижнем пределе пористости 6%.
Проведенные исследования позволили сформулировать характерные особенности пород формации монтерей:
1) формация одновременно является и материнской породой и резервуаром для углеводородов /29, 30/;
2) пористость матрицы высокая (10-30%), тогда как проницаемость низкая из-за маленького размера пор;
3) флюиды типично нормального или высокого давления;
4) хотя трещинная пористость составляет малую часть от общей пористости, трещины очень проницаемы и, следовательно, играют важную роль при миграции нефти;
5) литологический состав пород сильно варьирует как по латерали, так и по вертикали.
Популяции трещин и плоскостей напластования имеют различные ориентировки и по сканированию стенок скважин разделены на отдельные классы по густоте и по преобладающему направлению падения и простирания. По происхождению трещины делятся на трещины растяжения, ориентированные параллельно направлению максимального горизонтального напряжения (SHmax); на сколовые трещины, потенциально активные в современном поле деформаций; и на трещины, не связанные с деформациями, но связанные с плоскостями напластования (например, перпендикулярные простиранию, поперечные или параллельные слоистости трещины).
На рис.2.11, 2.12 представлены каротажные кривые из скважины как пример явных корреляций между различными литологическими типами пород и элементами залегания трещин. Увеличение значений удельного электрического сопротивления, гамма-излучения и плотности ассоциирует с обычным уменьшением нейтронной пористости и акустической скорости, так как падение трещин более крутое и простирание преимущественно перпендикулярно к SHmax в кремнях, фосфатных и основных известковистых пачках. Сравнение распределения трещиноватости в каждой скважине с основными стратиграфическими горизонтами показывает, что различные типы трещин связаны с различными литологическими типами пород. Эта явная связь была отмечена в формации монтерей и широко изучена. Тип трещиноватости связан или с процессами диагенеза и хрупкостью диагенетически зрелых кремнистых пород, или с различиями в физической крепости пород различных стратиграфических горизонтов (например, в мягких аргиллитах развиты широкие и редкие трещины, тогда как в крепких породах типа кремней или доломитов большое количество трещин). Глубинные интервалы с выраженными упорядоченными системами трещин, в основном, совпадают со стандартными показаниями каротажа (рис. 2.12), что говорит о том, что степень и ориентировка трещиноватости связана с различными физическими параметрами пород формации.
Коллекторы акваторий бассейнов Санта-Мария и Вентура – Санта-Барбара
Основные закономерности в распределении коллекторов в продуктивных силицитах акваторий бассейнов Санта Мария и Вентура-Санта-Барбара рассмотрены на примере крупнейшего месторождения Пойнт Аргуэлло в кремнистых отложениях формации монтерей.
Месторождение Пойнт Аргуэлло расположено на стыке западного окончания Санта Барбара Ченнел и южной окраины шельфа бассейна Санта Мария, примерно 13 км от береговой линии. Месторождение Пойнт Аргуэлло связано преимущественно с трещиноватыми кремнями, порцелланитами и доломитами средне-верхнемиоценовой формации монтерей.