Оценка перспектив нефтегазоносности южной части Белгородской области

Оценка перспектив нефтегазоносности южной части Белгородской области

Фролов А.П., к.г.-м.н.

ФГУП ВИОГЕМ, Белгород, Россия

Изложены результаты выполненного автором литолого-фациального и структурно-морфологического анализа осадочного чехла на сочленении Воронежской антеклизы и Днепровско-Донецкой впадины. На основе полученных результатов дан прогноз нефтегазоносности изученной территории. Выделено три перспективных участка – Грайворонский, Муромский и Белянский.

Актуальность тематики определяется географической близостью открытых на территории Украины месторождений (70-80 км). Поэтому выявление месторождений нефти и газа в Белгородской области и на их основе создание собственной базы углеводородных (УВ) ресурсов представляет несомненный практический интерес.

По прогнозам украинских геологов-нефтяников на севере Харьковской области неразведанные ресурсы газа оцениваются в 800 млрд.куб.м. На этой же территории - северный борт Днепровско-Донецкой впадины (ДДВ) помимо уже разведанных месторождений сейсмическими работами выявлено более 40 перспективных для поисков нефти и газа геологических структур.

На рис.1 отражено распределение неразведанных ресурсов УВ в стратиграфическом разрезе ДДВ и докембрийском фундаменте. Эту информацию по соседнему региону следует считать основополагающей и оптимистичной, т.к. на стратиграфический диапазон рассматриваемой территории (от нижневизейского подъяруса до московского яруса) формально приходится более 75 % потенциальных ресурсов в ДДВ.



Вопрос о нефтегазоносности осадочного чехла южных окраин Белгородской области был актуален ещё в 60-е годы прошлого столетия. Эту проблему пытались решить в Грайворонском районе, где по данным сейсмических работ методами МОВ и КМПВ была установлена флексура. Бурение запланированной там скважины так и не состоялось

Работы проведены в юго-западной части Белгородской области в зоне сочленения юго-западного склона Воронежской антеклизы и Днепровско-Донецкой впадины с целью выявления геологических предпосылок для оценки перспектив нефтегазоносности. Задачи решались исходя из существующих теоретических предпосылок наличия на территории скоплений углеводородов. За основу взята общепризнанная в мире осадочно-миграционная теория происхождения нефти. Названная теория базируется на трёх основных постулатах: генерация, миграция и аккумуляция (консервация) углеводородов.

Генерация подразумевает наличие определённой концентрации рассеянного органического вещества (РОВ) в осадочных горных породах и прохождения этими породами соответствующих термобарических условий за длительный период времени (а именно, определённой стадии метакатагенеза – МК2). Вполне объяснимо, что на данной территории в связи с новизной поставленной задачи исследования по такой тематике не проводились. С известной долей условности можно утверждать, что в соответствии с названной теорией нефтегенерирующие толщи в ДДВ находятся на глубинах более 2-х км (и это при наличии комплекса прочих благоприятных условий, в т.ч.геотермических – более 1400 !). Хотя известны другие примеры, так в Калининградской области промышленные залежи нефти в отложениях кембрия сформировались за счёт собственных источников на глубинах около 1200 м при палеотемпературах не выше 800С.

С позиций осадочно-миграционной теории происхождения нефти изучены геологические, геофизические и гидрогеологические материалы.

Образования осадочного чехла залегают в виде моноклинали, которая с резким угловым и стратиграфическим несогласием перекрывает кристаллический фундамент. Располагаясь на юго-западном склоне Воронежской антеклизы (ВА), она полого погружается в сторону ДДВ и в своём развитии тесно связана с последней.

Осадочный чехол представлен отложениями каменноугольной, пермской, триасовой, юрской, меловой, палеогеновой, неогеновой и четвертичной систем. Мощность чехла в юго-западном направлении возрастает от 450 до 1400 м.

Каменноугольная система представлена терригенно-карбонатной толщей отложений нижнего и среднего отделов. Суммарная мощность их от 100-200 м на северо-востоке, до 1000 м на юго-западе. С угловым несогласием они перекрывается глинистыми породами юрского возраста подошва которых условно принимается как обширный потенциальный региональный экран-изолятор для мигрирующих УВ.

Отложения, перекрывающие здесь кристаллический фундамент, в категорию нефтематеринских не попадают хотя бы из-за незначительной их погруженности. Таким образом, всерьёз можно рассматривать только факторы благоприятные для миграции УВ с юго-запада и последующей их аккумуляции. Следовательно, с позиций осадочно-миграционной теории речь может идти только о вторичных залежах УВ, и поисковый интерес следует сосредоточить на выявлении возможных путей миграции флюидов и выявлении потенциальных ловушек.

Несмотря на длительную историческую дискуссионность вопроса генезиса залежей в кристаллическом субстрате необходимо считаться с фактом наличия скоплений УВ в разуплотненных породах фундамента вблизи района работ (Хухрянская, Юльевская и др. площади). Известны многочисленные примеры из мировой нефтяной практики, свидетельствующие о наличии залежей в геологической ситуации сходной с нашей. Наиболее близкий аналог - это группа из 9 небольших месторождений в коре выветривания фундамента в центральном Техасе (США). Здесь докембрийский фундамент, сложенный трещиноватыми кварцитами, залегает на глубине 500-800 м и на его поверхности выделяется широкая полоса эродированных останцов высотой 30-170 м. На склонах останцов выклиниваются отложения кембрия и ордовика, а сверху эти толщи и вершины останцов несогласно перекрываются единым комплексом пенсильванской свиты. Таким образом объектами поисков должны быть высокоподнятые и нарушенные разломами блоки фундамента в пределах крупных платформенных структур типа Воронежской антеклизы. Отсутствие общепринятых методик усугубляется крайне противоречивыми данными по коллекторским свойствам пород, слагающих докембрийское ложе и латеритную кору, покрывающую его. Поэтому при работе было решенио, не углубляясь в теоретические разработки ограничиться констатацией имеющегося материала по фундаменту с позиций, прикладного значения для поисковых целей. Это в первую очередь: а) ёмкостно-фильтрационные свойства (плотностные по геофизике); б) выявление зон концентрации тектонических нарушений, как потенциальных путей миграции УВ; в) изучение рельефа кровли субстрата для прогнозирования антиклинальных ловушек (в т.ч. унаследованных осадочным чехлом).  

Исходный материал собирался и анализировался по трём основным направлениям: данные бурения, гидрогеологические наблюдения и геофизическая информация. Выполнялась также интерпретация дистанционной основы и атмолитогеохимическое профильное опробование.

Был создан банк данных стратиграфических разбивок скважин с высокой детальностью расчленения палеозойских отложений. На этой информационной базе выполнялись литолого-фациальные и структурные построения. Проведена корреляция каменноугольных отложений района с таковыми на близлежащей территории Украины. Сделан анализ этих материалов на предмет принципиальных отличий и сходства. Наиболее существенной на этой стадии является попытка протрассировать и увязать в геологических профилях северо-восточного направления картину возможной латеральной и вертикальной миграции. Эти материалы в комплекте с геологической картой домезозойских отложений и картой изопахит карбона стали основой всех последующих построений.

Детальная литолого-фациальная картина по каждому из горизонтов выглядит достатосно пёстро, поэтому целесообразнеее прибегнуть к некоторой генерализации учитывая значительную территорию (10 тыс.кв.км) и начальную стадию работ.

Для комплексного прогноза условно выделено по структурным, фациальным и другим геологическим особенностям (условиям седиментагенеза) четыре перспективных объекта поисков, которые близки к принятым в ДДВ продуктивным комплексам:: 

1) Породы кристаллического фундамента и коры выветривания. Явно самостоятельный поисковый объект по генетическому признаку.

2) Отложения бобриковского, тульского, алексинского и михайловского горизонтов нижнего карбона. На востоке территории к ним добавляются турнейские отложения. Комплекс характеризуется почти идеальным унаследованием структурных форм фундамента и крайней неоднородностью состава. Именно здесь отмечено максимальное количество проявлений битуминозности. Отложения характеризуются участками размыва и присутствием делювиальных кластогенных фаций.

3) Отложения венёвского, тарусского, стешевского и протвинского горизонтов нижнего карбона. Для комплекса характерны преимущественно карбонатный спектр отложений и довольно спокойная тектоническая обстановка – пологая моноклиналь.

4) Образования среднего отдела каменноугольной системы - башкирского и московского ярусов. Характеризуется наличием терригенных фаций и непосредственно срезается региональным юрским глинистым экраном. Присутствует только в приграничных с Украиной районах, что само по себе увеличивает его перспективы.

Каждый из комплексов оценивался по трём основным параметрам: 1) как потенциальный коллектор; 2) открытости к возможным путям миграции УВ; 3) наличию возможных ловушек.

Дилемма «коллектор-неколлектор» решалась с позиций ожидаемого его типа. В карбонатных разностях возможен преимущественно кавернозный его характер. Образцы керна серпуховского возраста подтверждают это. Однако, из-за крайне неравномерной системы незначительных пустот, особых надежд на этот интервал разреза (комплекс 3) возлагать не следует. 

Более првлекательными выглядят терригенные разности 2-го и 4-го комплексов. Кластогенный характер отложений 2-го комплекса говорит о возможном наличии здесь коллекторов порового, трещинного и гранулярного типов. Распределение ёмкостей здесь неравномерное и контролируется палеообстановкой того времени. 

Среднекаменноугольный комплекс (4-й) весьма перспективен на коллектора порового типа, так как содержит значительное количество песчанистых разностей. Однако залегает достаточно высоко по разрезу, что снижает шансы на его продуктивность.

Для оценки открытости к возможным путям миграции УВ и возможных типов ловушек был сделан структурно-морфологический анализ. По каждому из горизонтов отстраивался комплект из трёх карт, а именно: гипсометрия кровли, тренд кровли и карта остатков тренда. Затем расчитывался коэффициент корреляции между отметками кровли горизонта по скважинам и поверхностью тренда в скважинах. При значении коэффициента корреляции более 0,8 карта остатков тренда считалась корректной.

Существенные сложности вызывает вопрос наличия экрана над выявленными структурами. Если для 4-го и, частично для 3-го комплексов его роль играют юрские глины, то с 1-м и 2-м комплексами вопрос значительно труднее. Области разгрузки отложений серпуховского, башкирского и московского ярусов картируются под юрским глинистым экраном достаточно уверенно в региональном плане.

Отношение к карбонатным толщам 3-го комплекса двоякое. Следует допускать возможную экранирующую функцию этих пород.

Наибольшие проблемы вызывает оценка 1-го и 2-го комплексов. Задача оценки коры, как независимого поискового объекта требует проведения специализированных работ. Результаты литолого-фациального и структурно-морфологического анализа сводятся к следующему:

1. Наиболее перспективными в нефтегазоносном отношении являются отложения 2-го (объединённого вместе с 1-м) и 4-го комплексов;

2. Ловушки в породах визейского возраста и кристаллического фундамента (с корой выветривания) при наличии карбонатного экрана 3-го комплекса предположительно структурного и антиклинального типа, заполненные с юго-запада;

3. Перспективы третьего комплекса, вероятно, низкие из-за однородной его карбонатности и спокойного моноклинального залегания;

4. Среднекаменноугольный комплекс (башкирский и московский ярусы) высокоперспективен благодаря своему терригенному составу, хорошему экрану и может содержать антиклинальные и стратиграфические ловушки выклинивания (рис.2) на значительной территории юго-запада Белгородской области.

          

Гидрогеологические данные привлекались прежде всего в качестве косвенных поисковых критериев на нефть и газ (химизм подземных вод), а также для оценки коллекторских свойств пород по данным откачек из скважин. Особый интерес представляли зоны затруднённого водообмена. Гидрохимические показатели, как правило, имеют региональные колебания и их не следует слишком оптимистично оценивать в традиционном поисковом смысле. Из числа общих гидрогеологических условий артезианских бассейнов, благоприятными в отношении нефтегазоносности являются удаленность от областей инфильтрации, погруженность водоносных горизонтов, хорошая их закрытость, малые градиенты напоров. Особенно следует отметить в числе благоприятных показателей отжимной режим водонапорных систем, который способствует первичной миграции рассеянных углеводородов из глинистых нефтематеринских пород в коллекторы. Среди палеогидрогеологических условий благоприятным показателем является сохранение седиментогенных или древних инфильтрогенных вод. В этих случаях есть большая уверенность, что залежи нефти и газа сохранились от разрушения. На рассматриваемой территории в водоносных горизонтах палеозоя и фундамента перечисленные показатели выявлены в основном в юго-западной части.

Тяжелые гомологи метана в составе водорастворённого газа, в особенности пропан и бутан, поступают в воду из нефти и широко распространены только в водах нефтеносных районов. Для областей, где отсутствуют нефтегазоносные отложения, водорастворимые газы представлены почти нацело азотом, а газосодержание вод редко превышает 100см3/л. Отсутствие же кислорода в составе водорастворенных газов считается благоприятным признаком, так как при наличии кислорода углеводороды разрушаются , переходя в углекислый газ и воду. На изучаемой территории определения состава водорастворимого газа проводились в скважинах, которые бурились для поисков минеральных вод (скв. 921Г г.Белгород, скв. 1028 п.Маслова Пристань).

Главными минеральными солями, растворенными в хлор-кальциевых водах., являются: хлористый натрий, хлориды кальция и магния. Суммарным показателем является содержание ионов хлора. В хлор-кальциевых водах значение коэффициента rNa/rCl должно быть меньше единицы, а отношение rCl – rNa / rMg , больше единицы. Такие условия наблюдаются на юге-юго-западе территории, где глубина залегания нижнекаменноугольной толщи превышает 600-700 м и выделяется зона хлоридных натриевых вод. Соленость этих вод достигает 26,7 г/л.

Среди перечисленных информативных гидрогеологических показателей нефтегазоносности на рассматриваемой территории имеют место следующие: незначительное содержание или отсутствие в подземных водах сульфатов; хлоридный, натриево-кальциевый и гидрокарбонатный натриевый тип вод; повышенное содержание гидрокарбонатов в хлоридных водах; повышенная минерализация; высокая концентрация аммония, иода, брома, бора; удаленное расположение перспективых площадей от областей инфильтрационного питания; расположение перспективных пластов в пределах нижних гидродинамических зон, мощность которых весьма значительна; высокая степень гидрогеологической закрытости недр; небольшие гидравлические уклоны.

Построена серия карт распределения этих показателей. Наиболее перспективными являются участки в районе скв. № 10В п.Муром, в районе скв. №№ 1028, 1111Г п. Маслова Пристань и юго-западная часть территории Белгородской области.

Привлечение материалов геофизических исследований позволяет рассмотреть территорию работ в составе единой глубинной физико-геологической модели всего региона нефтегазоносной провинции и ее ближайшего обрамления, а также обосновывается возможностями геофизических методов в решении ряда конкретных задач:

1. Картирование зон повышенной проницаемости в докембрийском кристаллическом фундаменте и осадочном чехле, благоприятных для миграции УВ.

2. Картирование структурно-тектонических и петрофизических контактов различных геологических образований, экранирующих пути миграции УВ и способствующих их аккумуляции в структурно-тектонических и литологических ловушках осадочного чехла и докембрия.

3. Выявление благоприятных структур в составе потенциально продуктивной толщи карбона.

Специфика геологического строения исследуемой территории в в существенном, подавляющем влиянии кристаллического фундамента на геофизические поля.

На опыте освоения других нефтегазоносных бассейнов (НГБ) установлено, что в горизонтах осадочного чехла над выступами фундамента могут формироваться зоны разуплотнения и крупные вторичные ловушки. Многие месторождения над выступами кристаллического основания прослеживаются по всему разрезу от кровли докембрия до верхних горизонтов осадочного чехла. В фундаменте нефтегазонасышенными могут быть не только кора выветривания, но и более глубокие интервалы. Фактические данные свидетельствуют о том, что среди кристаллических пород гранитоиды наиболее способны к текстурным преобразованиям и формированию вторичных емкостных свойств. Воронежская антеклиза в числе других приподнятых платформенных структур перспективна на поиски месторождений УВ в породах кристаллического фундамента с трещиноватым типом коллекторов. В этом аспекте важное значение приобретает изучение поверхности кристаллического основания (сейсмо-, электроразведка). Картируются гранитоиды методом гравиразведки достаточно уверенно.

По материалам изучения месторождений ДДВ ясно, что многие месторождения являются многоэтажными, образуя залежи как в породах осадочного чехла, так и кристаллического основания. Фундамент перспективен там же, где и осадочный чехол, и наоборот, так что картирование благоприятных зон в докембрии повышает перспективы фанерозойской толщи. 

Результаты интерпретации геофизической основы сводятся к следующему:

– основными каналами миграции УВ с юга на север являются две региональные тектоно-магматические зоны гранитизации, дискордантные простиранию ДДВ. Это, прежде всего, Западно-Белгородская зона гранитизации, приуроченная к мощной Белгородско-Брянской разломной зоне и одноимённому мантийному валу, являющемуся ортогональной ветвью мантийного диапира ДДВ. Помимо региональных тектоно-магматических зон разуплотнения транспортировке УВ должны способствовать и менее масштабные зоны гранитизации: Суджанская, Волчанско-Обоянская, цирковая зона в ядре Козьминско-Большетроицкого массива;

– в качестве благоприятных зон для миграции и концентрации УВ, на примере “эталонных” аномалий Украины, как геофизический критерий рассматриваются положительные магнитные зоны невысокой интенсивности (£1000 нТл) 2-3 порядка по отношению к региональным магнитным поясам, осложняющие их или ответвляющиеся, с широким развитием ультрамафитов АR2.

– картируемые гравиразведкой структуры осадочного чехла на исследуемой территории должны быть приурочены к кровле массивных известняков карбона, поверхность которых представляет собой контрастную плотностную границу с перепадом до 0.5 г/см3;

Наибольший интерес по комплексу геофизических данных.представляют Суджанско – Муромский, Белгородско – Айдарский тектонические мегаблоки северо – западного простирания, как наиболее приближенные к области Северного борта.

Выполнены работы по газолитогеохимическому профильному опробованию на выделенных участках. Использовался эталон, имеющий сходство с нашей геологической ситуацией – Володарское месторождение (Ульяновская область). Данные газолитогеохимического опробования следует рассматривать как прямые признаки, указывающие с высокой вероятностью на продуктивные структуры. Во главу угла ставится сумма предельных углеводородных газов, свидетельствующая о длительных процессах эманации. Отношение этой суммы к объёму летучих фракций – т. н. коэффициент эпигенетичности – говорит о наличии под этими аномалиями долгоживущего источника. Сумма непредельных углеводородных газов также информативна для разбраковки аномалий, полученных другими методами.

Проведено также дешифрирование дистанционной основы по МАКС с целью выявления морфоструктур, наследующих глубинное строение.

Решающим фактором в выборе перспективного комплекса параметров являлась информация по ближайшим месторождениям Украины. Характеристика продуктивных объектов близка к нашей геологической ситуации как по ёмкостно-фильтрационным параметрам коллекторов, так и по стратиграфическому диапазону разреза. Несомненно, что глубины залегания продуктивных объектов на Украине больше, но следует учитывать то, что вблизи российской границы специализированные работы на нефть и газ украинскими геологами пока не проводились. Самый северный сейсморазведочный профиль обрывается в районе г.Волчанска на украинской территории

Чтобы сузить круг поисков простое формальное суммирование выявленных положительных факторов будет некорректным. Для этого необходимо ранжировать все признаки по степени их геологической информативности и достоверности.

Безусловный приоритет имеют данные бурения, которые охарактеризованы как керновым так и каротажным материалом. Битуминозность отмечалась попутно в единичных образцах керна и высока вероятность пропуска аналогичных пород в других скважинах. Лабораторные данные по определению ёмкостно-фильтрационных параметров пород по стандартным в нефтяной геологии методикам фактически отсутствуют. Всё это закономерно из-за отсутствия специализированных работ на этой территории. Несмотря на перечисленные сложности, данные бурения и выполненные на их основе структурные и фациальные построения следует считать основополагающими.

Гидрогеологическую информацию по химизму подземных вод и результаты откачек следует ставить по достоверности на второе место. Методика пересчёта данных откачек близка к принятой в нефтегазовой геологии методике обработке кривых восстановления давления – КВД (депрессия на пласт создаётся аналогичным образом). Хотя пересчитать эти параметры несложно, ситуация по палеозою и докембрию осложняется «смазанностью» детальной картины из-за совместного опробования больших по мощности интервалов. Поэтому полученная картина по гидрогеологическим параметрам достаточно усреднённая и носит характер региональных закономерностей. Тем не менее, эти параметры свидетельствуют о благоприятной обстановке для консервации УВ.

Интерпретация геофизических данных носит скорее региональный характер и позволяет установить общие закономерности. Информативных на осадочный чехол геофизических работ (МОВ ОГТ, ВЭЗы в различных модификациях, высокоточная гравиразведка и др.) на рассматриваемой территории не проводилось. Однако общие закономерности по геофизической информации проследить вполне возможно и сегодня. 

Информация по дистанционной основе базируется в основном на результатах дешифрирования аэрофото- и космических снимков, интерпретации структурных форм рельефа, гидросети и проч. Основным постулатом здесь является тезис об унаследованности осадочным чехлом тектонического строения кристаллического ложа. Само это утверждение бесспорно, однако конформность пликативных структур палеозоя следует рассматривать в комплексе с другими факторами.

Исходя из ранжированного по информативности ряда поисковых признаков выделены участки, представляющие повышенный интерес (рис.3):

     

1. Грайворонский участок по совокупности факторов является приоритетным. Типы возможных ловушек – стратиграфические для среднекаменноугольных отложений, антиклинальные для фундамента и нижнего карбона. Харектеризуется обилием аномалий, выделенных по результатам дешифрирования дистанционных методов. Высокоперспективен по геофизическим данным. 

2. Муромский участок. Типы возможных ловушек – антиклинальные и структурные в отложениях визейского яруса и фундамента. Перспективен по геофизическим и газолитогеохимическим данным, открыт к потенциальным путям миграции УВ.

3. Белянский участок. Выделен, в основном, по данным газолитогеохимического опробования. Перспективен на ловушки структурного типа в отложениях фундамента и нижнего карбона.

В результате проведённых исследований можно рекомендовать следующее:

1. На двух наиболее перспективных участках (Грайворонском и Муромском) рекомендуется постановка более детальных площадных геофизических и газолитогеохимических работ, включая профильную сейсморазведку;

2. На Белянском участке можно ограничиться площадными газолитогеохимическими работами по регулярной сети;

Полученные результаты с одинаковым успехом могут быть применены к быстрому решению сугубо прагматичной для Белгородской области задачи - строительству подземных хранилищ газа, чтобы не быть в жёсткой зависимости от «трубы». Методический подход к поисковым задачам на нефть и газ почти полностью аналогичен поискам структур-ловушек для названных целей.

Актуальность строительства на территории Белгородской области подземных хранилищ газа (ПХГ) определена Соглашением между Администрацией Белгородской области и РАО «Газпром» от 22.01.1996 г. 

По «Правилам создания и эксплуатации ПХГ» (ВНИИГАЗ, 1986) пригодными для хранения газа являются объекты со средней (по площади) пористостью не менее 10-15 % в терригенных коллекторах и не менее 5 % в трещиновато-поровых. Средняя проницаемость не менее 0,15 Дарси. Приемлемыми глубинами для создания ПХГ являются глубины от 500-700 до 1800 м. Для ПХГ небольших объёмов верхняя граница может составлять 400 и даже меньше метров.

Другим необходимым условием сооружения ПХГ является наличие структурной или литологической ловушки, способной обеспечить создание и сохранность искусственной залежи требуемого объёма. Покрышка должна быть выдержана по всей площади распространения пласта-коллектора и иметь мощность не менее 2-3 м при глубине залегания до 600 м и 4-5 м при залегании глубже 600 м. Проницаемость покрышки по газу не должна превышать 10-4 мД.

По заказу РАО «Газпром» ведутся сейсморазведочные работы МОВ ОГТ на территории Грайворонского и Борисовского районов Белгородской области, граничащих с Украиной. Полученные данные должны представлять большой интерес для оценки нефтегазоносности территории Белгородской области. Ожидаемое бурение на ПХГ рекомендуется совместить с решением поисковых задач на нефть и газ.