Формирование нефтегазоносного потенциала мезозойских осадочных бассейнов Сибири и Атлантики

ФОРМИРОВАНИЕ НЕФТЕГАЗОНОСНОГО ПОТЕНЦИАЛА МЕЗОЗОЙСКИХ ОСАДОЧНЫХ

БАССЕЙНОВ СИБИРИ И АТЛАНТИКИ

В.В. Еремеев

Отложения ископаемых шельфов и дельт, лагун, заливов, баров, кос, пересыпей в пределах осадочных бассейнов включают до 80 % от общего содержания органического вещества, привнесенного с древесных участков суши, и составляют единые потенциальные нефтегазоносные комплексы. Углеродистое гумусовое органическое вещество поступало с континента совместно с терригенным материалом, осаждалось в соответствии с механической дифференциацией по размерам в пределах прибрежно-морского мелководья и мелководной части шельфа (глубины до десяти метров), где накапливался грубый растительный гумусовый и обломочный песчано-алеритовый материал. В пределах дельты, главным образом периферических частей (глубиной десятки метров), накапливался алеврито-глинистый материал с обилием гумусовой органики. В глубоководной части шельфа, переходящего собственно в морской бассейн, и накапливались преимущественно глинистые осадки с гумусовой обломочной, а также сапропелевой и водораслевой органикой.

Фации определяют условия концентрации гумусовой (газопотенциальной) и сапропелевой (нефтепотенциальной) органики, накопления песчано-алевритовых (коллекторы) и глинистых (покрышки) отложений.

Ачимовские отложения Западно-Сибирского бассейна являются перспективным нефтегазоносным комплексом. Однако до настоящего времени они изучены недостаточно, особенно на севере, что связано с отсутствием естественных обнажений и малым количеством скважин, вскрывших толщу. Кроме того, отсутствуют систематические детальные литолого-фациальные исследования, позволяющие однозначно судить о механизме образования отложений.

Проведенное автором настоящей статьи детальное литолого-фациальное изучение значительного числа скважин севера Западной Сибири (месторождения Гыдан, Тымбай, Туровское, Бованенковское, Ямбургское, Есетинское, Уренгойское, Медвежье) методами литолого-фациального анализа, разработанного П.П. Тимофеевым. Это позволило выявить главнейшие фациальные комплексы отложений, определяющие палеогеографические условия их формирования.

В главнейшие фациальные комплексы ачимовских верхнебериасовых-нижневаланжинских отложений входят следующие макрофации.

Макрофации заливно-лагунного прибрежного мелководья характеризуют осадконакопление в условиях прибрежного полуизолированного застойного мелководья междельтовых пространств бассейна в условиях гумидного климата. Включают следующие фации: 1) глинисто-алевритовые осадки прибрежных частей бассейна с обильной флорой, текстурами взмучивания, оползания; 2) глинистые осадки центральных частей лагун горизонтально-слоистых; 3) песчано-алеврито-глинистые осадки застойного мелководья в полуизолированных понижениях между накоплениями кос, баров, пересыпей с обильным детритом, отпечатками стеблей и листьев. Отложения изучены на глубинах 3720^3700 м (Ямбургское месторождение).

Макрофации открытого подвижного мелководья седиментационного бассейна включают отложения с генетическими признаками, свойственными зоне, примыкавшей к побережью между устьями рек. Выделяются следующие фации: 1) песчаные осадки сильно подвижного мелководья, осадки аккумулятивных форм (баров, подводных валов, пересыпей, кос), формировавшихся за счет прибойных волновых движений воды или вдоль береговых течений. Отличительные генетические признаки: хорошая сортировка, хорошая и средняя окатанность и отмытость от глинистого материала, косая слоистость в форме клиновидных серий слойков, наклоненных друг к другу под углом 10^12°, знаки ряби волнений, течений, выполаживающиеся на пластовой поверхности; 2) алевритопесчаные осадки прибрежного мелководья и междельтовых пространств. Характеризуются признаками мелководной литорали, примесью гумусовой растительной органики, реликтами раковинного детрита и ходами донных мелководных роющих организмов - хондритов. Значительные скопления гумусового растительного материала наблюдаются вблизи оснований слоев, а в кровле слоев часто наблюдаются знаки волнений, реже - течений. Характерны чередования песчаников и алевролитов с глинистыми прослоями; 3) песчаные осадки центральных частей подводной дельты.

Песчаники средне- и мелкозернистые, среднеокатанные, с примесью глинистого межзернового материала. Слоистость косая однонаправленная с параллельными швами или несколько разнонаправленная, подчеркиваемая прослоями гумусовой органики, что указывает на активную динамику водной среды. Встречаются крупные и мелкие обугленные обломки стволов и стеблей растений, а также включения окатанных и угловатых галек. Этот материал привносился реками в седимента-ционный бассейн, оседал у устьев и проникал вглубь, являясь продолжением речного аллювия; 4) алеврито-глинистые осадки периферической части подводной дельты, среднеокатанные, среднесортированные, с примесью глинистого межзернового материала. Слоистость преимущественно горизонтальная, реже пологоволнистая, подчеркиваемая обилием тонкого гумусового материала, содержание которого доходит до 2^3 %. Отложения изучены на глубинах 2100^3680 м (Уренгойское, Медвежье, Гыданское, Бованенковское, Тамбейское месторождения).

Макрофации мелководного морского бассейна отражают условия осадконакопления в пределах бассейна с глубинами порядка 50 м. Выделяются следующие фации: 1) алеврито-глинистые осадки краевой зоны бассейна. Отложения характеризуются высоким содержанием тонкой гумусовой органики, подчеркивающей горизонтальную слоистость. Присутствуют тонкие горизонтальные прослои, обогащенные мелкоалевритовым материалом и редкой фауной; 2) глинистые осадки центральной зоны бассейна. Тонко отмученные аргиллиты с небольшим содержанием гумусовой и присутствием сапропелевой органики и фораминифер. Отложения изучены на глубинах 1130^1460 м (Уренгойское, Бованенковское месторождения).

Макрофации отложений склоновых и внутренних поднятий характеризуются генетическими признаками, присущими отложениям, формировавшимся преимущественно у подножия склонов внутренних поднятий. Включают три фации: 1) песчано-алевритовые осадки центральных частей склоновых потоков. Характеризуются средней отсортированностью материала, присутствием межзернового гли -нистого материала, чередованием песчаных и алевритовых прослоев и мелкой косой однонаправленной слоистостью, образовавшейся в результате сползания осадков по склону; 2) алеврито-глинистые осадки краевых частей склоновых потоков. Характеризуются волнистой горизонтальной, иногда линзовидной слоистостью за счет включений линз песчано-алевритового материала; 3) песчано-алевритоглинистые оползневые отложения. Отличаются текстурами взмучивания и оползания, следами жизнедеятельности роющих организмов. Характеризуют условия оползней с внутрибассейновых поднятий. Отложения изучены на глубинах 3810^3830 м (Есетинское месторождение).

Анализ распределения выделенных фациальных типов показал, что в ряде скважин в основании залегает небольшой мощности подачимовская толща, представленная тонкоотмученными аргиллитами с примесью гумусовой органики и мелководной фауны, относящиеся к фации мелководного моря. Выше в большинстве скважин вскрыты отложения открытого подвижного мелководья - зоны, примыкающие к мелководью и располагающиеся между устьями рек. Это отложения аккумулятивных форм: баров, подводных валов, кос. Вверх по разрезу переходящие в песчаники косослоистые с гумусовой органикой фации центральной части дельты. Они чередуются с алеврито-глинистыми горизонтально-слоистыми разностями с обилием (2^3 %) тонкого гумусового материала фации периферической части дельты. Кроме того, они чередуются с песчаниками и алевролитами со значительными скоплениями гумусовой растительной органики фации междельтовых пространств.

Песчано-алевритовые пласты ачимовской толщи отличаются невыдержанностью по площади, располагаются кулисообразно относительно друг друга в субширотном направлении и вытянуты в субмеридиональном. По латерали проницаемые песчаники подвижного мелководья замещаются непроницаемыми глинистыми толщами морского бассейна, что указывает на непосредственный переход от дельты в морской бассейн.

Анализ результатов литолого-фациальных исследований, проведенных автором статьи, и опубликованных материалов показывает, что формирование ачимовского осадочного нефтегазоносного бассейна севера Западной Сибири происходило в условиях цикличных колебательных движений и постоянной смены трансгрессий регрессиями, что вызвало чередование глинистых отложений морского бассейна и песчано-алевритовых отложений подвижного прибрежного мелководья. В конце циклов происходили поднятия областей осадконакопления, приводящие к перерывам и частичным размывам ранее накопленных осадков. В разрезах осадочного чехла в приподнятых зонах, удаленных от источников сноса, перерывы в осадконакоплении были достаточно длительными.

Обломочный материал песчано-алевритовых образований служит показателем развития областей сноса. Автором статьи проведен анализ минералогического состава песчаников и алевролитов всех фациальных комплексов и интервалов разреза ачимовской толщи (рис. 1). При этом выявлены три главнейшие терригенно-минеральные ассоциации, прослежена их закономерная смена в разрезе и на площади, отражающая эволюцию бассейна седиментации и смену источников сноса. Выявлены ассоциации: кварц-полевошпатовых граувакк, граувакковых аркоз и собственно аркоз, положение которых представлено на классификационном треугольнике (см. рис. 1).

Кварц 100 %

Рис. 1. Минералогический состав песчаников и алевролитов ачимовской толщи севера Западной Сибири

Наблюдается четкая эволюция состава песчаников рассматриваемой толщи от кварц-полево-шпатовых граувакк низов разреза к граувакковым аркозам средней части и собственно аркозам верхов разреза. Происходит закономерное увеличение аркозовости и постоянное смещение от центра треугольной диаграммы состава вверх и вправо, что говорит о нараставшем со временем вовлечении в размыв магматических и метаморфических комплексов, среди которых присутствовали и, возможно, преобладали гранитоиды. Это связано с раннемеловой волной тектонической активности, распространявшейся от окраин вглубь континентов, в результате чего происходили поднятия удаленных зон, сложенных комплексами гранито-гнейсов, служивших источником терригенного материала. Активный тектонический режим областей сноса и их расчлененный рельеф определили по-лимиктовость песчаников. При этом область водосбора характеризовалась преимущественно холодным гумидным климатом, что подтверждается полимиктовым составом отложений, слабой выветре-лостью минеральных компонентов, иллитовым составом глин.

Изучение постседиментационных преобразований ачимовских отложений позволило установить высокую степень катагенетических и метагенетических преобразований пород фации дельты, зафиксированную широким развитием структур, возникающих вследствие литостатической нагрузки (конформно-регенерационных, инкорпорационных) и увеличением степени кристалличности некоторых из них (каолинита, хлорита, иллита, а также новообразований кальцита и сидерита). Это обусловило довольно низкие показатели фильтрационно-емкостных свойств пород.

Регионально развитыми и имеющими промышленное значение коллекторами IV класса являются трещинно-поровые песчано-алевритовые, обогащенные гумусовой органикой, отложения периферических частей дельт, слагающие среднюю и верхнюю часть интервала толщи.

Коллекторы вторично поровые приурочены к зонам разломов и интрузивных тел и имеют локальное развитие. Чаще всего встречаются в песчаных отложениях склонов внутренних поднятий, слагающих низы разреза толщи, реже - в средней части и верхах разрезов. Это не связано с палеогеографическими условиями развития бассейна седиментации.

В ачимовское время (поздний берриас - ранний валанжин) на севере Западной Сибири существовал обширный морской бассейн, унаследовавший конфигурацию баженовского бассейна.

В предачимовское время в условиях ровного дна, значительных глубин и спокойной седиментации при незначительном перемещении взвеси накапливались смектовые или иллит-смектовые глинистые илы, при незначительном содержании растительной и высоком содержании биогенной органики - подачимовские глины.

В результате подъема дна ачимовского седиментационного бассейна образовались внутрибас-сейновые подводные поднятия (десятки метров), сложенные додевонскими отложениями, в которых отсутствовали более молодые образования (рис. 2). Одновременно происходил размыв поднятий, перемещение материала по склонам к основанию, его концентрация вокруг поднятий, заполнение бассейна более грубым песчано-алевритовым материалом, источниками которого и были эти внутренние поднятия. Таким образом, шло обмеление ачимовского бассейна.

• • • • • • 1 • — •" 1 • — 2 3 /О О О ^0 0 0/ 0 0 о)

• ))• • • 5 6 7

Рис. 2. Этап подъема дна ачимовского седиментационного бассейна и формирования внутрибассейновых

подводных возвышенностей:

1 - песчаные отложения; 2 - алеврито-глинистые отложения; 3 - подводные возвышенности; 4 - речные отложения; 5 - дельтовые отложения (центральной части); 6 - отложения периферических междельтовых частей;

7 - отложения мелководного моря; 8 - области сноса

В современном структурном плане, как показывают данные геофизики, указанные песчаноалевритовые скопления образуют шлейфы и окаймляют структуры, имеющие в большинстве своем ассиметричную форму. Эти песчано-алевритовые отложения, хоть и включают оползневые текстуры, но по природе и текстурным признакам отличаются от турбидитов, формировавшихся в пределах континентального склона глубоководного морского бассейна и его подножия. Песчаный материал здесь отличается плохой сортировкой, включениями галечных образований, признаками ко -сой слоистости и напоминает современный горный пролювий. Характерно наличие значительного количества поровых промежутков и участков базального цемента. В постседиментационный период эти песчаные комплексы преобразовывались менее интенсивно по сравнению с песчаниками прибрежного мелководья, что в дальнейшем обусловило высокие коллекторские свойства песчаников указанных фаций. В ходе начального этапа развития ачимовского седиментационного бассейна его заполнение происходило преимущественно за счет материала внутренних подводных поднятий и глубины его уменьшались. В дальнейшем в пределах Ямальской части ачимовского бассейна внутренние поднятия препятствовали поступлению терригенного и биогенного материала из восточных и юго-восточных районов, что создавало благоприятную ситуацию для формирования ловушек.

В начале раннего валанжина произошла основная регрессия, сопровождавшаяся поднятием восточных окраин бассейна, вызвавшая миграцию береговой линии на запад вглубь бассейна. Это привело к оживлению речной деятельности, интенсивному выносу терригенного и растительного органического вещества в бассейн седиментации. Миграция береговой линии сопровождалась формированием крупных дельт, являющихся продолжением рек, берущих свое начало на востоке и юго-востоке (рис. 3). Кроме того, формировались аккумулятивные формы - бары, косы, пересыпи, сложенные хорошо отсортированными и отмытыми от глинистого вещества песками. В пределах прибрежно-морского мелководья между дельтами накапливались песчано-алевритовые отложения, перерабатываемые роющими организмами. Непосредственно к берегу примыкали зоны заливнолагунного мелководья с обилием гумусового растительного материала.

Рис. 3. Этап регрессии, формирования дельтовых комплексов

Реки текли с востока и юго-востока на запад. При этом на востоке происходила тектоническая активизация, вызывавшая поднятие водосборных и усиление эрозионных процессов прилегающих областей и приводящая к размыву преимущественно песчаных комплексов девона и изверженных, метаморфических и осадочных пород, удаленных от окраин бассейна.

Органическое вещество, поступавшее в ачимовский бассейн, растительного происхождения гумусового типа. Интенсивность накопления его равномерно уменьшается от береговой зоны вглубь бассейна, при этом распределение гумусовой органики происходит по схеме и законам механической седиментации. Содержание органического вещества доходит в отдельных случаях до 5 %, что указывает на его массовое накопление. При этом среднее содержание органического вещества составляет: в песчаниках - 0,1^0,3 %, в алевролитах - 0,5^0,7 %, в глинах - около 1 %. Дельты проникали далеко вглубь осадочного бассейна, привнося значительное количество обломочного песчаноалевритового материала и гумусовой органики. Бассейн интенсивно заполнялся песчано-алевритоглинистым материалом, и глубины сокращались до 50^60 м. Седиментация в условиях русловых частей дельтовых потоков приводила к накоплению средне- и мелкозернистых песчаников, сред-неотсортированных, темно-серого цвета с косой одно- и разнонаправленной слоистостью, а также с фрагментами гумусового растительного материала. Местами между лопастями дельты при некоторых перепадах глубин (первые десятки метров) накапливались осадки, являющиеся потоками склонового и периферического типов. В периферических частях дельт и междельтовых пространств в условиях спокойной динамики водной среды формировались горизонтально-слоистые алевритоглинистые осадки, иногда с мелкой косой выполаживающей слоистостью, с обилием послойных скоплений тонкого гумусового детрита и обрывками тканей высших растений (до 2 %). По виду и характеру отложения близки к формации «черных сланцев».

Обилие в пределах ачимовской толщи растительной гумусовой органики, поступившей с континента, отличает ее от баженовской, в которой преобладает сапропелевая биогенная органика. В ачи-мовской толще биогенная органика составляет доли процента, редкая фауна является реликтовой, оставшейся от баженовского времени.

В конце раннего валанжина происходило дальнейшее обмеление бассейна, особенно его восточной части. Многократные колебания уровня моря приводили к периодической смене условий подвижного прибрежного мелководья, сопровождавшихся формированием дельтовых конусов выноса, обстановками мелководного моря (рис. 4). Это обусловило образование выдержанных по простиранию и мощности песчано-алевритовых и глинистых толщ.

Рис. 4. Этап преобладания дельтовых комплексов, переходящих в мелководно-морские обстановки

Ландшафт в пределах ачимовского бассейна имел вид дельтовой равнины, периодически заливаемой морем. Седиментация определялась выносом терригенного и гумусового материала с континента в шельфовую зону и его локализацией с последующим разносом. Формирование ачимовских верхнеберриасовых-нижневаланжинских отложений обусловлено сносом масс обломочного материала с Сибирской платформы, который происходил как с востока на запад, так и с юга на север. Последнее определялось развитием грабен-рифтов на сводовых поднятиях, охватывающих с юга Западно-Сибирскую синеклизу. Обилие гумусовой органики, поступавшей с континента, обусловило формирование высокопродуктивных горизонтов газовых месторождений.

Таким образом, Западно-Сибирский осадочный нефтегазоносный бассейн в конце позднеюрского - начале раннемелового времени представлял собой мелководное море, окаймлявшееся на востоке широким шельфом с конусом выноса крупной реки, поставлявшей гумусовый и терригенный материал из Средней Сибири и Алтай-Саянской области. При этом в определенные периоды создавались условия для формирования наибольшей ширины шельфовой зоны, накопления наибольшего объема осадочного материала и отложений максимально обогащенной гумусовой органики.

Проведенный автором статьи анализ фациального состава отложений осадочного чехла бассейна Атлантического океана, вскрытых скважинами глубоководного бурения, позволил восстановить эволюцию осадочного чехла и установить, что в юре и начале раннего мела современная Атлантика представляла собой область мелководной седиментации и развития заливов, лагун и мелководного моря.

Рис. 5. Модель развития Атлантического океана в мелу

В конце раннемелового периода произошло значительное расширение морского бассейна развивающейся Атлантики, который занял центральное пространство между Американским и Евро-Африканским континентами и окаймлялся зоной широкого шельфа с конусами выноса крупных рек с центральными и периферическими частями дельт и междельтовыми пространствами. Седиментация в условиях центральных дельт подтверждается галечно-гравийно-песчано-алевритовым составом осадков, средней сортировкой и высокой степенью окатанности материала, присутствием обломков гумусового органического вещества в виде фрагментов древесных растительных тканей, значительным содержанием минералов тяжелой фракции. Принадлежность осадков к периферическим частям дельт и междельтовым пространствам доказывается алеврито-глинистым составом, темным до черного цветом, мелкой косой выполаживающейся слоистостью, наличием прослоев, обогащенных гумусовым органическим веществом и обрывками тканей высших растений. Конусы выноса крупных рек поставляли с окружающих континентов обильный терригенный растительный гумусовый материал, осаждавшийся преимущественно в периферических частях дельт, приведший к образованию в дальнейшем черных сланцев, являющихся потенциально газоносными. Во внешней части шельфа, переходящей в море, формировались черные сланцы с высоким содержанием сапропелевого материала, потенциально нефтеносные. Автором статьи выделено семь крупных потенциально нефтегазоносных конусов выноса: Американский, Фолклендский, Бискайский, Пиренейский, Марокканский, Капский и Ангольский. Фациальная среда определяет условия для формирования скоплений гумусовой (газопотенциальной) и сапропелевой (нефтепотенциальной) органики, а также песчано-алевритовых отложений, играющих роль коллекторов, и глинистых отложений, играющих роль покрышек (рис. 5).

Для конца раннемелового времени характерна наибольшая ширина шельфовой зоны, наибольший объем осадков и максимум обогащенности органическим веществом осадков за всю историю развития морского бассейна Атлантики, что и определило формирование в этот период высокопродуктивных горизонтов крупнейших месторождений нефти и газа.

На основании системного подхода, включающего литолого-фациальный анализ и изучение вещественного состава отложений, установлено сходство как в эволюции Западно-Сибирского и Атлантического осадочных бассейнов, так и в условиях нефтегазообразования.

Такой подход показывает, что прогнозирование возможных скоплений нефти и газа, основанное на литолого-фациальном и минералого-петрографическом методах исследования, применимо не только для таких платформ, как Западно-Сибирская, Туранская, Скифская, но и для осадочного чехла Мирового океана.