Физико-геологические предпосылки поисков скоплений углеводородов в нижнепермских отложениях Южно-Татарского свода

МЛТЕМЛЬБ ОР ТНЕ ^ТЕК" КОМРЛМУ KONFERENCE

ФИЗИКО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОИСКОВ СКОПЛЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ В НИЖНЕПЕРМСКИХ ОТЛОЖЕНИЯХ ЮЖНО-ТАТАРСКОГО СВОДА

М.Я.Боровский, Б.В.Успенский

Изучение геологических и геохимических аспектов формирования месторождений УВ — газов, высоковязких нефтей и природных битумов — в верхних горизонтах осадочного покрова Татарстана показывает, что в большинстве случаев достаточно уверенно прослеживается их генетическая связь с глубокозалегающими залежами традиционных нефтей (Троепольский В.И., Эллерн С.С., 1964; Войтович Е.Д., 1975; Шалин П.А., 1984; Успенский Б.В., 1985; Боровский М.Я., 2001; [4]).

Образование залежей УВ в пермских отложениях Татарстана и в целом Волго-Уральской области большинство исследователей связывают с их перетоком из нижних горизонтов осадочного покрова по трещинам в зонах тектонических нарушений. Поэтому изучение разломов, являющихся путями транспортировки нефтесодержащих флюидов, представляет большой практический интерес. Для обнаружения трасс миграции УВ, как правило, используются информация о нефтеносности региона по нижележащим отложениям, а также сведения о наличии различных геологических неоднородностей разреза (нижнекаменноугольные, верейские и неогеновые врезы, зоны развития карста и др.).

В настоящее время накоплен определенный опыт (В.П.Степанов

и др., 1983; [1]) выделения различных проявлений диастрофизма земной коры (разломы, зоны повышенной трещиноватости, эрозионные врезы и др.) по результатам геофизических съемок с учетом материалов структурного и глубокого бурения.

Оптимизация различных этапов геофизических исследований на природные битумы (прежде всего имеются в виду прогноз и поиски) базируется на максимальном использовании геофизических материалов. Комплексная интерпретация геолого-геофизических данных включает:

переинтерпретацию данных сейсморазведки МОГТ — выделение тектонических нарушений, нижнекаменноугольных и верейских эрозионных врезов и составление с учетом материалов глубокого бурения сводной карты указанных неодно-родностей геологического разреза;

построение сводных карт аномалий силы тяжести в редукции Буге и карт локальных гравиметрических аномалий (способ вариаций, радиусы трансформаций 2 и 1 км) — выявление и трассирование зон интенсивной трещиноватости и неогеновых врезов;

геологическое истолкование результатов аэромагнитной (магнитной) съемки — трассирование зон разломов;

составление сводных карт послойной и суммарной проводимости образований осадочного покрова по данным электроразведки ЗСБЗ — обнаружение зон повышенной тектонической трещиноватости, прогнозирование зон развития нижнекаменноугольных эрозионных врезов;

построение по материалам электроразведки методом ВЭЗ сводных карт изоом для различных разносов питающей линии АВ — определение местоположения не-однородностей геологического разреза: неогеновых врезов, тектонических нарушений и др.

На основе полученных материалов о верхней части разреза возможен выбор наиболее перспективных на поиски УВ (высоковязкие нефти, природные битумы, газы малых глубин) участков для постановки целенаправленных геофизических работ.

Результаты комплексной интерпретации геолого-геофизических материалов могут быть использованы и при решении иных геологических задач: выявление залежей нефти в карбонатных коллекторах каменноугольной и девонской систем, поиски пресных подземных вод, оценка защищенности земных недр и др.

Важным моментом является необходимость исследования при-

уроченности скоплений УВ верхней части разреза к определенным типам ловушек, которые могут быть сформированы за счет тектонических, седиментационных, эрозионных процессов и их сочетаний. Для определения местоскоплений полезных ископаемых целесообразно проведение целенаправленных геофизических измерений в пределах рассматриваемого региона.

Экспериментальные (опытно-методические) работы проведены на месторождениях уфимского тер-ригенного битуминозного комплекса, где выявлена довольно высокая эффективность электроразведочных методов ВЭЗ-ВП, СЭП-ВП, ЗСБЗ.

Изучение возможностей локального прогноза скоплений полезных ископаемых заключается в выяснении физико-геологических предпосылок постановки отдельных геофизических методов (рассмотрение вероятных схем образования геофизических аномалий, представлений о физико-геологических моделях, результатов лабораторных определений и т.д.).

Л.А.Гершанок (1979; [2]) предложена физико-геологическая модель образования магнитных аномалий над нефтяными и газовыми месторождениями, суть которой заключается в том, что приобретенная первичная намагниченность осадочных пород непостоянна ни во времени, ни в пространстве. На интенсивность намагничивания ока-

зывают влияние дополнительные факторы, связанные с химическими превращениями породообразующих минералов, возникающими под воздействием УВ. Изменения пород происходят при наличии продуктов бактериального окисления УВ, их взаимодействии с подошвенными и инфильтрационными водами. Это прежде всего — угольная кислота, являющаяся конечным продуктом окисления УВ, а также спирты, органические кислоты, пероксиды и другие вещества, которые образовываются в больших масштабах в условиях медленного окисления (Сахибгареев P.C., 1989).

Химический процесс в зоне залежи способствует превращению магнетита в пирит и сидерит. Выше по разрезу в зоне окисления над залежью пирит превращается в гетит и гидрогетит. За пределами залежи ферромагнитные минералы меньше подвергаются химическим воздействиям и сохраняются в первоначальном виде (магнетит, гематит). Минералы, располагающиеся над залежью нефти, обладают пониженными магнитными свойствами (пирит, гетит), для ферромагнитных минералов, находящихся за пределами залежи, характерны повышенные значения магнитной восприимчивости (%). Такое распределение пород по намагниченности создает над нефтегазоносной залежью отрицательную аномалию интенсивностью до 12 нТл.

Эпигенетические изменения, по-видимому, также приводят к уменьшению плотности пород над залежью УВ (таблица).

Изменение петрофизической обстановки (окисление магнетита и замещение его пиритом), связанное с влиянием продуктов окисления нефти и газовых эманаций, вероятно, способствует увеличению скорости продольных и поперечных волн в покрывающей залежь толще (см. таблицу).

В качестве примера воздействия УВ на подстилающие залежь образования можно привести Бав-линскую структуру (Татарстан), контролирующую одноименное нефтяное месторождение (Вали-тов Н.Б., 1974) Здесь вследствие диффузии нефтяных УВ с глубины наблюдается переход красноцвет-ных покрывающих образований в пестроцветные, что обусловлено переходом соединений окисного трехвалентного железа в закисное двухвалентное.

На территории Татарстана установлены повышенные содержания пирита в битумосодержащих породах. На юго-восточном склоне Южно-Татарского свода выявлены [4] газопроявления в сульфатно-карбонатном разрезе нижнепермского отдела. Изложенные факты предопределяют наличие аномальных геофизических эффектов над локальными скоплениями высоковязких нефтей, природных битумов и газов верхней карбонатной толщи.

При оценке нефтегазобитумо-нозности нижнепермских отложений целесообразна апробация комплекса геофизических и геохимических методов (ГГХМ), включающего высокоточную магниторазведку, электроразведку естественных электрических потенциалов ЕП и геохимические исследования УВ-газов и металлов-индикаторов, широко применяемого (Швыдкин Э.К., 2000) в условиях Волго-Уральской нефте-

Физические свойства ферромагнитных минералов [2, 3]

Минерал х- ю-5 с, г/см3 /р,км/с Vs, км/с

Магнетит 1 000 000 5,17 7,45 4,30

Гематит 50-100 5,26 6,95 4,50

Пирит 20-80 5,02-4,91 8,00 5,20

Гетит 5-40 - - -

Гидрогетит - 3,5-3,8 - -

MATERIALS OF THE "RITEK" KOMPANY KONFERENCE

газоносной области. Активные эпигенетические процессы в разрезах над залежами УВ протекают непрерывно с момента образования залежи и до ее разрушения, что приводит к появлению в вышележащих толщах и на дневной поверхности аномальных геохимических и геофизических полей. Многочисленные научно-исследовательские центры и нефтепромысловые компании США, Франции, Канады и России проявляют в последнее время значительный интерес к изучению и практическому использованию этих полей. Речь идет о стационарных геофизических полях (магнитное, электрическое, радиоактивное), обусловленных влиянием УВ-зале-жи и связанных с нею наложенных ореолов рассеяния металлов и тяжелых УВ-газов [5].

Сложные физико-химические процессы, протекающие в коллекторах и подстилающих их породах, обусловленные воздействием жидких и газообразных УВ и других компонентов залежи, сопровождаются вариациями физических свойств пород в окрестностях залежи. Изменения охватывают огромные объемы пород, подстилающих залежь, по сравнению с объемом самой залежи. В горных породах эпигенетические процессы под воздействием УВ зачастую распространяются по вертикали до поверхности. Изменение состава и структуры пород в зоне эпигенеза в течение длительного геологического времени приводит к направленному изменению физических параметров разреза, т.е. его гравитационных, магнитных, сейсмических и электрических характеристик.

Обобщенная физико-геологическая модель, созданная с учетом влияния залежей на вмещающие породы, дает основание для успешного применения при поисках и разведке месторождений нефти геохимических исследований и ме-

тодов полевой геофизики (магниторазведка, электроразведка, радиометрия и др.).

В нижнепермских отложениях юго-востока Татарстана часто встречаются [5] субвертикальные и вертикальные трещины, происхождение которых связано с региональными разломами и дизъюнктивными нарушениями. По трещинам прослеживаются битумы или пленки нефти, подтверждающие наличие вертикальной миграции (Сулинская, Подгорная, Урустамакская площади).

Значительные изменения физических свойств горных пород над залежью УВ служат физико-геологическими предпосылками для постановки электроразведки в модификации вызванной поляризации ВП. Фактором, способствующим использованию поляризационных методов, является небольшая минерализация пластовых вод нижнепермского сульфатно-карбонатного газонефтебитумного комплекса.

Нижнепермская сульфатно-карбонатная толща является опорным геоэлектрическим горизонтом, обладающим высоким удельным сопротивлением. Это дает основание для постановки электроразведки методами сопротивлений ВЭЗ и зондирования становлением поля в ближней зоне ЗСБЗ (аппаратура "Каскад", "Импульс-2Ц"). Вероятно выделение зон закарстованности, с которыми могут быть связаны скопления УВ (Акишев И.М. и др.,1974). Юго-восточная часть Татарстана (Анисимов Б.В. и др., 1987) по данным структурного бурения характеризуется значительным проявлением процессов выщелачивания в сульфатно-карбонатных породах нижнепермского отдела.

Физической основой применения гравиразведки служит значительный (до 0,2 г/см3) перепад плотностей на границе (структурно-эрозионная поверхность отложений нижнепермского отдела) верхней тер-

ригенной толщи и сульфатно-карбонатного комплекса. Скопления УВ в нижнепермских отложениях приурочены [4] к структурам тектонического и седиментационно-тек-тонического типов, унаследовавшим свой рельеф от нижезалегаю-щих структур девона и карбона, а также к собственным нижнепермским поднятиям, связанным с неравномерно размытой кровлей сак-марского яруса. Размеры локальных поднятий варьируют от 1,0х1,5 до 1,5х4,0 км, амплитуды структур достигают 20-25 м (Маковое, Алек-сеевское, Горное, Николашкин-ское, Бирское и др.). Глубина залегания аномалиеобразующей поверхности не превышает 400 м. Это позволяет (Салихов А.Г., Жаркова Л.А., 1964) воспользоваться для подсчета гравитационного эффекта формулой притяжения плоскопараллельного слоя. По результатам гравитационного моделирования амплитуда локальных максимумов может достигать 0,2 мГал и более, что благоприятно для обнаружения локальных структур высокоточной гравиразведкой.

Не исключена возможность выделения с помощью гравиметрической разведки зон и участков за-карстованных образований нижней перми. По результатам сейсмокаро-тажа структурных скважин эффективная плотность на контакте выщелоченных образований и неизмененных вмещающих пород составляет 0,19 г/см3, интенсивность локальных отрицательных аномалий силы тяжести может достигать 1 мГал и более (Боровский М.Я., 1984).

Таким образом, исходя из вышеизложенного (глубина исследования, приуроченность скоплений УВ к локальным поднятиям, карстовым коллекторам и др.), можно рекомендовать постановку таких геофизических методов как высокоточная гравиразведка, электроразведка в модификациях ВЭЗ,

ВЭЗ-ВП, ЗСБЗ, комплекс ГГХМ. Методически полевые измерения должны проводиться по геофизическим профилям протяженностью, в 3-5 раз превышающей горизонтальные размеры рассматриваемого объекта.

В дальнейшем набор исследований может быть уточнен за счет привлечения других геофизических методов: малоглубинная сейсморазведка, геотермия, радиометрия и др.

Для разработки рациональной методики поисков и разведки скоплений УВ в карбонатных коллекторах нижнепермского отдела необходимы:

постановка целенаправленных крупномасштабных геофизических съемок на известных месторождениях;

изучение физических свойств как продуктивных, так и вмещающих отложений;

создание физико-геологических моделей интересующих объектов.

Литература

1. Воронин В.П., Степанов В.П., Гольштейн В.Л. Геофизическое изучение кристаллического фундамента Татарии. — Казань: Изд-во Казанского ун-та, 1982.

2. Гершанок Л.А. О детальных магнитных наблюдениях при исследованиях на нефть и газ // Геофизические методы поисков и разведки нефти и газа. - Пермь, 1983. - С. 128-130.

3. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых (петро-физика): Справочник геофизика / Под ред. Н.Б.Дортман. — М.: Недра, 1985.

4. Ханнанов М.Т. Газоносность пермских отложений Татарстана/ Ав-тореф. дис...канд. геол.-минер. наук. — Уфа, 2002.

5. Швыдкин Э.К. Активные эпигенетические процессы в разрезах над залежами углеводородов и формирование геохимических и геофизических полей // Мониторинг геологической среды: активные эндогенные и экзогенные процессы. Материалы Первой Всероссийской конф. (10-15 ноября 1997 г.). — Казань, 2000. — С. 371-375.

© Коллектив авторов, 2003

The article is devoted to the interesting aspects of reflection of nondeep occurring HC accumulations in different geological fields. Proposals about "direct" exploration for oil and bitumen pools in Lower Permian formations of South Tatar arch are given.