Способ определения миграции залежей углеводородов в купольных структурах
METHOD FOR DETERMINING MIGRATION OF HYDROCARBON DEPOSITS IN DOME STRUCTURES

Изобретение относится к геолого-геохронологическим и геохимическим методам поиска углеводородов и направлено на создание методических и геологических рекомендаций для использования при поиске и прогнозе запасов углеводородов.
В последнее время при объяснении локализации нефти в Волго-Уральском регионе активно дискутируется проблема, связанная с ее привносом из пород фундамента. Фундамент располагается на глубинах до нескольких км под осадочным чехлом верхнедевонско-пермских карбонатно-терригенных пород, в которых находятся широко известные месторождения нефти. В их число входит супергигантское Ромашкинское месторождение, расположенное в Южно-Татарском своде.
В итоге многочисленных и разноплановых исследований [Муслимов Р.Х., Хаммадеев Ф.М., Ибатуллин Р.Х., Кавеев И.Х. Программа дальнейшего изучения глубинных недр Татарии // Глубинные исследования докембрия востока Русской платформы. Сборник статей. Казань: Таткнигоиздат, 1980. С. 3-13], [Муслимов Р.Х., Изотов В.Г., Ситдикова Л.М. Кристаллический фундамент Татарского свода - потенциальный генератор углеводородов Ромашкинского месторождения: мат-лы конф. «Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа». М.: Изд. МГУ, 1998, 147-149], [Муслимов Р.Х. Нефтяные и газовые месторождения - саморазвивающиеся и постоянно возобновляемые объекты / Р.Х. Муслимов, И.Ф. Глумов, И.Н. Плотникова, В.А. Трофимов, Д.К. Нургалиев // Геология нефти и газа (спецвыпуск). 2004. С. 43-49], [Муслимов Р.Х. Роль кристаллического фундамента в формировании ресурсной базы углеводородов республики Татарстан // Углеводородный и минерально-сырьевой потенциал кристаллического фундамента: Материалы Международной научно-практической конференции - Казань: Изд-во «Ихлас», 2019. C. 7-11], [Трофимов В.А., Корчагин В.И. Нефтеподводящие каналы: пространственное положение, методы обнаружения и способы их активизации. Георесурсы , №1 (9). 2002], [Юсупов Б.М. Новая концепция проблемы происхождения нефти и природного горючего газа. Уфа. 1982] сделано предположение о существование на Южно-Татарском своде единого источника нефтегенерации для залежей нефти и природных битумов, формирование месторождений которых происходит за счет вертикально восходящей миграции нефтегазоносных флюидов через разломы, секущие докембрийский кристаллический фундамент.
Многолетними исследованиями установлено, что кристаллический фундамент Южно-Татарского свода - потенциальный генератор углеводородов Ромашкинского месторождения, которое является уникальным не только по запасам, но и по условиям локализации и дифференциации углеводородов. Геологические запасы нефти оцениваются в 5 млрд тонн. Доказанные и извлекаемые запасы оцениваются в 3 млрд тонн.
В геологическом строении месторождения принимают участие отложения пермской системы, обнажающиеся на поверхности, а также карбона и девона, вскрываемые глубокими скважинами. Промышленная нефтеносность связана главным образом с отложениями карбонатно-терригенной толщи верхнего девона, расположенной вблизи фундамента. При этом имеются промышленные залежи нефти в карбонатных породах верхнего девона и песчаниках угленосной свиты турнейского яруса. Основное промышленное значение имеет верхнедевонский нефтяной пласт ДI, с которым связано около 80% разведанных запасов нефти Ромашкинского месторождения. Залежи нефти во всех остальных пластах имеют литолого-стратиграфический характер, располагаясь участками главным образом на склонах основного Ромашкинского поднятия.
В пользу привноса нефти из кристаллического фундамента приводятся следующие данные [Муслимов Р.Х. Роль кристаллического фундамента в формировании ресурсной базы углеводородов республики Татарстан // Углеводородный и минерально-сырьевой потенциал кристаллического фундамента: Материалы Международной научно-практической конференции - Казань: Изд-во «Ихлас», 2019. C. 7-11]:
- генетическая тождественность нефтей из палеозойского комплекса Южно-Татарского свода (ЮТС) и битумоидов фундамента, аргументирующая доминирующую роль вертикальной миграции нефти, достаточный источник которой в осадочном чехле над ЮТС отсутствует;
- приуроченность залежей нефти осадочного чехла к разломам в фундаменте дает возможность рассматривать его как в качестве промежуточного звена миграции нефтегазоносных флюидов, так и самостоятельного поискового объекта;
- четко выраженная тенденция увеличения газопоказаний, расширения спектра гомологов метана и относительный рост содержания его «тяжелых» гомологов (пентана и гексана), появление гелия с увеличением глубины;
- на основе данных сейсмического профилирования и глубокого зондирования установлено пластично-чешуйчатое строение фундамента. При этом, как видно из данных профилей, основные отражающие горизонты фундамента находятся под «покрышкой» непроницаемых пород на глубинах 5-7 км. Проведенные работы по изучению отражающих горизонтов позволяют считать их в качестве так называемых зон разуплотнения или зон деструкции фундамента, которые обладают высокими коллекторскими свойствами, вследствие дробления и переработки пород.
- обнаружены реликты УВ в зонах деструкций, по которым в неоднородном термоградиентном поле фундамента они могли последовательно перегонялись из нижних зон в верхние под воздействием температурного поля и явлений компрессия-декомпрессия. Это подтверждается также сходством УВ фундамента и чехла, особенностями состава вод зон деструкций и чехла.
Заявителем выполнены исследования, направленные на создание методических и геологических рекомендаций для использования при поиске и прогнозе запасов углеводородов для купольных структур на примере Татарского свода Волго-Уральского региона и предложено применение известных методов трекового датирования апатита пород фундамента и гомогенизации флюидных включений в кварце и кальците пород-коллекторов осадочного чехла по новому назначению - для определения миграции залежей углеводородов в купольных структурах.
Из исследованного уровня техники заявителем выявлены аналоги заявленного технического решения по назначению.
Так, известно изобретение по авторскому свидетельству SU1408408 «Способ оценки перспектив нефтегазоносности континентальных блоков», сущностью является способ оценки нефтегазоносности континентальных блоков, включающий отбор образцов горных пород в оцениваемом регионе, проведение магнитометрических измерений образцов горных пород и определение палеоширот точек отбора по этапам геологического времени, отличающийся тем, что с целью повышения надежности оценки, определяют палеоширотные скорости движения континентальных блоков в различные геологические эпохи, а перспективы стратиграфических комплексов оценивают как обратно пропорциональные скоростям движения континентальных блоков.
Недостатками известного способа является отсутствие возможности оценки миграции органического вещества, влияния палеотемпературных процессов на миграцию углеводородов. Это связано с отсутствием применения каких-либо методов геохронологии, а также, что очень важно, отсутствуют методы оценки палеотемпературных зависимостей для пород коллектора и в результате, отсутствие оценки температур, при которых возможен генезис углеводородов и изменение степени зрелости нефтематеринских пород.
Известно изобретение по авторскому свидетельству SU 1331289 «Способ определения абсолютного возраста осадочных горных пород», сущностью является способ определения абсолютного возраста осадочных горных пород, включающий определение концентрации углерода в органическом веществе горной породы, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения и снижения трудоемкости, измеряют содержание урана в горных породах, определяют мощность дозы ионизирующего излучения, поглощаемого органическим веществом горной породы, и максимальную палеотемпературу в месте залегания породы, а абсолютный возраст определяют по экспериментально установленной зависимости его от максимальной палеотемпературы, мощности поглощенной органическим веществом горной породы дозы ионизирующих излучений и стадиального состояния органического вещества породы, выраженного через концентрацию углерода в органическом веществе породы.
Недостатками известного способа являются:
- отсутствие конкретных зависимостей для установления миграции углеводородов в купольных системах;
- высокая трудоемкость вследствие применения гамма-каротажа, невозможности использования кернового материала или шлама;
- низкая достоверность вследствии:
- сложной природы радиационной аномалии поверхности, из которой невозможно напрямую вычленить компоненту, обусловленную временем пребывания образца в погребенном состоянии,
- низкой точности метода определения палеотемператур по стадиальному состоянию органического вещества с помощью отражательной способности витринита, выраженному в содержании углерода, и, соответственно, невозможности установить палеотемпературные зависимости осадочного чехла для пород с низким содержанием углефицированных объектов.
В основе заявленного технического решения лежит оценка тектонотермальной истории по данным трекового датирования апатита [Laslett, G.M., Green, P.F., Duddy, I.R., Gleadow, A.J.W. Thermal annealing of fission tracks in apatite. 2. A quantitative analysis // Chemical Geology (Isotopes Geoscience Section), 1987, v. 65, p.1-13]. и анализа флюидных включений в кварце песчаников растворов, принимавших активное участие в постседиментационных процессах преобразования песчаников [Реддер Э. Флюидные включения в минералах. М.: Мир, 1987. 632 c.].
Известный метод трекового датирования апатита основан на том факте, что спонтанные треки (следы осколков деления ядер урана) накапливаются в данном минерале со временем. Треки в апатите устойчивы лишь при относительно низких температурах, при увеличении температуры они начинают укорачиваться - отжигаться вплоть до полного исчезновения. Отжиг треков - это градиентный процесс, то есть исчезновение треков не происходит моментально. Температурный интервал, в котором происходит частичное укорачивание треков, называют зоной частичного отжига. На глубинах более 3.5 км при температурах выше 110°С (при нормальном геотермическом градиенте) отжиг треков в апатитах происходит значительно интенсивнее и, как правило, они не сохраняются в минерале. В общем виде зона частичного отжига для апатита определяется как 60-110°С (±10°С) [Laslett, G.M., Green, P.F., Duddy, I.R., Gleadow, A.J.W. Thermal annealing of fission tracks in apatite. 2. A quantitative analysis // Chemical Geology (Isotopes Geoscience Section), 1987, v. 65, p.1-13]. Температурный интервал зоны частичного отжига треков в апатите очень близок температурам, при которых происходит генерация жидких углеводородов, которая происходит наиболее интенсивно в интервале от 60 до 130°С, а газообразных углеводородов - в интервале 130 - 220°С при скорости нагрева 1-10°С/млн лет [Соловьев А.В. (2008) Изучение тектонических процессов в областях конвергенции литосферных плит: методы трекового датирования и структурного анализа // М.: Наука, 2008. 319 с.].
Трековый анализ апатита применяется для количественной оценки термальной истории осадочного бассейна, степени зрелости органических веществ (ОВ). Трековый анализ, в отличие от других методов (например, анализа отражающей способности витринита), дает возможность проследить изменение палеотемператур во времени. Трековое датирование активно применяется для изучения эволюции структурных неоднородностей земной коры, например, региональных надвигов, сбросов, купольных структур метаморфических ядер [Соловьев А.В. (2008) Изучение тектонических процессов в областях конвергенции литосферных плит: методы трекового датирования и структурного анализа // М.: Наука, 2008. 319 с.], [Ketcham, R.A., 2005. Forward and inverse modelling of low-temperature thermochronometry data. Reviews in Mineralogy and Geochemistry 58, 275-314], [Kohn B.P., Gleadow A.J.W., Brown R.W., Gallagher K., Lorencak M., Noble W.P. Vizualizing thermotectonic and denudation histories using apatite fission-track thermochronology // Reviews in mineralogy and geochemistry, 2005, v. 58, p. 527-565].
Таким образом, известный метод трекового датирования апатита применяется для установления связи между деформацией и денудацией, восстановления времени и скорости формирования куполов. Применение известного метода для определения миграции залежей углеводородов в купольных структурах заявителем из исследованного уровня техники не выявлено.
Известен метод гомогенизации флюидных включений в кварце и кальците пород-коллекторов осадочного чехла. Изучая историю формирования и постседиментационных преобразований осадочных пород, исследователи обычно делают выводы о процессах литогенеза - то есть о закономерном изменении вещественного (компонентного) состава и строения осадочной породы [Япаскурт О.В. Предметаморфические процессы в стратисфере: процессы и факторы. М.: ГЕОС, 1999. 260 с.]. В меньшей степени анализируются физико-химические факторы литогенеза, оказывающие влияние на процессы породообразования.
В случае песчаников, с помощью термобарогеохимических исследований можно получить оригинальную и актуальную информацию об условиях кристаллизации и преобразования входящих в их состав минералов [Реддер Э. Флюидные включения в минералах. М.: Мир, 1987. 632 c.]. Особенности включений, захваченных в ходе первичного роста кристалла, свидетельствуют о характере исходных пород - источников кварцевых зерен в песчаниках [Ермаков Н.П. Исследования минералообразующих растворов. Харьков: Изд-во Харьк. ун-та, 1950. 459 с., Симанович И.М., Ивенсен Г.В. О включениях минералов и минералообразующей среды в обломочном кварце // Литол. и полезн. ископаемые. 1972. №5. С. 34-50], которые могли быть самыми разнообразными: от гидротермальных кварцевых жил до гранитов и риолитов. Исследования флюидных включений в зернах кварца позволяют также решить другую важную проблему - выяснить условия процессов диагенеза и катагенеза песчаников [Реддер Э. Флюидные включения в минералах. М.: Мир, 1987. 632 c.].
В кварце песчаников могут присутствовать различные типы флюидных включений. На стадии кристаллизации кварца в исходной породе захватываются, в основном по зонам роста, первичные включения, содержащие микропорции гидротермальной минералообразующей среды. В ходе дальнейшего развития исходных пород в кварце неизбежно появляется серия микротрещин, по которым образуются, в результате проникновения более поздних растворов, вторичные включения. При разрушении исходных пород и формировании песчаников первичные и вторичные включения в целом сохраняются в окатанных зернах кварца. В ходе процессов диагенеза и катагенеза на зерна исходного кварца нарастает регенерационный кварц, захватывая свои первичные флюидные включения. При этом растворы, принимавшие участие в постседиментационных процессах, проникают по микротрещинкам в зерна исходного кварца, с образованием в нем нового типа вторичных включений. Зоны регенерационного кварца, нарастая на эти зерна, как бы запечатывают систему. В результате, при диагенезе в кварце возникает два новых типа флюидных включений, несущих прямую информацию о параметрах преобразования песчаников - первичные включения в регенерационном кварце и новый тип мнимовторичных включений во внутренних участках зерен, являющихся вторичными для исходного минерала, но фактически первичными для регенерационного кварца.
Одним из основных экспериментальных методов изучения флюидных включений является метод гомогенизации. В большинстве случаев во включениях захватывается гомогенный флюид. Далее в ходе остывания системы и снижения параметров, при достижении линии двухфазового равновесия, происходит гетерогенизация растворов во включениях с разделением на жидкость и пузырек газа (пара). В дальнейшем идут незначительные изменения во включениях вплоть до обычных условий при температуре около 25°С.
Прямые данные о параметрах постседиментационных процессов дают первичные включения в регенерационном кварце и так называемые мнимовторичные включения во внутренних участках зерен. В ходе аналитических работ выяснилось, что эти ситуации достаточно редки и часто трудно диагностируются. В результате, для проведения массовых анализов по единой методике применяется специальный подход. Учитывая то, что условия зарождения и роста кристаллов в исходных породах вряд ли могли совпадать, а при преобразовании уже сформировавшихся осадочных пород слагающие их обломки испытывают воздействие единообразных по своей сути процессов, необходимо было выделить среди полученной информации единый блок данных, имеющий сходные характеристики для рассмотренных образцов. С этой целью были производятся массовые замеры температур гомогенизации всех флюидных включений, которые удается найти в зернах кварца всех имеющихся образцов. На фоне широкого разброса данных (начиная от 80°С и до практически 500°С), выделяется достаточно компактный низкотемпературный пик с диапазоном температур 90-130°С, характеризующих скорее всего постседиментационные процессы. Высокотемпературные включения (с температурами гомогенизации более 150°С) характеризуются широкими вариациями параметров и связаны с кристаллизацией и преобразованием кварца в исходных породах [Симонов В.А., Вакуленко Л.Г. Факторы постседиментационного преобразования юрских песчаников центральной части Западно-Сибирской плиты (результаты термобарогеохимических исследований) // Материалы 4-го Всероссийского литологического совещания «Осадочные процессы: седиментогенез, литогенез, рудогенез (эволюция, типизация, диагностика, моделирование)». Москва, 2006. Т. 1. С. 283-285].
Таким образом, известный метод гомогенизации флюидных включений в кварце и кальците пород-коллекторов осадочного чехла позволяют также решить важную проблему - выяснить условия процессов диагенеза и катагенеза песчаников, выявить особенности включений, захваченных в ходе первичного роста кристалла, свидетельствуют о характере исходных пород - источников кварцевых зерен в песчаниках. Применение известного метода для определения миграции залежей углеводородов в купольных структурах заявителем из исследованного уровня техники не выявлено.
Задачей заявленного технического решения является определение миграции залежей углеводородов в купольных структурах при поиске и прогнозе залежей углеводородов.
Техническим результатом заявленного технического решения является повышение эффективности и точности прогнозирования залежей углеводородов в купольных структурах, создание методических и геологических рекомендации для использования при поиске и прогнозе залежей углеводородов путем применения методов трекового датирования апатита пород фундамента и гомогенизации флюидных включений в кварце и кальците пород-коллекторов осадочного чехла для определения миграции залежей углеводородов в купольных структурах, что приведет к:
1. Снижению трудоемкости вследствие применения современных методов трекового датирования апатита, не требующего определять мощность дозы ионизирующего излучения, поглощаемого органическим веществом горной породы, также не требуется применение скважинного оборудования.
2. Повышению достоверности вследствие:
- отсутствия необходимости учитывать радиационную аномалию поверхности, из которой невозможно напрямую вычленить компоненту, обусловленную временем пребывания образца в погребенном состоянии,
- высокой точности определения возраста и генезиса формирования залежей углеводородов на основе трекового датирования апатита пород,
- применения точных методов для определения палеотемператур, на основе данных трекового датирования апатита пород фундамента и гомогенизации флюидных включений в кварце и кальците пород-коллекторов осадочного чехла в купольных структурах.
Сущностью заявленного технического решения является способ определения миграции залежей углеводородов в купольных структурах, заключающийся в проведении трекового датирования апатита пород фундамента и гомогенизации флюидных включений в кварце и кальците пород-коллекторов осадочного чехла, характеризующийся тем, что методом трекового датирования апатита пород фундамента выявляют возраст пород фундамента, возраст интенсивной реактивация территории с формированием купольной структуры, температуру пород фундамента, наличие охлаждения пород фундамента; затем методом гомогенизации флюидных включений в кварце и кальците пород-коллекторов осадочного чехла фиксируют молодую купольную тектонику в регионе, с которой связана активная деятельность флюидов, путем изучения газово-жидких включений в породах-коллекторах месторождения, выявляют диапазон температур проявления флюидов в кварце из песчаников, учитывают температуры фундамента; при этом если обнаруживают наличие более высоких значений температур в вышележащих осадочных породах, чем в породах фундамента, делают вывод о воздействии горячих флюидов; при этом, если детектируют в кальците наличие высокомолекулярного органического соединения - нефти, делают вывод о привносе нефти флюидами из пород фундамента в купольные структуры осадочного чехла.
Заявленное техническое решение иллюстрируется Фиг.1 - Фиг.14.
На Фиг. 1 представлена гистограмма распределения треков апатита гнейсов из докембрийского фундамента Татарского свода.
На Фиг. 2 представлен график термальной эволюции апатита гнейсов из докембрийского фундамента Татарского свода.
На Фиг. 3 представлены:
3а - флюидные включения первого типа (размерами до 5-10 мкм),
3б - формы включений с некоторой огранкой, прямоугольной или гексагональной.
На Фиг. 4 представлены:
4а -двухфазные включения (размерами до 5-8 мкм) второго типа
4б - мнимовторичные включения с тремя флюидными фазами.
На Фиг. 5 представлена гистограмма распределения значений температур гомогенизации флюидных включений в образце кварца.
На Фиг. 6 представлены:
6а - флюидные включения первого типа (размерами до 3-10 мкм),
6б - две фазы первичных включений.
На Фиг. 7 представлены:
7а - мнимовторичные флюидные включения (1-9 мкм),
7б - редкие трехфазовые включения.
2
На Фиг. 8 представлена фазовая диаграмма системы HO - NaCl в области низких температур растворов.
На Фиг. 9 представлена гистограмма распределения значений температур гомогенизации флюидных включений в образце кварца.
На Фиг. 10 представлены включения первого типа (размерами до 450 мкм) пород Ромашкинского месторождения.
На Фиг. 11 представлен второй тип включений (размерами около 20 мкм) пород Ромашкинского месторождения.
На Фиг. 12 представлен третий тип включений пород Ромашкинского месторождения.
На Фиг. 13 представлены:
13а - первичные двухфазовые включения пород Ромашкинского месторождения.
13б - двухфазовые включения пород Ромашкинского месторождения.
На Фиг. 14 представлены:
14а - спектр комбинационного рассеивания содержимого углеводородного включения
14б - спектр комбинационного рассеивания жидкой и газовой фаз двухфазного включения
Далее заявителем приведено описание заявленного технического решения.
Сущность заявленного технического решения заключается в применении известных методов трекового датирования апатита пород фундамента купольных структур и гомогенизации флюидных включений в кварце и кальците пород-коллекторов осадочного чехла для определения миграции залежей углеводородов в купольных структурах при поиске и прогнозе залежей углеводородов путем определения возраста и генезиса формирования залежей углеводородов, а также палеотемпературных зависимостей.
Предполагаемый способ позволяет решить фундаментальную проблему определения миграции углеводородов из пород фундамента и возраста их локализации в купольных структурах осадочного чехла при применении комплексного анализа полученных данных.
Применение известных методов по новому назначению было реализовано при изучении Южно-Татарского свода Волго-Уральской нефтяной провинции, содержащего Ромашкинское месторождение-гигант. Методика комплексного использования указанных методов отработана на Южно-Татарском куполе.
Заявленный способ состоит в целом из следующих этапов:
Этап 1. Метод трекового датирования апатита пород фундамента (далее - трековый анализ).
Трековый анализ осуществляется в несколько этапов.
Вначале проводят выделение мономинеральной фракции апатитов, которое проводят стандартными методами с использованием магнитной сепарации и тяжелых жидкостей. Для этого:
- породу измельчают на щековых дробилках,
- просеивают на ситах,
- концентрируют на вибрационном столе.
- с помощью ручного магнита отделяют магнитную фракцию,
- далее разделяют на легкую и тяжелую фракции в тяжелых жидкостях (ГПС-В (концентрированный водный раствор гетерополивольфрамата натрия), плотностью 2,80±0,05 г/мл),
- отдельные зерна апатита вручную отбирают из тяжелой фракции, например, с помощью бинокуляра, например, ZEISS Stemi DV4,
- затем фиксируют в препарате (шашке) из эпоксидной смолы, например, Struers SpesiFix-40 (диаметр 25 мм, высота 5 мм) и приполировывают.
-Для стандартных образцов апатитов готовят отдельный препарат таких же размеров.
- Подготовленные шашки с апатитами травят в растворе 5.5М HNO3 в течение 12-18 секунд при температуре 21±2°C. Перед исследованием на микроскопе производят промывку от кислоты и сушку шашек.
- В протравленных апатитах подсчитывают плотности и длины треков осколков спонтанного деления ядер урана с использованием оптического микроскопа высокого разрешения, например, Olympus BX51 при увеличении х1250. Подсчет количества треков производится вручную с выделением определенной области в апатитах. Измерение длин треков производится при помощи программного обеспечения, например, DpxView для фото-видео камеры, например, InfinityX. По результатам измерений строят гистограмму распределения треков апатита.
- В участках апатитов с подсчитанными плотностями и длинами треков измеряется содержание урана (238U). Содержание урана измеряется на квадрупольном масс-спектрометре с ионизацией в индуктивно-связанной плазме, например, ThermoFisher Scientific iCAP Qc с приставкой лазерной абляции NWR213. Анализ пробы проводится по следующей схеме: в начале и в конце сессии измерений выполняется по два измерения двух стандартов (внешнего и контрольного) и далее через каждые пять-десять измерений по одному измерению внешнего и контрольного стандартов. По внешнему стандарту проводится коррекция на фракционирование элементов при лазерном испарении, дискриминацию масс и дрейф настроек масс-спектрометра во времени.
- Контрольный образец измеряется для проверки правильности измерений. Также в начале и в конце сессии измерений дополнительно измеряется NIST SRM 612 и NIST SRM 610 (Standard Reference Material of the National Institute of Standards and Technology, USA). В качестве внешнего стандарта используется апатит Дюранго из мартитового рудного тела Третичной группы пород Carpintero, Cerro de Mercado, Мексика, в качестве контрольного - апатиты Limberg t3 (вулканические туфы Kaiserstuhl комплекса, Германия) и Fish Canyon Tuff (вулканические туфы олигоцена Колорадо, США) Эти апатиты являются возрастными стандартами как для классического метода трекового датирования, так и для трекового датирования апатитов методом лазерной абляции. Стандарты гомогенны по трековому возрасту, однородны по распределению урана, имеют нормальную плотность спонтанных треков, а породы, из которых взят стандарт хорошо изучены по возрасту различными методами. Обработка исходных масс-спектрометрических данных проводится (как и в случае стандартных образцов) с помощью программы, например, Iolite 3.65 встроенной в Igor Pro, используя для апатитов внутренний стандарт 43Ca.
- После определения концентрации урана в апатите (238U, ppm), погрешности определения концентрации урана, плотности треков (количество треков на единицу площади (шт/см2)) на области, где замерялась концентрация урана и длин треков (μm) в минерале, строят графики, отображающих изменения температурного режима породы во времени (t, T).
- Моделирование термальных историй по данным трекового анализа проводят с помощью программного обеспечения, например, HeFTy Version 1.8.2. Интерпретацию графиков термальной эволюции производят с учетом нормального геотермального градиента на протяжении всего времени в районах, откуда были предоставлены образцы (30°С/км).
Этап 2. Метод гомогенизации флюидных включений в кварце и кальците пород-коллекторов осадочного чехла (далее - метод гомогенизации флюидных включений).
Флюидные включения в кварце песчаников и кальците исследуют методами термобарогеохимии. Эксперименты с включениями проводятся в среднетемпературной микротермокамере оригинальной конструкции.
Для этого осуществляют следующие действия:
-препараты с флюидными включениями нагреваются в специальной микротермокамере, с помощью которой есть возможность при большом увеличении проследить все фазовые изменения во включениях при повышении параметров. Таким образом, возвращают гидротермальную систему в исходное состояние.
- Температуру гомогенизации, наступающей в точке, принимают за минимальную температуру процессов.
- Для установления истинных температур оценивают давление.
- Учитывая то, что условия зарождения и роста кристаллов в исходных породах вряд ли могли совпадать, а при преобразовании уже сформировавшихся осадочных пород слагающие их обломки испытывают воздействие единообразных по своей сути процессов, необходимо выделять среди полученной информации единый блок данных, имеющий сходные характеристики для рассмотренных образцов. С этой целью производят массовые замеры температур гомогенизации всех флюидных включений, которые удается найти в зернах кварца всех имеющихся образцов.
- На фоне широкого разброса данных (начиная от 80°С и до практически 500°С выделяют достаточно компактный низкотемпературный пик с диапазоном температур 90-130°С характеризующих постседиментационные процессы. Высокотемпературные включения (с температурами гомогенизации более 150°С) характеризуют широкие вариации параметров и связаны с кристаллизацией и преобразованием кварца в исходных породах.
Этап 3. Проведение сопоставления результатов с целью определения наличия миграции залежей углеводородов в купольных структурах.
По результатам трекового датирования апатита:
- выявляют возраст пород фундамента,
- возраст интенсивной реактивация территории с формированием купольной структуры.
- Определяют температуру пород фундамента, при этом определяют - были ли породы охлаждены, что связывают с денудацией осадочного слоя над куполом.
По результатам метода гомогенизации флюидных включений:
- для учета молодой купольной тектоники в регионе, с которой связана активная деятельность флюидов, фиксируют купольную тектонику путем изучения газово-жидких включений в породах-коллекторах месторождения.
- по результатам термобарохимических исследований флюидных включений в кварце из песчаников выявляют диапазон температур проявление флюидов.
- учитывают температуры фундамента, при этом, если обнаруживают наличие более высоких значений температур в вышележащих осадочных породах, чем в породах фундамента, делают вывод о воздействии горячих флюидов.
- при изучении флюидных включений в кальците детектируют наличие в них высокомолекулярного органического соединения (нефти), при этом, если детектируют в кальците наличие высокомолекулярного органического соединения - нефти, делают вывод о привносе нефти флюидами из пород фундамента в купольные структуры осадочного чехла.
Полученный результат показывает на роль высокотемпературных флюидов при кристаллизации изученных кварцсодержащих песчаников и кальцитизированных карбонатных пород, указывает на формирование нефтяного месторождения в купольной структуре посредством миграции - привносом из пород фундамента. Полученные данные применяют при поиске и прогнозе запасов углеводородов в бассейновом моделировании.
Далее заявителем приведены примеры осуществления заявленного технического решения.
Пример 1. Трековый анализ пород фундамента Южно-Татарского свода (Этап 1).
Заявителем проведено трековое датирование пород фундамента Южно-Татарского свода по Этапу 1: докембрийские гнейсы отобраны из керна центральной части Южно-Татарского свода на глубине 2200 метров, выше их расположены позднедевонско-пермские отложения, включающие нефтяные месторождения.
Трековый анализ осуществляли в несколько этапов.
Вначале проводят выделение мономинеральной фракции апатитов, которое проводят стандартными методами с использованием магнитной сепарации и тяжелых жидкостей. Для этого:
- берут, например, 1000 г породы, измельчают, например, на щековых дробилках,
- далее породу просеивают на ситах,
- концентрируют на вибрационном столе.
- отделяют магнитную фракцию с помощью, например, ручного магнита,
- далее породу разделяют на легкую и тяжелую фракции, погружая в тяжелую жидкость, например, ГПС-В (концентрированный водный раствор гетерополивольфрамата натрия), плотностью 2,80±0,05 г/мл,
- отдельные зерна апатита вручную отбирают из тяжелой фракции, например, с помощью бинокуляра ZEISS Stemi DV4,
- затем отдельные зерна апатита фиксируют в препарате (шашке) из эпоксидной смолы, например, Struers SpesiFix-40 (диаметр 25 мм, высота 5 мм) и приполировывают.
- Для стандартных образцов апатитов готовят отдельный препарат таких же размеров.
- Подготовленные шашки с апатитами травят в растворе 5.5М HNO3 в течение, например, 12-18 секунд при температуре 21±2°C. Перед исследованием на микроскопе производят промывку от кислоты и сушку шашек.
- В протравленных апатитах подсчитывают плотности и длины треков осколков спонтанного деления ядер урана с использованием оптического микроскопа высокого разрешения, например, Olympus BX51 при увеличении х1250. Подсчет количества треков производится вручную с выделением определенной области в апатитах. Измерение длин треков производится при помощи программного обеспечения, например, DpxView для фото-видео камеры InfinityX. По результатам измерений строится гистограмма распределения треков апатита.
- В участках апатитов с подсчитанными плотностями и длинами треков измеряют содержание урана (238U). Содержание урана измеряют, например, на квадрупольном масс-спектрометре с ионизацией в индуктивно-связанной плазме, например, ThermoFisher Scientific iCAP Qc с приставкой лазерной абляции NWR213.
Анализ пробы проводят по следующей схеме:
- в начале и в конце сессии измерений выполняют по два измерения двух стандартов (внешнего и контрольного)
- далее через каждые пять-десять измерений по одному измерению внешнего и контрольного стандартов.
- по внешнему стандарту проводят коррекцию на фракционирование элементов при лазерном испарении, дискриминацию масс и дрейф настроек масс-спектрометра во времени.
- контрольный образец измеряют для проверки правильности измерений.
- также в начале и в конце сессии измерений дополнительно измеряют NIST SRM 612 и NIST SRM 610 (Standard Reference Material of the National Institute of Standards and Technology, USA). В качестве внешнего стандарта используется апатит Дюранго из мартитового рудного тела Третичной группы пород Carpintero, Cerro de Mercado, Мексика, в качестве контрольного - апатиты Limberg t3 (вулканические туфы Kaiserstuhl комплекса, Германия) и Fish Canyon Tuff (вулканические туфы олигоцена Колорадо, США) Эти апатиты являются возрастными стандартами как для классического метода трекового датирования, так и для трекового датирования апатитов методом лазерной абляции. Стандарты гомогенны по трековому возрасту, однородны по распределению урана, имеют нормальную плотность спонтанных треков, а породы, из которых взят стандарт хорошо изучены по возрасту различными методами. Обработку исходных масс-спектрометрических данных проводят (как и в случае стандартных образцов) с помощью программы Iolite 3.65 встроенной в Igor Pro, используя для апатитов внутренний стандарт 43Ca. По результатам измерений получили какие данные конкретно???
- после определения концентрации урана в апатите (238U, ppm), погрешности определения концентрации урана, плотности треков (количество треков на единицу площади (шт/см2)) на области, где замерялась концентрация урана и длин треков (μm) в минерале, строят графики, отображающих изменения температурного режима породы во времени (t, T). - Фиг.?
- моделирование термальных историй по данным трекового анализа проводят с помощью программного обеспечения HeFTy Version 1.8.2. Интерпретацию графиков термальной эволюции производят с учетом нормального геотермального градиента на протяжении всего времени в районах, откуда были предоставлены образцы (30°С/км).
Результаты приведены на Фиг. 1, на которой представлена гистограмма распределения треков апатита гнейсов из докембрийского фундамента Татарского свода.
По результатам трекового датирования апатита из гнейсов фундамента выявлена следующая термальная эволюция Южно-Татарского свода, которая отражена на графике зависимости температуры и возраста пород на Фиг. 2: в период от 380-170 млн (верхний девон-нижняя юра) гнейсы испытали прогрев от 15°С до 95°С, что связано с медленным погружением фундамента в результате накопления на нем осадков мощностью до 3 км (при среднем температурном градиенте в 30-25°С/1 км). Далее, в период от 170 млн лет до 2 млн лет, сформированный осадочный чехол находился в стабильном состоянии при температуре на поверхности фундамента около 85°С. Около 2 млн лет назад (начало плейстоцена) произошла интенсивная реактивация территории с формированием купольной структуры, при этом породы фундамента были охлаждены с 85°С до 65°С, что может связано с денудацией осадочного слоя мощностью около 700 метров.
Пример 2. Метод гомогенизации флюидных включений (Этап 2).
С помощью анализа флюидных включений в кварце песчаников определяют параметры растворов, принимавших активное участие в постседиментационных процессах преобразования песчаников.
Заявителем изучены образцы, отобранные из керна скважин №8656D и 775D, и представленные мелко-среднезернистыми песчаниками с преобладанием в обломочной части кварца, имеющего признаки регенерации.
В ходе термометрических экспериментов препараты с флюидными включениями нагревались в специальной микротермокамере, с помощью которой есть возможность при большом увеличении проследить все фазовые изменения во включениях при повышении параметров. Исследования флюидных включений в кварце из песчаников скважин №8656D и 775D были проведены с использованием метода гомогенизации флюидных включений, описанного выше - Этап 2.
Для этого осуществляют следующие действия:
- препараты с флюидными включениями нагревают в специальной микротермокамере, с помощью которой есть возможность при большом увеличении проследить все фазовые изменения во включениях при повышении параметров. Таким образом, возвращают гидротермальную систему в исходное состояние.
- Температуру гомогенизации, наступающей в точке, принимают за минимальную температуру процессов.
- Для установления истинных температур оценивают давление.
- Учитывая то, что условия зарождения и роста кристаллов в исходных породах вряд ли могли совпадать, а при преобразовании уже сформировавшихся осадочных пород слагающие их обломки испытывают воздействие единообразных по своей сути процессов, необходимо выделять среди полученной информации единый блок данных, имеющий сходные характеристики для рассмотренных образцов. С этой целью производят массовые замеры температур гомогенизации всех флюидных включений, которые удается найти в зернах кварца всех имеющихся образцов.
- На фоне широкого разброса данных (начиная от 80°С и до практически 500°С) выделяют достаточно компактный низкотемпературный пик с диапазоном температур 90-130°С, характеризующих постседиментационные процессы.
Высокотемпературные включения (с температурами гомогенизации более 150°С) характеризуют широкие вариации параметров и связаны с кристаллизацией и преобразованием кварца в исходных породах.
Для образца песчаников скважины №8656 D (образец 15, глубина 1859,5 м) были получены следующие результаты: при детальном исследовании тонких (0.2 мм толщины) полированных пластинок оказалось возможным выделить два основных типа флюидных включений в зернах кварца из песчаника образца 15.
На Фиг. 3а отражены флюидные включения первого типа (размерами до 5-10 мкм) располагаются в зерне кварца (часто с гексагональной новообразованной регенерационной формой) равномерно, либо по зонам роста. По этим признакам флюидные включения могут быть первичными.
На Фиг. 3б отражены формы включений с некоторой огранкой, прямоугольной или гексагональной. В светлой жидкости обособляются четкие газовые пузырьки.
На Фиг. 4а показаны обнаруженные двухфазные включения (размерами до 5-8 мкм) второго типа, которые практически «пропитывают» все зерно кварца (без явно видимых связей с залеченными трещинками) и находятся в ассоциации с темными и светлыми однофазными флюидными включениями. Судя по расположению это, по мнению заявителя, вероятнее всего мнимовторичные включения.
Особый интерес представляют мнимовторичные включения с тремя флюидными фазами, содержащие, по мнению заявителя, вероятнее всего жидкую СО2 - Фиг. 4б.
На Фиг. 5 показаны результаты на графике зависимости температуры и количества включений для термометрических экспериментов, которые показали, что выделяются два основных интервала температур гомогенизации двухфазных флюидные включений в кварце образца 15: 125-145°С и 150-160°С. При более высоких температурах присутствуют постоянные значения в интервале 170-250°С.
Для образца песчаников скважины №775 D (образец 2, глубина 1832,5 м) получены следующие результаты: изучение полированных пластинок, приготовленных из песчаника образца 2, позволило (также как и в случае образца 15) выделить два основных типа флюидных включений в кварце.
На Фиг. 6а продемонстрированы флюидные включения первого типа (размерами до 3-10 мкм), которые располагаются по прямолинейным зонам роста параллельно граням гексагональным зернам регенерационного кварца. По этим характеристикам - первичные включения обладают часто некоторой огранкой и содержат в основном две фазы: в светлой жидкости располагаются газовые пузырьки, что отражено на Фиг. 6б.
На Фиг. 7а показаны мнимовторичные флюидные включения (1-9 мкм), которые располагаются хаотично (скорее всего, по системе залеченных трещинок, присутствие которых сейчас не видно) в зерне кварца. В основном они двухфазовые (светлая жидкость + газовый пузырек), но часто находятся в тесной ассоциации с темными однофазовыми (содержащими, скорее всего, малоплотный газ) включениями.
На Фиг. 7б показаны редкие трехфазовые (светлая жидкость + газовый пузырек + прямоугольный или кубический кристаллик соли) включения.
Учитывая, что в природных гидротермах преобладает хлорид натрия, то по системе H2O - NaCl в области низких температур для включений с солевыми кристалликами можно оценить соленость растворов, при участии которых кристаллизовался кварц из песчаника образца № 2. На Фиг. 8 отражена фазовая диаграмма, на которой видно, что при комнатной температуре (около 20°С), при которой сделана фотография включения с кристалликом, одновременное сосуществование трех фаз (жидкость + газ + кристаллик NaCl) может происходить начиная с минимальных концентраций солей около 26 мас. %
На Фиг. 9 показан график зависимости температуры и количества включений для термометрических экспериментов, показано, что выделяются четыре основных интервала температур гомогенизации двухфазных флюидные включений в кварце образца 2: 130-160°С, 170-200°С, 210-220°С и 280-300°С.
Также нами были изучены кальцитизированные верхнедевонские карбонатные породы Ромашкинского месторождения (образец 133135). В кальцитовых прожилках были найдены флюидные включения нескольких типов.
На Фиг. 10 показаны включения первого типа (размерами до 450 мкм), которые образуют округлые (изометричные) с равновесными формами самостоятельные микрополости внутри кристаллов кальцита вне явных связей с трещинками. В этих включениях иногда можно видеть несколько фаз, представленных обычно серой каймой по периметру включения и разделенных округлыми и прямолинейными границами в центре.
На Фиг. 11 отражен второй тип включений (размерами около 20 мкм) - ассоциирует с залеченными трещинками и содержит светлый «раствор» и находящийся в нем округлый флюидный пузырек.
К залеченным трещинкам (образуя фактически прямолинейные зоны) приурочен и другой тип включений, представляющий собой ассоциацию светлых (водный раствор) и темных включений (углеводород) размерами около 5 мкм, который отражен на Фиг. 12.
На Фиг. 13а отражены первичные двухфазовые включения, содержащие газовый пузырек и бурую, полупрозрачную, жидкую фазу, соответствующую углеводороду, которые обнаружены при детальном исследовании. На Фиг. 13б показаны двухфазовые включения, содержащие газовый пузырек и жидкую (водный раствор), неокрашенную, прозрачную фазу. Эти включения были проанализированы с помощью КР-спектроскопии.
КР-спектр (на оси Х волновое число в см-1, на оси Y интенсивность) содержимого углеводородного включения (Фиг. 13а) представлен записью интенсивной люминесценции на Фиг. 14а, что указывает на соответствие высокомолекулярному органическому соединению (нефти).
На спектрах жидкой и газовой фаз двухфазного включения (Фиг. 13б) присутствуют только спектральные полосы, которые относятся к кальциту (Фиг. 14б).
Отсутствие спектральной полосы H2O на спектре жидкости заставляет предполагать, что она может представлена не водой, а аморфным веществом, не имеющим КР-спектра.
Пример 3. Проведение сопоставления результатов (Этап 3).
По результатам трекового датирования апатита из докембрийских гнейсов фундамента Южно-Татарского свода выявлено, что около 2 млн лет назад (начало плейстоцена) произошла интенсивная реактивация территории с формированием купольной структуры. При этом породы фундамента были охлаждены с 85°С до 65°С, что связано с денудацией осадочного слоя над куполом мощностью около 700 метров.
С проявление молодой купольной тектоники в регионе связана активная деятельность флюидов, которая зафиксирована по изучению газово-жидких включений в верхнедевонских породах-коллекторах Ромашкинского месторождения.
По результатам термобарохимических исследований флюидных включений в кварце из песчаников выявлено проявление флюидов с диапазоном температур 125-160°С. Учитывая, что в период плейстоценовой активизации температуры фундамента менялись от 85°С до 65°С, то наличие более высоких значений температур в вышележащих осадочных породах может быть объяснено воздействием горячих флюидов.
Результаты изучения флюидных включений в кальците из битуминозных карбонатных пород Ромашкинского месторождения показало наличие в них высокомолекулярного органического соединения - нефти, что свидетельствует о привносе нефти флюидами из пород фундамента в купольные структуры осадочного чехла.
Полученный результат говорит о роли высокотемпературных флюидов при кристаллизации изученных верхнедевонских кварцсодержащих песчаников и кальцитизированных карбонатных пород Ромашкинского месторождения и является важным достижением в решение вопроса определения палеотемпературного режима в формирование нефтяных месторождений купольных структур.
Отработанная методика может быть использованной для обширного опробования пород фундамента и чехла купольных структур Волго-Уральского региона и других нефтегазоносных областей Северной Евразии.
Таким образом, заявителем предложено комплексное применение известных методов для определения миграции залежей углеводородов в купольных структурах при поиске и прогнозе залежей углеводородов путем определения возраста и генезиса формирования залежей углеводородов в купольных структурах, а именно - применение трекового анализа апатита для количественной оценки термальной истории осадочного бассейна, степени зрелости органических веществ (ОВ), а также применение анализа флюидных включений в кварце песчаников для определения параметров растворов, принимавших активное участие в постседиментационных процессах преобразования песчаников при прогнозе нефтегазоносности и поисках нефти и газа.
Таким образом, из изложенного выше можно сделать вывод, что заявителем достигнуты поставленные задачи и заявленный технический результат, а именно: достигнуто повышение эффективности и точности прогнозирования залежей углеводородов в купольных структурах вследствие определения миграции залежей углеводородов в купольных структурах при поиске и прогнозе залежей углеводородов путем создания методических и геологических рекомендации путем применения методов трекового датирования апатита пород фундамента и гомогенизации флюидных включений в кварце и кальците пород-коллекторов осадочного чехла для определения миграции залежей углеводородов в купольных структурах, что привело к:
1. Снижению трудоемкости вследствие применения современных методов трекового датирования апатита, не требующего определять мощность дозы ионизирующего излучения, поглощаемого органическим веществом горной породы, также не требуется применение скважинного оборудования.
2. Повышению достоверности вследствие:
- отсутствия необходимости учитывать радиационную аномалию поверхности, из которой невозможно напрямую вычленить компоненту, обусловленную временем пребывания образца в погребенном состоянии,
- высокой точности определения возраста и генезиса формирования залежей углеводородов на основе трекового датирования апатита пород,
- применения точных методов для определения палеотемператур, на основе данных трекового датирования апатита пород фундамента и гомогенизации флюидных включений в кварце и кальците пород-коллекторов осадочного чехла в купольных структурах.
Заявленное изобретение соответствует критерию «новизна», предъявляемому к изобретениям, т.к. заявленная совокупность признаков не выявлена из исследованного уровня техники.
Заявленное изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, так как не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.
Заявленное изобретение соответствует критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям, так как может быть реализована промышленным способом с использованием известных технических средств.