рефераты бесплатно
 

МЕНЮ


Нефтегазоносность карбонатных пород

Нефтегазоносность карбонатных пород

ГЛАВА I. Происхождение и изменения

карбонатных пород

СЕДИМЕНТОГЕНЕЗ.

Карбонатными породами, как известно, нередко сложены значитель-ные по

мощности толщи. Принято считать, что исходным материалом для образования

карбонатных пород служили растворенные в водах соли каль-ция и магния. При

избыточном количестве последних в водной среде они начинают выделяться в

осадок чисто химическим путем, либо при погло-щении из водной среды живыми

организмами эти соли попадают в осадок в виде карбонатных скелетных

остатков.

Несомненным является наличие в этих породах трех генетических

карбонатных составляющих: 1) биогенного, точнее органогенного, карбо-ната,

преимущественно СаСО3, в виде скелетных остатков различных ор-ганизмов и

водорослей; 2) хемогенного карбоната, осажденного непос-редственно из

водных растворов, и 3) обломочного карбоната, представ-ленного различными

по размерам ( и форме ) обломками карбонатных по-род ( или уплотненных

карбонатных осадков ). Количественные содержа-ния этих карбонатных

составляющих в породах ( осадках ) могут варьи-ровать в очень широких

пределах.

Соответственно процессы карбонатообразования могут быть органо-

генными, хемогенными и чисто механическими.

Главными факторами физико - химических ( и гидродинамических )

условий, контролирующими осаждение карбонатов, являются:

1) состав вод седиментационного бассейна - общая их минерали-зация и

солевой состав, поскольку растворимость карбонатов в разных растворах солей

( соответственно в водах различных водоемов ) будет различной;

2) газовый фактор - практически количество растворенной в водах

свободной углекислоты (СО2), поскольку повышение или снижение его сдвигает

карбонатное равновесие в ту или иную сторону, в частности, для СаСО3: СаСО3

+ Н2О + СО2 Са(НСО3)2;

3) температура и давление, изменение которых вызывает изменение

содержания в водах свободной СО2. Повышение температуры ( снижение давления

) способствуют удалению СО2 из водной среды и, следовательно, выделению

карбонатов в осадок. Наоборот, при понижении температуры вод ( повышении

давления ) растворимость СО2 в них возрастает, соот-ветственно повышается

растворимость СаСО3, что препятствует его осаж-дению;

4) щелочной резерв (рН) водной среды - для возможностей осадки

карбонатов она должна быть щелочной, со значениями рН > 8, при этом не

только в поверхностных, но и в придонных слоях бассейна, так как иначе

отложения карбонатов вновь будут переходить из осадка в раствор;

5) гидродинамических режим водных бассейнов, который создается

различными движениями вод - волновыми, течениями ( со всегда прису-щей им

турбулентностью ) и в подчиненной степени приливно - отливными движениями и

конвекционными потоками. Все эти переме-щения, перемешивая водные массы,

меняют физико - химические условия в различных участках седиментационного

бассейна. Кроме того, они вы-зывают горизонтальные переносы осевшего на дно

карбонатного матери-ала, пока он еще не зафиксирован в осадок.

ДИАГЕНЕТИЧЕСКИЕ И ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИЕ

ИЗМЕНЕНИЯ КАРБОНАТНЫХ ОСАДКОВ - ПОРОД

Диагенетические изменения карбонатных осадков, так же как даль-нейшие

эпигенетические преобразования уже литифицированных карбо-натных пород, во

многом предопределяются условиями образования осад-ков - их вещественным

составом и структурными особенностями.

В соответствии с представлениями Н. М. Страхова диагенезом мы будем

называть все процессы, происходящие в осадке сразу же после его образования

( седиментации ) до момента полной его литификации и превращения в породу.

Различают стадии раннего и позднего диагенеза, хотя строгого кри-

терия этого разграничения не существует. В раннем диагенезисе осадок

представляет собой высокопористую, сильно обводненную, резко неурав-

новешенную, неустойчивую многокомпонентную физико - химическую систему

легкоподвижных и реакционноспособных веществ.

На стадии позднего диагенеза процессы изменения осадков значи-тельно

замедляются и в конце ее осадок достигает состояния внутренне

уравновешенной системы, т. е. превращается в породу.

Дальнейшие изменения возникшей породы относятся уже к стадии

эпигенеза. Можно различать эпигенез "прогрессивный" и "регрессивный ". Для

первого Н. Б. Вассоевич в 1957 г. предложил название " катагенез ",

получивший широкое распространение. В катагенезе преобразования по-род

происходят при постепенном погружении их на большие глубины. В условиях

заметного возрастания температуры и давления породы, почти не меняя

минеральный состав, испытывают значительное региональное уплотнение.

Следствием его является перекристаллизация карбонатного материала (

укрупнение зерен ) с возможным образованием сложных, зубчатых контактов

зерен. Имеющиеся в карбонатных породах поры, а также трещины при наличии в

разрезах глинистых пород могут заполняться водами, при региональном

уплотнении отжимаемыми из глин в больших количествах. Возможно "

катагенетическое проникновение " в карбонатные породы вод и другого

происхождения, в том числе эндогенного.

Процессы, которые могут происходить в карбонатных осадках в диагенезе

и в карбонатных породах в эпигенезе, весьма сходны. К ним относятся

уплотнение, цементация, доломитизация, перекристаллизация, сульфатизация,

выщелачивание и др.

УПЛОТНЕНИЕ И ЦЕМЕНТАЦИЯ.

Общеизвестно, что уплотнение осадков в диагенезе связано с отжи-

манием из них захороненных вод, которое происходит в основном под влиянием

все возрастающей нагрузки перекрывающих отложений. Естес-твенно, уплотнение

осадков приводит к уменьшению их влажности, воз-растанию их плотности и,

главное, к сокращению их пористости. По дан-ным Р. Миллера, для осадов в

целом характерны значения плотнос-тей менее 2 г/см3 и пористости более 30

%. Значения соответственно рав-ные 2 - 2,2 г/см3 и не менее 30 %, отвечают

уже состоянию породы, а не осадка.

Сведения о характере уплотнения карбонатных илов в диагенезе ограни-ченны и

неоднозначны. В большинстве случаев оно признается значи-тельным, и,

главное, происходящим очень быстро . При этом счи-тается, что основное

уплотнение карбонатных илов происходит в их са-мых верхних слоях мощностью

до 0, 5 - 0, 6 м. У. Х. Тафт указывает, что современные карбонатные осадки

Флоридского залива наиболее значительно уплотнятся, судя по уменьшению их

влажности, в верхнем ( 15 - 30 см ) слое.

Некоторые исследователи ставят карбонатные породы по способ-ности к

диагенетическому уплотнению на второе место после глин или рядом с ними.

Значительным уплотнением и быстрой лити-фикацией объясняется основная

потеря карбонатными осадками первона-чальной высокой пористости. В

современных карбонатных осадках она составляет в среднем 60 - 70 %, что

резко контрастирует с пористос-тью древних карбонатных пород, которая

обычно имеет значения около 2 - 3 % и менее, а в карбонатных пластах -

коллекторах, содержащих залежи нефти и газа, в среднем 8 - 10 % и менее.

Однако существуют мнения о том, что в потере первоначальной

пористости карбонатных осадков решающую роль играло не уплотнение, а "

цементация ", т. е. процессы минерального карбонатообразования . При этом

отмечается, что потеря пористости карбонатными осадками, в частности

писчими мелами, является прямой функцией глубины их погружения ( исключая

случаи возникновения в пластах АВПД, внедрения нефти или проявлений

тектонических напряжений) . Таким образом, фактически и здесь на лицо

влияние на карбонатный осадок все возрастающей с глубиной нагрузки (

давления ), т. е. уплотнения.

Таким образом, в разных типах карбонатных пород уплотнение будет

проявляться по - разному, соответственно по - разному отражаясь в изменении

( снижении ) первоначально высокой пористости осадков. Наиболее резко

сказывается уплотнение на пелитоморфных карбонатных илах, значительно

меньше - на карбонатных осадках, состоящих в основном ( 40 - 50 % и более

) из форменных карбонатных образований; слабо подвергаются уплотнению

карбонатные " осадки " - продукты различных прижизненных органогенных

построек.

ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ.

Перекристаллизация - процесс роста кристаллических зерен, т. е.

увеличение их размеров, которое согласно общепринятым определениям

происходит без изменения их минерального состава. Однако в последние годы к

перекристаллизации относят также и укрупнение зерен, происхо-дящее при

переходе неустойчивых метастабильных модификаций СаСО3 ( арагонита и

высокомагнезиального кальцита ) или СаСО3* MgCO3 ( каль-циевого доломита,

или протодоломита ) в устойчивые низкомагнези-альный кальцит и доломит.

В диагенезе перекристаллизация происходит за счет частичного

растворения и переотложения растворенного карбоната в осадке иловыми

водами. В эпигенезе она обусловлена в большей степени растворяющим влиянием

давления ( при катагенезе ) либо воздействием циркулирующих в породе

вадозных вод ( при регрессивном эпигенезе ). Общим правилом растворения

является лучшая растворимость более мелких зерен, за счет которой и растут

зерна, относительно более крупные.

Результатом диагенетической перекристаллизации служит частичное или

полное преобразование пелитоморфной (коллоидной, тонкозернистой )

карбонатной массы в мелкозернистую. Условно размер возникающих зерен

ограничивается пределом 0, 05 мм. Как правило, диагенетическая, особенно

раннедиагенетическая, перекристаллизация, происходящая в заметно

обводненном осадке, носит более или менее равномерный характер.

Оценки роли перекристаллизации в изменении пористости пород

противоречивы. Как считают Г. А. Каледа и Е. А. Калистова, в большинстве

случаев перекристаллизация снижает пористость, но иногда приводит к ее

возрастанию. По мнению же К. Б. Прошлякова и др. , она увеличивает емкость

известняков и доломитов.

Очевидно, влияние перекристаллизация на пористость в общем случае

может выражаться по - разному:

1) пористость не будет меняться, если происходящее при перекрис-

таллизации частичное растворение и переотложение карбонатных веществ будет

сбалансированным;

2) пористость может ухудшаться при возникновении компактного сложения

карбонатной массы, что довольно распространено при процес-сах

диагенетической перекристаллизации;

3) пористость может возрастать в тех случаях, когда растворение

карбонатного материала преобладает над переотложение, т. е. растворен-ный

карбонат частично удаляется из породы ( случаи, более типичные для

эпигенетической перекристаллизации ).

ДОЛОМИТИЗАЦИЯ.

Доломитизация, которой подвергались известняки, может быть

диагенетической и эпигенетической. Раннедиагенетическая седимента-ционно -

диагенетическая доломитизация известковых илов, как уже ука-зывалось выше,

один из наиболее вероятных и наиболее распространен-ных путей формирования

доломитов и первичных известково - доломи-товых пород. Возникающий при этом

доломит может быть как мелко-, так и тонкозернистым, с зернами (

соответственно 0, 01 - 0, 05 и менее 0, 01 мм ), имеющими большей частью

неправильные, изометрично - округленные или ромбоэдрические очертания.

На более поздних этапах раннего диагенеза - в позднем диагенезе

формируются относительно более крупные зерна доломита, размерами до 0, 05 и

частично до 0, 1 мм. В силу того, что доломит обладает более высокой

кристаллизационной способностью, чем кальцит, зерна большей частью имеют

отчетливую форму ромбоэдров.

Раннедиагенетический доломит, формируясь в рыхлом осадке,

распределяется в известковой массе более или менее равномерно. При этом

нередко в породах с комками, оолитами и другими подобными карбонатными

форменными образованиями последние сложены тонко- и мелкозернистым

кальцитом и доломитом одновременно, как без резкого обособления их зерен,

так и с раздельными преимущественными концентрациями их в отдельных

участках или концентрических слоях.

Более поздний диагенетический доломит обнаруживает наклонность к

избирательному развитию в отдельных участках тонкозернистой известковой

массы. Нередко мелкие доломитовые зерно внедряются в переферийные участки

скелетных осадков и других форменных образований ( рис. 6).

При эпигенетической доломитизации известняков зерна доломита чаще

всего имеют размеры более 0, 1 мм ( до 1 - 2 мм и более ) и распределяются

в известковой массе неравномерно. Обычно они имеют ромбоэдрическую форму ,

нередко обладая зональным строением. Иногда содержат микровключения

кальцита. Они развиваются как в зернистой известковой массе, так и в

остатках фауны и в других форменных образованиях, по периферии и внутри их

( рис. 7 ).

ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ.

Выщелачивание - это процессы растворения веществ, сопровожда-емые

выносом растворенных компонентов. В породах она находит отраже-ние в

образовании различных по форме и размерам пустот выщелачи-вания.

Выщелачиванию могут подвергаться как карбонатные осадки (диагенетические ),

так и карбонатные породы эпигенетическое ).

Диагенетическое выщелачивание карбонатных осадков в целом является

довольно ограниченным. Условия их заметной обводненности, малой подвижности

иловых вод и замедленности диффузионных перемещений веществ создают

обстановку для преобладания в осадках процессов растворения,

сопровождаемого местным, локальным переотложением растворенных компонентов.

Эпигенетическое выщелачивание в противоположность диагенетическому

может приводить к весьма существенным изменениям пористости карбонатных

пород и практически оказывает весьма сильное влияние на формирование их

коллекторских свойств. Эпигенетическое выщелачивание обусловлено

циркуляцией по карбонатным породам относительно быстро движущихся,

агрессивных по отношению к ним вод, будь то воды ювенильные или наиболее

распространенные вадозные. Естественно, что циркуляция последних возможна

лишь при нахождении карбонатной породы в поверхностной или приповерхностной

зоне, независимо от того, оказались ли породы здесь уже пройдя стадии.

катагенеза, либо сразу же после катагенеза. В породах смешанного известково

- доломитового состава различное сопротивление растворению могут оказывать

кальцит и доломит, поскольку растворимость последнего ( при равных прочих

условиях ) значительно ( в 24 раза ) меньше. По всей вероятности, по -

разному будут реагировать на воздействие вод также и форменные образования

различной степени плотности и т. п. И наконец, селективное растворение

карбонатных пород, очевидно, будет зависеть от характера ( состава )

циркулирующих вод и его изменений.

Результатом эпигенетического выщелачивания является возникнове-ние

пустот самых различных размеров: от мелких пор ( до 1 мм ) и каверен (

более 1 мм ) до крупных карстовых полостей, измеряемых метрами. Фор-ма пор

и каверен неправильная, округло - изометрическая, удлиненная, щелевидная,

заливообразная и т.д.

Встречаются пустоты, сохранившиеся от выщелачивания различных

некарбонатных минеральных выделений ( ангидрит, галит и др.), с релик-

товыми очертаниями их кристаллических форм.

Распределение вторичных пустот выщелачивания в карбонатных породах,

как правило, весьма неравномерное, рассеянное, пятнистое, полосчатое,

линейное и т.д. Иногда они различаются внутри минеральных трещин и

стилолитов, часто развиваются по ходу открытых микротрещин

( рис. 12).

Суммарный объем пор и каверин выщелачивания, если они не под-верглись

позднейшему " залечиванию " минеральными новообразовани-ями, может быть

значительным. Обусловленная им вторичная пористость карбонатных пород

нередко превышает межзерновую пористость и служит основным видом емкости

карбонатного коллектора.

СУЛЬФАТИЗАЦИЯ.

Сульфаты ( гипс, ангидрит ) часто ассоциируются с карбонатными

породами, в которых они могут быть генетически как первичными, так и

вторичными.

Первичные седиментационно -диагенетические сульфаты (ангидрит )

наблюдаются в доломитах эвапоритовых толщ, в разрезе которых наряду с

солями образуют отдельные, иногда мощные пласты. В самих доломитах

седиментационно - диагенетические выделения ангидрита наблюдаются в виде

рассеянных мелких зерен и их агрегатных скоплений, образующих различные по

размерам линзы, линзовидные пропластки и прослои.

В раннем диагенезе в обводненных осадках начинается активное

перераспределение веществ, при котором значительно более неустой-чивые,

растворимые и подвижные сульфаты проникают в доломитовые илы, выделяясь в

них там, где это возможно. Нередко это приводит к образованию пород

смешанного ангидрит - доломитового состава.

Вторичные, позднедиагенетические и особенно эпигенетические,

выделения сульфатов ( ангидрита и гипса ) возможны в любых карбонат-ных

породах, в самых различных типах доломитов и известняков. Обычно эти

сульфаты ясно- и крупнозернистые. Их выделение происходит из под-земных

вод, циркулирующих по карбонатным породам. Сульфаты ( осо-бенно гипс )

пойкилитово прорастают карбонатную массу, развиваются в межзерновых и

межформенных порах, выполняют различные пустоты выщелачивания и открытые

микротрещины. Во всех случаях сульфатная минерализация приводит к

запечатыванию пустот и, таким образом, снижает пористость карбонатной

породы.

3. Различный характер этих трех основных типов карбонатных осад-ков и

последующих диагенетических, главным образом раннедиа-генети-ческих, их

преобразований определяет различный характер их первичной пористости:

а) пелитоморфные карбонатные илы уплотняются ( и литифициру-ются )

весьма быстро, при этом резко снижается пористость. Сохранившаяся ее доля

незначительна и обусловлена почти исключитель-но межзерновыми порами, по

размерам очень небольшими;

б) карбонатные осадки, существенно или преимущественно состоя-щие из

форменных образований, имеют более жесткую каркасную основу и реагируют на

уплотнение заметно слабее. Их пористость обусловлена меж- и

внутриформенными пустотами, межзерновые поры играют подчи-ненную роль.

Сохранение первичной пористости таких карбонатных осад-ков во многом

зависит от количества химически или биохимически осаж-денного

пелитоморфного карбоната и интенсивности диагенетической цементации;

в) прижизненно возникавшие органогенные карбонатные постройки уже на

стадии седиментоза имели жесткий, устойчивый каркас, как пра-вило,

высокопористый. Уплотнению они почти не подвергаются. Сохране-ние в

диагенезе их значительно высокой пористости ( главным образом

внутриформенной, частично межформенной и межзерновой ) определя-ется в

основном процессами диагенетической минерализации.

Страницы: 1, 2, 3


ИНТЕРЕСНОЕ



© 2009 Все права защищены.