Глава_2_3 и 2_4 и 2_5

181

2.3. Процессы литогенеза в кремнистых формациях

Установлено /54, 50/ что процессы литогенеза первичного опалового осадка под влиянием температур, давления и времени проходят три катагенетических стадии, сопровождающиеся фазовым переходом аморфного опала – А в опал – кристобалит и, далее в микрокристаллический кварц. Темпы развития этого процесса зависят как от контроля физико-химических факторов /55/ и от «литологических», таких как отношение глины/карбонаты /61/. Темпы постседимента-ционных изменений описываемых кайнозойских силицитов находятся в отчетливой зависимости как от физико-химических факторов (в частности, от степени насыщения природных вод кремнеземом), так и от «литологических», обеспечивающих либо преимущественно хемогенную седиментацию, либо значительную пестроту состава осадков зоны осадконакопления с привносом терригенного и вулканогенно-осадочного материала. Большое значение имеет положение области осадконакопления относительно уровня карбонатной компенсации, т. е. обилия или отсутствия карбонатов. Рассмотренные в нашем отчете кайнозойские кремнистые отложения принадлежат к образованиям, сформировавшимся как в «хемогенных» глубоководных условиях (бассейны Санта Мария, Пограничный, Колпаковско-Колмогоровский район Охотско-Западно-Камчатского бассейна), так и в условиях органогенно-терригенных шельфовых и склоновых обстановок (северный и северо-восточный районы Северо-Сахалинского бассейна, Западно-Сахалинский бассейн, Магаданский бассейн, бассейн Сан Хоакин).

Литогенез «хемогенного» типа глинисто-халцедоновой формации

(пиленгской свиты) Пограничного бассейна

Минералы кремне­зема в породах пиленгской свиты представлены опалом – СТ и халцедоном.

Опал (п = 1,46, изотропен) встречается во всех разностях пород: в силицитах в виде «останцев» нераскристаллизованного геля; в пе­реслаивающихся с силицитами породах — преимущественно в виде линзовидных прожилков и обособлений. В кремнисто-глинистых породах он залечивает трещины, в тонкой смеси с монтмориллонитом слагает цемент в туфах. По наблюдениям в шлифах его количество в силицитах может составлять от 10 до 30%, в кремнистых аргиллитах и туфогенно-осадочных породах - 10-20%. Разовой содовой вы­тяжкой извлекается до 5% аморфного кремне­зема. Под электронным микроскопом опал представлен мелкими шарообразными глобулами, не имеющими признаков кристалли­ческой огранки. На рентгеноструктурных диа­граммах присутствие опала не фиксируется, так как гало, очевидно, маскируется пиками глинистых минералов и кварца (рис.2.2).

Рис. 2.2

Опал – СТ и халцедон (халцедоновидный кремнезем, N₀=N канадского бальзама, N_g — N_p 0,005-0,008) имеют преимущественное распростране­ние в изученных породах. В кремнистых ар­гиллитах и опоковидных силицитах в шлифах они представлены криптокристаллическими аг­регатами, в халцедонолитах — микрозернистыми в основной массе породами, а также волок­нистыми и радиально-лучистыми агрегатами в бобовинах. На электронно-микроскопических снимках эти модификации кремнезема представлены глобулами округлыми и с частичной кристаллической огранкой. В халцедонолитах преобладают изометричные зерна с ясно выраженными кристалличе­скими гранями. Для всех силицитов характерна неоднородность раскристаллизации кремне­зема, особенно ярко представленная в халце­донолитах, где отмечаются шаровидные глобули опала, частично ограненные глобули и кристалломорфные зерна халцедона. На дифрактограммах халцедон интерпретируется как кварц (рис.2.2).

По данным электронной микроскопии, на­чальной формой выделения описываемых ми­нералов были глобули - продукт коагуляции гелей кремнезема. Процесс упорядочения кристаллической структуры кремнистого вещества характеризовался некоторым ростом глобуль и их дальнейшей кристаллической огранкой. В общих чертах можно предположить, что по стадийности образования опал предшество­вал халцедону, что согласуется с традицион­ными представлениями о трансформации ми­нералов кремнезема, однако это входит в про­тиворечие с распределением минералов по раз­резу. Как указывалось выше, породы, характеризующиеся наиболее высокой степенью кри­сталлизации кремнезема, располагаются пре­имущественно в верхней части разреза, менее раскристаллизованные – ближе к подошве свиты, опал же распространен по всему разре­зу. Обращают на себя внимание присутствие аморфной фазы во всех типах по род и различная морфология опаловых участ­ков: «останцы» кремневого геля в силицитах и линзы, пятна, прожилки опала в остальных породах. Пестрота в распределении минеральных форм кремнезема проявляется также в тонком переслаивание пород, содержащих кремнезем в разном фазовом состоянии.

Изложенные данные свидетельствуют о том, что процесс трансформации опала в халцедон под влиянием температуры и давления не имел определяющего значения в изученных отложениях. Основным фактором, коррелятив­но связанным со степенью кристаллизации кремнезема, является его общее содержание в породе. Чем выше содержание кремнезема, тем более совершенна его кристаллическая структура.

Поскольку распределение минералов крем­незема в изученных отложениях зависит в ос­новном от общего содержания аутигенного кремнезема, о степени постседиментационных преобра­зований этих пород можно судить только по составу глинистых минералов и уплотнению.

Монтмориллонит по данным дифрактометрии характеризуется серией рефлексов, кратных 12,0—12,8 А. Межплоскостные расстояния при обработке глицерином увеличиваются до 17—17,5 А. Известно, что породы, содержа­щие в составе разбухающих минералов только монтмориллонит, находятся на стадии эпиге­неза, характеризующейся палеотемпературами менее 50°. Извлечение из скважин монтмориллонитизированных туфов в пластичном состоя­нии также указывает на отсутствие значитель­ного воздействия на породы температуры и давления.

Уплотненность пиленгских отложений в це­лом невелика, хотя и различна для разных ти­пов пород. В опоковидных силицитах под элек­тронным микроскопом устанавливается доста­точно большое количество незаполненных пор. Наиболее крупные поры (до 4 мкм) имеют треугольную и четырехугольную форму и располагаются между правильными, без следов деформации глобулями кремнезема. Эти поры соединяются между собой каналами сечением 0,5-0,6 мкм. Поры между пластинками монт­мориллонита имеют щелевидную форму и обычно не сообщаются. Значения пористости насыщения в опоковидных силицитах колеб­лются около 20%. Гораздо меньший объем пе­рового пространства в халцедонолитах, где кристалломорфные частицы достаточно плотно прилегают друг к другу. Пористость в этих породах связана с участками с глобулярной структурой и составляет 8 – 9%. Кремнистые аргиллиты и туфоаргиллиты характеризуются широким распространением узких, щелевидных, замкнутых пор между рыхлоупакованными глинистыми частицами. Описанная струк­тура порового пространства свидетельствует о незначительном влиянии вертикальной на­грузки на ее формирование, что подтвержда­ется также ненарушенной формой глобуль кремнезема и высокой сохранностью полых раковин планктонных фораминифер.

Исходя из полученных данных, можно ска­зать, что породы пиленгской свиты не под­вергались воздействию высоких температур и давления и даже кристалломорфная модификация кремнезема образовалась на самых ран­них этапах формирования описанных пород, вероятнее всего, на стадии диагенеза. В целом, условия образования минералов кремнезема можно охарактеризовать следующим образом:

- отложения пиленгской свиты фор­мировались в сейсмически активной области, в глубоководных (близких к океаническим) условиях. Тонкая ритмичность толщи обусловлена периодическим поступ­лением в зону осадконакопления материала вулканического происхождения (как пирокластического, так, вероятно, и хемогенного). В целом по составу и текстурным признакам пиленгские отложения обладают всеми признаками ритмитов, характерных для вулканогенно-осадочных формаций и формирующихся часто в стадию затухания вулканической деятельности (газогидротермальную) в условиях открытого морского бассейна. Характерные признаки: а) различие состава элементов ритма; б) резкая обособленность ритмов и их элементов; в) малая мощность элементов ритма (от долей до единиц сантиметров) и соизмеримость последних; г) малое количество элементов ритма (2—3); д) слагающий материал имеет мелкообломочный и хемогенный характер.

- кремнезем в зону седиментации поступал пульсационно, в виде концентрированных и пересыщенных гелей, нередко консервирую­щих опаловые скорлупки диатомовых водорос­лей. Последние, очевидно, составляли не бо­лее 20% (обычно 5-10%) осадка.

- высокая концентрация гелей вызвала ускоренную их раскристаллизацию и возникно­вение уже в диагенезе всех форм кремнезема. Последние образуют непрерывный генетиче­ский ряд: кристалломорфные формы прошли в глобулярную стадию. Процесс глобуляризации и дальнейшей кристаллизации геля происходил очень быстро, массово; при этом оставались участки, характеризующие разные стадии это­го процесса. Последующая продолжительная история пород не нашла сколько-нибудь суще­ственного отражения на составе и структуре изученных силицитов.

Проведенные исследования показали, что образование силицитов пиленгской свиты свя­зано с осаждением кремнезема из высококонцентрированных гелей. Такая концентрация не могла быть создана только разложением диатомей, максималь­ное содержание которых не превышало, оче­видно, 20% осадка, ни преобразованием андезитового стекла в монтмориллонит, которое, как известно, не только не сопровождается выделением избытка SiО₂, а напротив, проис­ходит при дополнительном поглощении SiO₂ из морской воды. Вероятнее всего, одним из основ­ных источников кремнезема в изученных си­лицитах были эксгаляционно-гидротермальные процессы.

Кремнистые отложения второго типа, сформировавшиеся в более мелководных органогенно-терригенных обстановках, распространены более широко и представлены глинисто-опоковой и туфодиатомитовой (диатомитовой) формациями. Их катагенетическая зональность хорошо изучена в Северо-Охотском бассейне Магаданской параметрической скважиной. Практически вся кайнозойская часть разреза сложена разнообразными кремнистыми породами – от мелководных диатомитов и диатомовых глин, содержащих прослои бурых углей, до опок, обогащенных терригенным материалом, и кремнистых аргиллитов. Эти отложения сформировались в гидродинамически спокойной среде, на глубоком шельфе в условиях пышного расцвета диатомовой флоры (рис. 2.3).

Рис.2.3

Вскрытый разрез кайнозойских отложений в целом характеризуется невысокими значениями отражательной способности витринита и максимальных температур, установленных по пиролизу слагающих разрез пород (табл.2.1). Граница протокатагенеза и мезокатагенеза располагается внутри одянской кремнистой толщи на глубине 2300 м; отложения нижней части последней находятся на градации МК (R⁰-0,34-0,52%, Т_max-до 466°C).

Таблица 2.1

Катагенетическая зональность кайнозойского разреза

параметрической скважины Магаданская-1

Стратиграфический Горизонт	ОСВ, R^0,%	Тmax, °C	Минералогические зоны SiO2	Градации катагенеза	Зоны нефти газогенерации
Верхнеалевинский 520 м	<0,2		Опаловая 930 м	Диагенез 520	1900 м
Нижнеалевинский 930 м	0,22-0,3			ПК1-2 1900 м
Магаданский 1530 м	0,3-0,35	435	Опал-кристаболитовая 1740 м
Одянский 2510 м	0,35 2300 м	444		ПК3 2300 м	ГЗН 2910 м
			Кристаболит-халцедоновая 2510 м
	0,35-0,52	454		МК1 2510 м
Северо-Охотский 2910 м	0,58-0,66	466		МК2 2910 м
Верхний мел 3175 м (вскр.)	0,82	470		МК3

Имеющиеся данные позволяют предполагать, что значительная часть кайнозойского разреза находится в главной зоне нефтегазообразования, охватывающей северо-охотский терригенный комплекс и одянские кремнистые отложения. Верхняя граница устанавливается с учетом способности кремнистых пород генерировать нефтяные УВ в незрелом состоянии и проводится на глубине 1900 м на границе ПК_1-2 и ПК_3.

Катагенетические преобразования минеральной части пород в глинисто-кремнистых кайнозойских отложениях Северо-Охотского бассейна выражены отчетливой сменой минералогических форм свободного кремнезема (рис.2.4). В разрезе комплекса устанавливаются три минералогические зоны (табл.2.1): зона аморфного опала (до 930 м); опала-кристаболита (930-1740 м) и кристаболита-халцедона (1740-2510 м) (рис. 2.5, рис. 2.6).

Зона перехода минералогических зон в Охотском море устанавиливается на временных разрезах на глубине 1100-1700.

Рис. 2.4

Рис. 2.5

Рис. 2.6

Трансформация минералов кремнезема сопровождается увеличением объемного веса пород, формированием глобулярных коллекторов в кристобалит-халцедоновой зоне и образованием компетентных силицитов, способных к трещинообразованию.

Постседиментационные преобразования вскрытых кайнозойских отложений связаны с трансформацией минералов свободного кремнезема в глинисто-кремнистом комплексе. Трансформация минералов кремнезема, вероятно, способствовала появлению в нижней части глинисто-кремнистого комплекса порово-трещинных коллекторов.

Изменения органического вещества кайнозойских отложений варьируют от стадии диагенеза до градации МК_3. ГЗН располагается на глубинах 1900-2900 м. Вниз по разрезу с глубины 1700 м начинает резко падать открытая пористость и увеличиваться плотность пород (рис. 2.7). Формирование коллекторов в кристаболит-халцедоновой минералогической зоне не приводит к появлению значительного объема коллекторов прежде всего из-за преобладания в этой зоне кремнистых аргиллитов и их невысокой плотности (не более 2,2 г/см³).

2.4. Основные типы кремнистых пород-коллекторов

Бассейн Санта-Мария

На территории осадочного бассейна Санта Мария (НГБ Санта Мария) 82% добычи получено из кремнистых пород формации монтерей и только 18% из песчаников. Разрез средне-верхнемиоценовой формации монтерея в пределах округа Санта Мария представлен несколькими пачками, имеющими местные названия: пачка «дарк браун» («Dark Broun») - нижнемонийские желто-коричневые и коричневые силициты; пачка «бентонитик» («Bentonitic») - верхнемонийские коричневые бентонитовые глинистые силициты; пачка «черт» («Chert») - верхнемонийские кремни; пачка «аренасеус» («Arenaceus») - верхнемонийские песчаники /63/.

Формация монтерей варьирует в мощности от 0 до 750 м, вся кремнистая часть ее разреза нефтеносна во всех месторождениях (прил.7). Кремнистые отложения датируются монийским возрастом, продуктивны трещиноватые кремни характер, развитие и возраст кремней различны и может быть выделено три типа разрезов кремнистых отложений формации монтерей в пределах НГБ Санта Мария: тип А – месторождение Санта Мария Валли; тип Б – месторождение Вест Кат Каньон; тип С – месторождение Ломпок (рис.2.8).

Тип А – кремни месторождения Санта Мария Валли имеют верхнемонийский возраст. Они состоят из переслаивающихся коричневых кремней и черных кремнистых глин с редкими полосами светло-серых до белых кремней. Содержание кремней оценено от 20 до 50% всего разреза.

Рис. 2.7

Рис. 2.8

Тип Б – кремни месторождения Вест Кат Каньон - имеют нижнемонийский возраст. Кремни второго типа представлены переслаиванием темно-коричневых до черных кремнистых глин, серовато-белых до черных кремней, желтовато-коричневых фосфатных глин и линзы очень массивных желтых кремнистых известняков (рис. 2.9). Кремни составляют около 50-60% разреза нижнего мония. Объем кремнистых известняков не определен. Это серо-коричневые до желтовато-коричневых, массивные, очень крепкие породы, в керне обычно умеренно трещиноватые. Нефть содержится в мелких кавернах кремней типа Б, и трещинная проницаемость может быть значительна.

Тип С – кремни месторождения Ломпок - присутствуют и в верхнем и нижнем монии, где полностью слагают разрез формации. Тонкие прослои коричневых глин присутствуют в кровле и подстилают три четко выраженных пачки кремней. Самая нижняя пачка кремней сходна с кремнями Кат Каньона, с которыми она коррелируется. Две верхние пачки относятся к верхнему монию и эквивалентны кремням месторождения Санта Мария Валли, но более глинистые и, в целом, представляют собой глины с высоким содержанием кремнезема..

Эти две верхние пачки состоят преимущественно из тонкослоистых коричневых глин с редкими тонкими линзами белых и коричневых кремней и желто-коричневых кремнистых известняков. Нижняя часть состоит из серых или светло-серых порцелланитовых глин, переслаивающихся со светло-серыми и белыми преобладающими в разрезе кремнями.

В разрезе луизианских отложений (пачка «дарк браун») преобладают алевритовые фосфатные глины, содержащие прослои известковых глин и известняков.

Плитчатые кремнистые и порцелланитовые глины - не очень значительный по качеству резервуар. Однако, они трещиноваты и продуктивны в месторождениях Санта Мария Валли, Касмалия, Оркитт и Вест Кат Каньон.

Трещиноватость – характерное свойство монтерейских кремнистых пород, а бассейн Санта Мария может служить классическим образцом порового-трещинного кремнистого резервуара. Бассейн Санта Мария (рис.2.8) разделен на области, обладающие различными особенностями монтерейского резервуара.

Профиль скважин, пересекающий месторождения Касмалия, Оркитт и Кат Каньон (рис.2.10) показывает однотипность строения монтерейских отложений. Кремни этих скважин характеризуются нижнемонийским типом Кат Каньон или типом Санта Мария Валли. Они имеют большую мощность в месторождении Вест Кат Каньон, утончаются вкрест месторождения Оркитт и максимальны в разрезе месторождения Касмалия. Северо-западнее Касмалии они сокращаются в мощности, приближаясь к поднятию Пойнт Рис. 2.9

Рис.2.10

Сэл. Тонкие слойки кремней типа А - Санта Мария Валли присутствуют в отложениях верхнего мония в месторождениях Оркитт и Вест Кат Каньон. Плитчатые кремнистые глины мощностью по 50-60 м, судя по каротажным характеристикам, имеют достаточно удовлетворительную проницаемость. Эта зона продуктивна на месторождении Оркитт и содержит небольшую залежь тяжелой нефти в месторождении Касмалия.

Кремни, с которыми в бассейне Санта Мария связаны наиболее высокоемкие зоны, присутствуют преимущественно на двух стратиграфических уровнях – в нижнем и верхнем монии. Максимум распространения кремней концентрируется в двух полосах, одна из которых распространяется из области Вест Кат Каньон (рис.2.11) на юго-восток через месторождения Като Ридж и Зака, другая – из области Касмалия (рис.2.12) на юго-восток через месторождение Ломпок.

Верхнемонийский максимум распространения кремней расположен на месторождении Санта Мария Валли, за исключением района стратиграфического выклинивания (рис.2.12). Наиболее значительных мощностей кремни верхнего мония достигают в областях Зака Крик и Ломпок.

Отчетливо выражены две особенности распространения кремней в связи с их стратиграфической приуроченностью:

- максимум распространения монийских кремней приходится на полосу, протягивающуюся вдоль окраины монтерейского бассейна в наиболее глубоководных условиях;

- в нижнемонийское и верхнемонийское время монтерейское море трансгрессировало в северном направлении на приподнятую область Нипомо. Стратиграфические разрезы этого времени показывают, что эта северная трансгрессия сопровождалась максимумом формирования кремней.

Наиболее качественные кремнистые породы-коллекторы достаточно хрупкие, восприимчивые к растрескиванию, трещиноватые, способных создавать потенциальные резервуары. Вариации в трещиноватости разнообразны и местами непредсказуемы. Коллекторские свойства юго-западной части месторождения Санта Мария Валли служат хорошим примером этому. Они изучены бурением с плотностью одна скважина на 40км². Начальный дебит из этих скважин изменился от 340 т (2500 барр.)/день до 12 т (90 барр.)/день, а соседняя скважина с теми же породами дала более 1млн. баррелей и продолжала давать 163 т/день. Эти цифры свидетельствуют о различной степени трещиноватости кремней в разных точках бурения /63/. В ранней истории эксплуатации месторождения Санта Мария Валли начальный расчетный темп отбора составляет 340 т в день до максимальных 340 т в день. Такой высокий темп отбора тяжелой вязкой нефти Рис. 2.11

Рис. 2.12

свидетельствует о высокой проницаемости пород. Исследования проницаемости трещиноватых кремней в керне практически невозможны, поскольку керн выносится из скважин в виде мелкой крошки. Максимальные значения проницаемости оценены в 35 дарси, а средняя – 10-15 дарси – получена эмпирически для зоны кремней месторождения Санта Мария Валли на основе сравнения с зонами нефтяных песков различных месторождений Калифорнии. Эта оценка, основанная на потенциале нефтяных песков с известной проницаемостью зон, в которых коллекторы и пластовое давление сходны с таковыми месторождения Санта Мария Валли. Пластовая нефть Санта Марии более вязкая, чем нефть, извлекаемая из сравниваемых песков. Проницаемость же песков достигает 2-3 дарси. И, хотя проницаемость песков и трещинных резервуаров несравнимы по физическим характеристикам, таким как растяжение, капиллярная активность и другие, эта приблизительная оценка показывает, что проницаемость трещиноватых кремней очень высока и местами экстремальна. На месторождении Санта Мария Валли наблюдаются эффективное влияние трещинной проницаемости на добычу: добыча из одной скважины обычно влияет на соседние скважины. В некоторых из них отсутствует приток. В других соседних скважинах иногда повреждаются буровые трубы и в зону кремней поступает пресная вода; регулярное необычное обогащение законтурных вод. Два характерных примера – нерегулярное появление поверхностей раздела нефть-вода вдоль южной и центральной частей месторождения Санта Мария Валли и на северо-западном крыле месторождения Вест Кат Каньон; в зонах сильно трещиноватых кремней суммарная добыча может достигать 680-11000 т на 1 км². Оценено, что коэффициент извлечения нефти, несмотря на высокую вязкость и плотность последней в зонах кремней превышает 0,3 при нижнем пределе пористости 6%.

Проведенные исследования позволили сформулировать характерные особенности пород формации монтерей:

1) формация одновременно является и материнской породой и резервуаром для углеводородов /29, 30/;

2) пористость матрицы высокая (10-30%), тогда как проницаемость низкая из-за маленького размера пор;

3) флюиды типично нормального или высокого давления;

4) хотя трещинная пористость составляет малую часть от общей пористости, трещины очень проницаемы и, следовательно, играют важную роль при миграции нефти;

5) литологический состав пород сильно варьирует как по латерали, так и по вертикали.

Популяции трещин и плоскостей напластования имеют различные ориентировки и по сканированию стенок скважин разделены на отдельные классы по густоте и по преобладающему направлению падения и простирания. По происхождению трещины делятся на трещины растяжения, ориентированные параллельно направлению максимального горизонтального напряжения (SHmax); на сколовые трещины, потенциально активные в современном поле деформаций; и на трещины, не связанные с деформациями, но связанные с плоскостями напластования (например, перпендикулярные простиранию, поперечные или параллельные слоистости трещины).

На рис.2.11, 2.12 представлены каротажные кривые из скважины как пример явных корреляций между различными литологическими типами пород и элементами залегания трещин. Увеличение значений удельного электрического сопротивления, гамма-излучения и плотности ассоциирует с обычным уменьшением нейтронной пористости и акустической скорости, так как падение трещин более крутое и простирание преимущественно перпендикулярно к SHmax в кремнях, фосфатных и основных известковистых пачках. Сравнение распределения трещиноватости в каждой скважине с основными стратиграфическими горизонтами показывает, что различные типы трещин связаны с различными литологическими типами пород. Эта явная связь была отмечена в формации монтерей и широко изучена. Тип трещиноватости связан или с процессами диагенеза и хрупкостью диагенетически зрелых кремнистых пород, или с различиями в физической крепости пород различных стратиграфических горизонтов (например, в мягких аргиллитах развиты широкие и редкие трещины, тогда как в крепких породах типа кремней или доломитов большое количество трещин). Глубинные интервалы с выраженными упорядоченными системами трещин, в основном, совпадают со стандартными показаниями каротажа (рис. 2.12), что говорит о том, что степень и ориентировка трещиноватости связана с различными физическими параметрами пород формации.

Коллекторы акваторий бассейнов Санта-Мария и Вентура – Санта-Барбара

Основные закономерности в распределении коллекторов в продуктивных силицитах акваторий бассейнов Санта Мария и Вентура-Санта-Барбара рассмотрены на примере крупнейшего месторождения Пойнт Аргуэлло в кремнистых отложениях формации монтерей.

Месторождение Пойнт Аргуэлло расположено на стыке западного окончания Санта Барбара Ченнел и южной окраины шельфа бассейна Санта Мария, примерно 13 км от береговой линии. Месторождение Пойнт Аргуэлло связано преимущественно с трещиноватыми кремнями, порцелланитами и доломитами средне-верхнемиоценовой формации монтерей.