Химически осажденные карбонатные породы

Хемогенные карбонатные породы-коллекторы обычно представлены кристаллическими известняками и доломитами, но иногда они могут состоять из мергеля и мела. Если они сложены преимущественно карбонатными минералами, они имеют кристаллическую структуру и могут быть подразделены на крупно-, средне- и мелкокристаллические. Относительно чистые карбонатные породы иногда постепенно переходят в более или менее окремненные разности. Кремнистыми компонентами могут служить химически осажденный кремний, кремневые окаменелости, обломочные зерна кварца или кремня, а также глинистый материал, более или менее тонко перемешанный с карбонатным. С увеличением содержания в карбонатах кремнистых компонентов образуются песчанистые, кремнистые или глинистые известняки и доломиты.

Карбонатное вещество в этих породах почти полностью представлено кальцитом (СаСО₃) и доломитом [СaMg(CО₃)₂], а в отдельных породах ‑ только одним из этих минералов. Кальцит и доломит нередко образуют в породе различные смеси. Доломитовые и кальцитовые разности карбонатных пород могут переслаиваться между собой, или доломит может слагать тела неправильной формы, слегка выступающие на выветренной поверхности известняков и придающие ей пятнистый вид. Иногда вследствие замещения кальция магнием кальцитовая порода в той или иной степени равномерно доломитизируется и тогда классифицируется как магнезиальный пли доломитизированный известняк, а при достижении конечной стадии доломитизации может превратиться в доломитовую породу, более чем на 50 вес. %, состоящую из минерала доломита [38, 41]. Пятнистая и равномерная доломитизация наиболее характерны для древних карбонатных формаций палеозойского возраста. Интенсивная перекристаллизация, сопровождающая процесс доломитизации, уничтожает многие первичные структурные особенности исходного известняка, а также содержащиеся в нем окаменелости и их отпечатки. Значение известняков и доломитов как коллекторов нефти и газа примерно одинаково; они различаются лишь своей проницаемостью: доломиты обычно более проницаемы¹.

Некоторые карбонатные породы обладают тонко- или микрослоистой текстурой и местами могут даже переходить в массивные, практически неслоистые разности. В таких породах очень трудно выявить характер слоистости по буровому шламу. Однако современные методы позволяют производить почти непрерывный отбор керна, в котором в большинстве случаев хорошо видна слоистость. Массивные, неслоистые карбонатные породы обычно связаны с органогенными рифовыми сооружениями, поэтому отсутствие в карбонатных отложениях слоистости может указывать на их рифовое происхождение.

Известняковые и доломитовые коллекторы биохимического происхождения установлены в отложениях всех возрастов от кембрия до плиоцена. Биохемогенные карбонаты наряду с обычным химически осажденным материалом содержат значительные количества органических остатков. Особенно активно биохимическое карбонатообразование происходило в местах формирования органогенных рифов (биогермов, биостромов), роль которых как коллекторов нефти и газа все время возрастает. Однако выделяющие известь организмы дают различные количества материала и для большинства нерифовых карбонатных пород (см. стр. 301-302). Главными биохимическими агентами карбонатообразования являются водоросли, бактерии, фораминиферы, кораллы, мшанки, брахиоподы и моллюски. Наиболее важные породообразующие организмы ‑ водоросли; по мнению некоторых геологов, их следует рассматривать вообще как самый главный агент выделения и отложения извести [42]. Карбонатное вещество, выделяемое живыми организмами, представлено в основном СаСО₃ в виде кальцита или арагонита. Некоторые организмы вместо кальцита выделяют карбонат магния, однако считается, что они не играют заметной роли в процессе карбонатообразования. Часть пород, состоящих из биохемогенного карбонатного материала, была сформирована на месте прежнего обитания и отмирания организмов, обломки раковин которых впоследствии были консолидированы, не подвергшись перемещению. В других случаях раковины и скелетные остатки переносились ветрами и течениями и концентрировались в обломочные осадки. Преобразование обломков раковин в твердую породу происходит частично за счет деятельности известковых водорослей, например Lithothamnium, которые заполняют промежутки и скрепляют известью отдельные несвязанные обломки, а также благодаря вторичной цементации, уплотнению и осаждению хемогенного карбоната. После литификации и погребения под более молодыми отложениями порода может вновь претерпеть доломитизацию и перекристаллизацию, в результате чего почти нацело уничтожается первичная ее структура. Таким образом, возникающая в конечном итоге порода представляет собой ту или иную комбинацию органогенного детритуса с биохемогенными и хемогенными осадками. Последние могут быть ограничены в своем распространении отдельными участками, в пределах которых могли развиваться известьвыделяющие организмы и отлагаться их остатки. После погребения такая порода видоизменяется под воздействием различных процессов растворения первичного материала и его переотложения.

С увеличением содержания нерастворимого кластического материала известняки и доломиты могут незаметно перейти сначала в глинистые известняки и песчанистые доломиты, а затем в известковистые сланцы и доломитизированные песчаники. Пластические песчаные зерна, обломки кремней и прочий

¹Результаты изучения карбонатных коллекторов, развитых в Волго-Уральской области, показывают, что не всегда доломитизация приводит к увеличению проницаемости. ‑ Прим. ред.

нерастворимый материал, очевидно, примешивался к карбонатному веществу во время осаждения последнего. Иногда кластический материал содержится в карбонатной массе в виде вкраплений отдельных, не соприкасающихся между собой обломков, в других случаях он образует тонкие пропластки, линзы или пятна.

Известняки и доломиты как коллекторы углеводородов намного превосходят по своему значению все другие хемогенные породы; фактически они заключают в себе около половины мировых запасов нефти и газа. За последние годы в связи с открытием и вводом в разработку крупнейших нефтяных месторождений Среднего Востока, западного Техаса и западной Канады, где добыча ведется главным образом из известняковых и доломитовых пород-коллекторов, значение карбонатных коллекторов стало значительно выше, чем песчаных. Ниже приводится краткое описание некоторых наиболее важных нефтеносных карбонатных формаций земного шара.

Наибольшая концентрация крупных нефтяных месторождений на земном шаре наблюдается на территории Среднего Востока, главным образом в Иране, Ираке, Кувейте и Саудовской Аравии (см. фиг. 2-2). Значительная часть нефти добывается здесь из известняковых коллекторов, смятых в крупные антиклинальные складки. Ряд обнаруженных в карбонатных породах залежей содержит до 5 млрд. баррелей и более нефти каждая. В Саудовской Аравии коллекторские горизонты относятся в основном к зоне Араб (верхняя юра), сложенной несколькими известняковыми и доломитовыми толщами мощностью от 20 до 200 футов каждая, разделенными слоями ангидрита [43]. Главная продуктивная толща в Иране представлена известняковой формацией Асмари (олигоцен и миоцен) мощностью 700-1500 футов, развитой на обширной территории и местами имеющей рифогенный характер.

Значительные количества нефти добываются из нескольких залежей, связанных с мощной толщей плотных известняков мелового возраста в западной Венесуэле [44] (см. фиг. 14-12). Залежи приурочены здесь к крупным нарушенным антиклинальным складкам (поперечный разрез одной из них на месторождении Мара приведен на фиг. 6-31)¹. Коллекторами нефти являются также меловые известняки в большинстве крупных месторождений Мексики. Многие из них были открыты в результате бурения вблизи нефтепроявлений на поверхности. На фиг. 8-10 показана структурная карта мексиканского месторождения Поса-Рика.

Девонские рифогенные известняки и доломиты являются коллекторами в большинстве крупных залежей нефти в западной Канаде (см. также стр. 316-317 и фиг. 7-48). Ниагарские (силурийские) рифовые известняки формируют коллекторы многих, преимущественно мелких, нефтяных залежей в Онтарио, Индиане, Кентукки и Иллинойсе [45] (фиг. 7-35).

Известняки группы Канзас-Сити ‑ Лансинг пенсильванского возраста, переслаивающиеся с маломощными пачками глинистых пород и имеющие мощность от 200 до 400 футов, слагают один из наиболее важных продуктивных интервалов разреза на значительной территории в пределах центрального Канзаса [46]. Распределение залежей в этих известняках контролируется изменениями их пористости и проницаемости, а также локальными структурными особенностями. На обширном и пологом поднятии центрального Канзаса известняковая толща Канзас-Сити ‑ Лансинг с трансгрессивным несогласием залегает на отложениях всех более древних подразделений осадочного чехла вплоть до кембро-ордовикского известняка Арбакл.

Большое количество крупных залежей нефти в пределах Мид-Континента (Канзас, Оклахома и Техас) содержится в отложениях группы Арбакл ‑ Элленбергер (кембрий ‑ ордовик) [47]. Она является древнейшей среди основных продуктивных формаций земного шара и состоит преимущественно из доломитов и известняков с небольшой примесью кремней, песка и глин 2. Мощность этих отложений колеблется от 1000 футов в районе Эль-Пасо до 7000 футов и более в горах Арбакл, Оклахома. Известняки и доломиты рассматриваемой группы, то тонко-, то толстослоистые, характеризуются структурой от крупно- до микрозернистой. В северо-восточной Оклахоме, где группа Арбакл ‑ Элленбергер носит название «кремнистый известняк», местами в верхней части ее разреза встречаются многочисленные кремневые и песчаные прослои. Большинство залежей в этих породах связано со структурными ловушками, приуроченными к смятым и нарушенным антиклинальным складкам. По мере снижения продуктивности нефтяных скважин они начинают давать свободную воду; это свидетельствует,

¹В настоящее время открыты крупные залежи нефти в меловых отложениях, развитых в центральной части впадины ‑ в озере Маракайбо. ‑ Прим. ред.

²В настоящее время открыты залежи нефти и газа в более древних отложениях: s нижнекембрийских ‑ в Марково (Восточная Сибирь); в протерозойских ‑ в Австралии; в кембрийских ‑ в Алжире. ‑ Прим. ред.

видимо,о том, что проницаемость коллекторов не ограничивается локальными участками расположения залежей. Нефть, как правило, отличается высоким качеством, а начальные дебиты многих скважин приближались к нескольким тысячам баррелей в сутки.

Одной из богатейших нефтегазоносных провинций Северной Америки является регион, охватывающий западный Техас и юго-восточную часть Нью-Мексико, известный как Пермский Бассейн (фиг. 3-10). Здесь получают около 17 % добываемой в США нефти [48]. Почти все залежи этого региона, за исключением приуроченных к полосе песчаников

Фиг. 3-10. Карта распространения нефтяных залежей на территории западного Техаса и юго-восточной части Нью-Мексико.

(АА, на фиг. 3-10), связаны с палеозойскимиt известняками и доломитами. По существу в его пределах продуктивны любые отложения, начиная с пермских и кончая кембро-ордовикскими, причем типы наблюдаемых здесь ловушек отличаются широким разнообразием (см. также фиг. 6-16).