 |
Вторичные стратиграфические ловушки
|
|
|
|
Вторичные стратиграфические ловушки - это те ловушки, которые обусловлены наличием стратиграфической аномалии или изменений, возникших после отложения осадков и диагенеза коллекторов. Они почти всегда приурочены к поверхностям несогласия и могут поэтому быть названы «ловушками, связанными с несогласиями».
Несогласие представляет собой перерыв в геологической последовательности отложений, который фиксируется образованием эрозионной поверхности или характеризуется паузой в осадконакоплении, отделяющей одну группу пластов от другой. Несогласия чрезвычайно различны по характеру, и они обозначаются соответственно различными терминами [69]. Небольшие перерывы между пластами называются диастемами. Когда пласты выше и ниже поверхности несогласия, параллельны или почти параллельны, говорят о параллельном несогласии. Если же пласты над и под поверхностью несогласия непараллельны и наклонены под углом друг к другу, то контакт между этими толщами называется угловым несогласием. Перерыв в разрезе отложений, или интервал времени, соответствующий этому перерыву, для одного несогласия может быть гораздо больше, чем для другого; величина перерыва и его длительность иногда значительно изменяются даже вдоль одной поверхности несогласия [70]. Например, в центральных частях седиментационного бассейна пласты, залегающие выше и ниже поверхности несогласия, накапливались почти непрерывно, в то время как к краям бассейна
Фиг. 7-52. Схематический разрез, показывающий ловушки, которые обычно связаны с поверхностями несогласия.
формация, расположенная над поверхностью несогласия, может залегать на все более и более древних слоях и в конечном итоге - даже непосредственно на породах фундамента. В центре бассейна будет наблюдаться тогда слабое угловое или параллельное несогласие внутри отложений, имеющих, например, меловой возраст, а у периферии бассейна - крупное угловое несогласие между меловыми отложениями и породами докембрийского возраста.
|
|
|
Несогласия различного стратиграфического диапазона и площадного распространения весьма обычны в геологических разрезах почти всех нефтегазоносных провинций. Породы-коллекторы могут залегать непосредственно выше или ниже поверхности несогласия, они могут быть также представлены выветрелыми породами у самой этой поверхности. Влияние эрозии вдоль поверхностей несогласия сильнее проявляется в тех провинциях, где коллекторские породы представлены более или менее растворимыми образованиями, особенно известняками и доломитами. Просачивающиеся метеорные воды, двигаясь через зону выветривания, вымывают наиболее растворимые компоненты подстилающих отложений, в результате чего резко увеличивается пористость и проницаемость пород. На фиг. 7-52 показаны участки, в которых залежи нефти и газа встречаются в ловушках, связанных с поверхностями несогласий.
Огромное количество нефтяных и газовых залежей, возможно даже большинство их, тем или иным образом ассоциируется с несогласиями. Несогласия поэтому представляют собой важнейший объект изучения в геологии нефти. В ряде месторождений возникновение самих ловушек является прямым результатом некоторых процессов, обусловленных формированием поверхности несогласия. Ловушки, связанные с несогласиями, классифицируются как стратиграфические или же как вторичные стратиграфические ловушки, поскольку формирование их происходило после литификации и диагенеза коллекторов.
Когда каждый последующий пласт перекрывающей формации распространяется за границу развития более древнего подстилающегося пласта, такое положение называется перекрытием (overlap) [71]. Перекрытие может быть трансгрессивным, если осадки отлагаются в условиях трансгрессирующего моря, что устанавливается по залеганию тонкозернистых осадков над крупнозернистыми. В этом случае говорят о трансгрессивном прилегании (onlap). Если же отложения образуются в условиях регрессирующего моря, то характер изменения зернистости пород оказывается противоположным создается регрессивное прилегание (offlap) (фиг. 7-53). Перекрывающая формация может залегать на поверхности несогласия. Это несогласие в свою очередь может быть параллельным или угловым. Когда вышележащая формация трансгрессивно налегает на срезанную эрозией более древнюю серию слоев, говорят о трансгрессивном несогласном перекрытии (overstep) [72].
|
|
|
Фиг. 7-53. Основные соотношения характера напластований при трансгрессивном и регрессивном прилегании.
1 - регрессивное прилегание; 2 - регрессивное перекрытие; 3 - трансгрессивное прилегание; 4 - трансгрессивное перекрытие; 5 - трансгрессивное несогласное перекрытие.
Установить несогласие по данным, полученным при бурении скважин, очень трудно. Изучая эту проблему, Крумбейн [73] выделил около 40 критериев, которые могут быть использованы для решения вопроса о существовании или отсутствии несогласия. Эти критерии разделяются на седиментационные, палеонтологические и структурные. Крумбейн подчеркнул, что если установлено одновременно несколько критериев, то вероятность существования несогласия резко увеличивается. Каждый критерий сам по себе может не иметь большого значения, но в сочетании с другими критериями он становится важным показателем. Наиболее часто встречаются следующие критерии: перерыв в палеонтологическом разрезе; наличие плохо отсортированных отложений или конгломератов, особенно в ассоциации с тонкими прослоями красных глинистых сланцев в разрезе, в основном сложенном хорошо отсортированными тонкозернистыми породами; несоответствие в углах падения слоев, залегающих выше и ниже горизонтальной поверхности; следы выветривания в подстилающей формации; данные о региональном срезании и трансгрессивном несогласном перекрытии, которые должны выявляться при изучении и сравнении разрезов нескольких скважин.
|
|
|
Поверхность несогласия может располагаться между проницаемыми и слабопроницаемыми толщами и, таким образом, определять верхнюю или нижнюю границу резервуара. На месторождении Дели в северной части Луизианы залежь нефти с запасами свыше 200 млн. баррелей приурочена к ловушке, образовавшейся в результате несогласного перекрытия срезанной толщи юрских и нижнемеловых песчаников биостромными газоносными известняками эоценового возраста [74]. Пример, когда ловушки, содержащие залежи нефти, расположены и выше и ниже поверхности несогласия, показан на фиг. 7-54. Песчаные пласты, которые ограничены снизу плоскостью несогласия, называются «батрессовыми (опирающимися) песчаниками» («buttress sands»). Еще один пример такого соотношения в залежи Катбанк в Монтане приведен на фиг. 7-55.
Пропуск стр. 322-323
На месторождении Антилоп-Хилс в Калифорнии «батрессовые» песчаники несогласно залегают на подстилающей срезанной толще, также сложенной песчаниками, причем обе песчаные толщи содержат нефть (фиг. 7-56). Пески плио-плейстоценового возраста на месторождении Кирикире в бассейне Матурин на востоке Венесуэлы ограничиваются поверхностью несогласия снизу и образуют основную на этом месторождении ловушку. Это одно из самых крупных нефтяных месторождений Южной Америки, из которого добыто свыше 600 млн. баррелей нефти плотностью 12-26°API. Следует отметить, что нефть получают здесь из континентальных отложений. Характер пластовых вод незакономерно изменяется от пресных до морских. Разрез этого месторождения приведен на фиг. 7-57.
Выветривание и циркуляция грунтовых вод обычно сопровождаются растворением, цементацией и перекристаллизацией осадков [75], следы которых можно встретить непосредственно под поверхностью несогласия. Эти процессы часто обусловливают развитие пористости и проницаемости коллекторов, а неравномерное распространение среди непроницаемых отложений проницаемых пород может привести к образованию ловушки для нефти и газа (фиг. 7-58).
|
|
|
На тех участках поверхностей несогласия или эрозионных поверхностей, где обнажаются коллекторские породы, происходит улетучивание легких фракций нефти, а остающиеся более тяжелые ее составляющие закупоривают поры пород и приводят к уничтожению проницаемости. Это еще один случай, когда поверхности несогласия могут определять положение залежей. На ранней стадии развития антиклинали Коалинга в Калифорнии [76] в ее пределах располагалась залежь углеводородов, связанная с обнаженной поверхностью, где поры пород были запечатаны асфальтом и смолой; эта поверхность служила препятствием для выделения из пласта нефти и газа. Ниже по падению пласт содержал жидкую нефть, которую можно было добывать. Подобная же ситуация известна в районе Реддин, в горах Уошито, Оклахома, где наблюдается прогрессивное уменьшение вязкости от твердого гильсонита до нефти высокой плотности. На месторождении Оклахома-Сити в зоне несогласия между базальными слоями пенсильванских отложений и подстилающими коллекторскими породами ордовика осадки пропитаны асфальтовым веществом, уничтожившим их пористость, что связано с выходами здесь нефти на дневную поверхность во время допенсильванского периода эрозии [77] (см. также стр. 590). Почти аналогичный тип покрышки способствовал формированию ловушки на месторождении Плезент-Валли в Калифорнии [78], где поровое пространство в песках Гатчел (средний эоцен), по-видимому вследствие процессов выветривания на древней эрозионной поверхности, оказалось заполненным коллоидальным глинистым материалом (глинистый материал здесь представлен белым каолином, образовавшимся в результате выветривания полевых шпатов). Снижение проницаемости в породах вверх по восстанию пласта частично способствовало возникновению ловушки (см. также стр. 338-339: комбинированные ловушки). Некоторые залежи в формации Чанак (верхний миоцен?) вдоль восточного борта долины Сан-Хоакин в Калифорнии также приурочены к ловушкам, образование которых частично связано с закупоркой пор в породах вверх по восстанию и уменьшением проницаемости в результате отложения выветрелых полевых шпатов, по-видимому, на эрозионной поверхности [79].
В ряде месторождений образование ловушек полностью или частично связано с пересечением вверх по восстанию двух плоскостей несогласия. Залежь углеводородов на месторождении Уэст-Эдмонд, расположенном севернее Оклахома-Сити, например, сформировалась в расположенной вверх по восстанию пластов зоне выклинивания проницаемых кремнистых пород и известняков пачки Боис-д'Арк формации Хантон (девон-силур); зона же выклинивания приурочена к пересечению предпенсильванской и предмиссисипской поверхностей несогласия (см. фиг. 14-7). Залежь нефти на месторождении Татумс в округе Картер, Оклахома, сформировалась в сложном, частично уничтоженном эрозией комплексе пенсильванских конгломератов и песчаников, которые несогласно прилегают к нижележащему допенсильванскому фундаменту [80]. Разрез этой площади показан на фиг. 7-59.
|
|
|
Пропуск стр. 325-326
Залежь нефти на месторождении Апко в округе Пекос, Техас, также сформировалась в зоне пересечения двух поверхностей несогласия. На фиг. 7-60 приведена палеогеологическая карта предпермской поверхности. Разрез этой залежи в направлении с северо-запада на юго-восток показан на фиг. 7-61. Пористость в продуктивных известняках Элленбергер (ордовик) обусловлена развитием трещиноватости и ячеистым выветриванием пород, по-видимому во время предпермской эрозии, когда известняки Элленбергер слагали крутой, обращенный к востоку уступ, протягивавшийся через всю площадь. Ловушки, образованные в результате пересечения поверхностей несогласия, выявлены на месторождении Санта-Мария в Калифорнии, разрез которого показан на фиг. 7-62. Пористость пород объясняется развитием трещиноватости в хрупких глинистых сланцах и алевролитах Монтерей (миоцен) и связана с формированием поверхности несогласия.
Пересечение двух поверхностей несогласия способствовало образованию ловушки на месторождении Ист-Тексас. Однако в этом примере существование нижнего несогласия не является определяющим фактором. В основном ловушка обусловлена верхним несогласием, которое срезает песчаники Вудбайн. Она могла бы сформироваться и в том случае, если бы нижнее, более древнее, чем песчаники Вудбайн, несогласие отсутствовало. Поскольку созданию ловушки способствовало здесь сочетание зоны выклинивания со сводовым поднятием, ее правильнее отнести к классу комбинированных ловушек (см. стр. 334-339: комбинированные ловушки).
Гидродинамические ловушки
За последние годы была установлена еще одна возможность образования ловушек [81]. Когда в водоносном пласте существует градиент гидравлического потенциала, обусловливающий движение воды вниз по падению, гидродинамические силы могут создать препятствие для перемещения углеводородов вверх. по пласту. В этом случае плавучесть углеводородов способствует аккумуляции их в залежь. Размер залежи будет зависеть от нескольких переменных, таких, как плотность воды и углеводородов, литология водоносного горизонта и величина градиента гидравлического потенциала в водоносном горизонте.
Для пояснения механизма этого процесса приведем следующую аналогию. Представим себе наклонно расположенную трубку (фиг. 7-63, А), которая заполнена водой, движущейся вниз. Внутри трубки находятся поплавки, каждый из которых обладает достаточной плавучестью, чтобы подниматься вверх по трубке, преодолевая направленную в противоположную сторону силу течения воды. Если бы трубка была слегка сужена, как показано на фиг. 7-63, Б, градиент гидравлического потенциала увеличивался бы, соответственно увеличивалась бы и скорость потока воды через ее суженную часть. В этом случае плавучесть поплавков оказалась бы недостаточной, чтобы преодолеть течение воды по узкому участку трубки, даже несмотря на то что размеры ее вполне для этого достаточны. Поплавки будут собираться ниже суженной части трубки до тех пор, пока их суммарная подъемная сила не станет настолько велика, чтобы расположенные в верхней части скопления поплавки получили возможность двигаться через сужение. Количество поплавков, оставшихся после этого в нижней части трубки, будет зависеть от величины градиента гидродинамического давления в суженном участке и общей подъемной силы всех скопившихся поплавков. Поплавки могут быть уподоблены нефти и газу, а сужение трубки - зоне снижения проницаемости в расположенной вверх по восстанию части водоносного пласта. Если бы движение воды было направлено вверх по трубке, поплавки, и так обладающие естественной плавучестью в этой водной системе, двигались бы вверх вместе с водой и прошли бы узкую часть трубки даже с большей скоростью, чем та, с которой
Фиг. 7-63. В трубке А поток воды направлен вниз, но плавучесть поплавков достаточна для их движения против течения. В трубке Б сужение диаметра трубки обусловливает увеличение градиента гидравлического потенциала и скорости потока, в результате возникает локальная, направленная вниз сила, превышающая плавучесть поплавков и вызывающая скопление их ниже сужения. 1 - двигающиеся вверх поплавки, 2 - поток воды.
они могут перемещаться в гидростатических условиях, и скопления поплавков не происходило бы.
Поток воды, проходящий через суженную часть трубки в описанном опыте, видимо, можно сравнить с движением воды во многих водоносных пластах. Поэтому вверх по восстанию большинства водоносных горизонтов не наблюдается полной потери проницаемости, за исключением особых случаев. Например, поверхности несогласия не могут полностью блокировать флюиды и препятствовать их перемещению выше срезанного водоносного пласта, даже если мощность его невелика. Подобным же образом можно полагать, что тонкие прослойки песков и отдельные песчаные тела, располагающиеся по периферии области развития песчаной толщи, создают возможность для движения пластовых вод. Градиент гидравлического потенциала распространяется вплоть до плоскостей среза водоносных пластов, что также может указывать на движение воды через эти плоскости. Единственной действительно непроницаемой преградой для движения воды могут, пожалуй, являться покрышки или барьеры, образованные такими породами, как каменная соль, ангидрит или очень плотные известняки.
По мере того как возрастает количество замеров гидростатических давлений, становится ясным, что градиент гидравлического потенциала во многих водоносных пластах существует не только в латеральном направлении, но и в вертикальном, вкрест слоистости, а также между водоносными пластами, разделенными прослоями глинистых пород и известняков [82]. Несомненно, этот градиент должен непрерывно изменяться с изменением характера тектонических поднятий, горообразования, процессов эрозии и осадконакопления. Разрывные нарушения могут препятствовать движению подземных вод или, наоборот, создавать новые пути их миграции. Изучение пластовых давлений в ряде водоносных пластов многих седиментационных бассейнов показывает, что пластовые воды обычно находятся в динамическом состоянии. Эта область науки часто называется гидродинамикой. Гидродинамика широко применяется в геологии нефти и газа. Наиболее характерные примеры ее применения будут приведены в дальнейшем.
Заключение
При изучении стратиграфических ловушек перед геологом возникает значительно больше разнообразных проблем, чем при исследовании структурных ловушек. Например, в случае, если имеется антиклинальная структура, можно ожидать, что мощные толщи осадочных пород, возможно включающие несколько потенциальных коллекторских пластов, содержат залежи, расположенные одна над другой на различных гипсометрических уровнях. Стратиграфические ловушки, напротив, редко имеют какую-либо закономерную связь с распространением залежей в выше- и нижележащих коллекторских пластах, но по простиранию коллекторской толщи может быть обнаружен ряд таких ловушек. Задачей скважин, пробуренных на антиклинальной структуре, обычно является разведка нескольких перспективных объектов, в то время как разведочных скважин, бурящихся на стратиграфические ловушки, ‑ как правило, только один объект. Определенные особенности геологического строения, благоприятные для формирования стратиграфических ловушек, обычно прослеживаются на обширных территориях или вдоль вытянутых зон. Поэтому открытие одной ловушки, связанной, например, с прибрежным песчаным баром, русловым врезом, песчаной линзой или органогенным рифом, уверенно указывает на возможность открытия других подобных ловушек в этом регионе.
Изучение тектонической структуры территории может проводиться различными способами - картированием обнаженных на поверхности или глубоко залегающих слоев, а также с помощью геофизических методов. При этом стратиграфические ловушки обычно не удается выявить до тех пор, пока не пробурено такое количество скважин, которое обеспечит необходимую полноту информации о стратиграфических и литологических особенностях строения разреза. Поэтому для открытия залежей нефти и газа, приуроченных к стратиграфическим ловушкам, требуется бурение большего числа разведочных скважин, чем при поисках залежей, связанных с тектоническими структурами. Для успешных поисков залежей в стратиграфических ловушках следует особенно тщательно изучать особенность процессов осадконакопления, нефте- и газопроявления, а также стратиграфию осадочного чехла. Однако неправильно было бы утверждать, что нет необходимости в изучении тектонической структуры какого-либо района, поскольку ловушки могут быть образованы комбинацией стратиграфических, литологических и структурных факторов. Но даже наиболее крупные стратиграфические и литологические изменения слабо отражаются в структуре слоев, и установить эту связь бывает крайне трудно или вообще невозможно.
Даже после открытия залежи весьма непросто установить ее размеры и направление, в котором она простирается; в этом отношении подобные залежи часто преподносят неприятные сюрпризы геологам. Чтобы избежать ошибок, необходимо уже на ранней стадии работ в новом районе правильно понимать стратиграфическую ситуацию, седиментационную историю и гидродинамическую обстановку. Эти данные могут указать на характер ловушки - связана ли она с эрозионным срезом коллекторского пласта, рукавообразным песчаным телом или линзой песчаников, фациальным замещением проницаемых пород, гидродинамическим барьером или органогенным рифом. Используя полученные таким путем данные, можно предсказать строение резервуара и размер залежи и на основании этого свести к минимуму число непродуктивных скважин.
Цитированная литература
1. Pugh W.Е., Preston В.G. (ed.), Bibliography of Stratigraphic Traps, Seismograph Service Corporation, Tulsa, Okla., 190 p., 1951.
2. Heroy W.В., Petroleum Geology, in Geology 1888-1938, 50th Anniv. Geol. Soc. Am., pp. 534-539, 1941.
3. Mооre R.C., Meaning of Facies, Mem. 39, Geol. Soc. Am., pp. 1-34, 1949.
4. Кrumbein W.C, Sloss L. L., Stratigraphy and Sedimentation, W.H. Freeman and Co., San Francisco, pp. 316-331, 1963.
4. Sherrill R.E., Dickey P.A., Mattesоn L.S., Types of Stratigraphic Oil Pools in Venango Sands of Northwestern Pennsylvania, in Stratigraphic Type Oil Fields, Am. Assoc. Petrol. Geol., Tulsa, Okla., pp. 507-538, 1941.
5. Swann D.H., Athertоn E., Subsurface Correlations of Lower Chester Strata of the Eastern Interior Basin, Juorn. Geol., 56, pp. 269-287, 1948.
6. Ingham W.I., Dora Oil Pool, Seminole County, Oklahoma, in Stratigraphic Type Oil Fields, Am. Assoc. Petrol. Geol., Tulsa, Okla., 408-435, 1941.
7. Freeman J.C, Strand-line Accumulation of Petroleum, Jim Hogg County, Texas, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 33, pp. 1260-1270, 1949.
8. Denham R.L., Dougherty W.E., Sand Belt Area of Ward and Winkler Counties, Texas, and Lea County, New Mexico, in Stratigraphic Type Oil Fields, Am. Assoc. Petrol. Geol., Tulsa, Okla., pp. 750-759, 1941.
9. Вass N.W.T., Origin of Bartlesville Shoestring Sands, Greenwood and Bulter Counties, Kansas, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 18, pp. 1313-1345, 1934.
Bass N.W., Leatherock C., Dillard W.R., Kennedy L.E., Origin and Distribution of Bartlesville and Burbank Shoestring Oil Sands in Parts of Oklahoma and Kansas, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 21, pp. 30-66, 1937.
10. Сadman W.K., The Golden Lanes of Greenwood County, Kansas, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 11, pp. 1151 - 1172, 1927.
Cheyney A.E., Madison Shoestring Pool, Greenwood County, Kansas, in Structure of Typical American Oil Fields, Am. Assoc. Petrol. Geol., 2, pp. 150-159, 1929. Bass N. W., op. cit. (note 9).
11. Вall M.W., Weaver T.J., Сrider H.D„ Ball D.S., Shoestring Gas Fields of Michigan, in Stratigraphic Type Oil Fields, Am. Assoc. Petrol. Geol., Tulsa, Okla., pp. 237-266, 1941.
12. Fettke Ch.R., Music Mountain Oil Pool, McKean County, Pennsylvania, in Stratigraphic Type Oil Fields, Am. Assoc. Petrol. Geol., Tulsa, Okla., pp. 492-506, 1941.
13. Neal E.P., South Ceres, Oklahoma's Oddest Shoestring Field? World Oil, pp. 92- 98, 1951.
14. Marbut С.F., Geological Descriptions of the Calhourn, Lexington, Richmond, and Huntsville Sheets, Mo. Geol. Surv., 12, Part II, pp. 123-210, 270, 331, 1898. (Описаны русла Уорренсберг и Моберли.)
Hinds H., Greene F.С, Stratigraphy of the Pennsylvanian of Missouri, Mo. Geol. Surv., 13, pp. 90-106, 1915.
Hinds H., Unconformities in the Pennsylvanian, Geologic Note, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 10, pp. 1303-1304, 1926.
15. Hinds H., Greene F.C, Leavenworth-Smithville, Missouri-Kansas, Atlas Folio 206, U.S. Geol. Surv., pp. 6, 10, 1917.
16. Wilson Ch. W., Jr., Channels and Channel-Filling Sediments of Richmond Age in South-Central Tennesse, Bull. Geol. Soc. Am., 59, pp. 733-766, 1948.
17. Weller J.M., The Geology of Edmonson County, Ky. Geol. Surv., Series VI, 24. 246 p., pp. 199-208, 1927.
18. Strachan С.G., Pre-Pennsylvanian Channelling in Western Kentucky and its Connection with Oil Accumulation, Tulsa Geol. Soc. Digest, pp. 36-40, 1935.
19. Сhаrles H.H., Bush City Oil Field, Anderson County, Kansas, in Stratigraphic Type Oil Fields, Am. Assoc. Petrol. Geol., Tulsa, Okla., pp. 43-56, 1941.
20. Rich J.L., Further Observations on Shoe String Oil Pools of Eastern Kansas, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 10, pp. 568-580, 1926.
21. Thompson А.В., Oil Field Exploration and Development (Vol. 1 of Oil Field Principles), 2nd ed., D. Van Nostrand Co., pp. 67, 429, 1950.
Пропуск стр. 331-333
|
|
|
