НАЗАД

УДК 553.98:551.717.72

ЛИТОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ ДОКЕМБРИЙСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ ПАЧЕЛМСКОГО АВЛАКОГЕНА

И.Е.Постникова, О.К.Баженова, Т.А.Коиарева (МГУ)

Высокая потребность центральных районов России в энергоресурсах, а также наличие здесь сложившейся инфраструктуры заставляют вновь обратить внимание на потенциальные нефтегазоносные бассейны в европейской части страны.

Широкое распространение докембрийских осадочных образований и региональная приуроченность к ним нефтепроявлений позволяют рассматривать отложения рифея и венда центральных частей Восточно-Европейской платформы в качестве перспективного объекта в отношении как собственной нефтегазоносности, так и источника нефти в палеозойских отложениях.

Интерес к проблеме нефтегазоносности Пачелмского авлакогена возник еще в 50-е гг. Результаты современных литолого-фациальных, палеотектонических и геохимических исследований подтверждают возможную перспективность этого направления. Исследования керна верхнего протерозоя Пачелмского авлакогена, полученного из Федерального фонда кернового материала при АО ВНИГНИ, и пересмотр работ по опорному бурению в этом регионе позволили оценить условия и возможности нефтеобразования в докембрийских отложениях.

Пачелмский авлакоген имеет северо-западное простирание и расположен южнее современной Московской синеклизы. Наиболее подробно он был охарактеризован Н.С.Шатским в 1960 г. Внутреннее строение авлакогена осложнено Воронским выступом, разделяющим его на северо-западную и юго-восточную части.

Верхнепротерозойские отложения Пачелмского авлакогена мощностью 1-4 км представлены нормальными осадочными породами, преимущественно терригенного ряда, среди которых различаются как нефтематеринские свиты, так и коллекторы.

В пределах авлакогена можно выделить следующие структурно-фациальные зоны: Каверинскую - в северо-западной части авлакогена, Пачелмскую, Саратовскую и Пугачевскую - в юго-восточной, различающиеся по составу и мощностям одновозрастных отложений (рис. 1).

В основании осадочного чехла Пачелмского авлакогена залегает комплекс красноцветных песчаников (1620-1820 м), стратиграфически соответствующий татищевской свите нижнего рифея, ртищевской свите среднего рифея, цнинской свите верхнего рифея (Постникова И.Е., 1977).

Отложения татищевской свиты R1tat (инкашская R2in + тырницкая R2tr) (здесь и далее в скобках — некоторое соответствие “Сопоставлению стратиграфических схем рифейских отложений”, ЦРГЦ, 1996) широко распространены и детально охарактеризованы керном в юго-восточной части авлакогена, где их мощность достигает 740 м (рис. 2). В пределах Каверинской зоны они вскрыты только в краевой части в скважине Зубова-Поляна и имеют незначительную мощность. Отложения татищевской свиты развиты предположительно на всей территории авлакогена, равно как и вышележащие отложения ртищевской и цнинской свит. Литологически комплекс представлен красноцветными кварцитовидными и кварц-полевошпатовыми песчаниками, имеющими в пределах Каверинской зоны более тонкозернистый состав и лучшую отсортированность. В верхней части комплекса, в большем объеме в Каверинской зоне, породы имеют серый цвет, песчаники периодически переходят в алевролиты и содержат прослои карбонатов и черных аргиллитов. Серые алевролиты цнинской свиты из скважины Сердобская характеризуются пониженным содержанием Сорг (0,06 %) при концентрации ХБА 0,003 %, битумоидный коэффициент b = 5 %.

На основании литолого-фациального анализа можно полагать, что отложения красноцветного комплекса формировались преимущественно в континентальных условиях осадконакопления, при эпизодическом локальном проявлении мелководных морских или опресненных лагунных обстановок.

В ртищевской R2rt(R3rt) и цнинской R3zn свитах имеются слабосцементированные разности песчаников, обладающие эффективной пористостью до 12-20 %.

Отложения иргизской свиты верхнего рифея R3irg (50-205 м) связаны с подстилающими породами постепенным переходом и распространены повсеместно в пределах рассматриваемой структуры. Литологически свита выражена кварц-полевошпат-глауконитовыми песчаниками с прослоями алевролитов и аргиллитов, включающих пленки обугленного ОВ и зерна пирита. На основании литологических особенностей пород свиты можно заключить, что в северо-западной части авлакогена отложения свиты накапливались в условиях мелководного опресненного моря, а в юго-восточной части — мелководного полузамкнутого засолоненного бассейна.

Венчающая разрез рифея пересыпкинская свита R3per (белынская R3bn) (50-95 м) широко развита в пределах авлакогена. Ее мощность возрастает в юго-восточном направлении до 200 м. На подстилающих отложениях свита залегает согласно, представлена переслаиванием серых доломитов, аргиллитов и песчаников, причем в северо-западной части отмечено преобладание терригенных, а в юго-восточной — карбонатных разностей. Доломиты содержат строматолиты и микрофитолиты.

Накопление осадков происходило в мелководном бассейне, который в юго-восточной зоне характеризовался повышенной соленостью и господством восстановительных обстановок, а в северо-западной — опресненностью и окислительным режимом. По данным И.Е.Баланюк (1974) содержание Сорг в доломитах пересыпкинской свиты юго-восточной части прогиба составляет 0,1 %, ХБА — около 0,01 %, значения битумоидного коэффициента возрастают от 5 до 20 %. Такие концентрации Сорг являются предельными для отнесения карбонатов к нефтематеринским отложениям, но, учитывая повышенную битуминозность и тот факт, что аналитически определен остаточный органический углерод, с определенной долей условности отложения свиты можно отнести к нефтепроизводившим с невысоким нефтематеринским потенциалом.

Породы секретаркинской свиты нижнего венда V1sek (R3sk) (50-90 м) представляют собой трансгрессивную часть нижневендских отложений и распространены в пределах Пачелмской и Пугачевской зон. Свита сложена преимущественно красноцветными глинистыми известняками, аргиллитами, мелкозернистыми песчаниками с подчиненным количеством доломитов. В основании свиты залегают пестроцветные крупнозернистые песчаники. Значение карбонатной составляющей разреза в пределах Пугачевской зоны возрастает. Отложения секретаркинской свиты формировались при господстве окислительных условий, эпизодически замещавшихся слабовосстановительными.

На породах секретаркинской свиты согласно залегает веденяпинская свита V1ved (R3vd) (150-190 м), распространенная в пределах тех же подзон, что и подстилающие отложения. Свита в нижней части сложена пестроцветными крупнозернистыми полимиктовыми песчаниками (70 м) с глинисто-слюдистым цементом, выше которых — переслаивание глинистых известняков, аргиллитов, алевролитов, песчаников с окраской от зелено-серого до черного. Осадконакопление отложений свиты происходило в мелководном морском бассейне, северо-западная часть которого характеризовалась нормальной соленостью, в то время как юго-восточная — повышенной. В пределах всего бассейна господствовали восстановительные условия.

Концентрации органического углерода в разрезе секретаркинской свиты изменяются весьма значительно: от 0,004 до 1,52 % на породу. Содержание Сорг достигает 1,52 % в доломитах и глинистых доломитах, ХБА — до 0,6 % на породу. Степень битуминизации ОВ варьирует от 6,5 до 47,0 %, что указывает на присутствие разных типов битумоидов. Образцы пород веденяпинской свиты анализировались по методу Rock-Eval. Генетический потенциал по данным пиролиза (S1+S2) достигает 0,64 г УВ/кг породы в доломитах. Максимальные значения водородного индекса HI, определяющего потенциал исходного ОВ, составляют 289 мг УВ/г Сорг, т.е. потенциал ОВ — средний. Значения OPI, являющиеся показателем степени реализации нефтематери некого потенциала ОВ, изменяются в широких пределах — от 0,2 до 0,7, что свидетельствует о резко различной степени реализации потенциала. Значения Tmах — показателя уровня зрелости — варьируют от 419 до 435 °С. Модальные значения этого показателя — 435 °С — соответствуют верхней части зоны мезокатагенеза и не коррелируются с современными глубинами залегания пород.

Впервые для изучаемого региона было проведено исследование УВ-состава ОВ венда (рис. 3). Особое внимание уделялось исследованию биомаркеров — соединений, несущих информацию как об исходном источнике ОВ, так и условиях его накопления и преобразования. Состав биомаркеров исследовался современными методами капиллярной газожидкостной хроматографии (алкановые УВ) и компьютеризированной хроматомассспектрометрии (полициклические УВ). По результатам хроматографического анализа ОВ веденяпинской свиты не отличается значительным содержанием нормальных и изопреноидных алканов. Практически во всех исследованных образцах высок нафтеновый фон: значения Рh/N изменяются от 0,35 до 1,03, концентрация н-алканов вряд ли превышает 10 %. Максимум распределения н-алканов отмечается в области С1719 и менее выражен в области высокомолекулярных алка-нов — С27.

Такое распределение н-алканов позволяет считать одним из источников исходного ОВ донные водоросли, являющиеся предшественниками высших растений. Повышенные концентрации С27 рассматриваются также как показатель распреснения вод. Отношение Рrh < 1, что, вероятно, обусловлено ведущей ролью в исходном ОВ микрофитопланктона. Преобладание фитана указывает также на восстановительную обстановку осадконакопления. Коэффициент Кi , служащий показателем зрелости ОВ, изменяется от 0,21 до 0,85, что свидетельствует о значительных вариациях уровней преобразованности при небольших колебаниях современных глубин залегания. В ОВ веденяпинской свиты скважины Воронская присутствует 12,13-монометилзамещенный алкан состава С27, являющийся характерным биомаркером для докембрийских нефтей и РОВ Сибирской платформы и отмечающийся только в отложениях верхнего рифея Московского грабена (Баженова О.К., Арефьев О.А., Соколов Б.А., 1994). Исследование полициклических биомаркеров показало практически равномерное концентрационное распределение стеранов С2728:C29, с некоторым преобладанием последнего, сходное с таковым для большинства исследованных образцов Московской синеклизы, но отличное от распределения стеранов древней нефти Восточной Сибири. Гопановые УВ преобладают над стерановыми, что характерно для морской обстановки осадконакопления, а также и в целом для докембрийского ОВ. Терпановые показатели ОВ практически ничем не отличаются от таковых нефтей фанерозоя.

Учитывая результаты детального анализа разреза, следует подчеркнуть, что веденяпинская свита — наиболее вероятная нефтематеринская свита для всего комплекса докембрийских отложений Пачелмского авлакогена. Песчаники веденяпинской свиты заслуживают внимания как коллекторы. По данным А.А.Ханина пористость этих отложений изменяется от 2 до 18 %, убывая вверх по разрезу и на юго-восток авлакогена. Проницаемость — (1-6)*10-3 мкм2.

Отложения воронскои свиты V1vor(R3vr) (175-360 м) сохранены только в пределах Пачелмской и юго-восточной части Каверинской зон, на остальной территории, очевидно, размыты. В Каверинской зоне они залегают несогласно на отложениях иргизской свиты верхнего рифея. Свита представлена преимущественно красноцветными микроклин-кварцевыми песчаниками хорошей сортировки. В средней части свиты в подчиненном количестве присутствуют сероцветные отложения: аргиллиты, алевриты, глинистые известняки и доломиты. В целом карбонатность убывает вверх по разрезу. Осадки накапливались в условиях опресненного морского бассейна при активной динамике вод в окислительной обстановке, эпизодически сменявшейся слабовосстановительной, на что указывают литологические особенности данных пород: отсутствие глауконита и фосфатов, значительное количество оксидов железа, а также некоторые текстурные и структурные характеристики.

Воронская свита заслуживает особого внимания, так как с ее красноцветными песчаниками связаны очень яркие нефте- и газопроявления, полученные в скв. 1, 2, 3 бис и 10 Воронские. Описание этих нефтепроявлений дано в отчетах И.Г.Лоджевского и Пензанефтегазразведки.

Из материалов, основанных на исследованиях А.А.Ханина, вытекает, что песчаники воронскои свиты следует рассматривать как основные коллекторы в докембрийском разрезе Пачелмского авлакогена. Верхняя часть свиты — до глубины 1100 м — характеризуется проницаемостью от 0,117 до 4,120 мкм2 , пористостью 12-21 %, эффективной пористостью (по методу П.П.Авдусина) 8-16 %. По классификации П.П.Авдусина коллекторы относятся главным образом к классам С, Д и отчасти к классу Б. Нижняя часть свиты обладает значительно худшими коллекторскими свойствами: проницаемость 0,001-0,057 мкм2 , пористость 8-17 %, эффективная пористость 5 %. Однако в ней есть отдельные прослои с хорошими коллекторскими свойствами — класса Б: проницаемость до 0,955 мкм2, пористость 27 %, эффективная пористость 19 %. В скв. 1 Воронская на глубине 961-1032 м встречены породы с проницаемостью от 0,001 до 0,700 мкм2 и пористостью от 4 до 18 % — в зависимости от содержания и типа цемента.

Коллекторские свойства песчаников воронской свиты были также изучены на Красноозерской площади в скв. 2, 3, 4. В верхней части свиты проницаемость достигает 1,400 мкм2 , пористость — 22 %. В нижней части проницаемость измеряется сотыми микрометра, а пористость не превышает 16 %. На Веденяпинской площади в скв. 3 в интервале 1130-1200 м проницаемость пород 0,518 мкм , пористость 17 %. Ниже проницаемость не более 0,009 мкм , а пористость не превышает 16 %. В Пересыпкино коллекторские свойства пород свиты определяются пористостью 20 %.

Концентрации ХБА в песчаниках воронской свиты достигают 3,4 %, Сорг - 1,6 %.

Концентрации Сорг в сероцветных карбонатно-глинистых отложениях средней части свиты составляют 1,6 %, ХБА до 0,7 % на породу при среднем 0,02 %. По данным пиролиза значения Tmax414-441 °С, S1 — 0,04-0,2, S2 — 0,04-0,5, S1+S2 — 0,09-0,63, b 0,11-32. В соответствии с этим данные отложения можно отнести к нефтематеринским, отметив, что в разрезе свиты они присутствуют в подчиненном количестве.

Красноозерская свита V1kz (R3kz) с размывом, но без углового несогласия залегает на воронской. Отложения свиты распространены в пределах тех же подзон, что и воронские, но на меньшей площади. Максимальных мощностей они достигают в Пачелмской зоне; литологически представлены зеленовато-черными аргиллитами, алевролитами и мелкозернистыми песчаниками с карбонатно-глинистым цементом, причем в аргиллитах отмечены пленки ОВ. Осадконакопление происходило в условиях полузамкнутого мелководного морского бассейна с восстановительным режимом.

С позиции оценки возможности формирования скоплений УВ в пределах рассматриваемой структуры отложения свиты заслуживают внимания как возможно нефтематеринские, а также как флюидоупор. По результатам люминесцентно-битуминологических исследований керна по скважинам Красноозерской и Воронской групп содержание ХБА — 0,0009-0,04 % при среднем 0,03 %. Концентрации Сорг до 0,8 %, значения коэффициента b 2-40 % свидетельствуют о перераспределении битуминозных компонентов. Кроме того, отложения красноозерской свиты интересны как флюидоупор, так как обладают наиболее низкой проницаемостью в разрезе докембрийских отложений Пачелмского авлакогена. Изначальная площадь распространения отложений красноозерской свиты, вероятно, была обширнее, но сократилась в результате размыва. Коллекторы воронской свиты в настоящее время надежно перекрыты непроницаемыми породами только в районе Морсово—Пересыпкино — Пачелма — Липяги.

Отложения соседской свиты V1sos в центральной части Пачелмской подзоны распространены еще более локально, чем подстилающие, а в пределах Каверинской подзоны известна только нижняя часть свиты. Контакт с подстилающими отложениями не охарактеризован керном, свита перекрыта ряжской свитой среднего девона. Соседская свита сложена розовыми кварцевыми песчаниками хорошей сортировки. Осадконакопление происходило в узколокальном сильно опресненном бассейне при высокой тектонической активности и сильной эрозии областей сноса.

Торопецкая (11-102 м) и ярцевская (10-115 м) свиты составляют древлянскую серию, которая выполняет не только рифейские авлакогены, но и налегает на кристаллический фундамент за их пределами. Такое изменение структурного плана связано с перестройкой, начавшейся с середины раннего венда и четко проявившейся в конце него. Процесс происходил и выражался в выполаживании отрицательных структур, связанных с развитием авлакогенов, и слиянии их между собой, в постепенном облекании более молодыми образованиями кристаллического фундамента.

Отложения торопецкой свиты V1tor (парцинская V1pr) (здесь и далее в скобках — некоторое соответствие “Стратиграфической схеме вендских отложений Московской синеклизы”, РМСК, 1996) с размывом ложатся на породы подстилающих свит. В пределах авлакогена они развиты только в Каверинской зоне.

В нижней части свита представлена чередованием тиллитовых и межтиллитовых ледниково-озерных и озерных отложений, в верхней части — флювиогляциальными песчаниками, переслаивающимися с озерными, ледниково-озерными образованиями и тиллитоподобными породами.

Ярцевская свита V1jar (зубово-полянская V1zp) резко трансгрессивно залегает на различных толщах континентальных ледниковых образований торопецкой свиты, а в скв. 30 Рязань — на отложениях каверинской свиты. Нижняя часть свиты сложена светло-серыми мелкозернистыми песчаниками с хорошо скатанной мелкой галькой, верхняя — пестро- цветными вулканогенно-осадочными породами. В карбонатных частях разреза встречены микрофитолиты.

Верхневендские отложения в Пачелмском авлакогене распространены только в Каверинской зоне и представлены валдайской серией, в которой снизу вверх выделяются редкинская, макарьевская и котлинская свиты. Мощность валдайской серии, наибольшая в центральных частях зоны, в среднем составляет 200-250 м. К бортам авлакогена серия постепенно выклинивается за счет срезания верхних частей. Не исключено, что серия распространялась на всей территории Пачелмского авлакогена, переходя на востоке в отложения верхнебавлинской серии Серноводско-Абдулинского прогиба. Валдайские отложения Пачелмского авлакогена посвитно сопоставляются с одноименными отложениями Московского грабена и Московской синеклизы, что подтверждается биостратиграфическими данными, наличием хорошо прослеживающихся литологических и промыслово-геофизических реперных горизонтов.

Редкинская свита V2rd (гаврилов-ямская V2gia + непейцинская V2np) представлена чередованием сероцветных песчаников, от зелено-серых до черных, в средней части — бурых аргиллитов и алевролитов, в которых часты прослои, обогащенные пленками ОВ. Редкинская свита, по данным И.Е.Баланюк (1974), отличается повышенными значениями Сорг — 1,5-3,0 % при содержании ХБА от 0,0063 до 0,03 % и достаточно больших значениях b — 0,4-1,6 %. Часты выделения пирита и сидерита. В основании — сильно хлоритизированные песчаники с галькой, напоминающие переотложенную кору выветривания. По данным И.Е.Постниковой в средней части свиты присутствует пачка горючих сланцев мощностью 20 м, характеризующаяся высоким содержанием ОВ. По мнению В.И.Браташа и М.М.Толстихиной, породы относятся к сапропелевому типу и названы “вендским домаником” (Кирсанов В.В., 1968). Отложения редкинской свиты накапливались в субаквальных условиях эпиконтинентального морского бассейна, типичного для нового платформенного этапа развития. Осадконакопление протекало в нейтральных и восстановительных условиях, эпизодически сменявшихся окислительными обстановками, связанными с изменениями рН вследствие привноса в осадочный бассейн вулканогенного материала.

Фациальная гамма населения бассейна может быть охарактеризована следующим образом: на крайнем мелководье преобладали цианобактериальные маты, в среднеглубинных частях — цианобактерии, которые вели преимущественно планктонный образ жизни, в открытых и более глубоких водах развивался эвкариотный планктон, а в зонах с активной динамикой вод встречались заросли вендотении (Бурзин М.Б., 1993).

Макарьевская свита V2mk (отсутствует) (до 57 м) включает преимущественно зеленовато-серые песчаные отложения, чередующиеся с подчиненными прослоями серых алевролитов и аргиллитов, реже гравелитов и конгломератов. Осадконакопление протекало так же, как и ранее, в условиях эпиконтинентального моря. Представляется, что накопление осадков псефитовой размерности в данном случае связано с подъемом в областях сноса и повышением интенсивности их разрушения.

Котлинская свита V2k (любнинская V2lb) представлена чередующимися аргиллитами, алевролитами и песчаниками. В разрезе свиты дважды появляются породы преимущественно зеленой и серой окраски и дважды — красной и пестрой окраски. Для пород характерны горизонтальная, пологоволнистая слоистость, оползневые текстуры, трещины усыхания. На плоскостях напластования серо-цветных аргиллитов отмечаются пленки ОВ. В аргиллитах присутствуют пирит, стяжения сидерита и единичные зерна глауконита. Накопление осадков происходило в условиях прибрежных мелководных частей эпиконтинентального морского бассейна при одновременной пенепленизации прилегающих областей суши и расширении трансгрессии.

Таким образом, отложения редкинской и в меньшей степени котлинской свит могут рассматриваться в качестве нефтематеринских. На возможную миграцию УВ из глин в пласты-коллекторы указывают аномально высокие значения коэффициента b в песчаниках на отдельных площадях.

По литолого-геофизическим данным и определениям коллекторских свойств по керну в верхневендских отложениях выделяют пласты-коллекторы: песчаники в основании редкинской свиты и песчаники макарьевской свиты. Открытая пористость, определенная по керну, изменяется от 0,2 до 28,0 %, а проницаемость — от 0,00001 до 0,931 мкм2.

Для верхневендских образований покрышками могут являться верхняя часть редкинской свиты и котлинская свита.

На основании данных, полученных современными методами органической геохимии, включавшими, помимо традиционных исследований, пиролиз, газожидкостную хроматографию и хроматомассспектрометрию, можно сделать заключение, что отложения верхнего протерозоя Пачелмского авлакогена содержат нефтематеринские толщи (иргизскую, пересыпкинскую, веденяпинскую, красноозерскую, редкинскую). Исходным было ОВ бентоса и планктона (синезеленые водоросли), накапливавшееся в морских условиях, преимущественно в восстановительной обстановке — наиболее благоприятной для формирования нефтегазоматеринских пород. Верхнедокембрийские породы обладают средним нефтяным и газовым потенциалом, который еще не полностью реализован, и находятся в главной зоне нефтеобразования (МК1-МК2).

В разрезе докембрийских отложений Пачелмского авлакогена имеются как коллекторские толщи (воронская, меньше веденяпинская и редкинская свиты), так и флюидоупоры (красноозерская и частично котлинская свиты).

Все перечисленные предпосылки достаточно убедительно подтверждают возможность открытия промышленных скоплений УВ в недрах Пачелмского авлакогена.

Очевидна необходимость проведения детальных сейсмических работ с целью выявления возможных структурных, литологических и тектонических ловушек. Полученные данные позволят обосновать возможность постановки поисково-разведочного бурения.

© И.Е.Постникова, О.К.Баженова, Т.А.Коцарева, 1998

ABSTRACT

Further increase of oil and gas reserves in central areas of Russia should be expected at the expense of ancient deep seated formations known within the aulacogens. Results of recent lithologic and facies, paleotectonic and geochemical studies confirm potential prospects of this tendency. Upper Pro-terozoic formations of Pachelmsky aulacogen have a thickness of 1-4 km and are represented by normal sedimentary rocks, mainly terrigene series. These formations contain five oil source sections. Oil and gas potential is medium and not completely realized. Reservoir beds with porosity of up to 20% and impermeable seams are presented in the section of Pre-Cambrian formations of Pachelmsky aulacogen. It is recommended to carry out detailed seismic works aimed at revealing the possible structural, lithological and tectonic traps that will allow to substantiate a possibility of exploratory drilling.

 

Границы: 1 — авлакогена, 2 — распространения отложений верхнего докембрия, 3 — структурно-фациальных зон; 4 — геологический профиль

 

Сайт создан в системе uCoz