К оглавлению журнала

© А.О. Гордеева, Л.В. Жидкова, Л.В. Хоменко, 1999

ВЛИЯНИЕ ИНТРУЗИЙ ДОЛЕРИТОВ НА НЕФТЕГАЗОНОСНОСТЬ ЮЖНО-ТУНГУССКОЙ НЕФТЕГАЗОНОСНОЙ ОБЛАСТИ

А.О. Гордеева, Л.В. Жидкова, А.В. Хоменко (ИГНГ СО РАН)

Известно, что процессы нефтегазообразования в осадочных бассейнах напрямую зависят от температуры нагревания выполняющих их пород (Вассоевич Н.Б., 1962; Конторович А.Е., 1972). Примерные интервалы температур, при которых в прогрессивно погружающихся осадочных бассейнах типа Западно-Сибирского, Парижского, Мексиканского залива и др. реализуются главные фазы нефте- и газообразования, существуют и сохраняются скопления УВ, установлены достаточно достоверно. Обычно считают, что главная фаза нефтеобразования имеет место при интервале температур от 60-70 до 150 °С, а пик нефтегенерации приходится на температуру 80-120 °С [2]. Значительно сложнее обстоит дело с бассейнами, где в тот или иной период их развития интенсивно проявился трапповый магматизм. Очевидно, что значения трехмерного поля максимальных температур осадочных пород в таких бассейнах значительно выше и максимальные палеотемпературы являются важным критерием прогноза их нефтегазоносности. Между тем до последнего времени надежная методика определения максимальных палеотемператур пород в бассейнах с интенсивным проявлением траппового магматизма отсутствовала.

В ОИГГМ СО РАН был выполнен цикл работ по созданию такой методики (В.В. Ревердатто, В.Н. Шарапов, А.Э. Конторович, И.И. Лиханов, А.А. Тен, А.В. Хоменко и др.).

Было показано, что достаточно эффективными методами палеотемпературных реконструкций являются оценка по биминеральным термометрам и теплофизическое математическое моделирование [3, 4]. Последний метод весьма эффективен, когда в разрезе присутствует только один пластовый интрузив. В случае наличия нескольких пластовых интрузивов результаты экспериментов и вытекающие из них выводы существенным образом зависят от одного из начальных условий: одновременно или разновременно произошло их внедрение. Необходимо выработать подходы к выбору таких начальных условий.

В бассейнах с интенсивным проявлением траппового магматизма основную роль в нагревании осадочных пород до аномально высоких температур играет не тепловой поток из фундамента, а пластовые интрузивы, число которых (по материалам бурения) в некоторых разрезах, например на западе Сибирской платформы, достигает 15-20. Естественно, что одновременное внедрение всех или, по крайней мере, некоторых магматических тел, содержащихся в осадочном разрезе, нагреет вмещающие толщи сильнее, чем последовательные интрузии, разделенные промежутками времени, достаточными для остывания предыдущего интрузива до регионального фона, создаваемого тепловым потоком. Поэтому при восстановлении режима нагревания осадочных пород в регионах с интенсивным трапповым магматизмом весьма важно решить вопрос о характере (одновременность – разновременность) внедрения трапповых тел.

Для выявления максимальных температур нагревания и соответственно степени воздействия долеритов на органическое вещество и нафтиды в ОИГГМ СО РАН были использованы определения максимальных температур нагревания по биминеральным термометрам в сочетании с математическим моделированием [3, 4]. В качестве геологического объекта исследования была выбрана западная окраина Сибирской платформы в пределах Южно-Тунгусской нефтегазоносной области (НГО).

И.И. Лихановым и А.А. Теном при изучении одной из скважин в центральной части Южно-Тунгусской НГО, вскрывшей девонские образования [2], был выполнен расчет температур нагревания пород, расположенных между интрузивами, при следующих альтернативных предположениях: 1) внедрение всех тел долеритов произошло одновременно; 2) внедрение тел долеритов произошло разновременно, причем интервал времени между отдельными интрузиями позволял предыдущему интрузиву и вмещающим его породам остыть до фоновых значений температур. Для этого же разреза оценка максимальных температур нагревания пород была выполнена независимым методом – по нескольким биминеральным термометрам, применимым для осадочных пород. Сравнение результатов определений по обоим методам позволило сделать важный вывод о разновременности интрузий в изучаемом разрезе [3], что хорошо согласуется с геологическими данными – пересечением одного интрузивного тела другим (Куренков С.А., Перфильев А.С., 1984; Куренков С.А., 1986).

Естественно, одного примера палеотемпературных реконструкций и проверки на этой основе гипотезы об одновременности или разновременности интрузии долеритов в осадочный чехол для создания общей модели недостаточно. Цель настоящей статьи – предоставить материал для решения этого вопроса на более представительной выборке.

Авторами был изучен керн скв. 3 Биробчанская, расположенной на западе Южно-Тунгусской НГО. В первую очередь следовало установить интрузивную природу магматических тел, вскрытых скважиной. Для этого были исследованы осадочные породы между силлами.

Скв. 3 Биробчанская вскрыла палеозойский разрез от нижнего девона до верхнего кембрия. Магматические тела в интервале от нижнего силура до нижнего ордовика содержат четыре силла (рис. 1), представленных мелкокристаллическими плагиоклаз-пироксеновыми долеритами. Первый силл мощностью 43 м залегает в валекской свите S1 vl, 2-й – мощностью 39 м расположен на 81 м ниже в чалбышевской свите S1cl (нижний силур), 3-й интрузив мощностью 68 м размещается в байкитской свите О1bk и 4-й мощностью 202 м – в усть-мундуйской свите О1um (нижний ордовик). Расстояние между 3-м и 4-м интрузивами – 93 м.

В разрезах, свободных от долеритов, валекская и чалбышевская свиты представлены доломитами, в меньшей степени известняками с прослоями доломитовых мергелей. По всему разрезу присутствует ангидрит (2-5 %). Примесь терригенных компонентов составляет 1-3 %, в основном это кварц и плагиоклазы алевритовой размерности. Байкитская свита сложена переслаивающимися крупнозернистыми алевролитами и мелкозернистыми песчаниками с известково-доломитовым цементом, объем которого достигает 30 %. Усть-мундуйская свита представлена переслаивающимися известняками и доломитами примерно в равных количествах.

В разрезе скв. 3 Биробчанская отмечается мраморизация карбонатных пород, расположенных между интрузивами, причем карбонаты сохраняют первоначально-слоистую текстуру. Вблизи от контактов изначально-доломитовые отложения валекской и усть-мундуйской свит становятся существенно кальцитовыми. Полностью исчезает ангидрит. В карбонатных породах в приконтактовых зонах присутствуют диопсид, гранат (возможно, гроссуляр), биотит, плагиоклаз, эпидот. На большем удалении в породах появляются кварц, тремолит, магнетит, тальк. В терригенных породах байкитской свиты в приконтактовых зонах отмечены кварц, плагиоклаз, актинолит, диопсид, тальк. На еще большем удалении встречаются мусковит, эпидот, магнетит. Комплекс метаморфических минералов позволяет считать, что породы расположены в пределах мусковит-роговиковой фации контактового метаморфизма (Ревердатто В.В., 1970). Это говорит о том, что скважиной вскрыты интрузивные тела. Кроме того, предыдущие исследования свидетельствуют, что в западной части Сибирской платформы пластовые интрузивы располагаются в палеозойской части разреза, а эксплозивные и эффузивные составляющие трапповой формации залегают выше подошвы триаса (Конторович А.Э., Мельников Н.В., Старосельцев B.C., Хоменко А.В., 1987; [1]). Все вышесказанное дает достаточную уверенность, что в Южно-Тунгусской НГО, как и во всей западной части Сибирской платформы, в палеозойских отложениях пластовые магматические тела имеют интрузивную природу.

Более детальное изучение петрологии интрузивных тел трапповой формации Сибирской платформы и подробное описание ассоциаций метаморфических минералов в экзоконтактовых зонах выполнено ранее А.М. Виленским (1967), В.В. Золотухиным и др. (1984), Б.В. Олейниковым (1979), В.В. Ревердатто (1970).

Для выявления температур нагревания были изучены интервалы осадочных пород между 1-м и 2-м, а также 3-м и 4-м интрузивами. Интервал между 2-м и 3-м интрузивами не был опробован в связи с плохой сохранностью керна.

Поскольку разрез представлен преимущественно карбонатными породами либо терригенными со значительным количеством карбонатов в цементе, для определения максимальных температур нагревания был использован кальцит-доломитовый термометр в модификации А.С. Таланцева (1978), имеющий преимущества перед другими модификациями (Puhan D., 1979; Goldsmith I. and Newton R., 1969). Достоверно измеряемый с использованием этого термометра интервал температур, величина возможной ошибки в измерениях температур пород, подвергшихся контактовому метаморфизму от трапповых интрузивов, рассмотрены в работе [4]. Для того чтобы убедиться в однородности распределения оксидов в зернах, по результатам замеров в которых с помощью кальцит-доломитового термометра проводится определение температур, и соответственно в достоверности определения палеотемператур, было сделано 25 определений содержания оксидов в одном зерне доломита. Для СаО среднеарифметическое содержание оказалось равно 30,94 %, стандартное отклонение 0,44, дисперсия 0,19; для МgО – соответственно 21,78; 0,49; 0,24; для МnО -0,017; 0,012; 0,0017; для FeO -0,12; 0,023; 0,00052, что свидетельствует об однородности распределения оксидов. Следовательно, применение кальцит-доломитового термометра в данной геологической ситуации возможно. Технология аналитических работ и аппаратура использованы те же, что и в работе [4]. Определения были выполнены сотрудниками Института минералогии СО РАН В.В. Лепетюхой и И.И. Лихановым. Этими же исследователями были выполнены определения максимальных температур по 30 образцам, отобранным из осадочных пород между интрузивами (табл. 1, табл.2).

С целью выявления последовательности внедрений интрузивов для этой же скважины были выполнены численные расчеты максимальных температур нагревания, исходящие из двух предположений: все интрузии происходили или одновременно, или разновременно. Для решения этой задачи необходимо было, во-первых, восстановить полный разрез осадочных пород и гипсометрическое положение интрузивов на момент их внедрения, во-вторых, использовать в расчете, при условии одновременности внедрения, все четыре интрузивных тела, вскрытых скважиной. Теплофизическое моделирование температурного поля вокруг пластинообразного интрузива, внедрившегося в осадочные породы, неоднократно выполнялось ранее (Шарапов В.Н., Меламед В.Г., 1966; Феоктистов Г.Д., 1978; Ревердатто В.В., Волкова Н.И., 1983; [3]). Авторами статьи были использованы те же методы и приемы, адаптированные к конкретным условиям Южно-Тунгусской НГО, и разработан соответствующий алгоритм.

Время внедрения основной магмы долеритов на территории Южно-Тунгусской НГО – конец позднего палеозоя – начало триаса (Конторович А.Э., Мельников Н.В., Старосельцев B.C., Хоменко А.В., 1987; Хоменко А.В., 1987). На этот период здесь над девонскими отложениями залегала достаточно мощная толща среднекаменноугольных – пермских пород и гипсометрическое положение силлов было гораздо ниже, чем в настоящее время, что и отражено на рис. 2.

Размытая в настоящее время часть каменноугольно-пермского разреза восстановлена по соседним скважинам и естественным обнажениям. Осадочный палеоразрез выглядит следующим образом (сверху вниз): аргиллиты – мощностью 100 м, алевролиты – 250 м, песчаники с глинистым цементом – 250 м (K2-31), мергели сульфатоносные – 180 м (D1-2), доломиты глинистые с ангидритом – 90 м (S2), доломиты – 80 м, доломиты глинистые – 85 м, известняки – 45 м (S1), аргиллиты – 80 м (О2), песчаники с карбонатным цементом – 75 м, известняки глинистые – 10 м, алевролиты – 15 м, известняки слабоглинистые – 50 м (О1), долериты – 43, 39, 68 и 202 м.

Таким образом, на момент внедрения кровля нижнего силла была на глубине 1650 м (см. рис. 2). Соответственно было реконструировано гипсометрическое положение и вышележащих интрузивов, но расстояние между ними сохранено таким же, как и в настоящее время. Начальная температура магмы принята 1200 °С, температура кристаллизации породообразующих минералов – 1100-950 °С, температура дневной поверхности – 20 °С. Температурный градиент на время внедрения интрузивов был принят 4 °С/100 м [1]. С учетом строения разреза, описанного выше, расчет выполнен для многослойной среды. Теплофизические коэффициенты взяты из справочника [5]. Сопоставление результатов теплофизических расчетов и биминеральной термометрии (см. рис. 1, табл. 1, табл.2) свидетельствует, что температурные кривые, построенные по лабораторным данным, совпадают с кривыми, полученными по результатам численного моделирования для случая разновременности интрузий. Выполненные расчеты и лабораторные определения палеотемператур показывают, что в изученном районе, так же как и на участке, рассмотренном в работе [3], магматизм был дискретным, многоактным и трапповые тела внедрялись в разное время. Выполненная работа позволяет также присоединиться к заключению, что для восстановления температурных условий в карбонатных осадочных бассейнах с трапповым магматизмом наиболее эффективно будет применение теплофизических расчетов, заверенных геологическим термометром в модификации А.С. Таланцева [4].

Такой вывод подтверждается и соотношениями магматических тел, наблюдаемыми в естественных обнажениях в различных регионах. Для современных действующих вулканов, например, установлено, что даже при многократных вулканических извержениях каждая последующая порция магмы прокладывала себе новый путь в жерле, прорывая ранее внедрившуюся магматическую колонну (Федотов С.А., 1976). Об этом же свидетельствуют наблюдения типа "дайка в дайке", сделанные на удаленных друг от друга участках Тунгусского осадочного бассейна.

Можно предположить, что механизм интрузий одного этапа в пределах единого геологического региона был однотипен (Конторович А.Э., Мельников Н.В., Старосельцев B.C., Хоменко А.В., 1987; [1]). Поэтому на основании ранее опубликованных данных и приведенных в статье материалов можно полагать, что внедрение позднепалеозой-раннемезозойских трапповых тел, составляющих подавляющее большинство на западе Сибирской платформы, происходило последовательно и разделялось промежутками времени, достаточными для остывания ранее внедрившихся магматических тел до фоновых температур. Это позволяет с высокой степенью достоверности оценить величину нагревания осадочных пород магматическими телами в эпоху максимального проявления траппового магматизма, в том числе и температурные условия, в которых находились нефтематеринские и неф-тегазопроизводящие комплексы в этот период.

В свою очередь такие расчеты дают возможность выявить особенности нафтидообразования в различных по составу осадочных толщах и выполнить достоверный прогноз сохранности и качества УВ-залежей, сформировавшихся в разрезах, в той или иной степени насыщенных трапповыми интрузивами.

Литература

  1. Геология нефти и газа Сибирской платформы / Ред. А.Э. Конторович, В.С. Сурков, А.А. Трофимук. – М.: Недра, 1981.
  2. Конторович А.Э., Меленевский В.Н. Учение о главной фазе нефтеобразования и его место в осадочно-миграционной теории нафтидогенеза // Изв. АН СССР. Сер. геол. –1988. - № 1. - С. 3-14.
  3. Лиханов И.И., Тем А.А. Определение одновременности/разновременности внедрения трапповых силлов на основании температур контактового метаморфизма // Докл. АН СССР. – 1991. - Т. 321, №5. - С. 1141-1143.
  4. Применение геотермометров для оценки температур метаморфизма в осадочных бассейнах с трапповым магматизмом / А.Э. Конторович, И.И. Лиханов, В.В. Лепетюха и др. //Докл. РАН. - 1995. - Т. 345, № 6. - С. 793-801.
  5. Физические величины / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. – М.: Энергоатомиздат, 1991.

Таблица 1

Результаты математического моделирования температурного поля и биминеральной термометрии по скв. 3 Биробчанская при внедрении 1-го и 2-го интрузивов

Температура по кальцит-доломитовому термометру, °С

Математическое моделирование температурного поля

Расстояние от интрузивов, м

Температура максимального нагревания пород при внедрении интрузивов

от 1-го вниз

от 2-го вверх

разновременном

одновременном

1

2

1-4

580

3,2

86,8

570

237

600

540

4,7

85,3

560

241

580

480

7,5

82,5

470

245

577

430

11,0

79,0

432

251

565

450

12,2

77,8

425

252

562

350

22,8

67,2

365

271

560

310

34,8

55,2

319

299

557

310

43,4

46,6

296

326

556

320

44,1

45,9

294

328

556

330

51,9

38,1

278

350

554

340

63,8

26,2

256

380

553

390

64,6

25,4

254

410

554

400

66,5

23,5

252

420

554

Таблица 2

Результаты математического моделирования температурного поля и биминеральной термометрии по скв.3 Биробчанская при внедрении 3-го и 4-го интрузивов

Температура по кальцит-доломитовому термометру, °С

Математическое моделирование температурного поля

Расстояние от интрузивов, м

Температура максимального нагревания пород при внедрении интрузивов

от 3-го вниз

от 4-го вверх

разновременном

одновременном

3

4

1-4

580

16,2

77,8

610

475

799

550

22,8

71,2

580

479

803

550

26,4

67,6

563

483

813

550

27,0

67,0

559

493

814

500

40,0

54,0

474

510

831

500

43,5

50,5

457

513

836

530

48,0

46,0

437

520

842

530

49,5

44,5

431

543

844

550

57,0

37,0

404

558

855

550

64,0

30,0

387

560

864

560

68,0

26,0

379

563

868

560

73,0

21,0

369

569

874

550

77,0

17,0

362

578

878

560

79,0

15,0

359

590

881

590

90,0

4,0

342

615

894

600

92,0

2,0

339

620

896

630

93,5

0,5

336

648

899

Рис. 1. НАГРЕВАНИЕ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД ИНТРУЗИВАМИ (скв.3 Биробчанская)

Породы: 1 – известняки, 2 – доломиты, 3 – мергели, 4 – песчаники, 5 – алевролиты; примеси в породах: б – глины, 7 – кремнезем, 8 – магнетит; 9 – расчетные максимальные температуры нагревания осадочных пород для условий одновременного (а) и разновременного (б) внедрения интрузивов; 1-4 – номер интрузива

Рис. 2. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУР НАГРЕВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД ПО РАЗРЕЗУ скв.3 БИРОБЧАНСКАЯ ДЛЯ УСЛОВИЙ ОДНОВРЕМЕННОГО (1) И РАЗНОВРЕМЕННОГО (2) ВНЕДРЕНИЯ ИНТРУЗИВОВ

Сайт создан в системе uCoz