Западно-Сибирская низменность представляет собой молодую плиту с гетерогенным складчатым основанием и слабодислоцированным мезо-кайнозойским чехлом. Формированию осадочного чехла предшествовал период длительного относительного тектонического покоя в условиях теплого и влажного климата (Ясович Г.С. и др., 1987; [2]), способствовавшего выравниванию расчлененного рельефа домезозойского фундамента, развитию физико-химических процессов выветривания и образованию формации коры выветривания.
Определение понятия "кора выветривания" формулировалось многими учеными: Б.Б.
Полыновым (1934), И.И. Гинсбургом (1957), В.П. Петровым (1967) и др. [4]. Согласно К.В. Шанцеру (1986), под корой выветривания мы понимаем "...часть поверхности покрова суши, сложенную топографически не смещенными продуктами гетерогенного изменения вещества материнских горных пород". Как отмечал в своей работе Г.А. Каледа, "... те же продукты, перекрытые отложениями более молодого возраста, образуют ископаемые коры выветривания, которые могут представлять интерес для геологов-нефтяников" [1]. В работах Н.П. Хераскова, В.Н. Разумовой (1963), Д.Д. Сапожникова (1968) кора выветривания характеризуется четко выраженной вертикальной зональностью. Зоны характеризуются определенным набором происходящих в них процессов, минеральным новообразованием и, следовательно, физическими свойствами. Ю.П. Казанский считает целесообразным выделение двух типов кор: гидрослюдисто-каолинитового, развивающегося главным образом при выветривании кислых изверженных, метаморфических и алюмосиликатных осадочных пород, и монтмориллонит-каолинит-охристого, развивающегося по ультраосновным, основным, частично средним изверженным и метаморфическим породам, а также при разложении карбонатных пород.
Н.И.
Архангельский в 1962 г., изучая образования кор выветривания на Урале, выделил в них три зоны [4]. В последующие годы была проведена более дробная их классификация (табл. 1).
Представляется очевидным, что выветривание вызвано совокупным действием химических, физических и биологических процессов, как это показано в работах В.К.
Крумбейна и Л.Л. Слосса [5], Г.И. Теодоровича. Применительно к территории Западной Сибири вполне возможно выделение химического и физического (или механического) типов – по преобладанию одного из процессов. Биологическое выветривание, связанное с почвообразованием (действие корней и растительных кислот), на наш взгляд, нецелесообразно выделять в отдельный тип. Это объясняется в первую очередь спецификой разреза – в различных отложениях многочисленные выделяемые почвенные прослои далеко не всегда связаны с длительными перерывами в осадконакоплении. Вместе с тем их мощность не превышает первых десятков сантиметров, составляя, как правило, 10-15 см, и, следовательно, они не могут быть выделены по материалам ГИС.
Формирование древней коры выветривания началось в раннем триасе, а завершилось на разных участках Западно-Сибирской плиты в разное время. Возраст ее, таким образом, весьма неопределенен, по крайней мере, время завершения ее формирования имеет "скользящий характер". В большинстве районов образование древней коры выветривания закончилось в основном в конце триаса, а в других – в течение ранней–средней юры. На отдельных поднятиях и на бортах Западно-Сибирской плиты возраст перекрывающих отложений – поздняя юра–ранний мел. Распространение и мощность коры выветривания определяются
древним рельефом поверхности фундамента. На сводах крупных поднятий (Сургутский, Нижневартовский и Александровский своды) она, как правило, не образовывалась или размывалась, что приводило к наращиванию разреза на склонах и пониженных участках. В наиболее погруженных зонах (Уренго-Колтогорский и Ярсомовский мегапрогибы, Тундринская депрессия) кора выветривания замещается на толщу конгломератов и грубозернистых, плохоотсортированных песчаников с гравийной примесью делювиально-пролювиального состава мощностью 60-80 м. Продукты коры выветривания первоначально имели широкое площадное распространение, но сохранились лишь на участках, испытавших относительно быстрое тектоническое погружение. Отдельные зоны полного профиля коры выветривания иногда присутствуют на сводах положительных структур, но их мощность значительно сокращена в результате размыва.
Площадная кора выветривания с резко меняющейся мощностью наиболее распространена на территории Западно-Сибирской плиты. По контактам пород разного состава и зонам разломов развиваются изменения, прослеживающиеся на большую глубину и создающие своеобразные "карманы". Такие тела получили название "линейных" кор выветривания. В единичных случаях на каротажных диаграммах можно наблюдать несколько повторяющихся циклов коры выветривания, развитых по эффузивным образованиям (Асомкинская и Тагринская площади). Это, вероятно, объясняется несколькими этапами тектонической активизации, приведшими к серии повторяющихся со временем излияний.
Помимо тектонических процессов, которые влияют главным образом на рельеф, огромное значение на формирование кор выветривания оказывает климат. Наиболее интенсивно развитие кор происходит в жарком гумидном климате, когда основным процессам способствуют высокая температура, большое количество осадков и огромная масса органического материала. В умеренном и холодном климате выветривание происходит со значительно меньшей интенсивностью.
Трудности распознавания и выделения кор выветривания в разрезе Западно-Сибирской плиты связаны главным образом с тем, что они погребены под мощной мезо-кайнозоискои толщей осадочных пород. В этих случаях основными источниками информации являются данные керна, каротаж и материалы сейсморазведки. Однако однажды выделенные по материалам промыслово-геофизических исследований
(ПГИ), они затем могут легко распознаваться на всей остальной территории. Даже в случае, когда в силу специфики тектонических и палеогеографических условий весь осадочный разрез практически полностью меняется (Зауралье), четко выраженная зональность и характерные черты отдельных частей коры выветривания сохраняются.
Кора выветривания развита по всем типам пород доюрского основания – изверженным, метаморфическим и осадочным. Мощность меняется в широких пределах – от
0 до 140 м, максимальная типична для карбонатных и эффузивных пород. Граница с материнской породой нечеткая, верхний контакт может быть весьма разнообразным, так как зависит от состава перекрывающих отложений. При полевых работах 1991-1993 гг. и последующих исследованиях (О.В. Сидоренко, М.С. Зонн) проведена генетическая классификация различных образований формации коры выветривания. Для выделения отдельных обстановок и фациальных зон использовались литологические характеристики, положение в разрезе, характер границ, морфология отдельных тел и приуроченность к элементам палеорельефа. Сходство признаков, установленных в результате изучения современных (Южный и Средний Урал) и древних типов осадков, послужило основой определения конкретных обстановок.
Выделение коры выветривания в разрезе позволяет определять место отдельных обстановок в трансгрессивно-регрессивном ряду и на основе фациально-циклического анализа прогнозировать их последовательную смену. В детально изученных разрезах скважин с некоторой долей условности выделяются пять типов образований, интерпретируемых как зоны (фации) формации коры выветривания.
Зона А – неизмененный палеозой (или настолько слабо измененный, что это не фиксируется показаниями ГИС). Ее свойства и промыслово-геофизические характеристики полностью определяются составом пород основания. Наиболее характерной чертой является резкое увеличение показаний кажущегося сопротивления (250-500 Ом-м).
Зона Б представлена породами доюрского основания, разбитыми трещинами различной ориентации, часть из которых залечена кальцитом, кремнеземом или продуктами разрушения (Западно-Варьеганская площадь, скв. 227; Варь-Еганская площадь, скв. 952 и др.). В керне и шлифах (Крючковская площадь, скв. 30, Юная площадь, скв. 31, Каралькинская площадь, скв. 102) отмечаются трещинки, заполненные листоватым углистым веществом. Иногда в верхней части зоны по трещинкам может развиваться сферосидерит (Агатовая площадь, скв. 701, Хохряковская площадь, скв. 76), что сказывается на снижении сопротивления. Контакт между зонами А и Б плавный, хорошо фиксируется по показаниям потенциал-зондов (
рис. 1). На диаграммах РК и ПС эта зона не проявляется, а показания АК различны и неинформативны. Иногда эта зона выделяется методом АК (lgA) – по сильной дифференциации кривой и повышенным значениям амплитуд. В основании сохранены структура и текстура материнской породы, что может свидетельствовать о ее первичном залегании.
Зона В представлена брекчией и конгломератобрекчией нижележащих и различных других пород. Обычный набор обломков: гранитоиды, кремни, микрокварциты, сланцы, разнообразные эффузивы, карбонатные и карбонатно-глинистые породы. Обломки в различной степени изменены и сцементированы преимущественно глинистым (каолинит-гидрослюдистым), реже карбонатным (кальцит-сидеритовым) веществом.
Часто отмечаются трещины, проникающие из зоны Б. На каротажных диаграммах она отбивается повышенными до 60 Ом-м показаниями КС, сильно дифференцированными кривыми РК и АК. Часто конгломерато-брекчии выделяются по незначительной плавной отрицательной аномалии (-5...-10 мВ) на фоне недифференцированных положительных показаний ПС. На Северо-Хохряковской, Ореховой и Усть-Вахской площадях она проницаема в результате открытости одной из систем трещин. В этом случае на диаграммах ГИС зона выделяется по аномально низким значениям сопротивления (проводимость 280-360 мкСм/м) и сильно дифференцированным высоким (до -75 мВ) отрицательным показаниям ПС (рис. 2).
Для коры выветривания наиболее характерна четвертая зона Г, представленная светло-серой, белой, тонкоотмученной однородной глинистой породой, преимущественно каолинитового состава с тонкими прослоями, линзами и включениями хорошо окатанных кварцевых, кремнистых, реже халцедоновых галек. Каолинит, являющийся типичным для влажного климата
, образовывался в результате химического выветривания богатых полевым шпатом пород (гранит, порфир). При определенной материнской породе, по мнению Шварцбаха, он должен был образовываться в глубоких частях профиля выветривания. На каротажных диаграммах эта зона выделяется аномально низкими значениями кажущегося сопротивления, глубокими кавернами, нерасчлененной положительной аномалией ПС, минимальными показаниями радиоактивных методов (ГК, НГК, НКТ, ГГМ-п) (рис. 3). Максимальная мощность достигает 30 м.
Зоны Д и Е – типично терригенные и выделяются в составе полного профиля коры выветривания по чисто литологическим (текстурным) признакам; положению в разрезе; характерной связи с нижележащими отложениями.
Зона Д представлена крупно-
и среднезернистыми плохо отсортированными песчаниками с прослоями галек, обломков различных пород и измененных, крупных (до 15 см) кусков древесины и конгломератов.
По результатам исследований было выделено два типа грубозернистых образований. Чаще всего в разрезах встречаются конгломераты темно-серой, зелено-серой, иногда грязно-зеленой окраски. Форма обломков окатанная, иногда слабо вытянутая в горизонтальном направлении. Обломки представлены кварц-серицитовыми и глинистыми сланцами, каолинизированными обломками интрузивных и эффузивных пород, часто отмечаются обломки кварца, кремня, полевых шпатов, слюд и хлорита. В цементе, помимо разнообразного глинистого и алевропесчаного материала, много хлорита и рудных минералов (пирит, магнетит). В тех случаях, когда кора представлена древним элювием, наблюдается некоторая отсортированность обломочного материала.
Второй разновидностью являются конгломераты преимущественно кварцевого состава: серые, буровато-серые до белых,плотные с каолинитовым и алевропесчаным цементом. Тип цементации сложный: пленочный, соприкосновения, выполнения пор, состав сидерит-каолинитовый и гидрослюдисто-каолинитовый. Сидерит в виде пленок окаймляет обломочные зерна. В цементе иногда содержатся углистые включения и гидроксиды железа, придающие породе бурый оттенок. Местами встречаются гнезда чистого хорошо раскристаллизованного каолинита.
Песчаники темно-серые, серые, очень часто бурые, пятнистые из-за неравномерного обогащения органикой. Состав – близкий к граувакковому, цемент глинистый, кремнистый, порово-пленочный, контактовый, участками регенерационный. Отдельные поры выполнены каолинитом, характерно присутствие гётита, гематита и ожелезненных конкреций, повышенное содержание кремнезема. Содержание органики иногда так велико, что сказывается на показаниях метода естественной радиоактивности и значения ГК становятся неотличимы от фоновых значений глин. По сравнению с низкоомной подстилающей каолинитовой зоной Г, а иногда с перекрывающей углисто-глиняной зоной Е грубозернистые разности хорошо выделяются повышенными показаниями кажущегося сопротивления. Значительные мощности вскрываются в скв.707 Агатовая, 952 Варь-Еганская, 11, 5, 6, 2 Северо-Варьеганские (мощность пачки до 50 м).
Зона Е – аргиллиты бурые, темно-коричневые, черные, пятнистые, сильно углистые, с линзами и прослоями угля, обугленными остатками корневых систем, мелким растительным детритом. Отмечаются линзы и прослои разнозернистых, плохо отсортированных глинистых алевролитов и песчаников с углистыми включениями. В верхней части обычно это почвенные и подпочвенные слои, завершающие полный профиль коры выветривания.
Зоны Б, В и Г преимущественно химического выветривания, первичная структура в них сохранена, промежуточные границы (и изменения физических свойств) проходят плавно. От зон Д и Е, в которых доминирующую роль начинают играть процессы физического выветривания, отделяются резкой границей, со следами размыва. Верхняя часть формации коры выветривания была переработана и переотложена
in situ. Об этом свидетельствуют: слоистые текстуры; наличие реликтовых элементов нижележащей каолинитовой фации; привнесенные углистые частицы и обломки пород в ассоциации со значительным количеством мелких сфероидальных новообразований сидерита. При корреляции каротажных диаграмм наиболее информативен метод ГК, так как на его показания не влияют постседиментационные изменения, связанные с глубиной залегания породы. Примечательным является также тот факт, что плотностные и акустические характеристики этих зон практически не меняются в различных районах и с глубиной. Это дает возможность использовать данные составленного полного профиля при прогнозировании свойств отдельных зон в скважинах, где необходимый комплекс методов ГИС по тем или иным причинам не был выполнен. Типичный пример каротажных диаграмм зоны химического выветривания и соответствующее им распределение глинистых минералов (по данным М.С. Зонн, О.В. Сидоренко) показаны на рис. 4, а соответствующие цифровые значения приведены в табл. 2.
Породы коры выветривания обладают весьма низкой проницаемостью и лишь в случае сильной трещиноватости и раздробленности могут являться удовлетворительными коллекторами. Для карбонатных пород аналогичное улучшение фильтрационно-емкостных свойств может быть вызвано частичным растворением и вторичной кавернозностью. Подобные явления отмечались на Северо-Варьеганской, Северо-Сикторской, Советско-Соснинской и некоторых других площадях.
По данным В.Б. Полынова, мощность зоны выветривания может достигать 500 м, Н.И.
Архангельский определял мощность образований коры выветривания до 150 м, а как правило, 15-40 м [4]. В рассмотренных разрезах мощность образований, интерпретируемых как коры выветривания и палеопочвы, редко превышает 80 м и чаще всего составляет 35-45 м. Однако следует отметить возможность попадания ствола скважины в зону трещиноватости, связанную с границей различных тектонических блоков. Такая зона может протягиваться неограниченно глубоко, как это, вероятно, произошло в скв. 104 Няртольской (Бахиловской) площади.
Расчленение и корреляция образований внутри коры выветривания по ГИС чрезвычайно затруднены и без комплекса ПГИ высокого качества неоднозначны. Наличие многочисленных схем сопоставления и выводов по строению Северо-Варьеганского месторождения, а также отсутствие единого мнения по строению и свойствам полного профиля коры выветривания являются лучшим тому доказательством. При наличии спорных вопросов предпочтение следует отдавать методу естественной радиоактивности.
Залежи могут формироваться как в нижней, так и в верхней зоне кор выветривания магматических, метаморфических или вулканогенных пород (Лапинская Т.А., Журавлев Е.Г. (1975); Журавлев Е.Г., 1973; [3]). Наличие притоков и проявлений нефти и газа на Новопортовской, Горелой, Медведевской, Карабашской, Фестивальной, Черемшанской, Квартовой и Чебачьей площадях вызывает постоянный интерес к этому комплексу, но реальные перспективы нефтегазоносности оцениваются достаточно скромно, в первую очередь из-за слабой изученности бурением и неоднозначности выделения по материалам сейсморазведки. Отмеченная Н.И.
Архангельским возможность определения нижней границы циркуляции грунтовых вод по результатам анализа мощностей кор выветривания представляет значительный интерес для палеогеоморфологических реконструкций основания к началу накопления нижнеюрской толщи, которая в настоящее время считается одним из основных перспективных комплексов. Верхняя часть профиля является ключевой поверхностью при циклостратиграфическом анализе нижне-среднеюрских отложений. При регрессии на нее будут налегать осадочные циклы, наращиваясь в направлении палеодепоцентра.
Основные возможности улучшения коллекторских свойств связываются с зонами разуплотнения (брекчии, псевдобрекчии) на участках развития мощных образований коры выветривания; зонами контакта преимущественно карбонатных или глинисто-карбонатных отложений с эффузивами триаса, где могут образовываться карстовые полости; зонами контакта преимущественно песчаных пачек – базальных частей нижней юры (пластов Ю
10-Ю14) или любых других грубозернистых образований с породами фундамента. Коллекторские свойства этих горизонтов, как правило, низкие, но это не исключает возможности обнаружения в районе исследования участков с улучшенными фильтрационно-емкостными свойствами. Формирование таких зон также возможно за счет гидротермальной проработки, разуплот нения или трещиноватости, на это указывали О.В. Найденов (1987), С.С. Эльманович и др. (1988), М.Ю. Зубков и Т.А. Федорова (1989). Однако, как отмечалось многими авторами (Журавлев Е.Г., Лапинская Т.А., 1976; Хахилева Я.М., 1983), во всех случаях существенную роль будет играть состав разрушаемых пород доюрского основания, прогноз которого весьма проблематичен.
В Широтном Приобье залежи в образованиях коры выветривания относятся к структурно-литологическому типу (Федоров Ю.Н., 1984,1987). Характерно образование единой залежи с перекрывающими их нижне-, реже среднеюрскими отложениями – Кошильская, Северо-Варьеганская и Тайлаковская площади. Распространение отложений кор выветривания весьма неравномерное. Как отмечалось Н.И.
Архангельским и др. (1968), вероятность сохранения площадной коры от размыва тем больше, чем раньше она была погребена под более молодыми осадками. Поэтому при прочих равных условиях полный профиль и максимальная мощность коры будут соответствовать меньшему по длительности перерыву. С возвышенных в палеоплане участков, характеризовавшихся максимальным по длительности перерывом в осадконакоплении, кора была смыта или сохранилась в незначительных объемах. В центральных частях депрессионных зон кора выветривания может частично или полностью замещаться грубозернистыми плохо отсортированными песчано-гравийными отложениями с примесью и прослоями конгломератов.
Максимальные по мощности и наиболее полные профили коры выветривания развиты по- эффузивам (скв.30 Юная, 300 Вэнгапурская) и карбонатным образованиям
(скв. 227 Западно-Варьеганская). Приходится признать, что разработка методики обоснованного прогноза перспективных участков в таком сложном объекте пока затруднительна. В первую очередь из-за неоднозначного определения вещественного состава пород фундамента и промежуточно-структурного комплекса, а также участков развития максимальных мощностей кор выветривания по данным MOB ОГТ.
Выводы
Описанные каротажные фации полного профиля формации кор выветривания позволяют уверенно выделять по на материалам ПГИ при отсутствии керна и дают
возможность правильно (корректно) проводить границу между осадочным чехлом и фундаментом, а также прогнозировать последовательную смену фациальных зон по разрезу.
Независимо от возраста и положения в разрезе свойства зон полностью определяются их положением в полном профиле коры выветривания.
Моделирование псевдоакустического разреза и построение синтетических сейсмограмм позволят значительно снизить неоднозначность интерпретации при комплексной обработке материалов ПГИ и
MOB ОГТ.
Основная проблема прогноза нефтегазоносности заключается в поиске участков с улучшенными коллекторскими свойствами. В этом случае зоны Б и В могут
представлять значительный интерес как дополнительный объект разведки на участках с промышленной нефтегазоносностью верхних горизонтов. Зона Д относится к невыясненным и потенциально перспективным объектам.
The article presents the available classifications of the weathering crust's deposits within the West Siberian oil-and-gasbearing basin and gives a detailed description of a complete profile of weathering crust (zones A-E).
It is established that without regard to age and position in the section, characteristics of zones are in full governed by their position in the whole profile of weathering crust.
The main problem of oil and gas potential prognosis consists in searching for locations with improved reservoir properties. In this case, zones В and С are of particular interest as additional exploration plays in zones with commercial oil and gas potential of upper horizons. Zone D relates to the unidentified and potentially promising plays.
Литература
Вопросы методики изучения литологии в нефтегазоносных областях / Под ред. Г.А.
Каледы. – М.: Недра, 1970.
Гурари Ф.Г., Еханин А.Е. Закономерности размещения углеводородных залежей в нижне-среднеюрских отложениях Западной Сибири // Геология и геофизика. – 1987. – № 10.
Журавлев Е.Г., Лапинская Т.Д.,
Фаин Ю.Б. Газонефтеносность коры выветривания фундамента Шаимского района // Геология нефти и газа –1973. - № 6.
Наливкин Д.В. Учение о фациях. - Л.: Изд-во АН СССР, 1955.
Обстановки осадконакопления и фации / Под ред. Х.Рединга. -М.: Мир, 1990.
Элювиальная (кремнезем) и иллювиальная (оксиды и гидроксиды)
Вторичное осаждение вещества, вынесенного из зоны выщелачивания
Зона разложения
Развитие гипергенных минералов (каолинит, гидрослюда, гидрохлорит, кварц, оксиды железа). Порода представляет собой глинистую массу, сохраняет пятнистость и первоначальную структуру. Основная масса – каолинит, загрязнена гидроксидами железа
Кремнезем, опал, каолинит и реликты
Г
Средняя Зеленоватая или пе-строцветная (глинистая)
Пятнистая (каолинит, монтмориллонит, нонтронит)
В
Нижняя Крупно-средние и мелкие обломки материнских пород
Зона выщелачивания
Частичный вынос. Изменения темноцветных минералов, их замещение хлоритом, гидрохлоритом, гидрослюдой; выделение лейкоксена
