Все о разломах и трещинах; методы изучения и приложения в практику > Разломы и нефтегазоносность недр
От разлома к тектоноблендеру - шаг вперед или два шага назад
Карпов Валерий Александрович:
От разлома – к тектоноблендеру.
Спор «органиков» и «неоргаников» не завершен, а значит, генезис скоплений УВ пока не очевиден. Как те, так и другие находят аргументы в пользу своей гипотезы, как правило, в одних и тех же регионах, в одних и тех же нефтегазоносных комплексах, в образцах, пробах одних и тех же пород и флюидов по одной простой причине: в большинстве случаев мы имеем дело с УВ смешанного типа.
Автор этих строк в течение 40 и более лет изучал геологический материал, руководил процессом изучения геологии и нефтегазоносности в различных регионах (Припятский прогиб, север Афганистана, Западная и Восточная Сибирь, Ненецкий автономный округ) и везде наблюдал то или иное влияние разломов на нефтегазоносность. В итоге возникло устойчивое мнение, а вслед за ним и насущная потребность в признании роли тектонического блендера – природного образования, обеспечивающего формирование окончательной картины распределения скоплений УВ.
Большой спектр ловушек УВ различного генезиса (структурные, литологические, стратиграфические, тектонически экранированные и др.) имеет объединяющую черту: в определенный период они испытывали весьма радикальные и во многом схожие преобразования в пределах определенного ограниченного пространства и являются тектонозависимыми. Первичные условия образования пород-коллекторов имеют влияние на конечный их облик, но в течение истории тектонического развития структуры они становятся подчиненными, а в ряде случаев – незначимыми.
Иными словами, палеогеографические, палеофациальные, палеоструктурные и прочие подобные исследования, реконструирующие первичные параметры фильтрационно-емкостных свойств пород, не имеют смысла и практической ценности без оценки последствий более поздних этапов тектонического развития региона. Только положительные структуры древнего заложения и длительного конседиментационного унаследованного тектонического развития контролируют участки с лучшими первичными коллекторскими свойствами и скопления УВ (и то не всегда). Таких мест уже не найти в старых нефтегазоносных районах, а новых почти не осталось (за исключением континентального шельфа), т.е. как никогда становится актуальным переход к иной идеологии поиска УВ.
Сегодня в абсолютном большинстве случаев заложению поисковой скважины предшествует оценка структурной характеристики объекта, прогноз наличия пластов с оптимальными коллекторскими свойствами, покрышек (флюидоупоров), благоприятных термобарических условий преобразования ОВ (с точки зрения «органиков»). Последнее не всегда обязательно, поскольку, как правило, рассматриваются площади с уже доказанной нефтегазоносностью, и практикам уже все равно, какой генезис имеют УВ. Могут быть привлечены и результаты «прямых» методов прогноза нефтегазоносности (геофизических, геохимических), имеющих уточняющий характер, но не меняющий кардинально «антиклинальный» принцип размещения скважин.
Благодаря этой стратегии, неизменной в течение долгого времени, открыты разноразмерные месторождения нефти и газа, приуроченные в основном к положительным структурам древнего заложения и длительного унаследованного тектонического развития, и, как правило, случайно были обнаружены нетипичные (неантиклинальные, «неструктурные») ловушки УВ, связанные с какой-либо особенностью строения природного резервуара УВ (литологией, несогласием, разломом и т.п.). При имеющейся разнице генетических особенностей, объединяло их (неантиклинальные ловушки) прямое или косвенное влияние трещиноватости, имеющей постседиментационную (тектоническую) природу.
Тектоническая трещиноватость, как известно, в первую очередь функция сейсмичности, т.е. геодинамическое поле, в котором происходят кардинальные и необратимые преобразования первичных пород-коллекторов, несет в себе, прежде всего, черты и последствия землетрясений, слагается из физико-химических полей, сопутствующих этим кратковременным, но весьма разрушительным природным процессам, происходящим в разломных образованиях.
Изучение природы геофизических полей в сейсмоактивных зонах, прежде всего, приводит к анализу динамики сейсмичности. В этой связи актуальной проблемой является изучение пространственно-временных закономерностей сейсмотектонических процессов, включающих уточнение положений потенциальных сейсмогенерирующих зон, с оценкой максимально возможной энергии землетрясений в данной области, параметров периодичности, если они существуют, структуры сейсмического поля на региональном и локальном уровнях. В связи с этим, в круг задач включены вопросы по построению геодинамических моделей сейсмических процессов и оценке их влияния на изменения геофизических полей. В результате таких исследований строятся модели процессов формирования физических полей вследствие глобальной, региональной и локальной сейсмичности [1].
В общем случае в разломной зоне происходит следующее: скольжению пород вдоль разлома вначале препятствует трение. Вследствие этого энергия, вызывающая движение, накапливается в форме упругих напряжений пород. Когда напряжение достигает критической точки, превышающей силу трения, происходит резкий разрыв пород с их взаимным смещением; накопленная энергия, освобождаясь, вызывает волновые колебания поверхности земли – землетрясения.
Реконструкция палеотектонической, палеоструктурной, палеогеографической обстановки с целью прогноза генезиса ловушки УВ мало эффективна без воссоздания, без элементарной оценки роли (палео)сейсмических процессов. По большому счету противостояние «органиков» и «неоргаников» затянулось именно из-за недоучета этой роли.
Замечено, что большинство землетрясений (почти 95%) происходит по краям плит, у краев палеоплит сформировано и большинство месторождений УВ.
Перед отдельными землетрясениями повышается напряженность магнитного поля и электропроводимость пород. Земное магнитное поле может испытывать локальные изменения из-за деформации горных пород и движений земной коры. Согласно модели лавиноустойчивого трещинообразования, изменение скоростей сейсмических волн можно объяснить развитием ориентированной системы трещин, которые взаимодействуют между собой и по мере роста нагрузок начинают сливаться. Процесс приобретает лавинный характер. На этой стадии материал неустойчив, происходит локализация растущих трещин в узких зонах, вне которых трещины закрываются. Эффективная жесткость среды возрастает, что приводит к увеличению скоростей сейсмических волн. Изучение явления показало, что отношение скоростей продольных и поперечных волн перед землетрясением сначала уменьшается, а затем возрастает. Сильные землетрясения могут ощущаться на расстоянии тысячи и более километров.
Установлено, что появление на периферии линейных зон повышенной сейсмичности и мощных разгрузок флюидов выдержанных комплексов осадочных пород сопровождается повышением их нефтегазоносности, несмотря на сравнительно высокую их сейсмичность (5–8 баллов). В пределах этих областей сосредоточено основное количество нефтегазоносных бассейнов, т.е. устанавливается эмпирическая связь между сейсмичностью недр и их нефтегазоносностью [2].
В этом отношении примечательно также следующее: в западной части Южного Каспия наблюдаются очаги разгрузки пластовых флюидов в структурах осадочного чехла. Режим этой разгрузки регулируется сейсмичностью земной коры Южно-Каспийской тектонической впадины, при этом суммарная оценка естественного выброса нефти в море варьирует в количестве от 6,8 до 44,5 т в день или от 2,5 до 16 тыс. т нефти в год. Ретроспективный анализ сейсмологического материала показывает, что аварии на буровых платформах и установках часто происходят в период подготовки землетрясений и извержения грязевых вулканов. Сопоставление дат аварий с датами сильных землетрясений убеждает в том, что периоды активности грязевых вулканов и появление пятен на поверхности моря хорошо коррелируют друг с другом [3].
Современные точные приборы фиксируют ежегодно более 100 тыс. землетрясений на нашей планете, из них примерно 100 бывают разрушительными. Учитывая пространственную соподчиненность гипоцентров землетрясений и нефтескоплений, можно утверждать, что последние с определенным постоянством и периодичностью находятся и находились в поле влияния различной интенсивности первых, особенно, если принять во внимание скорость и дальность распространения сейсмических волн.
В общем случае геодинамическое поле включает сейсмическое, тепловое, грави- и магнитное поля, каждое из которых в сочетании с другими обуславливает главные условия нефтегазонакопления и определяет критерии прогнозирования ловушек УВ. Сейсмическое поле регулирует волновые воздействия на породы и флюиды, отвечает за геомеханические, тектонофизические последствия землетрясений. Поле силы тяжести отражает вторичные разуплотнения в разломных (приразломных) зонах, выявляющиеся в виде локальных гравиминимумов. В магнитном поле выделяются активные разломные зоны в виде аномалий с повышенной магнитной напряженностью. Тепловое поле содержит положительные температурные аномалии, коррелируемые с активными разломами.
Испытав геодинамическую переработку, первичные ловушки УВ претерпели изменения различной глубины с образованием вторичных скоплений, став вместе с последними в определенной и разной мере сейсмогенными, тектонозависимыми. Залежи, приуроченные к поднятиям древнего заложения и длительного унаследованного развития при условии сохранения унаследованности, сохраняют свое положение, объем и геометрию. Но нередко эти поднятия по активному разлому ассоциируют с отрицательными структурами, которые являются «агрессорами» по отношению к первичным залежам, и в момент последней активизации разлома происходит частичное или полное ее разрушение с образованием вторичных залежей в приразломной зоне отрицательной структуры [4].
Во многих регионах геологи сталкиваются со следующей необычной ситуацией: продуктивный пласт через глинистую перекрывающую перемычку небольшой толщины соседствует с водоносным горизонтом, при этом последний имеет не худшие коллекторские свойства, а перемычка не имеет характеристик флюидоупора. Наиболее реальное объяснение этому явлению заключается в селективном влиянии геодинамического поля на сближенные пласты с различными физико-механическими характеристиками, с различными толщинами: максимальная интенсивность трещиноватости приурочена к более чистым разностям песчаников, карбонатов и более тонким их слоям при прочих равных условиях. И это, как правило, подтверждается фиксацией в таких пластах минимальных приведенных пластовых давлений [5], меньших, чем в верхнем водоносе.
В отличие от горных пород, флюидная среда емкостного пространства находится в неустойчивом состоянии и сильней подвержена дистанционному влиянию. Она более чувствительна к внешним сейсмодинамическим воздействиям небольшой мощности. Даже незначительные упругие колебания способны вызвать изменение фазового состояния системы, а миграционные способности большинства смесей УВ позволяют им перемещаться в этих условиях на значительные расстояния.
Высвобождение запасенной горными породами различных видов энергии (акустическая эмиссия, электромагнитное излучение, сейсмическая вибрация, ударная) обусловливает флуктуацию различных параметров системы «горные породы – органическое вещество – флюиды», в том числе и емкостно-фильтрационных [6].
Формирование скоплений УВ связано на больших глубинах с быстропротекающими геодинамическими процессами. Земная кора характеризуется неравномерным распределением напряжений, и в местах концентрации напряжений происходит разрушение минерального каркаса с новообразованием пустотного пространства и общим увеличением объема пород (дилатансия). Дилатансия сопровождается импульсным выделением энергии в виде поля напряжения. Волны напряжения перераспределяют энергию на значительные расстояния от источника возбуждения и формируют сложную систему радиальных и кольцевых трещин, при повторных актах импульсного высвобождения энергии трещинная система работает как природный насос по перекачке флюидов [6].
Установлена сопряженность скоплений УВ с наиболее активно развивающимися глубинными разломами, динамика которых проявляется в высокоградиентных современных вертикальных и горизонтальных движениях земной поверхности и изменениях во времени геофизических полей. Миграция флюидных систем в глубоких горизонтах осадочного чехла и вблизи его поверхности установлена геохимическими исследованиями. Несомненна приуроченность высокопроницаемых пород к зонам современной сейсмической неустойчивости. Геометрия проявления этих процессов в пространстве имеет чаще локализованный субвертикальный, а не строго линейно-плоскостной характер. Современные глубинные геодинамические и флюидодинамические процессы определяют очаговую генерацию УВ и создают залежи нефти и газа с большим разнообразием форм и фазовых соотношений [7].
До сих пор уязвимым местом органической гипотезы образования нефти остается вопрос о факторах первичной миграции (эмиграции). Сторонники неорганического генезиса нефти вообще отрицают всякую возможность ее эмиграции из нефтематеринских пород. Учет сейсмичности неизбежно должен привести к сближению этих точек зрения. На этапе пассивного тектонического развития действительно эмиграция УВ маловероятна, но в период землетрясения разломная зона становится местом развития природных вакуумных образований (дилатансии), волновых воздействий, аномальной прогретости и магнитной напряженности, что обеспечивает разность энергетических потенциалов, значительно превосходящую потенциал архимедовых сил, и способность УВ к эмиграции.
Считается, что миграция флюидов по пластам-коллекторам в значительных масштабах становится возможной при наличии наклона пласта 1–2 м/км, что создает достаточные условия для перемещения нефти и газа под действием гравитационных сил, выражающегося во всплывании их в водонасыщенных породах. Но при активизации разлома вторичная миграция опять же обязана преимущественно дилатансии пород, аномальной прогретости, волновым колебаниям и возникшему при землетрясении аномальному электромагнитному полю [4]. Завершение активной фазы и начало очередного пассивного этапа развития тектонического элемента отмечается релаксацией зоны дилатансии, что в совокупности с характером пород вверх по восстанию новообразованного природного резервуара определяет степень сохранности вторичной залежи.
Изменение геометрии и вещественного состава этой залежи идет по сценарию, характерному для пассивного этапа. Латеральная и вертикальная миграция за счет архимедовых сил завершают формирование рисунка распределения УВ до очередного этапа активизации тектонических движений, когда восходящие потоки газожидкостных масс сменятся иными (преимущественно нисходящими) – по направлению к очагам дилатантных изменений (к пьезоминимумам). И это может происходить неоднократно: количество чередований пассивных и активных фаз (этапов) определяется конкретной историей развития каждого тектонического элемента. Современный облик распространения месторождений (залежей) УВ зависит от этой истории, но главным образом от последней пары фаз – активной и пассивной [8].
М.В. Багдасарова считает, что анализ имеющейся информации позволяет утверждать о реализации в природе взаимодействия тектонических подвижек, приводящих к сжатию и растяжению в зонах разломов и внедрению и перераспределению флюидов, сопровождающимся их фазовыми переходами и расслоением. Эти процессы особенно четко проявляются в сейсмоактивных областях (Терско-Каспийском прогибе, Сахалине, Предкарпатье и др.), где распространены месторождения с высокими флюидодинамическими параметрами. Наиболее типичными в этом отношении являются многопластовые месторождения на Терском хребте (Малгобек-Вознесенское, Эльдаровское, Брагунское и др.). Они распространены как в Терско-Сунженском районе, так и в Предгорном Дагестане [9], что иллюстрировано схематической флюидодинамической моделью такого типа на примере Эльдаровского месторождения на Терском хребте (рис. 2).
Рис. 2. Геодинамическая характеристика месторождений УВ с активной флюидодинамической системой (на примере Эльдаровского месторождения, по М.В. Багдасаровой, 2001)
1 – кристаллический фундамент; 2 – карбонатный комплекс мезозоя; 3 – глинистая толща майкопа, 4 – песчано-глинистая толща неогена, 5 – зоны разуплотнения пород осадочного чехла и фундамента по данным интерпретации современных движений земной поверхности; 6 – зоны разуплотнения по данным гравиметрии; 7 – нефтяные залежи; 8 – выходы на поверхность горячих вод с нефтепроявлениями, 9 – разломы осадочного чехла и фундамента; 10 – сейсмические границы по данным МОВЗ; 11 – предполагаемая граница поверхности Мохоровичича, 12 – направление флюидоперетоков, 13 – очаг Эльдаровского землетрясения 1913 г.; 14 – пункты светодальномерных измерении, 15 – глубокие скважины; 16 – направление горизонтальных перемещений, 17 – наблюденное магнитное поле; 18 – кривая остаточного гравитационного поля, 19 – изменение магнитного поля во времени.
Карпов Валерий Александрович:
Как известно, эти месторождения контролируются глубинными разломами, способствующими развитию трещиноватости и сильной раздробленности фундамента и мезозойского карбонатного комплекса. Последний содержит узкие протяженные залежи нефти массивного типа высотой более 1200 м. Трещиноватость коллектора неравномерная, и на участках, где имеются поперечные нарушения (выраженные в структуре поверхности верхнемеловых известняков), она увеличивается, что определяет и более высокие дебиты скважин. Признаки внедрения флюидов легко обнаруживаются по характеру температурного поля, углеводородному составу нефти и др. Флюидодинамика Терского хребта сопровождается интенсивной динамикой литосферы в целом. Помимо землетрясений, очаги которых часто располагаются под Терским хребтом на глубине до 50 км (Эльдаровское землетрясение 1913 г.), для этой зоны характерны высокоградиентные современные вертикальные движения земной поверхности и общий подъем хребта.
Высокая активность флюидных систем создает повышенный температурный фон в зоне нефтегазонакопления. Температура залежей нефти в глубоких горизонтах таких систем (доступных для бурения) иногда превышает 200 °С, а постоянные вертикальные перетоки в месторождении создают на одинаковой глубине значительные разности температур. Например, в пределах Терского хребта разница температуры на глубине –3000 м в залежах Эльдаровского месторождения достигает 20 °С, а максимальные значения отмечаются вблизи проводящих разрывных нарушений [9].
Приведенный рисунок примечателен тем, что на нем показаны зоны разуплотнения по данным гравиметрии и изучения современных движений, которые совместно с разломной зоной можно представить в виде тектонического блендера, способного за счет нисходящей фильтрации флюидов образовать скопления УВ ниже уровня с установленной продуктивностью (в том числе в фундаменте) и являться причиной восполнения запасов УВ [4, 8, 10].
Реальность модели тектоноблендера подтверждает запатентованный способ разработки углеводородной залежи, включающий вибросейсмическое воздействие, отбор нефти через добывающие скважины и закачку рабочего агента через нагнетательные скважины. Выделяют зоны разломов с субвертикальной трещиноватостью, образующей гидродинамические связи кристаллического фундамента с коллектором продуктивного пласта, выбирают в этих зонах возбуждающие скважины, определяют общую для всех возбуждающих скважин резонансную доминантную частоту воздействия и формируют интенсивное волновое поле в направлении субвертикальных каналов подпитки к глубинным зонам генерации углеводородов. Интенсивное поле формируют в активных зонах с развитой трещиноватостью возбуждающими скважинами дилатансионно-волнового воздействия или другими скважинными виброисточниками низкой частоты и большой мощности, работающими на одной доминантной частоте, задают соответствующие начальные сдвиги фаз между колебаниями (Хисамов Р.С., Ащепков Ю.С., Ащепков М.Ю., Муслимов Р.Х. Патент RU №237398).
Исследования [11] позволили сделать выводы: залежь УВ, расположенная в зоне влияния активного разлома, является индикатором геодинамических процессов, протекающих как внутри нее, так и за ее пределами, а по комплексу признаков временных изменений геофизических полей может быть определен контур продуктивности залежи УВ, что также свидетельствует в пользу реальности модели тектоноблендера.
Связь месторождений нефти и газа с рифтами (палеорифтами) неоднократно отмечалась многими исследователями. Все рифты характеризуются как чрезвычайно активные структуры литосферы. В сравнительно небольшом объеме осадочных образований (до 6% всего осадочного слоя коры) в рифтах концентрируется до 15% выявленных запасов углеводородов. Рифты характеризуются самой высокой концентрацией запасов на единицу объема осадочного чехла. При этом за относительно короткий промежуток геологического времени (несколько миллионов лет) могут сформироваться крупные залежи нефти и газа, как это имеет место в рифтовых структурах земной коры [12].
Очевидно, что определяя важнейшие направления ГРР на нефть и газ, следует, прежде всего, ориентировать на изучении пограничных зон плит и внутриплитных динамически активных образований, среди которых наибольшими перспективами обладают рифты (палеорифты). В пределах новых районов – это, прежде всего, континентальный шельф, в пределах старых – это еще не изученные горизонты, находящиеся на больших глубинах и в пространственно-временной связи с вышезалегающими продуктивными комплексами, а так же отрицательные еще не изученные структуры.
Литература:
1. Трофименко С.В. Структура и динамика геофизических полей и сейсмических процессов в блоковой моделей земной коры. Автореф… дис… д-ра геол.-мин. наук. Томск. 2011.
Автореф… дис. канд. техн. наук.
2. Осика Д.Г. Формирование геохимических аномалий в пределах сейсмически активных областей и их обрамлений (применительно к поискам нефти и газа). Автореф… дис… д-ра геол.-мин. наук. 1990.
3. Иванов А.Ю., Голубов Б.Н., Затягалова В.В. О нефтегазоносности и разгрузке подземных флюидов в южной части Каспийского моря по данным космической радиолокации // Исследования Земли из космоса. 2007. № 2. С. 62–81.
4. Карпов В.А. Разлом – как объект изучения при нефтегазопоисковых работах // Недропользование ХХ1 век. 2011. № 6. С. 68–70. 2012. № 1. С. 74–78.
5. Карпов В.А., Колдашенко Т.В., Черевко Т.А. Перспективы нефтегазоносности девонских отложений южной части Припятского прогиба // Нефтегазоносность западных районов Европейской части СССР. М., ВНИГНИ. 1986. С. 46–53.
6. Абукова Л.А., Карцев А.А. Флюидные системы осадочных нефтегазоносных бассейнов (типы, основные процессы, пространственное распространение) // Отечественная геология. 1999. № 2. С. 11–16.
7. Бембель Р.М., Мегеря В.М., Бембель С.Р. Геосолитоны: функциональная система Земли, концепция разведки и разработки месторождений углеводородов. Тюмень. 2003. 344 с.
8. Карпов В.А. К вопросу оптимизации методики нефтегазопоисковых работ // Недропользование ХХ1 век. 2011. № 5. С. 72–75.
9. Багдасарова М.В. Особенности флюидных систем зон нефтегазонакопления и геодинамические типы месторождений нефти и газа // Геология нефти и газа. 2001. № 3. С. 50–56.
10. Карпов В.А. Перспективы выявления новых залежей нефти в пределах и вблизи старых месторождений // Нефтяное хозяйство. 2012. № 3. С. 20–23.
11. Паровышный В.А., Веселов О.В., Сеначин В.Н., Кириенко В.С. Временные изменения геофизических полей над газовой залежью // Тихоокеанская геология. 2008. Т. 27. № 4. С. 3–15.
12. Запивалов Н.П. Нефтегазоносность акваторий мира. Учебное пособие. Новосибирск. 2009.
13. Карпов В.А. Состояние и перспективы развития нефтегазопоисковых работ в Западной Сибири // Геология нефти и газа. 2012. № 3.
14. В.А. Карпов. О роли тектонического блендера в нефтегазонакоплении. Недропользование-ХХ1 век.№4/2012.с.56-63.
Симонян Геворг Саркисович:
Уважаемый Валерый Александрович!
От всей души поздравляю с открытием самостоятельной темы- От разлома к тектоноблендеру-шаг вперед или два шага назад.
Этот Ваш «колодец».
Вы там хозяин.
Желаю, что колодец всегда был источником новых идей.
С уважением Геворг Саркисович.
Зинатов Хайдар Галимович:
Уважаемый Валерий Александрович!
Я тоже искренне присоеденяюсь к поздравлениям Геворг Сарковича.
У Вас есть "свое Поле игры". Полагаю, что Вы отточите на этом "Поле" Ваше понмание разлома как тектоноблендера и найдете понимание среди "ортодоксальных" геологов, вроде меня. :)
Удачи!
Тимурзиев Ахмет Иссакович:
Хайдар Галимов, Вы наш Аксакал и мастер литературного слова, один из самых достойных быть "обласканным" администрацией форума. Вам бы я тоже предложил собственную страничку на форуме, но боюсь Вам - бунтарю, места будет мало на том островке. А потому, вольному воля, гуляйте где хотите и когда хотите. Однако, право за собой сохраняете и в любое время можете его истребовать. Удачи.
Навигация
Перейти к полной версии