книги / Нефтегазовое дело. Полный курс

2.4.4.	Т ектон и ка зе м н о й к о р ы и н е ф т е г а зо н о с н о с т ь п о р о д
	Теория тектоники литосф ерны х плит внесла весомый вклад

вразвитие нефтяной геологии. В конце 70-х гг. прошлого века эта новая теория успешно внедрена в практику поиска и разведки углеводоро­ дов. К описанным вы ш е мощным природным явлениям спрединга и субдукции имеет самое непосредственное отнош ение и происхож дение нефти. В зоне погруж ения ли тосф ерны х плит относительно быстро со­ здается тем пература, необходимая для преобразования органического вещества в капельно-ж идкую нефть. П онимание генезиса углеводоро­ дов дает геологам ключ к безош ибочному поиску м есторож дений неф ти

игаза.

Восадках, накапливаю щ ихся на континентальны х окраинах, всегда содержится органическое вещ ество (ОВ), содерж ание которого обычно не превышает 1 %. По м ере опускания континентальной окраины и по­ степенного ее засы пания осадками ниж ние слои осадочной толщ и уп ­

лотняются и прогреваю тся идущ им снизу из глубин тепловым потоком. В результате осадки преобразую тся в осадочные породы (литиф ици - руются), содерж ащ ееся в них ОВ подвергается терм олизу и постепен­ но превращается в углеводороды .

На пассивных окраинах континентов м играция неф ти р азви вается вяло, поскольку происходит только под влиянием прогрева, деф лю и ­ дизации и уплотнения н и ж ележ ащ и х осадков. Более полная мобилиза­ ция рассеянных в этой толщ е неф ти и газа происходит в случае мощно­ го тектонического воздействия, которое способно «выдавить» из норо­ вого пространства этой толщ и больш ую часть содерж ащ и хся в ней углеводородов.

Подобные воздействия происходят, например, при пододвигании оке­ анической плиты под активную окраину континента (рис. 2.21) или при надвигании островной дуги на пассивную окраину континента (рис. 2.22). На этих рисунках показан мощный м еханизм генерации и накопления углеводородов из органического вещ ества, затягиваемого вместе с осад­ ками в зоны поддвига плит.

Длина всех современны х зон поддвига плит составляет 40 тыс. км, средняя толщина слоя океанских осадков равна 500 м, а средняя ско­ рость поддвига плит — 7 см/год. Расчет показы вает, что в настоящ ее время под все островные дуги и активны е окраины континентов е ж е ­ годно затягивается около 3 м лрд т осадков. В океанских осадках обычно содержится 0,5 % ОВ, из которы х в углеводороды м ож ет перейти 30 %. В таком случае ежегодно в зонах поддвига плит м ож ет генерироваться

5 млн т углеводородов. За врем я развити я на Зем ле вы сокоорганизо­ ванной ж изни, то есть за последние 600 млн лет таким путем могло об­ разоваться около 3 ■10lfJ т неф ти и газа. Это в 1000 р аз больш е, чем об­ щ ая масса этих полезны х ископаемых, обнаруж енны х на Зем ле к нача­ лу X X I в.

Рис. 2.21. Генерация углеводородов в зонах поддвига океанической плиты под активную окраину континента. Стрелки показывают пути миграции углеводородов из зоны поддвига в структуры надвига­ емой плиты [89]

Рис. 2.22. Схематический разрез зоны надвига островной дуги на пассив­ ную окраину континентальной платформы [89]:

а —докембрийский фундамент континентальной платформы; б —фун­ дамент островной дуги; в — породы океанической коры; в — осадочно­ вулканогенная толща островной дуги; д — смятые осадки предгорного прогиба; 1—3 — осадочные горизонты равного возраста. Стрелки пока­ зывают пути миграции углеводородов из зоны поддвига плит

К ак только та к а я плита подходит вплотную к континентальному склону, происходят два события. Во-первых, под тяж естью надвигаемой

2.5. Складкообразование и шипы складок

плиты резко ускоряется прогибание окраины, сопровождаемое увеличе­ нием скорости осадконакопления, и мобилизация местной рассеянной микронефти. Во-вторых, из осадков, ранее накопивш ихся в полосе ш ель­ фа и попавших под надвигаю щ ую ся плиту, начинаю т вы ж им аться поровые воды и способные к миграции углеводороды. Одновременно с этим осадки, располож енные перед ф ронтом надвигаемой плиты, сминаю т­ ся в складки, образуя систему ловуш ек для неф ти и газа.

Потенциал миграции углеводородов намного превы ш ает собствен­ ный потенциал неф тем атеринской толщи. Так, если принять, что по бе­ реговой линии длиной 1000 км ш ельф континентальной окраины со сло­ ем осадков толщ иной 15 км п ерекры вается ф ронтальны м карнизом ос­ тровной дуги на ш ирину 100 км, то из зон поддвига в сторону краевого прогиба может м игрировать несколько сотен миллиардов тонн углево­ дородов.

С этим явлением, по-видимому, связано то, что во многих крупней ­ ших нефтегазовых бассейнах мира (в П ерсидском заливе, В енесуэле, в Западной Канаде и др.) плотность запасов углеводородов намного п ре­ вышает нефтематеринские потенциалы толщ . Примерно 80 % всех ми­ ровых запасов неф ти и газа действительно тяготеет к сущ ествовавш им в прошлые геологические эпохи зонам поддвига плит.

Например, в России столь ж е перспективны ми долж ны быть Вос­ точносибирский краевой прогиб в среднем и ниж нем течении Л ены и поднадвиговые зоны В ерхояно-К олы м ского складчатого пояса. В этой окраинно-континентальной зоне, начиная с девона и до юрского возра ­ ста, накапливались мощ ные толщ и осадков. В конце мезозоя эти осадки попали в условия тектонического сж ати я за счет надвигания К олы м ­ ского массива.

2.5.С К Л А Д К О О БРА ЗО В А Н И Е И ТИПЫ СКЛАДОК

Вместах восходящ их потоков магмы происходит р азд ел е ­ ние вещества, и там ф орм ирую тся рудны е месторож дения. В м естах нисходящих потоков магмы зем ная кора прогибается, там происходит

отложение осадков и создаю тся предпосы лки д ля образования неф ти из органического вещ ества.

Первоначально осадочные породы отлагались в виде горизонталь­ ных слоев, называемых т т с т а м и . Слоистость — характерны й признак осадочных пород. Н енаруш енны е породы слож ены из почти параллель­ ных слоев (пластов), отличаю щ ихся друг от друга составом, структу ­

рой, твердостью и окраской. В слоистой толщ е каж ды й слой отделен от другого границей — поверхностью напластования. В ерхняя поверхность пласта н азы вается кровлей. н и ж н яя — подогивой пласта. Расстояние м еж ду кровлей и подош вой н азы вается м о щ н о стью п л а ст а . Основны­ ми элементами, характеризую щ им и залегание пластов, являю тся:

•угол падения п л а с т а — это наибольш ий угол, образуем ы й поверх­ ностью пласта с горизонтальной плоскостью;

•п р о с ти р а н и е п л а с т а — это линия в плоскости пласта, перпенди­

кулярн ая к направлению его падения.

П ласты осадочных пород могут бы ть наклонными, изогнутыми и за ­ легать в виде складок. С кладки в земной коре, как и горы, образовались под действием боковых тектонических сил, сминаю щ их горизонталь­ ные пласты осадочных пород (рис. 2.23).

Линия простирания

Рис. 2.23. Образование полной склад­ ки (антиклинали и синклинали) в земной коре в результате бокового сжатия

Н аклоненны е в разн ы е стороны поверхности слоев, образую щ их складку, назы ваю т кры льям и . О бласть резкого перегиба слоев, соеди­ няю щ ая кры лья, назы ваю т замком складки. Л иния, проходящ ая через точки максимального перегиба слоя в зам ке, назы ваю т ш арниром.

С кладки, обращ енны е вы пуклостью вверх, н азы ваю тся а н т и к л и ­ н ал ям и , а обращ енны е вы пуклостью вниз — синкл иналям и . Соседние ан ти кли н аль и синклиналь в совокупности образую т полную складку В озвы ш енная часть антиклинали н азы вается сводом. По ф орм е замка и соотнош ению кры льев складки бы ваю т норм альны ми, тесно сж аты ­ ми, коробчаты м и, ассим етричны м и. С кладки с м алы м и углами накло­ на кры льев назы ваю т ан текли зам и и синеклизам и . С кладки назы ва­ ют линейны м и, если отнош ение длины к ш ирине со ставл яет 7— К). С кладки с отнош ением длины к ш ирине м енее трех назы ваю т купола­ ми (антиклинали) и м ульдам и (синклинали). П ри разруш ен и и купола или свода складки под действием эрозии на поверхности образую тся концентрические круги, в цен тре которы х находится наиболее древ­ н яя порода.

2.6. Формирование залежей углеводородов

105

Разрывами называю т поверхности или зоны, по которым произош ­ ли значительные смещ ения горных пород. Разры вны е наруш ения в зем ­ ной коре могут находиться в слож ны х морфологических и генетичес­ ких отношениях. Если происходит разлом , по которому одна часть пла­ ста опускается, то образуется сброс.

Залегание осадочных пород назы ваю т согласным, когда вы ш ележ а­ щий слой повторяет залегание слоев ниж ележ ащ их . О тклонения от со­ гласного залегания пород назы ваю т несогласиями (рис. 2.24). П ракти ­ чески все несогласия сопровож даю тся переры вам и в осадконакоплении. Антиклинали, сбросы и угловые несогласия образую т ловуш ки для миг­ рирующих углеводородов.

Рис. 2.24. Угловое несогласие между среднеюрскими Jг и меловыми отло­ жениями К,

Примерно 80 % найденны х м есторож дений неф ти и газа находятся в антиклиналях. Р азм еры антиклиналей в среднем составляю т в длину б—10 км, в ш ирину 2— 3 км и в вы соту 50— 70 м. И звестны очень боль­ шие антиклинали. Например, самое крупное в мире нефтяное м есторож ­ дение Гавар (Саудовская А равия) имеет разм еры в плане 225 х 25 км и в высоту 370 м, а газовое м есторож дение Уренгой (Россия) 120 х 30 км при высоте 200 м.

Большая часть антиклиналей и куполов асим м етричны — имею т крутой и пологий склоны. По этой причине м ож ет случиться так, что скважина, пробуренная на поверхности у свода структуры , окаж ется за пределами нефтеносного коллектора и н еф ть не будет обнаруж ена.

2.6.Ф О РМ И РО В А Н И Е ЗА Л Е Ж Е Й У ГЛ ЕВО ДО РО Д О В

Эволю ция осадочного бассейна и превращ ение его в н еф те ­ газоносный п р ед ставл яется д ли тельн ы м процессом, оп ределяем ы м тектонической и геод инам ической обстановкой региона. П ервый э т а п развития осадочного бассейна обычно отвечает условиям зарож д ен и я рифтогенной структурной впадины, которая заполняется отлож ения­

ми различного типа. В т о р о й э т а п хар актер и зу ется процессами проги­ бания ф ундам ента бассейна, мощного осадконакопления и катагенеза отложений. Т р е т и й э т а п , отвечаю щ ий поздней стадии сущ ествования нефтегазоносного бассейна, хар актер и зуется преобладанием процес­ сов разруш ения м есторож дений углеводородов. На этом этапе бассей­ ны, подвергаясь действию физического вы ветривания и дробления пре­ вращ аю тся в остаточно-битумные.

На втором из названных этапов эволюции осадочного бассейна созда­ ются условия, благоприятные для генерации, аккум уляции и консерва­ ции неф ти и газа. О бразование неф ти и газа из твердого органического вещ ества сопровождается увеличением общего объема получаем ы х про­ дуктов. В резул ьтате в порах м атеринской породы повы ш ается давле­ ние, под действием которого углеводороды поднимаю тся вверх. Н еф ть и газ могут подниматься по сбросам и разлом ам , вдоль сильно проница­ емы х пластов. В ертикальное и горизонтальное перемещ ение неф ти из материнской породы н азы вается жиграг^ией.

Если на пути д ви ж у щ его ся ф лю ида встр еч ается п реп ятстви е в виде непроницаемого экрана, то начинается накопление углеводородов. В р езу л ьтате ф орм ируется залеж ь — скопление УВ в ловуш ке, все ча­ сти которого гидродинамически связаны . В зал еж ах разделен ие ф лю и ­ дов происходит по гравитационному признаку на газовую и нефтяную части. З ал еж и в основном подстилаю тся подошвенной водой.

Ловуш ки, содерж ащ ие неф ть и газ, обычно концентрирую тся в оп­ ределенны х участках земной коры. Строение этих участков обеспечи­ вает не только ф орм ирование залеж ей , но и их сохранность. О бъем зем ­ ной коры, в котором заклю чена совокупность залеж ей , н азы вается м е­ сторож ден ием . М есторож дения неф ти и газа не являю тся м естами их рож дения (генерации), а представляю т собой только участки их скопле­ ния. Площ адь месторождений обычно находится в пределах от десятков до сотен квадратны х километров. По величине запасов месторождения назы ваю т крупными, когда извлекаем ы е запасы неф ти составляю т от 30 до 300 млн т, а балансовые запасы газа — от 30 до 500 млрд м:\ К при­ меру, гигантское месторождение Боливар в Венесуэле содержит 325 зале­ ж ей нефти.

Оказавш ись в ловуш ке, вода, нефть и газ располагаются соответствен­ но своей плотности: верхнюю часть продуктивного пласта заполняю т лег­ кие газы, образуя газовую ш апку, нижнюю — соленая вода (рис. 2.25). П одземны е воды, подстилаю щ ие неф тяную залеж ь, запечаты ваю т ее. З а л е ж и характер и зую тся эф ф ективн ы м объемом пустот и в разной пропорции заполнены водой, нефтью и газом. В залеж и, имею щ ей газо-

вую шапку, неф ть растворяет максимально возможное количество при­ родного газа.

Скважина	Скважина	Сухая
	за пределами
на структуре	структуры	скважина

Граница м еж ду газовой ш апкой и слоем неф ти в коллекторе н азы ­ вается газон еф тян ы м к о н т а к т о м , м еж ду нефтью и водой — водонефтяны м к о н т а к т о м . П ервую разведы вательную скваж ину бурят на наивысшей точке ловуш ки — на нефтеносной структуре, где веро ят­ ность обнаружить неф ть или газ является наиболее высокой.

Контакт нефти и воды в больш инстве зал еж ей приближ ается к го­ ризонтальной поверхности. П ластовы е воды, подстилаю щ ие зал еж ь, называются нижними краевы м и водами. Если воды подстилаю т зал еж ь по всей ее площади, их назы ваю т подош венными. На положение повер­ хности водонефтяного контакта влияет скорость ф ильтрации пласто ­ вых вод. Ф ильтрационный поток воды м ож ет быть настолько интенсив­ ным, что приводит к смещ ению зал еж и на десятки метров.

М инерализация пластовы х вод неф тяны х и газовых месторож дений колеблется в ш ироких пределах и увеличивается с глубиной. К ак п р а ­ вило, это концентрированные рассолы с содерж анием растворенны х веществ до 300 г/л . С возрастанием м инерализации воды увеличивает­ ся ее вязкость. По мере разработки м есторож дения содерж ание воды в нефти увеличивается. В связи с этим возникает проблема утилизации рассолов. На м есторож дении приходится бурить специальны е нагне­ тательные скваж ины , и закачивать попутны е воды обратно в недра.

Вода в недрах зем ли всегда сопутствует нефти. Н еф тян ая залеж ь явл яется частью водонапорного комплекса, а в целом и всей водонапор­ ной системы гидрогеологического бассейна. П риродны е ф лю иды (вода, неф ть, газ) тесно взаим одействую т друг с другом, образуя сложную в ф изико-хим ическом отнош ении среду.

Наиболее распространены месторождения, в которых скопления УВ сосредоточены в антиклиналях и куполах. К ак правило, это складки с на­ клоном крыльев от долей градуса до 5— 10". В мире известно около 20 ты­ сяч месторождений этого класса. В России среди них есть очень крупные: Ромашкинское, Уренгой, Самотлор, Ш токмановское, Бованенковское.

Ром аш кинское м есторож дение, откры тое в 1948 г., п редставляет со­ бой крупную пологую складку (65 х 70 км) с ам плитудой поднятия по девонским отлож ениям 50 м. На крупнейш ем нефтегазоконденсатном м есторож дении России С ам отлоре (м аксим альная ам плитуда 160 м) располож ено 10 сводовых залеж ей . Здесь неф тегазоносность связана с отлож ен иям и верхней юры и нижнего мела.

М есторож дение назы ваю т газовым, если оно содерж ит только газо­ вы е залеж и , состоящ ие более чем на 90 % из метана. М есторождение назы ваю т газоконденсатным, если оно содерж ит газ, из которого при атмосферном давлении вы деляется ж и д кая ф аза — конденсат.

П лощ адь зал еж ей в плане чащ е всего составляет десятки квадрат­ ных километров. З ал еж и углеводородов редко встречаю тся как разр оз­ ненные объекты . Обычно они концентрирую тся в определенны х участ­ ках земной коры и ф орм ирую т многопластовые м есторож дения нефти и газа (рис. 2.26).

По проницаемости горные породы д елятся на проницаемы е — кол­ л е к т о р ы и непроницаемы е — покры ш ки . К оллекторы — это горные породы, которы е могут вм ещ ать в себя ж идкости и газы, а такж е про­ пускать их ч ер ез себя при наличии п ерепада давления. В больш инстве случаев осадочные породы состоят из м инералов, которы е скреплены природными цементирую щ ими вещ ествами. Н аиболее распространен ­ ной осадочной породой является песчаник. П есчинки, из которых со­ стоит песчаник, имею т сф ерическую ф орм у и образую т м иллиарды крош ечны х пор. Ф лю иды (вода, газ, нефть) заполняю т поры пород-кол­ лекторов и способны просачиваться сквозь эти поры.

В стречаю тся следую щ ие типы коллекторов: лоровые; трещ инова­ ты е; кавернозны е и см еш анны е (трещ иновато-поровы е, кавернозно­ трещ иноваты е). Н аилучш им и коллекторны м и свойствам и обладаю т поровы е коллекторы . Роль покры ш ек чащ е всего вы полняю т глины, кам енная соль и известняки .

Рис. 2.26. Многопластовое месторождение нефти

Случается, что причиной образования ловуш ек становятся сбросы по падению (рис. 2.27). При этом сброс долж ен быть непроводящ им, то есть непроницаемым для ф лю идов, мигрирую щ их вдоль коллектора. Примером ограниченной сбросами ловуш ки явл яется м есторож дение Статфьорд в Северном море. К оллекторам и являю тся два слоя песча­ ника мощностью до 200 м каж ды й, изолирую щ ей породой явл яется по­ крывающий сланец.

Рис. 2.27. Ловушка, образованная в результате сброса по падению

Более детальную информацию о м есторож дениях даю т структур­ ные карты и геологические разрезы . С т р у к т у р н а я к а р т а — это изоб­ раж ение в горизонталях (изогипсах) рельеф а кровли или подошвы про­ дуктивного пласта. По характеру располож ения изогипс можно судить о крутизне залегания пласта. Геологический (стр ати гр аф и ч еск и й ) раз­ рез — это изображ ение последовательности залегания пластов на уча­ стке земной коры в вертикальной плоскости.

В верхних продуктивны х пластах многопластовых месторождений неф ть им еет меньш ую плотность, чем в ниж них пластах. Н еф ть изби­ рательно просачивается через разделяю щ ие залеж и малопроницаемые породы: легкие углеводороды (УВ) легче просачиваю тся через глинис­ ты е пласты. При постоянном поступлении УВ ловуш ка обычно запол­ н яется полностью до зам ка (рис. 2.28). При погруж ении ловуш ки и рос­ те терм обарических условий объем УВ в зал еж и м ож ет уменьш аться за счет сж ати я газа, растворения газа в неф ти, растворения легких ф ракций неф ти в газе.

Точки максимального заполнения

Рис. 2.28. Уровень максимального заполнения ловушки

З ал еж ь не м ож ет сф орм ироваться раньш е времени возникновения ловуш ки. О скорости ф орм ирования зал еж и можно уверенно говорить, когда н е ф т е с о д е р ж а щ а я с т р у к т у р а я в л я е т с я молодой. Н априм ер, структура м есторож дения М инае (И ндонезия), содерж ащ ая 1,4 млрд т неф ти возникла в плиоцене около 1,7 млн лет том у назад. Отсюда м ож ­ но рассчитать скорость, с которой накапливалась неф ть в этой струк­ туре — 800 т/год . Вы сокая скорость накопления неф ти была обеспече­ на сущ ествую щ ей активной геодинамической обстановкой островодуж - ной системы, частью которой явл яется о. С уматра.