Обоснование литогеохимического метода поисков залежей УВ и

литогеохимические показатели нефтегазоносности [6]

Данный вопрос весьма слабо изучен как в теоретическом плане, так и по фактическому материалу нефтегазоносных регионов. Трудно допустить прямое химическое взаимодействие насыщенных углеводородов с породами при низких температурах. Однако косвенное воздействие на породы мигрирующих УВ с участием бактерий или под влиянием радиоактивных и других процессов вполне реально.

Встречающиеся при проведении геохимических нефтегазопоисковых работ породы верхней части осадочного чехла, как правило, находятся на стадиях начального катагенеза. Использующееся при таких работах структурно-геохимическое бурение не превышает 1000 м (300-700 м). Песчано-алевролитовые породы обычно слабосцементированы, глинистые породы не доходят до стадии образования аргиллитов, а карбонатные породы не перекристаллизованы и сохраняют свой афонитовый, мелкозернистый органогенный или хемогенный вид. Весьма редко в этой зоне встречаются метаморфизованные породы (сливные кварциты, перекристаллизованные известняки и аргиллиты).

Диффузионно-фильтрационный поток от нефтегазовой залежи может воздействовать на породы разреза по-разному в зависимости от их литологического состава и удаленности от залежи.

В результате тектонических процессов, продолжающихся после сформирования залежей, в течение геологического времени создаются пути миграции для флюидов (временные и длительные), по которым в верхние горизонты устремляется миграционный поток глубинных высокоминерализованных вод вместе с растворенными и свободными углеводородами. Воды обычно относительно обога­щены магнием, бикарбонатами, йодом, бромом и др., содержат в растворенном виде СО₂, а в некоторых случаях (если углеводородные флюиды залегают в карбонатно-сульфатных отложениях) и Н₂S.

В зоне затрудненного газообмена под влиянием проникающих вод и растворенных газов можно ожидать следующие изменения в породах.

1. Вследствие реакций обмена между ионами Са и Мg ион Мg проникает в кристаллическую решетку карбоната кальция (породы цемента), т.е. происходит частичная вторичная доломитизация. При этом улучшаются коллекторские свойства пород, что способствует повышению концентрации мигрирующих углеводородных газов.

2. Большую роль в изменении состава и свойств пород играет углекислый газ. Его концентрация в значительной мере регулируется реакцией карбонатного равновесия:

Высокое содержание в воде СО₂ смещает реакцию влево, рН понижается; резкое уменьшение концентрации СО₂ смещает реакцию вправо, рН повышается.

Углекислота действует на силикаты и алюмосиликаты, обусловливая вторичное окремнение и другие процессы.

Эти реакции возможны в зонах свободного и частично затрудненного водогазообмена под влиянием углекислого газа, образующегося в результате бактериального окисления миграционных углеводородов.

3. При редукции сульфатов за счет углеводородов и сульфат-восстанавливающих бактерий, которые являются строгими анаэробами, образуются вторичный пирит и сера.

4. В определенных условиях (наличие глубинных разломов, сейсмоактивных зон и др.) изменение свойств пород под влиянием мигрирующих углеводородов возможно в результате радиационно-химических реакций (радиолиза воды и органических веществ, включая углеводороды).

Для зоны затрудненного газоводообмена характерны интенсивный выносионов Fе и Мn, пиритизация и монтмориллонитизация гидрослюдистых глин, повышение радиоактивности пород, уменьшение окислительно-восстановительного потенциала, увеличение pH, газовой и битумной составляющих, содержания Н₂S, перекристаллизация известняков, разуплотнение глин и известняков, уменьшение электрического сопротивления пород.

Взаимодействие углеводородов с породами в этой гидродинамической зоне приводит к образованию СО₂, ряда органоминеральных комплексов, высвобождению кремнезема и других веществ, которые частично мигрируют в верхнюю геохимическую зону, а частично идут на окремнение и перекристаллизацию изве­стняков зоны затрудненного газообмена.

В зоне грунтовых вод происходит «улавливание» мигрантов из первой зоны, а процессы воздействия углеводородного потока на породы ослабевают. Однако здесь СН₄ и другие углеводороды окисляются аэробными бактериями с образованием значительных количеств СО₂ Взаимодействие СО₂ и, возможно, других продуктов разрушения углеводородов с породами может идти по указанным выше реакциям. В результате в той или иной мере изменяется концентрация таких важных породообразующих элементов, как Са, Si, Mg, Na, K, Fe и др.

Таким образом, во всех геохимических зонах будут фиксироваться изменение элементного и минерального состава пород, а также их физических свойств. На основе приведенных теоретических данных и фактического материала по ряду регионов наметились основные направления исследований. Они сводятся к необходимости рассматривать изменения пород под воздействием флюидов, мигрирующих из залежей нефти и газа, как единый взаимосвязанный процесс перераспределения элементного и минерального состава пород и изменения их физических и физико-химические свойств.

Исследования изменений в породах важно начинать с изучения их элементного состава - содержания Fe, Mn, V, Ni, Cu, Ca, Si, U(Ra), Th, K, Al, Na, Ti и их соотношений Fe/Mn, V/Ni, Mn/Cu, Th/U(Ra), Са/Si (карбонатизация), Si/Al (окремнение), K/Na, Аl/Na, А1/Тi (физико-химические условия среды в глинистых разностях пород).

Перед рассмотрением характера распределения элементов и изменений их соотношений целесообразно выявить средний элементный состав пород разреза (статистически) в сопоставлении с кларками элементов соответствующих типов пород. На фоне установленных кларковых значений указанных элементов выявляются зоны повышенных и пониженных содержаний отдельных элементов на исследуемой площади. Рассчитываются соотношения элементов и строятся схемы характера измененийэтих величин по разрезу и площади исследуемого района. Такой подход позволяет выделить специфические геохимические зоны и участки их разреза, предположительно подверженные влиянию мигрантов от нефтегазовых залежей.

Вторым этапом является исследование минерального состава пород. Изучением пород разреза в шлифах, с помощью электронного микроскопа, рентгеновских и других приборов устанавливается минеральный состав пород и рассчитывается доля этих минералов в породе.

На основе полученной информации строятся литолого-петрографические профильные разрезы с выделением зон вторичного изменения пород, которые сопоставляются с характером распределения углеводородов по разрезу. Все это позволяет наметить вероятные интервалы изменения пород, обусловленные воздействием флюидов, мигрирующих из нефтегазовых залежей.

Дальнейшим этапом исследований является изучение физических свойств пород каротажными и лабораторными методами (распределение КС, ГК; радиоактивности по U(Ra), К и Тh; плотности, пористости и др.).

Полученные данные в совокупности позволяют наметить вероятную зону миграции флюидов из нефтегазовых залежей, что дает дополнительную информацию при оценке перспектив поисковых площадей.

4.5.1. Радиогеохимический метод поисков залежей УВ [15]

Теоретические предпосылки возможности применения методов радиогеохимии при прогнозировании и поисках месторождений нефти и газа, сформулированные рядом российских и иностранных ученых, основываются на теории вертикальной миграции УВ из залежей.

Продукты распада УВ - углекислый газ, вода, сероводород и другие мигрирующие в результате диффузии и фильтрации из залежи газы и воды - стимулируют эпигенетические процессы, приводящие к изменению физико-химических параметров среды, что выражается в преобразовании пород надпродуктивного комплекса, возникновении специфичных минеральных ассоциаций, нарушении окислительно-восстановительных обстановок и перераспределении некоторых химических элементов, в том числе радиоактивных.

Под воздействием эпигенетических процессов, вызванных влиянием УВ залежей, над месторождениями нефти и газа на протяжении длительного геологического времени происходит формирование специфического радиогеохимического поля, характеризующегося своеобразными полями распределения общей радиоактивности, уровнями накопления радиоактивных элементов и характером их взаимосвязи.

Практика показывает, что радиационная производная (мощность экспозиционной дозы) над и вокруг залежей УВ варьирует в незначительном диапазоне по сравнению с фоновыми значениями. В свое время этот факт во многом обусловил ограничение применения радиогеохимических методов. Появление современной лабораторно-аналитической базы и измерительной аппаратуры, новых типов детекторов и методических приемов, позволяющих выявлять слабые изменения радиогеохимического поля, возродило интерес к применению радиогеохимических методов для прогнозирования и поисков месторождений нефти и газа.

Выполненные недавно исследования на ряде площадей Западной Сибири показали, что комплексное радиогеохимическое картирование с применением методов полевой термолюминесцентной радиометрии и гамма-спектрометрии позволяет с высокой степенью вероятности выявлять нефтегазоносные структуры.

Комплекс радиогеохимического картирования включал термолюминесцентную радиометрическую и гамма-спектрометрическую съемки по поверхности.

В качестве измерительных элементов термолюминесцентной радиометрической съемки применялись поликристаллические термолюминесцентные дозиметры (ТЛД) на основе LiF, позволяющие фиксировать суммарную составляющую радиоактивности (б, в, г) и обладающие высокой чувствительностью. Все предварительно прокалиброванные по чувствительности дозиметры помещались в водонепроницаемую упаковку и устанавливались на точках измерения на глубину 0,5-0,7 м. Время экспозиции измерительных элементов в среднем составляет 15-30 сут.

Гамма-спектрометрическая съемка проводилась с применением полевых гамма-спектометров-концентрометров типа РКП-305М, РСП-101М. Измерения осуществлялись в точках установки ТЛД с определением содержания К, U (по ²²⁶Ra), Th. Для статистической достоверности на каждой точке опробования производится троекратное измерение параметров.

В качестве основных критериев при выделении прогнозных участков нефтегазоносности использованы:

- торий-урановое отношение (Th/U);

- показатель интенсивности перераспределения естественных радионуклидов;

- интенсивность термолюминесценции.

Исследования проводились в пределах известных нефтегазоносных структур: Западно-Полуденной, Северо-Васюганский и Мыльджинской.

Результаты комплексного радиогеохимического картирования показали, что радиогеохимическое поле в пределах исследованных нефтегазоносных структур имеет довольно ярко выраженные специфические особенности распределения анализируемых радиоэлементов и их интегрированного показателя - интенсивности термолюминесценции. Необходимо отметить, что поля анализируемых параметров каждого объекта при наличии ряда общих закономерностей в характере распределения радиогеохимических показателей имеют и отличительные особенности, что в каждом случае требует индивидуального подхода.

В частности, Северо-Васюганская площадь по сравнению с Западно-Полуденной и Мыльджинской характеризуется несколько пониженными уровнями накопления К, Th, U и интенсивностью термолюминесценции. Эти различия в значениях радиогеохимических показателей вызваны как размерами и глубиной залегания залежей, а соответственно и степенью интенсивности эпигенетических преобразований пород надпродуктивного комплекса, так и литолого-ландшафтными особенностями территорий, тектоническим строением, гидродинамическим режимом подземных вод и другими факторами.

Поля концентраций радиоактивных элементов над нефтегазовыми месторождениями характеризуются высокой степенью дифференциации в распределении К, Th, U и имеют более сложное строение, чем за их границами (табл. 16).

В пределах исследованных площадей четко фиксируются оси, относительно которых намечается радиогеохимическая зональность. Учитывая довольно выдержанный литолого-фациальный состав подпочвенных геологических образований, можно с большой долей уверенности сказать, что строение радиогеохимического поля на участке локализации УВ-залежей в первую очередь обусловлено особенностями глубинного строения (в том числе тектонического) и проявленностью эпигенетических процессов (прежде всего окислительно-восстановительного характера). Тем не менее анализ только моноэлементных карт не позволяет с высокой степенью достоверности оконтуривать положение УВ-залежей.

Таблица 17