Природные резервуары

Понятие «природный резервуар» было введено в нефтяную геологию давно. По-видимому, наиболее широко его стали упот­реблять известные геологи-нефтяники А.И. Леворсен (США) и И.О. Брод (СССР).

Под природным резервуаром И.О. Брод понимал природное тело определенной формы, во всем объеме которого происходят циркуляция флюидов и их дифференциация с выделением скоп­лений нефти и (или) газа в определенных местах — ловушках. А.И. Леворсен же под резервуаром понимал только ту часть плас­та, которая занята залежью. Подход И.О. Брода, по-видимому, является более широким и правильным. Он выделил три крупных группы природных резервуаров: пластовые, массивные и литоло-гически ограниченные со всех сторон. Эти названия более или менее условные и требуют дополнительного пояснения (рис. 6.1).

Под пластовыми резервуарами понимаются тела в слоистой толще, протяженность которых по латерали намного больше их мощности. Протяженность таких тел может достигать десятков километров, а мощность (толщина) — первых или десятков мет­ров. В кровле и подошве они ограничены плохопроницаемыми породами. В большинстве случаев гидродинамический потенциал таких резервуаров очень велик, а отбор флюидов в нескольких локальных участках слабо сказывается на общих энергетических ресурсах резервуара (достаточно быстро восстанавливаются пластовые давления и др.). Основная циркуляция флюидов происхо­дит вдоль пласта.

Под массивными природными резервуарами понимаются та­кие тела, размер которых по разным направлениям примерно со­поставим. Это обычно какие-то рифовые массивы, своды круп­ных складок, горстовые блоки и выступы другого происхождения. Размеры их значительно различаются: от десятков метров до де­сятков километров. Циркуляция флюидов происходит по гори­зонтали, вертикали и в других направлениях. Существенную роль в массиве имеет вертикальная дифференциация флюидов по плотности. Основное значение имеет перекрытие плохопроница-емыми породами сверху. При наличии общего нефтегазоводяного контакта в нескольких пластовых резервуарах, т.е. их гидродина­мической связи, можно говорить о пластово-массивном резервуа­ре (см. рис. 6.1, в).

Наиболее крупную группу образуют резервуары, литологически ограниченные со всех сторон. В наиболее простом случае это песчаная линза в глинистой толще или какой-то участок повы­шенной трещиноватости или кавернозности в массиве осадочных или изверженных пород. Другим примером является погребенная речная долина, выполненная песчано-алевритовыми аллювиаль­ными осадками (см. рис. 6.1, г, д).

Аллювиальные отложения имеют существенное значение как природные резервуары для нефти и газа в том случае, когда они сохраняются в ископаемом состоянии. Речным отложениям обычно свойственна форма вытянутых, нередко извилистых тел. Различаются отложения русел, прирусловых отмелей и валов, пойм. При усилении течения на дне реки образуются крупные промоины, заполняемые относительно более грубым материалом. Заполнение русла может происходить в разных условиях как при непрерывном, так и прерывистом процессе, как при врезе реки в уже уплотнившиеся породы, так и в мягкие, в том числе пластич­ные глинистые осадки. При непрерывном заполнении русла, вре­занного в плотные породы, накопившиеся отложения в попереч­ном разрезе характеризуются плоской сверху и выпуклой книзу формой, которая сохраняется даже при накоплении значительной мощности перекрывающих осадков. Вверх по разрезу размер зе­рен постепенно уменьшается от грубых (с включениями гравия и гальки) до алевритовых. Тело заполнения может слагаться как косослоистыми, так и горизонтальнослоистыми песчаниками. Степень сортированности песчаного материала варьирует по разрезу. В песчаниках могут присутствовать прослои и линзы глин.

Если русловая долина врезается в еще неуплотненные поро­ды, то при последующем погружении и росте нагрузки проявля-

ется эффект дифференцированного уплотнения. Если русло вре­залось в глины, они в дальнейшем уплотняются и уменьшаются по мощности более, чем песок заполнения. В поперечном разрезе песчаное тело образует как бы двояковыпуклую линзу, иногда прорывая слои или вызывая их изгибание вниз (рис. 6.2). Проги­бание слоев под телами заполнения более характерно для осадков проток в дельтовых условиях, где отлагается больше илов, пески вминаются в глины. Это характерно для русловых песчаников в отличие от баровых. Крупными участками аккумуляции перено­симого рекой материала являются дельты, характеризующиеся полифациальностью отложений. В расходящихся протоках назем­ной части дельты формируются вытянутые песчано-алевритовые тела с выпуклой поверхностью (рис. 6.3). В подводной части дельты аккумулятивные формы чаще имеют более плоское осно­вание и выпуклую верхнюю поверхность, прорезанную руслами. В протоках наземных частей и в так называемой платформе — субгоризонтальной подводной части дельты — широко развиты косослоистые текстуры. Во внешней, более крутой части аван-дельты широко развито многоярусное наслаивание косослоистых серий, отражающих наращивание фронта дельты. Можно вы­делить три главных модели природных резервуаров в дельте (рис. 6.4). Одна из них в наиболее выраженном виде представляет

разветвляющиеся полосы песчаных тел, окаймляющих стрежни проток (см. рис. 6.4, /). Обычно она возникает при интенсивном вносе материала рекой в бассейн и при отсутствии интенсивного перераспределения материала в этом бассейне (рис. 6.3 также от­вечает этой модели). Вторая модель соответствует такому пе­рераспределению вещества волнами и прибоем. При этом фор­мируются и постепенно наращиваются песчаные валы (бары), сменяющиеся в сторону суши косами, а на берегу другими акку­мулятивными формами

(пляжи, дюны и др.) (см. рис. 6.4, 2). Схема чаще всего не носит симметричного характера, поскольку материал может переноситься вдольбереговыми течениями, в ре­зультате чего возникают косы, которые отгораживают заливы или лагуны. При интенсивных приливно-отливных течениях и умерен­ном переносе материала рекой происходит его накопление в ши­роком устье (эстуарии). Аккумулятивные формы часто вытянуты несогласно общему простиранию берега, формируются так назы­ваемые фингер-бары, часто даже на некотором удалении от устья. Материал в этих телах хорошо отсортирован (см. рис. 6.4, 3).

Наиболее крупные нефтегазоносные дельтовые комплексы известны на пассивных окраинах. Обычно они приурочены к крупным депрессиям и развиваются на фоне грабенов. При вы­движении (проградации) дельты, если река впадает в океан, дель­товое тело может перекрывать зону перехода от континентальной к океанической коре.

На береговых пляжах образуется несколько типов песчаных резервуаров. Типичный пляж подразделяется на относительно сглаженную фронтальную наклонную поверхность, которая снизу ограничивается самым низким уровнем стояния воды и некото­рым уступом (берм). От тыловой части берма на различное рас­стояние в глубь суши протягивается относительно выравненная полоса, куда могут захлестывать волны во время сильного штор­ма или нагонного ветра. Эта полоса может ограничиваться либо уступом (кроме террасы), либо линией, за которой развиты пес­чаные дюны. Гряды дюн иногда представляют собой древние пес­чаные валы, созданные совместно рекой и морем (озером). В слу­чае высоких приливов и широкого отлогого берега обширное пространство за пляжем, полностью или частично покрываемое водой прилива, называется маршем — это прибрежная заливаемая приливно-отливная равнина с промоинами, водотоками, по кото­рым вода уходит при отливе. Пески пляжа представляют собой крупное аккумулятивное тело, протягивающееся на очень боль­шие расстояния.

Некоторые пляжи сложены перетертыми обломками раковин или известковыми оолитами, они очень быстро цементируются, и возникают бичроки. Гряды, сложенные пляжевыми песками, об­разуют мощные системы вдоль морских побережий, это хорошо видно на примере Мексиканского залива (рис. 6.5). В соответ­ствии с конфигурацией береговой линии полоса пляжа может из­гибаться и прерываться. Вдоль берега протягиваются и гряды подводных баров. Сильные штормы разрушают, а затем вновь формируют бары так, что материал здесь хорошо сортируется. Прибрежные бары, представляющие собой иногда барьерные острова, развиты почти на всех мелководьях. Вытянутые цепи песчаных островов часто отделяют от моря (озера) лагуны. Если эти песчаные острова причленяются к выступающей части суши, они имеют вид кос, иногда отгораживающих бухты, в которые впадают реки. Обращенный к морю край бара (барьерного остро­ва) обычно сглаженный, ровный, а противоположный внутрен­ний край более неровный. Гидродинамические и гидрохимичес­кие характеристики водной среды часто различаются на противо­положных сторонах этих островов. Бары образуются в результате совместного действия намывных приливных и вдольбереговых те­чений, разносящих материал. Для формирования баров нужен некоторый избыток приносимого материала. Современные бары широко известны. Ископаемые бары являются резервуарами нефти и газа. Хорошо изучен баровый комплекс Бисти позднеме-лового времени в бассейне Сан-Хуан в США (рис. 6.6). Здесь вы­деляются предбаровые, баровые и забаровые фации. Предбаровые фации месторождения Бисти представлены глинами с остатками фауны открытого моря, баровые — глауконитовыми песчаника­ми, забаровые — песчанистыми глинами и глинистыми песками с небольшим количеством доломита. Месторождение Бисти, рас­положенное в бассейне Сан-Хуан, представляет собой пример хо­рошо изученного древнего бара, протягивающегося более чем на 50 км при ширине около 1 км. Это песчаники верхнего мела, ко­торые образовались в бассейне Сан-Хуан, представлявшим в то время отгороженный залив моря, покрывавшего территорию со­временного Западного внутреннего бассейна. Другой пример ба-ровых тел (рис. 6.7) представлен палеогеографической схемой, на которой выделены баровые тела в миоценовых отложениях на юго-восточном шельфе Сахалина и на сейсмическом профиле, где выделяется одно из этих тел. Баровые отложения часто характери­зуются высокими фильтрационно-емкостными свойствами.

Выклинивание пластов является одним из типов ограничения природных резервуаров (и предпосылкой возникновения ловушек для углеводородов). Примером этого служат заливообразные ли­нии выклинивания песчаников олигоценового возраста (майкоп-

екая серия) на северном склоне Кавказа в Краснодарском крае. Выклинивание и замещение линзообразных пластов песчаников и алевролитов глинами на склонах бассейна хорошо видны на при­мере Приобского месторождения в Западной Сибири (рис. 6.8).

На шельфе иногда перемещаются большие массы обломочно­го материала особенно во время сильных штормов, происходят размыв и переотложение осадков. Ширина этой шельфовой зоны может быть очень значительна. При слабом наклоне дна и даже незначительных колебаниях уровня моря перемещение береговой линии достигает больших масштабов, и однородный характер пе­реработки материала выдерживается на обширных площадях — формируются протяженные пласты, для них характерна выдер­жанная параллельная и слабоволнистая слоистость. Во внешней части шельфа гидродинамическая активность в целом убывает, хотя струи течений продолжают действовать. Перенос материала здесь осуществляется преимущественно во взвешенном состоя­нии, среди осадков преобладают мелкозернистые разности, уве­личивается количество глинистого вещества. Текстуры осадков преимущественно тонкослоистые. Развитие терригенных коллек­торов здесь прежде всего связано с зонами морских течений. Песчано-алевритовые породы в этих условиях более надежно изолированы глинами, чем на внутреннем шельфе. Примером ре­зервуаров с высокими свойствами служат газоносные песчаники хадумского горизонта палеогена на Ставрополье.

Континентально-склоновые отложения также выступают в роли природных резервуаров. Для формирования отложений в каньонах и глубоководных конусах выноса большую роль играет гравитационный фактор во время действия скоростных мутьевых потоков на подводных склонах. Подводные каньоны, врезаясь в континентальный склон, а часто и в шельф, переносят материал к основанию склона, где он и скапливается, образуя глубоковод­ный конус выноса (фэн). Ниже устьев крупных рек конусы могут образовать единую систему с их дельтами. В верхней части конус имеет активное (для данного момента) питающее русло, которое ниже разветвляется на протоки (как и в дельте). Русло и особен­но протоки часто ограничены прирусловыми валами. Конус под­разделяется на три части: 1) верхнюю с центральным руслом, 2) среднюю (средний конус или «супрафэн»), сложенную лопас­тями, образовавшимися в результате переноса материала по от­дельным протокам в разное время, поэтому они частично могут перекрывать друг друга (средний конус имеет наиболее выпуклую поверхность и выражен в рельефе дна), 3) для нижней части характерна выровненная поверхность, рассеченная мелкими раз­ветвляющимися протоками. В целом конус напоминает дерево, опрокинутое кроной вниз. В наиболее проточных частях конусов

материал бывает хорошо промыт. В прирусловых валах песчаный материал более мелкий и обогащен глиной. Межрусловые участ­ки долин характеризуются накоплением только мелких осадков из взвеси в воде в результате медленного осаждения, которые в период спокойного развития покрывают весь фэн.

Средняя часть глубоководного конуса выноса (или супрафэн) является активным полем осадконакопления. Обилие осадков иногда формирует выпуклую поверхность дна, рассеченную мно­гочисленными руслами, разветвляющимися на протоки и ограни­ченные иногда прирусловыми валами. Среди русел выделяются действующие и уже отмершие, покрытые слоем пелагических илов. В целом супрафэн представляет совокупность веерообраз­ных лопастей, накопившихся в разное время. В поперечном раз­резе они представляют линзы более грубого материала среди гли­нистых осадков (рис. 6.9). Супрафэн представляет собой как бы подводную дельту, в линзах отмечается погрубение материала вверх по разрезу. В нижней части супрафэна русла постепенно исчезают, и к его нижней границе пески почти выклиниваются вниз по падению. Песчаные фации средней части фэна могут соединяться с песками питающей долины верхней части и образовать единый достаточно мощный песчаный резервуар сложной разветвленной формы.

Нижняя часть глубоководного конуса обычно бывает самая большая по площади развития. Вместе с супрафэном она образу­ет подножие континентального склона в океанах и глубоковод-

ных морях. Поверхность дна здесь пологоволнистая, рассечена слабоврезанными мелкими руслами. Здесь господствуют уже чис­то пелагические условия осадкообразования и может отлагаться повышенное количество ОВ. В периоды усиления поступления материала с верхних этажей сюда проникают турбидитовые тече­ния, они растекаются из русел и в периферийной части конуса текут уже широким фронтом. Среди турбидитов преобладают тонкослоистые разности глинистого и алевритового материала, много растительного детритуса. В периоды сильных импульсов образуются плащеобразные покровы мелкопесчаного материала, в котором может быть видна градационная слоистость. Фации нижнего конуса постепенно переходят в фации абиссальных рав­нин. В процессе роста и продвижения глубоководных конусов от берега в океан (море) отложения средней, а затем и верхней час­ти накладываются на нижний конус, и образуется стратифици­рованный разрез с общим укрупнением материала кверху. Про­цессы перемещения и накопления осадочного материала в глубо­ководных конусах чутко реагируют на колебания уровня океани­ческого (морского) бассейна, а также изменение объема твердого стока, поступающего из источника питания. При низком уровне стояния в русла с континента приносится более грубый материал. Повышение уровня в океане отражается в заполнении русел ко­нусов глинистыми илами. Ранее сформированное песчаное тело перекрывается ими. Если материала поступает много, то конусы

расширяются, сливаются между собой и могут об­разовать почти непрерыв­ную полосу на континен­тальном склоне. Подоб­ную ситуацию можно ви­деть на крутом континен­тальном склоне (бордер-ленде) штата Калифорния в США (рис. 6.10).

В различных нефтега­зоносных комплексах мо­гут преобладать те или иные разновидности при­родных резервуаров. Нап­ример, на широких шель­фах эпиконтинентальных морей будут образовывать­ся в основном пластовые резервуары, а для озер-но-речных равнин харак-

терны резервуары линзовидной формы и другие ограниченные по распространению разновидности. В мощных песчаных свитах возникают условия существования массивных резервуаров. Пос­ледние больше характерны для карбонатных пород, нефтегазо-носность которых широко известна. В них находятся очень круп­ные и даже уникальные скопления углеводородов (особенно в ра­йоне Прикаспия, Персидского и Мексиканского заливов). Наи­более распространены рифогенные известняки, образующие вы­пуклые тела, которые имеют общее название биогермы. Состав рифостроителей, т.е. организмов, скелеты которых образуют био­гермы, разнообразен: коралловые полипы, мшанки, различные двустворки. Биогермы пластовой формы образованы карбонатами, замещающими водоросли в местах их массового расселения. Такие тела называются строматолитами.

Среди карбонатных комплексов наиболее крупные скопления углеводородов приурочены к тем из них, которые содержат рифо­генные тела. Внутреннее строение рифовых массивов сложное. Сами рифовые тела резко выделяются в рельефе поверхности комплекса. Относительное превышение вершин массивов может достигать 1—2 км. В целом риф является резервуаром массивного типа, но внутри него зоны отличаются друг от друга. Это прежде всего ядро рифового массива, его склоны, сложенные скелетны­ми остатками разных организмов. Кроме того, выделяется так на­зываемый обломочный шлейф в нижней части склона, образо­ванный при разрушении рифа абразией, а между рифовых масси­вов — депрессионные фации, сложенные тонкозернистым гли­нисто-карбонатным материалом. Породы во всех этих частях имеют различную структуру и свойства. Внутри ядра породы, сложенные скелетами разных организмов, также различаются по своей структуре. В рифах формируются субгоризонтальные про­тяженные зоны или горизонты, в которых породы были выщело­чены и промыты в зонах наиболее активного воздействия различ­ных агентов, например при выходе рифа выше уровня моря. Это горизонты развития так называемых «ситчатых» известняков с очень высокой пустотностью. Из этих зон получают особенно высокие объемы нефти — тысячи тонн в сутки (ряд месторожде­ний Ближнего Востока и Мексики). По форме рифы бывают более или менее изометрические куполовидные или с нескольки­ми куполами на одном основании, вытянутые или кольцевые (типа атоллов).

Размеры массивов могут быть очень крупными. Так, рифо­вый массив каменноугольно-нижнепермского возраста месторож­дения газоконденсата Карачаганак в Прикаспийской впадине по протяженности превышает несколько километров и имеет высоту около 1,5 км. В нем выделяются коллекторы различных типов.

Лучшие порово-трещинные коллекторы приурочены к зонам вы­щелачивания, другие могут характеризоваться более скромно. Схематически это показано на рис. 6.11. Коллекторские свойства зависят и от того, скелеты каких организмов служат рифообразо-вателями (кораллы, мшанки, брахиоподы и др.).

Крупный рифовый массив каменноугольно-пермского воз­раста, достигающий в поперечнике 20 км, находится в Западном Казахстане вблизи берега Каспия. С ним связано крупнейшее Тенгизское месторождение нефти. Другое подобное месторожде­ние Кашаган находится под водами Каспийского моря. Рифовые тела нередко находятся по краям так называемых «карбонатных платформ» мощных пологозалегающих толщ. Вместе с рифами они могут образовывать единые крупные массивные резервуары. В составе этого же комплекса выделяются банково-рифовые фа­ции, близкие по генезису к рифовым массивам. Эти фации ха­рактеризуются узкозональным полосовидным распространением, с которым связаны соответственно литологически ограниченные резервуары, развитые по бортам крупных впадин.

Пластовые резервуары в карбонатных толщах встречаются реже, но в некоторых случаях они обладают очень высокими ка­чествами. Прежде всего это пласты оолитовых известняков, кото­рые по структурно-текстурным особенностям сходны с обломоч­ными породами, однако по вторичным

изменениям они различны.

Комплексы, сложенные массивными известняками, образуют природные резервуары преимущественно в зонах развития текто­нической или литологической трещиноватости или в участках развития кавернозности (чаще всего в доломитах и доломитизи-рованных известняках). Свод крупной складки в массивных из­вестняках, нарушенных трещинами, образует массивный резерву­ар. Отдельные небольшие зоны трещиноватости и кавернозности обеспечивают возникновение литологически ограниченных ре­зервуаров. Переходную роль играют терригенно-карбонатные или глинисто-карбонатные комплексы с резервуарами сложного вида. Вследствие общей системы трещиноватости в этих толщах обра­зуются массивные резервуары сложного литологического состава. Тип природного резервуара — это только одна из характерис­тик нефтегазоносного комплекса. Нефтегазоносные комплексы в бассейнах древних и молодых платформ, подвижных поясов, ак­тивных и пассивных континентальных окраин различны. По вер­тикали комплексы также различаются. Например, на более ран­них этапах формирования бассейнов древних платформ в рифто-генах формируются комплексы, резко отличные от комплексов более верхнего типично платформенного чехла. Применяя при их изучении методы фациального и формационного анализов, ис­следуя историю формирования пород, можно на научной основе прогнозировать типы природных резервуаров.