Хемогенные карбонатные породы-коллекторы обычно представлены кристаллическими известняками и доломитами, но иногда они могут состоять из мергеля и мела. Если они сложены преимущественно карбонатными минералами, они имеют кристаллическую структуру и могут быть подразделены на крупно-, средне- и мелкокристаллические. Относительно чистые карбонатные породы иногда постепенно переходят в более или менее окремненные разности. Кремнистыми компонентами могут служить химически осажденный кремний, кремневые окаменелости, обломочные зерна кварца или кремня, а также глинистый материал, более или менее тонко перемешанный с карбонатным. С увеличением содержания в карбонатах кремнистых компонентов образуются песчанистые, кремнистые или глинистые известняки и доломиты.
Карбонатное вещество в этих породах почти полностью представлено кальцитом (СаСО3) и доломитом [СaMg(CО3)2], а в отдельных породах ‑ только одним из этих минералов. Кальцит и доломит нередко образуют в породе различные смеси. Доломитовые и кальцитовые разности карбонатных пород могут переслаиваться между собой, или доломит может слагать тела неправильной формы, слегка выступающие на выветренной поверхности известняков и придающие ей пятнистый вид. Иногда вследствие замещения кальция магнием кальцитовая порода в той или иной степени равномерно доломитизируется и тогда классифицируется как магнезиальный пли доломитизированный известняк, а при достижении конечной стадии доломитизации может превратиться в доломитовую породу, более чем на 50 вес. %, состоящую из минерала доломита [38, 41]. Пятнистая и равномерная доломитизация наиболее характерны для древних карбонатных формаций палеозойского возраста. Интенсивная перекристаллизация, сопровождающая процесс доломитизации, уничтожает многие первичные структурные особенности исходного известняка, а также содержащиеся в нем окаменелости и их отпечатки. Значение известняков и доломитов как коллекторов нефти и газа примерно одинаково; они различаются лишь своей проницаемостью: доломиты обычно более проницаемы¹.
|
|
Некоторые карбонатные породы обладают тонко- или микрослоистой текстурой и местами могут даже переходить в массивные, практически неслоистые разности. В таких породах очень трудно выявить характер слоистости по буровому шламу. Однако современные методы позволяют производить почти непрерывный отбор керна, в котором в большинстве случаев хорошо видна слоистость. Массивные, неслоистые карбонатные породы обычно связаны с органогенными рифовыми сооружениями, поэтому отсутствие в карбонатных отложениях слоистости может указывать на их рифовое происхождение.
|
|
Известняковые и доломитовые коллекторы биохимического происхождения установлены в отложениях всех возрастов от кембрия до плиоцена. Биохемогенные карбонаты наряду с обычным химически осажденным материалом содержат значительные количества органических остатков. Особенно активно биохимическое карбонатообразование происходило в местах формирования органогенных рифов (биогермов, биостромов), роль которых как коллекторов нефти и газа все время возрастает. Однако выделяющие известь организмы дают различные количества материала и для большинства нерифовых карбонатных пород (см. стр. 301-302). Главными биохимическими агентами карбонатообразования являются водоросли, бактерии, фораминиферы, кораллы, мшанки, брахиоподы и моллюски. Наиболее важные породообразующие организмы ‑ водоросли; по мнению некоторых геологов, их следует рассматривать вообще как самый главный агент выделения и отложения извести [42]. Карбонатное вещество, выделяемое живыми организмами, представлено в основном СаСО3 в виде кальцита или арагонита. Некоторые организмы вместо кальцита выделяют карбонат магния, однако считается, что они не играют заметной роли в процессе карбонатообразования. Часть пород, состоящих из биохемогенного карбонатного материала, была сформирована на месте прежнего обитания и отмирания организмов, обломки раковин которых впоследствии были консолидированы, не подвергшись перемещению. В других случаях раковины и скелетные остатки переносились ветрами и течениями и концентрировались в обломочные осадки. Преобразование обломков раковин в твердую породу происходит частично за счет деятельности известковых водорослей, например Lithothamnium, которые заполняют промежутки и скрепляют известью отдельные несвязанные обломки, а также благодаря вторичной цементации, уплотнению и осаждению хемогенного карбоната. После литификации и погребения под более молодыми отложениями порода может вновь претерпеть доломитизацию и перекристаллизацию, в результате чего почти нацело уничтожается первичная ее структура. Таким образом, возникающая в конечном итоге порода представляет собой ту или иную комбинацию органогенного детритуса с биохемогенными и хемогенными осадками. Последние могут быть ограничены в своем распространении отдельными участками, в пределах которых могли развиваться известьвыделяющие организмы и отлагаться их остатки. После погребения такая порода видоизменяется под воздействием различных процессов растворения первичного материала и его переотложения.
С увеличением содержания нерастворимого кластического материала известняки и доломиты могут незаметно перейти сначала в глинистые известняки и песчанистые доломиты, а затем в известковистые сланцы и доломитизированные песчаники. Пластические песчаные зерна, обломки кремней и прочий
¹Результаты изучения карбонатных коллекторов, развитых в Волго-Уральской области, показывают, что не всегда доломитизация приводит к увеличению проницаемости. ‑ Прим. ред.
нерастворимый материал, очевидно, примешивался к карбонатному веществу во время осаждения последнего. Иногда кластический материал содержится в карбонатной массе в виде вкраплений отдельных, не соприкасающихся между собой обломков, в других случаях он образует тонкие пропластки, линзы или пятна.
Известняки и доломиты как коллекторы углеводородов намного превосходят по своему значению все другие хемогенные породы; фактически они заключают в себе около половины мировых запасов нефти и газа. За последние годы в связи с открытием и вводом в разработку крупнейших нефтяных месторождений Среднего Востока, западного Техаса и западной Канады, где добыча ведется главным образом из известняковых и доломитовых пород-коллекторов, значение карбонатных коллекторов стало значительно выше, чем песчаных. Ниже приводится краткое описание некоторых наиболее важных нефтеносных карбонатных формаций земного шара.
|
|
Наибольшая концентрация крупных нефтяных месторождений на земном шаре наблюдается на территории Среднего Востока, главным образом в Иране, Ираке, Кувейте и Саудовской Аравии (см. фиг. 2-2). Значительная часть нефти добывается здесь из известняковых коллекторов, смятых в крупные антиклинальные складки. Ряд обнаруженных в карбонатных породах залежей содержит до 5 млрд. баррелей и более нефти каждая. В Саудовской Аравии коллекторские горизонты относятся в основном к зоне Араб (верхняя юра), сложенной несколькими известняковыми и доломитовыми толщами мощностью от 20 до 200 футов каждая, разделенными слоями ангидрита [43]. Главная продуктивная толща в Иране представлена известняковой формацией Асмари (олигоцен и миоцен) мощностью 700-1500 футов, развитой на обширной территории и местами имеющей рифогенный характер.
Значительные количества нефти добываются из нескольких залежей, связанных с мощной толщей плотных известняков мелового возраста в западной Венесуэле [44] (см. фиг. 14-12). Залежи приурочены здесь к крупным нарушенным антиклинальным складкам (поперечный разрез одной из них на месторождении Мара приведен на фиг. 6-31)¹. Коллекторами нефти являются также меловые известняки в большинстве крупных месторождений Мексики. Многие из них были открыты в результате бурения вблизи нефтепроявлений на поверхности. На фиг. 8-10 показана структурная карта мексиканского месторождения Поса-Рика.
Девонские рифогенные известняки и доломиты являются коллекторами в большинстве крупных залежей нефти в западной Канаде (см. также стр. 316-317 и фиг. 7-48). Ниагарские (силурийские) рифовые известняки формируют коллекторы многих, преимущественно мелких, нефтяных залежей в Онтарио, Индиане, Кентукки и Иллинойсе [45] (фиг. 7-35).
|
|
Известняки группы Канзас-Сити ‑ Лансинг пенсильванского возраста, переслаивающиеся с маломощными пачками глинистых пород и имеющие мощность от 200 до 400 футов, слагают один из наиболее важных продуктивных интервалов разреза на значительной территории в пределах центрального Канзаса [46]. Распределение залежей в этих известняках контролируется изменениями их пористости и проницаемости, а также локальными структурными особенностями. На обширном и пологом поднятии центрального Канзаса известняковая толща Канзас-Сити ‑ Лансинг с трансгрессивным несогласием залегает на отложениях всех более древних подразделений осадочного чехла вплоть до кембро-ордовикского известняка Арбакл.
Большое количество крупных залежей нефти в пределах Мид-Континента (Канзас, Оклахома и Техас) содержится в отложениях группы Арбакл ‑ Элленбергер (кембрий ‑ ордовик) [47]. Она является древнейшей среди основных продуктивных формаций земного шара и состоит преимущественно из доломитов и известняков с небольшой примесью кремней, песка и глин 2. Мощность этих отложений колеблется от 1000 футов в районе Эль-Пасо до 7000 футов и более в горах Арбакл, Оклахома. Известняки и доломиты рассматриваемой группы, то тонко-, то толстослоистые, характеризуются структурой от крупно- до микрозернистой. В северо-восточной Оклахоме, где группа Арбакл ‑ Элленбергер носит название «кремнистый известняк», местами в верхней части ее разреза встречаются многочисленные кремневые и песчаные прослои. Большинство залежей в этих породах связано со структурными ловушками, приуроченными к смятым и нарушенным антиклинальным складкам. По мере снижения продуктивности нефтяных скважин они начинают давать свободную воду; это свидетельствует,
¹В настоящее время открыты крупные залежи нефти в меловых отложениях, развитых в центральной части впадины ‑ в озере Маракайбо. ‑ Прим. ред.
²В настоящее время открыты залежи нефти и газа в более древних отложениях: s нижнекембрийских ‑ в Марково (Восточная Сибирь); в протерозойских ‑ в Австралии; в кембрийских ‑ в Алжире. ‑ Прим. ред.
видимо,о том, что проницаемость коллекторов не ограничивается локальными участками расположения залежей. Нефть, как правило, отличается высоким качеством, а начальные дебиты многих скважин приближались к нескольким тысячам баррелей в сутки.
Одной из богатейших нефтегазоносных провинций Северной Америки является регион, охватывающий западный Техас и юго-восточную часть Нью-Мексико, известный как Пермский Бассейн (фиг. 3-10). Здесь получают около 17 % добываемой в США нефти [48]. Почти все залежи этого региона, за исключением приуроченных к полосе песчаников
Фиг. 3-10. Карта распространения нефтяных залежей на территории западного Техаса и юго-восточной части Нью-Мексико.
(АА, на фиг. 3-10), связаны с палеозойскимиt известняками и доломитами. По существу в его пределах продуктивны любые отложения, начиная с пермских и кончая кембро-ордовикскими, причем типы наблюдаемых здесь ловушек отличаются широким разнообразием (см. также фиг. 6-16).