Full Text

Введение Территории Предуральского прогиба и Западно-Уральская зона складчатости представляют несомненный интерес для оценки потенциальной нефтегазоносности. На Южном Урале в качестве наиболее перспективных районов могут рассматриваться Мраковская впадина и Шихано-Ишимбайской седловина. Изучение катагенетических особенностей разреза включает последовательную оценку современного геотермического поля и основных факторов его формирования, палеогеотермических характеристик и расчета степени катагенеза на основе аналитических зависимостей. Логическим продолжением этих исследований является выполнение бассейнового моделирования, интегрально учитывающего историю формирования разреза, его преобразования, палеотемпературные и динамические условия. Основные геологические факторы формирования геотермического поля К настоящему времени накоплен значительный фактический материал по региональной геотермии разреза, прогнозным оценкам величины теплового поля, выполнено построение цифровых геотермических моделей литосферы Урала и Предуралья. Исследования нашли отражения в трудах Ю.А. Ежова, В.Е. Сальникова, Ю.И. Галушкина, В.Д. Хуторского, И.В. Головановой [1-18]. В качестве основных факторов формирования геотермического режима территории следует рассматривать следующее: - особенности тектонического развития и осадконакопления [19-22]; - палеоклиматические условиями как следствие глобальных тектонических и планетарных процессов [1, 11, 15, 16, 24-29]. - геолого-структурные и палеогеографические условия формирования макронеоднородности теплопроводных свойств разреза, геотермических аномалий локальных структур и соляных диапиров [7, 16, 30]. - вероятность образования фрикционных источников тепла при формировании шарьяжно-надвиговых структур [18, 31-34]. Оценка величины тепловых потоков и эволюция теплового режима Южного Урала и прилегающей части Предуральского прогиба неоднократно рассматривались И.В. Головановой, Ю.А. Галушкиным, М.Д. Хуторским [1-4, 7, 18, 33]. В зависимости от качества исходных данных, методики исследований и представлений авторов количественные оценки теплового потока могут различаться. Так, по данным В.Е. Сальникова (1984) для изучаемого региона величина теплового потока оценивается от 23 до 33 мВт/м2. Восточная окраина Русской платформы в примыкании к Уралу характеризуется В.А. Щаповым (2006) как зона со значениями теплового потока 35-40 мВт/м2. По данным М.Д. Хуторского для изучаемого района характерны величины теплового потока в диапазоне 19-34 мВт/м2 [18]. Более высокие значения теплового потока для Предуральского прогиба и Западно-Уральской внешней зоны складчатости представлены в работах И.В. Головановой [7, 8, 11]. Для Мраковской депрессии тепловой поток по 11 измерениям оценивается в диапазоне 23-58 мВт/м2 (средний 40 мВт/м2), а с учетом палеоклиматических поправок 40-50 мВт/м2. Для Шихано-Ишимбайской седловины (три измерения) аналогичные показатели соответствуют диапазону 33-37 мВт/м2 (средний 35 мВт/м2) и 40-50 мВт/м2 с учетом палеоклиматических поправок. Западно-Уральская зона складчатости и Предуральский прогиб вместе с восточной частью Волго-Уральской антеклизы относятся к обширной Уральской области с общими пониженными значениями теплового потока и локальными зонами (участками) его резкой дифференциации (от 23 до 58 мВт/м2), однако не входят в Уральскую зону аномально низких значений теплового потока. В восточной части Мраковской депрессии выделяется локальная Исимовская аномальная зона с величиной теплового потока до 48-58 мВт/м2 [7, 8, 11]. Плотность пунктов геотермических наблюдений в скважинах Мраковской депрессии и Шихано-Ишимбайской седловины оценивается как низкая и крайне неравномерная, поскольку практически все измерения температур выполнены в скважинах на нефтяных площадях. В восточных районах этих структур, а также сопредельной зоны складчатого Урала пункты геотермических наблюдений в скважинах отсутствуют. В основу анализа современного температурного поля изучаемого района вошли данные, представленные в работах Ю.А. Ежова и И.В. Головановой в виде региональных схем изотерм на кровле отложений, изотерм на срезах, геотермических профилей, одиночных и обобщенных термограмм. Примером схем изотерм является карта температур, приведенных к кровле доманиковых отложений [35]. Она иллюстрирует отчетливую тенденцию резкого возрастания температур в Шихано-Ишимбайской седловине и, особенно, в Мраковской депрессии при увеличении глубины залегания отложений. Информативными также являются региональные карты изотерм на срезах [13]. Для района Мраковской депрессии показательным является геотермический профиль, проведенный через изучаемый район с прогнозом температур в сопредельных восточных структурах. В работах И.В. Головановой с соавт. [9, 11] представлены мелкомасштабные схемы прогнозных изотерм южной части Республики Башкортостан на срезах минус 2000, минус 5000 и минус 1000 м, рассчитанные с учетом исправленных на влияние палеоклимата значений теплового потока. При высокой общей дифференциации теплового поля повышенные температуры характерны для района Мраковской депрессии. Построение карт прогнозных температур на срезах минус 500 м, минус 1000 м, минус 2000 м, минус 3000 м, минус 5000 м и минус 10000 м по геотермическим данным ИГ УНЦ РАН показало следующее: общий рост дифференцированности температурного поля с глубиной, вероятность наличия геотермической аномалии в районе Саратовской структуры вблизи западной границы южного перспективного участка в условиях предположительно высокой теплопроводной изоляции разреза, а также относительно низкий температурный фон в районах юго-западной границы северного перспективного участка, что может быть связано с повышенной теплопроводностью пермских соляных диапиров Воскресенского вала в верхней части разреза. Показательными параметрами являются геотермические градиенты различных частей Уральского региона. По данным Ю.А. Ежова (1968), наиболее низкий средний геотермический градиент характерен для «охлажденных» структур центрального Урала (1,73 °С/100 м). В условиях высокой геотермической изоляции разреза Зауралья градиент достигает величины 4,77 °С/100 м. Для Предуралья средний градиент оценивается величиной 1,86 °С/100 м, что фактически соответствует платформенным условиям. Прогнозные величины интервальных геотермических градиентов изучаемой территории составляют 1,0-3,2 °С/100 м. В западных и центральных зонах средний геотермический градиент верхней части разреза (до минус 1000 м) соответствует относительно низкой средней величине 1,6 °С/100 м, что может предопределяться высокой теплопроводностью пермских галогенных отложений. В интервале минус 1000 - минус 5000 м средний градиент возрастает до 1,7-1,8 °С/100 м. Минимальная прогнозная величина среднего градиента предполагается в интервале ниже минус 5000 м (1,3 °С/100 м) и может быть связана только с повышенной теплопроводностью разреза на больших глубинах. Для юго-восточной зоны характерны более высокие средние геотермические градиенты, что может предопределяться повышенной геотермической изоляцией разреза. Отличия юго-восточной зоны от западной и центральной зон прослеживаются на обобщенной термограмме фактических конечных температур в скважинах региона (рис. 1). В соответствии с полученными уравнениями, геотермический градиент в юго-восточной зоне может оцениваться в 2,7 °С/100 м, а в западной и центральной зонах -1,4 °С/100 м. Палеогеотермическая зональность отложений Особенности палеотемпературной зональности южной части Предуральского прогиба рассматривались в работах Горшкова [12]. По материалам палеотемпературно-катагенетической изученности в нижнепермских и нижнекаменноугольных отложениях южной части Предуральского прогиба выделяются зоны среднего и высокого катагенеза. Бóльшая часть северного участка и весь южный находятся в зоне высоких катагенетических преобразований и палеотемператур. Для этой зоны характерно чешуйчато-надвиговое строение осадочного чехла, что подтверждается изучением разрезов скважин Таушской и Беркутовской площадей. Фаменско-турнейские отложения в зоне Зилаирского синклинория (зилаирская серия), шарьяжно надвинутые на более молодые комплексы отложений девона и карбона, преобразованы, вероятнее всего, до стадии апокатагенеза, а палеотемпературы могут составлять 220-250 °С. Катагенез поднадвиговых (автохтонных) отложений среднего и нижнего карбона соответствует градациям МК2-МК4 и палеотемпературам 140-210 °С. При определении отражательной способности витринита (ОСВ) на керне скважин, пробуренных в Западно-Уральской складчато-надвиговой зоне, и последующей интерпретации полученных результатов довольно часто отмечаются катагенетические несогласия и инверсионный характер катагенеза. Это чаще всего связано с пересечением скважиной шовных зон надвиговых дислокаций. Так, скважиной 7409 Беркутовской площади в интервале 3848-3870 м вскрыты отложения верхнего карбона с катагенезом МК2. Не исключено, что такой низкий катагенез на значительной глубине может указывать на то, что выше указанного интервала находится сместитель надвига, и на отложения нижнего карбона надвинуты толщи катагенетически более преобразованные. В сложных условиях складчато-надвигового строения и наличия инверсионных движений при прогнозе катагенетической зональности вместе с применением метода ОСВ целесообразно использовать расчетные методы и программы по бассейновому моделированию. В результате применения расчетных методов построены прогнозные карты изменения катагенеза органических веществ (ОВ) палеозойских отложений в пределах стратиграфических подразделений рассматриваемой территории (рис. 2). Наблюдается общая тенденция увеличения катагенетической преобразованности ОВ пород по площади в субмеридиональном направлении с севера на юг, и по разрезу от пермских до девонских отложений, достигая позднего мезокатагенеза (МК4). Для пермских отложений ОВ на значительной части территории находится на стадии протокатагенеза. Для башкирских и тульских отложений характерен широкий диапазон изменения катагенетической преобразованности ОВ от протокатагенеза (ПК2) до мезокатагенеза (МК3). Наименее катагенетически преобразовано ОВ на севере территории на Кургашлинской, Урузбаевской, Хлебодаровской, Иштугановской площадях. В районе Таушской и Саратовской площадях ОСВ достигает 1,0 % (МК3). Для турнейских отложений ОВ на большей части территории преобразовано до подстадии МК4. Доманиковые отложения на всей изучаемой территории находятся в мезокатагенезе (МК1-МК4). Для кыновско-пашийских отложений ОВ в южных районах находится на поздней стадии мезокатагенеза (МК4), ОСВ более 1,5 %. Менее катагенетически преобразованное ОВ характерно для северных и центральных районов, катагенез ОВ не превышает подстадии МК1 (Урузбаевская, Хлебодаровская, Кургашлинская и др. площади). Для западных и частично центральных районов ОВ преобразовано до подстадий МК2-МК3 (Кинзебулатовская, Тейрукская, Салиховская, Воскресенская и др.). Рис. 1. Термограмма по фактическим конечным замерам температур в скважинах Шиханско-Белебеевской седловины и Мраковской депрессии (по материалам ИГ УНЦ РАН) Бассейновое моделирование Моделирование процессов нефтегазообразования и восстановления геотемпературного режима недр проводилось в программе PetroMod, которая позволяет реконструировать палеотемпературы, степень катагенеза, потенциал генерации углеводородов (УВ) материнских свит и др. в сложных надвиговых структурах с объединением нескольких разрезов [1]. Для зоны максимальных палеотемператур 1D-бассейновое моделирование проводилось по разрезу поисковой скважины Таушской 2, расположенной в Мраковской впадине, для зоны средней степени катагенетической преобразованности - по разрезам скважин Тейрукской 2 (Шихано-Ишимбайская седловина) и Уразбаевской 11 (Мраковская впадина). Верификация моделей, проведенная по фактическим замерам температур в скважинах, прогнозным современным температурам, отражательной способности витринита (Ro) и пластовому давлению показала удовлетворительные результаты (рис. 3, а). На глубине 1686 м в разрезе скважины Таушской 2 между автохтоном (R-P1) и аллохтоном (C1v-P1) фиксируется катагенетическое несогласие, которое является следствием Таушско-Ургинского надвига (рис. 3, б). Исследование формирования осадочного чехла показало, что основное осадконакопление проходило в три этапа: рифейское, поздневендское и силурийско-позднепалеозойское. На рубеже «пермь - триас» в районе скважин Таушской 2 и Уразбаевской 11 проявились Таушско-Ургинский и Уразбаевский надвиги. После интенсивного погружении базальных терригенных отложений нижнего рифея в эволюции геотемпературного режима наблюдается увеличение пластовых температур до 180-185 °С в подошве осадочного чехла. К завершению рифейского цикла температура в кровле калтасинской свиты составляла 120-190 °С. На этапе выстуживания в раннем венде наблюдается небольшое снижение температур (15-20 °С), а затем резкое возрастание температур в позднем венде. К этому времени температура в кровле рифея составляла около 75-80 °С. Рис. 2. Прогнозные карты изменения катагенеза органических веществ пород Мраковской впадины и Шихано-Ишимбайской седловины а б Рис. 3 Калибровка результатов моделирования в разрезе скважины Таушской 2: а - по температуре; б - по отражательной способности витринита (Ro) а б Рис. 4. Модель погружения и прогрева: а - по разрезу скважины Таушской 2; б - аллохтона скважины Уразбаевской 11 (до периода надвиговых дислокаций) Третий этап интенсивного возрастания температур в районе скважин Таушской 2 и Уразбаевской 11 прослеживается в раннедевонско-фаменское время, за этот период температура в кровле рифея возросла еще примерно на 25 °С, температура в силурийско-девонской части разреза к окончанию фаменского времени не превышала 35-40 °С. Моделирование эволюции геотемпературного режима по разрезу скважины Тейрукской 2 на этом этапе показало, что резкое увеличение температур наблюдается только со второй половины каменноугольного периода. К завершению пермского этапа осадконакопления максимальные пластовые температуры в кровле калтасинской свиты составили 225-275 °С, в кровле пашийско-кыновской толщи терригенного девона - 88-100 °С, в кровле доманикового горизонта - 86-118 °С. На рубеже мезозоя и кайнозоя наступил стабильный этап развития, характеризующийся постепенным выстуживанием отложений (рис. 4, а). а б Рис. 5. Модель эволюционно-катагенетической зональности: а - по разрезу скважины Тейрукской 2; б - алллохтона скважины Таушской 2 (до периода надвиговых дислокаций) По результатам бассейнового моделирования аллохтонных частей разрезов с применением палинспастических реконструкций (рис. 4, б) значительных изменений в распределении пластовых температур до раннепермского времени не наблюдалось. Максимальный прогрев доманикового горизонта по разрезам аллохтонов изучаемых площадей до начала складчато-надвиговых дислокаций в артинское время составлял 87-117 °С, в пашийско-кыновских отложениях - 83-113 °С, температуры в кровле калтасинской свиты повысились до 252-265 °С. Максимальные палеотемпературы зафиксированы во время проявления надвигов, что характерно для многих сильнодислоцированных зон. Реконструкция катагенетической зональности скважины Тейрукская 2 (рис. 5) показала, что нижний рифей прошел стадию мезокатагенеза и погрузился в главную зону газообразования (ГЗГ) еще в раннерифейское время. Нижняя часть верхнего венда длительное время из-за отсутствия прироста температур в начале палеозоя находилась в зоне МК1, только во время складчато-надвиговых перемещений при повышенном тепловом потоке в пермское время подошва венда на глубине около 2300 м прогрелась до подстадии МК3, кровля венда в это время только погрузилась в зону МК1. Подошва терригенного девона и доманикового горизонта вступили в ГЗН на рубеже «пермь - триас». По результатам моделирования степень катагенеза палеозойской части разреза после надвиговых перемещений не превысила подстадию МК1. Соответственно, до проявления надвиговой тектоники, а именно, в раннепермское время нефтегазоматеринские породы доманикового горизонта, терригенного девона автохтонов могли продуцировать нефтяные УВ, в то время как более погруженные отложения нижнего рифея при благоприятных условиях могли генерировать газы. В районе скважины Тейрукской 2 в начале пермского этапа осадконакопления наблюдается резкое возрастание катагенетической зрелости по всему разрезу, подошва венда достигает градации катагенеза МК2, палеозойская часть разреза остается в зоне протокатагенеза. Но уже после накопления мощной терригенной толщи пород уфимского яруса (270 млн лет) низы венда вступают в ГЗГ (R° - 1,20-1,23 %), подошва доманикового горизонта достигает степени катагенеза МК2 (R° - 0,66 %), фаменско-башкирская часть разреза остается в зоне МК1, вышележащие отложения - в зоне протокатагенеза (см. рис. 5, а). Результаты моделирования по разрезам аллохтонов показали, что до начала развития надвигообразований в протокатагенезе оставались только верхи визейского яруса, башкирские, верхнекаменноугольные и пермские отложения. К завершению палеозойского цикла в предполагаемых нефтегазоматеринских породах аллохтонов доманикового горизонта, терригенного девона создавались благоприятные условия для генерации тяжелой и средней нефти (см. рис. 5, б). Заключение Таким образом, результаты изучения геотермических и геохимических условий южной части Предуральского прогиба и Западно-Уральской зоны складчатости, несмотря на ограниченность исходной информации, позволили получить ряд важных выводов для прогноза нефтегазоносности малоизученных районов Волго-Уральской нефтегазоносной провинции [36-49]: - геотермические исследования показали общий рост дифференцированности температурного поля с глубиной, особенно для районов Мраковской депрессии; - выполненные расчетные построения палеотемпературно-катагенетической зональности показали широкий диапазон изменения степени катагенеза ОВ пород в пределах стратиграфических подразделений. Характерна общая тенденция увеличения катагенетической преобразованности ОВ пород по площади в субмеридиональном направлении с севера на юг и по разрезу - от пермских до девонских отложений. Средне-верхнедевонские отложения на всей территории находятся в мезокатагенезе. Для средне, верхнекаменноугольных и пермских комплексов характерен широкий диапазон катагенетической преобразованности ОВ пород, от подстадий ПК1 до МК4; - по результатам бассейнового моделирования степень катагенеза одновозрастных отложений как автохтона, так и аллохтона в южной части района работ (Таушская 2) несколько выше, чем в северной (Уразбаевская 11). Результаты восстановления катагенетической зональности в зоне проявления надвигов свидетельствуют, что предполагаемые нефтематеринские отложения палеозоя автохтона и аллохтона в незначительной степени могли реализовать свой нефтяной потенциал, так как вступали только в начальную подстадию ГЗН (Ro< 0,61 %, TR - 5-10 %). Раннее вступление палеозоя в ГЗН в донадвиговую эпоху, могло отрицательно повлиять на сохранность залежей УВ. В районе скважины Тейрукской 2 так же, как и в восточной части изучаемой территории, рифейский этап развития осадочного бассейна занимал ведущее положение в процессах газообразования, но к окончанию поздневендско-раннепермского этапа погружения были созданы благоприятные катагенетические условия для генерации жидких углеводородов в девонско-среднекаменноугольной части разреза (МК1-МК2).

About the authors

Svetlana E. Bashkova

Perm State National Research University; Kama Research Institute for Comprehensive Studies of Deep and Ultra-Deep Wells

Yury A. Yakovlev

Perm State National Research University; Kama Research Institute for Comprehensive Studies of Deep and Ultra-Deep Wells

Anastasia S. Kapitanova

LUKOIL-Engineering LLC

Andrey N. Bashkov

Perm National Research Polytechnic University

References

Statistics

Views

Abstract - 281

PDF (Russian) - 175

PDF (English) - 5

Refbacks

• There are currently no refbacks.