научная статья по теме О НЕКОТОРЫХ СПЕЦИФИЧЕСКИХ ФОРМАХ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД Геология

Текст научной статьи на тему «О НЕКОТОРЫХ СПЕЦИФИЧЕСКИХ ФОРМАХ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД»

ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2015, № 6, с. 576-582

УДК 551

О НЕКОТОРЫХ СПЕЦИФИЧЕСКИХ ФОРМАХ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД © 2015 г. В. П. Морозов1, А. Н. Кольчугин1, В. Г. Кузнецов2

1Казанский (Приволжский) федеральный университет 420008 Казань, ул. Кремлевская, 18; E-mail: vladimir.morozov@kpfu.ru 2Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина 119991 Москва, Ленинский проспект, 65; E-mail: vgkuz@yandex.ru Поступила в редакцию 13.10.2014 г.

Рассмотрены примеры избирательного выщелачивания компонентов карбонатных пород. В био-кластовых известняках с поровым типом цемента растворяется микрозернистый кальцит цемента. Раковины и микробиальные сгустки благодаря наличию в них белковоподобного материала не затронуты этим процессом. Напротив, раковины первично арагонитового состава легко и быстро растворяются, а образовавшийся карбонат дополнительно цементирует матрицу породы.

DOI: 10.7868/S0024497X15060087

Выщелачивание и сопутствующее ему кавер-нообразование являются одним из важнейших процессов вторичных преобразований карбонатных пород. Они, в частности, формируют пустотное пространство, создавая тем самым коллек-торский потенциал этих пород или существенно повышая его.

Как правило, результаты этих процессов изучаются и описываются в достаточно общей форме, когда фиксируется само наличие образующихся каверн, их количество, форма, связанность между собой и т.д. Само выявление всех или хотя бы основных факторов, способствующих этим процессам, имеет важное значение для прогноза формирования коллекторов подобного типа, возможной оценки их фильтрационно-ем-костных свойств, столь необходимых как на стадии подсчета запасов и создания оптимальной системы разработки залежи, так и в процессе ее эксплуатации.

Особое значение подобная проблема имеет для старых нефтеносных районов, в которых новые месторождения и вновь открываемые залежи относительно невелики, а старые находятся на заключительных стадиях разработки с падающей добычей и необходимостью применения вторичных и даже третичных методов добычи.

Вместе с тем, специальные исследования показывают, что существует некоторая селективность, избирательность растворения и выноса составных частей породы.

В данном сообщении приводятся некоторые результаты исследований в этом направлении.

Они основаны главным образом на изучении карбонатных пород турнейского и башкирского ярусов, соответственно, нижнего и среднего карбона ряда месторождений Волго-Уральской провинции с привлечением материалов других районов и другого возраста.

По результатам главным образом оптико-микроскопических исследований в карбонатных отложениях каменноугольного возраста было выделено и описано несколько структурно-генетических типов известняков [Кольчугин и др., 2013].

По-видимому, наиболее распространенными являются органогенно-обломочные (биокласто-вые) известняки, среди которых выделяются две разновидности — биокластово-зоогенные и био-кластово-фитогенные. Форменные элементы первых сложены в основном остатками раковин фораминифер и их обломков, реже встречаются обломки скелетов других организмов. Среди других форменных элементов присутствуют пеллеты — сгустки микритового материала. Происхождение последних, скорее всего, различно. В основном это, видимо, гранулированные остатки раковинок фораминифер, о чем писала еще И.В. Хворова [1958], частично копролиты; некоторые, возможно, представляют собой микробиальные образования — тромболиты. По характеру цементации они подразделяются на две группы: с поровым цементом обычно микритовой структуры (рис. 1а) и с ба-зальным, преимущественно яснокристалличе-ским (см. рис. 1б).

В биокластово-фитогенных известняках форменные элементы представлены соответственно

Рис. 1. Основные типы известняков.

а, б - биокластово-зоогенные: а — с поровым типом цемента, б — с базальным типом цемента; в — биокластово-фито-генные; г — пелитоморфные.

остатками водорослей, которые сцементированы микрозернистым материалом с базальным типом цементации (см. рис. 1в).

Достаточно широко представлены известняки пелитоморфные с тем или иным, но в целом незначительным количеством органогенного детрита (см. рис. 1г). В существенно меньших количествах встречаются оолитовые, литокластовые и строматолитовые разности.

Большинство пород в целом не являются хорошими коллекторами (рис. 2). Большая часть значений пористости варьирует в интервале 2.5—7.5%, значительно реже достигая 10%, а проницаемость составляет не более 5 х 10-3 мкм2. В биокластово-зоогенных известняках картина несколько иная. Здесь, наряду с породами с аналогичными значениями фильтрационно-емкостных свойств, имеется совокупность пород с пористостью 12.5—20%, и проницаемостью более 200 х 10-3 мкм2.

Дело в том, что практически все известняки обладают незначительной межзерновой пористостью, причем размеры пор весьма малы, что и предопределяет крайне низкие величины проницаемости. В биокластово-зоогенных известняках с поровым характером цементации наряду с по-

добным типом пустотного пространства имеются связанные между собой каверны, которые и определяют повышенные значения пористости и особенно проницаемости (рис. 3).

В связи с этим возникает вопрос, почему выщелачивание и кавернообразование проявляется именно в этих породах и каковы особенности этих процессов.

Процессы подземного выщелачивания карбонатных пород, то есть растворения и выноса определенного количества вещества, достаточно хорошо изучены. Они описаны, в частности, в работах И.Г. Кисина и С.И. Пахомова [1967], Н.А. Минского [1979], Б.К. Прошлякова с соавторами [1987], Д.С. Соколова [1962] и обобщены в посвященной геохимии катагенеза главе капитальной монографии В.Н. Холодова [2006].

Суть процессов заключается в том, что при наличии в пластовых водах С02 последний реагирует с карбонатом кальция с образованием растворимого бикарбоната, который и выносится этими водами. Источники С02 могут быть различны, важно не только, а часто не столько его абсолютное количество, сколько определенные термобарические условия, при которых углекислота ста-

30

о

25

о

р

ё 20

св

15

0

Пористость, %

о <ч

св Н

о т с

св &

45 40 35 30 25 20 15 10 5

_1_

_1_

_1_

_1_

0-50 50-100 100-200 200-400 400-800 >800 Проницаемость, п х 10-3 мкм2

и70

т

I 60

| 50 ч 40 ; 30 I 20 : 10 1 0

П

ти100

ост90

з 80

8 70

15 60

тр50

п 40 ^ 30

о т с

св &

20 10

0

_1_

0-2.5 2.5-5.0 5.0-7.5 7.5- 10.010.0 12.5 Проницаемость, п х 10-3 м

12.515.0 ,.,2

>15.0

ти50 ст45

о

3 40 £35 £30 тр25 т 20 £ 15 тот10

ст 5

св 5

& 0

Пористость, %

7

-

0

1 1 1 1 1 1 1 1 1

.0 .5 .0 .5 .0 .5 .0

0. 1 2. 1 5. 1 7. 1 0. 2 1 2. 2 1 5. 2 1

-.5 -.0 -.5 -.0 -.5 -.0 -.5

7. 0. 2. 5. 7. 0. 2 2. 2

ти100

ост90 3 80 8 70 £ 60 тр50

п 40 £3 30

20 10

0

П , _

0-2.5 2.5-5.0 5.0-7.5 7.5- 10.0- 12.5- >15.0 10.0 12.5 15.0 Проницаемость, п х 10-3 мкм2

Пористость, %

Рис. 2. Гистограммы распределения значений пористости и проницаемости отдельных типов известняков. а - биокластово-зоогенные; б - биокластово-фитогенные; в - пелитоморфные.

а

0

б

в

новится агрессивной и реализуется процесс растворения и последующего выноса карбонатного вещества.

Важной особенностью подобного выщелачивания является то, что растворимость карбонатов в определенной степени зависит и от их структуры. В частности, установлено, что тонкодисперсные компоненты более растворимы, поэтому пластовые воды могут быть недонасыщены по отношению к карбонатному материалу микрозернистой структуры и перенасыщены по отноше-

нию к крупным кристаллам, что ведет к растворению первых и дополнительному росту вторых.

Необходимым условием протекания процесса выщелачивания, то есть растворения и выноса вещества, является наличие открытой системы, где происходит фильтрация вод, способных растворять карбонатный материал и выносить его за пределы данной породы. Подобное возможно лишь в изначально пористых и проницаемых породах. Биокластово-зоогенные известняки, где форменные элементы соприкасаются друг с другом, опираются друг на друга, как раз и обладают подобны-

Рис. 3. Межформенные пустоты выщелачивания в биокластово-зоогенных известняках с поровым типом цемента. а, в, д — николи II; б, г, е — николи Х.

ми свойствами — пористостью и достаточной проницаемостью, где эти выщелачивание не только возможно, но и происходит в реальности.

Вместе с тем, в изученных отложениях установлена и определенная специфика, а именно избирательное растворение микрозернистого кальцита разного происхождения. Растворению подвержен только кальцит цемента — микрозернистый материал между форменными элементами — остатками раковин. Сами же раковины не растворяются, стенки их, сложенные микрозернистым и даже пелито-

морфным карбонатом, сохраняются практически неизменными.

Для решения вопроса о причине сохранения от растворения микрозернистого кальцита остатков раковин было проведено микрозондирование вещественного состава карбонатного материала раковин и цемента. Элементный состав весьма близок стехиометрическому составу чистого кальцита (рис. 4), поэтому растворение происходит согласно стандартным правилам химии.

В отличие от состава цемента, в стенках раковин повышенное по отношению к кальцию и кис-

Элемент Атомные %

C 24.94

O 60.63

Ca 13.04

Другие 1.39

Всего 100.00

Элемент Атомные %

C 19.37

O 60.12

Ca 19.59

Другие 0.92

Всего 100.00

Рис. 4. Элементный состав стенки раковины фораминиферы (а) и яснокристаллического кальцита в биокластово-зоо-генном известняке (б).

а

б

лороду содержание углерода, что свидетельствует о присутствии в них углерода иной, не минеральной, а биогенной природы. Наличие в стенках органического вещества белковой природы установлено также методом электронного парамагнитного резонанса. В этом случае органическое вещество обволакивает микроскопические кристаллики кальцита, препятствуя их растворению.

Аналогичная ситуация, видимо, имеет место и в случае микробиальных сгустков, что предохраняет их от растворения.

Подобное предположение "... что ингибиция растворения карбонатов в природе

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геология»