ГЕОХИМИЯ, 2007, № 7, с. 691-703
ВЛИЯНИЕ СОЛЕНОСНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ НА УСЛОВИЯ НЕФТЕГАЗОГЕНЕРАЦИИ ПОРОДАМИ ПОДСОЛЕВОГО КОМПЛЕКСА (СЕВЕРНЫЙ БОРТ ПРИКАСПИЙСКОЙ ВПАДИНЫ)
© 2007 г. Ю. И. Галушкин, Г. Е. Яковлев
*Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 119992 Москва, Воробьевы горы gal@mes.msu.ru, тел. и факс: (097) 9391594 Поступила в редакцию после доработки 20.11.2006 г.
Многочисленные исследования по изучению потенциала генерации углеводородов породами осадочного чехла бассейна Прикаспийской впадины основаны либо на интерполяции данных измерений по сравнительно редкой сети скважин, либо на численных оценках истории реализации углеводородного потенциала бассейна, проведенных в предположении постоянства температурного градиента как по глубине осадочного чехла, так и во времени развития бассейна. В настоящей работе на примере осадочных разрезов северо-восточного борта Прикаспийской впадины проводится численный анализ вариаций термической истории и условий нефтегазообразования для пород подсолевого комплекса бассейна с учетом изменения температурного градиента и термофизических характеристик пород бассейна с глубиной и временем. Численные реконструкции температурной и катагене-тической истории, выполненные для осадочных разрезов бассейна, используются для оценки влияния процесса формирования эвапоритовых толщ на температурную историю, уровень катагенеза ОВ и реализацию потенциала генерации УВ породами подсолевого комплекса бассейна. Расчеты подтверждают, что это влияние может быть значительным, однако, в численных оценках остается фактор неопределенности, связанный с отсутствием надежных данных о времени и скорости формирования соляных диапиров.
В настоящее время территория Прикаспийской впадины является местом интенсивной разработки и поисков месторождений углеводородов. В то же время оценки генерационного потенциала отложений осадочного чехла бассейна довольно ограничены. Они базируются либо на результатах интерполяции данных измерений по сравнительно редкой сети скважин, либо на численных оценках истории реализации углеводородного потенциала бассейна, проведенных в предположении постоянного температурного градиента (по глубине и времени) в истории погружения бассейна. В данной статье предпринята попытка преодолеть это ограничение с помощью численного анализа термической истории и условий нефтегазообразования пород подсолевого комплекса бассейна, проведенного с учетом изменения температурного градиента и термофизических характеристик пород бассейна с глубиной и временем.
ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА
Наш анализ осуществляется на примере осадочных разрезов северо-восточного борта Прикаспийской впадины, располагающихся вдоль двух профилей с простиранием север-юг и северо-запад - юго-восток (рис. 1). Рассматриваемые разрезы заметно
различаются по мощности соленосных отложений (см. отложения кунгура на рис. 2), что позволило провести оценку влияния процесса формирования эвапоритовых толщ на температурную историю, уровень катагенеза ОВ и реализацию потенциала генерации УВ породами подсолевого комплекса бассейна.
Прикаспийский нефтегазоносный бассейн (НГБ) расположен к югу от Волго-Уральского бассейна, и является одним из наиболее глубоких современных осадочно-породных бассейнов мира. Его глубинное строение во многом определяются соотношением в разрезе трех мощных толщ осадочных пород: подсо-левой, соленосной и надсолевой. К подсолевой осадочной толще относят отложения с возрастом от верхов протерозоя до нижней перми. В восточной и южной частях депресии эта толща сложена преимущественно терригенными породами, а в северной и западной - карбонатными. Мощность подсолевой части разреза в краевых частях бассейна колеблется от 3 до 4 км, а в центральной части может составлять более 10 км. [1]. Галогенная толща представлена главным образом солями кунгурского возраста, которые характеризуются пластовой и купольной формой залегания. Солянокулольные поднятия имеют самые различные формы и размеры, занимают около 25-30% всей площади Прикаспийской
Бузулукская впадина
2 1 ^—^^Чинаревская ПавлбвскаяС
Пр^1
Зона бортовых уступов
бассет
2
арачаганакская
50 км _1
С. Девон В. Девон-Н. Карбон
Визейско-Башкирский Московско-Пермский
Рис. 1. Положение профилей 1 (Чинарёвская, Рожковская, Январцевская и Уральская площади) и 2 (Карачаганакская, Бурлинская и Павловская площади) в пределах северного борта Прикаспийской впадины. Показаны положения бортовых уступов впадины в разные периоды развития бассейна.
впадины. Толщина соли в куполах может достигать 8000-9000 м и уменьшается, вплоть до полного выклинивания, в межкупольных пространствах. В этих местах соль иногда полностью выжата и тогда породы надсолевого комплекса непосредственно контактируют с породами подсолевого палеозоя. Такие области геологи относят к разряду перспективных на поиск нефти и газа [2].
Надсолевая толща бассейна представлена терри-генными и в меньшей степени карбонатными породами верхнепермского, мезозойского и кайнозойского возраста. Ее мощность колеблется от нескольких сот до 1500 м на сводах соляных куполов (Рожковская, Павловская и др. площади; рис. 2), а в межкупольных зонах может достигать нескольких тысяч метров (Январцевская, Бурлинская и др. площади; рис. 2). Хорошо известны флюидоизоли-рующие свойства соленосных горизонтов. С ними связано широкое развитие аномально высоких пластовых давлений (АВПД) в подсолевых отложениях современного осадочного чехла Прикаспийской впадины на глубинах разреза, превышающих 3700 м. Появление таких давлений скорее всего связано с современной неотектонической активизацией района, так как даже при самых неблагоприятных условиях для миграции флюидов время релаксации аномальных давлений до нормальных гидростатических значений, как правило, не превышает нескольких миллионов лет [3, 4].
Характерным свойством является заметное увеличение мощности консолидированной коры бассейна от 10-15 км в центре Прикаспийской впадины (утоненная кора рифтогенного типа), до 30-40 км в ее бортовых частях. Соответственно, поверхность Мохоровичича под центральной частью Прикаспийского бассейна поднимается до глубин 32-34 км при мощности перекрывающих осадочных отложе-
ний до 10-22 км (см., например, [5, 6]), тогда как при смещении в сторону Волго-Уральского и Воронежского массивов мощность коры увеличивается до 40 км при сокращении осадочного покрова до 3-10 км. До сих пор нет единого мнения относительно механизма утонения консолидированной коры в Прикаспийском бассейне. Предполагают, что девонский рифтогенез мог сопровождаться эрозией коры снизу за счет процесса эклогитиза-ции [5], либо растяжением литосферы вплоть до океанизации коры [6]. В своих расчетах мы полагали, что в рассматриваемом районе (рис. 1) бассейн развивался на стандартном континентальном фундаменте, строение которого согласуется с результатами геофизических исследований, а теплофизиче-ские характеристики представлены в табл. 1.
ТЕПЛОВОЕ ПОЛЕ И ТЕРМОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОРОД РАЙОНА
В численных реконструкциях эволюции теплового режима осадочных разрезов бассейна, представленных ниже, использовались данные по изучению теплофизических свойств пород и современного теплового поля региона. Наиболее полная характеристика теплового поля Прикаспийской впадины приведена в работе [3]. Из нее следует, что глубины и температуры кровли подсолевого комплекса испытывают значительные локальные вариации в пределах северной части Прикаспийской впадины, но в целом осадочный комплекс этой части котловины в настоящее время характеризуются пониженными и умеренными температурами.
Измерения теплофизических параметров пород северной зоны Прикаспийского региона характеризуются значительным разбросом, демонстрируя сильную зависимость от литологического состава пород, их возраста и глубины залегания [3, 9]. Этот
факт учитывается в системах моделирования бассейнов и нашел отражение в наших реконструкциях тепловой истории бассейна [10, 11]. Теплопроводности пород, рассчитанные в наших моделях с использованием среднемировых значений термофизических параметров основных литологических единиц [11, 12], в целом согласовались со значениями, измеренными для пород Прикаспийского бассейна и приведенными в работах [3, 9] и др. К сожалению, ценность таких измерений часто снижалась неопределенностью литологического состава пород, а также отсутствием данных, характеризующих их пористость и влагосодержание.
Согласно геотермическим исследованиям [3, 13], современный тепловой поток в северной части Прикаспийской впадины близок к 40 мВт/м2. Заметные возмущения в распределении температур осадочного чехла северной части Прикаспийской впадины могли создаваться при формировании и внедрении в осадочный разрез соляных тел [2]. Соли и ангидриты, обладая высокой теплопроводностью (К = 3.9-5.9 вт/м°К), обуславливают заметное отличие температурных градиентов в толщах соле-носных пород от наблюдаемых в других породах. Так, если в разрезе, выполненном глинистыми сланцами, температура на глубине 2.5 км составляла около 88°С (при температуре на поверхности бассейна То = 20°С), то на той же глубине в солевом разрезе она будет достигать всего лишь 38°С. Соляные структуры искажают температурный градиент вмещающих отложений, так что температура пород в верхних горизонтах изолированного соляного тела будет несколько выше температуры пород на тех же глубинах в удалении от тела, тогда как в нижних частях соляного тела температура всегда будет ниже температуры вмещающих пород на том же уровне ([2]; см. ниже). И только породы на промежуточных горизонтах соляного тела будут мало отличаться по температуре от вмещающих пород на тех же глубинах. Хотя вопрос о времени и механизмах формирования соляных диапиров остается дискуссионным, не подлежит сомнению, что облик этих структур значительно менялся в геологической истории бассейна, что приводило к возмуще-
ниям глубинного распределения температур пород в процессе формирования соляных структур.
ЭВОЛЮЦИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА СЕВЕРНОГО БОРТА ПРИКАСПИЙСКОГО Б
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.