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.