ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2007, том 414, № 1, с. 74-77
=ГЕОЛОГИЯ =
УДК 553.9.551.252
ПОТЕРИ КОНЦЕНТРИРОВАННОГО ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПОРОД ПРИ ИХ ПОГРУЖЕНИИ КАК ФАКТОР ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ ДЕСТАБИЛИЗАЦИИ
© 2007 г. И. Ф. Юсупова, Л. А. Абукова, О. П. Абрамова
Представлено академиком В.Е. Хаиным 28.05.2006 г. Поступило 06.06.2006 г.
В качестве примера пород с концентрированным органическим веществом (КОВ) рассматриваются горючие сланцы* - отложения, в которых твердое Ов является одним из породообразующих компонентов. Сапропелевые горючие сланцы с концентрацией ОВ от 20 % и более** имеют широкое распространение в отложениях от докембрия до голоцена, запасы их огромны [1].
Считается, что типичные горючие сланцы -породы, свойственные только ранним стадиям катагенеза. На более поздних стадиях такие высокоуглеродистые образования не фиксируются. Их метаморфизованными аналогами (с меньшим содержанием ОВ) являются черные сланцы, а иногда и обычные известняки, мергели и другие породы с уже убогим содержанием ОВ. Превращение высокоуглеродистых пород в низкоуглеродистые происходит в ходе катагенеза, когда ОВ сланцев трансформируется под воздействием возрастающих давления и температуры. Это сопровождается образованием и удалением большого количества миграционноспособных продуктов: Н2О, СО2, Н^, Н2, а также УВ (и их производных); масса ОВ при этом уменьшается; потери ОВ к концу катагенеза составляют около 2/3 докатагенной массы [2].
Таким образом, региональное исчезновение горючих сланцев обусловливается (и сопровождается) генерацией флюидов, в том числе УВ. Нефть, образованная исчезнувшими сланцами, сопоставима по количеству с таковой из рассеянного ОВ
*Другие представители пород с КОВ - угли и пр. в работе не рассматриваются. **Некоторые авторы относят к горючим сланцам породы с содержанием ОВ от 10 % и более.
Всероссийский научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГЕНГЕО), пос. Зеленый Московской обл. Институт проблем нефти и газа, Москва
обычных нефтематеринских пород [1]. Вот почему интересны явления, сопровождающие уменьшение ОВ сланцев.
Одно из таких явлений, сопровождающих убыль ОВ пород, - увеличение объема пустотного пространства по мере деструкции ОВ. О реальности развития в недрах подобных явлений свидетельствуют эксперименты М.К. Калинко с образцами баженовской свиты, подвергнутыми нагреванию в определенном режиме; опыты показали увеличение пористости за счет деструкции ОВ [3]. К тому же пониженная плотность ОВ (около 1 г/см3) по сравнению с минеральным веществом делает ОВ значимым объемным компонентом в рассматриваемых породах.
Для наглядности приведем соотношения весовых и объемных содержаний для кукерситов Прибалтики: хотя весовые содержания ОВ (35%) и карбонатов (40%) в усредненном кукерсите близки, но в объемном отношении главенствующая роль принадлежит ОВ (54%), а не карбонатам (25%). Таким образом, при удалении из породы равных весовых содержаний минерального и ОВ вклад последнего в образование вторичной пустотности будет более значимым. Это обстоятельство позволило считать деструкцию ОВ одним из основных факторов автономных структурных деформаций (трещиноватости, дробления и др.), происходящих за счет уменьшения объема и мощности кукерситов при их разрушении в локальных участках [4 и др.].
Возрастание пористости по мере продолжающейся убыли ОВ на определенном этапе сменяется деформационными изменениями породы. Внутри пластов, по микропрослойкам, обогащенным ОВ, возникают трещины флюидоразрыва, а также вдольслоевые ослабленные зоны. Формирование ослабленных зон сопровождается изменением ряда физических свойств: пористости, проницаемости, плотности и т.д. Так, повышается уровень флюидопроводимости таких пород и даже превращение их в коллекторы [3 и др.]. Пласт может утратить целостность в тех участках, где удале-
Рис. 1. Деформация, дробление и проседание известнякового прослоя I/II и практически полное разрушение прослоя II/III над локальным эпигенетическим уменьшением мощности пластов горючих сланцев II и III. Уменьшение мощности сланцев обусловлено практически полной потерей OB и карбонатов и трассируется остаточным терригенным реликтом сланца. Прибалтийский сланцевый бассейн, Ленинградское месторождение, O2kk, ранний катагенез; шахта №2, 2-й панельный штрек [8, с упрощениями и исправлениями]. 1 - известняк; 2 - терригенный реликт сланца; 3 - бурая глина; 4 - горючий сланец; 5 - измененный горючий сланец. I, II, III, IV - индексация пластов горючих сланцев.
ние вещества столь значительно, что происходит утрата жесткости скелета и монолитности породы (рис. 1).
Деформационные изменения внутри пластов начинают постепенно дополняться уменьшением их мощности ("усадкой"). Так, в Прикаспийской впадине на глубине 1-2 км объем сланцев сокращается до 60% [2]. Уменьшение мощности аргиллитов менилитовой свиты при нефтегазообразо-вании оценивается P.M. Новосилецким в 15-30%, а в отдельных случаях и до 50% [6].
Эффект уменьшения мощности усиливается и тем, что агрессивные продукты деструкции ОВ (С02, H2S, органические кислоты) разрушают карбонатные и некоторые другие компоненты сланцев.
Деформационный эффект усадки усугубляется латеральной изменчивостью концентрации ОВ в пласте. Концентрации ОВ в пределах одного пласта кукерситов различаются в 22.5 раза, колеблясь, например, в пласте C от 16.6 - 45.0 мас. %, а в известняковом прослое C/D - от 0.0 до 9.7 мас. % [8].
Неравномерность концентрации ОВ по латера-ли предопределяет неравномерность катагенных потерь и, как следствие, неравномерное уменьшение мощности пласта и его неравномерную усадку. Например, потенциальная усадка горючих сланцев и углей (исходная мощность 70-180 м и 8-120 м соответственно) при прохождении всей зоны катагенеза на месторождении Фушунь (КНР) составила бы примерно 18.7-112.8 м [9].
Неравномерное сокращение мощности пласта вызывает деформации, автономные по своей природе (флексуроподобные перегибы кровли и вышележащего слоя, дробление, брекчирование; образование вертикальных трещин, блокового,
пологостуиенчатого облика пласта; усложнение гипсометрии его кровли и т.д.)*.
Вышезалегающие отложения в этом случае вынуждены будут адаптироваться к неравномерной усадке пластов. Адаптация проявится в неравномерном проседании над разномасштабными ослабленными зонами, вплоть до потери монолитности с образованием вертикальных систем трещин, зон дробления, блоков, микрограбенов и сбросов (рис. 2). В участках моноклинального залегания породы ослабленных зон становятся мобильными и могут сминаться, сползать в направлении наклона.
Потеря породой своего ОВ (и других компонентов) будет сопровождаться микро- и макродефектами сплошности, иногда вплоть до утраты жесткости скелета, монолитности породы, ее дезинтеграции и достигнутого ранее уровня уплотнения. На конечных стадиях катагенеза остаточный материал некоторых линз и прослоев будет выглядеть как новая "эксуглеродистая" порода с новыми физико-механическими свойствами. В разрезе образуются участки с неоднородно консолидированными породами, вызывая перераспределение напряжений в массиве, выдавливание и перемещение делитифицированных образований по ослабленным межслоевым контактам и трещинам между жесткими блоками пород. Такие перемещенные образования в ходе дальнейшего погружения и ли-тификации могут приобрести вид даек, штоков.
Многократная смена напряженно-деформированного состояния и нарастание уровня дислоциро-ванности приведут к формированию дополнительных путей миграции. В нашем случае находят свое
* Подчеркнем, что в данной работе обсуждается неравномерное уменьшение мощности пород в ходе катагенных потерь ОВ. Неравномерное сокращение мощности в процессе их гравитационного уплотнения (и деформации с ними связанные) здесь не рассматриваются.
76
ЮСУПОВА и др.
Е Б
С
В
А
0 40 80 120 см
1_I_I_I
2 >~<-3
Рис. 2. Проседание известняков С/Б и Б/Е в результате эпигенетической потери пластом горючего сланца С своего ОВ (и карбонатов) в локальном участке. Прибалтийский сланцевый бассейн, Эстонское месторождение, О2кк, ранний катагенез. 1 - известняк;
2 - горючий сланец с карбонатными конкрециями;
3 - терригенный реликт сланца. А, Л^, В, С, Б, Е, Г -индексация пластов горючих сланцев [5].
развитие идеи о сопряженности восходящего-нисходящего движения подземных вод и УВ как элементов единой флюидной системы, возможности проявления ее в различных (от глобального до микро-) масштабах [10]. Например, поскольку в очаге убыли КОВ начинает формироваться локальная зона повышенной проницаемости, то создается декомпрессионный геофлюидодинамиче-ский режим, вследствие которого появляется возможность "всасывания" УВ из верхних комплексов в участки развития трещиноватости. Однако, позже, при погружении этого участка в условия ужесточения Р и Т (и более интенсивной флюидоге-нерации) появление излишних количеств флюидов может вызвать резкое повышение их давления. Благодаря АВПД миграция флюидов будет осуществляться теперь уже из описываемых пластов в зоны с относительно пониженным давлением вверх по восстанию пластов или в выше- или в нижележащие коллекторские пласты, в которых пластовые давления, как обычно, близки к гидростатическим [3]. Еще позже на глубинах затухания флюидогенерации и деградации режима АВПД рассматриваемая зона повышенной
проницаемости (в случае ее сохранности от запечатывания вторичными минералами) снова приобретет способность "всасывания" флюидов из перекрывающих отложений.
Неравномерные изменения мощности пластов могут преобразовывать на локальных участках исходные сочленения (контакты) генераторов и коллекторов. Наглядным является формирование сбросового (торцевого) сочленения, при котором пласты генераторы начинают контактировать с коллектором через сбросовую плоскость, где "суммируются" вертикальная и латеральная миграция [11].
Таким образом, на этапах генерации УВ в локальном объеме может складываться и наращиваться стрессово-динамическая ситуация. Породы очага генерации и часть перекрывающих пластов будут обособляться повышенным уровне
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.