Общая геолого-геохимическая схема раздельного формирования зон газонакопления и нефтенакопления в осадочном чехле

Анализ взаимного размещения залежей газообразных и жидких углеводородов показал, что основные ресурсы свободного газа и нефти размешены в породах дифференцированно или по площади или по разрезу. Следовательно, в единой крупной зоне углеводородонакопления, по-видимому, не могут быть распространены залежи жидких и газообразных углеводородов с примерно равными крупными запасами. Наиболее вероятным является преобладание или жидких углеводородов над газообразными или же газообразных над жидкими. Группы нефтяных или газовых месторождений занимают разные по площади территории в пределах определенного комплекса пород. В одних случаях они охватывают всю территорию бассейна, где распространены осадки определенного возраста, в других — часть бассейна.

На основе обобщения материалов многих исследователей, работавших по данной проблеме, а также собственных разработок, автором разработана "Общая геолого-геохимическая схема раздельного формирования зон газо-и нефтенакопления в осадочном чехле”.

Можно выделить две главные группы причин, вызывающих раздельное формирование зон газо- и нефтенакопления. В первую группу факторов входят генетические причины, которые отражают особенности генерации, миграции, консервации и аккумуляции газообразных и жидких углеводородов, характеризуют как бы фундаментальные различия в их свойствах, различия, присущие самим газам и нефтям и потому проявляющиеся везде, где эти флюиды находятся. Эти причины имеют как бы повсеместное, планетарное значение, прослеживаются одинаково в различных регионах и составляют основу, скелет схемы раздельного формирования. Другие факторы образуют группу региональных причин. При действии региональных причин раздельное формирование зон газо-и нефтенакопления происходит не только вследствие генетических различий, свойственных самим газам и нефтям, но и в результате неодинакового геологического строения разных районов, различного времени формирования ловушек и т.д. Эти причины неодинаковы в геологически разнородных регионах, они несут на себе специфические черты каждого конкретного региона.

Естественно, это деление на две группы весьма условно, в природе они взаимодействуют как единое целое. Ho для более глубокого научного понимания условий формирования газовых и нефтяных залежей представляется весьма полезным провести такую условную грань.

Рассмотрим коротко общую схему как единое целое определим во времени и пространстве роль различных факторов в их естественной взаимосвязи (рис. 1). Прежде всего на раздельное размещение нефти и газа оказывает влияние группа генетических причин, среди которых вначале рассмотрим особенности генерации газообразных и жидких углеводородов (рис. 2). Различие в исходной органике является первым звеном в процессе формирования зон газо- и нефтенакопления. которое приводит к раздельному их накоплению в осадочном чехле.

При гумусовом типе органики генерируются в основном газообразные углеводороды, а жидкие углеводороды генерируются главным образом при преобразовании органического вещества сапропелевого типа.

Именно различие в исходной органике обусловливает то обстоятельство, что отдельные литологические комплексы в пределах целых крупных бассейнов содержат углеводородные флюиды преимущественно только одного типа. Этот фактор обеспечивает дифференцированное нахождение наиболее крупных по занимаемой территории и по ресурсам зон газо-и нефтенакопления. Примером крупных зон газонакопления, образовавшихся за счет преобразования органического вещества гумусового типа, являются газоносные районы севера Западной Сибири, где в сеноманских отложениях находятся многочисленные газовые залежи, а также нижнепермские отложения (ротлигендес) в северо-западной Европе, где выявлен газовый гигант — Слохтерен и где колоссальная концентрация гумусовой органики в виде пластов угля в верхнем карбоне обеспечила генерацию огромных масс метана.

С другой стороны, мезозойские отложения Персидского залива имеют морское происхождение, содержат органическое вещество сапропелевого типа, здесь находится крупнейшая на земном шаре зона преимущественного нефтенакопления. Если север Западной Сибири является как бы главным узлом газонакопления нашей планеты, то центром нефтенакопления Земли является мезокайнозойский цитологический комплекс на территории Персидского залива, залегающий на глубинах до 5 км.

Несовпадение центров газо- и нефтенакопления Земли наиболее ярко иллюстрирует раздельное размещение крупнейших зон газо- и нефтенакопления и роль в этом исходной органики. Однако не всегда различие в исходной органике приводит к образованию зон газо- и нефтенакопления в соответствующих районах. Это связано с особенностями генерации газообразных и жидких углеводородов, несовпадением главных фаз нефте- и газообразования, с тем, что, если гумусовая органика дает при преобразовании газ, то сапропелевое OB продуцирует нефть не всегда, а только на средних стадиях катагенетического преобразования OB (газовая, жирная), на глубинах от 1,5—2 до 4 км. Это этап назван Н.Б. Baccoeвичем главной фазой нефтеобразования (ГФН), перед и после которой осуществляется генерация газа. Таким образом, после прохождения ГФН, на больших глубинах (свыше 5 км) как в районах с гумусовой органикой, так и сапропелевой осуществляется глубинная фаза генерации (ГлбФГ) газа и формируется зона преимущественного газонакопления. В верхней зоне, до начала ГФН, на глубинах до 1,5-2 км в толщах с гумусовым OB осуществляется интенсивное газообразование, происходит, по мнению автора, главная фаза генерации метана (ГФГ), а в толщах с сапропелевой органикой также идет процесс метанообразования, но меньшей интенсивности, осуществляется второстепенная фаза ранней генерации газа (ФГ).

Такое взаимоотношение главных фаз генерации газообразных и жидких углеводородов в зависимости от глубины погружения (стадии преобразования OB) и типа исходной органики было аргументировано автором в 1973 г.

Таким образом, различие в исходном типе OB наиболее отчетливо проявляется на средних глубинах (2-5 км) тогда, когда есть условия для осуществления в породах с сапропелевым органическим веществом главной фазы генерации нефти. При таком погружении полностью реализуется громадный потенциал сапропелевой органики в направлении генерации жидких углеводородов, и на соответствующей территории в осадочном комплексе главное место занимает зона нефтенакопления. Этому способствует то обстоятельство, что, как показано на рис. 2, главные фазы генерации газообразных (ГФГ, ГлбФГ) и жидких углеводородов (ГФН) не совпадают по глубинам погружения, а в период генерации нефти хотя и происходит параллельно генерация углеводородных газов, но относительно небольшой, ослабленной интенсивности. Этот газ идет главным образом на насыщение пластовой жидкости - нефти и воды, находится в рассеянной форме и лишь в редких, особенно благоприятных случаях, принимает участие в образовании газовых скоплений. При таких обстоятельствах в зонах преимущественно нефтеносных образуются единичные газовые залежи или газовые шапки в нефтяных скоплениях. Детально этот процесс формирования газовых скоплений, имеющих подчиненное значение, рассмотрен в работах М.Ш. Моделевского, Е.Н. Парнова и др. Именно поэтому интервал средних глубин (2-5 км), средних стадий катагенеза OB (газовая, жирная) являясь основным для генерации нефти, с точки зрения его роли в формировании зон газонакопления, является как бы "пустым". Пластовые воды в этом интервале, как правило, недонасыщены газом, за исключением высокоминерализованных вод в подсолевых отложениях.

Этот средний, "пустой" в отношении газоотдачи интервал глубины (2-5 км) как бы подчеркивает важнейшую роль в формировании зон газонакопления верхнего максимума генерации метана (ГФГ) в районах, где мощность чехла менее 5 км и где не состоялась глубинная фаза генерации.

Как видим, особенности генерации газа и нефти, составляющие одну часть факторов группы генетических причин, во многих районах обусловливают раздельное формирование зон газо- и нефтенакопления, однако не во всех. Кроме того, во многих районах отдельные самостоятельные литологические комплексы содержат породу как с гумусовой, так и с сапропелевой органикой, вследствие чего при достаточном погружении здесь осуществляется в значительных масштабах генерация газа и нефти. И в таких случаях происходит раздельное формирование зон газо- и нефтенакопления, но под действием других генетических причин. Значительное влияние оказывают особенности консервации, миграции и аккумуляции газообразных и жидких углеводородов. По этим параметрам газы и нефти резко отличаются, что также способствует раздельному формированию зон нефте- и газонакопления.

Газообразные углеводороды наиболее способны к рассеиванию как диффузионному, так и эффузионному. Это связано не только с большой рассеивающей способностью газов, но и с прохождением главной фазы их генерации на небольших глубинах, в зоне, где диффузия газов наиболее интенсивная, где газы наиболее подвержены воздействию отрицательных поверхностных факторов. Жидкие углеводороды менее подвержены рассеиванию, коэффициент диффузии у них намного меньше, и, кроме того, главная фаза их генерации происходит на больших глубинах, где воздействие поверхностных факторов практически исключено.

Поэтому для сохранности газов ранней генерации и формирования зоны газонакопления требуется особый комплекс условий: быстрое прохождение верхней зоны, перекрытие газопродуцирующих отложений в этот период надежной слабопроницаемой толщей - покрышкой.

Сильно различаются газы и нефти по миграционным способностям. Большая способность газов к миграции обусловливает то, что зоны газонакопления могут формироваться за счет вертикального перетока в верхние литологические комплексы, не содержащие газ "собственной" генерации по каким-то причинам. Нефть будет отставать в процессе миграции, произойдет как бы сепарация углеводородов.

И, наконец, при аккумуляции в ловушках газы имеют привелигированное положение, так как обладают значительно более легким удельным весом, могут заполнить ловушку, и нефть, будучи не в состоянии вытеснить газ, оттесняется в другие ловушки. Это принцип дифференциального улавливания, разработанный в бывш. СССР С.П. Максимовым, а за рубежом Гассоу, получивший широкое международное признание и являющийся одной из фундаментальных причин раздельного формирования газовых и нефтяных залежей. Перечисленные генетические причины влияют на формирование зон газонакопления за счет метана ранней генерации, а также способствуют раздельному формированию зон газо- и нефтенакопления в тех случаях, когда роль исходной органики ограничена. При сохранении газов ранней генерации даже на небольшой глубине образуются крупнейшие зоны газонакопления (север Западной Сибири, хадумские слои в Предкавказье, эоцен Северного Устюрта). И, наконец, если условий для консервации газов не было, зона газонакопления, несмотря на благоприятные условия для генерации, сформирована не будет. Кроме того, если в толще, содержащей и гумусовое и сапропелевое органическое вещество, прошли процессы генерации и газа и нефти, но глубинная фаза не состоялась, то: 1) формирование зоны газонакопления зависит от условий сохранности газов ранней генерации, 2) формирование зоны нефтенакопления будет зависеть также от этой причины.

Если условия для сохранения газов ранней генерации отрицательные, то, несмотря на продуцирование и газов и нефтей, в ловушках будут аккумулироваться преимущественно жидкие углеводороды и образуется зона нефтенакопления. Особенности консервации обусловили здесь формирование только одной зоны с единым типом углеводородов. Примером такого случая являются юрские отложения в Южно-Мангышлакском прогибе, где находится крупная зона преимущественного нефтенакопления, хотя нефтегазоматеринские отложения нижней и средней юры содержат органическое вещество и гумусового и сапропелевого типов. Если же в таких толщах огромные массы газа ранней генерации сохранились и, кроме того, осуществилась генерация нефти, то и в этой обстановке происходит раздельное формирование зон газо- и нефтенакопления за счет действия принципа дифференциального улавливания, за счет преимущественной аккумуляции в ловушках газа перед нефтью. Отмечается весьма своеобразное действие принципа дифференциального улавливания: не в единовременный период при совместной миграции нефти и газа, не в отдельной цепи локальных поднятий, а в процессе длительной геологической истории, в пределах целого бассейна, при неодновременной миграции газа и нефти. В этом случае особенности акуумуляции газов и нефтей имеют крупное, региональное значение, способствуют раздельному формированию газовых и нефтяных залежей не только в отдельных ловушках, а в пределах целых, значительных по площади бассейнов. Примером такого случая являются юрские отложения в Аму-дарьинской синеклизе, где нефтегазоматеринские отложения нижней и средней юры быстро прошли верхнюю зону, были перекрыты мощной, до 1000 м, соляно-ангидритовой толщей верхней юры, что препятствовало рассеиванию газов и способствовало их сохранности. В результате в подсолевых отложениях На большей части территории образовалась зона газонакопления, и нефть в наибольшей степени была вытеснена за окраину синеклизы, где была разрушена. Остаточные скопления смогли сохраниться лишь в самых прибортовых районах. Сходное положение будет отмечаться в районах, где после формирования зоны нефтенакопления породы на больших площадях центрального района погрузились в зону глубинной фазы генерации газа и вновь образовавшиеся газы будут при миграции вытеснять нефть из ловушек и отжимать ее к бортам.

В целом величина зоны нефтенакопления будет находиться в прямой зависимости от объема газа. Если условия для его генерации и сохранности были максимально хорошими, то образуется крупная единая зона газонакопления, охватывающая территорию всего бассейна до самых бортовых частей, и лишь в окраинных площадях могут сохраниться не вытесненные полностью мелкие скопления жидких углеводородов. В принципе возможно полное вытеснение нефти. Это особенно вероятно в подсолевых отложениях, где имеются наилучшие условия для сохранности газа ранней генерации. Если же газ, хотя и сохранился, но все-таки его объема недостаточно, а генерация нефти была значительной, то, наоборот, произойдет сильное расширение зоны нефтенакопления, как бы окаймляющей внутреннюю газовую зону, и ее роль в пределах этого тектонического элемента сильно возрастает.

Совершенно очевидно, что различное сочетание условий генерации, сохранности и аккумуляции нефти и газа в период главных фаз их образования обусловливает и взаимное соотношение зон газонакопления и нефтенакопления. И, наконец, особенности миграции газов и нефти, большая способность газов к вертикальной миграции способствуют в ряде районов формированию зон газонакопления в вышележащих литологических комплексах. Примером этого может служить формирование газовых залежей в меловых отложениях в Амударьинекой синеклизе.

Таким образом, выше была рассмотрена группа генетических причин, способствующих раздельному формированию зон газо- и нефтенакопления и имеющих наиболее общее значение для всех районов. Перейдем к анализу роли группы региональных причин. Влияние этой группы, хотя и имеет самостоятельное значение, но неразрывно связано с генетическими причинами, прежде всего с тем, что процесс генерации газов и нефтей происходит, как было показано выше, неравномерно, стадийно, при этом выделяются главные фазы генерации, т.е. максимумы и минимумы. В процессе геологического развития также неравномерно происходят этапы тектонической активизации, образование локальных структур. Время формирования локальных складок в разных районах различное и оно по-разному соотносится со временем прохождения в определенной толще главных фаз генерации нефти и газа. Поэтому соотношение этих параметров может сильно влиять на формирование в определенном районе или только зоны газонакопления или зоны нефтенакопления. Специфические, региональные причины как бы накладываются на общие генетические факторы и обусловливают своеобразное формирование залежей углеводородов в каждом регионе. Действительно, если несмотря на сохранность газов ранней генерации в данном районе не было еще локальных структур, то, естественно, аккумуляция этого газа не происходит и позднее сформировавшиеся ловушки будут заполнены только нефтью. Можно представить себе различные варианты таких соотношений, которые имеют важнейшее значение для формирования зон газо- и нефтенакопления в конкретных регионах и должны тщательно учитываться. Соотношение времени генерации газа, нефти и времени формирования локальных структур в определенных толщах влияет и на размещение зон газо- и нефтенакопления внутри бассейнов. Так, например, если в период прохождения ГФГ в центральных районах бассейна не было емких структурных ловушек, то газ сосредоточится в прибортовых районах, тектонически более активных, где вполне могли быть развиты антиклинали, Поступившая позднее нефть может занять глубокопогруженные ловушки, которые к этому времени сформировались. В результате, в центральном районе депрессии будет зона нефтенакопления, а в прибортовых частях сформируется зона газонакопления. Такую возможность на материалах Предкавказья рассмотрели М.С. Бурштар и И.В. Машков. При повсеместном развитии древних структур в пределах бассейна размещение зон газо- и нефтенакопления будет обратным.

К группе региональных причин относятся и факторы, обусловливающие консервацию газов ранней генерации, связанные не с общей причиной (сильное рассеивание газов), а именно с весьма различными геологическими условиями разных районов. В каждом районе определенная газоматеринская толща с неодинаковой скоростью проходит верхнюю зону генерации, в одних районах накапливаются в этот период надежные покрышки, препятствующие рассеиванию газов, в других — проницаемые горизонты. Этот фактор также создавал в каждом регионе своеобразную обстановку для формирования не только зоны газонакопления, но и нефтенакопления, поскольку в районах со смешанной органикой в нефтегазоматеринской толще формирование этих зон оказывается взаимосвязанным, а сам процесс формирования нефтяных и газовых залежей является единым. Имеются и другие факторы — тектонические, литологические, гидрогеологические, — придающие специфические черты каждому региону и отражающиеся на условиях формирования зон газонакопления и нефтенакопления.

Таким образом, на основе комплексного анализа удается создать общую схему раздельного формирования зон газо- и нефтенакопления в осадочном чехле, в которой имеются генетические причины и региональные. В этой схеме отчетливо прослеживается несходство по всем параметрам — особенностям генерации, консервации, миграции и аккумуляции, что и делает вполне естественным и глубоко закономерным раздельное формирование и размещение зон газо- и нефтенакопления в земной коре.