Введение к работе
Актуальность работы в первую очередь определяется выбором основных геологических объектов – нефтегазоносных осадочных комплексов, имеющих приоритетное значение в наращивании ресурсной базы углеводородов (УВ). Карбонатные микробиолиты (КМБ) выполняют в этих осадочных толщах роли коллекторов, материнских пород и индикаторов перераспределения флюидов. Понимание их генезиса является ключом к расшифровке фоновых литогенетических и вторичных наложенных процессов.
Являясь результатом развития микробиальных биоценозов, КМБ
оказываются чуткими индикаторами изменения обстановок седиментации, гео- и
биохимических условий, а также флюидного режима недр. Микробиальные
образования фиксируются во всем стратиграфическом диапазоне от протерозоя до
голоцена и, по-видимому, имеют значительно большее распространение, чем это
принято считать. Их диагностика раскрывает широкие возможности
реконструкции палеогеографических, палеоэкологических и
флюидодинамических условий формирования осадочных толщ.
Флюидогенез в осадочных толщах является неотъемлемой частью литогенеза
как стадиального, так и импозитного (наложенного). В осадочных системах
нефтегазоносных бассейнов отчетливо проявляется углеводородная
специализация, в ряде случаев подток эманационных УВ провоцируется магматической активизацией и отражает эпохи тектоногенеза. Изучение процессов воздействия флюидов на осадочные системы приобретает особое значение при анализе эволюции нефтегазоносных бассейнов и связано с решением широкого спектра теоретических и поисково-разведочных задач.
Целью работы являются: разработка методики диагностики КМБ на основе полевых исследований, изучения керна, аналитического комплекса литолого-геохимических данных; характеристика морфологических и вещественно-структурных признаков КМБ; оценка факторов и условий их генезиса; структурно-морфологическая и генетическая типизация.
Основные задачи исследования:
-
Разработка методики диагностики карбонатных пород биогеохимического микробиального происхождения.
-
Выделение и типизация КМБ нефтегазоносных черносланцевых толщ на основе вещественно-структурных признаков и особенностей строения.
-
Определение литолого-геохимических признаков метасоматического, флюидального и «осадочного» (фонового) микробиальных процессов.
-
Оценка роли КМБ в породах разновозрастных осадочных, в том числе нефтегазоносных, комплексов (докембрий Восточной Сибири, палеозой Восточно-Европейской платформы, мезозой Западно-Сибирской и триас Баренцевоморской нефтегазоносных провинций).
Теоретически и методически исследования базируются на классической теории литогенеза, дополненной современными представлениями о наложенных вторичных преобразованиях, роли магматогенно-гидротермальных растворов в осадочном процессе; на осадочно-миграционной теории происхождения нефти и газа; парагенетической связи флюидов и вторичной минерализации в осадочных
толщах. Информационно исследования опираются на результаты, полученные автором в ходе тематических полевых и научно-исследовательских работ; региональные и аналитические исследования ФГУП «ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга», ООО «Газпромнефть НТЦ» и других организаций; публикации отечественных и зарубежных ученых.
Защищаемые положения:
-
В терригенном нефтегазоносном комплексе триаса арх. Шпицберген выделяются три группы КМБ: 1) цианобактериальные маты – стратиграфические коррелятивы и фациальные реперы; 2) флюидобиолиты (флюидомикробиолиты) – индикаторы перераспределения и разгрузок флюидов; 3) тектонобиолиты (тектоно-флюидомикробиолиты) – метасоматические конкрецоиды на контакте с интрузивными породами. Выделены литолого-геохимические признаки их диагностики.
-
КМБ мезозойских черносланцевых нефтегазоносных комплексов (триас арх. Шпицберген и бажен-абалакский комплекс Западной Сибири) характеризуются сходными структурно-вещественными признаками и отражают сложные процессы взаимодействия гидротермальных, углеводородно-углекислых растворов и деятельности микробиальных биоценозов в осадочно-породных системах. Изученные КМБ позволили уточнить условия формирования и эволюцию нефтегазовой системы и конкретизировать факторы нефтегазоносности толщ.
-
КМБ ордовикского и каменноугольного возраста на северо-западном крыле Московской синеклизы, диагностированные впервые литолого-геохимическими методами, являются седименационно-диагенетическими образованиями, относятся к группе стратиграфических коррелятивов и фациальных реперов, имеют маркирующее значение при стратиграфическом расчленении разрезов.
-
Сравнение докембрийских строматолитов и КМБ фанерозоя показало, что при различиях в их геохимических признаках, связанных с эволюцией внешних оболочек Земли, они имеют высокое структурное сходство. При этом структурное разнообразие КМБ черносланцевых формаций мезозоя шире, что связано с разнообразием процессов и факторов их формирования. Все изученные карбонатные объекты типизированы по структурно-морфологическим признакам и генезису. Генетически выделяются: фоновые литогенетичекие КМБ – цианобактериальные маты и импозитные КМБ – флюидобиолиты и тектонобиолиты.
Научная новизна.
-
На основе комплекса литолого-геохимических исследований доказана микробиальная природа карбонатных образований в терригенной черносланцевой формации триаса арх. Шпицберген, проведена их вещественная и генетическая типизация; впервые в практике геологических исследований использован метод лазерной конфокальной микроскопии, позволяющий прослеживать распределение и состав битумоидов без нарушения целостности породы.
-
Для черносланцевых формаций триаса арх. Шпицберген и бажен-абалакского комплекса Западной Сибири установлена генетическая связь карбонатных микробиолитов с перераспределением углеводород-углекислых
флюидов, в том числе с термогенными УВ, а также с интрузивным магматизмом и последующими гидротермальными процессами; выделена специфическая группа карбонатных образований – флюидобиолиты (флюидомикробиолиты) и тектонобиолиты (тектоно-флюидомикробиолиты).
3. Впервые детально литологически охарактеризованы КМБ палеозойских
разрезов северо-западного крыла Московской синеклизы.
4. Проведена типизация КМБ по вещественно-структурным и генетическим
признакам. Показана роль наложенных процессов и взаимосвязь экзогенных и
эндогенных факторов в формировании осадочных пород микробиальной природы.
Фактический материал. В работе рассматриваются карбонатные
микробиолиты разные по возрасту, масштабам появления и роли в осадочных, в том числе нефтегазоносных толщах: строматолиты рифея, венда, микробиолиты палеозоя и мезозоя. Строматолиты докембрия изучались, прежде всего, как структурные эталоны для сопоставления с фанерозойскими карбонатами, микробиальная природа которых требовала доказательств.
Обширный фактический материал по мезозойским осадочным толщам
Баренцевоморского региона получен при участии автора в ходе ежегодных
полевых работ в период с 2007 по 2015 гг. Исследования проводились в рамках
российско-норвежского проекта «Полевые работы на Шпицбергене и архипелаге
Земля Франца Иосифа – специализированные исследования» при участии с
норвежской стороны Норвежского Нефтяного Директората (NPD), компании
Sintef Petroleum Research и с российской - Геологического института РАН (ГИН
РАН), ФГУП «ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга» и Ассоциации
«Севморгеология». На арх. Шпицберген изучение разрезов терригенного
нефтегазоносного комплекса триаса проведено на островах: Баренца, Надежды,
Эдж, Вильгельма, Шпицберген, Западный Шпицберген. В 2010 г. полевые работы
проводились в составе Полярной Морской Геологоразведочной Экспедиции.
Терригенные отложения мезозоя Баренцево-Северо-Карского региона – керновые
пробы из скважин Южно-Баренцевской впадины, Земли Франца-Иосифа,
Адмиралтейского вала - изучались автором в ходе выполнения тематических
научно-исследовательских работ во ФГУП «ВНИИОкеангеология им.
И.С. Грамберга».
При выполнении исследований по гранту Министерства образования РФ «Литодинамика терригенной седиментации осадочного чехла северо-запада Русской платформы» (1998-1999 гг.) под руководством автора собран и изучен каменный материал по карбонатным микробиолитам ордовикского возраста, проведена его генетическая интерпретация. На инициативной основе изучены КМБ визейского и серпуховского ярусов в Новгородской области.
Фактический материал по докембрийским карбонатным отложениям получен при участии автора в полевых работах на Западном Анабаре в 2012 г., проводившихся сотрудниками Федерального государственного унитарного предприятия «Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П. Карпинского» (ФГУП «ВСЕГЕИ»).
В рамках проведения научно-практических работ в ООО «Газпромнефть НТЦ» выполнено описание керна по объектам с докембрийскими карбонатными
резервуарами. При изучении разрезов рифея-венда автором описан керн общей протяженностью более 5 000 м, проанализированы геологические и литолого-геохимические материалы по Куюмбинскому, Тымпучиканскому, Игнялинскому, Вакунайскому месторождениям; выполнен анализ широкого комплекса литологических данных по бажен-абалакскому горизонту Западной Сибири. Общее количество отобранных в полевых экспедициях и проанализированных образцов пород с различной степенью комплексирования аналитическими методами при непосредственном участии автора составило более 1 500.
Методика исследований.
Полевые исследования включали послойные описания разрезов с детальным
пробоотбором каменного материала. Особое внимание уделялось процессу
вторичной карбонатизации и изучению конкреционных образований. Комплекс
аналитических исследований, нацеленный на выявление особенностей состава и
строения КМБ, включал: петрографический анализ шлифов, флуоресцентные
исследования на лазерном конфокальном микроскопе, электронно-
микроскопический анализ, химический анализ рентгенофлуоресцентным
методом, рентгенофазовый анализ, изучение органомацералов в выделенных
препаратах, битуминологический анализ с определением биомаркеров
органического вещества (ОВ), изотопный анализ углерода и кислорода.
Петрографический анализ выполнялся на поляризационном микроскопе
Leica DMPL. Впервые в практике геологических работ использовался метод
конфокальной флуоресцентной микроскопии для исследования осадочных
объектов триаса. Детальное изучение структур и минерального состава
проводилось методами электронной микроскопии в межфакультетской учебно-
научной лаборатории СПбГУ «Ресурсный центр микроскопии и микроанализа»
под руководством А.Р. Нестерова. Полуколичественный рентгеноспектральный
флуоресцентный силикатный анализ проводился в лаборатории кафедры геологии
месторождений полезных ископаемых геологического факультета СПбГУ ст.
преподавателем А.П. Бороздиным на анализаторе ARL ADVANT’X (трубка с Rh-
анодом, 50 kV, 24 mA). Полуколичественный рентгенофазовый анализ
проводился в Аналитическом ресурсном центре СПбГУ
«Рентгенодифракционные методы исследования» к.г.-м.н. А.А. Золотаревым.
Комплекс изучения ОВ выполнялся в лаборатории органической геохимии ФГУП
«ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга» под руководством д.г.-м.н.
В.И. Петровой. Определение изотопного состава углерода и кислорода проводилось в центре изотопных исследований ФГУП «ВСЕГЕИ» д.г.-м.н. Э.М. Прасоловым. В Институте геологии и минералогии СО РАН им. В.С. Соболева (г. Новосибирск) диагностированы 35 образцов д.г.-м.н. Е.Ф. Летниковой. Комплекс методов апробировался при диагностике пород черносланцевой толщи арх. Шпицберген. Описанные методы в разных комбинациях использовались при изучении пород других осадочных бассейнов.
Научная значимость. Новые сведения о составе и генезисе карбонатных тел микробиальной природы расширяют представления о палеогеографических условиях осадкообразования, постседиментационных преобразованиях, в том числе вторичных наложенных процессах, многообразии генетических типов
осадочных пород в целом. Выделенные флюидобиолиты и тектонобиолиты
являются минерализованными реперами проявлений флюидодинамических
процессов - эмиграции, миграции и перераспределения углеводородно-
углекислых растворов и гидротермальных проявлений на этапах тектонической
активизации, что заставляет рассматривать литогенез как сложное
взаимодействие экзогенных и эндогенных процессов. КМБ отражают наличие
микроорганизмов во всем осадочным чехле, включая зоны высоких температур и
давлений, где их проявления связаны с дополнительными факторами прогрева и
разгрузки флюидных растворов. КМБ в черносланцевых нефтегазоносных
разрезах позволяют оценивать зоны гидротермально-метасоматических
преобразований, прогнозировать зоны с повышенными фильтрационно-емкостными свойствами пород разреза, пути миграции, перераспределения и аккумуляции УВ.
Практическая значимость. В рамках российско-норвежского проекта
«Полевые работы на Шпицбергене и архипелаге Земля Франца Иосифа –
специализированные исследования» проведены литостратиграфические
исследования на арх. Шпицберген, выявлены морфологически выраженные
карбонатные осадочные тела, сингенетичные вмещающим толщам и являющиеся
стратиграфическими коррелятивами. При оценке перспектив нефтегазоносности
выявлены литологические индикаторы, отражающие воздействие УВ разного
генезиса, что позволило дополнить картину флюидодинамического развития
осадочной системы в мезозое и впервые выделить очаги разгрузки флюидов,
зафиксированные в осадочных толщах верхнего триаса в виде КМБ. Впервые
локализация изученных цианобактериальных матов зафиксирована на норвежской
геологической карте арх. Свальбард (лист G14G Hopen) масштаба 1:100 000
[Mrk, Lord, et al., 2013]. Результаты литостратиграфических и
палеогеографических работ отражены в текущих отчетах по гранту РФФИ №14-05-93092 (2014-2016 гг.) «Стратиграфия и эволюция Тимано-Печорского и Баренцевоморского бассейнов в перми и триасе» (руководитель д.г.-м.н. О.И. Супруненко).
Данные по объектам Восточной и Западной Сибири использованы при решении текущих задач в рамках проектов ООО «Газпромнефть НТЦ»:
1. В соответствии с программой комплексного сопровождения разработки и
создания геомеханической модели Куюмбинского месторождения обоснована
роль строматолитов рифея как коллекторов трещинного (реже каверново-
трещинного) типа. Выделены зоны улучшенных коллекторских свойств на
разрабатываемых участках, проведена кластеризация разреза с учетом
литологических и геомеханических свойств с целью планирования новых
эксплуатационных скважин горизонтального бурения.
2. В ходе доизучения карбонатных и терригенных коллекторов на
Тымпучиканском, Игнялинском и Вакунайском лицензионых участках выполнена
структурно-вещественная и литофациальная типизация КМБ для составления
концептуальных и геологических 3D моделей месторождений; интерпретации
данных геофизического исследования скважин (ГИС); оптимизации геолого-
технологических мероприятий (ГТМ).
3. При геологическом сопровождении комплексных работ на территории Фроловской и Красноленинской НГО Широтного Приобья ХМАО данные по КМБ использованы при изучении строения и прогнозе нефтегазоносности бажен-абалакского комплекса; интерпретации данных ГИС; оптимизации ГТМ, планировании многостадийного гидроразрыва; оперативном подсчёте начальных геологических и извлекаемых запасов УВ.
Апробация работы. Результаты исследований представлялись в форме
докладов на многочисленных совещаниях и конференциях: Всероссийских
литологических совещаниях (2003, 2006, 2008, 2010, 2011, 2015), Всероссийском
литологическом совещании «Минеральные индикаторы литогенеза» (Сыктывкар,
2011), Международном совещании «Boreal Triassic 2006» (Лонгьербьюен,
Норвегия, 2006), 33-м Международном геологическом конгрессе (Осло, Норвегия,
2009), Международных конференциях «Arctic Days in Troms» (Тромсе, Норвегия,
2010) и «Arctic Frontiers 2012» (Тромсе, Норвегия, 2012), 29-м
Седиментологическом совещании международной ассоциации седиментологов (Шладминг, Австрия, 2012), Всероссийском литологическом совещании «Ленинградская школа литологии» (Санкт-Петербург, 2012), конференциях ЕвроАзиатского геофизического общества - ЕАГО (Москва, 2015; Алушта, 2015), Российской нефтегазовой технической конференции Общества инженеров-нефтяников - SPE (Москва, 2015) и многих других. Результаты исследований использованы в отчетах ФГУП «ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга», ООО «Газпромнефть НТЦ».
Публикации. Основные защищаемые положения и итоги проведенных исследований представлены в 59 публикациях, в т. ч. 14 статьях в журналах, входящих в Перечень, рекомендованный ВАК, и 1 книге.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав и заключения, изложенных на 381 странице текста, содержит 241 рисунок и 33 таблицы. Список использованной литературы включает 373 наименования.