Эволюция литогенеза рифейских отложений юга Камско-Бельского авлакогена

На правах рукописи

Специальность 25.00.06 – Литология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук


Казань - 2009

Работа выполнена в ООО «Башнефть-Геопроект» (г.Уфа)

Защита состоится «28» мая 2009 года в 14.00 ч. на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д.212.081.09 при Казанском государственном университете им. В.И.Ульянова-Ленина по адресу: г. Казань, ул. Кремлевская, д. 4/5, геологический факультет КГУ, ауд. 211.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. Н.И. Лобачевского Казанского государственного университета.

Автореферат разослан «14» апреля 2009 г.

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим присылать по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, 18, КГУ, служба аттестации научных кадров. Факс. (843) 2387601

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук, доцент

А.А. Галеев

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Действующие мощные инфраструктуры нефтедобычи и нефтепереработки определяют экономическую и социальную стабильность во многих регионах Урало-Поволжья. Однако, степень освоенности начальных потенциальных ресурсов углеводородного сырья традиционных горизонтов палеозоя достигла критических показателей и в недалеком будущем для нагрузки высвобождающихся производственных мощностей потребуется пополнение ресурсной базы за счет нетрадиционных комплексов геологического разреза, в том числе и додевонских. По различным оценкам эти отложения заключают несколько млрд. т. условного топлива.

Наиболее широкое распространение верхнедокембрийские образования получили на юге Камско-Бельского авлакогена востока Русской плиты. Здесь они характеризуются максимальными мощностями до 12-14 км и наибольшей полнотой литолого-стратиграфических комплексов, слагающих разрез. В последние годы благодаря бурению новых параметрических скважин, региональному сейсмопрофилированию МОГТ и другим исследованиям, получены новые материалы по литологии и седиментации отложений додевона, их диагенетическим преобразованиям.

Диссертация, в которой проанализированы и обобщены новые исследования в совокупности с имеющимися, выполнена в соответствии с отраслевой программой по ускорению научно-технического прогресса в народном хозяйстве в области геолого-разведочных работ по теме: «Изучение додевонской осадочной толщи платформенного Башкортостана и обоснование перспектив ее нефтегазоносности», а также Программой работ Федерального агентства по недропользованию РФ на 2005 год в части проведения работ по объекту №2-12/598.

Научное изучение литостратиграфии, реконструкция условий осадконакопления, динамических, диагенетических и катагенетических (эпигенетических) преобразований рифейских отложений как потенциальных резервуаров углеводородного сырья.

1. Изучение литолого-стратиграфического состава осадочных пород всех стратиграфических уровней рифея.

2. Изучение роли литологического фактора в проведении расчленения и корреляции рифейских разрезов.

3. Установление условий формирования рифейских отложений на основе изучения и обобщения литолого-минералогических, фациальных, петрофизических и геохимических особенностей пород.

4. Изучение палеоклиматических обстановок рифейского эона.

5. Изучение геологических факторов, определивших эпигенез осадочных пород рифейских комплексов.

6. Оценка влияния эпигенетических (катагенетических) процессов на фильтрационно-емкостные свойства коллекторов и флюидоупоров.

Методы решения поставленных задач

В основу работы положен анализ и обобщение фондовых и литературных источников по рассматриваемой тематике. Проведено микропетрографическое изучение прозрачных шлифов 2000 образцов всех литологических типов осадочных пород рифея, отобранных из керна 15 параметрических и около 90 поисковых и разведочных скважин. Для проведения расчленения разрезов рифея использованы диаграммы промысловой геофизики. Составлены схемы сопоставления разрезов рифея платформенной части и со стратотипическим разрезом Южного Урала. Изучены данные исследования состава тонких глинистых пород рентгено-структурным анализом. Для расчета геохимических коэффициентов при уточнении палеогеографической обстановки рифейских эр использованы полные силикатные анализы 336 образцов. Для уточнения геохимической обстановки осадконакопления привлекались химические анализы разновалентных форм железа по 77 образцам. Для оценки коллекторских и плотностных свойств пород использованы результаты анализов общей пористости и воздухопроницаемости, а также определения плотности 364 образцов пород.

Теоретической основой решения поставленных задач послужила концепция эволюционного преобразования вещества в ходе диа- и катагенеза, предложенная Л.В. Пустоваловым (1940) и развитая в работах Н.М. Страхова (1962, 1963), Н.В. Логвиненко (1974) и др. На отдельных этапах исследований применялись теоретические положения о цикличности строения толщ Ю.Н. Карогодина (1976) и К.Р. Тимергазина (1959), классическое учение Н.М. Страхова (1963) о стадиях литогенеза.

Научная новизна

1. Разработана методика расчленения и корреляции разрезов рифейских отложений, основанная на индивидуальности состава пород осадочных циклов, слагающих рифейские отложения.

2. Реконструирован палеоклимат отдельных периодов рифейского эона с использованием геохимических коэффициентов, отражающих взаимосвязь процессов выветривания на водосборных площадях с составом и гранулометрией поступавшей кластики в области осадконакопления.

3. Изучены геохимические обстановки осадконакопления в бассейнах седиментации по результатам распределения разновалентных форм железа и аутигенных минералов. Определены факторы, влияющие на формирование резервуаров.

1. Расчленение и корреляция фаунистически «немых» рифейских отложений необходимо проводить на основании выделения литолого-стратиграфических циклов и толщ-реперов.

2. Специфика литолого-фациальных, климатических условий и геохимических обстановок определяет потенциальные возможности нефтегазообразования в рифейских отложениях юга Камско-Бельского авлакогена.

3. Формирование резервуаров в рифейских толщах обусловлено комплексом геохимических и геодинамических факторов, проявляющихся на стадиях диагенеза – катагенеза (эпигенеза).

1. Разработана методика расчленения и корреляции фаунистически «немых» разрезов рифейских отложений.

2. Выявлены основные факторы, влияющие на образование пород-коллекторов и пород-покрышек, свидетельствующие о возможности формирования скоплений нефти и газа.

3. Установлено, что в рифейских бассейнах седиментации существовали благоприятные условия накопления органического вещества и прохождения нефтегазообразовательных процессов.

Итоги исследований докладывались и обсуждались на Второй региональной научно-практической стратиграфической конференции в г.Саратове (2004г.), Международной научно-практической конференции в г.Казани (2005г.), VI Межрегиональной научно-практической конференции в г.Уфе (2006г.), 7 Уральском региональном совещании в г.Екатеринбурге (2006г.), Международной научно-практической конференции в г. Казани (2008г.), научно-технических советах «Башнедра», ООО «Башнипинефть», ООО «ИК «Башнипинефть», ДООО «Геопроект», ООО «Башгеопроект».

Результаты исследований опубликованы в 11 печатных работах, в том числе 2 в журналах перечня ведущих рецензируемых изданий.

Диссертация содержит 159 страниц машинописного текста, в т.ч. 28 рисунков и 12 таблиц. Она состоит из введения, 7 глав и заключения. Список литературы включает 127 наименований.

В диссертации изложены результаты исследований, выполненных лично автором, а также при непосредственном участии в соавторстве с коллегами.

Диссертационная работа выполнена в ООО «Башнефть-Геопроект» под научным руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора Р.Х. Масагутова, которому автор приносит глубокую благодарность за оказанную помощь в постановке задач и проведении исследований.

Автор выражает искреннюю признательность кандидату геолого-минералогических наук Т.В. Ивановой за неоценимую помощь, конструктивные замечания и советы при написании работы.

Автор также благодарен сотрудникам ООО «Башнефть-Геопроект» доктору геолого-минералогических наук, профессору Е.В. Лозину, кандидату геолого-минералогических наук О.Д. Илеменовой, кандидату геолого-минералогических наук В.Н. Пазухину, кандидату геолого-минералогических наук В.Н. Минкаеву; Казанского Государственного университета кандидату геолого-минералогических наук, доценту В.Г. Изотову, кандидату геолого-минералогических наук, доценту Л.М. Ситдиковой за оказанную активную поддержку и помощь в проведении исследований.

На раннем этапе исследований было разработано несколько схем корреляции древних толщ Восточно-Европейской платформы (Солонцов, 1956; Тимергазин, 1953, 1963), в которых платформенные разрезы сопоставлялись с теми или иными подразделениями западного склона Южного Урала, где установлен наиболее полный разрез этих отложений, принятый в качестве стратотипа и описанный в работах целого ряда исследователей (Келлер и др., 1984; Олли, 1943 и др.).

В дальнейшем К.Р. Тимергазиным (1959) была предложена новая стратиграфическая схема, в основу которой был положен принцип расчленения рассматриваемых отложений по седиментационным циклам и литологическим особенностям пород.

Опубликованные в 1962 г. и последующих годах данные радиологического метода (М.А. Гаррис, Г.А. Казаков, Б.М Келлер и др. 1964; М.А. Гаррис, Д.В. Постников и др., 1967, 1970; Г.А. Казаков, 1960; Г.А. Казаков, К.Г. Кнорре, В.П. Стриженов, 1967; и др.) положили начало расхождению между геологическими и абсолютно-геохронологическими определениями возраста отложений нижнебавлинской серии.

В 1963 году выходит том стратиграфии СССР «Верхний докембрий», составленный большим коллективом исследователей (Б.М. Келлером, Б.С. Соколовым, И.Е. Постниковой, Л.Ф. Солонцовым, К.Р. Тимергазиным и др.). В этой обобщающей работе рассматриваются строение и корреляция докембрийских отложений различных регионов Русской платформы.

Опубликованные в 1961-64 гг. данные радиологических методов (Гаррис, Постников и др., 1967; Полевая, Казаков, 1960; Казаков, 1961 и др.) показали, что в Приуралье развиты докаратауские (допозднерифейские) образования.

С 1963 года в институте Башнипинефть было начато изучение микрофитолитов в карбонатных породах верхнего протерозоя (Морозов, Ревенко, 1969). Полученные результаты в ряде случаев входят в противоречие, как с цифрами изотопной геохронологии, так и с представлениями целого ряда исследователей (Л.Ф. Солонцова, Е.М. Аксенова, А.А. Клевцовой, Т.В. Ивановой и др.) о геологическом строении рассматриваемых отложений, полученными на основании изучения их историко-геологическим методом (Солонцов, 1963, 1966).

В 1978 году опубликована корреляционная схема верхнепротерозойских отложений востока Русской платформы, принятая вышеназванным совещанием. По этой схеме, отражающей точку зрения Л.Ф. Солонцова и Е.М. Аксенова, для Камско-Бельского и Серноводско-Абдулинского авлакогенов выделялась кырпинская серия нижнего рифея в составе тюрюшевской, арланской, калтасинской и надеждинской свит. Верхнерифейские отложения были объединены в чашмалинскую серию в составе гожанской (ныне тукаевская), седяшской (ныне ольховская), кушкульской (ныне усинская и леонидовская), салаватовской (ныне приютовская) и штандинской (ныне шиханская) свит.

К концу 1979 года обработка материалов бурения вновь пробуренных глубоких скважин (7000 Арлан, 62 Кабаково, 1 Кипчак, 83 Калтасы) выявляет несостоятельность схемы расчленения верхнепротерозойских отложений, составленной на основании использования четырех комплексов микрофитолитов. В связи с создавшимся положением по инициативе объединения «Башнефть» в декабре 1979 года была организована комиссия по выработке стратиграфической и корреляционной схем верхнего протерозоя платформенной части Башкортостана. В 1981 году вышеназванная комиссия создает рабочую схему стратиграфии верхнепротерозойских отложений, которая была рекомендована всем производственным организациям. Эта схема выдержала испытание временем и практически сохранилась до настоящего времени (Рабочая схема…, 1981).

Согласно названной схеме в составе рифея было выделено три комплекса: нижний, средний и верхний. В составе нижнего рифея (кырпинская серия, со стратотипом в скв.7000 Арлан) выделились прикамская (петнурская, норкинская, ротковская и минаевская подсвиты), калтасинская (саузовская, арланская и ашитская подсвиты), надеждинская и кабаковская свиты. Средний рифей (серафимовская серия) выделялся в составе тукаевской, ольховской и усинской свит. Верхний рифей (абдулинская серия) объединял в своем составе леонидовскую, приютовскую (базлыкская, кожайская и кармалкинская подсвиты) и шиханскую свиты.

Последняя корреляционная стратиграфическая схема рифея в России была разработана Всероссийским совещанием: «Стратиграфия, палеонтология и перспективы нефтегазоносности рифея и венда восточной части Восточно-Европейской платформы», Уфа, 1999 г. и принята Межведомственным Комитетом России 28 января 2000г. Эта схема, взята за основу в данной диссертационной работе. Ниже она показана в сопоставлении с Международной стратиграфической шкалой в современной редакции, изложенной в Episodes, Vol.27, no.2 (A new Geologic…, 2004) (рис.1).

Изучением литологического состава и корреляцией разрезов, а также других вопросов геологии рифея восточной части Восточно-Европейской платформы занимались К.Р. Тимергазин (1959), Л.Д. Ожиганова (1960), С.Г. Морозов (1962), Е.М. Аксенов (1966), А.В. Маслов (1986, 1997, 1999, 2001), Р.Х. Масагутов (1990, 1998, 2000, 2001, 2002, 2004, 2006), Т.В. Иванова (1990, 1998, 2000, 2001, 2002, 2005, 2006), В.И. Козлов (1995, 2003), М.В. Ишерская, (1997, 2001), В.А. Романов (1997,2001), Н.С. Гатиятуллин (2001, 2003), В.В. Баранов (2001), Р.Х. Муслимов (2005), В.Г. Изотов (2001, 2003), Л.М. Ситдикова (2001, 2003), Ю.В. Андреев (1990, 1998, 2000), О.Б. Дьяконова (2004, 2005, 2006) и др.

В схеме стратиграфии рифейских отложений автором были выделены (снизу вверх): в нижнем рифее прикамская подсерия в составе тюрюшевской, сарапульской, петнурской и норкинской свит; орьебашская подсерия в составе ротковской, минаевской и калтасинской свит; надеждинская свита в составе алгинской и чермасанской подсвит и кабаковская свита в составе урмиязинской и кубиязинской подсвит; в среднем рифее - тукаевская свита, акбердинская и сихонкинская подсвиты ольховской свиты и имангуловская и бишиндинская подсвиты усинской свиты; в верхнем рифее - леонидовская свита, базлыкская, кигинская, кожайская и кармалкинская подсвиты приютовской свиты, шиханская и леузинская свиты.

В процессе работ по проведению расчленения и корреляции разрезов скважин рифейских отложений диссертант придерживался метода, предложенного К.Р. Тимергазиным (1959), по выделению в самостоятельные стратиграфические подразделения отложений конкретных седиментационных циклов. С этой целью нами были изучены разрезы всех параметрических и глубоких скважин, вскрывших рифейские отложения на ту или иную глубину (Масагутов, Иванова, Дьяконова, 2004; Масагутов, Иванова, Лозин, Дьяконова, 2006). Осадочные породы исследовались микропетрографическим и химическими методами. При расчленении и корреляции разрезов использовались также материалы промысловой и полевой геофизики.

В результате проведенных исследований диссертантом в составе раннерифейского комплекса выделено четыре седиментационных цикла, отделенных друг от друга перерывами в осадконакоплении, в среднерифейском – два и в позднем рифее – также два седиментационных цикла, более поздний из которых состоит из двух малых.

Своим происхождением отложения циклов обязаны многостадийному рифтогенезу. В период каждой его стадии существовали специфические палеогеографические условия, обеспечивавшие формирование совершенно не похожих друг на друга осадочных циклов. Общим для них является лишь фациальная смена осадков внутри циклов: нижние части представлены грубозернистыми обломочными породами, а верхние – наиболее тонкозернистыми и карбонатными их разностями.

Самый ранний прикамский цикл установлен в скважинах 50 Ново-Урняк, 7000 Арлан, 1П Сарапульская, 203 Мензелино-Актанышская. Его слагают четыре литологические толщи: нижняя, тюрюшевская свита, сложена песчаниками, иногда гравийными; сарапульская - представлена песчаниками и алевролитами с прослоями аргиллитов; затем петнурская свита сложена переслаиванием алевролитов и доломитов с подчиненными прослоями аргиллитов и, наконец, завершают цикл осадки норкинской свиты - пачка алевролитов с редкими прослоями аргиллитов. Основным отличием пород цикла является присутствие сингенетичных сульфатов (Горожанин и др., 2006). Толщина отложений прикамского цикла достигает 3000 м.

Второй, орьебашский, седиментационный цикл в основании сложен толщей гравийных песчаников (ротковская свита), которая вверх по разрезу сменяется толщей переслаивания песчаников, алевролитов, аргиллитов и доломитов (минаевская свита), и завершают цикл терригенно-карбонатные отложения калтасинской свиты. Основной отличительной особенностью является широкое развитие химически чистых доломитов. Толщина отложений орьебашского цикла достигает 4560 м.

Третий, надеждинский, седиментационный цикл представлен двумя толщами: нижней (алгинская подсвита), сложенной песчаниками, и верхней (чермасанская подсвита) – толщей переслаивания алевролитов, доломитов с подчиненными прослоями аргиллитов и метавулканитов. Основная отличительная особенность цикла - присутствие в чермасанской подсвите метаморфизованного вулканогенного материала. Толщина отложений надеждинского цикла равна 773 м.

Четвертый, кабаковский, седиментационный цикл представлен также двумя толщами: нижней, сложенной песчаниками с прослоями алевролитов, аргиллитов, мергелей и доломитов (урмиязинская подсвита) и верхней – толщей переслаивания алевролитов, аргиллитов, мергелей и доломитов (кубиязинская подсвита). Отличительная особенность – присутствие в составе глинистых и карбонатных пород сингенетичного сидерита (Масагутов, Иванова, Дьяконова, Иванов, 2006). Толщина отложений кабаковского цикла составляет 1060 м.

Все четыре осадочных цикла раннего рифея отделены друг от друга перерывами.

В составе среднерифейской серафимовской серии выделяется два осадочных цикла, между которыми не выявлен перерыв. Нижний кипчакский цикл сложен неравномерно гравийными песчаниками с прослоями аргиллитов и алевролитов тукаевской свиты, вверх по разрезу сменяющейся карбонатно-глинистой толщей ольховской свиты. Особенностью является максимальная насыщенность бурыми оксидами железа пород верхней, сихонкинской подсвиты ольховской свиты.

Второй, усинский, осадочный цикл сложен двумя толщами: нижней (имангуловская подсвита), песчаниковой, и верхней (бишиндинская подсвита) толщей переслаивания песчаников, алевролитов и аргиллитов. Породы цикла отличает отсутствие в их составе карбонатных пород. Полностью бурением отложения цикла вскрыты на северном борту Серноводско-Абдулинского прогиба в скв.119 Серафимовская. На большей части площади Камско-Бельского авлакогена они размыты или частично сохранились от размыва в скв.1 Кипчак, 100 Кушкуль, 6 Ахмерово. Толщина отложений цикла около 2300 м.

Позднерифейский комплекс слагают отложения двух осадочных циклов. Первый, леонидовский, цикл представлен песчаниками, содержащими в верхней части маломощные прослои аргиллитов каолинитового состава. Отличительная особенность - кварцевый состав песчаников, каолинитовый состав цемента глинистых пород. Вскрытая толщина пород цикла составляет >1300 м.

Второй, лаклинский, цикл сложен отложениями трех свит. Нижняя, приютовская, свита представляет собою отложения двух малых циклов, каждый из которых сложен двумя толщами: нижней, песчаниковой, и верхней – толщей переслаивания аргиллитов, алевролитов с подчиненными прослоями доломитов. Однако вышеназванные толщи, выделенные в подсвиты, по своим литолого-петрографическим признакам и строению отличаются друг от друга. Нижний малый цикл сложен неравномерно гравийными песчаниками базлыкской подсвиты и алевролитами с пачкой глинисто-алевритовых доломитов кигинской подсвиты (Масагутов, Иванов, Дьяконова, 2004). Верхний малый цикл приютовской свиты в основании слагают песчаники кожайской подсвиты. Верхняя часть представлена алевропелитами с прослоями доломитов (кармалкинская подсвита). Отличительная особенность - крайне слабая сортировка обломочного материала и обогащенность глауконитом алевропелитов и доломитов кармалкинской подсвиты. Вверх по разрезу терригенные породы приютовской свиты сменяют известняки шиханской свиты, связанные постепенным переходом с леузинской свитой, сложенной метасоматическими доломитами, с прослоями алевролитов, аргиллитов и песчаников. Толщина отложений рассматриваемого цикла около 1200 м.

Приобретенный автором в процессе многолетней работы опыт и комплексное использование всего имевшегося геолого-геохимического и изотопного материала, позволил разработать методику по проведению расчленения «немых» рифейских разрезов параметрических и глубоких поисково-оценочных скважин, заключающуюся в следующем:

1. Выделение в разрезе седиментационных циклов – от основания одной песчаной или песчано-гравийной толщи до основания другой таковой, расположенной вверх по разрезу.

2. Разделение отложений выделенных седиментационных циклов на литологические толщи с использованием материалов промысловой геофизики.

3. Выявление в составе седиментационных циклов литологических толщ-реперов, позволяющих определить их геологический возраст и возраст вмещающих их седиментационных циклов.

4. Посвитное расчленение разреза с выделением перерывов в осадконакоплении, приуроченных к границам седиментационных циклов.

5. Проведение сопоставления изучаемого разреза с другими.

Так, с использованием данной методики установлен позднерифейский возраст грязнушинской свиты на Апутовской и Яныбаевской площадях в восточной зоне Камско-Бельского авлакогена, которая в 1967 году С.Г. Морозовым и А.Я. Чагаевым была отнесена к силуру - нижнему девону.

В пользу пересмотра возраста «грязнушинской» свиты и отнесение ее разрезов к приютовской свите верхнего рифея, свидетельствуют следующие факты:

а) Литологическая идентичность разрезов «грязнушинской» свиты Яныбаевской, Апутовской, Дуванской, Муслюмовской и Кызылбаевской площадей с разрезами приютовской свиты параметрических скв.1 Леузинская и 100 Кушкульская.

б) Одинаковая степень эпигенетической измененности пород, соответствующая рифейской.

в) Одноуровневый характер развития диагенетических минералов (пирита и глауконита) и фациальных типов пород.

г) Уверенная сопоставимость каротажных диаграмм с прослеживанием реперов во всех разрезах от скв.100 Кушкуль до скв.1 Леузинская.

д) Залегание «грязнушинской» и приютовской свит на размытой поверхности среднего рифея.