Литология и полезные ископаемые, 2022, № 1, стр. 28-47

Литологическое описание сводного разреза и выделение основных литотипов

Послойное описание осуществлялось для наиболее полно охарактеризованного керном разреза опорной скважины и было дополнено материалами изучения керна некоторых других скважин (рис. 2). Детальное строение выделенных пачек и характеристика литотипов приведены в табл. 1. В представленном описании для обозначения литотипов использованы буквенно-цифровые индексы (И3, Д1 и т.д.).

Рис. 2.

Сводный разрез нижнего девона и фотографии керна выделенных литотипов с характерными структурно-текстурными особенностями. Слева от скважины даны индексы промысловых пластов.

Характеристика фаций

На основе анализа распространения в разрезе и по площади выделенных литотипов и их парагенетических ассоциаций в нижнедевонских отложениях восточного борта Хорейверской впадины диагностированы сублиторальный и литоральный фациальные комплексы (рис. 3).

Рис. 3.

Седиментационная модель нижнедевонских отложений восточного борта Хорейверской впадины с фотографиями керна отложений, наиболее характерных для выделенных фаций. 1 – субаэральная экспозиция; 2 – супралитораль и прибрежные лагуны с преобладающей водорослевой седиментацией; 3 – литораль с карбонатной седиментацией; 4а – сублитораль с биокластово-бактериально-водорослевой седиментацией (известняки); 4б – сублитораль с биокластово-бактериально-водорослевой седиментацией (доломиты); 5 – сублитораль с преобладающей глинистой седиментацией; 6 – карбонатная отмель с преобладающей биокластовой и каркасной седиментацией. В рамках цифрами обозначены увеличенные изображения керна.

С сублиторальными участками акватории связан основной объем образованного биогенного карбонатного материала – это так называемая мелководная сублиторальная фабрика карбонатов; отсюда он разносился в более глубоководные и прибрежные районы. Два основных фактора определяли особенности распределения материала в пределах “сублиторальной фабрики” – степень ее изоляции и гидродинамическая активность водной среды, а значит, важное значение для образования и накопления карбонатных отложений имел рельеф дна морского бассейна, контролировавший не только его глубину, но и направления движения придонных течений. С последними связаны особенности распределения биоценозов, продуцирующих карбонатный материал, а следовательно, и структурно-текстурные параметры накапливающихся осадков. По вещественному составу, структурным и текстурным характеристикам, видовому составу породообразующих организмов в сублиторальном комплексе выделяются следующие фации: сублитораль с микритово-глинистой седиментацией (глинистая сублитораль), сублитораль с биокластово-бактериально-водорослевой седиментацией (водорослевая сублитораль) и карбонатная отмель с биокластовой и каркасной седиментацией.

К фации сублиторали с микритово-глинистой седиментацией (рис. 4) отнесена толща чередования темно-серых, коричнево-серых аргиллитов (А1), серых нодулярных глинистых звестняков (И1), неравномерно глинистых серых и коричневато-серых биокластово-микритовых известняков (И2) и глинистых тонкокристаллических доломитов (Д8).

Рис. 4.

Литологическая характеристика отложений сублиторали с микритово-глинистой седиментацией. И1 – серый нодулярный глинистый известняк; И2 – биокластово-микритовый известняк; отмечается обогащение биодетритом, главным образом, представленным члениками криноидей (ЧК); А1 – аргиллит с примесью обломков кварца песчаной и алевритовой размерности; Д8 – глинистый тонкокристаллический доломит. а–г – микрофотографии петрографических шлифов: а – пиритизированные обломки панцирей трилобитов (Т) в нодулярном глинистом известняке; б – идиоморфные порфировые кристаллы доломита (Д) в аргиллите; в – обломки члеников криноидей (ЧК) в биокластово-микритовом известняке; г – тонкокристаллический доломит с пиритизированным биодетритом.

Фация сублиторали с биокластово-бактериально-водорослевой седиментацией наиболее узнаваема в рассматриваемом разрезе. К ней отнесены очень “устойчивые” по толщинам и литологическим характеристикам пачки нодулярных известняков (И3), схожих с рассмотренными выше известняками (И1), однако отличающихся более широким таксономическим разнообразием органических остатков и отсутствием глинистой примеси, и вторичных доломитов (Д9), развитых в средней части овинпармского горизонта (рис. 5).

Рис. 5.

Литологическая характеристика отложений сублиторали с биокластово-бактериально-водорослевой седиментацией. И3 – биокластово-бактериально-водорослевые известняки фаций водорослевой сублиторали; разнообразные по форме и размерам бактериально-водорослевые желваки (Ж) и их взаимоотношение с более темным матриксом (М); Д9 – доломит, образованный по биокластово-бактериально-водорослевому нодулярному известняку. а‒г ‒ микрофотографии петрографических шлифов: а – неравномерное нефтенасыщение разнокристаллического вторичного доломита, образованного по бактериально-водорослевому известняку; б – ходы илоедов (ХИ), подчеркнутые доломитизацией; обломок членика криноидеи (ЧК); в – раковины гастропод (Г) и двустворок (Дв) в нодулярном известняке; г – фрагменты раковин брахиопод (Бр) и двустворок (Дв) в нодулярном известняке.

Седиментационная структурная неоднородность карбонатных пород водорослевой сублиторали может быть объяснена их накоплением в условиях некоторой изоляции лохковского морского бассейна. Предполагается, что пелитоморфный и микрокристаллический кальцит, слагающие матрикс этих пород, являлись продуктами жизнедеятельности водорослей, кальцимикробов и цианобактерий, которые агрегировали выделявшейся ими слизью частицы рыхлого осадка, в результате чего образовались отчетливо выраженные желваки. Впоследствии эта структурная неоднородность известняков была подчеркнута вторичной доломитизацией.

Разнокристаллическая структура доломитов водорослевой сублиторали связана, с одной стороны, с первичной структурной неоднородностью субстрата, обладающего различной способностью пропускать доломитизирующий флюид, а с другой – с разной интенсивностью воздействия магнийсодержащих флюидов на породу, происходившего в несколько этапов (рис. 6).

Рис. 6.

Стадийность протекания процессов доломитизации; схематично изображена порода с первичной структурной неоднородностью.

На ранних этапах доломитизации в породах с большим содержанием глинистой и микритовой составляющей поры были слишком малы, для того чтобы обеспечить миграцию обогащенных магнием растворов, порового пространства было недостаточно для свободного роста кристаллов новообразованного доломита, это привело к плотному соприкосновению кристаллических индивидов и преобладанию конформных контактов. В более пористых участках карбонатных осадков образовались более крупные эвгедральные и субгедральные, неплотно прилегающие друг к другу кристаллы доломита, из которых сформировалась “рыхлая” упаковка (стадия 2, см. рис. 6).

В этих доломитизированных породах, имеющих более прочный каркас по сравнению с первоначальными карбонатами, последующее выщелачивание остаточного кальцита, находящегося между кристаллами доломита, а также других карбонатных зерен, ранее не замещенных доломитом в результате воздействия метеорных растворов, способствовало образованию вторичной пористости (стадия 3, см. рис. 6). Однако в дальнейшем, если пористая порода не заполнялась флюидом, вследствие новых этапов поступления доломитизирующих растворов образовавшиеся пустоты залечивались крупнокристаллическим доломитом, что приводило к уничтожению пористости и ухудшению фильтрационно-емкостных свойств породы вследствие передоломитизации (стадии 4‒5, см. рис. 6).

Накопление отложений карбонатных отмелей с преобладающей биокластовой и каркасной седиментацией связано с динамически активными условиями водной среды. Макроскопически эта фация представлена светло-серыми, бежевыми, пятнистыми (с коричневыми пятнами за счет неравномерного нефтенасыщения) доломитами (рис. 7) со строматопороидеями и скоплениями биокластового материала в виде линз и тонких прослоев (Д7).

Рис. 7.

Литологическая характеристика отложений карбонатной отмели с преобладающей биокластовой и каркасной седиментацией: Д7 – вторичные доломиты по каркасным строматопоровым известнякам. а‒в ‒ микрофотографии петрографических шлифов: а – доломитизированные остатки колоний строматопороидей (С); б – унаследованные пустоты во вторичном доломите, образованном по строматопоровому известняку; в – пустоты выщелачивания во вторичном доломите.

Литоральный фациальный комплекс выделен в нижней части овинпармского горизонта и включает литоральные и супралиторальные фации (рис. 8).

Рис. 8.

Литологическая характеристика пород литорального комплекса нижнего девона. Д1 – линзовидно-волнистослоистые глинистые пелитоморфные доломиты; Д2 – тонкослойчатые водорослевые ламиниты; Д3 – “узорчатые” доломиты; Д4 – волнисто-линзовиднослоистые доломиты, образованные по бактериально-водорослевым известнякам. а–г – микрофотографии петрографических шлифов: а – линзовиднослоистый глинистый доломит, слоистость подчеркнута примесью кварца алевритовой размерности; б – вторичный доломит по пелоидному известняку; в – комки пелитоморфного кальцита в тонкокристаллическом доломите; г – структурная неоднородность глинистых доломитов, обеспечившая проявление интенсивной стилолитизации и микротрещиноватости.

Его формирование происходило в приливно-отливной полосе, характеризующейся крайне изменчивыми условиями накопления карбонатного осадка. В этой зоне, кроме того, наиболее активно протекали диагенетические процессы, сопровождавшиеся литификацией осадка под влиянием его периодического осушения, смешения морских вод с пресными и, что важно – в условиях высокой бактериально-водорослевой активности и интенсивного протекания биохимических процессов. Оба фактора – седиментационный и диагенетический – привели к образованию карбонатных пластов со специфическими текстурными и структурными признаками, достаточно уверенно опознаваемыми в древних измененных породах.

Во-первых, отложения литорального комплекса характеризуются отчетливо выраженной слоистостью (толщина слоев, как правило, не превышает нескольких сантиметров), что отражает воздействие на побережье приливов и отливов. Во-вторых, отложения комплекса сложены карбонатным материалом, главным образом вынесенным с прилегающей сублиторали, в котором преобладает микритовая составляющая, или этот материал, так или иначе, связан с продуцирующей деятельностью водорослей, бактерий и кальцимикробов; доломитовые слои здесь могут иметь седиментационно-раннедиагенетическое происхождение. В-третьих, в разрезах устанавливаются следы частых перерывов в осадконакоплении, сопровождающихся формированием микроразмывов, образованием трещин усыхания, брекчий растрескивания ила и т.д.

Приливно-отливная полоса может служить местом накопления как “чистых” карбонатных осадков, так и осадков, содержащих в различных объемах глинистую и обломочную примесь. Это определило необходимость разделения фаций литорали на два типа.

Фации литорали с карбонатной седиментацией представлены бежевыми и светло-серыми доломитами по бактериально-водорослевым (Д4) и литокластовым известнякам (Д5).

В качестве самостоятельной фациальной единицы в разрезе овинпармского горизонта выделяется литораль с глинисто-карбонатной седиментацией, представленная пакетами (1–2 м) темно-серых неравномерно глинистых (до 5–10%) линзовидно-волнистослоистых доломитов по бактериально-водорослевым известнякам (Д6).

Фация супралиторали представлена переслаиванием линзовидно-волнистослоистых глинистых пелитоморфных доломитов (Д1), тонкослойчатых водорослевых ламинитов (Д2) и “узорчатых” доломитов (Д3). Эти отложения обнаруживают следы многочисленных осушек – трещины усыхания, штормовые брекчии, наблюдаются псевдоморфозы доломита по гипсам и ангидритам (?); практически повсеместно карбонатные породы содержат глинистую примесь и обломки кварца алевритовой размерности (от 2–3 до 15%).

В результате субаэральной переработки карбонатных отложений двух рассмотренных выше фациальных комплексов сформировался элювиальный комплекс, литологически выраженный седиментационными брекчиями, “молодыми” глинами в “старых” карстовых полостях, пестроокрашенными глинами, представляющими собой древние палеопочвы.

Характеристика коллекторов и условий их образования

В толще нижнедевонских отложений распределение зон с повышенной пористостью и проницаемостью имеет довольно сложный характер, что обусловлено, с одной стороны, условиями образования и первичной седиментационной неоднородностью отложений и, с другой стороны, различной интенсивностью постседиментационных преобразований – трещинообразования, доломитизации и выщелачивания.

Развитие вторичной пористости выщелачивания наиболее часто связано с поверхностями размывов, наличие которых способствовало более интенсивной циркуляции растворяющих флюидов. Для нижнедевонского интервала наиболее значима роль предсреднедевонского стратиграфического несогласия, объединяющегося (в местах отсутствия среднедевонских отложений) с предфранским [Региональные несогласия …, 1998], поскольку именно этот перерыв контролирует стратиграфическую полноту разреза продуктивных отложений (рис. 9). Однако в местах наложения этих несогласий наряду с усложнением характера эрозионной поверхности происходит снижение фациальной контрастности граничащих отложений и возникают сложности с ее однозначным картированием [Майдль и др., 2018]. Результаты геохимических исследований предполагаемых пограничных нижне- и верхнедевонских интервалов разреза позволили выявить геохимическую зональность, характерную для процессов регрессивного инфильтрационного эпигенеза, происходившего вследствие вывода толщ на дневную поверхность и их последующего погружения. Выявленная геохимическая зональность позволила уточнить положение границы субаэрального размыва [Майдль и др., 2018].

Рис. 9.

Разрез верхнесилурийско-нижнедевонских отложений по линии А–А' с распределением фаций и основных наиболее эффективных типов коллекторов; на врезке – карта выхода фаций под поверхность предфранского размыва.

Дополнительно было проанализировано влияние среднедевонско-предфранского размыва на интенсивность доломитизации и формирование пустотного пространства в подстилающих карбонатах. Анализ распределения значений пористости и величин содержания доломита в карбонатных породах, залегающих на разной глубине относительно этой эрозионной поверхности, показал, что решающее влияние на морфологию пустотного пространства оказали их первичные седиментационные текстурно-структурные особенности. Установлено, что непосредственно под поверхностью перерыва практически не отмечается значительных интервалов высокопористых пород, однако его влияние проявляется в фациях с изначально высокими фильтрационно-емкостными свойствами (ФЕС) и в фациях, подвергшихся интенсивной доломитизации. Седиментационная трансляция, или унаследованность седиментационных признаков [Дмитриевский, 1982], прослеживается практически во всех литофациях и отражается в распределении основных типов пористости.

Таким образом, вследствие седиментационной неоднородности и различных постседиментационных преобразований нижнедевонские карбонатные отложения исследуемого района обладают сложной структурой пустотного пространства, которое, как правило, полигенно и включает поры нескольких генераций.

Петрофизическая характеристика коллекторов

Прогноз распространения коллекторов и оценка их фильтрационно-емкостных свойств осуществлялись по результатам интерпретации лабораторных исследований керна и данных геофизических исследований скважин (ГИС).

Наиболее высокие значения коэффициента пористости (Кп) и коэффициента проницаемости (Кпр) отмечаются в доломитах карбонатной отмели и в доломитах, образованных по известнякам водорослевой сублиторали (рис. 10). Для каждой из этих фаций половина исследуемых образцов характеризуются пористостью 4‒10% и около 20% образцов обладают Кп выще 10%. Средние значения Кп для образцов фаций карбонатной отмели и водорослевой сублиторали практически равны и составляют 4.9 и 5.1%, однако при сравнении показателей Кпр для данных фаций выявляются существенные различия. Значениями Кпр от 10 мД до 1Д характеризуется более половины образцов фаций карбонатной отмели и только 20% образцов, относящихся к доломитам фаций водорослевой сублиторали. Кроме того, наиболее проницаемые образцы (100 мД до 1Д) встречаются только в фациях карбонатной отмели. Подобные различия значений проницаемости отражают разницу в строении пустотного пространства отложений рассмотренных фаций: высокие показатели проницаемости для фаций карбонатной отмели обеспечиваются присутствием в породе значительного количества каверн и трещин и осуществлением фильтрации по трещинно-кавернозным каналам, тогда как в доломитах фаций водорослевой сублиторали основная доля пустотного пространства приходится на поры и микротрещины.

Рис. 10.

Распределение значений коэффициентов пористости (Кп) и проницаемости (Кпр) и оценка частоты их встречаемости (с указанием средних величин), в карбонатных фациях нижнего девона восточного борта Хорейверской впадины. N – количество исследованных образцов.

В доломитах, образованных по бактериально-водорослевым известнякам водорослевой сублиторали, среднее значение проницаемости практически в 2 раза выше, чем в не подвергшихся интенсивной доломитизации бактериально-водорослевых известняках (6.5 и 3.5 мД соответственно), а средней значение пористости – более чем в 2 раза выше (5.1 и 2% соответственно), что указывает на существенное влияние процессов вторичной доломитизации на формирование пустотного пространства в отложениях этой фации.

Отложения фаций литорали обладают более низкой пористостью, для большей части выборки значения Кп составляют 2‒4%, однако при этом примерно для трети низкопористых образцов отмечаются достаточно высокие значения проницаемости, что обусловлено главным образом интенсивной микротрещиноватостью. Все остальные фации также в целом характеризуются более низкими значениями пористости и проницаемости, зависимость между Кп и Кпр практически отсутствует.

Сопоставление петрофизических (значений Кп, Кпр) и литологических (содержание доломита, кальцита и глинистого материала) параметров является необходимым условием для уточнения модели коллектора. Анализ зависимости значений Кп от содержания доломита в изученных карбонатных породах показал, что с возрастанием количества СаMg(CO₃)₂ в породе пористость увеличивается. Высокопористые образцы (Кп > > 10%) присутствуют только при высокой степени доломитизации (массовая доля доломита 80–100%), наряду с этим при высокой степени доломитизации доля низкопористых образцов (Кп < < 2%) наименьшая. Чистые известняки (содержание доломита 0–10%) в основном характеризуются значениями Кп менее 2%. Что касается проницаемости, прямой зависимости между этим параметром и содержанием доломита не выявлено.

В выборке образцов, почти нацело сложенных доломитом (массовое содержание СаMg(CO₃)₂ более 90%), подавляющая часть представлена доломитами, образованными по известнякам водорослевой сублиторали (30% выборки), и доломитами карбонатных отмелей (26% выборки).

Детальное изучение строения пустотного пространства нижнедевонских карбонатных отложений позволяет определить преобладающие типы коллекторов в отложениях различных фаций, а также оценить долю каверн и трещин в формировании ФЕС наряду с матричной пористостью. Было рассмотрено, как проявляется фациальная избирательность разных типов пустотного пространства. Основная доля образцов с каверновой пористостью свыше 20% от общей пористости приходится на фацию карбонатной отмели. Значительная часть образцов с высокими значениями каверновой пористости также относится к доломитам, образованным по водорослевым известнякам сублиторали.

Важной задачей при анализе сложных коллекторов является также определение роли трещин в формировании емкостного пространства и путей фильтрации. Значения трещинной пористости редко превышают 10% от общей величины, однако трещины играют важную роль в фильтрации. Наличие макро- и микротрещин проявляется избирательно и закономерно. По частоте встречаемости значений трещинной пористости более половины исследованных образцов относится к фациям карбонатной отмели, треть – к фациям водорослевой сублиторали.

По соотношению каверновой, трещинной и поровой составляющих выделяются различные типы коллекторов, подавляющая часть которых приурочена к фациям карбонатной отмели и водорослевой сублиторали.

1. Коллекторы каверно-порового и трещинно-каверно-порового типов представляют собой породу, обладающую проницаемой матрицей, которая может содержать вторичные пустоты (поры выщелачивания, микро- и макро-каверны, микротрещины). Размеры каверн в большинстве случаев находятся в диапазоне 8–20 мм. Значения Кп изменяются в пределах 6‒15%. Эти типы коллекторов встречаются в фациях карбонатной отмели и водорослевой сублиторали, однако в последних доля каверн значительно ниже и их размеры меньше.

2. В коллекторах каверно-трещинно-порового типа основная доля пустотного пространства приходится на поры, каверны практически отсутствуют, однако трещины в этом случае могут играть второстепенную роль в фильтрации. Данные породы характеризуются высокими значениями пористости (6–10%) и проницаемости.

3. Трещинно-поровые коллекторы обладают однородной, плотной, практически не затронутой вторичными процессами системой межкристаллических пор. Однако за счет значительного количества микро- и макротрещин проницаемость в таких коллекторах может достигать больших значений при невысокой пористости (3–7%). В исследованной нами толще карбонатных отложений коллекторы данного типа приурочены к доломитам фации водорослевой сублиторали.

4. В трещинно-порово-каверновом типе коллекторов матрица неоднородная и включает как первичные, так и вторичные поры, каверны и микротрещины. По сравнению с трещинным типом коллектора, полезная емкость пород резко возрастает, фильтрация осуществляется по трещинно-кавернозным каналам. Данный тип коллекторов характеризуется наиболее высокими значениями пористости, основную долю которой составляют каверны. Размеры каверн обычно достигают 16–50 мм. Пористость в среднем составляет 10–15% при высоких значениях проницаемости.

Таким образом, каверны и связанная с ними вторичная пористость играют существенную роль в строении пустотного пространства коллекторов овинпармского горизонта. Развитие вторичной пористости и увеличение пустотного пространства за счет каверн и трещин обусловлены структурно-текстурными особенностями карбонатных отложений различных фаций морского бассейна.

Подавляющая часть коллекторов (80%) связана с фациями карбонатных отмелей. Именно они определяют наличие большинства залежей в пределах исследуемой территории. Эти коллекторы характеризуются полигенным пустотным пространством, включающим крупные каверны, пустоты выщелачивания, межкристаллические поры и микротрещины, совместное влияние которых определяет при сравнительно невысоких значениях пористости значительную проницаемость пород (рис. 11а–в). Роль покрышек для резервуаров этих залежей играют отложения фации глинистой сублиторали, представленные ассоциацией аргиллитов и глинистых карбонатов.

Рис. 11.

Характеристика пустотного пространства нижнедевонских карбонатных коллекторов (микрофотографии петрографических шлифов). а – каверны (КВ) и межкристаллические поры (МП) во вторичном доломите карбонатной отмели; б – пустоты выщелачивания (ПВ) и трещины (Т); в – унаследованные пустоты (УП) в доломитах по водорослево-строматопоровым известнякам карбонатной отмели; г – каверны (КВ) и межкристаллические поры (МП) во вторичном доломите, развитом по биокластово-бактериально-водорослевому известняку; д – межкристаллические поры (МП) во вторичном доломите, развитом по биокластово-бактериально-водорослевому известняку; е – единичные межкристаллические поры во вторичных доломитах литорали.

Коллекторы также связаны с фациями водорослевой сублиторали, однако эти породы характеризуются достаточно сложным распределением зон с повышенным емкостным потенциалом, что связано с неравномерным проявлением в них вторичных процессов. Коллекторы присутствуют лишь в той части разреза, где бактериально-водорослевые известняки подверглись интенсивной доломитизации и выщелачиванию. Во вторичных доломитах водорослевой сублиторали высокие фильтрационно-емкостные характеристики обусловлены развитием межкристаллических пор и очень интенсивной сети микротрещин, совместное действие которых определяет эффективную пористость и проницаемость доломитов (см. рис. 11г, д).

Доля коллекторов в фациях карбонатной литорали существенно ниже; среди них преобладают коллекторы с межкристаллической (матричной) пористостью, которые относятся к низкопористым разностям коллекторов (см. рис. 11е).

Доломиты супралиторали обладают, как правило, тонкопористой структурой пустотного пространства, характеризуются низкими значениями коэффициента проницаемости при относительно высоких показателях пористости, а также повышенной долей капиллярных и субкапиллярных пор. Подобное строение и размеры пор обусловлены преимущественно тонкозернистой седиментационной структурой супралиторальных отложений. Несмотря на то, что последние уже на стадии седиментогенеза и раннего диагенеза подвергались растворению в субаэральных условиях, иногда завершавшемуся образованием пустот выщелачивания, в целом их фильтрационная способность довольно низкая, поскольку в процессе погружения карбонатных толщ на значительные глубины эти пустоты в первую очередь заполнялись эпигенетическими минералами. Формирование хорошо проницаемых коллекторов в супралиторальных фациях может происходить, как правило, только при воздействии процессов, приводящих к растрескиванию и растворению вдоль трещин.

Таким образом, седиментационная трансляция, проявляющаяся в распределении коллекторов различного типа, позволяет использовать седиментационные модели для прогноза коллекторов в не охарактеризованных керном частях разреза нижнедевонских отложений.