Пустотное пространство карбонатных тайдалитов — палеоклиматический аспект

Полный текст

ЗАДАЧИ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Развитие методов генетического и фациального анализов позволило выделить приливно-отливные литоральные отложения в древних осадочных толщах и охарактеризовать их признаки [Tidal …, 1975]. Оказалось, что такие отложения очень широко, в чем-то даже аномально широко представлены в палеозойских карбонатных отложениях древних платформ по сравнению с кайнозойскими образованиями [Ginsburg, 1984; Кузнецов, 1997]. Одной из причин этого явления, возможно, было более близкое положение Луны к планете Земля, что вызывало более высокоамплитудные приливы и отливы. Во многих случаях карбонатные тайдалиты образуют резервуары нефти и газа или составляют их существенную часть. По этой причине изучение строения и литологического состава толщ, сложенных карбонатными тайдалитами, типов и особенностей пустотного пространства в подобных отложениях разного возраста и формировавшихся при различных климатических условиях, представляют большой научный и практический интерес, касающийся, в частности, решения крупных проблем геологии нефти и газа.

В настоящем сообщении изложены результаты исследования карбонатных тайдалитов, которые обсуждаются как с палеогеографической точки зрения, так и для оценки этих пород в качестве потенциальных резервуаров вследствие специфических особенностей их пустотного пространства. При этом рассмотрено влияние палеоклимата на образование карбонатных приливно-отливных отложений. Как было показано Н. М. Страховым [1963], климат является одним из ведущих факторов при формировании состава, и, как выяснилось, структурных особенностей карбонатных пород, строения образованных ими осадочных комплексов. Основными объектами исследования были вендско-нижнекембрийские отложения Восточной Сибири и нижнедевонские породы Варандей-Адзьвинской структурной зоны Тимано-Печорской провинции, привлекался материал по другим регионам.

Вендско-нижнекембрийские отложения Восточной Сибири являются частью карбонатно-соленосной формации и накапливались в обстановке аридного климата. Первоначальные раннедевонские осадки, образовавшие второй объект, отлагались в условиях гумидного климата.

ТАЙДАЛИТЫ ВЕНДА‒КЕМБРИЯ СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

Литоральные образования, присутствующие в составе карбонатно-соленосной формации венда–нижнего кембрия, были изучены в пределах Непско-Ботуобинской антеклизы, смежных районов Игыатинской и Березовской впадин. Они слагают нижнюю и самую верхнюю части в трансгрессивно-регрессивных циклитах (рис. 1). Нижние элементы циклитов, отлагавшиеся на начальном этапе трансгрессии, представлены глинистыми доломитами, доломитовыми мергелями, доломитовыми и доломитистыми известняками. Текстуры пород массивные, чаще — тонкои неправильно слоистые. Структуры карбонатных пород преимущественно микрозернистые, реже тонкозернистые, нередко микросгустковые (пеллетовые). Следы перерывов в виде плоскогалечных конгломератов, трещин усыхания, микробиальных пленок или микробиальных доломитов, образующих волнистую слоистость, а в ряде случаев — слоистость строматолитового типа, позволяют диагностировать исследованные карбонатные породы как отложения приливно-отливных равнин, а присутствие сульфатов свидетельствует об аридном климате эпохи их образования. Отсутствие в отложениях остатков метазойной фауны и образованного ими пустотного пространства можно было бы объяснить древним возрастом, однако остатки трилобитов и археоциат присутствуют в одновозрастных морских отложениях. Это обстоятельство также свидетельствует в пользу интерпретации исследованных вендско-нижнекембрийских карбонатных отложений как тайдалитов аридной климатической зоны [Кузнецов, Сухы, 1990; Kuznetsov, Suchy, 1992].

 

Рис. 1. Строение типичного циклита юряхского продуктивного горизонта Верхневилючанского нефтегазового месторождения Непско-Ботуобинской антеклизы.

а — литологический разрез и каротажная характеристика; б–ж — гистограммы распределения значений пористости, % (б–г: б — по ртути, в — открытой, г — полезной), значений проницаемости, 10^-15 м² (д–ж: д — по ртути, е — вертикальной, ж — горизонтальной в тайдалитах начала трансгрессии (А), морских отложениях (Б) и тайдалитах конца регрессии (В)).

1 — известняки микрозернистые, 2 — доломиты микрозернистые, 3 — известняки комковато-сгустковые, 4 — доломиты комковато-сгустковые, 5 — известняки водорослевые, 6 — доломиты водорослевые, 7 — известняки глинистые, 8 — доломиты глинистые, 9 — мергели, 10 — аргиллиты, 11 — сульфатизированные доломиты.

 

Верхние элементы циклитов, соответствующие завершающим этапам регрессии, также представлены доломитами, которые по текстурным и структурным признакам аналогичны доломитам нижних частей циклитов, но отличаются от них низким содержанием глинистой примеси, вплоть до полного ее отсутствия. Так же, как в нижних элементах циклитов, в доломитах, слагающих верхние части циклитов, широко развиты микробиальные пленки. В этих доломитах также встречаются игольчатые кристаллы и гнезда кристаллического ангидрита, содержание которого заметно возрастает при движении вверх по разрезу циклитов; часто присутствуют прослои столбчатых строматолитов с характерной слоистостью и связанными с нею пустотами.

Микробиальные пленки, сложенные микросгустками пелитоморфного карбоната, формировали строматолиты в результате последовательного нарастания. Эти пленки часто не были параллельными, и последовательно нарастающие слойки обычно неплотно (вследствие выступов) прилегали к волнисто-изогнутым нижележащим тонким слойкам. В результате формировались изометричные или удлиненные пустоты, ориентированные по наслоению. В настоящее время такие пустоты остаются открытыми (рис. 2а) или бывают полностью или частично или заполнены диагенетическими новообразованиями кальцита, доломита или ангидрита (см. рис. 2б).

 

Рис. 2. Щелевидные пустоты в строматолитовом доломите.

а — открытые пустоты (образец керна); б — удлиненные пустоты между микробиальными слойками в строматолитах (микрофотография); стенки пустот инкрустируются кристалликами доломита (1), оставшееся пространство заполнено более поздним ангидритом (2). Нижний кембрий. Средне-Ботуобинское нефтяное месторождение.

 

Кроме послойно ориентированных пустот, в карбонатно-глинистых и глинистых прослойках, присутствующих внутри строматолитовых образований и представляющих собой следы микробиальных пленок, имеются тонкие протяженные литогенетические трещины (рис. 3). Пустоты подобной морфологии при их субпараллельном расположении приводят к резкой анизотропии проницаемости. Так, проницаемость, перпендикулярная наслоению не превышает 0.1∙10^-15 м ², в то время как по наслоению таких случаев уже более трети определений, причем, имеются значения и более 10∙10^-15 м ². Различная проницаемость карбонатных пород в направлениях параллельном и перпендикулярном напластованию — явление довольно распространенное, но эти различия, как правило, невелики. Так, в морских карбонатных породах, перекрывающих исследуемые литоральные фации на одной из площадей, среднее значение проницаемости в направлении, параллельном наслоению составляет 3.97∙10^-15 м ² (разброс 0.001∙10^-15 м ² до 27.1∙10^-15 м ²), тогда как в направлении, перпендикулярном наслоению — 2.887∙10^-15 м ² (разброс 0.001∙10^-15 м ² до 13.7∙10^-15 м ²), то есть разница не существенная.

 

Рис. 3. Субпараллельные литогенетические трещины в глинистых и карбонатно-глинистых слойках — минерализованных биопленках. Юряхский горизонт. Венд–кембрий. Верхневилючанское нефтегазовое месторождение.

 

Сходные признаки установлены в верхневендских отложениях кудулахской и успунской свит Березовской впадины юго-востока Сибирской платформы. Эта область в венде располагалась вблизи низменной суши, и в ее пределах существовали мелководные морские обстановки, причем литоральные обстановки существенно преобладали [Кузнецов и др., 1993]. Литоральные и надлиторальные отложения слагают до 60–65% мощности обеих верхневендских свит. Эти отложения представлены аргиллитами, глинистыми доломитами и доломитами микрозернистыми, последние образованы слоистыми агрегатами стелющихся строматолитов с характерными пустотами, ориентированными по наслоению — такими же, как в охарактеризованных выше нижнекембрийских строматолитовых образованиях. Среднее значение коэффициента пористости, определенное по данным ГИС для этих отложений — 7.65%, при вариациях от 3.6 до 13.3%.

Высокая пористость рассматриваемых верхневендских отложений обусловлена специфическими условиями осадконакопления и раннего диагенеза. Осадки приливно-отливных и надприливных равнин покрывались водой лишь периодически, во время приливов, а в надприливных обстановках — еще реже, т. е. накапливались, в основном, в вадозной зоне. Дефицит иловых вод привел к тому, что в точках соприкосновения форменных элементов карбонатного осадка образовались менисковый и/или гравитационный типы цементов [Carbonate cements, 1985; Longman, 1980]. Неполное заполнение пустот диагенетическим карбонатным цементом сохранило высокую первичную межзерновую пористость.

Субаэральные обстановки, в которых формировались отложения и аридные климатические условия с дефицитом воды способствовали низкой концентрации поровых вод в карбонатных осадках, что, по-видимому, является главной причиной низкой остаточной водонасыщенности исследуемых вендских карбонатных пород. По результатам изучения образцов методом ДТА, коэффициент водонасыщенности в них составляет 0.1–0.7%. В связи с подобной низкой водонасыщенностью, даже при очень незначительных размерах пустот и фильтрующих каналов, породы имеют вполне кондиционные значения газопроницаемости.

ТАЙДАЛИТЫ НИЖНЕГО ДЕВОНА ТИМАНО-ПЕЧОРСКОЙ ПРОВИНЦИИ

Палеогеографическая обстановка палеозоя Печорской синеклизы реконструирована в работах А. И. Антошкиной и др. [Антошкина и др., 2012], В. А. Жемчуговой [Жемчугова, 2002; Жемчугова и др., 2001], Н. В. Танинской [Танинская, 2010] и др. Обширная отмель, существовавшая в пределах Варандей-Адзьвинской структурной зоны на этом этапе, была реконструирована нами ранее [Кузнецов, Журавлева, 2014]. Литоральные отложения овинпармского горизонта лохковского яруса были изучены в северной части этой структурной зоны (рис. 4).

 

Рис. 4. Строение типичного циклита овинпармского горизонта нижнего девона Тимано-Печорской провинции: А — литологическая колонка и каротажная характеристика, Б–Д — гистограммы распределения: Б — типов пород, В — значений пористости, %, Г — значений горизонтальной проницаемости, 10-15 м2, Д — вертикальной проницаемости, 10-15 м2 в нижних (а, в, д, ж) и верхних (б, г, е, з) элементах циклитов.

I — известняки граноморфные; II — известняки комковато-сгустковые; III — известняки узловато-слоистые; IV — известняки глинистые узловато-слоистые; V — карбонатные породы, содержащие алевритово-глинистую примесь; VI — аргиллиты.

Породы на гистограммах Б: 1 — известняки граноморфные; 2 — известняки комковато-сгустковые; 3 — известняки комковато-сгустковые слоистые; 4 — известняки тонкозернистые; 5 — известняки узловато-слоистые; 6 — известняки узловато-слоистые глинистые; 7 — известняки глинистые; 8 — алевро-глинисто-карбонатные породы; 9 — карбонатно-алевро-глинистые породы; 10 — аргиллиты серые; 11 — аргиллиты зеленовато-серые; 12 — алевролиты.

n — количество проанализированных образцов; Кп ср — средний коэффициент пористости, %; Кпр min, max — минимальные и максимальные значения проницаемости (10^-15 м²); М — модальный интервал (в скобках — процент значений в этом интервале).

 

К тайдалитам относится довольно широкий спектр пород разнообразного состава, с различными текстурными признаками, но довольно однородных по структуре: с одной стороны, это аргиллиты и глинистые известняки, а с другой — относительно “чистые” известняки, с незначительным содержанием глинистой примеси. Структура известняков, как правило, микрозернистая или пелитоморфная, иногда комковато-сгустковая в результате биотурбации. При этом соотношение относительно “чистых” карбонатных пород и их разновидностей, обогащенных глинистым материалом (вплоть до образования аргиллитов и алевролитов) примерно 60:40%. Остатки фауны в этих породах довольно разнообразны и включают в основном стеногалинные формы, важно также отметить многочисленные остатки водорослей и микробиальных пленок, формирующих специфическую тонкослоистую текстуру отложений. Доломит и сульфаты, вероятно, отлагались в результате диагенетических процессов, протекающих в микробиальных матах [Журавлева, 2013], присутствие этих новообразованных минералов не противоречит существующим представлениям о нормальной океанической солености вод палебассейна, предопределившей соответствующий комплекс обитающих в нем организмов.

О мелководных обстановках осадконакопления с периодическим осушением свидетельствуют знаки промоин и проливных каналов, а также клиновидные трещины усыхания глубиной до нескольких миллиметров и шириной 0.2–0.5 мм). Промоины и трещины усыхания, как правило, локализованы в микрозернистой массе относительно “чистых” известняков, не содержащих глинистого материала, и расширяются в направлении уровней, соответствующих поверхностям экспозиции, которые были перекрыты тонкими строматолитоподобными битуминозно-глинисто-карбонатными образованиями. В тонких прослойках подобного состава присутствуют многочисленные остатки бактериальных форм и следы их жизнедеятельности, что позволяет считать их минеральными слепками биопленок и цианобактериальных матов. В периоды осушения и развития трещин усыхания в микрозернистой карбонатной массе, неровная поверхность осадка заселялась, в первую очередь, колониями цианофитов, генерировавших органическое вещество и улавливавших глинистые частицы. В одних случаях биопленки облекали неровности микрорельефа — следы промоин, мелкие впадинки, в других — деформировались над трещинами усыхания и, обрываясь, проваливались в них (рис. 5а, б).

 

Рис. 5. Трещины усыхания в микрозернистой массе известняка, фиксирующие кратковременные осушения осадков сублиторальной зоны. Трещины перекрываются битуминозно-глинисто-карбонатными слойками — минерализованными биопленками. Слойки деформируются и “зависают” над трещинами (а) или, обрываясь, “проваливаются” в них (б). Нижний девон. Тимано-Печорская нефтегазоносная провинция.

 

В целом, тайдалиты представлены переслаиванием карбонатных отложений со значительным содержанием глинистого материала и практически “чистых” известняков, не содержащих глинистой примеси, с характерными микрозернистыми и пелитоморфными структурами.

Важно подчеркнуть, что присутствие остатков разнообразной, в том числе достаточно высокоорганизованной фауны практически “исключает” развитие строматолитообразующих цианофитов, и в этом случае микробиальные сообщества в основном образуют тонкие биопленки, нередко в значительной степени глинистые. Для целей настоящей статьи важно отметить, что внутри биопленок, а также вдоль границ этих образований с вмещающими отложениями образуются относительно прямолинейные литогенетические трещины.

Тайдалиты, в частности присутствующие в них минерализованные биопленки, исследовались методами компьютерной томографии, что позволило выявить морфологию пустот и особенности их распределения в объеме породы. Были подробно изучены две зоны в тайдалитах (рис. 6).

 

Рис. 6. Зоны битуминозно-глинисто-карбонатных слойков — минерализованных биопленок, в которых проводились исследования методами компьютерной томографии. Нижний девон. Тимано-Печорская нефтегазоносная провинция.

 

Трехмерная томографическая диаграмма показывает, что зоны концентрации пустот совпадают с положением биопленки и морфологически повторяют изгибы и неровности слойков, что хорошо заметно на срезе, перпендикулярном слоистости (рис. 7).

 

Рис. 7. Область концентрации пустот в образце известняка, совпадающая с контуром биопленки в исследованной зоне 1 (см. рис. 6), границы области повторяют изгибы слойков биопленки (срез перпендикулярный напластованию). Нижний девон. Тимано-Печорская нефтегазоносная провинция.

> 

Коэффициент пористости для первой зоны составляет 6.79% при колебании размеров пустот от 4.93 до 250.1 µm и общей плотности 166 шт/мм ². Для второй зоны коэффициент пористости составил 5.69% при колебании размеров пустот от 4.93 до 183.65 µm и общей плотности пустот 158 шт/мм ². При этом пустоты размером более 100 µm для первой зоны и более 80 µm для второй единичны.

Наиболее широко распространены пустоты размером 5–10 µm в обеих зонах — 29272 и 27018 шт. из общего количества, соответственно 75140 и 71568 шт. Других пустот, с более крупными размерами — не более 10000 шт., на их долю приходится около 0.2% пористости в обеих зонах. Основной объем пустотного пространства составляют пустоты размерностью от 20 до 45 µm, их суммарный вклад в общую емкость составляет 3.99% в зоне 1 и 2.93% в зоне 2 (рис. 8).

 

Рис. 8. Гистограммы распределения пустот по размеру и емкости в исследованных зонах 1 (а) и 2 (б) образца известняка (см. рис. 6). Нижний девон. Тимано-Печорская нефтегазоносная провинция.

 

Применение методов компьютерной томографии позволяет охарактеризовать форму пустот с точки зрения ее правильности, для этого используется понятие фактора формы, количественное выражение которого — коэффициент формы для правильных, круглых пустот близок к единице. Наиболее значимую пористость в зоне исследования — от 0.96 до 1.22% составляют именно правильные пустоты, с коэффициентом формы от 0.6 до 0.9.

В исследованных зонах правильная форма характерна для пор наиболее мелких размеров, что, по-видимому, естественно, так как их ориентация по отношению к слоистости, в основном, одинаковая — около 100–110° в зоне 1 и около 70° в зоне 2. Наиболее крупные поры отличаются сложными формами и характеризуются коэффициентом, близким к 0.2 и, что важно, довольно резко выделяются на фоне всех остальных пор по своей ориентации. Угол наклона пустот с размерами 105–10 µm по отношению поверхности наслоения в зоне 1 составляет 176°, в зоне 2 с наиболее крупными пустотами размерностью 80–85 µm, этот угол — 10°, что в целом указывает на совпадение их ориентации с направлением напластования в обеих исследованных зонах (рис. 9). Согласованность областей концентрации пустотного пространства с внутренней слоистостью биопленок, характерная для тайдалитов, определяет анизотропию проницаемости.

 

Рис. 9. Гистограммы распределения пустот по форме и ориентации исследованных зонах 1 (а) и 2 (б) образца известняка (см. рис. 6). Нижний девон. Тимано-Печорская нефтегазоносная провинция.

 

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТАЙДАЛИТОВ РАЗНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ЗОН

Литоральные отложения гумидной и аридной климатических зон близки по характеристикам, однако имеют и принципиальные отличия.

Для карбонатных тайдалитов обеих зон характерны пелитоморфные и микрозернистые структуры, повышенное содержание глинистого вещества, прослойки минерализованных микробиальных пленок с тонкослоистой внутренней текстурой. В них присутствуют тонкие субгоризонтальные литогенетические трещины, связанные с биопленками, проявлены следы осушений в виде многочисленных микропромоин, трещин усыхания и т. п.

Наиболее существенные различия климатически разных тайдалитов проявляются в минеральном составе этих отложений. Так, в гумидных зонах в пределах литорали формировались известковые тайдалиты, тогда как для тайдалитов, отлагавшихся в аридных зонах характерно повышенное содержание (вплоть до полного доминирования) магнезиальных карбонатов, прежде всего доломитов, а также присутствие первичных сульфатов кальция, что отражает более высокую минерализацию морских вод. С этим обстоятельством связано отсутствие остатков фауны, по крайней мере, скелетной, и развитие, нередко значительное, цианофитов, образующих строматолитовые структуры со своеобразным типом пустот, концентрирующихся вдоль слоистости в виде цепочек, состоящих из округлых, овальных, линзовидных пустот, образующихся между минерализованными микробиальными пленками. Эти пустоты бывают открытыми, а также полностью или частично выполненными диагенетическими карбонатами и/или сульфатами. Таким образом, пустотное пространство аридных тайдалитов характеризуется разнообразной морфологией: наряду с субгоризонтальными литогенетическими трещинами имеются многочисленные пустоты внутри строматолитовых образований.

Тайдалиты занимают разное структурное положение в карбонатных последовательностях гумидной и аридной климатических зон. Поскольку развитие морских бассейнов характеризуется цикличностью, уровень водного зеркала периодически поднимается и опускается в результате морских трансгрессий и регрессии моря.

Во всех случаях на начальных этапах морских трансгрессий в обеих климатических зонах отлагаются тайдалиты, пачки которых образуют нижние элементы трансгрессивно-регрессивных циклитов. Мощность пачек зависит от скорости и амплитуды прогибания дна бассейна, а минеральный состав карбонатных тайдалитов — от климата. Стабильное прогибание в сочетании с подъемом уровня моря приводят к смене приливно-отливных отложений осадками открытого моря, состав последних практически не зависит от климата. При регрессии и отступании моря в зоне прибрежного мелководья следовало бы также ожидать формирования тайдалитов. Однако на этом этапе в аридной и гумидной зонах условия осадконакопления заметно различаются, что отражается в разной структуре формирующихся карбонатных последовательностей. Объясняется это тем, что регрессия нередко завершается полным осушением, в условиях аридного климата накопившиеся на этом этапе литоральные карбонатные отложения образуют верхние элементы трансгрессивно-регрессивных циклитов, нередко эти отложения бывают заметно обогащены сульфатами, и их коллекторский потенциал в целом такой же, как у тайдалитов, слагающих нижние элементы циклитов (см. рис. 1). При обмелении в условиях гумидного климата в зоне литорали не происходит накопления эвапоритов. Карбонатные отложения, накопившиеся на этом этапе, нередко размываются, а поверхности экспозиции закарстовываются. В связи с этим в разрезах, как правило, бывают представлены неполные циклиты, в строении которых отражена “незавершенность” трансгрессивно-регрессивных циклов (см. рис. 4).

По изложенным выше причинам, трансгрессивно-регрессивные осадочные циклиты, сформировавшиеся в литоральной зоне аридного климата имеют трехчленное строение, и в них тайдалиты слагают нижние и самые верхние элементы; подобные циклиты в условиях гумидного климата, как правило, двучленные, и тайдалиты в них залегают вблизи основания [Кузнецов, 2006].

ПУСТОТНОЕ ПРОСТРАНСТВО ТАЙДАЛИТОВ VS МЕЛКОВОДНО-МОРСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ

Приведенные выше данные свидетельствуют о специфических особенностях пустотного пространства приливно-отливных карбонатных отложений. Проведено сравнение этих параметров в тайдалитах и вмещающих мелководно-морских карбонатах.

В наиболее общем случае тайдалиты переслаиваются с морскими отложениями, накопившимися в обстановке волновой деятельности. Морские карбонатные породы характеризуются зернистыми граноморфными, в том числе биокластовыми, структурами, относящимися к “грейнстоунам”, согласно современным классификациям. В связи с этим их коллекторские свойства выше, часто существенно выше, чем у тайдалитов. В качестве примера можно привести рассмотренные выше кембрийские отложения Восточной Сибири, близкое соотношение коллекторских свойств характерно и для многих других осадочных комплексов.

Нижнекембрийские тайдалиты переслаиваются с мелководными морскими карбонатными отложениями принципиально иной структуры, с другим типом пустотного пространства и значениями коллекторских параметров.

Для этих пород, вследствие древнего возраста, характерны полное отсутствие или бедность остатками организмов. Первоначальные фитогенные карбонатные осадки характеризовались сгустковой структурой с межгранулярным типом пустотного пространства. Однако благодаря разнообразным вторичным процессам — выщелачиванию (рис. 10), перекристаллизации, доломитизации, трещинообразованию изменились первичные структуры, и типы пустот были существенно модифицированы. При этом принципиально важно, что изначальные типы пустот, во-первых, иные и, прежде всего, межформенные, а во-вторых, — более разнообразные, что, в свою очередь, определяет более высокие в целом значения коллекторских параметров. Это наглядно демонстрирует таблица и материалы рис. 1.

 

Рис. 10. Межгранулярные пустоты, возникшие при выщелачивании доломита (а); вторичный доломит на стенках крупных каверн (б). Нижний кембрий. Сибирская платформа.

 

Таблица. Коллекторские свойства тайдалитов и вмещающих морских отложений разного типа

Регион исследования, возраст		Верхневилючанское нефтегазовое месторождение. Нижний кембрий, юряхский горизонт			Бысахтахское газоконденсатное месторождение. Венд, успунская и кудулахская свиты		Варандей-Адзьвинская структурная зона (Тимано-Печорская НГП). Нижний девон, овинпармский горизонт
Тип отложений		Тайдалиты начального этапа трансгрессии	Тайдалиты завершающего этапа регрессии	Морские отложения	Тайдалиты	Отложения крайнего мелководья	Тайдалиты	Отложения крайнего мелководья
Коэффициент порис- тости Кп, %	откр.	n = 7 1–7.6 (2.2) 0–2 (66.7)	n = 11 0.1–4.2 (2.0) 0–2 (66.7)	n = 49 2.3–21.3 (11.5) 8–10 (21.21)	3.6–13.3 (7.6)	2–9.9 (5.6)	n = 398 0.1–13.2 (1.4) 0.5–1 (29.15)	n = 718 0.1–13.9 (1.1) 05–1 (35.7)
Коэфициент прони- цаемости Кпр, 10-15 м2	по на- слоению	n = 3 0.007–1.58 (0.529) 0.001–0.01 (33.3)	n = 6 0.003–7.3 (2.103) 0.001–0.01 (33.3)	n = 33 0.001–27.1 (3.97) 1–10 (51)			n = 389 0.012–1594 1–10 (35.5)	n = 723 0.012–1026 0.1–1 (31.3)
	вкрест наслое-ния	n = 2 0.003–0.08 (0.0415) –	n = 6 0–0.1 (0.0215) –	n = 32 0.001–13.7 (2.887) 1–10 (37.5)			n = 377 0.001–32.5 0.01–0.1 (53.8)	n = 700 0.001–44.7 0.01–0.1 (42.7)

Примечание. Для значений пористости в числителе приведены минимальные, максимальные и в скобках средние арифметические значения, %; в знаменателе — модальный интервал и в скобках встречаемость, %; для значений проницаемости в числителе — минимальные, максимальные и в скобках средние значения, в знаменателе — модальный интервал, в скобках — встречаемость, %. n — количество проанализированных образцов; прочерк — модальный интервал не выделен.

 

Одновременно отмечается одна характерная особенность. Для осадочных пород в целом, и для карбонатных в частности характерна несколько более высокая проницаемость вдоль плоскостей наслоения по сравнению с проницаемостью в направлении, перпендикулярном слоистости. В мелководно-морских отложениях минимальные значения проницаемости по наслоению примерно в два раза выше значений, установленных в нормальном направлении. В тайдалитах это превышение заметно увеличивается и достигает одного порядка величины, установленной по нормали к слоистости.

Это обстоятельство в значительной мере обусловлено присутствием в тайдалитах горизонтальных литогенетических трещин и послойной концентрацией пор в близко ассоциирующих с ними строматолитовых образованиях.

При переслаивании тайдалитов с морскими отложениями крайнего мелководья наблюдается иная картина. В качестве примера рассмотрим вендские отложения Березовской впадины.

Березовская впадина представляла собой прибрежную, крайне мелководную, краевую область моря, поэтому литоральные условия с периодическим осушением существовали здесь длительное время. Отложения, накопившиеся в пределах литорали, слагают более половины вендской последовательности. При повышении уровня моря здесь устанавливались мелководные морские условия, что способствовало накоплению пелитоморфных и микрозернистых карбонатных осадков. Пористость этих мелководно-морских отложений варьирует от 2.0 до 9.9% и в среднем составляет 5.6%, в то время как для осадков литоральной, периодически осушающейся зоны, эти значения 3.6–13.3%, и в среднем составляют 7.6%, т. е. заметно выше.

Еще более резкие различия пористости проявлены в породах овинпармского горизонта Печорской синеклизы. В составе этого горизонта глинисто-карбонатные отложения литорали перекрываются практически “чистыми” известняками крайне мелководной зоны моря, с пелитоморфными и микрозернистыми структурами [Кузнецов, Журавлева, 2014].

Условия, благоприятные для накопления микрозернистого карбонатного материала исключают возможность образования в осадке первичного конседиментационного порового пространства, что подтверждается микроскопическими исследованиями: в подавляющем большинстве образцов известняка первичные пустоты встречаются редко. В связи с этим параметры коллекторских свойств в них низкие: пористость менее 2% наблюдается в 90–91% образцов исследованных пород, в то время как в биопленках тайдалитов значения пористости заметно увеличиваются — 5.69 и 6.79%. Значения проницаемости вдоль плоскостей напластования в этих генетически различных породах также существенно различаются: модальный интервал в известняках снижается до (0.1–1.0)∙10^-15 м ², т. е. до 56.5% образцов имеют проницаемость ниже 1∙10^-15 м ²(против 44% — в тайдалитах) и только 12.7% образцов — более 10∙10^-15 м ². (против 19.20% — в тайдалитах). Модальный интервал распределения проницаемости по наслоению известняков — (0.01–0.1)∙10^-15 м ², т. е. на порядок выше, чем такой же интервал, установленный для проницаемости известняков в направлении, перпендикулярном наслоению (0.001–0.01)∙10^-15 м ². Для тайдалитов с характерными субгоризонтальными щелевидными пустотами эта разница на два порядка выше: по наслоению (1–10)∙10^-15 м ², в направлении, перпендикулярном наслоению — (0.01–0.1)∙10^-15 м ² (см. таблицу, рис. 4).

Выявленные различия подтверждаются результатами испытания скважин. Так, в скважинах Варандей-Адзьвинской зоны, в ряде случаев, хорошие притоки были получены при опробовании интервалов, сложенных глинисто-карбонатными тайдалитами, или тайдалитами вместе с перекрывающими их мелководно-морскими отложениями, в то время как из интервалов “чистых” карбонатных мелководно-морских отложений в одних случаях притоков не было получено, в других — они были незначительные.

Таким образом, повышенная проницаемость литоральных отложений вдоль наслоения обусловлена присутствием субгоризонтальных щелевидных пустот, генетически связанных с микробиальными пленками.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Карбонатные отложения литорали широко развиты в палеозойских образованиях эпиконтинентальных морей. Они представлены пелитоморфными и микрозернистыми, часто глинистыми, известняками в зонах гумидного климата и доломитами, с такими же структурами, в зонах аридного климата. Важной особенностью тайдалитов является присутствие в них микробиальных образований, в том числе строматолитов, формировавшихся в зонах аридного климата. Влияние климата на образование тайдалитов было опосредованным: аридизация обусловила повышение солености вод бассейна.

В морских карбонатных последовательностях, формировавшихся в гумидной климатической зоне, тайдалиты залегают в основании трансгрессивных серий, в карбонатных последовательностях аридной зоны тайдалиты слагают нижние элементы трансгрессивных серий и завершают регрессивные серии.

Коллекторский потенциал карбонатных тайдалитов, в связи с преобладанием в них микрозернистых структур, в целом невысокий, но характеризуется определенным своеобразием. При низкой, в целом, пористости, в них нередко устанавливаются довольно высокие значения проницаемости; различия проницаемости вдоль наслоения и в направлении, перпендикулярном слоистости, в них аномально высокие, что связано с развитием субгоризонтальных литогенетических трещин в микробиальных пленках и послойной концентрацией пустот в строматолитах. В ряде случаев коллекторские свойства, и значения проницаемости, параллельной наслоению, в тайдалитах значительно выше, чем в перекрывающих собственно морских, но крайне мелководных отложениях.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы считают своей приятной обязанностью выразить искреннюю признательность А. А. Абросимову за выполнение анализов керна методами компьютерной томографии, результаты которых использованы в настоящей статье.

Об авторах

В. Г. Кузнецов

Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И. М. Губкина

Автор, ответственный за переписку.
Email: vgkuz@yandex.ru
Россия, 119991 Москва, Ленинский проспект, 65/1

Л. М. Журавлева

Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И. М. Губкина

Email: zhuravleva.lilia@yandex.ru
Россия, 119991 Москва, Ленинский проспект, 65/1

Список литературы

Дополнительные файлы