Палеогеоморфология юго-востока Русской плиты (Оренбургская область) от рифея до турне в связи с поисками нефти и газа

диционных направлений нефтепоисковых работ в девонском и нижнекаменноугольном комплексах в настоящей монографии обозначены и новые подходы, связанные с изучением кор выветривания, рифейско-вендских и ордовикских отложений и области складчатого Урала.

В настоящей книге последовательно по этапам геолого-геоморфологического развития территории рассмотрены основные закономерности зарождения и преобразования древнего рельефа и его роль в формировании зон нефтегазонакопления. Убедительно показано, что наряду с традиционными тектоническими структурами существует более многочисленный и многообразный класс ловушек, образованный древними экзогенными процессами: эрозией, денудацией, абразией, аккумуляцией и седиментацией, карстом и суффозией, биогенными и другими процессами, что значительно расширяет перспективы открытия залежей нефти и газа в районах даже с высокой степенью разведанности.

Результаты палеогеоморфологических исследований несомненно будут способствовать более обоснованной практике нефтегазопоисковых работ. Представленные в работе палеогеоморфологические и прогнозные карты ориентируют на выявление аструктурных ловушек нефти и газа, связанных с погребенными формами рельефа разных участков территории в их последовательном развитии от додевонской истории до турнейского века включительно.

Работа представляет собой фундаментальный труд в области палеогеоморфологических исследований, ее оригинальная методология и многие теоретические выводы имеют общегеологическое значение (не только для нефти и газа), поэтому она принесет несомненную пользу широкому кругу научных и практических работников, занятых поиском месторождений полезных ископаемых, а также студентам геологических специальностей.

Председатель Комитета природных ресурсов по Оренбургской области М. В. Кирсанов.

Заведующий отделом ОренбургНИПИнефть кандидат геолого-минералогических наук И. А. Денцкевич.

Проблема палеогеоморфологических исследований нефтегазоносных территорий, как известно, неоднократно обсуждалась в печати и на совещаниях [61, 64, 66, 67]. В итоге создана методика, применение которой при изучении ряда нефтегазоносных областей бывшего СССР дало положительные результаты [49]. Необходимость таких исследований очевидна. И они ведутся, однако совершенно недостаточно, особенно при сопоставлении их с громадными масштабами геофизических и других видов геологоразведочных работ на нефть и газ. Внедрение палеогеоморфологии в неф-тегазопоисковую практику происходит крайне медленно, в частности при изучении больших глубин. Причины этого кроются не в недостаточной разработанности палеогеоморфологии как новой ветви науки и ее методов (которые в основном те же, что и в геоморфологии), а в неясности путей их применения к глубокозалегающим продуктивным толщам, слабо или неравномерно освещенным глубоким бурением даже в наиболее освоенных районах. Это положение подчеркивалось, в частности, на специальных палеогеоморфологических совещаниях в Оренбурге (1973 г.), Фергане (1986 г.), Чернигове (1995 г.).

Как прогнозировать погребенный рельеф (палеорельеф), тем более производить его реконструкции на неразбуренных площадях, опережая бурение? В этом отношении до сих пор сохраняются большие методологические трудности. Дело в том, что погребенные формы рельефа очень редко находят прямое или близкое к нему отражение в рельефе современной земной поверхности. Это существенно ограничивает использование методов полевой геоморфологической съемки при выявлении подобных форм, особенно в глубокозалегающих нефтегазоносных горизонтах. Это одна из причин. Вторая причина состоит в недооценке палеогеоморфологических исследований нефтегазоносных территорий, когда в качестве единственного метода признается сейсморазведка. Отдавая ей должное, необходимо все же подчеркнуть, что в большинстве случаев аструктурные ловушки не могут быть выявлены без предварительного палеогеоморфологического обоснования процессов их формирования.

Есть и третья причина, кажущаяся на первый взгляд незначительной, носящей чисто терминологический характер. Это очень широкая трактовка в нефтяной геологии, особенно в поисково-разведочной практике, термина «структура», которым нередко обозначают не только тектонические деформации, но и практически все неровности погребенного эрозионного и биогенного рельефа (поднятия).

Все это ведет к снижению роли погребенного рельефа в формировании ловушек нефти и газа, т. е. к недооценке основных закономерностей развития и размещения месторождений нефти и газа.

На территории Российской Федерации большинство нефтегазоносных провинций находится в стадии высокой или средней разведанности. Это создает в целом благоприятные перспективы для развития палеогеоморфоло-гических исследований применительно к продуктивным отложениям на базе материалов уже пробуренных или бурящихся поисково-разведочных и эксплуатационных скважин, а также с привлечением данных поисковых геолого-геофизических работ.

Это, конечно, не означает, что полученные результаты будут всегда «запоздалыми», так как ставится общая задача более разностороннего подхода к поискам месторождений нефти и газа, включая вполне возможную переориентацию перспективных направлений (профилей) расположения глубоких скважин.

С.П. Максимов, М. В. Проничева и Я. С. Эвентов [46], характеризуя методические направления в изучении палеорельефа, отмечают, что в США и Канаде при специальных исследованиях палеогеоморфологические реконструкции первоначально проводятся на «ключевых» участках, а затем распространяются на слабоизученные площади. Такие исследования имеют узкую практическую направленность — выявление ловушек экзогенного генезиса (куэстовые ландшафты и холмы).

Аналогичный общий подход, как известно, издавна применяется при поисках месторождений твердых ископаемых и дает надежные практические результаты при поисках россыпей благородных металлов [8, 36, 37, 40, 65, 73 и др.].

Этот опыт вполне может быть использован при проведении нефтегазо-поисковых работ. «Ключевыми» участками в данном случае будут площади детальной разведки и разработки нефтяных месторождений, на которых должны устанавливаться фактические данные по погребенному рельефу различного генезиса, ловушкам, изменению степени контрастности рельефа в латеральном направлении и другие параметры, имеющие значения для оценки морфогенезиса, палеорельефа и нефтегазоносности.

Полученные характеристики, с учетом закономерностей их изменения, интерполируются между соседними разведочными площадями и экстраполируются на другие перспективные площади. При наличии большого числа разведочных площадей с глубиной бурения до фундамента плиты удается составить региональный геолого-геоморфологический разрез большой протяженности на всю мощность осадочного чехла, а при наличии пересекающихся региональных разрезов — наиболее полно воссоздать общую картину формирования погребенного рельефа и процессов нефтегазонакопле-ния в ловушках и на этой основе составить специальные палеогеоморфологические карты.

Палеогеоморфологический анализ, направленный на поиски нефти и газа, должен учитывать специфику искомых объектов.

Такая методика палеогеоморфологических исследований для районов высокой и средней разведанности, основанная на построении многих региональных геолого-геоморфологических разрезов в целях получения необходимых исходных данных на разведанных месторождениях, была предложена С. С. Коноваленко в 1976 г. [41] и применена при производстве палеогеоморфологических исследований в нефтепоисковых целях в Самарской и Оренбургской областях, о ней докладывалось на ряде совещаний. В настоящей монографии эта методика рассматривается специально (см. гл. 2), причем в полном объеме публикуется впервые.

Упомянутые палеогеоморфологические исследования проводились начиная с 70-х годов, в начале в инициативном порядке (в Самарской области), а в 1990;1997 гг. по планам бывшего Министерства нефтяной промышленности, производственного объединения «Оренбургнефть», Оренбургге-олкома (в Оренбургской области).

Исходными материалами для указанных исследований послужили данные глубокого поисково-разведочного и параметрического бурения, проводимого производственными объединениями «Куйбышевнефть», «Оренбургнефть», «Оренбурггеология», и нескольких скважин в Уральской области. Выполнение палеогеоморфологических рекомендаций в крупных масштабах (1: 200 ООО и др.) и на ограниченной территории для отдаленного геологического времени было бы невозможно без осуществления ряда подготовительных работ (полевые исследования, оценка новейшего тектонического этапа, теоретическая проработка целесообразности применения ряда геотектонических концепций к изучению погребенного рельефа и др.). Поэтому в монографии большое внимание уделено общим вопросам методологии и методики проведенных работ, использованы литературные источники по палеогеоморфологическим исследованиям в нефтегазопоис-ковых целях в других регионах, а также региональные геологические материалы.

В производстве палеогеоморфологических изысканий на территории Оренбургской области (в 1990;1994 гг.) приняла участие группа оренбургских геологов под руководством В. К. Баранова в составе Е. П. Борисовой, А. Г. Галимова, H.A. Искусновой. Этой группой произведено стратиграфическое расчленение (или уточнение) отложений, выполнена корреляция толщ, составлены погоризонтные карты изопа-хит, более 10 региональных геологических разрезов, а также несколько разрезов по конкретным месторождениям, систематизированы данные по нефтегазоносности. В. К. Барановым написаны подразделы по неф-тегазоносности земель Оренбуржья (4.2, частично 4.3), а также методические разработки по цикличности и этапности седиментогенеза и континентальным перерывам (3.2).

Часть геологических разрезов по месторождениям нефти выполнена в тематической партии п/о «Оренбургнефть» под руководством А. Г. Черепанова.

Палеогеоморфологические исследования проводились группой в составе С. С. Коноваленко (руководитель), E.JI. Васильевой, Е. А. Кипаевой. Были составлены геолого-палеогеоморфологические региональные разрезы, палеогеоморфологические и прогнозные карты масштаба 1:200 000 и 1:1 000 000, которые в процессе генерализации были схематизированы, однако с сохранением всех важнейших элементов палеорельефа.

Подготовка монографии к изданию с дополнениями и уточнениями велась палеогеоморфологической группой в упомянутом составе, текст, за исключением кратких подразделов (4.2- 4.3- 3.2), написан С. С. Коноваленко.

Настоящая работа подготовлена по тематическому плану и на средства Комитета природных ресурсов по Оренбургской области.

По заданию Оренбурггеолкома была произведена доработка ряда недостаточно выясненных вопросов (в частности по нефтегазоносности) и расширена методическая часть.

Большую помощь в создании монографии оказали профессор С. К. Горелов и руководители Оренбурггеолкома М. В. Кирсанов, H.H. Яхимович, Д. В. Плугин. Всем названным лицам, а также A.A. Александрову, В. Н. Андрееву, Б. А. Данилову, И. А. Денцкевичу, А. Л. Кареву, H.H. Лисовскому, А. П. Моргунову, А. Д. Наумову, П. И. Постоенко, C.B. Санарову, Н.Р. Сив-кову, М. В. Соколовой, В. Ф. Хлудневу, С. А. Шиляеву, М. В. Шурунову автор признателен за содействие в проведении исследований, подготовке монографии к изданию, ценные советы и помощь в работе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В последние 10−15 лет в нефтяной геологии все больше укореняется мнение, что поиски месторождений нефти и газа в традиционных (антиклинального типа) ловушках — лишь первый этап освоения потенциальных ресурсов углеводородного сырья, за которым должен наступить второй, более трудный этап освоения недр, связанный с поисками залежей в других, более сложнопостроенных ловушках углеводородов.

Разведочная практика последних лет показывает, что из числа выявляемых, главным образом попутно, залежей в ловушках неантиклинального типа наиболее разнообразны ловушки, образованные погребенными в осадочном чехле платформ древними рельефами земной поверхности. Залежи нефти связаны с конкретными ловушками, а значит, с конкретными формами рельефа. Но выявление этих форм в процессе поисковых работ — дело трудное и малоэффективное без знания закономерностей их формирования и пространственного размещения в конкретном районе. Палеогеоморфоло-гическая наука пока мало накопила необходимых для этой цели сведений по столь древним эпохам рельефообразования, которые существовали в ри-фее и девоне.

Исследования, проведенные в Оренбургской и Самарской областях, показали, что задача воссоздания древних рельефов и связанных с ними месторождений углеводородного сырья в принципе решаема в той или иной степени в зависимости от разведанности территории, масштаба исследований и при обязательном комплексировании геоморфологических и геологических методов при изучении погребенного рельефа.

Считаем необходимым раскрыть понятие «комплексирование», употребленное в данном случае. Общеизвестно, что поиски полезных ископаемых — прерогатива геологии и ее методов. И может сложиться мнение, что при комплексировании роль геоморфологии может сводиться лишь к «присутствию при сем». Но известно также и то, что при поисках месторождений ряда полезных ископаемых, таких, как россыпи благородных и редких металлов, бокситовые руды и др., значение методов геоморфологического (палеогеоморфологического) анализа выходит на первый план.

В данном случае при поисках месторождений нефти привлечение методов таких чисто геологических наук, как литология, учение о фациях, динамическая тектоника, необходимо в первую очередь для решения геоморфологических задач: определения генезиса форм рельефа и их ассоциаций, закономерностей их формирования и пространственного распространения, т. е. анализа истории развития погребенных рельефов в целом и частностях.

Это еще пока не комплексирование. Это привлечение «услуг» смежных наук для своих целей. И если названные задачи решены и результаты получили отображение на соответствующих картах и разрезах, то это собственный, причем огромный, вклад геоморфологии и палеогеоморфологии в геолого-разведочный процесс. Собственно комплексирование должно производиться позднее, на стадии выбора площади под детальную сейсморазведку или точки для заложения глубокой поисковой скважины, когда использование информации, полученной от всех наук, совершенно обязательно. На этой стадии прогнозная палеогеоморфологическая карта может и должна использоваться в качестве базовой наряду со структурной картой и прогнозной геологической.

Несколько неожиданными оказались относительно слабая разбурен-ность нефтеносных земель Оренбуржья и особенно слабая разбуренность большинства открытых месторождений. Ведь изложенная в первых главах монографии методика палеогеоморфологических исследований основана как раз на наличии кустов скважин, которые позволяют получить достаточно полное представление о морфологии и о генезисе объекта изучения. Слабая разбуренность территории потребовала еще более тщательного изучения региональной палеогеоморфологии, при котором накапливались хотя бы отрывочные, неполные сведения, относящиеся к формам рельефа, но в сумме позволяющие решить и эту задачу. В большинстве случаев формы экзогенного рельефа, как и принято считать, оказались связанными с поверхностями несогласий в залегании осадочных пород. Образование их происходило в эпохи континентальных перерывов, особенно в терригенном комплексе. Но такие перерывы имели место и при карбонатном осадкона-коплении, и некоторые экзогенные формы возникали во время этих перерывов. Однако в карбонатных толщах формы рельефа создавались и биогенными процессами, при этом возникали формы, прослеживающиеся через толщу пород в объеме двух-трех горизонтов и даже целого яруса, включая и континентальные перерывы.

В региональном плане, благодаря тому что многие глубокие скважины в Оренбургской и особенно Самарской областях пробурены до фундамента осадочного чехла платформы, удалось уточнить представления о древнем, обычно именуемом додевонским, пенеплене. Его возраст определен как позднерифейский. Установлено, что к востоку он расщепляется на две ветви — позднерифейскую и поствендскую. Пенеплен в первичном виде имел остаточные формы процесса выравнивания — монадноки, гряды, ложбины, которые при захоронении в осадочном чехле образовывали ловушки для залежей нефти (кольцеобразные, прислонения, обле-кания, закупоривания аллювия). С началом девонской тектонической активизации пенеплен претерпел существенные преобразования, при этом, чем дольше он находился в непогребенном состоянии, тем большие морфологические изменения он претерпел, а усложнение морфологии все больше и больше увеличивало количество потенциальных ловушек для нефти и газа. Погружение пенеплена под уровень Уральского палеооке-ана происходило порционно, последовательно с востока на запад и сопровождалось захоронением его осадками с консервацией форм. Контрастность погребенного рельефа больше там, где пенеплен сформировался на кристаллических породах раннеархейского фундамента, и меньше на глинистых породах рифея и венда. Полное захоронение пенеплена произошло в предфаменское время.

За время захоронения пенеплена сформировалось несколько поверхностей выравнивания, расположившихся ступенчато с увеличением высоты и снижением возраста с востока на запад.

В осадочном чехле I нефтегазоносного терригенного комплекса (эм-ское время раннего девона-тиманское время позднего девона) экзогенное рельефообразование связано с континентальными перерывами в осадкона-коплении — с поверхностями стратиграфического несогласия. Происходило образование поверхностей выравнивания, иногда не успевавшее завершиться, эрозионное расчленение, образование холмов разных размеров, причем устанавливается связь между контрастностью погребенного рельефа и степенью дислоцированности отложений. Таким образом, хотя поверхность несогласия и принято изображать линией, фактически она представляет собой ярус выровненного или контрастного рельефа. Чем больше степень эрозионного площадного и глубинного расчленения, тем перспективнее территория на обнаружение ловушек.

На юге Волжско-Камской антеклизы изучался эрозионно-тектониче-ский желоб, приблизительно совпадающий с известным Рубежинским прогибом. В процессе его развития он слегка мигрировал к северу и югу, смещались осевая и бортовые зоны. В эмское, бийское, воробьевское и арда-товское время в его пределах происходила ингрессия океанских вод, сменявшаяся каждый раз образованием речной долины. Возникло переслаивание морских осадков с речными аллювиальными. Русловая фация аллювия всегда является отличным коллектором, пойменная фация при достаточной мощности — покрышкой. Морские ингрессивные осадки увеличивали мощность покрышки. Образовалось закупоривание аллювия. С ловушками в аллювии связаны залежи нефти. Река имеет большую протяженность. Наблюдаются поперечные относительно долины поднятия, вследствие чего возможно в долине как в разрезе, так и по тальвегам наличие нескольких ловушек.

В карбонатном комплексе палеогеоморфологическим анализом выявлена ранее неизвестная крупная зона рифогенных образований широтного простирания на юге Оренбургской области. Она располагается на северном борту отмершего эрозионно-тектонического желоба. Возраст этого рифового сооружения средне-верхнефранский (доманиково-воронежский). Очевидно, это барьерный риф.

К северу от него расстилается относительно глубоководная (свыше 200 м) равнина, сложенная осадками депрессионной фации, которая послужила основанием для формирования Муханово-Ероховского прогиба. На части этой равнины произошла тектоническая активизация, выразившаяся в появлении многих мелких впадин и поднятий. В этих зонах в верхне-франское и фаменское время стали возникать рифовые массивы в основании из синезеленых и багряных водорослей, над которыми нарастали разрозненные рифовые постройки.

С закрытием Уральского палеоокеана развитие рифов в турнейском море происходило в эпиконтинентальных условиях.

Кроме биогенных процессов, в формировании рельефов карбонатной толщи участвовали выветривание при осушении бассейна, денудация, эрозия, суффозионно-карстовые процессы. Довольно яркую роль как релье-фообразующий процесс сыграла седиментация. Компенсированное и некомпенсированное прогибание создало поверхности, различающиеся по высоте многими десятками и сотнями метров. Фациальный состав также влиял на образование уступов на границах фаций. Кремнистые, глинистые, битуминозные известняки создавали меньшие мощности, тогда как чистые органогенные известняки и доломиты — большие.

Большое разнообразие выявленных типов и форм рельефа позволило практически в каждом горизонте наметить значительные по размерам площади, перспективные на поиски ловушек, связанных с формами рельефа. Нефтегазоносность обусловлена рельефами разного происхождения. Наиболее важные в этом отношении во II нефтегазоносном комплексе — биогенные формы. Представляется особенно перспективной южная зона ри-фогенных образований, где доманиковый горизонт содержит два продуктивных пласта и практически сплошную покрышку из мендымских аргиллитов и толщи воронежско-евлановско-ливенских отложений. Если учесть, что «доманикиты», по мнению ряда исследователей, к тому же являются нефтепроизводящей толщей, то в данной зоне имеются все условия для нефтегазонакопления с сохранением залежей.

В терригенном комплексе наблюдается большое разнообразие типов ловушек — эрозионных, заливообразных (при выклинивании пластов), захоронения холмов и закупоривания аллювия в речных долинах. Имеются перспективы открытия экранированных поверхностью предворобьевской и во-робьевской денудации залежей в крутонаклонных слоях верхнеэйфельских известняков.

В нижней части чехла, сопряженной с пенепленом, имеются ловушки, связанные как с бывшей сушей, так и с прибрежными мелководьями эмско-го, бийского, воробьевского, ардатовского, пашийского морей в виде аккумулятивных форм рельефа.

В процессе исследований составлено 18 палеогеоморфологических и прогнозных карт, множество геолого-палеогеоморфологических разрезов. Такое количество графических материалов и их анализ позволили прояснить некоторые вопросы как в области развития древних рифейско-девон-ских и раннекаменноугольных рельефов, так и в представлении о нефтега-зоносности региона.

Составленные палеогеоморфологические и прогнозные карты являются практически картами районирования по степени перспективности территории на поиски описываемой категории ловушек и предназначены для выбора первоочередных площадей под детальную сейсморазведку с указанием конкретных горизонтов производства работ и типов искомых объектов.

Учитывая масштаб карт 1: 200 ООО, при постановке поисковых работ желательна дополнительная проработка имеющихся геолого-геофизических материалов в части наличия коллекторов и покрышек для каждой планируемой к опоискованию площади.

Для дальнейшего уточнения построенных палеогеоморфологических карт необходимо в первоочередном порядке проанализировать генезис известных месторождений и залежей во всех случаях, где это возможно.

По результатам геологического и сейсмического моделирования выявилась возможность картирования некоторых типов ловушек в глубокозале-гающих отложениях I нефтегазоносного комплекса.

Новое и практически важное направление — поиск залежей в ловушках, связанных с корами выветривания пород кристаллического фундамента и с поверхностями резкого несогласия — денудационными поверхностями на карбонатах, так как те и другие широко развиты на нефтегазоносной территории юго-востока Русской плиты.

Переинтерпретация имеющегося геофизического материала на площадях развития промоделированных типов ловушек, связанных с погребенными формами рельефа, может выявить площади, перспективные для постановки детальных сейсморазведочных работ и поискового бурения.

Проведенные исследования — это первый опыт изучения палеогеомор-фологических условий формирования столь древних толщ, древнейших погребенных рельефов. Поэтому естественны недочеты и недоработки. Тем не менее впервые составленные палеогеоморфологические и прогнозные карты — это шаг вперед в направлении внедрения палеогеоморфологии в нефтепоисковую практику для повышения эффективности ее работ. Представляется, что поисково-разведочные работы должны основываться на трех критериях: на современных структурных планах нефтегазоносных толщ, их литолого-фациальных особенностях (закономерностях распространения коллекторов и покрышек) и на геоморфологическом анализе с составлением карт по всем ярусам погребенных рельефов.

Палеогеоморфологические исследования в нефтепоисковых целях должны проводиться по возможности в разных масштабах. Внедрение палеогеоморфологии в нефтепоисковую практику предопределяет как совершенствование палеогеоморфологических исследований путем накопления практического опыта, так и совершенствование технических средств поисковых работ.