Литология и условия образования терригенной толщи девона западной Башкирии
Д. В. Постников
Терригенная толща девона западной Башкирии охватывает эйфельские, живетские и нижнефранские отложения. Основные пласты песчаных коллекторов в этой толще приурочены к нижним частям крупных стратиграфических подразделений и, как правило, совпадают с перерывами в осадконакоплении. Состав и условия залегания наиболее широко распространенных пластов ДIV и ДI были детально изучены по - данным многочисленных скважин разведочных и промысловых площадей.
Пласт ДIV сложен плохо отсортированными гравийными песчаниками, состоящими из зерен кварца с преобладающими размерами 0,1-1,0 мм. Разрозненные гравийные или крупнопесчаные зерна рассеяны в основной массе, сложенной сравнительно мелкозернистым материалом. Цемент пород пласта ДIV глинистый - гидрослюдистый или шамозитовый, типа заполнения пор,
На участках, где количество цементирующего глинистого вещества повышено и оно полностью заполняет межзерновое пространство, песчаники ДIV теряют свойства коллекторов и переходят в непроницаемые разности. Такие участки нередко обозначаются как «алевролитовые» зоны.
Для песчаников ДIV обычна неслоистая или неясно-слоистая текстура. Иногда наблюдается косая слоистость, свидетельствующая о наличии течений во время отложения осадков, а также признаки размыва в основании пласта. Зоны с повышенной мощностью и лучшей отсортированностью песчаников имеют вытянутую форму и местами рукавообразный вид (когда песчаники врезаются в подстилающие породы). На тех площадях, где песчаники пласта ДIV разделяются на два пласта, как, например, на Шкаповской, рукавообразное залегание характерно для обеих его частей (рис. 1).
Пласт ДI слагается мелкозернистыми, кварцевыми песчаниками, хорошо отсортированными, с контактовым (кварцевым) цементом, реже с цементом типа заполнения пор, представленным глинистым веществом и карбонатами. Хорошая отсортированность, чисто кварцевый состав зерен, окатанность их и наличие регенерационных каемок указывают на то, что обломочный материал происходит из более древних осадочных отложений, претерпевших длительный перенос. Песчаники пласта ДI неслоистые, изредка в них встречается горизонтальная или косая слоистость, последняя обычно неясно выраженная с пологими углами наклона. В подошве песчаников отмечаются следы размыва. Местами под пластом ДI встречены тонкие прослойки внутриформационных конгломератов.
Пласт ДI делится на три части. Нижняя из них имеет ярко выраженные рукавообразные формы залегания и врезается в мелкозернистые подстилающие породы. Песчаники среднего прослоя наиболее выдержаны по распространению и по мощности, причем зоны увеличенных мощностей в них также линейно вытянуты в направлении, совпадающем с региональным погружением от Татарского свода. Песчаники верхнего прослоя залегают в виде серии маломощных линз среди алевролито-аргиллитовых пород. Мелкозернистые алевролито-глинистые породы, слагающие верхнюю часть пашийских слоев, как бы облекают выступы кровли песчаников, сглаживая имеющиеся неровности, в результате чего колебания мощности пашийских слоев в целом гораздо меньше, чем колебания мощности песчаников.
Суммарная мощность песчаников максимальная в районах, прилегающих к Татарскому своду, и постепенно уменьшается по мере удаления от него к югу и юго-востоку по направлению к депрессиям. С уменьшением мощности снижается размер обломочного материала - песчаники постепенно переходят в отсортированные кварцевые алевролиты. В то же время мощности терригенной толщи девона в целом и отдельных ее стратиграфических подразделений в этом направлении возрастают за счет увеличения мощности прослоев карбонатных и тонкозернистых глинисто-алевролитовых пород. В алевролитах и аргиллитах в отличие от песчаников хорошо выражена тонкая ленточная слоистость с толщиной слоев-лент от 0,1 до 2-3 мм. Слоистость обусловлена чередованием разнозернистых прослоев, а также послойным распределением чешуек слюды, обугленных растительных остатков или тонкочешуйчатого глинистого вещества. Часто слоистость нарушена или перемята в результате деформаций пластичного осадка.
Прослои известняков с морской фауной прослеживаются на огромных расстояниях и соответствуют электрокаротажным ренерам. Мощность и количество известняковых прослоев возрастают к юго-востоку от Татарского свода к прилегающим депрессиям, где терригенные породы почти целиком замещаются известняками, и терригенная толща превращается по существу в карбонатную. В этом же направлении уменьшается глинистость известняков и число доломитовых прослоев в них, а также снижается количество мелководных форм и возрастает роль глубоководных.
Таким образом, данные литологофациального изучения свидетельствуют о том, что в период отложения терригенной толщи девона на территории западной Башкирии существовал региональный уклон дна в восточном и юго-восточном направлениях, отразившийся на распределении фаций. Наличие такого уклона подтверждается результатами тектонических исследований Л.Н. Розанова, по данным которых структуры изучаемого района имеют различный возраст [5]. Самые древние структуры наиболее приподнятой часта Татарского свода (Ромашкинская и Азнакаевская) сформировались в основном в докыновское время; почти такая же древняя Туймазинская. Девонскими же, но более молодыми, являются структуры, развитые ниже по региональному склону, - Серафимовская, образовавшаяся в пашийское время, а также Шкаповская, основная часть которой сформировалась в пашийско-кыновское время. По данным о возрасте структур на территории западной Башкирии уже в девонское время существовал региональный уклон в восточном и юго-восточном направлениях от наиболее приподнятых частей Татарского свода к областям склона платформы, причем при тектонических движениях, происходивших в девонское время, в районах сводов возобновлялось поднятие, а в районах депрессий - опускание, что приводило к периодическому обновлению и усилению имевшейся высотной дифференциации области осадконакопления.
Осадки терригенной толщи девона, по данным многих исследователей, являются морскими образованиями, что подтверждается наличием выдержанных прослоев известняков и аргиллитов с морской фауной, постепенным переходом по простиранию терригенных осадков в карбонатные, находками остатков морских организмов в терригенной толще, а также результатами геохимических исследований, проведенных в УфНИИ. Согласно этим исследованиям в глинистых породах терригенной толщи содержится 0,14-0,52% хлора, что, по данным Л.А. Гуляевой, соответствует обычным морским осадкам. Однако наряду с признаками морского происхождения отложения терригенной толщи девона имеют черты, сближающие их с прибрежно-континентальными осадками (рис. 2), например, следы размыва, наличие местами косой или перемятой слоистости, присутствие редких зерен минералов с признаками выветривания (каолинизированных, окисленных). Следует отметить, что такие признаки встречаются исключительно в песчаных породах и, по-видимому, свидетельствуют о более интенсивном участии течений в отложении песчаников, чем глинисто-алевролитовых пород. Течения были сильнее в прибрежных областях, на что указывает повышение мощности песчаников. Течения имели одинаковое направление с региональным склоном, о чем говорит закономерное распределение материала по крупности и ориентировка рукавообразных залежей песчаников. Течения развивались и прекращались геологически внезапно, обусловливая резкие границы песчаников с вмещающими породами. Приуроченность песчаных пластов к определенному уровню в разрезе каждого стратиграфического горизонта свидетельствует о том, что течения, переносившие обломочный материал, были наиболее развиты лишь в определенные моменты геотектонической истории рассматриваемого региона.
Действие течений, выражающееся в рукавообразном залегании песчаников и размыве в подошве продуктивного пласта ДI, для соседнего с описываемой территорией района Ромашкинского месторождения (повышенная часть Татарского свода) были отмечены ранее [4].
Наиболее вероятно, что течения, под действием которых отлагались терригенные осадки и в особенности песчаники, относились к типу так называемых «мутных течений». Под этим названием описаны донные течения, возникающие на склонах бассейна при быстром поступлении в прибрежную зону значительного количества взвешенного в воде обломочного материала. Образующиеся взвеси, обладающие повышенным удельным весом, но малой вязкостью, быстро стекают вниз по склону дна бассейна, иногда на значительные глубины. Потоки при своем движении обычно приспосабливаются к рельефу дна бассейна, выполняя имеющиеся углубления. Иногда же они размывают илистые донные осадки, прорывая неглубокие каналы. Подобные течения, согласно Ф. Кюнену [8], могут развиваться на очень пологих склонах и распространяться на значительные площади. В осадках «мутных течений» современных и ископаемых бассейнов отмечаются многие черты, считавшиеся ранее характерными только для прибрежных или даже для континентальных осадков, - рукавообразное залегание, косая слоистость, наличие прибрежной фауны, растительных остатков и т.п.
Действие таких течений отмечали А.Д. Архангельский и Н. М. Страхов в работе, посвященной изучению геологического строения Черного моря, в которой образование глубоководных песков объясняется очень быстрыми, катастрофическими изменениями условий переноса материала, связанными со сбросами, землетрясениями и оползнями, наблюдаемыми на краю морского бассейна. «Эти движения, - пишут А.Д. Архангельский и Н.М. Страхов - могут вызывать в глубоких слоях воды мощные возмущения, временные течения и волны, которые способны взмучивать ранее отложившийся материал, переотлагать его и способствовать образованию песков вне зависимости от приноса материала с берега» [1]. Здесь отмечены две особенности «мутных течений»: возникновение их в результате тектонических движений и способность переносить обломочный материал в удаленные от берега части морского бассейна и отлагать песчаные осадки на больших глубинах без связи с берегом.
Позднее Н.М. Страхов [7] приводил аналогичные примеры деятельности течений на южном Каспии, где наблюдалось осаждение грубозернистого материала в области отложения пелитовых осадков, а в некоторых случаях даже размыв осадков на глубинах свыше 100 м, указанный на основании петрографических данных В.П. Батуриным [2]. Важное значение для осадкообразования «катастрофических» явлений, к которым относятся и подводные временные потоки, отмечал в своих работах Д.В. Наливкин. Ряд Зарубежных исследователей [3, 9] описывают широкое развитие осадков «мутных течений» в современных и ископаемых бассейнах геосинклинального и платформенного типов, причем особо подчеркивается, что «мутные течения» являются существенным фактором накопления осадков терригенных нефтеносных толщ и в особенности песчаных пластов-коллекторов.
Проявление действий «мутных течений» при отложении терригенной толщи девона доказывается характерными структурными и текстурными признаками пород этой толщи, к которым относятся: а) косая слоистость; б) ленточная слоистость, обусловленная послойным изменением зернистости осадка; в) слоистость, перемятая во время отложения осадков, с образованием наклонной, волнистой или линзовидной слоистости; г) карманы размыва на границе разных типов пород; д) рассеянные включения мелкого растительного детритуса; е) наличие мелкогалечных конгломератов. Сопоставление пород терригенной толщи девона с образцами типичных осадков «мутных течений», описанных в литературе, показывает их полное сходство.
Участие «мутных течений» в осаждении терригенной толщи девона объясняет сочетание признаков морского происхождения толщи в целом с отдельными чертами, свойственными прибрежным или континентальным образованиям. Также объясняется противоречие между сравнительно малой мощностью стратиграфических горизонтов, свидетельствующей, о низкой средней скорости осадконакопления, и значительным содержанием в разрезе песчаников, накапливающихся с большой скоростью. Это противоречие отпадает, если принять, что мелкозернистые глубоководные породы накапливались весьма медленно, а песчаники, залегающие среди этих пород в виде линз или рукавов, образовались в результате кратковременного действия течений, отлагавших сравнительно мощные слои. Принос песчаного материала со стороны, в результате быстрых выбросов, объясняет также, почему зоны наибольшей мощности песчаников в региональном плане являются зонами уменьшенной мощности терригенной толщи девона в целом, поскольку песчаники приурочены фактически к перерыву в накоплении мелкозернистых глинисто-алевритовых и карбонатных осадков, типичных для сравнительно глубоких частей моря.
Отложение песчаников под действием «мутных течений» отразилось на их региональном и локальном распределении. В региональном плане песчаники на участках, приближенных к областям сноса, имеют преимущественно сплошное пластовое распространение с наибольшим развитием в области крупных структурных выступов. В районах, более удаленных от источника сноса, песчаники развиты в виде отдельных полос и линз, разделенных участками непроницаемых пород. Это соответствует отмеченному Г.П. Ованесовым и Л.Н. Розановым размещению типов нефтяных залежей - в районах, приближенных к Татарскому своду, преобладают сводовые пластовые залежи, а в удаленных от него районах - литологические залежи [6].
В локальном плане наблюдается уже описанное расположение песчаников в виде линейно вытянутых рукавообразных залежей. Для западной Башкирии намечается распределение песчаных зон в девоне по линиям, радиально расходящимся от вершины Татарского свода, наиболее древнего в данном регионе поднятия, служившего источником сноса терригенного материала (рис. 3). Подобная же картина ориентации полос развития коллекторов отмечалась для районов Татарии А.В. Кузнецовым, В.И. Троепольским и другими исследователями, а для северо-востока Куйбышевской области Л.3. Егоровой. Для локального размещения песчаников характерна также закономерная приуроченность накопления песчаников к сводам древних поднятий, выраженных выступами морского дна на фоне общего уклона. Повышенное содержание песчаников на этих участках объясняется замедлением течений над выступами, что приводило к выпаданию наиболее крупных частиц взвешенного в воде обломочного материала, отлагавшегося на своде структуры, а также частично и на склоне ее, обращенном вниз по региональному склону.
Песчаные коллекторы терригенной толщи девона отлагались под действием донных течений, сносивших обломочный материал и связанное с ним органическое вещество в глубокие зоны моря. Все описанное выше позволяет значительно расширить перспективы выявления коллекторов и их нефтеносности.
1. ЛИТЕРАТУРА
2. Архангельский А.Д. и Страхов Н.М. Геологическое строение и история развития Черного моря. Изд. АН СССР, 1938.
3. Батурин В.П. Петрографический анализ геологического прошлого по терригенным компонентам. Изд. АН СССР, 1947.
4. Вашичек М. Задачи палеонтологии в области изучения осадочных пород. Бюлл. МОИП, № 6, 1955.
5. Кузнецов А.В. Физико-географические условия отложения пашийских слоев на юго-востоке Татарии. Тр. ВНИИ, вып. 11, 1957.
6. Розанов Л.Н. История формирования тектонических структур Башкирии и прилегающих областей. Тр. УфНИИ, вып. 1, 1957.
7. Розанов Л.Н. и Ованесов Г.П. Перспективы нефтеносности палеозойских отложений Башкирии. Геология нефти, 1958, № 5.
8. Страхов Н.М. Образование осадков в современных водоемах. Изд. АН СССР, 1954.
9. Kuenen Ph. Significant features of graded bedding. Bull. Amer. Ass. Petr. Geol., N 5, 1953.
10. Passega R. Turbidity currents and petroleum exploration. Bull. Amer. Ass. Petr., Geol., N 9, 1954.
УфНИИ
Рис. 1. Рукавообразное распределение песчаников (пласт ДIV Шкаповской
площади).
Прослои: а - верхний; б - нижний. 1 - скважины; 2 - линии равных мощностей;3 - зоны повышенной мощности.
Рис. 2. Признаки действия течений в осадках терригенной толщи девона Башкирии.
1- косая слоистость песчаников (Туймаза, скв. 679. глубина 1779 м); 2 - ленточная слоистость в алевролите (Васильевна, скв. 115, интервал 1946-1951 м); 3 - слоистость, перемятая в процессе образований осадка (Знаменка, скв. 107, интервал 2038-2044 м); 4 - поверхность размыва на границе двух разностей алевролитов (Белебей, скв. 38, интервал 1989-1992 м); 5 - карман размыва, выполненный мелкозернистым песчаником (Белебей, скв. 38, интервал 2004-2007 м); 6 - карман размыва, выполненный алевролитом с ленточной слоистостью (Белебей, скв. 21, интервал 2015-2022 м).
Рис. 3. Схема распределения фаций и направление сноса осадков в западной Башкирии (тектоническая схема по Л. Н. Розанову).
1 - прибрежные фации; 2 - фации склона; 3 -глубоководные фации; 4 - границы фациальных зон; 5 - ориентация песчаных «рукавов», совпадающая с направлением сноса осадков.