К оглавлению

УДК 550.93:552.5

 

© А. О. Огнев, 1991

Уплотнение осадочных пород и геологический возраст

А. О. ОГНЕВ (КазПТИ)

Г.В. Чилингар и X.X. Риеке, изучая факторы, определяющие уплотнение осадочных горных пород, среди прочих указывали и на геологический возраст [5]. Однако каких-либо количественных связей они не установили. Этот вопрос рассматривался и советскими исследователями. Так, О.А. Черников, изучая степень измененности песчано-алевролитовых пород Южного Мангышлака, установил различие в значениях коэффициента метаморфичности для песчаников юрского возраста (от нижней юры до батского яруса средней юры). Величина коэффициента метаморфичности увеличивается с возрастом от 0,3 до 0,9. Б.К. Прошляков для песчаников и глин неогена Прикаспийской впадины отметил различие величин коэффициента уплотнения  соответственно 0,7 и 0,75, а для триаса 0,9 и 0,93. Следует, однако, упомянуть, что в этом случае значительное влияние на степень уплотнения, а, следовательно, и на величину  оказывает глубина залегания пород.

В 1982 г. Л.А. Буряковскому, Р.Д. Джеванширу и И.С. Джафарову удалось выявить количественную связь между коэффициентом необратимого уплотнения  глинистых отложений и геологическим возрастом и, используя данные Дж. Уэллера, Б.К. Прошлякова, В.М. Добрынина и Н.Б. Вассоевича, установить эмпирическую зависимость вида: , где Т – геологический возраст пород в млн. лет.

Исследования, проведенные нами для условий Южного Мангышлака и Устюрта, показали, что характер изменения величины  от Т отличается от ранее известных [5]. Причем отмечаются следующие закономерности. Значение  с увеличением возраста песчаников и алевролитов, а также карбонатов вначале растет, а затем уменьшается. Для глинистых отложений характерны значительный разброс и приблизительно одинаковый уровень значений. Для выяснения общей зависимости от геологического возраста и состава пород нами рассмотрены данные разных авторов по различным геологическим регионам планеты (таблица). Анализировались изменения общей пористости с глубиной залегания песчаников, алевролитов, глин, аргиллитов и карбонатов в интервале от неогена до венда, для каждого из которых рассчитывались значения.

Графики зависимости  приведены на рис. 1. Анализ их позволяет сделать следующие выводы.

1.     Зависимостьосадочных пород от из геологического возраста носит сложный и неоднозначный (для разных литотипов пород) характер.

2.     Установленные зависимости для песчано-алевролитовых и карбонатных пород имеют сходный характер. Отложения неогенового возраста обладают относительно небольшой способностью к уплотнению и достаточно стабильными значениями . Затем величина коэффициента возрастает и на границе палеогена и мела достигает своего максимума 30*10-3 l/MIIa. Далее с возрастом способность песчано-алевролитовых и карбонатных пород к уплотнению снижается и в отложениях девона и ордовика составляет (10-15)*10-3 1/МПа, Средний разброс значений  относительно осредняющей кривой не превышает (5-7)*10-3 1/МПа.

3.     Для глинистых пород отмечается иная зависимость. В целом в изученном стратиграфическом интервале (от 5 до 650 млн. лет) с увеличением геологического возраста фиксируется постоянное повышение значений коэффициента  от (10-30) 10-3 до (30-60)*10-3 1/МПа. Наибольший градиент отмечается для палеогеновых и меловых отложений. Более древние по возрасту глинистые образования продолжают сохранять повышенную способность к уплотнению -(40-45)*10-3 1/МПа. Разброс значенийотносительно осредняющей кривой не превышает (10-15)*10-3 1/МПа.

Графики зависимости  от геологического возраста для пород разного литологического состава были сопоставлены с распределением разведанных промышленных запасов нефти и газа на Земле (по данным [2]). Общий ход кривой, осредняющей график запасов (рис. 2), хорошо согласуется с зависимостями  для песчано-алевролитовых и карбонатных отложений. Максимуму мировых запасов нефти и газа отвечают максимальные значения коэффициента  (для Т » 100 млн. лет), и соответственно уменьшение его значений для древних и более молодых отложений коррелируется со значительным сокращением этих запасов.

Попробуем проанализировать полученную информацию. Прежде всего, следует отметить косвенный характер выявленных зависимостей изменения  с геологическим возрастом и распределением запасов нефти и газа. Определяются они, вероятно, комплексом различного рода геологических и геофизических факторов и представляют собой интегральный эффект их воздействия на породу. Среди этих факторов можно выделить: 1) уменьшение коэффициента пористости осадочных горных пород с увеличением их возраста как следствие воздействия различного рода эпигенетических процессов; 2) различие в интенсивности воздействия теплового поля на породу. Была отмечена [1], а нами для условий Южного Мангышлака подтверждена [3] зависимость  песчаников от величины геотермического градиента, согласно которой молодые осадки в бассейнах с интенсивным температурным полем могут иметь значения  в 2-3 раза выше, чем в древних породах, характерных для более древних осадочных бассейнов; 3) изменение минерального состава глинистых пород в зависимости от геологического возраста [4] также как следствие эпигенетических процессов. Более древние по возрасту глинистые, породы обогащаются иллитом (20-80 %), при этом содержание монтмориллонита и каолинита значительно падает, соответственно от 60 до 7-4 % и от 20 до 4-5. Ход кривых изменения процентного содержания этих основных глинистых минералов с возрастом хорошо согласуется с кривой  для глинистых пород. Сохранение повышенной способности к уплотнению глин и аргиллитов с увеличением, возраста объясняется, по-видимому, как изменением процентного содержания глинистых минералов, так и различием в прочности и жесткости их кристаллических решеток.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.     Добрынин В.М. Деформации и изменения физических свойств коллекторов нефти и газа.- М.: Недра.- 1970.

2.     Максимов С.П., Кунин Н.Я., Сардонников Н.М. Цикличность геологических процессов и проблема нефтегазоносности.- М.: Недра,- 1977.

3.     Огнев А.О. Необратимые уплотнения осадочных горных пород западной части Туранской плиты.- Сер. Нефтегазовая геология, геофизика и бурение.- М.: ВНИИОЭНГ.- 1985.- Вып. 5 - С. 17-20.

4.     Петтиджон Ф.Дж. Осадочные породы /Пер. с англ.- М.: Недра, 1981.

5.     Chilingarian G.V. Rieke Н.Н. Alnormal Formation Pressurs-Implikations to Explorations Drilling and Rrodaction of Oil and Gas Resources/Elsvier. Chapter 11,- Amsterdam.- 1976.

Abstract

Dependences of factors of the irreversible compaction of sedimentary rocks of diverse lithologic composition on goo- logic age are clarified on the basis of generalization of extensive data for various geological regions. An integrated lithophysical parameter is proposed to characterize sedimentary rock compaction. The efficiency of its use can be observed in an example of the South Mangyshlak. A correlation is made between the revealed dependences of the irreversible compaction factor and the integrated lithophysical parameter on the geologic age of rocks and the distribution of oil and gas reserves according to stratigraphic intervals.

 

Таблица Значения коэффициента необратимого уплотнения осадочных горных пород разных литологического состава и геологического возраста

Стратиграфический интервал

Геологический возраст, млн. лет

Регион, район

Значение коэффициента , 10-3 1/МПа

Автор, по данным которого рассчитано значение

Песчаники, алевролиты

Плиоцен

5

Калифорния

20

Дж. Максвелл

Миоцен

17

Луизиана, Техас

18,4

»

Олигоцен

31

Луизиана

24,3

»

»

31

Техас

27,4

»

Апт-сеноман

115

Южный Мангышлак

26

А. О. Огнев

Неоком

133

То же

22

»

Мел

104

Прикаспийская впадина

24

»

Оксфорд-титон

151

Южный Мангышлак

21

»

Байос-келловей

168

То же

29,5

»

Аален

178

Южный Мангышлак

28,5

А. О. Огнев

Нижняя юра

190

То же

30

 

Юра-нижний мел

156

Центральное и Восточное Предкавказье

25,4

Б. К. Прошляков

То же

156

Аралсор

16,4

В. М. Добрынин

Юра

170

Прикаспийская впадина

30

А. О. Огнев

Триас (средний и верхний)

213

Южный Мангышлак

28

»

Триас

218

Прикаспийская впадина

19

»

Пермь-нижний триас

245

Южный Мангышлак

26

»

Верхняя пермь

250

Прикаспийская впадина

177

»

Карбон

331

Техас, Оклахома

15,6

Дж. Максвелл

Девон

398

Междуречье Урал-Волга

23,6

П. А. Карпов

»

398

То же

16,5

Н. Н. Павлова

Ордовик

499

Нью-Мексико, Техас, Оклахома, Канзас

15,2

Дж. Максвелл

Глины, аргиллиты

Плиоцен

5

Апшеронский полуостров

30

Л.А. Буряковский

*

 

Бакинский архипелаг:

 

А. Дурмишьян

 

5

северная часть

27,1

 

»

5

южная часть

19,3

»

»

5

Индийский океан (скв. 222 Гломер Челенджер)

10,7

В. Я. Троцюк

Неоген

13,5

Западная Кубань

33

Б. А. Лебедев

Олигоцен-миоцен

23

Кавказ, Предкавказье

33,6

Н. Б. Вассоевич

Неоген-палеоген

33

Венесуэла

37

Г. Хедберг

То же

33

Предкавказье

38

О.А. Черников

 

33

»

43,5

Ю. В. Мухин

Верхний мел

90

Западная Сибирь

43,5

Б. А. Лебедев

Мел

104

Прикаспийская впадина

33,6

А. О. Огнев

Апт-сеноман

115

Южный Мангышлак

40

»

Нижний мел

127

Западная Сибирь

40

3. А. Лебедев

Неохом

133

Южный Мангышлак

47

А. О. Огнев

Юра-мел

134

Арал-сор

42,5

В. М. Добрынин

Оксфорд-титон

151

Южный Мангышлак

28

А. О. Огнев

Байос-келловей

168

То же

29

»

Юра

170

Прикаспийская впадина

40,7

»

Аален

178

Южный Мангышлак

47

*

Средняя- нижняя юра

182

Западная Сибирь

60

Б. А. Лебедев

Нижняя юра

190

Южный Мангышлак

27

А. О. Огнев

Верхний триас

208

То же

41

»

Триас

218

Прикаспийская впадина

21,5

*

»

218

Северный Прикаспий

43

Б. А. Лебедев

Средний

триас

221

Южный Мангышлак

35

А.О. Огнев

Пермь-нижний триас

245

То же

31

»

Верхняя пермь

250

Тимано-Печорская НГП

45

Б. А. Лебедев

То же

250

Прикаспийская впадина

25

А. О. Огнев

Карбон

331

Тимано-Печорская НГП

43

Б. А. Лебедев

Девон

398

Волго-Уральская НГП

40

Л.А. Буряковский

»

398

Тимано-Печорская НГП

45

Б. А. Лебедев

»

398

Волгоградская обл.

45

П. А. Карпов

Венд

650

Восточная Сибирь

43

Б. А. Лебедев

Карбонаты

Верхний мел-палеоген

69

Тихий океан (скв. 167 Гломер Челенджер)

17,8

В. Я Троцюк

Верхний мел

90

Скифская плита

30

Б. К. Прошляков

То же

90

Западно-Кубанский прогиб

20

»

Апт-сеноман

115

Южный Мангышлак

32

А. О. Огнев

Оксфорд-титон

151

То же

28

»

Средний триас

225

»

16

*

Пермь-нижний триас

245

»

9,2

»

Карбон

331

Прикаспийская впадина

7

К.И. Багринцева

*

331

Южная Альберта

15

А. Норрис, Дж. Бейли

Девон

398

Центральная Альберта

10,7

То же

 

Рис. 1. Обобщенные зависимости изменения коэффициента необратимого уплотнения осадочных пород от геологического возраста:

1 - глины и аргиллиты, 2 - песчаники и алевролиты, 3 - карбонаты

 

Рис. 2. Сопоставление зависимостей изменениякарбонатных и песчано-алевролитовых пород и мировых запасов нефти и газа от геологического возраста.

Кривые: 1 - значений коэффициента необратимого уплотнения для песчано-алевролитовых пород, 2 - значений коэффициента необратимого уплотнения для карбонатных пород, 3 - мировых запасов нефти и газа, 4 усредненная кривая мировых запасов нефти и газа