К оглавлению журнала

 

УДК 551.26:553.98

O.K. Бурлин, 1994

ПРИРОДНЫЕ СИСТЕМЫ ОСАДОЧНЫХ БАССЕЙНОВ

Ю.К. Бурлин (МГУ)

Академик А.Н. Дмитриевский изложил общие принципы системного подхода в геологии (особенно применительно к геологии нефти и газа) [1]. Анализ систем, в пределах которых зарождаются, развиваются, достигают максимума, а затем и угасают процессы генерации жидких и газовых углеводородов, имеет, конечно, не только теоретическое, но и большое практическое значение.

А.Н. Дмитриевский определяет системы как целостную совокупность элементов. При этом надо понимать, что взаимодействие между этими элементами сильнее, чем с другими элементами окружающего пространства. Системы существуют в условиях воздействия внешних и внутренних факторов, которые в определенных рамках пространства и времени обеспечивают их стабильность. При достижении некоторых критических параметров этих факторов системы трансформируются. Изучение граничных условий существования систем представляет большой интерес, в геологических исследованиях очень важно правильно оценить роль тех или иных факторов в жизни системы.

Нефтегазоносные осадочные бассейны - это крупные автономные системы (суперсистемы) [3]. Нефтегазоносный потенциал осадочных бассейнов определяется условиями и обстановкой осадкообразования. Осадок на стадии диагенеза можно рассматривать как в значительной мере закрытую систему, в которой происходит активное взаимодействие составляющих его компонентов. Источники энергии для обменных процессов и возникновения новообразований (аутигенные минералы, конкреции) заключены в самом осадке в виде отмершего органического вещества и многочисленных кислородсодержащих соединений. Влияние внешних факторов может быть минимальное, связь с внешней средой ограничена диффузионным обменом избыточных образующихся (различные газы) и дефицитных расходуемых продуктов (например, сульфаты из придонной воды). В этой системе закладываются свойства нефтематеринских пород, а также и коллекторов.

Переход из осадка в породу является критическим рубежом и началом существования новой системы, состоящей из горных пород. Между горными породами устанавливаются новые связи, усиливается влияние внешних факторов, температуры и давления. При определенных (различных) уровнях температур начинается реализация генерационного потенциала в нефтематеринских породах разного состава. Под влиянием термобарических факторов коллекторы также приобретают свои первичные свойства. Взаимодействие(взаимовлияние) пород обусловливает возникновение нефтегазоносных комплексов как природных систем.

По А.Н. Дмитриевскому, нефтегазоносные комплексы рассматриваются как "материальные системы со всеми эмержентными свойствами, обладающие способностями генерации и аккумуляции углеводородов". Нефтегазоносные комплексы как составные части осадочных бассейнов образовались в неоднородных палеогеографических условиях, при разных геотектонических режимах. Они различаются по составу пород, а часто и исходного органического вещества, степени преобразованности их и, как следствие, могут отличаться и по характеру нефтегазоносности.

Понятие нефтегазоносного комплекса имеет прикладное практическое значение в нефтяной геологии. На основе их выделения и анализа прогнозируют типы природных резервуаров, коллекторские свойства пород, условия сохранности залежей, возможный фазовый состав углеводородов. Между понятием формация (или лучше геоформация) в теоретической геологии и нефтегазоносным комплексом нет прямого соответствия. Комплекс может быть представлен одной формацией или состоять из двух-трех. Но формационный анализ важен, так как при изучении комплексов он позволяет дать их наиболее полную общегеологическую характеристику.

А.К. Мальцева и Н.А. Крылов используют близкое по смыслу к нефтегазоносному комплексу в нашей трактовке понятие "нефтегазоносный этаж". Разделами между этажами, считают эти авторы, являются крупные региональные флюидоупоры. Нефтегазоносные же комплексы они выделяют как более дробные единицы вертикального разреза, для которых характерны общие особенности продуктивности пластов. Несмотря на такое терминологическое различие (комплекс и этаж), ясно, что речь идет о природных системах одного и того же порядка.

В характеристике этих систем для нас важны две стороны. Одна заключается в том, что влияние внешних факторов здесь сильнее, чем в системе "осадок". Термобарическое воздействие в катагенезе, определяющее катагенетические преобразования, расценивается в основном как внешний фактор, хотя отдельные аномалии в поле давлений и температур могут иметь и внутренние локальные причины. Внешнее, в первую очередь, термическое воздействие сказывается, прежде всего, на преобразовании основной массы рассеянного органического вещества. Система нефтегазоносного комплекса в значительной мере берет энергию извне. К внешним источникам энергии и вещества относится также поступление флюидов (гидросистемы и газовые струи) из глубин земной коры.

Другая специфическая сторона этих систем - периодическая неравномерность (импульсивность) протекающих в них процессов. Катагенетические преобразования в породах нефтегазоносных комплексов носят неравномерный, нелинейный характер, что отражает волновую природу протекающих здесь процессов. Это проявляется во всех осадочных толщах, но ярче всего в нефтегазоносных комплексах как относительно изолированных системах в разрезах осадочных бассейнов.

Импульсивность развития выражается в том, что в толщах осадочных пород периодически возникают перенапряжения, которые проявляются по-разному. В процессе погружения осадочных пород происходят многие реакции с использованием в осадке, а затем в породе накопленной еще на поверхности Земли энергии. Эти процессы преобразований осложняются влиянием других движущихся сил. Они связаны с потоком энергии и вещества, который поднимается из нижних частей коры и подкорковых зон к поверхности. Складывается обстановка, в которой взаимодействуют равнонаправленные потоки энергии и материи: сверху вниз и снизу вверх. Это приводит к коллизиям, в том числе к интерференции, возникновению своеобразных "литогенетических волн". Основой существования самих волн служит неравномерность (формационная неоднородность) разреза пород осадочных бассейнов. Существующая во многих осадочных бассейнах цикличность строения разреза с повторением сходных по составу толщ еще больше подчеркивает эту "волновую" картину. Неоднородность состава пород по вертикали определяет и различную степень их измененности на разных уровнях катагенеза.

Поступление энергии и вещества с глубины также носит неравномерный волновой характер, подчиняющийся периодичности различных порядков: от суточной до нескольких десятков (сотен?) миллионов лет (периодическое усиление тектонических процессов в эпохи тектогенеза). По-видимому, наложение процессов двух равнонаправленных потоков (интерференции волн) особенно заметно, когда мы имеем дело с одномасштабными явлениями - формационной цикличностью и усилением влияния глубокозалегающих зон литосферы в периоды особой напряженности эпох тектогенеза. Степень измененности пород коррелируется с тектономагматическими циклами. С погружением пород влияние на них глубинных волновых потоков усиливается. В целом получается довольно сложная картина преобразования состава пород, которая, в частности, выражается в наличии в разрезах практически всех осадочных бассейнов зон разуплотнения, существующих на фоне общего прогрессивного уплотнения, развивающегося при постепенном погружении и достижении все больших глубин.

Зоны разуплотнения в разрезе представляют собой уровни неравновесного состояния, которые возникают периодически на различных этапах существования нефтегазоносных комплексов неоднородного состава в осадочных бассейнах. В разных комплексах этапы неравновесного, неустойчивого состояния проявляются в свое время и имеют свою специфику. Несомненно, они связаны с флюидизацией минеральных компонентов, также как и с генерацией жидких и газовых углеводородов. Это отмечают и иностранные исследователи, например Дж.Р. Вуд и Т.А. Хьюэт, а также М.К. Жиле [4,5]. В периоды неустойчивого состояния физические свойства пород сильно изменяются, наряду с этим развиваются даже послойные перемещения. Однако, до тех пор, пока такое "раскачивание" не изменяет коренной структуры системы, она сохраняет свои основные черты, остаются и главные взаимосвязи между составляющими ее элементами. Происходит обмен и переток флюидов, что вызывает переформирование скоплений углеводородов. Волновой характер переноса масс вещества приводит также к циклическому преобразованию коллекторов в условиях погружения. После достижения определенного предела, когда связи исчезают и резко изменяется тепловой режим, система разрушается и отдельные ее компоненты входят как составные части во вновь создаваемые системы.

Причины таких колебаний могут быть предметом анализа специальных отдельных статей. Здесь же можно только сказать, что волновой, колебательный режим является характерной чертой нефтегазоносных комплексов как достаточно целостных систем и может рассматриваться с позиций системно-исторического подхода.

Список литературы

  1. Дмитриевский А.Н. Системный подход в геологии нефти и газа. Общие принципы использования системного подхода в геологии // Геология нефти и газа.-1993.-№ 10.-С..2-4.
  2. Мальцева А.К., Крылов Н.А Формационный анализ в нефтяной геологии. - М.:Недра, 1986.
  3. Нефтегазоносный бассейн - основной элемент нефтегеологического районирования крупных территорий / Н.Б. Вассоевич, А.Л. Архипов, Ю.К. Бурлин и др. // Вести. МГУ. -Сер. 4. - Геология. - 1970. - №5. -С. 13-24.
  4. Giles M.K. Mass-transfer and problems of secondary porosity creation in deeply buried hydrocarbon reservoirs //Marine and Petroleum Geology. -1987. - Vol.4. - P. 188-204.
  5. Wood J.R., Hewett T.A Reservoirs diagenesis and convective fluid flow. Clastic diagenesis. D.A. Mc Donald, R.C. Surdam, eds AAPG Memoir 37. -1984. - P. 177-199.

Abstract

System analysis use is regarded in the article for study of oil and gas sedimentary basins evolution. Oil and gas sedimentary basins are natural autonomous systems (supersys-tems). Deposit at diagenesis stage can be regarded to considerable extent as closed system with active interaction of components, forming it. External influence may be minimum. Features of source rocks and reservoirs are inherent in this system. Deposit transformation into a rock is a decisive limit and the begining of a new system formation, which consists of rocks. New relations take shape between the rocks, the influence of external factors (temperature and pressure) increases. At considerable temperature level generation potential of different oil and gas source rocks begin to realize. Rocks interaction causes formation of oil and gas bearing complexes as natural systems. Picking up of oil and gas complexes allows to forecast types of natural reservoirs, reservoir features of rocks, conditions of pools conservation, possible hydrocarbon fase content. Two points are important for characteristic of oil and gas complexes as systems. The first one is higher inflience of external factors, tnen in the system "deposit". The second one - periodic uneveness of the proceeding processes. The transformation process is connected with some flow of matter and energy, which causes formation of pecular "lithogenetic waves". The base of these waves is uneveness of the sedimentary basins sequence. In the whole, rather complicated image of rocks content transformation is got. Specially, it is reflected in decompression zones formation, which are observed in the sequences at the background of general progressive compaction. During periods of unstability phisical features of rocks change considerably. But the system conserves its main features till the moment, when "swinging" change its native structure. Main interactions between elements, which form it, conserve too. After the system gets a considerable limit, when connections dissappear and warm flow sharply changes, it collapses, and its components become parts of a newly forming system. Thus, wave, swinging regime is Ocharacteristic for oil and gas complexes as rather integrated sytems and it may be regarded from system-historical point of view.