Опубликовано: 15.10.2018
ПЕРВИЧНАЯ МИГРАЦИЯ В КАРБОНАТНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ
Первичная мшрация углеводородов в глинистых карбонатных отложениях может происходить с водой, выжимаемой при их уплотнении, но в чистых карбонатных отложениях этого не происходит, так как их литпфикация осуществляется в основном путем перекристаллизации и цементации. Первичная пористость микритов, известковых илов с размером частиц менее 4 мкм, составляет от 50 до 70 %. В некоторых глубоководных осадках такая пористость сохраняется на глубинах более 300 м от поверхности осадков. В отличие от этого во многих карбонатных осадках, отложившихся во внутриматериковых морях и на континентальных окраинах, пористость уменьшается до 1—2 % в верхних 3—30 м осадочного разреза; это происходит в результате цементации карбонатов. Наличие или отсутствие цементации зависит от физических и химических условий среды.
В зонах с холодным влажным климатом и кислыми почвами (высокое содержание СОг, низкие значения pH) Са2+ находится в растворе. В районах с теплым сухим климатом (низкое содержание СОг, высокие значения pH) кальций выпадает из раствора в виде кальцита. Высокие значения pH могут быть обусловлены биологическими и небиологическими факторами, например взаимодействием мигрирующих солоноватых вод с полевыми шпатами, что ведет к повышению концентрации ионов он- и соответственно значений pH [102J. Следующее уравнение выражает связь между процессами осаждения и растворения СаС03:
Фридман [208] рассмотрел процессы цементации карбонатных илов и образования известняков и растворения цемента в известняках. Он отмечает, что местами в морской обстановке осадконакопления значения pH могут повышаться до 9—10,5, вызывая осаждение карбонатного цемента. В одном из коралловых рифов Красного моря пористость на глубине 60 см от слоя живых кораллов на поверхности снижается почти до нуля вследствие образования цемента. Фридман приводит данные о ранней цементации карбонатных отложений и в других районах мира, например в Персидском заливе и местами в районе Большой Багамской банки. Фридман [208] и Сейлс и Манхейм [516] подчеркивают значение деятельности микроорганизмов в процессах цементации. В терригенных осадках с высоким содержанием органического вещества, отлагающихся у коптипепталь-ных окраин, происходят процессы восстановления сульфатов и
дезаминирования, приводящие к удалению SO.i’^, повышению
концентрации НСОГ и образованию NII:), в результате чего увеличивается щелочность поровых вод. Происходит следующая биохимическая реакция:
где СН20 — источник биоорганического углерода. Сероводород взаимодействует с тяжелыми металлами, например железом, и образует сульфиды. Бикарбонат-ион осаждает кальций из раствора в виде СаС03.
Свидетельством того, что роль уплотнения в образовании древних чистых карбонатных пород была незначительной, является отсутствие деформации содержащихся в них пеллетов и других карбонатных частиц. Однако перекристаллизация и цементация, видимо, вызывают перераспределение и концентрацию органического вещества в некоторых осадках. Полонская и др. [473] отмечают, что органическое вещество заполняет крупные поры и узкие проходы между зернами доломита. Установлено несколько последовательных стадий перекристаллизации карбонатов. Последующее образование микротрещин вокруг зерен создает условия для миграции большего количества органического вещества, выделяющегося из минеральной фазы во время перекристаллизации. Легкие углеводороды, генерированные этим органическим веществом, могли мигрировать путем диффузии в пластовых водах в области высокой проницаемости пород. Мел отличается от других карбонатных отложений тем, что он несколько уплотняется при увеличении нагрузки перекрывающих слоев [471, 521]. Полак исследовал уплотнение мела в отложениях Урало-Эмбинского района; Шолле изучал этот процесс в осадках Северного моря. Пористость карбонатного ила составляет около 80 %. При погружении его на глубину 350—400 м пористость уменьшается до 38—48 %, а проницаемость— до 4—13 мД. В Северном море на глубине 1500— 2000 м от поверхности осадков пористость мела составляет 15— 30 %, а проницаемость 0,1—1 мД. При уплотнении мела происходит не просто удаление воды в результате сжатия, как в случае глин, но также растворение неустойчивых кристаллов карбонатов на контакте зерен и местное переотложение карбонатов внутри камер фораминифер или в виде наростов на пластинках кокколмтов [521]. При дальнейшем погружении слоев мела до глубин 2700- 3300 м пористость уменьшается до 2—25 %, а проницаемость—-до 0—0,5 мД. В некоторых случаях пористость и проницаемость при погружении не уменьшались и даже увеличивались в результате образования трещин или раннего заполнения пор нефтью.
Так как при диагенезе мелоподобного осадка происходит непрерывное удаление воды, в нем могут действовать любые из рассмотренных выше механизмов первичной миграции.
Стилолиты, встречающиеся в известняках и доломитах, свидетельствуют о выделении флюидов во время уплотнения. По подсчетам Даннингтона [176], для того, чтобы могло начаться растворение карбонатов под давлением и образование стилолитов, необходимо, чтобы мощность перекрывающих слоев достигла 600—900 м. Стилолиты — зубчатые выступы, обычно перпендикулярные к плоскости напластования,— состоят из нерастворимого минерального остатка и органического вещества, остающихся после растворения карбонатных пород. Многие сти-лолитовые известняки потеряли 20—35, а иногда до 40 % первоначального объема пород. Осаждение растворенных карбонатов выше по восстанию слоев в зоне более низкого давления может привести к цементации вышележащих отложений. Углеводороды, образовавшиеся в известняках до того, как началось их растворение под давлением, могут выноситься из них с мигрирующими флюидами.
То, что говорилось выше, относится в основном к карбонатным породам, не содержащим примеси глины, однако во многих карбонатных породах присутствуют глинистые минералы. Цанкль [677] установил, что наличие или отсутствие примесей в известковом иле определяет характер его диагенетического изменения. В известковых илах, содержащих менее 2 % нерастворимого в кислоте остатка, обычно происходят процессы цементации и перекристаллизации. Подобные примеры приводит Фридман. Известковые илы, содержащие более 2 % нерастворимого остатка, особенно глинистых минералов, подвергаются уплотнению, степень которого тем больше, чем больше они содержат глинистых минералов. Данные, полученные Цапклем, приведены на рис. 6-33. На этом графике показана снизь между количеством нерастворимого остатка и степенью уплотнения для
Рис. 6-34. Кривые изменения пористости с глубиной для карбонатных пород с разным содержанием нерастворимого остатка (Западно-Канадский бассейн) (но данным Мак-Кроссапа [398] и Магары [408]).
3, сходны с кривыми уплотнения глин.
всего ряда известняков. За исключением одной точки, получена почти линейная зависимость степени уплотнения от содержания нерастворимого остатка. Цанкль отмечает, что известняки, содержащие более 2 % глинистых минералов, являются в основном микритовыми.
Мак-Кроссан [398] построил кривые изменения пористости с глубиной для верхнедевонских глинистых отложений Западно-Канадского бассейна, содержащих разное количество карбоната кальция. На рис. 6-34 показаны те же кривые для восстановленного разреза верхнедевонских отложений, а также диапазон пористости для разных глубин (см. рис. 6-7). Данные Мак-Крос-сана ясно показывают, что карбонатные отложения, содержащие не менее 10 % глинистых минералов, теряют флюиды в результате уплотнения, т. е. в них возможна первичная миграция любым из ранее рассмотренных способов. В сравнительно чистых карбонатных породах, за исключением слоев мела, миграция может происходить только путем диффузии или в газовой фазе.
Аномально высокие давления в карбонатных породах. Це ментация карбонатных отложений может быть настолько полюй, что они окажутся практически непроницаемыми для флюидов. В связи с этим при погружении карбонатных отложений на большую глубину и повышении температуры в них возникнут аномально высокие давления флюидов в результате образования газов из органического вещества и теплового расширения воды. По данным Паркера [457], градиент давления флюидов в глубоко погруженных отложениях формации Смаковер, Миссисипи, достигает величины 24 кПа/м (0,25 кг/см2). Аномально высокие давления в карбонатных породах встречаются местами; отдельные блоки с высоким давлением флюидов могут быть полностью окружены породами с более низким давлением флюидов. В породах формации Смаковер на глубине около 6100 м в составе газов господствуют метан, углекислый газ и сероводород. Температура пород на этой глубине составляет 182°С. Все эти газы могут образовываться в результате высокотемпературных реакций (гл. 5). Паркер приводит факты, свидетельствующие о том, что в результате реакций диспропорцио-нирования водорода скопления нефти, имевшиеся в отложениях формации Смаковер, могли превратиться в метан и твердые асфальты. Эти реакции, скорость которых возрастает с повышением температуры, вызывают разложение нефтей с образованием более легких углеводородов; необходимый для этого водород высвобождается при полимеризации и ароматизации тяжелых асфальтовых молекул. Конечными продуктами этих реакций являются метан и твердый асфальт, обнаруживаемые в песчаниках формации Смаковер.
Зоны аномально высокого давления могут встречаться спорадически в любых глубоко погруженных карбонатных отложениях, где цементация исключает возможность движения флюидов. В таких отложениях аномально высокие давления флюидов могут сохраняться неопределенно долго, если образование микротрещин или разрывов не приведет к ослаблению давления.
Содержание