Роль терригенных пород в формировании облика осадочной толщи

Размещено на http://www.allbest.ru/

РОЛЬ ТЕРРИГЕННЫХ ПОРОД В ФОРМИРОВАНИИ ОБЛИКА ОСАДОЧНОЙ ТОЛЩИ

М.Д. Малыхин

Вопросами формирования осадочных толщ в ходе геологических процессов занимались Э. Клоос (1995 г.); В.В. Белоусов, М.В. Гзовский (1964 г.); Е.И. Паталаха (1981 г.); К. Рамберг (1985 г.) и др. Ими изучены механизмы образования зон тектонических нарушений, деформаций толщ и т. д., возникающих при воздействии сил геологических процессов на литифицированные осадочные горные породы. В результате выполненных исследований на экспериментальном материале [1, 2] были в деталях проанализированы возможные траектории распределения напряжений при формировании складок. Выявлены зависимости распределения напряжений от соотношения ширины основания складки и мощности деформируемой толщи, а также от степени жесткости основания и скорости формирования складки. Установлено, что траектории главных касательных напряжений совпадают в первом приближении с направлениями разрывов, которые были отмечены на моделях и природных складках [2].

Однако представляет интерес изучить особенности формирования осадочной толщи при литификации осадков, то есть исследовать трансформации осадочных пород (глин, песчаников, известняков), возникающие в процессе их уплотнения.

Для этой цели, прежде всего, необходимо:

- определить степень уплотнения терригенных пород под воздействием различных геологических факторов;

- реконструировать облик осадочной толщи на момент завершения осадконакопления, то есть до начала ее литификации.

Как известно, сокращение толщины осадков определяется, в основном, изменением упаковки зерен, упругими свойствами минералов зерен, возрастом пород, величиной глубины залегания осадков.

Изменение упаковки (переупаковка) зерен. Были выполнены расчеты с целью определения пористости образца породы, сложенной зернами в виде шаров диаметром 0, 4 мм. Упаковка зерен - кубическая. Результаты расчетов показали, что при кубической упаковке шаровых зерен коэффициент пористости составил K_п ? 0, 4. Длина образца принята равной L = 1, 0 м. Затем были определены коэффициент пористости K_п и длина образца L для гексагональной упаковки зерен шаровой формы диаметром 0, 4 мм. Оказалось, что K_п = 0, 21 и L = 0, 865 м. Таким образом, пористость изменилась от 0, 4 до 0, 21, а длина образца - от 1, 0 м до 0, 865 м. Это говорит о том, что толщины рыхлых осадков на этапе переупаковки зерен сокращаются в 1, 2 раза.

Влияние упругих свойств зерен минералов. Расчеты выполнялись с привлечением формулы [3]

,

где у - напряжение для случая всестороннего сжатия тела;

K = Е/3(1-2м) - модуль упругости,

Е - модуль Юнга,

м - коэффициент Пуассона;

е = ДV/Vо относительная деформация тела при сжатии,

V_о - объем недеформированного тела,

V = V_о + ДV - объем деформированного тела.

Для расчетов использованы упругие постоянные Е = 6, 0 и м= 0, 25 характеризующие кварц. Приняв напряжение у = 1.0[Н/м²] и V_о = 1.0[м³], находим, что объем тела сокращается на 0, 25 м³, а линейные размеры - от L =1, 24 м до L = 1, 12 м, то есть в 1, 11 раза.

Изменение толщины терригенных осадков в зависимости от их возраста определялось по формуле [4]

,

где t - возраст осадков, млн лет.

Если t принять равным 0, то Н_{t = 0} = 1000 м. При расчетах возраст принят равным 200 млн лет (возраст заложения девонских терригенных осадков). В этом случае

H_t=200 ? 200 м.

Полученный результат свидетельствует о том, что толща (1000 м) девонских терригенных осадков сократилась в 5 раз.

Изменение толщины терригенных осадков от глубины их залегания рассчитывалось с использованием формулы [4]

,

где H - глубина залегания осадков, м;

в - коэффициент необратимого уплотнения, взят равным 58, 5 ·10^-3[1 /_МПа ] для осадков девонского возраста;

V⁽⁰⁾ - объем при H = 0 м;

V^(H) - объем на глубине H = N м.

Расчёты показывают, что объём терригенных осадков на глубине H = 0 м, принятый равным V⁽⁰⁾ = 1, 0 м³, сокращается на глубине Н = 4000 м до V^(H) = 0, 038 м³. При этом линейные размеры изменяются от L⁽⁰⁾= 1, 23 м до L^(H) = 0, 44 м, то есть толщина уменьшается в 2, 77 раза.

Результаты расчетов представлены в таблице.

Как видно из полученных результатов, терригенные осадки под воздействием различных геологических факторов изменяют свои параметры от 1, 11 до 5, 0 раз. Отмечается большой разброс параметров. В этой связи использование полученных теоретических данных для реконструкции толщин осадков на момент завершения их накопления представляется сложной задачей. Целесообразно найти способ, учитывающий весь комплекс геологических факторов, совместно воздействующих на терригенные осадки во время их накопления и литификации. Для решения этой задачи использовались толщины терригенных осадков на данный момент времени и оценки их уплотнения, представленные в работах [5, 6], в которой указано, что уплотнение глин доходит до 1, 4 ч 2, 3 раза, а песчаников - до 1, 2 ч 1, 8 раза. Как видно, уплотнение терригенных осадков происходит практически в одних пределах. Покажем на примере (рис. 1) методику реконструкции разреза.

Результаты расчетов

Рис. 1. Пример реконструкции геологического разреза: а) реальный геологический разрез терригенной толщи девона, построенный по данным бурения; б) реконструкция терригенной толщи девона на момент завершения ее осадконакопления

На рис. 1, а представлен геологический разрез, построенный по данным бурения. На рис. 1, б представлена реконструкция разреза на момент завершения осадконакопления терригенной толщи девона. Реконструкция построена с учётом коэффициента сокращения литифицированной терригенной толщи, равного U = 1, 72. Коэффициент U подбирается экспериментально до тех пор, пока глубина кровли реконструируемой терригенной толщи в контрольных точках А и В не будет иметь практически одинаковую абсолютную глубину: А = -1772 м, В = -1771, 2 м.

Рис. 2. Представление терригенной осадочной толщи: а) на время осадконакопления над выступом фундамента; б) на заключительном этапе литификации терригенной толщи над выступом фундамента; в) после накопления ее на горизонтальной/субгоризонтальной поверхности, литификации и последующего подъема локального выступа фундамента под действием тектонических процессов

Рассмотрим, какой вид приобретает терригенная слоистая осадочная толща в процессе литификации (рис. 2).

На рис. 2, а изображен выступ кристаллического фундамента амплитудой 200 м, перекрытый терригенной толщей ~280 м (глины - 80 м, песчаник - 80 м, глины - 120 м) на момент завершения её накопления.

Современный вид терригенной толщи в результате уплотнения осадков представлен на рис. 2, б. Следует отметить, что практически во всех структурах облекания выступов кристаллического фундамента терригенные толщи девона имеют облик, подобный изображенному на рис. 2, б. Структуры уплотнения над выступом фундамента развиты в пределах Русской платформы.

Также необходимо обратить внимание на облик терригенной толщи после её накопления и литификации на горизонтальной/субгоризонтальной поверхности и затем преобразованной локальными вертикальными тектоническими подвижками в антиклинальную складку (рис. 2, в). В природе так выглядит обстановка образования складки в толще литифицированных терригенных пород над поднимающимся блоком жесткого основания.

Рассмотрим представленные на рис. 2 результаты:

2, а - терригенная толща до литификации (уплотнения);

2, б - структура облекания выступа фундамента, сформировавшаяся вследствие уплотнения терригенных осадков под давлением вышележащих пород. Следует отметить, что толща пород, перекрывающая терригенные осадки, подвергнута незначительным пластическим деформациям и сохраняет качества покрышки, то есть флюидоупора. Крылья ловушки имеют углы наклона меньшие, чем углы наклона склонов фундамента. Терригенная толща в процессе литификации не потеряла сплошность по простиранию, то есть не подверглась растрескиванию. Таким образом, сформировавшаяся ловушка обладает способностью к накоплению в ней залежей углеводородов.

2, в - структура в толще литифицированных терригенных пород, образовавшаяся под действием поднимающегося куполообразного жесткого фундамента. Обращают на себя внимание достаточно крутые склоны выступа фундамента и параллельные им крылья складки. Толщина терригенных осадков крыльев складки меньше, чем в её своде и основании. Изменение толщин слоев в пределах складки подобного рода представляет собой явление, вызванное деформацией (растяжением) материала на крыльях складки.

Очевидно, деформация (растяжение) материала на крыльях складки свидетельствует о том, что сама терригенная литифицированная толща на крыльях подвержена нарушению её сплошности (растрескиванию), а также появлению трещин в перекрывающих её осадках в соответствии с рисунком траекторий касательных напряжений [1, 2]. В данной ситуации перекрывающая толща, представленная известняками или глинами, не может быть покрышкой, а пласт-коллектор не способен накапливать и сохранять в ловушках подобного генезиса залежи углеводородов.

Таким образом, при прогнозе существования углеводородов в ловушке необходимо выполнить реконструкцию осадочной толщи на момент завершения её накопления и последующей стадии формирования исследуемой ловушки, а также оценить её перспективность на возможность выявления в ней залежей УВ.

терригенный осадок кристаллический фундамент

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Белоусов В.В., Гзовский М.В. Экспериментальная тектоника. - М., 1964.

2. Белоусов В.В. Структурная геология. - М., 1986.

3. Кузьмичев В.Е. Законы и формулы физики: Справочник. - Киев, 1989.

4. Буряковский Л.А., Джафаров И.С. и др. Прогнозирование физических свойств коллекторов и покрышек нефти и газа. - М., 1982.

5. Авчан Г.М. Физические свойства осадочных пород при высоких давлениях и температурах. - М., 1972.

6. Дурмишьян А.Г. К вопросу об уплотнении глинистых пород // Известия АН СССР. Геологическая серия. - 1973. - №8.

Размещено на Allbest.ru