1. Роль осадочных горных пород в строении земной коры 2. Породообразующие салические и фемические минералы 3. Породы покрышки и их роль в формировании и скоплении углеводородов 4. Опробование и освоение скважин в разных геологических условиях Литература

3 5 7 1

1. Роль осадочных горных пород в строении земной коры

Земная кора слагается природными химическими соединения-ми — минералами, количество видов которых немногим превышает 2 тыс. Ограниченность природных химических соединений по срав-нению со значительно большим количеством искусственных со-единений обусловлена многими причинами, главной из которых является очень неравномерное содержание разных химических элементов в земной коре. Диапазон среднего содержания разных химических элементов достигает шести математических порядков.

Наибольшее количество минеральных видов образуют элемен-ты, содержащиеся в земной коре в наибольшем количестве. К ним относятся кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, калий, натрий. Эти элементы образуют группу соединений, массы которых в наибольшем количестве выплавлялись из мантии.

Наряду с ними значительные количества минералов образуют такие элементы, как сера, мышьяк, сурьма, медь, свинец, цинк и не-которые другие металлы, которые активно выносились в процессе дегазации вещества мантии.

Если рассматривать разнообразие минералообразования при раз-личных эндогенных процессах, то наибольшее количество минеральных видов образуется при процессах, которые протекают при участии продуктов дегазации. Минералы, образующиеся при пневматолитово-гидротермальных и пегматитовых процессах, по подсчетам известного украинского минералога Е.К.Лазаренко, со-ставляют около 30% всех минеральных видов. Еще большее ко-личество минеральных веществ возникает при процессах гипергене-за и осадкообразования, в которых под геохимическим контролем суммарного эффекта жизнедеятельности организмов образуются химические соединения дегазированных элементов, поступивших в атмосферу и гидросферу1.

Определенные закономерности обнаруживаются в разнообразии и распределении масс минералов по классам. Отдельные данные приводились при описании минеральных групп, общая их сводка представлена в таблице 1.

Таблица 1

Соотношение между отдельными классами минералов и их содержанием в земной коре

Классы минералов	Минералы				Содержание в земной коре (вес, в %)
	количество		В % к общему количеству минералов
	I'	II'	I	II	I	II
Самородные элементы Сульфиды и им подобные соединения Галогениды Оксиды и гидроксиды Силикаты Сульфаты Фосфаты, арсенаты, ванадаты Карбонаты Бораты Вольфраматы и молибдаты Хроматы Нитраты Органические соединения	50 195 86 187 375 135 266 67 42 14 5 8 70	90 200 100 200 800 260 350 80 40 15 не уч-тены	3,30 13,00 5,70 12,50 25,00 9,00 17,70 4,50 2,80 1,00 0,30 0,50 4,70	4,2 9,4 4,7 9,4 37,4 12,2 16,4 3,7 1,9 0,7	0,10 1,15 0,50 17,00 75,00 0,50 0,70 1,70 3,35	0,10 0,25 незна-чит. 17,00 80,00 0,10 0,70 1,70 незна-чит. « « «
Всею	1500	2135	100,0	100,0	100,0	99,85
I' — данные Е.К.Лазаренко, 1963 II' — данные Н.И. Сафронова и Б.А.Гаврусевича, 1968

Данные этой таблицы позволяют прежде всего отметить наи-более многочисленные классы. Несмотря на расхождения в ре-зультатах расчетов разных авторов, совершенно очевидно, что наибольшее количество минералов характерно для силикатов. Весьма разнообразен состав класса фосфатов и их аналогов, ко-торые занимают второе место по количеству минералов (17,7%— 16,4%), а также класса сульфидов и им подобных соединений (9,4 — 13,0%), оксидов и гидроксидов (9,4 — 12,5%), сульфатов (9,0 — 12,2%). Состав других классов менее многочислен и состав-ляет несколько процентов или даже доли процента, как, напри-мер, минералы класса хроматов.

Многочисленность минералов того или иного класса не обяза-тельно означает, что эти минералы составляют значительную часть массы земной коры. Хотя наиболее разнообразный видами класс силикатов и преобладает в земной коре, но второй по многочислен-ности минералов класс фосфатов и их аналогов составляет менее процента массы литосферы (0,7%). Близкие по численности видов классы сульфидов и оксидов резко различаются по своему весово-му содержанию в земной коре: первые находятся в количестве 0,15% (по В.И. Вернадскому), вторые — 17% массы коры. Следует отметить, что значения масс минералов в земной коре точно не установлены и определяются разными учеными неодинаковыми величинами. Так даже для группы преобладающих минералов — силикатов — рассчитаны сильно различающиеся значения. Американский геохимик Г.Вашингтон (1925) определил массу силикатов в земной коре в 63%, В.И. Вернадский (1937) — в 85%, А.Е.Ферсман (1934) — в 74,5%, Е.К.Лазаренко (1963) — в 75%, Б.А.Гаврусевич и Н.И. Сафронов (1968) — в 80%, А.Б.Ронов и А.А. Ярошевский (1967) — в 83%. По-следняя цифра, по-видимому, наиболее достоверна.

В целом можно считать, что преобладающую часть массы зем-ной коры составляют силикаты (включая кварц) и отчасти минера-лы класса оксидов и гидроксидов.

Образование массы представителей некоторых классов связано преимущественно с одним определенным процессом минералооб-разования. Как показывают данные Е.К.Лазаренко, большая часть минералов класса сульфидов (89%) имеет пневматолитово-гидро-термальное происхождение и лишь 5% возникают при литогенезе. Вольфраматы и молибдаты поровну делятся между гипергенным и пневматолитово-гидротермальным генезисом. Для некоторых клас-сов характерно возникновение преобладающего количества мине-ральных видов при процессах гипергенного минералообразования. Таковы сульфаты, фосфаты и им близкие соединения, нитраты.

2. Породообразующие салические и фемические минералы

В основу классификации горных пород положен генетический признак. По происхождению выделяют: 1) магматические, или изверженные, горные породы, связанные с застыванием в различных условиях силикатного расплава - магмы и лавы; 2) осадочные горные породы, образующиеся на поверхности в результате деятельности различных экзогенных факторов; 3) метаморфические горные породы, возникающие при переработке магматических, осадочных, а также ранее образованных метаморфических пород в глубинных условиях при воздействии высоких температур и давления, а также различных жидких и газообразных веществ (флюидов), поднимающихся с глубины.

Магматические горные породы наряду с метаморфическими слагают основную массу земной коры, однако, на современной поверхности материков области их распространения сравнительно невелики. В земной коре они образуют тела разнообразной формы и размеров, так называемые структурные формы, состав и строение которых зависят от химического состава исходной для данной породы магмы и условий ее застывания. В основе классификации магматических горных пород лежит их химический состав. Учитывается, прежде всего, содержание оксида кремния, по которому магматические породы условно делят на четыре группы кислотности: ультраосновные породы, содержащие более 45% кремнезема (SiO2), основные - 45-52, средние-52-65 и кислые - более 65%. Химический состав может быть определен лишь при лабораторных исследованиях. Однако минеральный состав отражает химический и может быть использован для выяснения группы кислотности.

Породообразующими минералами магматических пород являются минералы класса силикатов: кварц, полевые шпаты, слюды, амфиболы, пироксены, которые в сумме составляют около 93% всех входящих в магматические породы минералов, затем оливин, фельдшпатоиды, некоторые другие силикаты и около 1% минералов других классов. Вспомнив химический состав этих минералов, нетрудно убедиться, что в более основных породах должны преобладать цветные (темноцветные), менее богатые кремнеземом железисто-магнезиальные (мафические, или фемические) минералы, а в кислых - преимущественно светлые. Такое соотношение цветных и светлых минералов обусловливает, светлую окраску кислых пород, более темную основных и черную ультраосновных. С этим же связано увеличение плотности пород от кислых (2,58) к ультраосновным (до 3,4)2.

ПОЛЕВЫЕ ШПАТЫ. Являются одной из важнейших групп минералов. Это главные породообразующие минералы большинства магматических, иногда метаморфических пород. Название связано с присутствием минерала на пашнях, расположенных на гранитных массивах. На долю полевых шпатов приходится около 50% всей массы земной коры. Это наиболее распространенные породообразующие минералы. Особенностью полевых шпатов является их способность образовывать широкие изоморфные ряды. По составу полевые шпаты разделяются на:

натрий-кальциевые (плагиоклазы)

калиевые (ортоклаз, микроклин)

Свойства всех полевых шпатов очень близки. Твердость колеблется в пределах 5-6. Окраска минералов почти всегда светлая. Большинство полевых шпатов с химической точки зрения входит в тройную систему Na[AlSi3O8] - K[AlSi3O8] - Ca[Al2Si2O8]. Часто содержат также Sr2+, Ba2+.

ПЛАГИОКЛАЗЫ. Минеральный вид переменного состава от альбита до анортита. Название от греческих слов "плагиос"- косой и "клясис"- расщепление - "косораскалывающийся" в связи с тем, что угол спайности отличается от прямого и составляет около 850. Среди плагиоклазов выделяют 6 минералов: альбит, олигоклаз, андезин, лабрадор, битовнит, анортит, исходя из процентного содержания анортитовой составляющей. Так так содержание кремнекислоты убывает от альбита к анортиту, плагиоклазы N=0-30 носят название кислых; N=30-50 - средних; N=50-100 - основных. Наиболее распространены кислые плагиоклазы. Плагиоклазы встречаются в виде зернистых агрегатов во многих магматических породах (некоторые из этих пород почти полностью состоят из плагиоклазов, например, лабрадориты). Очень распространены полисинтетические двойники. Цвет плагиоклазов белый, серовато-белый, иногда с зеленоватым или красноватым оттенком из-за различных включений. Блеск стеклянный. Свойства в ряду минералов меняются аддитивно: плотность увеличивается от 2,62 (альбит) до 2,76 (анортит). Спайность совершенная. Твердость 6-6,5. Для олигоклаза характерна голубая, а для лабрадора синяя иризация.

Диагностика. По внешним признакам возможно диагностировать альбит, лабрадор и при известном навыке олигоклаз.

Происхождение. Плагиоклазы - эндогенные минералы. Являются главными породообразующими минералами. Образуются в магматических породах и пегматитах, метаморфических породах, известны в скарнах и грейзенах. В поверхностных условиях неустойчивы и при выветривании полностью разлагаются переходя либо в каолинит и другие кандиты, либо в смектиты - в зависимости от физико-химических условий. Значение. Используются как керамическое сырье. Лабрадорит - облицовочный камень. Беломорит - материал для различных поделок.

КВАРЦ - SiO2. Тригональная сингония. Происхождение названия неизвестно. Один из наиболее чистых минералов. Содержание отдельных примесей обычно не превышает n*10-3-n*10-4%. Переход - кварц (тригональная синг.) => -кварц (гексагональная синг.) осуществляется энантиотропно при температуре 573оС. Сплошные массы различной плотности и зернистости от грубошестоватых до скрытокристаллических, роговиково-подобных (яшмы, кремни), натечных (халцедон), землистых. Часто кристаллы призматического или дипирамидально- трапецоэдрического габитуса. Цвет белый, серый, розовый и других оттенков. Бесцветные прозрачные кристаллы - горный хрусталь; сиреневый кварц - аметист. Скрытокристаллический кварц - халцедон. Блеск от стеклянного до тусклого, жирного, иногда шелковистого. Спайности нет. Твердость 7. Излом раковистый.

Диагностика. Высокая твердость, отсутствие спайности, стеклянный блеск, раковистый излом.

Происхождение. Магматический в кислых горных породах, в гранитных пегматитах в ассоциации с полевым шпатом, слюдой, топазом, бериллом. Гидротермальный с сульфидами. Типичный минерал метаморфических пород: сланцев, гнейсов, железистых кварцитов. Гипергенный (кремень, халцедон). В поверхностных условиях устойчив. Накапливается в россыпях, часто в ассоциации с золотом.

Значение. Используется в стекольной, керамической промышленности, металлургии. В радиотехнике и оптических приборах. Широко используется в ювелирных поделках. Кварциты - строительный материал.

3. Породы покрышки и их роль в формировании и скоплении углеводородов

Одно из условий формирования и сохранения промышленных скоплений нефти и газа в земной коре – наличие в разрезе пород-покрышек (флюидоупоров), т.е. таких пород, которые практически непроницаемы. Только чередование в разрезе пород-коллекто-ров и флюидоупоров, наряду с другими факторами, создает оп-тимальные условия для образования промышленных скоплений УВ. Так, например, Апшеронский и Таманский полуострова, расположенные соответственно на юго-восточном и северо-за-падном погружениях Большого Кавказа, обнаруживают много общего в истории геологического развития. Как на Апшерон-ском, так и на Таманском полуострове развиты отложения неогена, слагающие диапировые структуры, осложненные грязе-выми вулканами. Однако, несмотря на сходство геологического строения, эти регионы резко различаются по нефтегазонос-ности: если на Апшероне смогли сформироваться местоскоп-ления нефти и газоконденсата, то на Таманском полуострове значительных, промышленных скоплений УВ до сих пор не обнаружено. Одной из главных причин этого является тот факт, что на Апшероне при прочих равных условиях имеет место чередование пород-коллекторов с хорошими емкостно-фильтрационными свойствами и флюидоупоров, в то время как на Таманском полуострове разрез сложен преимущественно глинисто-мергельными глубоководными отложениями без зна-чительных прослоев пород-коллекторов.

Флюидоупоры различаются по характеру распространения (протяженности), по мощности, литологическим особенностям, степени нарушенности сплошности, минеральному составу и т.д. Этими же факторами определяются их экранирующие свойства3.

Наиболее надежными флюидоупорами являются глинистые толщи и эвапориты (соль, гипс, ангидрит). Трещиноватость, присутствие прослоев песчаников, алевролитов ухудшают ка-чество и надежность покрышек. Среди глинистых покрышек относительно хорошими флюидоупорами являются монтморил-лонитовые разности, которые при наличии влаги разбухают и совершенно теряют фильтрационные свойства. Ангидриты бо-лее хрупки по сравнению с солью и не всегда являются надеж-ными флюидоупорами. Пластичная соль обладает лучшими экранирующими свойствами. Кроме глин и эвапоритовых отло-жений флюидоупорами могут быть мергель, плотные окремне-лые известняки, глинистые сланцы, плотные аргиллиты и дру-гие породы. Однако ангидриты и плотные аргиллиты при возникновении в них трещиноватости теряют свойства флюидо-упоров и становятся частично коллекторами (как, например, аргиллиты баженовской свиты Западной Сибири, стрыйская серия Карпат, нижнепермские ангидриты Шебелинского местоскопления и др.).

Предположение некоторых исследователей, что глины на больших глубинах теряют свойства флюидоупоров (перестают быть покрышками), по-видимому, не соответствует действи-тельности. Это предположение, возможно, справедливо в отно-шении глинистых сланцев, которые в ряде случаев на значительных глубинах действительно приобретают трещиноватость и перестают быть флюидоупорами.

Среди эвапоритовых отложений наиболее надежными флюи-доупорами являются соленосные толщи, особенно на больших глубинах, где они приобретают повышенную пластичность. Од-ним из факторов, обусловливающих формирование ряда круп-нейших местоскоплений мира, является наличие соленосны.; флюидоупоров (Хасси-Р'Мель, Хасси-Месауд в Алжире, Шебе-линка и др.).

На основе анализа строения и распространенности слабо-проницаемых пород на примере эпипалеозойских платформ СССР и сопредельных регионов Э. А. Бакиров (1969 г.) пред-ложил классификацию флюидоупоров (покрышек) с учетом масштаба их распространения и положения в разрезе. По вы-держанности флюидоупоров в пределах нефтегазоносных про-винций и нефтегазоносных областей, зон нефтегазонакопления и местоскоплений нефти и газа Э. А. Бакиров выделил регио-нальные, субрегиональные, зональные и локальные флюидо-упоры4.

К региональным флюидоупорам относятся толщи по-род, лишенные практически проницаемости и распространен-ные на всей территории провинции или на значительной ее части — области. Примером могут служить майкопские отло-жения (олигоцен — нижний миоцен), которые развиты на всей территории Предкавказья и альпийских передовых прогибов, а также глинистые отложения альба, широко распространен-ные в пределах Скифской и Туранской плит Западно-Сибир-ской нефтегазоносной провинции.

Субрегиональные флюидоупоры — это толщи практи-чески непроницаемых пород, распространенных в пределах крупных тектонических элементов первого порядка, к которым приурочены нефтегазоносные области. Например, соленосные отложения верхней юры Восточно-Кубанской впадины (Скиф-ская плита) и Амударьинской и Мургабской впадин (Туранская плита) или туронские глины в Западно-Сибирской провинции.

К зональным флюидоупорам относят непроницаемые толщи пород значительной мощности, распространение которых ограничивается зоной нефтегазонакопления или частью терри-тории нефтегазоносной области, приуроченной к структурным элементам второго порядка (валообразным поднятиям или к тектоническим блокам, объединяющим несколько локальных структур). В качестве примера зонального флюидоупора можно привести альбские глинистые отложения востока Туранской плиты.

Локальные флюидоупоры распространены в пределах одного или нескольких близко расположенных местоскоплений и не выходят за пределы зоны нефтегазонакопления. Как пра-вило, их площадь распространения контролируется локальной структурой, они способствуют формированию и сохранению в ее пределах залежей нефти и газа.

Кроме того, Э. А. Бакировым по соотношению флюидоупо-ров с этажами нефтегазоносности были выделены:

межэтажные толщи-покрышки, перекрывающие этаж нефте-газоносности в моноэтажных местоскоплениях или разделяю-щие их в полиэтажных местоскоплениях;

внутриэтажные, разделяющие продуктивные горизонты внутри этажа нефтегазоносности.

По экранирующей способности (в зависимости от прони-цаемости и давления прорыва газа) А. А. Ханин разделил по-крышки на пять групп (табл. 2)5.

Характер изменения структуры порового пространства и проницаемость, а следовательно, экранирующая способность флюидоупоров в значительной мере обусловлены изменением плотности пород, которая прежде всего зависит от минераль-ного состава и глубины залегания. Одновозрастные глинистые отложения, перекрывающие одни и те же продуктивные ком-плексы, но залегающие на разных гипсометрических уровнях, имеют различные плотность и удерживающую способность.

Таблица 2

ГРУППЫ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД ПО ЭКРАНИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

(по А. А. Ханину, 1969 г.)

Группа	Максимальный диаметр пор, мкм	Экранирующая способность покрышки	Абсолютная проницаемость по газу, м2	Давление прорыва газа, МПа
А	≤0,01	Весьма высокая	≤10-21	≥12
В	0,05	Высокая	10-20	8
С	0,30	Средняя	10-19	5,5
D	2	Пониженная	10-18	3,3
Е	10	Низкая	10-17	<0,5

4. Опробование и освоение скважин в разных геологических условиях

Методы и приемы разведки нефтегазовых месторождений существенно отличаются от разведки твердых полезных ископаемых, хотя поисковые и разведочные стадии у них совпадают. Определенное влияние на методику поисково-разведочных работ оказывают условия и специфика месторождений нефти и газа.

В начальный период поисковых работ изучается геологическое строение района, при этом особое место занимают геохимиче-ские методы поисков и выявление аномалий. Значительное вни-мание уделяется нефтегазосъемке, направленной на выявление пространственного расположения аномалий, связанных с нахож-дением на глубине залежей нефти или газа. Важную роль при поисково-разведочных работах играют геофизические методы. Ши-рокое распространение получил сейсмический метод и его раз-личные модификации.

Отличие разведки нефтяных и газовых месторождений от раз-ведки месторождений твердых полезных ископаемых заключается в том, что, во-первых, в начальный период разведки нефтегазо-вых месторождений основные усилия затрачиваются не на обна-ружение полезного ископаемого, а на детальное исследование предполагаемой газонефтеносной структуры. Во-вторых, деталь-ная разведка нефтегазовых месторождений практически совпадает с их промышленной эксплуатацией, так как разведочные сква-жины, достигшие нефтеносного пласта, становятся эксплуатаци-онными — нефть фонтанирует под напором из недр. Этим определяется и специфика строительства разведочно-эксплуатацион-ных скважин на нефть и газ. Как правило, первая скважина закладывается в наиболее высокой части геологической структу-ры — в куполе или антиклинальном перегибе. Вблизи выхода нефтеносного горизонта на поверхность бурить скважины нецелесообразно, так как здесь располагаются зоны истощения нефтеносного горизонта. В-третьих, при разведке нефтяных ме-сторождений подсчитывается не общее количество найденной неф-ти (газа), а то, которое можно извлечь. Поэтому важно не столь-ко определить объемы нефтеносных пластов, представляющие со-бой тела, насыщенные жидким или газообразным полезным ископаемым, сколько выяснить возможный или вероятный выход полезного ископаемого из данной группы скважин с определен-ного участка или же всего месторождения в целом.

Учитывая все это, следует отметить, что разведочно-эксплуа-тационные скважины располагают по профилям, но установить при этом оптимальное расстояние между выработками или указать нужную плотность разведочной сети невозможно. Обычно рас-стояния между разведочными линиями составляют 1 — 3 км, а между скважинами вдоль одной разведочной линии 200 — 1500 м.

Особенности локализации нефтегазовых месторождений обус-ловливают и широкое применение бурения и геофизических ме-тодов разведки6.

Опробование месторождений полезных ископаемых или рудопроявлений — один из важнейших элементов геологоразведочного процесса.

Опробованием называется система операций (отбор, обработ-ка и анализ рудного материала), обеспечивающих исследование качества полезного ископаемого: химического, минерального и петрографического составов, физико-технических и технологиче-ских свойств и др.

Опробование позволяет оценить качество каустобиолитов по сортам и непосредственно по участкам месторождения, выяснить законо-мерности распределения нефти и газа в пространстве, соотношение обогащенных и разубоженных участков и многое другое, без чего невозможно выбрать правильное направление геологоразведочных работ, решить вопросы оконтуривания различных по качеству площадей месторождений, производить контроль за полнотой отра-ботки месторождения, планировать добычу нефти и газа, подсчитать запасы нефти и газа и пр.

К важнейшим видам опробования относятся: химическое, ми-нералогическое, техническое, технологическое.

Химическое опробование производится с целью определения химического состава полезного ископаемого для дальнейшего ис-пользования полученных материалов при подсчете запасов раз-личных компонентов, определения мощности и площадей рудных залежей в случае нечетко выраженных границ, изучения природ-ных типов и т. п.

Минералогическое опробование позволяет установить качест-венный и количественный минеральный состав полезного ископае-мого, структурные и текстурные особенности и физические свой-ства минералов, выявить присутствие и характер минералов-спут-ников.

Техническое опробование состоит из ряда операций, направ-ленных на изучение физических свойств полезного ископаемого в зависимости от его специфики и области использования, на-пример электрического сопротивления и крупности кусков кри-сталлов мусковита или длины, прочности, кислотоупорности и жа-ростойкости асбеста и т. п.

Технологическое опробование проводится для выяснения тех-нологических свойств полезного ископаемого и разработки по технико-экономическим показателям оптимальной схемы обогаще-ния и передела сырья с учетом его комплексного использования.

Разновидностью минералогического опробования является шлиховое опробование механических (песчано-гравийных) орео-лов и потоков рассеяния с целью изучения состава и количест-венных соотношений тяжелых (шлиховых) минералов: алмаза, берилла, вольфрамита, золота, касситерита, киновари, магнети-та и др.

Литература

Габриэлянц Г.А. Геология нефтяных и газовых месторождений. – М.: Недра, 1984. – 285 с.

Геология и геохимия нефти и газа /Под общ. ред. А.А.Бакирова и З.А.Табасаранского. – М.: Недра, 1982. – 288 с.

Добровольский В.В. Геология. – М.: ВЛАДОС, 2001. – 320 с.

Красильщиков Я.С. Основы геологии, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. – М.: Недра, 1987. – 236 с.

Справочник по геологии нефти и газа /Под ред. Еременко Н.А. – М.: Недра, 1984. – 480 с.

1 Добровольский В.В. Геология. – М.: ВЛАДОС, 2001. – С. 294.

2 Добровольский В.В. Геология. – М.: ВЛАДОС, 2001.

3 Габриэлянц Г.А. Геология нефтяных и газовых месторождений. – М.: Недра, 1984. – С. 27.

4 Справочник по геологии нефти и газа /Под ред. Еременко Н.А. – М.: Недра, 1984.

5 Геология и геохимия нефти и газа /Под общ. ред. А.А.Бакирова и З.А.Табасаранского. – М.: Недра, 1982. – С. 60.

6 Красильщиков Я.С. Основы геологии, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. – М.: Недра, 1987. – С. 200.