Филиппович Ю.В. (ЦАГГИ, Южный филиал ОАО Хантымансийскгеофизика)

Аномальные разрезы (АР) пограничных слоев юры и неокома являются особым классом геологических образований, интерес к которым периодически то возникает, то пропадает. Нежданов А.А. определяет его “как своеобразный геологический феномен, позволяющий уяснить, что история геологического развития Западной Сибири была более сложной, чем представляется”, но не имеющий большого практического значения [5]. Можно было бы согласиться с данной установкой, если бы не значительная масштабность рассматриваемого природного явления. По-видимому, современный уровень изученности и геологического восприятия не позволяет в полной мере оценить значимость этого геологического образования, оказавшего существенное влияние как на особенности последующего осадконакопления, так и на процессы миграции и аккумуляции углеводородов.

В настоящее время среди специалистов превалируют две точки зрения на рассматриваемую проблему. Одни придерживаются предложенной Мкртчяном О.М “клиноформно-слоистой модели регионального строения битуминозно-глинистых баженовских слоев”, основывающейся преимущественно на анализе волновой картины на временных сейсмических разрезах. Согласно этой модели, “в пределах Западно-Сибирской плиты с востока на запад происходит неоднократное региональное выклинивание баженовских литофаций и появление новых подобных литофаций на несколько более высоком стратиграфическом уровне, … в тесной пространственно генетической связи и по тому же закону, что и миграция ачимовских клиноформ” [3].

Вторая точка зрения, опираясь в основном на скважинную информацию, предполагает преобладание “подводно-оползневого генезиса” АР баженовской свиты и ачимовской толщи. Эта модель рассматривает АР как более сложные в литологическом отношении геологические объекты, формирование которых обусловлено неслоистым перемешиванием битуминозных аргиллитов баженовского горизонта и песчано-глинистых осадков ачимовской толщи. Согласно данным керна, в интервале АР отмечается широкое “развитие оползневых и флюидальных текстур, трещин, нептунических даек, зеркал скольжения и других дислокаций”, придающих породе “мусорный” облик. В крест простирания подобные геологические тела имеют следующее строение: “битуминозные породы, сливающиеся в западных скважинах в единое тело баженовской свиты, в восточном направлении расклиниваются песчано-глинистыми породами, затем резко на коротких расстояниях переходят в нормальные разрезы баженовской свиты” [4]. Следует дополнить, что в отдельных случаях отмечается вовлечение в зону деформаций даже осадков верхней части васюганской свиты (северная часть Курраганского месторождения).

“Оползневая” модель АР также довольно однозначно распознается на временных сейсмических разрезах. На рис.1 представлена типичная волновая картина в зоне развития этого вида аномальных разрезов. ОГ “Б”, приуроченный к кровле битуминозных отложений баженовской свиты, отличается слабой выдержанностью и резким изменением волнового рисунка, выражающемся в варьировании динамических характеристик волны и значительном временном сдвиге вверх по разрезу с разрывом сплошности. При этом часто не выделяются элементы глубинной разрывной тектоники, контролирующие границы зоны АР. В то же время привлекают внимание многочисленные бескорневые “сколовые” срывы осей синфазности, направленные встречно общему наклону отражающих границ. Эта картина полностью тождественна классическому строению оползневых толщ как подводного, так наземного генезиса. Между ОГ Б и Б₁ присутствует относительно самостоятельное отражение, ассоциируемое с внедрившейся ачимовской песчано-глинистой толщей.

 

Рис.1. Пример “оползневой модели” АР на сейсмическом разрезе.

Большинство специалистов, придерживающихся “оползневой” модели, рассматривают АР как специфические образования, связанные с эндогенными подводно-оползневыми процессами, обусловленными резко возросшими в неокоме скоростями осадконакопления. “При циклических понижениях уровня моря, сильных штормах происходило сбрасывание значительных масс терригенных осадков в глубоководную зону. Крупные оползневые массы, создавая значительную нагрузку на подстилающие образования, приводили к их разрыву и смятию в зонах наибольшей неоднородности упругодеформационных свойств пород. При таких нагрузках битуминозные глины, обладающие физическими свойствами, резко отличными от подстилающих пород, отрывались от прочно литифицированных еще в диагенезе конкреционных образований, залегающих в кровле георгиевской свиты, деформировались, раскалываясь на отдельные прослои, промежутки между которыми заполнялись песчано-глинистым материалом, поступающим в оползнях” [4].

Некоторые исследователи предполагают, что при поступлении в бассейн незначительного количества материала могло и не происходить нарушение тонко отмученных аргиллитов, а при “лавинной” седиментации и вблизи крутых склонов палеоструктур (1о) неуплотненные баженовские литофации могли претерпевать разрыв [8]. У нас имеются существенные возражения по поводу степени литификации битуминозных образований баженовской свиты. Согласно керновым данным, обломки баженитов, внедренные в небитуминозные осадки ачимовской толщи, в основном остроугольной формы, что свидетельствует о достаточно высоком уровне их диагенетической преобразованности и “указывает на отсутствие активной транспортировки” [4]. Это вполне закономерно, если учесть, что при относительно небольшой мощности осадки баженовской свиты формировались на протяжении не менее 10 млн. лет при постоянном давлении столба морской воды высотой в несколько сот метров. В свою очередь, слабоуплотненные фрагменты глин ачимовского литостратиграфического диапазона часто представлены окатышами, образованными за счет процессов трения с породами вмещающего субстрата.

В последние годы многие специалисты закладывают данный механизм в процесс формирования всего неокомского клиноформного комплекса, опираясь при этом на исследования Лисицына А.П. “….морской лавинной седиментации … на современных побережиях океанов”. В частности, “….формирование каждого последующего клиноформного горизонта при лавинном перемещении материала сопровождалось срезанием верхней части клиноформы” и оползневым переотложением у подножия склонов [1]. Такое откровенно смелое перенесение океанической обстановки осадконакопления на полузамкнутый внутриконтинентальный бассейн вызывает серьезные возражения. Конечно, принцип подобия в природе является сквозным, однако необходимо вносить существенные поправки на специфику анализируемого объекта. Оппонируемым исследователям, вероятно, известно, что океаны относятся к планетарным структурам более высокого ранга, чем континентальные моря. К примеру, в океанах углы наклона континентального склона с среднем составляют более 100, что уже изначально провоцирует гравитационное скольжение осадков. В то же время наклон неокомских клиноформ Западной Сибири не превышает 10.

Согласно керновым данным, в интервале более распространенных, недислоцированных разрезов “склоновых” и фондаформных (ачимовских) частей клиноформных циклитов развиты литологические разности, характеризующиеся тонкой, ненарушенной горизонтальной слоистостью, свидетельствующей о динамически спокойном режиме осадконакопления. Напротив, отложения ундатемы, формировавшиеся в условиях динамически активной водной среды (волноприбойная и приливно-отливная деятельность моря, прибрежные течения и мутьевые потоки рек), отличаются значительными проявлениями эндогенного переотложения и преобразования осадков.

По нашему мнению, охарактеризованные выше модели аномального строения пограничного литостратиграфического диапазона верхней юры и неокома не являются альтернативными и конкурирующими, а отражают два типа аномальности, различных по своему генезису. В первом приближении их можно условно определить как седиментогенный и эндогенный . Более того, в практике поисково-разведочных работ нередки случаи одновременного развития обоих типов в пределах одного месторождения, что значительно затрудняет процесс его геологического моделирования.

Следует особо отметить, что выделенные типы, по всей видимости, не отражают весь спектр АР, в частности, новый вид аномальности, связанный с горизонтальными дизъюнктивными дислокациями (надвигами) — тектоногенный. Данный тип АР выделяется автором в пределах северной части Комсомольского месторождения и в Иртыш-Кондинском междуречье. В то же время у исследователей, пропагандирующих этот механизм формирования АР, наблюдается явное стремление альтернативного противопоставления его другим моделям [9], что совершенно необоснованно. Так как последний слабо изучен, в данной статье предлагается рассмотреть механизмы и условия формирования только двух первых типов АР.

Седиментогенный тип АР для специалистов в области региональной геологии Западной Сибири в принципе не является аномальным образованием. Его аналоги- отложения тутлеймской и мулымьинской свит западных районов геосинеклизы, в разрезе которых отмечается скачкообразное омоложение стратиграфического уровня битуминозности, соответственно, с охватом позднего валанжина и готерива. Поэтому некоторые сторонники “оползневой” модели не отрицают “предположения о формировании верхнего мощного слоя битуминозных глин в берриасе-валанжине” в зонах, где “АР характеризуются выдержанностью и где отсутствует дислоцированность пород (Вачимская, Яунлорская, Быстринская площади)”, связывая их генезис с трансгрессивными обстановками осадконакопления [4].

Этот список площадей можно существенно расширить. Развитие АР в виде двойного уровня битуминозных образований отмечается в пределах Новоаганской и Западно-Итурской площадей. Его широкое распространение наблюдается по западному склону Уренгойского мегавала. Крупная, субрегиональная зона прослеживается в северо-северо-восточном направлении от Тобольской площади через Уватскую, Зимнюю, Ендырскую, Кальчинскую, Северо-Кальчинскую, Северо-Демьянскую и Верхнесалымскую до Большого Салыма и далее к вышеозначенной Вачимско-Яунлорской зоне.

Таким образом, по крайней мере в западной части верхнеюрско-неокомского бассейна морского осадконакопления просматривается линейно-вытянутая региональная область этого типа “аномальности” баженовского горизонта от Тобольска до Уренгоя. При этом зона характеризуется скользящим возрастом анализируемых отложений, последовательно омолаживающихся в юго-западном направлении. По мнению автора, это связано с поступательным процессом замыкания морского бассейна вследствие интенсивного воздымания и перехода в континентальный режим осадконакопления Ямало-Тазовской области, начавшегося в позднем валанжине. Соответственно наблюдается последовательное смещение областей наибольшего неокомского прогибания в юго-западном направлении. Это отчасти подтверждается сейсмическими материалами. По временным разрезам не удается проследить на большие расстояния отдельные “скачки” уровня битуминозности, что подтверждает их относительную локализованность. Вероятно, верхний битуминозный слой маркирует в определенные циклы осадконакопления зоны максимальных палеоглубин неокомского моря, в которых происходит битуминизация дистальных частей фондаформ субрегионально развитых трансгрессивных глинистых пачек. Следовательно, вполне обоснованно предположить, что кровельные части тутлеймской и мулымьинской свит также имеют скользящий возраст.

Как показано выше, доминирующие в настоящее время взгляды на механизм формирования эндогенного типа АР имеют весьма серьезные недостатки. Наиболее значительный шаг для их преодоления сделал Нежданов А.А., существенно сузив диапазон причин формирования АР. В 1992 г. этот тип геологических образований был отнесен им к классу “сейсмотурбидитов” — катастрофических мутьевых потоков, генезис которых обусловлен приуроченностью к палеосейсмическим районам [5]. Автор, развивая данную идею, сделал попытку еще больше конкретизировать механизм процесса образования АР баженовского горизонта и ачимовской толщи.

Принципиально механизм формирования оползневых структур рассматриваемого типа, разработанный М.Хаббертом и В.Руби в 1959 г., основывается на подъемном эффекте аномально-высокого давления растворов, содержащихся в порах нелитифицированных горных пород.

Если оползание вызывается гравитацией, прочность пород не имеет существенного значения. Тем не менее при нормальном трении преобладают условия, предотвращающие скольжение. Связанность вышележащих и подстилающих пород по плоскости сместителя не может уменьшиться до нуля из-за существования неровностей у этой поверхности. Одни осадки, по-видимому, особенно способствуют скольжению действуя подобно слою “смазки”, другие возникают уже в процессе скольжения дополнительно усиливая “смазывающий” эффект [6]. В поверхностных оползнях роль “смазки” часто выполняют глины. Однако на глубине они довольно быстро обезвоживаются и становятся флюидоупорными экранами для подстилающих песчаных пластов теряя эту способность.

Напротив, очень хорошую текучесть приобретают песчаники при достаточно высоком поровом давлении пластового флюида. Погребенные на дне моря осадки под давлением вышележащих пород и столба воды претерпевают значительное уплотнение на самых ранних стадиях диагенеза. В большей степени этот процесс затрагивает глинистые породы, которые обезвоживаются за счет отжима седиментогенных вод, мигрирующих в подстилающий песчаный пласт. Если аккумулирующий резервуар представлен линзообразным, герметически запечатанным пластом базального генезиса, какими являются ачимовские песчаные тела, дальнейшая миграция флюида становится невозможной. Так как вода относится к практически несжимаемым материалам, под действием литостатического давления вышележащих пород и столба морской воды, обусловленного их весом, давление интерстиционного порового флюида будет резко возрастать вплоть до величины литостатического.

Способность к самозакупорке значительно усиливается благодаря большому количеству глинистых прослоев внутри песчаного пласта, что весьма характерно для ачимовских образований. В таких литофациальных объектах поровая вода способна держать “на плаву” значительную часть веса покрышки, так что относительно небольшие силы могут привести данные осадки в движение. Следует отметить, что, “чем больше поровое давление, тем меньше минимальное стартовое напряжение” [7].

Таким образом, при достаточном увеличении порового давления в глубоких слоях осадков небольшие усилия способствуют гравитационному оползанию по плоскостям с весьма пологим наклоном [6]. Теоретически даже очень крупные пластины могут сползать при уклонах всего лишь в один-два градуса, если поровое давление более 0,8 покрышечного [7]. Эти величины уклона вполне соизмеримы с углами антиклинальных складок в разрезе осадочного чехла Западной Сибири.

Следует отметить, что “плавучесть почти полностью ликвидирует трение, и огромные массы горных пород могут вовлекаться в скольжение. Такие массы обладают большим моментом движения, который и обусловливает сильную их деформацию при переходе в состояние покоя, особенно в зоне встречи с препятствием на фронте оползня” [6]. Более того, при быстром перемещении слаболитифицированных осадков подвижный материал подвергается сильному разрушению, давая множество обломков, и перемешивается. Подобное мы наблюдаем и в керне из интервалов АР баженовской свиты и ачимовской толщи.

Кроме того, механизм плавучести М. Хабберта и В. Руби не ограничивается лишь одной механически погребенной в осадках водой. При катагенезе из щелоче-содержащих хлоритов и слюд, составляющих основную часть глинистых минералов ачимовской толщи, будет выделяться определенный объем воды. Последняя при высоких давлениях сохраняется в виде паров в интерстиционном пространстве. Это обстоятельство в основном и определяет возникновение аномально-высокого пластового давления в ачимовском диапазоне северной части Западной Сибири.

Таким образом, в литостратиграфическом диапазоне пограничных слоев баженовского горизонта и ачимовской толщи для формирования АР эндогенного типа имеются все литолого-физические и термобарические предпосылки. Остается выяснить, что может послужить толчком для гравитационного соскальзывания осадков. В качестве импульса вполне могут быть тектонические процессы как дизъюнктивного характера, так и пликативного (например, инверсия или смещение свода). В определенном смысле зоны развития АР служат индикатором тектонически активных районов в неокомское время.

Кроме того, теоретически сейсмогенный импульс может быть спровоцирован физико-химическими процессами, происходящими на контакте резко различающихся по литологии пород. В данном случае вблизи границы раздела радиоактивной (битуминозные аргиллиты баженовского горизонта) и нерадиоактивной (песчаники и алевролиты ачимовской толщи) с высоким удельным сопротивлением пород могут накапливаться электрические объемные заряды. “Считая радиоактивную породу эмиттером, а нерадиоактивную – коллектором заряженных частиц (например, b-частицы), такую систему можно рассматривать как своеобразный ядерный генератор”. Необходимыми условиями длительного накопления заряда являются малая активность частиц и большое удельное сопротивление породы. Когда напряженность поля достигает значения электрической прочности среды, происходит разряд и образуется плазма. При накоплении большого заряда возможно образование мощного искрового электрического разряда, взрывное действие которого вызывает сейсмическое явление [2].

Сейсмогенный (эндогенный) тип АР баженовского и ачимовского горизонтов представляет наибольший интерес в нефтегазоносном отношении и является потенциальным поисковым объектом. Как отмечает Нежданов А.А.,”…хотя коллекторы АР генетически связаны с ачимовской толщей, ловушки УВ, приуроченные к ним, характеризуются специфическими особенностями строения, что вызывает необходимость выделять их в самостоятельный тип неструктурных ловушек — палеосейсмогенные” [5]. Но, по мнению многих исследователей, такие ловушки не имеют большого практического значения. В них установлены малодебитные залежи нефти. Сегодня из-за низких коллекторских свойств, сложности строения коллекторов и залежи, непромышленных уровней дебитов себестоимость добычи углеводородов в таких зонах весьма высока.

Однако наличие на площади АР “оползневого” типа служит определенным индикатором потенциальной перспективности недислоцированной части разреза ачимовской толщи. В частности, за счет скучивания терригенного материала образуется своеобразное седиментогенное поднятие, которое является либо геоморфологическим барьером, либо террасоподобным уступом, создающим благоприятные палеогеографические условия для накопления и пересортировки подводными течениями обломочных пород последующих регрессивных циклов и, как следствие, формирования песчано-алевритовых пластов с относительно улучшенными коллекторскими свойствами. Кроме того, коллекторы ненарушенных ачимовских пластов, синхронных АР, имеют непосредственный гидродинамический контакт с битуминозными отложениями баженовской свиты, которая, согласно классическим представлениям, является региональной нефтегенерирующей толщей.

Таким образом, в данной работе отражено многообразие видов аномального строения пограничных слоев верхней юры и неокома Западной Сибири. Выделены и охарактеризованы седиментогенный и сейсмогенный (эндогенный) типы АР, а также рассмотрены механизмы их формирования. Развитие первого связано с чисто фациальными условиями, обусловленными поступательным изменением батиметрии неокомского моря в юго-западном направлении. Второй обязан своим происхождением внутрипоровому давлению в нелитифицированных песчано-алевритовых, линзовидных отложениях ачимовской толщи, которые при эстремальных ситуациях легко поддаются процессам гравитационного соскальзования и формируют вместе с баженовским горизонтом толщи подводно-оползневого генезиса.

Литература

1. Белоусов С.Л., Мясникова Г.П. и др. Геолого-геофизическая модель строения продуктивных отложений неокома Шапшинско-Кондинской зоны и перспективные направления поисков залежей углеводородов. // Пути реализации нефтегазового потенциала ХМАО. — Ханты-Мансийск.- 1999.- С.191-206.
2. Кузнецов О.Л., Симкин Э.М. Преобразование и взаимодействие геофизических полей в литосфере. – М.- Недра.- 1990.
3. Мкртчян О.М., Трусов Л.А., Белкин И.М., Дёгтев В.А. Сейсмологический анализ нефтегазоносных отложений Западной Сибири. — М.- Наука.- 1987.
4. Нежданов А.А., Туманов Н.Н., Корнев В.А. Аномальные разрезы баженовской свиты и их сейсмогеологическая характеристика. // Сейсморазведка для литологии и стратиграфии. / Тр. ЗапСибНИГНИ.- Тюмень.- 1985.- С.64-71.
5. Нежданов А.А. Сейсмогеологический прогноз и картирование неантиклинальных ловушек нефти и газа в Западной Сибири (часть 1). – М.- Геоинформмарк.- 1992.
6. Оллиер К. Тектоника и рельеф. – М.- Недра. — 1984.
7. Спенсер Э.У. Введение в структурную геологию. – Л.- Недра.- 1981.
8. Шерстнов В.А. Анализ материалов поискового, разведочного и эксплуатационного бурения и сейсморазведки на территории ПО “Сургутнефтегаз”. — Сургут. — 1991.
9. Шпильман В.И. Проблемы освоения нефтегазового комплекса и возможные пути их решения. // Пути реализации нефтегазового потенциала ХМАО. -Ханты-Мансийск. — 1998. — С.7-17.