Внедрение новых физических методов в нефтяную геологию по изучению вмещающих пород и их геофизических полей позволяет более эффективно осуществлять поиски и разведку месторождений. Наряду с исследованиями условий происхождения самой нефти необходимо детальное изучение генезиса вмещающих пород с дифференциацией электрофизических свойств минералов. Эта задача связана и с наблюдающейся тенденцией сближения противоположных гипотез о происхождении нефти [1, с. 45; 2, с. 48]. Исследования катагенных преобразований карбонатных толщ – весьма актуальны и имеют как теоретическое, так и практическое значение в геологии нефти и газа. Например, в своих работах В.К. Попов и В.М. Матусевич (1978,1981,1982) рассмотрели роль эпигенетических образований карбонатов и формирование геохимического облика подземных вод нефтегазоносных толщ – с одной стороны. С другой стороны – отметили значение преобразования карбонатных осадков в формировании и существования зоны карбонатной цементации пород, обуславливающей возникновение гидрогеологических условий осадочных бассейнов [3, с. 4].
С целью определения возможности разделения карбонатных толщ фундамента, нефтеносной провинции Западно-Сибирской низменности электрофизическими методами проведены предварительные исследования электропроводности и электромагнитного излучения мраморов и известняков из глубинных скважин. Построены области температурной зависимости электропроводности мраморов и известняков как в процессе первичного нагревания образцов, так и для повторного, что позволяет на основании сопоставления этих областей получать информацию о метаморфизме осадочных толщ и, возможно, о их частичной метасоматической и гидротермальной проработке [4, с. 156].
Одним из перспективных методов исследования минерального вещества является термолюминесценция (ТЛ). Возникновение ТЛ связывают с дефектностью кристаллов и наличием в них примесей радиоактивных элементов. Термолюминесценция измерялась на установке, созданной в лаборатории «Электроники диэлектриков и полупроводников» ТПИ, которая позволяла измерять термолюминесценцию до температур 500ºС [5, с. 437]. Природная термолюминесценция образцов карбонатных пород, отобранных из кернового материала, была ниже чувствительности установки. Поэтому образцы горных пород предварительно подвергались гамма-облучению. Измерения гамма-термолюминесценции проводилась на образцах карбонатных пород, отобранных из скважин в районах Чкаловской (СКВ. №2), Северо-Останинской (СКВ. №2), Тамбаевской (СКВ. №13) площадей и Калинового нефтяного месторождения (СКВ. №13; №16) Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции на территории Томской области. Возбуждение образцов осуществлялось γ-лучами от источника Со60. В качестве примера рассмотрим особенности гамма-термолюминесценции образцов из СКВ. №2 Чкаловской площади. На кривой γ-ТЛ для большинства образцов выделяются три четких максимума: при 110-120º, 220-230º и 300-315ºС. Для образца №3361 наблюдается лишь два пика 115º и 230ºС, а третий, высокотемпературный отсутствует. Все пики представляются элементарными, однако, возможно, что второй пик может иметь тонкую структуру, как это наблюдается для образцов №3320 (205 и 220ºС) и №3329 (215 и 235ºС). Интенсивность γ-ТЛ всех представленных образцов довольно высокая.
Мраморы (обр. №№3335, 3377 и 3381) характеризуются наибольшей запасенной светосуммой (S) и высокой интенсивностью всех трех пиков. Величина I1 первого низкотемпературного максимума γ-ТЛ мраморов достигает значений 1000-2000 относительных единиц, в то время как для остальных образцов I1 изменяется от 80 до 400 отн. ед. (рис.1.) Гамма-ТЛ мраморов представлена на рис.2. Тип кривой γ-ТЛ для них одинаков, однако они различаются по интенсивности первого (I1) и второго (I2) пиков, причем температура максимума Т2 смещается в сторону высоких температур.
|
Рисунок 1. Гистограмма изменения запасенной светосуммы и интенсивности пиков гамма-ТЛ карбонатных пород Чкаловской площади (Скв. № 2)
|
Наименьшую запасенную светосумму и интенсивность пиков у мраморов имеет обр. №3377, который по предварительному петрографическому анализу был отнесен к кальцитовым песчаникам.
| Рисунок 2. Гамма-ТЛ мраморов (Чкаловская область): I – обр. № 3377; 2 – обр. № 3335; 3 – обр. № 3381. |
Вероятно, различие образцов по величине запасенной светосуммы и интенсивности пиков (особенно, первого при 110-120ºС) может служить критерием степени кристаллизации, мраморизации и метаморфизма карбонатных пород, а также диагностическим признаком для разделения карбонатных толщ. В табл.1 приведены для сравнения данные химического состава и температуры (Тm) и интенсивности (In) γ-ТЛ образцов тонкозернистых известняков №3353, 3354, 3358; кривые γ-ТЛ представлены на рис.3.
Таблица 1
Термолюминесценция карбонатных пород
| № образца | Температура пиков | Интенсивность пиков (отн. ед.) | % содержание | Запасенная светосумма (отн. ед.) | |||||||
| Т1 | Т2 | Т3 | I1 | I2 | I3 | СаО | СаСО3 | н.о | |||
|
3353 |
110 | 220 | 305 | 86 | 148 | 46 | 36,64 | 65,43 | 3,30 | 47,83 | |
| 3354 | 120 | 225 | 310 | 220 | 64 | 9 | 53,54 | 72,00 | 0,96 | 45,72 | |
| 3358 | 115 | 225 | 315 | 264 | 172 | 42 | 40,32 | 95,61 | 0,70 | 77,49 | |
Данные таблицы показывают, что очевидной связи между положением и интенсивностью температурных максимумов γ-ТЛ не имеется, лишь в какой-то мере можно говорить о влиянии примесей на снижение температуры пиков.
| Рисунок 3. Гамма-ТЛ тонкозернистых известняков (Чкаловская площадь): I – обр. № 3353; 2 – обр. № 3354; 3 – обр. № 3358. |
В то же время характер кривых γ-ТЛ образцов №№ 3354,3355 резко отличается от гамма-ТЛ образца № 3353, для которого характерна высокая интенсивность второго пика I2 по сравнению с первым, то есть I2/I1 > 1. Вероятно, изменение пика кривой обусловлено изменением условий осадконакопления или процессами доломитизации. По изменению отношений интенсивностей пиков I1/ I2 , I2/ I3 и I1/ I3 для образцов карбонатных пород, вскрытых скважиной № 2 на Чкаловской площади, можно выделить несколько участков, характеризующихся повышенными и пониженными значениями отношений пиков. Вероятно, отношения интенсивностей пиков на кривой γ-ТЛ также могут быть выбраны в качестве критериев для расчленения и корреляции карбонатных пород.
Более наглядными разрезы по скважинам становятся после проведения обработки на ЭВМ данных по термолюминесценции, ДТА и спектроскопии с помощью специальных программ «Maero Calc и Math Cod» (рис. 4).
| Рис. 4. Объемное представление интенсивности гамма-ТЛ (б); послойный срез пиков ТЛ (изограмма – термолюминесценциды) (в) по участку разреза Северо-Останинской площади (скв. № 2). |
| Рисунок 5. Обзорные спектры инфракрасного поглощения образцов карбонатных пород: I – черный известняк (обр. № 3329); 2 – серый мрамор (обр. № 3381); 3 – светло-коричневый мрамор (обр. № 788); 4 – известняк темно-серый с прожилками кальцита (обр. № 3323). |
Для подтверждения полученных результатов методом гамма-ТЛ по определению доломитовой молекулы в кальците черных известняков была использована инфракрасная спектроскопия. Измеренные спектры ИК-поглощения образцов №№ 3323, 3329, 3381 и 788 представлены на рис.5. По данным ИК-спектроскопии, образцы являются карбонатами кальция и имеют практически одинаковые спектры ИК-поглощения, с набором основных полос, соответствующих карбонату кальция с решеткой кальцита. Таким образом, применение метода ИК-спектроскопии является необходимым для проведения предварительной диагностики карбонатных пород [6, с. 31].
Получены предварительные результаты по расчленению карбонатных толщ на основе сопоставления плотности энергии эндо-экзотермических реакций на примере литологической колонки скважины № 13 Калинового нефтяного месторождения. Приведены сравнительные данные по термическому анализу, электропроводности и термолюминесценции горных пород из скважин Тамбаевской, Северо-Останинской, Калиновой и Чкаловской площадей. Показаны возможности метода термического анализа по идентификации минералов и определению кинетических и термодинамических параметров фазовых превращений, как источника генетической информации. Отмечается четкая зависимость увеличения количества поглощенного тепла при уменьшении содержания органики и сульфидов. Содержание карбонатов также колеблется по разрезу. Синхронно с уменьшением сульфидов и органики (т.е. ослабления экзотермического эффекта) увеличивается интенсивность гамма-термолюминесценции. Там где горная порода содержит термически инертные минералы, возрастает объемная плотность и интенсивность термолюминесценции. Основная часть эндотермических эффектов обусловлена декарбонатизацией, декрепитацией газово-жидких включений в халцедоне, вторичном кальците и доломите.
В нашем случае при исследовании карбонатных пород, кроме декарбонатизации, при нагревании на кривых электропроводности отражаются процессы дегидратации, выгорания органических остатков, перераспределение пористости (декрепитация, коалинизация, перераспределение точечных и линейных дефектов).
Рассмотрим, как процессы декарбонатизации отражаются на электрофизических свойствах известняков (рис. 6). Декарбонатизация темно-серого известняка, с прожилками кальцита (обр. 33231) и идентичного образца 33232, начинается в интервале температур 490оС — 510ºС. Стадии декарбонатизации на кривых электропроводности выражены отчетливо:
- Расширение кристаллической решетки и поляризация образца 33231 в интервале 490-550ºС и 510-610ºС для образца 33232.
- Отделение О-1, С+4, перестройка кристаллической решетки, связывание кислорода с углеродом 550-700ºС для первого и 610-710ºС второго.
- Участие в электропроводности О-2, СО+2, Са+2, образование двуокиси углерода и кристаллической решетки СаО в пределах 700-840ºС и 710-850ºС.
- Окончание процесса декарбонатизации, обособление решетки СаО и формирование пор (840-920º и 850-910ºС).
Кривые изменения вакуума образцов отражают процесс декарбонатизации широким минимумом, который характеризует весь процесс в целом и показывает, что, начиная с температуры 550º до 920ºС, идет газовыделение из кристаллической решетки минералов.
| Рисунок 6. Температурная зависимость электропроводности образца № 3323 (темно-серый известняк с прожилками кальцита из интервала 2968,8 – 2972,3 м):1 – нагревание, 2 – охлаждение; б – изменение вакуума в системе от газоотделения образца; в – импульсное электромагнитное излучение при охлаждении (в процессе нагревания ЭМИ не зарегистрировано); г – гамма-ТЛ; д – ДТА. |
Установленные закономерности эволюции карбонатного вещества при воздействии теплового и электрического полей при помощи электрофизических методов можно использовать для разделения и корреляции карбонатных толщ палеозоя нефтегазовых месторождений. Метод электропроводности, термографический анализ в комплексе с методами термолюминесценции и гамма-термолюминесценции, ИК-спектроскопии, петрографическим, спектральным можно рекомендовать для определения кинетики диагенетических преобразований вещества осадочных пород и генезиса нефтегазообразования.
Литература
- Порфирьев В.Б. О критике теории неорганического происхождения нефти/ В книге: Проблемы неорганического происхождения нефти. Киев: Наукова думка, 1971. – С. 34-54.
- Тимурзиев А. И. Прогнозирование нефтегазоности на основе связей физических полей с новейшими структурами земной коры.// Геология нефти и газа, 2004. -№ 4. — С. 39-51.
- Матусевич В.М., Попов В.К. Микроэлементы в подземных водах – показатели нефтегазоносности// Изв. Вузов «Нефть и газ»,1978-№ 8.-С.3-8.
- Сальников В.Н., Шелегин А.С. Исследование электрофизических свойств, карбонатных пород палеозоя нефтегазовых месторождений Томской области//Современные наукоемкие технологии, 2014–. №4. – C. 154-162
- Сальников В.Н., Арефьев К.П., Заверткин С.Д., Потылицына Е.С., Лукьянова Е.В., Федощенко В.И., Гожин Э.Э. Самоорганизация физико-химических процессов в диэлектрических природно-техногенных средах. Томск: STT, 2006. – 530 С.
- Коровкин М.В. Инфракрасная спектроскопия карбонатных минералов. Томск: Изд-во ТПУ, 2012.-79 С.[schema type=»book» name=»РАСЧЛЕНЕНИЕ КАРБОНАТНЫХ ТОЛЩ НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ» description=»В статье приводятся результаты исследования самоорганизации нефтегазовых месторождений и электрофизическая методология. Показаны закономерности эволюции карбонатного вещества при воздействии теплового и электрического полей. Электрофизические методы (электропроводность и электромагнитная эмиссия при нагревании, термолюминесценция, ИК-спектроскопия, дифференциально-термографический анализ) можно использовать для разделения и корреляции карбонатных пород палеозоя нефтегазовых месторождений.» author=»Шелегин Антон Сергеевич; Сальников Владимир Николаевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-04-13″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_4(13)» ebook=»yes» ]