РАСЧЛЕНЕНИЕ КАРБОНАТНЫХ ТОЛЩ НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

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 (Т_m) и интенсивности (I_n) 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 490^оС — 510ºС. Стадии декарбонатизации на кривых электропроводности выражены отчетливо:

1. Расширение кристаллической решетки и поляризация образца 3323₁ в интервале 490-550ºС и 510-610ºС для образца 3323₂.
2. Отделение О^-1, С⁺⁴, перестройка кристаллической решетки, связывание кислорода с углеродом 550-700ºС для первого и 610-710ºС второго.
3. Участие в электропроводности О^-2, СО⁺², Са⁺², образование двуокиси углерода и кристаллической решетки СаО в пределах 700-840ºС и 710-850ºС.
4. 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

1. Порфирьев В.Б. О критике теории неорганического происхождения нефти/ В книге: Проблемы неорганического происхождения нефти. Киев: Наукова думка, 1971. – С. 34-54.
2. Тимурзиев А. И. Прогнозирование нефтегазоности на основе связей физических полей с новейшими структурами земной коры.// Геология нефти и газа, 2004. -№ 4. — С. 39-51.
3. Матусевич В.М., Попов В.К. Микроэлементы в подземных водах – показатели нефтегазоносности// Изв. Вузов «Нефть и газ»,1978-№ 8.-С.3-8.
4. Сальников В.Н., Шелегин А.С. Исследование электрофизических свойств, карбонатных пород палеозоя нефтегазовых месторождений Томской области//Современные наукоемкие технологии, 2014–. №4. – C. 154-162
5. 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.
6. 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» ]