Палеогеоморфологический анализ помогает прогнозировать распространение коллекторов, выполняющих неровности палеорельефа, а также сформировавшихся в части разреза, расположенной непосредственно под поверхностью несогласия.
Местоположение палеогеоморфологических ловушек для нефти и газа, связанных с рифами, барами, дюнами и погребенными руслами рек, целиком определяется общей для региона палеогеоморфологической ситуацией, на выявление которой должно быть направлено основное внимание исследователей.
В основе методики палеогеоморфологических исследований лежит создание крупномасштабной модели строения палеорельефа в продуктивных интервалах разреза. Специфика палеогеоморфологического объекта состоит в том, что погребенный рельеф рассматривается не в современном, а в палеоструктурном плане.
При палеогеоморфологическом анализе рельеф восстанавливается по морфогенетическим признакам, таким как палеосклоны, пространственное соотношение аккумулятивных и эрозионных форм, геометрия морфологических элементов, положение русловых отложений в плане и глубины врезов, литологическая последовательность (цикличность) напластований и характер литологических контактов и переходов. Погребенный рельеф скрыт геологическими напластованиями: толщи, слагающие его ложе, и толщи, выравнивающие его, легко могут быть приняты за одновозрастные образования или фации. Восстановить погребенный рельеф помогают корреляция разнофациальных толщ в зоне резких лигологических переходов, осуществляемая по скважинам и обнажениям, а также морфогенетическая интерпретация сейсмических горизонтов и гравиметрических аномалий.
Основные элементы палеогеоморфологической ситуации
Структурный субаэральныи рельеф но существу представляет собой эфемерное образование и в ископаемом состоянии неизвестен. Захороняются выровненные в существенной мере поверхности несогласий. Доказательством сглаженности рельефа к началу очередной трансгрессии являются частые случаи залегания морских известняков непосредственно над поверхностью несогласия, в том числе углового. При морской абразии пород континентального цоколя отложение чистых известняков на абрадируемой поверхности было бы невозможно. Поэтому крайне сомнительной представляется гипотеза об абразионной природе несогласий. Иначе говоря, поверхности несогласий прелстовляют собой образовавшиеся на месте уничтоженного структурного рельефа погребённые денудационные равнины.
В общем случае исследование рельефа проводится с целью выявления и оценки эндогенной (тектонической) составляющей процесса рельефообразования. В нефтяной геологии применяется на этапе региональных геологических исследований и предварительной оценки перспектив нефтегазоносности, часто в комплексе с региональными геофизическими исследованиями. В малоизученных геологически закрытых районах геоморфологический анализ способствует выявлению структурных форм осадочного чехла в случае прямого соотношения новейшего и более древних структурных планов. В хорошо изученных районах - дает возможность количественно оценить долю участия новейших тектонических движений в создании структуры осадочного чехла, что особенно важно при изучении условий формирования и эволюции скоплений УВ.
Объектом исследований геоморфологии является рельеф. Он в основном является отражением тектоники. Особенно это относится к подводному рельефу, На суше рельеф связан как с эндогенными процессами (в первую очередь), так и с экзогенными. Различают следующие виды рельефа: наземный (иногда говорят «современный» - что не верно, т.к. на поверхности бывают древние и современные формы рельефа; подводный и подземный рельеф.
Под наземным рельефом понимают совокупность форм земной поверхности, образующихся на контакте литосферы и атмосферы и находящихся на земной поверхности в виде реликтовых или развивающихся разностей.
Под подземным рельефом понимают совокупность:
- 1. погребённого наземного рельефа, обычно подвергшегося изменениям под действием тектонических и др. факторов;
- 2. рельефа, образуемого под земной поверхностью процессами экзоморфогенеза (карстовыми и др. формами);
- 3. интрузивного, вулканического, тектонического и иного рельефа, возникающего в толще земной коры на пограничных поверхностях (контактах) геологических тел разного генезиса и возраста.
Под подводным рельефом понимается совокупность форм:
- 1. образующихся на контакте литосферы и гидросферы как агентами водной аккумуляции и субаквальной денудации, так и вулканическими и тектоническими процессами;
- 2. наземного реликтового рельефа, погружённого под уровень водных бассейнов и в какой-то степени (большей или меньшей) изменённого субаквальной аккумуляцией и денудацией.
Палеогеоморфология - это наука о погребённом рельефе, созданном в прошлые этапы развития земной коры, закономерностях его формирования, и преобразованя после захоронения.
Геоморфологическая комиссия при АН СССР в 1967г. определила палеогеоморфологию как науку, изучающую «рельеф земной поверхности минувших геологических эпох, его морфологию, генезис, закономерности развития». (И.П. Герасимов, Н.И. Николаев, А.П. Рождественский, и др.)
Палеогеоморфология изучает следующие объекты:
- погребённый наземный (субаэральный) рельеф в том его виде, в котором он представлен в настоящее время в геологических разрезах;
- погребённый подводный (субаквальный) рельеф в его современном виде в геологических разрезах;
- наземный реликтовый рельеф, существующий в настоящее время на дневной поверхности;
- подводный реликтовый рельеф, сохранившийся к настоящему времени на дне морей и океанов;
- реставрированный погребённый наземный и подводный рельеф;
- реконструируемый наземный и подводный рельеф, уничтоженный в геологическом прошлом.
Погребённые формы рельефа могут существовать длительное время, не подвергаясь уничтожению, в какой-то степени изменяясь под влиянием диагенеза. (Диагенез - это образование устойчивых минералов, конкреций, перекристаллизация, растворение, новообразование минералов, дегидратация и цементация осадка и т.д., т.е. процессы, происходящие в самом осадке, и при взаимодействии осадка с окружающей средой).
Погребённый рельеф может быть эрозионным и эрозионно-тектоническим по способам своего формирования. Эти два типа ископаемого рельефа необходимо отличать друг от друга, так как при первом типе избыточные мощности осадков, выполняющих впадины не должны истолковываться как указывающие на местное интенсивное прогибание, а при втором типе они должны частично учитываться.
При чисто эрозионном погребённом рельефе (Рис. 16, А):
- 1) явления древнего размыва наблюдаются на одном или немногих далеко отстоящих друг от друга стратиграфических уровнях:
- 2) избыток мощности осадков, выполняющих углубления погребённого рельефа, против мощности на его выступах - в точности соответствует размытой мощности подстилающих отложений;
- 3) подошва свиты, подвергшаяся размыву, параллельна кровле свиты, выполняющей углубления;
- 4) мощность осадков между этими двумя стратиграфическими уровнями остаётся постоянной или претерпевает лишь плавные региональные изменения;
- 5) осадки, залегающие по краям впадин, постепенно становятся всё более тонкими вверх по разрезу. Однако, при быстрой ингрессии моря в нижние части эрозионных долин, осадки внизу могут оказаться глубоководными более тонкими по составу, а вверх обнаруживать постепенное погрубение.
В случае наличия эрозионно-тектонических форм (Рис. 16, Б), длительное существование невыровненного рельефа поддерживается тектоническими движениями, выражающимися в большем опускании впадин по сравнению с разделяющими их возвышенностями. Признаками эрозионно-тектонического рельефа являются следующие:
- 1) расчленённый рельеф сказывается на значительном стратиграфическом интервале или повторяется в сходных очертаниях на нескольких стратиграфических уровнях;
- 2) мощность осадков, выполняющих углубления, больше размытой мощности подстилающих слоёв;
- 3) кровля свиты, выполняющей углубления, залегает более полого, чем подошва свиты, подвергшейся размыву;
- 4) мощность осадков между двумя этими стратиграфическими уровнями закономерно возрастает на месте впадин древнего рельефа и снижается на месте его выступов;
- 5) осадки, залегающие по краям впадин, остаются достаточно грубыми в верхней части осадочного выполнения этих впадин.
Реставрированный (восстановленный, откопанный) погребённый рельеф - это рельеф, восстановленный в том виде, который он имел перед захоронением. Если погребённый рельеф сложен твёрдыми породами, а покров, отложенный сверху - рыхлыми, то он может отпрепарироваться и обнажиться в виде откопанного рельефа. Если же при разрушении и удалении аккумулятивного чехла погребённый рельеф частично изменяется денудацией и сохраняются лишь формы сложенные твёрдыми породами, то он не вполне отвечает исходному погребённому рельефу.
Реконструированный - это рельеф, который в геологическом прошлом был уничтожен, а восстановлен путём научных реконструкций в виде объёмных моделей, карт, схем или в описании.
Главный количественный метод восстановления древнего рельефа - это анализ мощностей отложений, перекрывающих поверхность несогласия. Карты мощностей трансгрессивного комплекса, построенные для относительно небольшой по мощности серии осадков, перекрывающих поверхность несогласия, представляют собой как бы слепок рельефа последней.
При этом, прежде всего необходимо обратить внимание на специфику строения поверхностей несогласия и связанных с ними форм палеорельефа, образовавшихся в условиях континентального и морского осадконакопления. В первом случае они выражены резко, во втором — сглажены. Далее необходимо подчеркнуть необходимость учета того обстоятельства, что древний рельеф претерпел существенные изменения под действием тектонических движений, уплотнения пород и их следует по возможности учитывать.
Основным методом качественного изучения палеорельефа является литолого-фациальный анализ. С его помощью могут быть выделены водораздельные, русловые, пойменные и. другие части древнего ландшафта.
Большое значение имеют специальные геофизические методы изучения палеорельефа, в ряде районов уже давшие хорошие результаты, и геофизические методы в сочетании с геоморфологическими. Собственно геоморфологические методы, позволяющие восстанавливать высоты палеорельефа и составлять палеогеоморфологические карты, в настоящее время разработаны еще слабо.
Методы изучения палеорельефа с помощью карт изопахит трансгрессивных комплексов широко используют при поисках залежей нефти и газа в США, Канаде, Румынии и других странах. При этом большое внимание уделяют палеогеоморфологической интерпретации промыслово-геофизических данных, построению диаграмм устойчивости пород к разрушению. На таких диаграммах вырисовывается распространение куэстовых форм рельефа (возникают при моноклинальном залегании неоднородных по устойчивости пород). Результаты, полученные для хорошо разбуренных территорий, экстраполируются на относительно слабо изученные районы.
Палеоморфоструктурный анализ
Позволяет установить связь палеорельефа со структурными особенностями поверхности несогласия. Осуществляется он на базе палеогеоморфологических и палеотектонических исследований.
Описываемая методика исследования рельефа базируется на интерпретации общегеологических, геофизических и литолого-фациальных данных, на основании которых составляют палеогеоморфологические карты и схемы строения поверхностей несогласия. Особенности геологического развития территорий в период размыва и денудации отложений иллюстрируют также палеогеологические карты и карты трансгрессивных налеганий.
Палеогеоморфологические карты. В зависимости от стадии поисковых работ и качества фактического материала строят региональные, зональные или локальные палеогеоморфологические схемы и карты, На предварительном этапе выбирают наиболее четко выраженную поверхность несогласия в перспективной части разреза, с которой могут быть связаны неструктурные ловушки. Составляют карту фактического материала. Фактический материал должен освещать строение разреза ниже и выше поверхности несогласия примерно: на 30—60 м. На карте фактического материала на литологических колонках показывают в определенном масштабе строение разреза под и над поверхностью несогласия, на колонках отмечают возраст, состав отложений, текстурные особенности и т. д. При необходимости детализируют корреляционные схемы, отражающие специфику строения поверхности несогласия. Показывают участки срезания пластов, характер их перекрытия, и т. д., т. е. проводят послойную корреляцию отложений под и над поверхностью несогласия.
Далее производят реконструкцию палеорельефа «сверху» и (или) «снизу». Реконструкция «снизу» возможна лишь при высокой степени изученности территории. Реконструкцию «сверху» осуществляют путем выбора над поверхностью несогласия выдержанного четкого репера, расположенного вблизи поверхности несогласия (до 50 м) в составе трансгрессивного комплекса. Далее вычисляют мощности отложений от поверхности несогласия до подошвы репера и строят карты мощностей. Такая карта максимальными значениями мощности, отражает положение эрозионных врезов, минимальными — эрозионных останцов. На ее основе и может быть составлена палеогеоморфологическая схема поверхности несогласия с выделением основных элементов палеорельефа.
Важным этапом работ является восстановление регионального наклона, определение абсолютных и относительных высот палеорельефа, построение палеогипсометрической схемы или карты. Восстановление наклона палеотопографической поверхности и определение высоты от уровня бассейна осадконакопления производятся тремя способами (по М. В. Проничевой):
- первый предусматривает определение величины регионального наклона и построение соответствующей карты по результатам определения абсолютных высот графическим и аналитическим способами;
- второй основан на определении превышений исходя из значений максимальных и минимальных толщин в заданной точке и у береговой линии;
- третий, получивший название «метода статистического окна», основан на разделении изучаемой поверхности на участки равных и подобных форм и привязке их к точкам фактических наблюдений без учета положения береговой линии.
С помощью анализа литолого-фациальной обстановки отложений, подстилающих и слагающих поверхность несогласия, а также, перекрывающих ее, производят палеогеографическую реконструкцию времени образования поверхности несогласия. Литологические разности пород объединяют в типы, характерные для определенных форм рельефа. Так, среди отложений выделяют одновозрастные с рельефом делювиальные, дельтовые, русловые, пойменные образования или прибрежные, переработанные абразией.
Далее по полученным материалам производят оценку степени перспективности исследуемой части разреза различных территорий с точки зрения поисков неструктурных залежей и осуществляют палеогеоморфологическое районирование для целей нефтегазовой геологии, В ходе анализа устанавливают палеогеоморфологические формы ловушек. Основой для их выделения служит комплекс карт: палеогеоморфологических, палеогипсометрических, литологофациальных для отложений, образующих рельеф и перекрывающих его, карт рельефа современной поверхности несогласия. На основании этих данных выделяют возможные зоны нефтегазонакопления с однотипным строением ловушек.
Изучение речной сети, речных долин и древних русловых фаций
Изучение речных долин, в частности речных террас, продольного профиля рек, соотношения долин и тектонических структур, а также рисунка речной сети в целом— ориентировки долин, изгибов рек и пр., и, наконец, эволюции речной сети, в особенности явлений речных перехватов, дает весьма ценный материал для суждения о новейших движениях земной коры во внутренних частях материков, Объясняется это тем, что речные водотоки необычайно чувствительны даже к очень небольшим, но длительно проявляющимся изменениям уклона дневной поверхности. Как показал К. И. Геренчук, уже само заложение речных долин определяется тектоническими условиями. Каждый овраг и балка представляют собой потенциальные речные долины, но из множества оврагов и балок, развивающихся под действием стекающих атмосферных вод, только те превращаются в речную долину, которые быстрее получают подземное питание. В такие благоприятные условия попадают овраги и балки, приуроченные к синклинальным структурам, разрывам, флексурам, по которым происходит разгрузка подземных вод.
В дальнейшем своем развитии речные долины приспосабливаются к активным тектоническим структурам, Антиклинальные структуры, которые растут быстрее, чем река успевает углубить своё русло, отклоняют течение реки и вызывают изгибы речного русла. Такие изгибы установлены, в частности, для нижнего течения Волги, ниже Волгограда, для левых притоков Днепра в пределах Днепровско-Донецкой впадины и для других речных русел.
Свободно развивающиеся меандры свойственны погружающимся участкам, на участках долин, испытывающих поднятие, обычно наблюдается спрямление меандр, т. е. уменьшение извилистости русла. Однако, если переход от погружений к поднятиям происходит быстро, боковая эрозия сменяется глубинной, и происходит закрепление и врезание меандр. Типичные врезанные меандры можно видеть в Джульфинском ущелье Аракса, в долине Маны — правого притока Енисея, прорезающего молодое поднятие Восточного Саяна и во многих других местах.
Тектонические движения, испытываемые местностью, по которой протекает река, находят свое отражение и в форме продольного и поперечного профиля речной долины.
Увеличение уклона русла обычно связано с участками поднятий и вообще повышенных скоростей движений. Ступенчатость профиля, как это выяснено на примерах Эльбы, Нарына, Сефидруда в Иране может свидетельствовать о пересечении рекой активных разрывов, если только она (как и увеличение уклона вообще) не объясняется изменением состава коренных пород или расхода воды в связи с впадением притоков. Вогнутый тип кривой продольного профиля характерен для рек, истоки которых находятся в области поднятия, а низовья — в области опускания (Кура, Риони, Терек, Кума и др.). Прямолинейный, точнее слабо вогнутый профиль свойствен рекам тектонически спокойных, платформенных областей, в частности Русской равнины. Выпуклый профиль характеризует реки, протекающие в областях сводовых и сводово-глыбовых поднятий, градиент которых возрастает к периферии; таковы, например, реки Фенноскандии.
В случае структурной разнородности территории, по которой протекает река, продольный профиль имеет сложную форму. Таким сложным профилем обладает, например, Днепр; от истоков до Киева профиль Днепра является прямолинейным, а между Киевом и Запорожьем принимает выпуклую форму, что объясняется пересечением продолжающего воздыматься Украинского щита.
В разрезах осадочных пород речные отложения слагают многие континентальные толщи. На характере речных отложений активно сказываются влияние рельефа местности, тектонический и климатический режимы.
Среди отложений равнинных рек, чаще всего сохраняющихся в ископаемом состоянии, четко выделяются русловые, пойменные и старичные фации. Интерес в качестве потенциальных коллекторов представляют русловые фации. Это относительно грубозернистые отложения среди аллювиальных, в различной степени отсортированные. Отсортированность определяется не только гидродинамической активностью реки, но и составом размывающихся отложений. Среди русловых фаций выделяют отложения пристержневой части реки (крупнозернистые), прирусловой отмели, перекатов, перлювия (остаточный, перемытый аллювий). Отмечено, что коллекторские свойства улучшаются в местах пересечения палеореками приосевых частей палеоподятий. Пористость русловых песчаников изменяется от 3 до 20 %, Проницаемость — от тысячных долей до единиц квадратных микрометров. Дебиты нефти в скважинах из пенсильванских русловых песчаников штата Кентукки достигали 140 т/сут.
Русловые песчаные и алевритовые отложения относительно узкими извилистыми полосами прослеживаются среди преимущественно глинистых пойменных отложений, обычно являющихся экранами. При этом песчаные тела русел, часто перемещающихся в пространстве, оказываются врезанными в подстилающие глинистые отложения. Поперечное сечение речных русел обычно имеет линзовидную форму с выпуклой нижней и плоской верхней поверхностями, часто асимметричную, отражающую разную крутизну речных берегов. Дополнительным диагностическим признаком аллювиальных отложений является однонаправленная вниз по течению реки косая слоистость, состоящая из прямолинейных слойков, наклонённых под углом от 20 до 45°, ограниченных горизонтальными слоями. Горизонтальная слоистость широко развита в отложениях пойм и стариц.
Залежи нефти и газа в песчаных руслах впервые были открыты И. М. Губкиным в Нефтяно-Ширванском районе в 1913 г. и описаны под названием рукавообразных или шнурковых. Один из рукавов палеореки Пшехи прослежен на расстоянии 8 км при ширине 8 м и мощности песков до 50 м. А. Леворсеном описаны подобные залежи в центральной части штата Тенесси. Известны они в Рязано-Саратовском прогибе, в Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции и др районах.
Отдельные русла палеорек могут быть прямыми, искривлёнными, изогнутыми, меандрирующими, анастомозирующими (сединяющимися и вновь разъединяющимися) или петляющими; они могут представлять собой также дельтовые системы с русловыми протоками. По данным бурения и геофизики обычно удаётся установить не только тип дренажной системы, но и получить информацию о палеоградиенте и направлении потока.