История геологического развития, История осадконакопления
История геологического развития НБА неразрывно связана с прилегающими к ней Курейской синеклизой, Катангской седловиной, Ангаро-Ленской ступенью, Предпатомским региональным прогибом, а также с рифейскими прогибами, развивавшимися на территории современной Байкальской горной области. Как будет показано ниже, без анализа истории развития этих территорий нельзя понять многие важнейшие закономерности нефтегазонакопления в пределах НБА.
История осадконакопления
Формирование осадочного чехла началось на территориях, прилегающих к НБА. Первый, рифейский, цикл седиментации охватил Байкало-Патомский прогиб и Катангскую седловину.
В Байкало-Патомском прогибе в раннем рифее отлагались грубообломочные красноцветные и сероцветные толщи (конгломераты, гравелиты, песчаники, аргиллиты анайской, тепторгинской серий мощностью до 1800 м). В среднерифейскую эпоху в этом прогибе осадконакопление развивалось унаследованно от предыдущего этапа. В результате энергичного опускания наряду с терригенными породами отлагались карбонаты. В составе среднерифейских толщ преобладают песчаники, алевролиты, аргиллиты. В меньшей мере распространены конгломераты, известняки, доломиты. Мощности толщ составляют от 1800 до 4000 м (нуганская, голоустенская свиты в Прибайкальском, баллаганахская, баракунская свиты в Патомском районах). В позднем рифее в Прибайкальском районе прогиба накапливались морские и прибрежно-морские карбонатные и терригенные породы, обогащенные органическим веществом (улунтайская, качергатская свиты) общей мощностью 1500-4000 м. В Патомском районе условия седиментации были близкими. Как и в Прибайкальском районе, здесь накапливались известняки, аргиллиты, песчаники, алевролиты, доломиты (валюхтинская, никольская, ченчинская свиты).
На Катангской седловине рифейские отложения представлены толщей серых, темно-серых доломитов с прослоями кремней. Выше залегает толща пестроцветных аргиллитов, чередующихся с пестроцветными доломитами. Сопоставление с разрезами Чадобецкого поднятия позволяет относить эти толщи к верхнему рифею. Вскрытая мощность рифейских толщ свыше 600 м. В раннем венде территория НБА продолжала оставаться областью сноса. Только в Тымпычанском грабене на востоке Пеледуйского поднятия началось осадконакопление. Здесь сформировалась толща полимиктовых песчаников мощностью 300-600 м. За пределами антеклизы осадконакопление продолжалось только в Байкало-Патомском прогибе. Катангская седловина в это время уже являлась областью сноса.
В Байкало-Патомском прогибе в раннем венде сформировались мощные толщи серых, темно-серых терригенных отложений (песчаники, алевролиты, аргиллиты ушаковской, миньской, жербинской свит). Мощности их последовательно уменьшаются в сторону юго-восточного склона НБА с 1700 до 200 м.
В средневендскую эпоху осадконакопление охватило как обрамляющие структуры, так и территорию самой антеклизы.
Отложения венда и нижнего кембрия на территории НБА имеют мощность 1450-2250 м. Такие мощности отложений, накопившиеся за сравнительно короткий срок (40-50 млн. лет), свидетельствуют о высокой скорости общего опускания, что обусловило хорошую сохранность осадков регрессивных этапов накопления и проявление различного ранга цикличности разреза.
Анализ формационного состава отложений венда и нижнего кембрия показывает, что этот интервал разреза представляет собой единый крупнейший цикл отложений, который начинается трансгрессивно залегающей терригенной формацией венда. Вверх по разрезу она сменяется на глинисто-карбонатную, затем карбонатную. формацию верхнего венда и нижнего кембрия. Верхняя часть сложена чередованием карбонатных и галогенно-карбонатных формаций нижнего кембрия.
Условия накопления вендских и раннекембрийских осадков НБА рассматривали Д.И. Дробот, М.А. Жарков, А.П. Железнова, Н.Ф. Ивлев, Л.И. Килина, В.Н. Киркинская, О.И. Карасев, А.Э. Конторович, Я.Г. Машович, Н.В. Мельников, М.А. Минаева, Я.К. Писарчик, Г.А. Полякова, Г.Р. Русецкая, В.Е. Савицкий, Э.И. Чечель и другие при построениях литолого-фациалъных и палеогеографических карт Сибирской платформы или ее южной части, охватывающей солеродный венд-раннекембрийский бассейн.
Рис. 1. Литологический состав и мощности венда (непская, курсовская, борулахская и бочугунорская свиты).
1-4 ‑ границы 1 ‑ Лено-Тунгусской НГП, 2 ‑ Непско-Ботуобинской антеклизы, 3 ‑ современное распространение отложений, 4 ‑ литологических типов разреза; 5 ‑ изопахиты. Литологические типы разрезов: П – песчаниковый (песчаника более 50 %), ПА – песчаниково-аргиллитовый (песчаника 25-50 %), ДТ – доломитово-терригенный (доломитов 25-50%), ТД – терригенно-доломитовый (доломитов 50-75%), Д – доломитовый (доломитов более 75%), ГД – галитово-доломитовый (галита 25-50 %, доломита 50-75%), ДГ ‑ доломитово-галитовый (галита 50-75%, доломита 25-50%), Г ‑ галитовый (солей больше 75%).
Венд-раннекембрийский цикл осадконакопления начался на НБА с накопления песчаников в борулахское время на крайнем северо-востоке антеклизы. В непское (курсовское) время осадконакопление охватило почти всю НБА, за исключением ее северо-западного склона. Для непского времени выделяется ряд литологических областей (рис. 1). На северо-востоке антеклизы фиксируется доломитово-терригенныи тип разреза. Здесь песчаный материал составляет 30-40, доломитовый ‑ 15-30% от общего состава осадков. Этот тип разреза совпадает с зоной наибольших мощностей отложений венда. В зонах средних мощностей (20-50 м) фиксируется песчаный тип разреза, когда песчаники составляют 61-85% разреза непской свиты и ее возрастных аналогов. Зона с разнокомпонентным типом разреза приурочена к северной части антеклизы, здесь песчаники составляют 25-35, алевролиты 25-45, аргиллиты 20-40%. Для остальной части антеклизы характерен алевролито-глинистый тип разрезов, где содержание песчаников составляет 10-20 %. Этот тип разреза охватывает зону малых, повышенных и высоких (свыше50 м) мощностей непской и курсовской свит.
По-видимому, в непское время территория НБА представляла собой обширную прибрежную аккумулятивную равнину, периодически затопляемую морем. Реже всего и на более короткие отрезки времени воды
моря покрывали центр и северо-запад антеклизы. Не исключено, что те фрагменты суши, которые фиксируются в центре и на северо-запада Непско-Ботуобинской антеклизы, далее к северу смыкаются в единую низкую сушу.
На самых начальных этапах непского времени происходило заполнение эрозионных впадин и относительное выполаживание рельефа. Ряд поднятий фундамента был выражен в рельефе до конца непского времени. Такое геоморфологическое поднятие изучено бурением на Даниловском месторождении, где осадки, сформировавшиеся в средненепское время, прилегают к склонам выступа фундамента.
Основные источники терригенного материала находились за пределами антеклизы. Судя по положению зон с песчаным типом разреза, часть источников сноса находилась в северо-западной части НБА. На северо-востоке территории фиксируются более мористые условия накопления осадков. Очевидно, затопление аккумулятивной равнины морскими водами и превращение ее в мелководный морской бассейн проходили с северо-востока, а в районе Патомского нагорья в непское время существовал открытый морской бассейн. Отсутствие в непской и курсовской свитах мощных пачек грубообломочных отложений позволяет считать, что источник сноса имел слабо расчлененный рельеф и трансгрессия моря происходила спокойно.
Итак, формирование осадков в непское время проходило в условиях различной скорости опускания дна бассейна, заполнения эрозионных впадин, при наличии выступов фундамента. Это обусловило достаточно быстрые изменения коллекторских свойств пород в песчаных горизонтах. Распределение коллекторов в песчаных горизонтах весьма прихотливое, прогноз их затруднен. Фиксируется только одна зависимость: коллекторы чаще встречаются в тех разрезах, где мощности непской и курсовской свит меньше 150 м.
Тирское (раннеиктехское) время характеризуется поступательным развитием трансгрессии моря в южном направлении. Осадки тирского времени отсутствуют в центральной части Непского свода. Но они, скорее всего, были здесь размыты во время предданиловского - предсреднеиктехского перерыва.
В тирское время на основной части НБА накапливались сульфатно-терригенно-доломитовые осадки, в которых доломита содержится не менее 55-60%, а терригенного материала (обычно песчаники), около 15-20 % (рис. 2). Сульфатные породы составляют 20-30%.
На северо-востоке антеклизы выявлена область с соленосно-доломитовым типом разреза, она охватывает северную часть Предпатомского регионального прогиба и Верхневилючанскую седловину. Пласт галита мощностью 12-30 мсоставляет 6-9% разреза нижнеиктехской подсвиты.
На юге НБА и в зоне ее сочленения с Ангаро-Ленской ступенью фиксируется сульфатно-доломитово-терригенный тип разреза. Количество доломита составляет здесь 20-45%, песчаников ‑ до 22, редко до 45% (Марковское месторождение). Сульфаты, преобладают в нижней части разреза, где они смешаны с доломитами, и по перемятости, отсутствию слоистости, комковатости напоминают сабкховые образования. Изменения мощностей нижнеиктехской подсвиты показывают, что в это время интенсивно опускалось северо-восточное окончание антеклизы, где накопилось свыше 300 мосадков нижнеиктехской подсвиты. В этой зоне опускания накапливались эвапориты.
Состав осадков и их распределение по территории показывают, что на юге НБА располагалась прибрежная зона мелководного морского бассейна, далее на север ‑ открытый мелководный морской бассейн с повышенной и высокой соленостью вод. Глубины бассейна увеличивались в северо-восточном направлении. В условиях быстрого опускания и высокой солености вод здесь формируется наиболее ранний пласт галита.
Рисунок 2: Литологический состав и мощности нижней части венда и (или) нижнего кембрия (тирская свита, нижнеиктехская подсвита). Усл. обозн. см. на рис. 1.
Появление этих солей свидетельствует о начале формирования в позднем венде на территории Сибирской платформы одного из крупнейших в мире солеродных бассейнов, который периодически возникал в, регрессивные этапы в течение раннего и в начале среднего кембрия. Учитывая соотношение скоростей накопления галита и сульфатно-карбонатных осадков, можно считать, что периоды соленакопления составили примерно 2-3% времени поздневендской и раннетсембрийской эпох.
Теоретическая модель соленакопления в венд-кембрийских эпиконтинентальных морях Сибирской платформы была разработана А.Л. Яншиным. Палеогеографические схемы формирования эвапоритовых отложений строились с разной степенью детальности Н.М. Страховым и позднее Я.К. Писарчик, М.А. Жарковым, А.Э. Конторовичем и др.. Изложенные ниже материалы подтверждают в главных чертах эти построения и детализируют закономерности соленакопления для территории НБА.
Наиболее благоприятные условия для образования песчаных горизонтов-коллекторов нефти и газа существовали в начале тирского времени, в зоне береговой линии моря. В этих условиях сформировались ботуобинский горизонт в северной части Непско-Ботуобинской антеклизы и парфеновский горизонт на юге антеклизы. Следует ожидать развития коллекторов и на юго-восточном склоне антеклизы.
В раннеданиловское (среднеиктехское) время на НБА в условиях дальнейшего развития трансгрессии моря формируются сульфатно-терригенно-доломитовые осадки. Количество терригенного материала уменьшается до 10-20%, одновременно в его составе начинают преобладать глинистые разности. Мощности осадков меняются в небольших пределах. Таким образом, условия осадконакопления выравниваются, устанавливается режим открытого мелководного эпиконтинентального морского бассейна соленость вод которого достигала садки сульфатов. Преобладание в терригенной части глинистой составляющей позволяет сделать предположение о выравнивании рельефа источников сноса.
Рис. 3. Литологический состав и мощности нижнеусольской подсвиты (подосинская пачка). Усл. обозн. см. на рис. 1.
В позднеданиловское (позднеиктехское) время на территории НБА откладывались сульфатно-доломитовые осадки. Количество глинистого материала в виде примесей в карбонатах и прослоев аргиллитов не превышает в них 9%. Только в разрезах северо-востока антеклизы до 20% материала принадлежит глинистой составляющей, содержание которой быстро убывает к центральным частям антеклизы. Здесь же увеличивается количество сульфатов (до 15 %). Мощности отложений колеблются в пределах 150-200 м. В целом фиксируется отсутствие влияния источников сноса на компонентный состав отложений этого времени.
В раннеусольское время южная половина НБА входила в состав огромной солеродной зоны, в которой формировались доломитово-галогенные осадки мощностью 30-80 м (рис. 3). В составе осадков количество соли составляет до 60%. Узкой полосой вдоль северной границы распространения отложений протягивается область с галогенно-доломитовым типом разреза, в котором количество соли не превышает 50%. В северной части антеклизы формировались сульфатно-доломитовые осадки
Рисунок 4: Зона нефтегазонакопления центральной части Непско-Ботуобинской антеклизы
В осинское время обширная морская трансгрессия обусловила резкое понижение солености вод. На всей территории НБА формируются доломитово-известняковые осадки. В зонах высоких мощностей осинского горизонта известняки, часто водорослевые, составляют 60-90% разреза. Наметившаяся зональность в составе осадков указывает на то, что трансгрессия шла с севера. Сульфатизация и засолонение имеют вторичный характер и связаны, вероятно, с диагенетическими преобразованиями. Многочисленные микрофитолиты и остатки водорослей свидетельствуют o широком развитии органической жизни.
В осинское время на ряде участков НБА формируются некомпенсированные прогибы, окаймленные цепочками водорослевых построек рифогенной природы. Эти постройки в основном находились вблизи поверхности воды. В некомпенсированных прогибах глубины дна бассейна в конце осинского времени достигали 50-100 м. Такой характер накопления карбонатов зафиксирован в различных районах антеклизы.
Детальная корреляция разрезов показывает, что прогибы имели асимметричное строение. На одних бортах прогибов мощности осинского горизонта увеличиваются постепенно. Такие борта пологие вследствие расширения площади прогибов во время их формирования. На других бортах мощность осинского горизонта увеличивается скачкообразно. Эти борта крутые, с резким перепадом глубин бассейна. Вдоль таких бортов по результатам бурения отмечены узкие полосы аномально повышенных мощностей осинского горизонта и установлена органогенная природа слагающих его карбонатов. В этих полосах следует ожидать развития рифовых ловушек нефти и газа.
Условия формирования рифогенных образований осинского горизонта по профилю, расположенному вкрест простирания отложений юго-западной части НБА от ее наиболее Погруженных участков до сводовых.
Два палеоструктурных профиля, один из них по кровле даниловской свиты к началу формирования отложений подосинской пачки усольской свиты, другой по кровле этой же свиты к началу формирования отложений осинского горизонта. На этих палеоструктурных профилях выделяются четыре элемента НБА: относительно крутая часть склона (от Верхнекатангской до Верхнетирекой площадей), относительно пологая часть склона (от Верхнетирекой площади до Верхнечонской скв. 124), сводовая часть структуры (Верхнечонская площадь) и место перегиба от крутой части склона антеклизы к пологой (Верхнетирская и Большетирская площади). К началу формирования отложений осинского горизонта место перегиба от крутой к пологой; части склона антеклизы осложнено положительным структурным элементом.
В осинское время в пределах юго-западной части НБА накапливались хемогенные и органогенные карбонатные осадки. Недостаток карбонатного материала приводил к некомпенсированному прогибанию, причем масштабы его проявления в отдельных участках района неодинаковы.
Крутая часть склона антеклизы в осинское время, по-видимому, являлась составной частью открытого морского бассейна. В ней отмечалась максимальная степень некомпенсации.
В зоне перегиба от крутой части склона антеклизы к пологой (на месте положительного структурного элемента) накапливались преимущественно органогенные карбонатные осадки. Они полностью компенсировали прогибания бассейна и находились вблизи поверхности морского бассейна или выходили на дневную поверхность.
Зона полной компенсации осадконакопления отшнуровывала от открытого моря присводовые и сводовые участки НБА, где, по-видимому, в лагунных условиях отмечалась частичная некомпенсация тектонического прогибания. Следовательно, зона полной компенсации опускания территории (зона больших мощностей осинского горизонта) в осинское время являлась, по существу, барьером, отделяющим районы открытого морского бассейна с почти полной некомпенсацией прогибания от районов с частичной некомпенсацией тектонического прогибания. Эти зоны условно названы барьерными рифоподобными образованиями. В отличие от них небольшие по размерам участки аномально высоких значений мощностей (Среднеботуобинский, Кийский и т. д.) в осинское время, видимо, были рифоподобными банками.
В позднеусольское время накапливались в основном галогенные и доломитовые осадки. По результатам детальной корреляции отложений фиксируются фациальные переходы галогенных и доломитовых отложений. Поэтому рассмотрим изменения солености вод и глубин бассейна по ряду интервалов позднеусольского времени.
Во время формирования пачек us-3 ‑ us-6 повсеместно отлагались соли, но их накопление в северной части Байкитской и Непско-Ботуобинской антеклиз было менее интенсивным по сравнению с южными районами. В изменениях мощностей фиксируется определенная связь с составом отложений. В зоне галогенно-доломитовых осадков мощности не превышают 200 м, а мощности в зоне с содержанием Соли 50-70% меняются от 200 до 270 м. Эта зависимость подчеркивает приуроченность максимального соленакопления к участкам наиболее быстрого опускания.
Во время формирования пачки us-7 соленакопление сохраняется только в южной и центральной частях НБА. Причем на юге формируются доломитово-галогенные осадки.
Таким образом, изменения в составе осадков, их мощностей и глубин бассейна показывают эволюцию солеродного бассейна. Его максимальное площадное распространение и основное накопление солей произошли сразу после отложения карбонатов осинского горизонта. Затем началось последовательное уменьшение размеров эвапоритовой ванны, которое происходило за счет возрастающего поступления вод нормальной солености из бассейна открытого моря, располагавшегося к северо-востоку от антеклизы. Это заходит отражением постепенном во времени распреснении поля накопления доломитовых осадков в южном направлении и в таком же постепенном уменьшении площади соленакопления.
Трансгрессия моря, начавшаяся в конце усольского времени, достигла своего максимума в раннебельское время, когда формируются в основном карбонатные, реже соленосно-карбонатные отложения. В пределах НБА они представлены доломитовыми известняками и известковыми доломитами. Повсеместно широко развиты водорослевые образования и вторичные включения ангидрита и галита. Количество глинистого материала не превышает 5-7%, что свидетельствует об удаленности источников сноса, их низком рельефе. Многочисленные водорослевые остатки дают основание предполагать распространение в нижнебельской подсвите резервуаров, обладающих удовлетворительными коллекторскими свойствами.
В позднебельское время отлагались соленосно-карбонатные отложения. Выделяются две зоны осадконакопления — с высокой соленостью, где шло осаждение доломита и в меньшей мере галита (центральная и северная части антеклизы), и солеродная зона, где формировались соли и доломиты (юг антеклизы).
Условия соленакопления в позднебельское время в целом такие же, как ив усольское. Фиксируется то же последовательное уменьшение мощностей, соленасыщенности в северном направлении. Только в позднебельское время эти признаки проявляются менее контрастно, нежели в усольское.
Новая трансгрессия в булайское время привела к резкому уменьшению соленосности вод. Условия осадконакопления выравниваются, преобладает отложение доломитов с примесью сульфатов. Северная половина НБА характеризуется доломитово-известняковым типом отложений.
Однотипность отложений, преобладание в их составе карбонатов свидетельствуют о том, что колебания солености вод были незначительными — от стадии садки кальцита до осаждения сульфатов. О значительном развитии органической жизни в бассейне указывают водорослевые остатки в известково-доломитовых породах. В конце булайского времени в южной части Непского свода заложилась центральная часть крупного некомпенсированного прогиба, окончательно сформировавшегося в раннеангарское время.
В раннеангарское время формируется обширный некомпенсированный прогиб в пределах НБА. Более полно он выражен на юге и юго-западе Непского свода. Здесь в раннеангарское время осадки практически не; накапливались, хотя глубины бассейна возросли до 200-250 м. Одновременно фиксируется аномально высокая мощность перекрывающей пачки аn-2 (до 200-270 м), которая компенсировала прогиб. В зонах максимальных ее мощностей содержатся пласты калийных солей. В северо-восточной половине Непско-Ботуобинской антеклизы в раннеангарское, время накопилось только 15-35 мосадков при глубине бассейна 150-200 м. В северо-восточной части антеклизы мощность перекрывающей пачки аn-2 также увеличена на 50-90 м. Соли этой пачки выполнили некомпенсированный прогиб (рис. 33).
В позднеангарское время чередовались этапы отложений галогенных и карбонатных осадков. Отложения имеют известково-доломитово-галогенный состав. Количество соли в них составляет 50-70%, а на юге Непско-Ботуобинской антеклизы соленасыщенность отложений превышает 70%.
В литвинцевское время завершается отложение солей в разрезе кембрия. Фациальные обстановки литвинцевского времени восстановить трудно, ибо эти отложения залегают близко от дневной поверхности и соли из их. состава -вымыты. Это подтверждается наличием солей на северной периклинали НБА, где свита погружена на глубины свыше 500 м
Количество солей меняется от 10 до 50%. Очевидно, солеродный бассейн имел широкое распространение в литвинцевское время.
Таким образом, солеродный бассейн в южной части Сибирской платформы существовал с конца венда ив раннем кембрии. Глубины эпиконтинентального бассейна в целом были небольшими, колебались во времени и по территории от 0 до 250 м. Образование мощных пластов и пачек соли происходило одновременно на обширных территориях антеклизы. Очевидно, перед выпадением соли рапа заполняла весь бассейн.
На двух временных отрезках (осинское, раннеангарское время) формировались некомпенсированные прогибы, впадины, в которых накопление карбонатов шло очень медленно. Размеры прогибов в осинское время небольшие, глубины моря в прогибах редко превышали 100 м. В раннеангарское время некомпенсированная впадина занимала центральную и северную части Непско-Ботуобинской антеклизы. Глубины моря в ее пределах достигали 200-250 м. Наибольшие глубины в южной части Непского свода. Эти прогибы и впадины заполнены во время последующего накопления солей. Во время компенсации раннеангарского прогиба в его наиболее прогнутой части отложились калийные соли.
Формированием соленосно-карбонатных отложений литвинцевской свиты завершился венд-раннекембрийский цикл седиментации.
После предверхоленского перерыва начинается Следующий позднекембрийско-раннеордовикский цикл седиментации. В ходе этого цикла накопилась 250-500-метровая толща красноцветных мергелей верхоленской свиты, 40-80 мтерригенно-карбонатных отложений илгинской свиты верхнего кембрия и 40-120 мкарбонатно-терригенных пород усть-кутской свиты нижнего ордовика. Общая мощность отложений достигает 650 м.
Среднеордовикско-силурийский цикл седиментации начался после предкриволуцкого перерыва. Во время этого перерыва произошел существенный размыв раннеордовикских отложений. В среднем — позднем ордовике сформировались терригенные, в основном глинистые отложения криволуцкой, чертовской и макаровской свит. Силурийские образования составлены терригенными породами кежемской и ярской свит. Общая мощность отложений достигает 450 м.
В девонский период территория НБА в основном была источником сноса. Размывались отложения силура, которые в итоге сохранились только в юго-западном и северном обрамлениях антеклизы, а также, возможно, отложения ордовика в центральных районах антеклизы. В это же время произошло внедрение интрузий долеритов в северной части антеклизы.
Позднепалеозойский цикл седиментации начался в раннем карбоне и закончился в перми. В этот период формировались терригенные угленосные отложения на северо-западном борту антеклизы. Мощность этих отложений достигает 400 м. Значительная часть пермских отложений размыта во время предтриасового перерыва. В это же время произошло внедрение основных масс пластовых интрузий долеритового состава в палеозойские образования.
Раннетриасовый цикл седиментации охватил, видимо, северо-западный борт Непско-Ботуобинской антеклизы. Здесь сохранилось до 200-600 мобломочных туфов, туффитов корвунчанской серии.
В позднем триасе территория антеклизы являлась областью сноса осадков раннетриасового цикла седиментации.
Последний цикл седиментации проходил в ранне-среднеюрское время, когда на всей территории антеклизы формировались терригенные континентальные отложения мощностью до 200 м.
В последующие периоды мезозойской эры и до современной эпохи территория антеклизы представляет собой область сноса, а на современном этапе ‑ и область выщелачивания солей из нижнекембрийских толщ.