Учебное пособие по одноименному курсу для студентов специальности 1-51 02 02 «Разработка нефтяных и газовых месторождений»

Структурные ловушки чаще всего связаны с антиклинальными изгибами слоев, тектоническими нарушениями или сочетанием указанных факторов (рис.1.4.; 1.5).

Рис.1.4. Структурная сводовая ловушка

Рис. 4.5. Схема структурной тектонически экранированной ловушки

.
Образование литологических ловушек обусловлено литологической изменчивостью пород: выклинивание пород-коллекторов или замещение их непроницаемыми породами (рис.1.6.).

Рис. 1.6. Схема литологических ловушек:

а – выклинивание коллектора, б – замещение коллектора непроницаемыми слоями


Стратиграфические ловушки связаны с поверхностями стратиграфического несогласия (рис.1.7).

Рис.1.7. Стратиграфическая ловушка

Рифогенные ловушки связаны с рифогенными и биогермными массивами, возникшими в прошлые геологические эпохи (рис.1.8).

Рис.1.8. Рифогенная ловушка

Смешанные ловушки представляют собой сочетание нескольких описанных выше генезисных элементов. Например, на рисунке 1.9 показана литолого-стратиграфическая ловушка.

Рис.1.9. Литолого-стратиграфическая ловушка


Условные обозначения ко всем рисункам



1.4 Минералы и горные породы. Классификация горных пород. Породы-коллекторы нефти и газа (их основные типы и характеристики).


Образование минералов вблизи поверхности и на поверхности Земли происходит при участии воды, кислорода воздуха, углекислоты, а также в результате жизнедеятельности организмов.
Минералы представляют собой природные химические соединения (или элементы), являющиеся составной частью горных пород. Они встречаются преимущественно в твердом (кварц, слюда), реже в жидком (самородная ртуть) и газообразном (сероводород) состоянии. Из более чем 2000 минералов, известных в мире, лишь 25 широко распространены и играют существенную роль в составе геологических тел, характеризующихся большими размерами. Они называются породообразующими минералами.
Минералы могут быть кристаллическими или аморфными. В кристаллическом веществе частицы располагаются в строго определенном порядке. Форма кристаллов зависит от строения вещества, от его кристаллической решетки. Аморфное строение вещества характеризуется беспорядочным расположением его частиц. Физические свойства (теплопроводность, электропроводность и др.) у аморфного вещества во всех направлениях приблизительно одинаковы, тогда как у кристаллического разные.
Все минералы по химическому составу принято подразделять на классы.
Сульфиды. Насчитывается около 200 минералов, относящихся к этому классу. Это сернистые соединения металлов: пирит FeS₂, галенит PbS, киноварь HgS, молибденит MoS. Они составляют не более 0,25% массы земной коры и не являются породообразующими. Многие сульфиды имеют большое практическое значение как руды свинца, цинка, ртути и др.
Галоиды. Этот класс включает хлористые, фтористые, бромистые и йодистые соединения – всего около 100 минералов, которые представляют собой соли галоидоводородных кислот. Доля их в земной коре незначительна. Наиболее распространены галит NaCl и сильвин KCl. В недрах многих нефтегазоносных районов они образуют толщи огромной мощности (более 500 м).
Сульфаты. В этот класс входит около 260 минералов, представляющих собой соли серной кислоты. На их долю приходится 0,1% массы земной коры. Некоторые из них (гипс CaSO₄ · 2H₂O, ангидрит CaSO₄) являются породообразующими минералами и встречаются в виде мощных пластов.
Карбонаты. Минералы этого класса (около 80) составляют 1,7% массы земной коры. Наиболее распространены кальцит CaCO₃ и доломит CaCO₃ · MgCO₃. Они относятся к породообразующим минералам и встречаются в природе большими массами (известняки, доломиты и мраморы).
Фосфаты. Эти минералы обычно встречаются вместе с арсенатами и ванадатами (солями мышьяковой и ванадиевой кислот), объединяя их в один класс. В этом классе насчитывается около 350 минералов, которые составляют 0,7% массы земной коры. Наибольшее распространение и значение имеют фосфаты (апатит Ca₅(PO₄)₃F, фосфориты).
Окислы и гидроокислы. Число минералов в этом классе более 200. На их долю приходится 17% массы земной коры. Наиболее часто встречающимся минералом этого класса является кварц SiO₂.
Силикаты. К этому классу относится около 800 минералов, что составляет примерно 1/3 числа всех известных. На их долю, по подсчетам А.Е. Ферсмана, приходится 75% массы земной коры. Многие из них относятся к породообразующим минералам и входят в состав почти всех горных пород. По происхождению силикаты связаны с эндогенными и особенно с магматическими процессами. Основой всех силикатов является кремнекислородный радикал-анион (SiO₄)^4-, он состоит из четырех ионов кислорода, расположенных в вершинах тетраэдра, и одного иона кремния (в центре). В зависимости от того, как связаны между собой эти радикалы, различают несколько групп силикатов. Наиболее распространена в природе группа полевых шпатов. По строению кристаллических решеток минералы этой группы близки к кварцу.
Среди полевых шпатов выделяются калиевые и кальций-натриевые полевые шпаты. Последние называют плагиоклазами. Крайними членами ряда плагиоклазов являются два минерала – альбит и анортит, образующие множество переходных разностей.
Из минералов других групп силикатов породообразующими являются мусковит, биотит, роговая обманка, авгит, нефелин, оливин и др.
Помимо перечисленных выделяется еще несколько классов минералов: самородных элементов (золото, платина, серебро, медь, сера, графит, алмаз), органических соединений и др.
Горные породы могут состоять из одного минерала или из нескольких. Все горные породы, слагающие земную кору, по происхождению делятся на три основные группы: магматические, осадочные и метаморфические. Кроме минерального состава и происхождения горные породы отличаются друг от друга структурой, текстурой и формами геологических тел, которые они образуют.
Структура горной породы это совокупность особенностей отдельных составных частей и их пространственными взаимоотношениями. Это размерность зерен, их форма, характер поверхности (крупно-и мелкозернистая, рыхлая, пылеватая и т. д. порода). Структура горных пород (строение) определяется размером, формой и характером срастания минеральных зерен.
Текстура горной породы характеризует пространственное расположение и распределение ее составных частей. Основным текстурным признаком осадочных пород является слоистость (рис.1.10). Текстура горных пород (сложение) определяется пространствен­ным взаиморасположением слагающих минеральных зерен и харак­тером заполнения объема породы.



Рис. 1.10. Типы слоистости
Горизонтальная: 1 - равномерная, 2 -направленно-изме­няющаяся, 3 - неравномерная; 4 - пологоволнистая, па­раллельная; 5 - линзовидная; косая: 6- косослоисто-касательная, 7 - параллельная, 8 - параллельная с косым среза­нием серий слойков, 9 - мульдообразная; чередования раз­ных типов: 10 - косая горизонтальная, 11 - косо-полого-волнистая; 12 - биогенно-слоистая; 13 - оползневая; 14 - внедрения под давлением; 15 - биотурбация; слоеватая 16 - градационная, 17 - редкие включения, 18 - ориентированно расположенные конкреции, 19 – неотчетливая
Магматические и метаморфические породы плотные и, как правило, имеют кристаллическое строение. Магматические породы зале­гают в виде тел неправильной формы — батолитов, штоков. Осадочные породы менее плотные, часто пористые (впитывают воду). Они залегают в виде пластов, толщи их характеризуются слоис­тостью. Наконец, осадочные породы содержат ископаемые остатки организмов, а некоторые из них целиком состоят из раковин, тогда как магматические и метаморфические породы лишены их. В осадочных породах заключено подавляющее большинство скопле­ний нефти и газа.
Магматические и метаморфические породы составляют 95 % общей массы пород, слагающих земную кору, на осадочные породы прихо­дится 5 %. На земную поверхность магматические породы выходят лишь в некоторых районах земного шара, на большей же его части они скрыты под осадочными горными породами. Во всех нефтяных районах магматические и метаморфические породы залегают на боль­ших глубинах и не выходят на поверхность Земли.
Магматические горные породы. Эти породы бывают двух типов: интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившиеся). Пер­вые образуются на различной глубине в недрах земной коры, вторые — на ее поверхности. Породы, образующиеся при интрузивном магматизме, в свою очередь подразделяются на две группы: абиссальные (собст­венно глубинные) и гипабиссальные (полуглубинные).
Интрузивные породы образуются при застывании магмы на значи­тельной глубине. На больших глубинах магма остывает медленно, поэтому все минералы успевают выкристаллизоваться полностью. Порода приобретает полнокристаллическое строение. Причем зерна всех минералов, из которых состоит порода, имеют почти одинаковые размеры. Такое строение является характерным признаком образо­вания пород на значительной глубине. Все абиссальные породы имеют полнокристаллическую равномерно-зернистую структуру и имеют плотное и компактное строение. Для них характерна массивная текстура. Кроме массивной, у абиссальных пород могут быть пятнистая и другие текстуры. Примером глубинной гор­ной породы магматического происхождения служит гранит.
На сравнительно небольших глубинах образуются гипабиссальные породы. В этих условиях только часть минералов успевает выкристаллизоваться, основная же масса магмы, внедряясь в более холодные слои земной коры, относительно быстро застывает, не успев хорошо кристаллизоваться. Структура этих пород либо порфировидная, когда основная масса породы состоит из кристаллов незначительных размеров и среди них располагаются явно выраженные крупные кристаллы, либо порфировая, при которой крупные кристаллы вкраплены и скрытокристаллическую или стекловатую, аморфную массу. Приме­ром гипабиссальных горных пород могут служить кварцевые порфиры.
Эффузивные породы образуются в поверхностных условиях. Остывание и затвердение лавы происходит быстро. В этих условиях могут образоваться очень мелкие кристаллы, а при застывании вязких лав кристаллизация вещества вообще оказывается невозможной. Для эффузивных пород характерна неполнокристаллическая (скрытокристаллическая или мелкокристаллическая) структура, при которой кристаллы едва различимы. Для излившихся пород характерна порис­тая текстура, обусловленная выделением пузырьков газа при застывании лавы, либо флюидальная со следами течения (длинные оси ми­неральных зерен породы ориентированы в одном направлении). Эффу­зивными горными породами являются базальты, андезиты.
Магматические горные породы по химическому составу (в зависимости от содержания в них SiО₂ в виде кварца и других соединений) подразделяются на кислые с содержанием SiО₂ более 65 %, средние - 65 - 52 %, основные - 52 - 45 % и ультраосновные - менее 45 %.
В состав кислых пород входят полевые шпаты, слюды, роговая обманка и кварц (в виде зерен); эти породы имеют светлую окрас­ку. В средних, основных и ультраосновных породах кварца нет или он присутствует в небольших количествах (в средних породах). Сред­ние породы окрашены в серые тона, основные и ультраосновные - в темные и даже черные. Цвет их зависит от цвета составляющих минералов.
Группу кислых пород составляют граниты, кварцевые порфиры, липариты и др. Они отличаются незначительным содержанием цветных силикатов (3-12 %) и общей светлой окраской. Для них харак­терно присутствие кварца и значительное количество ортоклаза, аль­бита, олигоклаза, биотита (мусковита), реже роговой обманки и еще реже авгита. Наиболее распространены интрузивные породы (гра­ниты, кварцевые порфиры). Эффузивные их аналоги (липариты) встречаются реже.
Граниты состоят из ортоклаза (40 - 60 %), кварца (25 - 35 %), плагиоклазов (10 - 15 %), мусковита, биотита и роговой обманки. Структура полнокристаллическая, равномерно-зернистая. Гранитные тела - батолиты занимают огромные площади на земной поверхности в горных и складчатых областях.
Кварцевые порфиры содержат в качестве вкрапленников крупные зерна кварца, реже полевого шпата и слюды. Цвет светло-сероватый и серовато-розовый. Образуются на небольшой глубине. Интрузии кварцевого порфира имеют караваеобразную форму либо встречаются в виде жил.
Извержения вулканов часто сопровождаются выбросами рыхлых продуктов (кислого и среднего состава), которые покрывают боль­шую поверхность Земли, образуя пирокластические породы. Среди них различают вулканический пепел (рыхлые накопления мельчайших частиц светло-серого цвета), вулканический песок (частицы разме­ром 0,5 - 2 мм) и вулканический туф. Последний представляет собой плотную породу, состоящую из вулканического пепла и песка, а также из частиц и обломков осадочного происхождения.
Основные породы состоят из темноцветных минералов: авгита, плагиоклазов, роговой обманки. Глубинные породы менее распростра­нены, чем излившиеся. Представителями этой группы являются габбро, диабазы и базальты.
Метаморфические горные породы. Исходным материалом для образования метаморфических горных пород являются магматические, осадочные и ранее образовавшиеся метаморфические породы. Основные наиболее распространенные метаморфические горные поро­ды — кварциты, мраморы, сланцы и гнейсы.
Кварциты, представляющие собой плотные породы с массивной текстурой, состоят из зерен кварца. Структура полнокристаллическая, обычно мелкозернистая. Цвет белый светло- и красновато-серый. Блеск жирный. Залегают в виде пластов. Образуются при региональ­ном метаморфизме из кварцевых песчаников.
Слюдяные сланцы являются горными породами более высокой степени метаморфизации по сравнению с глинистыми. В их составе преобладают слюды. Структура полнокристаллическая. Текстура сланцеватая (слоисто-листоватая) . Окраска светлая.
Гнейсы имеют полосчатую текстуру (светлоокрашенные минералы чередуются с темноокрашенными) и кристаллическое строение. Сос­тоят из кварца, слюды и полевых шпатов. Образуются в результате регионального метаморфизма.
Осадочные горные породы. Образуются они в результате разрушения на поверхности Земли ранее сформировавшихся горных пород и последующего накопления и преобразования продуктов этого раз­рушения.
Классы осадочных пород: терригенные (обломочные), карбонатные, вулканогенно-осадочные, эвпаритовые, каустобиолитовые.
Терригенные (обломочные) породы
Образование терригенных пород проходит ряд этапов:

• 
  образование осадочного материала (разрушение);
  
• 
  перенос осадочного материала;
  
• 
  накопление осадков (седиментогенез);
  
• 
  преобразование осадков в породу (диагенез);
  
• 
  постепенная метаморфизация породы (катагенез).
  

Разрушение всех типов горных пород (магматических, метаморфических и осадочных) происходит под действием экзогенных процессов. Разрушенные горные породы транспортируются ветром, водой, ледниками и гравитационными силами. При транспортировке происходит дробление, изменение минерального состава, дифференциация материала, наиболее мелкие частицы перемещаются на более дальние расстояния.
Так, при воздействии ветра формируются и перемещаются песчаные дюны и барханы, а мелкие пылеватые частицы могут уноситься на тысячи километров, образуя лессовые отложения.
Водой осуществляется плоскостной смыв, продукты которого попадают в ручьи и реки переносятся водой и откладываются в виде террас, которые также со временем разрушаются и переносятся во внутренние водоемы или в океаны. На границе море-суша интенсивно происходит разрушение берегов морскими волнами, дробление, перенос и дифференциация материала. В шельфовой зоне океанов образуются мощные осадочные толщи, которые могут разрушаться течениями, мутьевыми потоками и оползнями уноситься в океан.