Понятия геохимических барьеров и геохимических полей

Геохимические методы прогноза нефтегазоносности. Физико-химическая модель залежи углеводородов. Понятия геохимических барьеров и геохимических полей. Геохимические методы поиска месторождений нефти и газа.

Физико-химическая модель залежи углеводородов.

Понятия геохимических барьеров и геохимических полей.

В основе теории геохимических поисков нефти и газа лежит представление о фильтрационно-диффузионном массопереносе газообразных и жидких углеводородов из залежей в перекрывающие их осадочные породы.

а - формы и виды геохимических аномалий: 1- апикальная аномалия сорбированных углеводородных газов; 2- фильтрационные аномалии углеводородных газов и минеральных образований; 3- аномалии жидких и газообразных УВ, фильтрующихся по зонам макро- и микротрещиноватости; 4- кольцевые аномалии газов биохимического происхождения

б – обобщенный минералого-геохимический разрез: 1-3 – продуктивные отложения (1- залеж; 2- ВНК; 3- покрышка); 4-6 – комплекс надпродуктивных отложений (4- нижняя геохимическая зона (комплекс подбарерных отложений); 5- верхняя геохимическая зона (комплекс надбарерных отложений); 6- первый регионально выдержанный водоупор (литологический барьер); 7 – зона фильтрации УВ; 8 – барьерная зона.

I-IX – аномальные минералого-геохимические области: I – концентрированного скопления УВ (залежь) и угнетенного вторичного минералообразования; II – активного массообмена и вторичного минералообразования; III – активного тепло- и массообмена и вторичного минералообразования; IV - подбарьерная диффузионного рассеяния УВ, их анаэробного окисления и вторичного минералообразования; V – барьерная активного анаэробного рассеяния и вторичного минералообразования; VI – кольцеобразная надбарьерная интенсивного субвертикального тепломассообмена, фильтрации, аэробного окисления УВ, вторичного минералообразования; VII - кольцеобразная подбарьерная субвертикальной фильтрации, анаэробного окисления УВ, вторичного минералообразования; VIII – надбарьерная активного аэробного окисления УВ ореола диффузионного рассеяния; IX – рассеянной вторичной минерализации не связанной с УВ, мигрирующими из залежи.

Залежь нефти и газа – это локальная область концентрирования жидких или газообразных УВ и сопутствующих им химических элементов. Залежь является источником термобарического и физико-химического воздействия на окружающие ее породы.

В области залежи формируются градиенты температуры, давлений, концентраций углеводородных и неуглеводородных компонентов (СО, СО₂, Н₂S, ионов СО₃^2-, Н⁺, ОН^- и др.). Вещества распространяются от залежи в направлении наибольших градиентов температур и давлений, то есть преимущественно в области максимального разуплотнения пород или в надпродуктивные отложения. В результате над залежью формируются поля аномальных концентраций углеводородов и некоторых сопутствующих элементов.

Формирование геохимических полей над месторождениями полезных ископаемых – объективно существующий геологический процесс. В этом процессе генерация, миграция и аккумуляция веществ неразрывны в геосистемах.

Форма массопереноса от залежи в надпродуктивные толщи зависит от конкретных геолого-геофизических условий: от тектонической активности, литологической характеристики пород, термобарического градиента, характера проницаемости и др.

Для регионов с повышенной тектонической активностью, характерен фильтрационный массоперенос по системам трещин и каналов в зонах тектонических нарушений. В периоды усиления тектонической активности интенсивность фильтрации УВ может резко увеличиваться или уменьшаться.

Для регионов с ослабленной тектонической активностью, преобладающими являются процессы диффузионного массопереноса. Этот вид миграции, в отличие от фильтрации, протекает с меньшей интенсивностью, но непрерывно и во всем объеме перекрытий. В результате, над залежами также формируются ореолы повышенных концентраций УВ.

На пути миграции УВ к поверхности могут присутствовать различные геохимические барьеры, которые осложняют движение флюидов, меняют его направление или приостанавливают. На таких барьерах происходит накопление УВ, идет вторичное минералообразование.

В надпродуктивных отложениях могут быть развиты следующие типы барьеров:

Структурно-литологические – возникают на участках резкого изменения вещественного состава, структуры и морфологии пластов.

Механические – возникают на участках резкого изменения скорости движения поверхностных и подземных вод, воздуха, тепловых потоков, миграции УВ и химических элементов, что приводит к формированию аномалий, особенно над нефтегазоносными структурами.

Физико-химические – проявляются в зоне резкого изменения физико-химических условий среды (кислородный, восстановительный, щелочной, испарительный, адсорбционный и капиллярный). Каждый из них способствует формированию аномалий над скоплениями нефти или газа.

Биологические – проявляются в зоне активной деятельности микроорганизмов, где выделяется значительное количество СО₂, воды и тепловой энергии в результате окисления УВ.

По характеру распространения барьеров в пределах нефтегазоносных бассейнов выделяют региональные, зональные и локальные барьеры. Аномалии образующиеся на региональных и зональных барьерах анизотропны (размыты); их формы могут быть линейно-вытянутые и кольцеобразные. Локальные барьеры проявляются в местах разломов, разрывов, стратиграфических несогласий, литологических ограничений. Аномалии здесь небольшие по площади, но интенсивные по концентрации веществ.

Общая схема формирования полей концентраций УВ над залежью приведена на следующем рисунке:

С₁ и С₂ – источники региональной распространенности. Они малоинтенсивны и порождают незначительные флуктуации нормальных концентраций – это углеводородный фон территории.

С₃ – мощный локальный источник (залежь), порождающий аномалию в результате диффузионно-фильтрационного массопереноса.

Результирующее аномальное поле представляет собой сумму региональной и локальной составляющих. Исходя из этого:

под полем аномальных концентраций понимают локальную часть поля концентраций, в пределах которой количественные и качественные характеристики УВ и связанных с ними компонентов существенно отличаются от нормальных (фоновых).

Форма, размер, морфология геохимических полей зависит от ландшафта, климатических условий, режима почвенных и грунтовых вод, сообщества микроорганизмов…, то есть от вида тех геохимических барьеров, которые их вызывают.

Ореолы измененных пород обычно существенно превышают размеры залежи. Форма на поверхности – в виде кольцевых зон или локальных участков породы с измененными свойствами и химическим или микробным составом.