Особенности геологического строения и условий залегания баженовской свиты в пределах Южно-Тамбейского газоконденсатного месторождения

Уже более полувека баженовский горизонт является одним из центральных объектов всестороннего геологического изучения. Сейсмики и петрофизики, геологи и разработчики спорят о строении баженовской свиты (БС), особенностях ее залегания, нефтегазоматеринском потенциале и возможности промышленного освоения. Не стала исключением и Ямало-Гыданская нефтегазоносная область, где первые поисково-разведочные работы на юру начались в 1970-х годах. Запись стандартного комплекса геолого-геофизических исследований скважин позволила выполнить интерпретацию методов ГИС, а также получить представление об условиях осадконакопления после отбора керна.

Так, первые попытки определить тип разреза БС в пределах Ямало-Гыданской области сделаны в работе Ю.В. Брадучана и Ф.Г. Гурари «Баженовский горизонт Западной Сибири (стратиграфия, палеогеография, экосистема, нефтеносность)» [1], изданной в 1986 году. К моменту написания монографии на Южно-Тамбейском месторождении уже была пробурена скважина 5Р, в которой был записан стандартный комплекс геофизического каротажа (ГИС). Авторы отмечают схожесть Тамбейского и Салымского типа разрезов на примере Июльской скв. 270-Р. Как и в Салымском районе, на Тамбее в интервале БС выделяются две высокоомные пачки с аномальной радиоактивностью относительно перекрывающих и подстилающих пород, а сам разрез рассматривается как проявление южной области внутреннего арктического типа.

В последующее время и вплоть до 2014 года каких-то существенных геолого-геофизических материалов, позволявших всесторонне описать баженовский горизонт, накоплено не было. Первые данные, давшие возможность более подробно охарактеризовать БС, особенности строения и условия залегания, удалось получить после начала широкой поисково-разведочной программы по изучению юрских отложений Южно-Тамбейского месторождения. Так, в интервале БС были выполнены стандартные и специальные исследования на керне, запись широкого комплекса ГИС. Результаты геолого-разведочных работ подтвердили высокую степень макро- и микронеоднородности, скорректировали представление об особенностях строения.

Литологическая характеристика баженовского горизонта

К настоящему времени на Южно-Тамбейском месторождении БС вскрыта бурением восьми поисково-разведочных и шести эксплуатационных скважин. При анализе каротажных диаграмм можно отметить, что описание разреза хоть и соответствует представлениям, сформированным на более ранних стадиях изучения Тамбейской группы месторождений, но имеет ряд уникальных особенностей, прежде не отмечавшихся. БС по материалам ГИС делится на три условные пачки, которые отличают ее от вмещающих пород абалакской и ахской свит (рис. 1). Пачка 1 характеризуется высокими удельными электрическими сопротивлениями (УЭС) 15—20 Ом×м, большими значениями естественной радиоактивности (ГК), а также пониженными показаниями индукционного каротажа (ИК). Выше по разрезу залегает пачка 2, которую следует рассматривать как низкоомную с УЭС 2—5 Ом×м, за исключением отдельных маломощных карбонатизированных пропластков с пониженными значениями естественной радиоактивности. Пачка 3 отличается от подстилающих отложений высокими УЭС и ГК и имеет схожие геофизические характеристики с пачкой 1, что позволяет сделать предположение о близком литологическом составе. Следует отметить, что пачка 3 имеет тенденцию к полному выклиниванию в направлении с северо-запада на юго-восток, что более подробно будет рассмотрено при описании особенностей залегания.

В 2014 году на Южно-Тамбейском месторождении был выполнен отбор керна из интервала пачки 1 БС, который позднее был описан на геологическом факультете МГУ. Исследованный керновый материал в основном представлен кероген-кремнисто-глинистыми отложениями с чередованием маломощных прослоев, сложенных известково-глинисто-кремневыми породами. Кремневая составляющая по разрезу не является постоянной, в отдельных интервалах увеличение кремневой доли достигает 50% по отношению к глинистой. В верхней части пачки 1 появляются крупная карбонатная конкреция. Кровля характеризуется интенсивной пиритизацией с образованием послойного линзовидного скопления. Содержание органического вещества меняется по разрезу, в среднем составляя около 10%.

По результатам исследований в породе отмечены ростры белемнитов, отпечатки и раковины двустворчатых и головоногих моллюсков, онихиты, части скелета рыб, радиолярии, микрофлора и микростроматолиты (рис. 2).

Радиолярии, встреченные в разрезе пачке 1, соответствуют титону — нижне-средневолжскому подъярусам волжского яруса верхней юры. Здесь можно отметить следующих представителей вида: Acanthocircus aff. breviaculeatus, A. cf. minispineus, Parvicingula Jonesi, Parvicingula blowi, Tripocyclia trigonum и других.

Наиболее интересная информация о времени осадконакопления была получена при изучении аммонитов. Так, в разрезе найдены останки Rasenia, ранее представители данного вида на Ямальском полуострове встречены не были. Возраст отложений по аммонитам можно отнести к раннему кимериджу (георгиевский горизонт).

Макрофлора, отмеченная в образцах керна, представлена хвощовыми растениями Neoclamites sp (рис. 2). Согласно исследованиям определить точный возраст органических остатков не представляется возможным из-за плохой сохранности и измененной структуры растений. Необходимо отметить, что роль хвощовых растений неизменно уменьшалась от триаса и нижней юры к верхнеюрскому и меловому времени. Одними из немногих представителей, получивших распространение в баженовское время, были Neoclamites sp. Присутствие растений позволяет говорить о наличии береговой линии в относительной близости от места осадконакопления. Кроме того, такой вывод хорошо согласуется с высоким содержанием глинистых минералов, порой превышающих 35% мас. в поднятой на поверхность горной породе.

При анализе палеонтологических исследований, в частности исследований аммонитов, была выдвинута гипотеза о формировании нижней части пачки 1 в кимериджское время. Однако однородность строения, насыщенность органическим веществом, содержание урана, который имеет аквагенное происхождение, скорее говорят об отнесении данного горизонта к баженовской свите.

На текущем этапе изученности описанного керна в интервале пачек 2 и 3 нет. Изучая каротажные диаграммы, можно предположить повышение глинистой составляющей в интервале пачки 2 относительно подстилающих пород, выразившееся в снижении УЭС. Пачка 3 скорее всего имеет кероген-кремнисто-глинистый состав с повышенным содержанием органического вещества. Согласно данным геолого-технических исследований отмечена высокая битуминозность аргиллитов пачки 3, превышающая ее содержание в предположительно схожих по составу породах пачки 1. В таких скважинах отмечается рост УЭС до 35 Ом×м и повышение естественной радиоактивности до 300—400 gAPI (1 gAPI — 0,1 мкр/ч).

Особенности строения и залегания баженовского горизонта

В соответствии с региональными представлениями в пределах Ямало-Гыданской мегаседловины БС характеризуется нормальными и сокращенными толщинами (до 40 м), происходит уменьшение содержания высокоуглеродистых пород с удалением от центра бассейна, в северо-восточных районах провинции отмечаются эрозионные поверхности [9]. Предполагается, что завершение формирования баженовского комплекса связано с тектоническими перестройками в берриасе.

С другой стороны, в ряде работ отмечается, что для северных территорий и акваторий Западной Сибири характерен монотонный и постепенный режим тектонического погружения в течение триасового и юрского периодов. Позднее, в берриасе — раннем апте отмечается смещение зон максимального прогибания от структур обрамления Южно-Карской региональной депрессии, в результате чего обособились две зоны интенсивного погружения, разделенные Северной мегаседловиной, тогда как Ямало-Гыданская мегаседловина на данном этапе развития испытывала тенденцию к относительному погружению. В апте, альбе и сеномане тектонические процессы сохранили унаследованный характер от неокома, однако снизилась их интенсивность. При этом Ямало-Гыданская мегаседловина частично была захвачена погружавшейся Южно-Карской мегасинеклизой. В постсеноманское время Ямало-Гыданская мегаседловина оказалась вовлеченной в процессы относительного роста, что также привело к усилению структурной выраженности крупных и амплитудных поднятий, в том числе Южно-Тамбейского. Однако такой рост полностью не скомпенсировал прогибание, в которое территория была вовлечена в неокоме и позднее, вплоть до сеномана [4].

По данным [4] Тамбейская группа структур относится к структурам Бованенковского типа, которые проявляются на структурных планах всех мезозойских горизонтов, и развивалась подобно структурам Нурминского вала, т.е. формировалась в юрское и бериасс-сеноманское время и продолжила унаследованное развитие в конце позднего мела и кайнозое.

Для уточнения представлений о строении баженовского горизонта в пределах Южно-Тамбейского ГКМ был выполнен анализ имеющегося геолого-геофизического материала. На месторождении в ряде поисково-оценочных скважин выполнена запись вертикального сейсмического профилирования, широкополосного акустического каротажа, что позволило увязать скважинную геофизику с материалами СРР 3D МОГТ. На сейсмических разрезах БС выделяется по отрицательной амплитуде, которая хорошо прослеживается как по вертикали, так и по площади месторождения. Несмотря на весьма однородную сейсмическую запись, с юго-востока на северо-запад отмечается усиление сигнала от баженовского горизонта, амплитуда становится более яркой. Кроме того, на сейсмических атрибутах и разрезах хорошо видны разрывные тектонические нарушения, которые пронизывают весь юрский комплекс и уходят в интервал неокома. При анализе срезов по кубу Variance вдоль ОГ Б можно выделить системы дизъюнктивов, обладающих как сдвиговой, так и вертикальной составлявшей сбросового или взбросового типа. Сами разломы формируют цветковые структуры с корнем, уходящим в фундамент, раскрываясь в интервале средней юры — ачимовской толщи (рис. 3). Цветковые структуры разделяются на положительные и отрицательные, связанные с транстенсией (сдвиго-растяжение) и транспрессией (сдвиго-сжатие), понятиями, впервые предложенными В. Харландом в 1971 году [10].

На этапе подготовки к детальной корреляции в скважине с типовым разрезом в интервале от абалакской свиты до неокома были выделены основные стратиграфические свиты и отдельные реперные пачки. Подстилающими отложениями баженовского горизонта являются породы абалакской свиты. В пределах Южно-Тамбейского месторождения абалакская свита имеет типичное строение севера Западной Сибири.

На каротаже породы характеризуются низкими УЭС, едва превышающими 5 Ом×м, высокой радиоактивностью до 100 gAPI (рис. 4). Отложения представлены серыми аргиллитами. Общая толщина абалакской свиты выдержана по площади и составляет 95—105 м, что говорит о спокойном тектоническом режиме в период осадконакопления и отсутствии зон интенсивного прогибания.

Таким образом, можно сделать вывод о высокой степени макронеоднородности БС, связанной как с изменением толщин свиты в целом, так и каждой пачки в отдельности. Неравномерное развитие баженовского горизонта по площади также сопровождается изменением свойств пород в юго-восточном направлении.

Следует заметить, что высокая неоднородность и стратиграфическая неполнота баженовского горизонта отмечаются и на ряде других площадей Ямала: на юге полуострова, на Новопортовском месторождении отмечается полный размыв баженовских отложений в приподнятых участках структуры [7][8].

Типизация разреза и влияние тектоники

Уточнение морфологии залегания на основе детальной корреляции скважин в интервале абалакской — ахской свит позволяет скорректировать представление о типизации разреза БС и особенностях ее выделения на Южно-Тамбейском месторождении. С учетом выклинивания пачки 3 в юго-восточном направлении можно определить два типа разреза, каждый из которых имеет характерный состав, подходы к выделению и прослеживанию по площади месторождения.

Первый тип разреза представлен тремя пачками. Границы кровли и подошвы однозначно фиксируются по увеличению естественной радиоактивности и УЭС. БС указанного типа развита в северной и центральной части Южно-Тамбейского месторождения. По своим геолого-геофизическим характеристикам она соответствует описанию, приведенному в работе Ю.В. Брадучана и Ф.Г. Гурари [1]. Толщина свиты достигает 23 м.

Второй тип разреза связан с выклиниванием пачки 3. БС сохраняет в своем составе две нижние пачки, однако отмечается сокращение их толщины в юго-восточном направлении. В устоявшихся принципах определения кровли и подошвы БС полуострова Ямал уже долгое время используются подходы к выделению отложений по высоким значениям УЭС и естественной радиоактивности [1][7], что, как видно на схеме корреляции, не всегда правильно. Основной и главной особенностью второго типа разреза, отходящей от классической корреляции баженовского горизонта, является установление кровли по снижению ГК и низким УЭС. Данное уточнение можно назвать определяющим, и этот принцип должен быть использован при прослеживании горизонта по площади рассматриваемого участка. Толщина БС в разрезах второго типа составляет 16—18 м.

Различия в толщине БС не только отмечаются на каротажных диаграммах, но и проявляются на сейсмических разрезах. Отрицательная амплитуда становится более яркой в северо-западном направлении и затухает в юго-восточном, хотя и поддается уверенной сейсмической корреляции. Можно предположить, что северо-западная часть участка во время осадконакопления испытывала более интенсивное прогибание. По причине небольшой выборки скважинных данных сделать однозначный вывод о преобладании пликативных или дизъюнктивных деформаций в процессе прогибания пока не представляется возможным. Однако вероятное проявление дизъюнктивных процессов находит подтверждение в большом количестве разрывных нарушений, выявленных по материалам сейсморазведочных работ. Цветковые структуры, сформировавшие отдельные тектонические блоки, простираются в северо-западном направлении и полностью совпадают с азимутом изменения толщины БС. На схеме корреляции, представленной на рисунке 4, показан переход разреза БС от первого типа ко второму. Изменение БС в целом и каждой пачки в отдельности хорошо коррелирует с расположением скважин по обособленным тектоническим блокам, выделенным по данным сейсморазведочных работ 3D МОГТ.

Возможное влияние тектоники на захоронение осадков отмечено при описании керна. В отложениях нижней пачки БС практически на одной глубине найдены остатки организмов разных участков бассейна седиментации. Так, в разрезе присутствуют теплолюбивые строматолиты и предпочитающие холод радиолярии. Такое соседство ископаемых остатков можно объяснить тектоническими процессами, обеспечившими резкое изменение относительного уровня моря и, как следствие, смену обстановки осадконакопления.

Необходимо обратить внимание, что в северо-западном направлении на месторождении происходит наращивание не только БС, но и развитие клиноформ ачимовского возраста. Говоря о сонаправленном изменении толщин разновозрастных комплексов и пространственной ориентации блоков разрывных нарушений, следует сделать предположение о едином тектоническом режиме, существовавшем в верхнеюрское — неокомское время. На основе подобного взаимоотношения ачимовских клиноформ и подстилающих битуминозных отложений предлагается рассмотреть гипотезу о выделении БС в нулевую или начальную стадию развития клиноформного комплекса, связанную с проявлением цветковой (клавишной) тектоники. В таком случае разрывные нарушения являются конседиментационными, испытывавшими периодическую реактивацию, а клавишное погружение отдельных блоков вдоль них обеспечило образование клиновидных структур в разрезе БС. Центральное место влиянию на процесс седиментогенеза БС и ачимовских клиноформ отведено клавишной тектонике в исследованиях И.С. Гутмана и др. [2][3][5].

Выводы

На Южно-Тамбейском месторождении разрез БС по данным каротажа удалось разделить на три пачки. Верхняя и нижняя имеют предположительно схожий литологический состав и близкое по количеству содержание органического вещества, что выражается в аналогичной конфигурации кривых ГИС. Средняя пачка характеризуется повышенной глинистостью с уменьшенной долей керогена. Отличия в строении и условиях залегания свиты по площади месторождения обусловили проведение типизации разреза с выделением двух основных типов. Первый тип представляет наиболее полный комплекс пород и содержит в своем разрезе все 3 пачки. Второй тип связан с выклиниванием верхней пачки в центральной части месторождения в юго-восточном направлении при сохранении в составе двух нижних. Типизация разреза позволила подобрать алгоритмы корреляции и сформулировать подходы к прослеживанию границ свиты, которые могут иметь важное значение для множества нефтегазовых месторождений полуострова Ямал. Здесь стоит отметить главную особенность выделения кровли баженовского горизонта по падению ГК и пониженным УЭС для второго типа разреза, что является нехарактерным способом геометризации для территории Западной Сибири. Региональную корреляцию БС в пределах Ямало-Гыданской нефтегазоносной области следует пересмотреть с учетом приведенных уточнений.

При изучении морфологии залегания БС выявлено клиновидное строение с развитием толщи в северо-западном направлении. Ориентация изменения толщины баженовских пород совпадает с основным азимутом простирания разрывных нарушений и проградации ачимовской толщи. Наличие указанной закономерности позволяет предполагать, что активная тектоника, проявившая себя в верхнеюрское-нижнемеловое время, определила историю осадконакопления. По данным интерпретации СРР 3Д МОГТ на Южно-Тамбейском месторождении выявлено большое количество тектонических нарушений, сформировавших цветковые структуры. Результаты первоочередного бурения доказывают, что изменение толщины БС хорошо ассоциируется с расположением скважин в отдельных тектонических блоках. Подчиненность процессов седиментации БС конседиментационным эндогенным причинам кажется очевидной на данной стадии изученности месторождения.

По мере роста объемов глубокого поисково-разведочного и эксплуатационного бурения на крайнем севере Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции механизмы осадконакопления, связанные с тектоникой, будут уточняться. Увеличение выборки данных позволит более точно скорректировать представления о процессах осадконакопления, происходивших на рубеже эпох юра-мел.