Новейшая сдвиговая тектоника осадочных бассейнов: тектонофизический и флюидодинамический аспекты (в связи с нефтегазоносностью)

Общая характеристика работы.

Актуальность работы определяется тем огромным вниманием, которое уделяется сегодня поискам углеводородов (УВ) в осадочных бассейнах, где в настоящее время работами сейсморазведки 3Д выявлен комплекс неизвестных ранее структурных парагенезов, формирование которых потребовало научного объяснения. Только на основе трехмерных сейсмических построений оказалось возможным изучение и понимание уникальных по своей природе и эволюции тектонических структур в чехле осадочных бассейнов, с их сложной историей развития, изменчивым во времени напряженным состоянием и важной ролью новейших сдвиговых деформаций в формировании сопровождающих их структурных и флюидодинамических парагенезов.

Важное научно-прикладное значение имеют полученные количественные связи нефтегазо-носности с активностью новейших деформаций, равно как и связи проницаемости земной коры с новейшими деформациями и структурами осадочных бассейнов, а также установленная нефтегазоконтролирующая роль тектонических структур горизонтального сдвига, обеспечивающие в совокупности новые методологические и технологические решения в области прогнозирования и поисков УВ.

Цель работы состояла в выявлении структурных признаков проницаемости чехла и фундамента осадочных бассейнов на основе изучения структур горизонтального сдвига для обоснования методов прогнозирования и поисков нефти.

Для достижения этой цели было необходимо решить следующие задачи:

1) изучить в трехмерных моделях структурные парагенезы, связанные с проявлением сдвиговой тектоники в условиях закрытых недр осадочных бассейнов, а также освоить опыт работ по моделированию структур разрушения в зонах сдвигания;

2) изучить структурные, палео- и неотектонические условия проявления сдвиговых деформаций в пределах разновозрастных осадочных бассейнов;

3) разработать методику структурно-кинематического и динамического анализа трещинных систем в пределах структур горизонтального сдвига на основе интерпретации сейсморазведки 2Д/3Д и анализа линеаментов;

4) изучить структурные и флюидодинамические парагенезы зон сдвигания для прогнозирования параметров фильтрационной неоднородности пород и обоснования структурных признаков проницаемости осадочного чехла и фундамента;

5) выполнить количественные оценки новейших деформаций земной коры для изучения закономерностей пространственного размещения и стратиграфической локализации залежей УВ в пределах осадочных нефтегазоносных бассейнов;

6) разработать количественные методы прогнозирования нефтегазоносности недр как флюидодинамической основы бассейнового моделирования;

7) разработать методику поисков и разведки залежей УВ в пределах структур горизонтального сдвига в условиях слоистых (осадочный чехол) и массивных (фундамент) фильтрационно-неоднородных анизотропных сред.

Фактический материал. В работе использованы материалы, полученные автором по результатам 30-ти летних личных исследований геологии и нефтегазоносности разновозрастных осадочных бассейнов: Восточно-Европейская (Прикаспийская впадина) и Северо-Африканская (бассейн Иллизи) докембрийские платформы; Туранская (Южно-Мангышлакский прогиб и Бузачинский свод) и Западно-Сибирская (Надым-Пурская и Пур-Тазовская синеклизы) эпигерцинские плиты; кайнозойский Тихоокеанский подвижный пояс (Зондский шельф, бассейн Кыу-Лонг). Основу работы составили: 1) результаты более 20 отчетов, выполненных автором в течение 2004-2008 г.г. по тематике сдвиговой тектоники осадочных бассейнов; 2) обобщение материалов изучения структур разрушения по результатам моделирования; 3) результаты физического моделирования процессов структурообразования в условиях сдвиговых деформаций; 4) литературные данные по изучению признаков горизонтальных сдвигов, географии и масштабов проявления сдвиговой тектоники в осадочных бассейнах мира.

Защищаемые положения:

1. Установлено широкое проявление структур горизонтального сдвига в пределах разновозрастных осадочных бассейнов Земли. Горизонтальные сдвиги фундамента независимо от возраста основания являются деформациями новейшего этапа развития осадочных бассейнов и идентифицированы по вторичным структурам разрушения осадочного чехла на основе интерпретации сейсморазведки 3Д.

2. Выявлены морфокинематические несоответствия моделей <цветковых структур> и впервые предложена новая кинематическую модель структур горизонтального сдвига, как основа деформационной ячейки для механизма формирования зон сдвигания в условиях кинематической модели чистого сдвига.

3. Впервые установлены структурные признаки проницаемости земной коры для очаговой разгрузки глубинных флюидов и разработаны научные основы фильтрационной ячейки для механизма вертикальной миграции флюидов.

4. Обоснованы количественные связи новейших деформаций и проницаемости земной коры с закономерностями пространственного размещения и стратиграфической локализации залежей УВ, что впервые позволило обосновать новую модель распределения УВ в осадочных бассейнах и разработать методы прогнозирования нефтегазоносности недр как флюидодинамической основы бассейнового моделирования.

Научная новизна:

1. Разработаны основы учения о структурах горизонтального сдвига, деформационной ячейки для механизма формирования зон сдвигания в условиях кинематической модели чистого сдвига и фильтрационной ячейки для очаговой разгрузки глубинных флюидов в условиях локального растяжения земной коры.

2. Разработана трехмерная кинематическая модель структур горизонтального сдвига, позволившая предложить новые взгляды на механизм формирования структурных парагенезов зон сдвигания.

3. Обоснована необходимость ревизии метода анализа мощностей для палеотектонических реконструкций с целью учета доли неседиментационной части в общей мощности отложений, измененных за счет процессов нагнетания пород в зонах динамического влияния горизонтальных сдвигов фундамента.

4. Для количественной оценки новейших деформаций земной коры в условиях отсутствия чехла синхронных отложений, предложена методика расчета абсолютной величины размаха неотектонических движений.

5. Для осадочных бассейнов разработана методика реконструкций напряженно-деформированного состояния осадочного чехла на основе анализа трещинных систем по данным сейсморазведки 2Д/3Д и анализа линеаментов.

6. Разработаны методы количественной оценки перспектив нефтегазоносности территорий и локальных структур на основе связей новейших деформаций и проницаемости земной коры с закономерностями пространственного размещения и стратиграфической локализации залежей УВ.

Практическая значимость работы вытекает из протокола N3948 от 01.02.07 нефтяной секции ЦКР Роснедра: <Проблема изучения сдвиговых деформаций Западной Сибири выходит за рамки чисто научного интереса. Для нефтяных компаний и ОАО <Газпром>, работающих на объектах, осложненных сдвиговыми деформациями, эта проблема приобретает важное практическое значение на всех этапах ГРР от поисково-разведочного бурения до проектирования разработки месторождений>. ЦКР Роснедра рекомендует: 1) расширить исследования по изучению сдвиговых деформаций на месторождениях Роснефть, Газпром нефть, Лукойл и др. недропользователей; 2) включить в планы ГРР недропользователей центральной части Западной Сибири выполнение силами научных центров нефтяных компаний при координации ЦГЭ: а) региональные обобщающие исследования по уточнению географии распространения изучаемого явления, выявлению и подготовке новых локальных нефтегазопоисковых объектов и приросту запасов УВ и б) детализационные работы с целью уточнения геологического строения разрабатываемых и вновь вводимых в разработку месторождений на основе учета влияния сдвиговых деформаций на систему разработки и эффективность проведения геолого-технических мероприятий>.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований автора за последние 5 лет вошли в качестве геологических разделов научно-производственных отчетов по интерпретации сейсмических материалов 2Д/3Д, выполненные в ЦГЭ по договорам с Сибнефть, Газпромнефть, Зарубежнефть, Газпром, Арчнефть, Вьетсовпетро, Роснефть, Лукойл, ТНК-ВР.

1. Диссертант является автором 35 научно-производственных отчетов по тематике работы.

2. Основные положения и результаты работы докладывались на НТС и заседаниях геологических секций нефтяных и газовых компаний: Сургутнефтегаз, Сургутгазпром, Сибнефть, Зарубежнефть, Вьетсовпетро, Арчнефть, Астраханьгазпром, Самаранефтегаз, Самара-Нафта, Гипровостокнефть, Газпромнефть, Лукойл, Роснефть, ТНК-ВР, Газпром и послужили основанием для заключения в 2006-08 г.г. договоров на выполнение НИР по комплексному анализу структур горизонтального сдвига с целью уточнения геологического строения разрабатываемых месторождений.

3. Рекомендации автора, основанные на результатах изучения сдвиговой тектоники, использованы при обосновании направлений ГРР и утверждении планов бурения компаниями: Газпром нефть; Арчнефть; Роснефть-Стройнефтегаз Лтд; Роснефть; Астраханьгазпром и способствовали открытию многочисленных залежей УВ.

4. По данным интерпретации сейсморазведки 3Д в 2005 г. автором подготовлены рекомендации на бурение 7-ми скважин на Еты-Пуровском месторождении, которые дали промышленные притоки нефти. Особое значение имеют открытия залежей УВ в пласте Ю₁¹ (скв.231: Qн = 270.0 тн/сут, Qг = 177.4 тыс.м³/сут; скв.233: Qн = 341.7 тн/сут, Qг = 48.8 тыс.м³/сут; скв.234: Qн = 440.0 тн/сут), впервые доказавшие высокую продуктивность присдвиговых структур юрского комплекса. В 2006 г. на Еты-Пуровском месторождении автором рекомендовано бурение 30-ти скважин. В 2007-08 г.г. утверждены к бурению 10 скважин, которые дали небывало высокие для Западной Сибири дебиты из пласта Ю₁¹: скв.238: Qн = 480.0 тн/сут, Qг = 469.7 тыс.м³/сут; скв.239: Qн = 700.0 тн/сут, Qг = 491.8 тыс.м³/сут; скв.242: Qн = 210.0 тн/сут, Qг = 179.0 тыс.м³/сут. Программа интенсивного освоения юрского комплекса Еты-Пуровского месторождения на основе авторской методики и рекомендаций по разбуриванию присдвиговых структур выполняется при 100% успешности бурения поисково-разведочных скважин.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований автора докладывались в течение последних 5-ти лет на 38 международных, всероссийских и региональных конференциях, в том числе: II Международная конференция <Геодинамика нефтегазоносных бассейнов>, РГУ И.М.Губкина, 2004; 67 EAGE Conference & Exhibition., Madrid, 2005; международная конференция <Дегазация Земли: геофлюиды, нефть и газ, парагенезы в системе ископаемых>, ИПНГ, 2006; International Conference , Vungtau, 2006; <Геодинамика и напряженное состояние недр Земли>, ИГД СО РАН, Новосибирск, 2007; XLI Тектоническое совещание <Общие и региональные проблемы тектоники и геодинамики>, МГУ, 2008; всероссийская конференция <Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле>, ИФЗ, 2008 и др.

По теме диссертации опубликовано 140 работ, из них 70 за последние 5 лет.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав и заключения, общим объемом 307 страниц, включая 115 рисунка, 10 таблиц. Библиография - 234 наименования.

Благодарности. Работа выполнена в тесном контакте и совместной работе с сотрудниками ЦГЭ: А.Г.Авербух, Г.Н.Гогоненков, А.С.Кашик, С.С.Эльманович и др.

Автор глубоко признателен руководителю нефтяной секции ЦКР Роснедра Н.Н.Лисовскому и руководству нефтяных компаний Газпромнефть, Роснефть, Лукойл, ТНК-ВР и Газпром за поддержку научных инициатив автора по изучению сдвиговой тектоники на разрабатываемых ими месторождениях. Успешной работе над диссертацией способствовали активные производственные контакты автора и обсуждение результатов исследований со специалистами этих компаний.

В процессе экспериментальной работы автор пользовался помощью сотрудников лаборатории геотектоники и тектонофизики МГУ (Н.В.Короновский, М.А.Гончаров, Н.С.Фролова); лаборатории тектонофизики (А.В.Михайлова, Ю.Л.Ребецкий, Л.А.Сим Ф.Л.Яковлев) и геомеханики (Ш.А.Мухамедиев, Е.И.Рыжак) ИФЗ им. О.Ю.Шмидта РАН; лаборатории вычислительной геофизики института прикладной математики РАН им. Келдыша (А.Х.Пергамент); института физики прочности и материаловедения СО РАН (Ю.П.Стефанов). Автор считает своим приятным долгом выразить всем им благодарность за оказанную помощь и совместную плодотворную работу.

Появлению диссертации автор во многом обязан своему научному консультанту Н.В.Короновскому. Важную моральную поддержку оказала Д.С.Оруджева, чье наставничество вдохновляли меня к работе. Работа стала возможной благодаря атмосфере творчества, созданной в ЦГЭ ее руководителями А.С.Кашиком и Г.Н.Гогоненковым, в тесном сотрудничестве с которыми проводились научные исследования по сдвиговой тематике. Огромная благодарность им за ценные советы и дружеские наставления. Особая благодарность моей жене, Другу и Соратнику по жизни, чья мудрость, терпение и жертвенность позволили состояться мне как Человеку и Ученому.