Депрессионные отложения осинского горизонта – потенциально нефтегазоматеринские породы Байкитской нефтегазоносной области (Восточная Сибирь)

Введение

Осинский горизонт является одним из основных продуктивных нефтегазоносных горизонтов на территории Лено-Тунгусской нефтегазоносной провинции (НГП). Региональная нефтегазоносность осинского горизонта подтверждена открытием промышленных залежей нефти, газа и газоконденсата на месторождениях Непско-Ботуобинской антелизы (Большетирском, Вакунайском, Верхнечонском, Верхнетирском, Марковском, Пилюдинском, Среднеботуобинском, Талаканском и др.), а также нефтегазопроявлениями на многих площадях и месторождениях. В осинском горизонте открыты в том числе и крупные залежи углеводородов (УВ) на таких месторождениях, как Талаканское (нефтегазоконденсатная и газовая залежи), Верхнечонское (газовая залежь), Вакунайское (газовая залежь) (Клещев, Шеин, 2010; Мельников и др., 2014; Парфенова и др., 2021; Шемин и др., 2023; и др.). Имеются многочисленные предпосылки для открытий новых залежей за пределами Непско-Ботуобинской нефтегазоносной области (НГО) (Шемин и др., 2023; и др.).

В то же время степень региональной изученности осинского интервала в целом остается невысокой. До настоящего времени нет общепринятой региональной модели строения осинского горизонта, хотя уже к концу XX века в ходе региональных исследований кембрийских отложений было установлено, что осинский горизонт имеет сложное литологическое строение и представлен, как минимум, тремя типами разреза: мелководным (сводовым), рифовым и депрессионным (Мышевский, 1991; Кузнецов и др., 2000; Шемин, 2008). Как показывают многочисленные накопленные к настоящему времени фактические данные сейсморазведки и бурения, в осинское время на огромной территории Сибирского кратона мелководная шельфовая область представляла собой сложную мозаику специфичных карбонатных платформ, разделенных внутришельфовыми прогибами и впадинами с конденсированными глинисто-карбонатными осадками. В прогибах и впадинах встречаются изолированные рифы и небольшие платформы высотой до 100–150 м (Максимова и др., 2021), представляющие своеобразные литологически ограниченные рифогенные ловушки УВ (Гайдук и др., 2017). По краям мелководных зон карбонатных платформ прослеживаются пояса многочисленных микробиальных построек толщиной до 40–70 м. В пределах мелководных зон внутренних областей платформ выделяются микробиальные пач-рифы толщиной от 10–15 до 20–30 м (Chertina et al., 2024).

В представленном фациальном ряду осинских отложений наиболее слабо изученными остаются породы внутришельфовых прогибов и впадин, имеющие сокращенные мощности (от 10 до 20 м). По опубликованным результатам пиролитических исследований установлено, что конденсированные глинисто-карбонатные осадки депрессионных зон южной части Непско-Ботуобинской антеклизы обогащены органическим веществом (Сорг) и являются потенциально нефтегазоматеринскими, а исследования продуктов термолиза керогена и экстрактов из пород-коллекторов подтверждают, что углеводороды осинских залежей сингетентичны вмещающим толщам (Гордадзе и др., 2018). К сожалению, подобной информации пока крайне мало, геолого-геохимические особенности депрессионных отложений нижнего кембрия в пределах Лено-Тунгусской нефтегазоносной провинции требуют дальнейших исследований. В целом, достоверная оценка нефтегазоматеринского потенциала пород осинского горизонта влияет на стратегию поисково-разведочных работ по нижнекембрийскому плею региона, поэтому любая новая информация по этому направлению имеет высокую степень актуальности.

Целью настоящей работы является представление принципиально новых геолого-геохимических данных о потенциально нефтегазоматеринских отложениях осинского горизонта. В результате проведенных исследований были решены следующие задачи: выполнен анализ условий седиментации осинских отложений в депрессионном типе разреза, выполнена оценка их площадного распространения в пределах Байкитской НГО, проведен расширенный комплекс геохимических исследований для оценки нефтегазоматеринского потенциала пород и установления генетической связи в системе битумоид нефтегазоматеринской породы (НГМП) – битумоид коллектора.

Материал и методика исследований

В 2023 году при бурении новой поисковой скважины на Салаирском лицензионном участке (ЛУ) (южная часть Байкитской НГО) (рис. 1) из интервала осинского горизонта был отобран уникальный керновый материал, который позволил впервые изучить депресионный тип разреза в данном районе (рис. 2). Для отбора применялся современный керноотборочный снаряд, обеспечивающий максимально полный вынос керна и его высокую степень сохранности. Благодаря этому удалось проследить непрерывный разрез осинского горизонта от его базальной пачки до перекрывающего соляного флюидоупора и получить подробную геолого-геохимическую характеристику депрессионного типа разреза.

Рис. 1. Обзорная схема Сибирского кратона с основными тектоническими структурами и нефтегазоносными областями (НГО). Условные обозначения: 1 – расположение изученного разреза; 2 – контур распространения нефтегазоносных провинций и НГО Сибирского кратона; 3 – контуры НГО; 4 – основные НГО; 5 – контуры надпорядковых тектонических структур; 6 – наименования основных тектонических структур; 7 – контуры залежей УВ в осинском горизонте.

Рис. 2. Профиль акустического импеданса через депрессионные отложения осинского горизонта Салаирского лицензионного участка. Выделяются амплитудные аномалии, связанные с изолированными рифовыми постройками осинского возраста – потенциальными ловушками УВ. Отражающие горизонты: Us – кровля усольской свиты, Os – кровля осинского горизонта, V – кровля карбонатного комплекса венда. 

Седиментологический анализ пород проводился на распиленной колонке керна с определением структуры пород, их текстурных особенностей, диагностикой типа коллектора, интерпретацией условий седиментации. Отбор образцов для литологических исследований выполнялся в комплексе с отбором на петрофизику. В результате этого в точках отбора получена полная и детальная информация о фильтрационно-емкостных свойствах пород, их вещественном составе и минералогических особенностях, морфологии пустотного пространства и диагенетической истории. Для изучения литологических свойств пород и их диагенетических преобразований в лабораторном центре проводились петрографический анализ прозрачных шлифов, растровая электронная микроскопия (SEM), рентгеноструктурный анализ (XRD).

Для оценки площадного распространения потенциально нефтегазоматеринских пород осинского горизонта была выполнена фациальная интерпретация разрезов скважин Байкитской НГО по материалам ГИС, а также интерпретация сейсмических данных МОГТ 2D и 3D, построены карты распространения депрессионных фаций и их радиоактивности.

Важным этапом изучения пород осинского горизонта являлись геохимические исследования. Для определения обогащенности пород органическим веществом (ОВ), оценки его качества и количества использовался комплекс пиролитических исследований до и после экстракции на приборах HAWK и Rock-Eval 6 Turbo, всего было изучено 14 образцов пород. Для наиболее обогащенного ОВ и наименее преобразованного образца были выполнены кинетические исследования по однокомпонентной и многокомпонентной схемам с детальным изучением жидких (С6-С14, С15+) и газообразных (С1, С2-С5) продуктов деструкции нерастворимой части ОВ (керогена). Кинетические исследования выполнялись при скоростях нагрева: 2, 10, 15, 25 и 50 °C/мин, обработка результатов и расчет кинетических параметров произведены с использованием программного обеспечения Optkin. Изучение продуктов деструкции керогена выполнялось на аппаратно-программном комплексе «Кристалл 5000» с пламенно-ионизационным детектором и пиролитическим испарителем П4 с криофокусировкой.

Помимо этого, был изучен детальный УВ и изотопный состав 3-х хлороформных экстрактов (битумоидов), извлеченных из потенциальных НГМП (зона, фациально приуроченная к внутришельфовой впадине с максимальным содержанием ТОС (total organic carbon)) и коллекторов (зона микробиальной постройки, где наблюдались признаки нефтепроявлений в керне – запах УВ и голубоватое свечение пород в УФ-свете), для установления генетического источника УВ из коллекторов в пределах осинского горизонта.

Седиментологическая характеристика осинского горизонта

Мощность осинского горизонта в изученном разрезе составляет 12,5 м. Горизонт подстилается соляной пачкой нижнеусольской подсвиты толщиной 70 м и перекрыт верхнеусольской свитой толщиной более 470 м. Снизу вверх в разрезе горизонта можно выделить три пачки (рис. 3).

Рис. 3. Седиментологический разрез осинского горизонта в новой поисково-оценочной скважине Салаирского участка

Нижняя пачка толщиной около 3 м представлена серыми тонкослоистыми микрокристаллическими доломитами (доломадстоунами) и микробиальными ламинарными доломитовыми известняками (байндстоунами), неравномерно сульфатизированными, плотными, в нижней части прослоями слабоглинистыми. Породы сформировались в обстановках карбонатных приливно-отливных мелководий и лагун с повышенной соленостью.

Средняя пачка имеет толщину 4,8 м и связана с первым этапом осинской трансгрессии. Она сложена серыми и светло-серыми известковистыми доломитами и доломитовыми известняками со структурами микробиальных баундстоунов (бафл- и байндстоунов). Внизу выделяются желваковые формы микробиальных каркасов, выше их сменяют дендровидные микрокаркасы. В верхней части пачки наблюдается чередование прослоев с кустистыми и стелющимися кальцимикробами. Межскелетные промежутки выполнены тонко- и микрокристаллическим доломитом, реже радиаксиальным кальцитовым цементом. Породы в верхней части пачки слабо кавернозно-пористые с пятнистой межкристаллической пористостью по участкам доломитизации, с признаками УВ. По кавернам также встречается битум. Каверны развиты по выщелоченным дендроидным микрокаркасам, изолированные, частично выполнены солью. По всей пачке неравномерно встречаются мелкие включения сульфатов. В кровле пачки выделен маломощный прослой пелоидно-литокластового доломита. Средняя пачка сформирована в условиях относительно мелководной сублиторали, на глубинах в первые метры с хорошей освещенностью, где могли активно развиваться фотосинтезирующие формы кальцимикробов.

Верхняя пачка толщиной 4,6 м сформирована на максимуме осинской трансгрессии. Она сложена черными и темно-серыми микритовыми тонко- и микрослоистыми известняками, неравномерно глинисто-кремнистыми и доломитистыми, с высоким содержанием органического вещества (Сорг), с высыпками тонких кристаллов пирита по наслоению. Пачка хорошо выделяется по форме кривой гамма-каротажа (ГК) с характерной двойной положительной аномалией (рис. 3). В нижней и средней частях пачки выделяются тонкие прослои карбонатных диагенетических псевдобрекчий и маломощные прослои крупнощебенчатого литокластового материала. В отдельных тонких прослоях известняков-мадстоунов встречаются мелкие раковинные фоссилии, тонкие ходы роющего бентоса. Однако преобладающий тип пород – микрослоистые черные известняки, как правило, лишены признаков жизнедеятельности донных организмов (рис. 4а). В шлифах в этих породах наблюдаются частые прожилки черного органического материала, тонкие высыпки пирита, тонкостенные остатки многочисленного известкового микропланктона (рис. 4б). В верхней части пачки появляются тонкие линзы сульфатов, породы становятся более светлого оттенка (серые и темно-серые), чаще появляются прослои с мелкораковинными остатками.

Рис. 5. Характеристики депрессионной пачки осинского горизонта в пределах северной части Нижнеангарской внутришельфовой депрессии: А – карта толщин пачки, Б – карта средней радиоактивности депрессионных фаций. Условные обозначения: 1 – северная граница внутришельфовой депрессии, 2 – изолинии, 3 – расположение изученного разреза, 4 – глубокие скважины. GR (gamma ray) – Гамма каротаж.

На севере и северо-востоке внутришельфовая депрессия обрамляется серией карбонатных платформ: Оморинской, Юрубчено-Камовской и Юдуконо-Собинской, трансформируясь в межплатфоменных зонах в узкие прогибы.

Результаты пиролитических исследований

Все образцы, отобранные на пиролитические исследования, приурочены преимущественно к верхней пачке осинского горизонта, в зоне наиболее контрастной аномалии по ГК.

Суммарная мощность охваченных пиролитическими исследованиями пород составляет около 4,6 метров. Содержание ТОС (по результатам пиролиза после экстракции) в изученных породах осинского горизонта колеблется от 0,48% до 8,00%, составляя в среднем 2,48% (рис. 6), остаточный генерационный потенциал – от 0,40 до 17,95 мгУВ/г породы, составляя в среднем 4,70 мгУВ/г породы.

Рис. 6. Частота встречаемости содержания ТОС в изученных породах верхней пачки осинского горизонта на Салаирском ЛУ

Катагенетическая преобразованность ОВ пород, оцененная через параметр Tmax (Behar et al., 2001), варьируется от непреобразованного ОВ (Tmax менее 430°С) до зрелости, приближающейся к концу главной зоны нефтеобразования (Tmax больше 449°С, рис. 7) (Espitalie et al., 1984). Стоит отметить, что все пиролитические параметры в изученном интервале имеют значительную изменчивость, однако в середине разреза наблюдаются наиболее обогащенные ТОС и наименее преобразованные породы. Причина такой изменчивости пиролитических характеристик, вероятно, связана с несколькими факторами: внедрением интрузий в триасовое время, что привело к прогреву ОВ, дальнейшей генерации УВ, следы которых были отмечены в керне. Помимо этого, вполне вероятно, что обогащенность ОВ в пределах верхней пачки осинского горизонта изначально была неравномерной, и наиболее обогащенные ОВ образцы расположены в центральной части верхней пачки.

Рис. 7. Диаграмма типов ОВ НГМП осинского горизонта на Салаирском ЛУ

На наименее преобразованном образце породы (Tmax = 436°С) (ТОС = 7,11%, HI = 383 мгУВ/г ТОС) были проведены кинетические исследования по однокомпонентной, а затем многокомпонентной схемам (рис. 8). Детектируемые продукты деструкции нерастворимой части ОВ при обработке результатов объединялись в группы (компоненты):

• компонент 1: (С1) – сухой газ, метан;
• компонент 2: (С2-С5) – жирные газы;
• компонент 3: (С6-С14) – УВ легкой нефти;
• компонент 4: (С15+) – УВ тяжелой нефти.

Рис. 8. Четырехкомпонентный кинетический спектр преобразования ОВ НГМП осинского горизонта на Салаирском ЛУ

Доля метана в продуктах деструкции составила 12,35%, газов состава С2-С5 – 16,32%, компонентов легких нефтей С6-С14 – 31,86%, компонентов тяжелых нефтей С15+ – 39,45%. Таким образом, результаты кинетических исследований подтверждают, что изученное ОВ осинского горизонта на Салаирском ЛУ следует относить к преимущественно нефтегенерирующему (доля жидких УВ продуктов генерации составляет более 70%). Однако важно отметить, что полученные данные – единичные, и необходимо повышать степень изученности этих отложений.

Важным моментом при формировании стратегии поиска залежей УВ, связанных с осинским горизонтом, помимо прогнозирования области распространения депрессионных фаций, их мощности и обогащенности ТОС, также является степень термического прогрева вероятной осинской НГМП, которая зависит от нескольких составляющих: максимальной степени погружения и теплового воздействия за счет влияния трапповых тел. Осинский горизонт представляет собой закрытую УВ систему, в которой есть как НГМП (потенциал которой необходимо подтвердить большим количество геохимических замеров по скважинам), так и коллектор, которые экранируются сверху и снизу мощными отложениями солей. Заполнение УВ внутри осинского горизонта происходило только за счет внутреннего источника УВ и не предполагает миграцию из более древних НГМП рифейского или вендского комплексов.

Результаты исследований углеводородного и изотопного состава экстрактов

Для трех изученных битумоидов, извлеченных из пород осинского горизонта посредством горячей экстракции в хлороформе, был реализован полный комплекс геохимических исследований: разделение на группы и фракции посредством жидкостно-адсорбционной хроматографии, дальнейший анализ мальтеновой части битумоида методом газовой хроматографии, изучение распределения УВ-биомаркеров, анализ изотопного анализа углерода посредством масс-спектрометрии. Отбор образцов пород на битуминологические исследования проводился из зоны распространения потенциальной НГМП (темные глинистые известняки депрессионных отложений осинского горизонта, обогащенные ТОС) и коллекторов (светлые известняки с признаками УВ). Для всех извлеченных образцов был рассчитан коэффициент β, отражающий сингенетичность битумоидов вмещающим толщам. Параметр рассчитывался по формуле β = (ХБА/ТОС)*100%, где ХБА – содержание хлороформенного битумоида в породе (в %). Образец №1, извлеченный из НГМП, можно охарактеризовать как сингенетичный, т.е. генетически единый вмещающим толщам. Образец №2 – это эпигенетичный (миграционный) битумоид, отобран из интервала микробиальной постройки, на хроматограмме (рис. 9) наблюдаются начальные признаки биодеградации. Образец №3 также отобран из интервала микробиальной постройки, но с ухудшенными фильтрационно-емкостными свойствами, что обуславливает сравнительно низкий выход битумоида.

Во всех изученных экстрактах (рис. 9), извлеченных из керна осинского горизонта скважины Салаирского ЛУ, обнаружены 12- и 13-монометилалканы. Считается, что эти специфичные соединения характерны для нефтей докембрия Сибирской платформы (Макушина и др., 1978). Серия этих соединений была также открыта в докембрийских нефтях Омана (Ким, 2008). При изучении кембрийских нефтей Бахтинского мегавыступа (Южно-Тунгусская НГО), Курейско-Бакланихинского мегавала (Турухано-Норильский нефтегазоносный район), Бологурской площади (Северо-Алданская НГО) в определяемых количествах 12- и 13-монометилалканы обнаружены не были (Конторович и др., 2005).

Рис. 9. Хроматограммы мальтеновой части экстрактов пород осинского горизонта Саларского ЛУ. Значком «x» отмечены 12- и 13-монометилалканы.

Генетически вышеуказанные кембрийские нефти могут быть связаны с верхнепротерозойской хатыспытской и нижне-среднекембрийской куонамской свитами.

На территории работ (Байкитская НГО) отмечено, что в значимых концентрациях 12- и 13-монометилалканы обнаружены в вендских нефтях и битумоидах (например, в эпигенетичных битумоидах оскобинской свиты венда скважин Салаирская 1 и 2), в то время как в рифейских нефтях и битумоидах 12- и 13-монометилалканы отсутствуют или не обнаружены в значимых концентрациях (Баженова и др., 2014).

Наличие 12- и 13-монометилалканов в осинском горизонте кембрия ранее масштабно не изучалось в УВ-скоплениях Байкитской НГО. Учитывая тот факт, что УВ система осинского горизонта на территории работ является изолированной от нижележащих комплексов (подстилающие и перекрывающие толщи солей, отсутствие разломов), а также сходство планктонной микробиоты венда (где обнаружены 12- и 13-монометилалканы) и нижнего кембрия (где их присутствие достоверно не установлено в регионе работ), можно предположить, что ОВ вероятной осинской НГМП также может характеризоваться присутствием 12- и 13-монометилаканов.

Также для битумоидов был рассчитан комплекс биомаркерных коэффициентов, основанных на соотношениях алкановых, стерановых, тритерпановых, ароматических соединений. В работе (Баженова и др., 2014) изучено распределение полициклических нафтенов в разновозрастных битумоидах Сибирской платформы. Отмечено, что в нижне-среднекембрийских отложениях возрастает относительное содержание стеранов по сравнению с рифейскими и вендскими образцами. На рисунке 9 показано сравнение изученных битумоидов осинского горизонта Салаирской площади с опубликованными данными по распределению полициклических нафтеновых УВ в разновозрастных отложениях Сибирского кратона.

На рисунке 10 видно, что распределение стеранов, три- и пентациклических тритерпанов для образцов осинского горизонта Салаирского ЛУ совпадает с опубликованными характеристиками для кембрийских НГМП (Баженова и др., 2014).

Относительно высокие концентрации соединений ряда тиофена встречаются нечасто. Дибензотиофен (DBT), фенантрен (Phen) не наследуются из исходной биомассы, а контролируются условиями диагенеза и катагенеза (Hughes, 1995), т.е. данные факторы в значительной степени отличались у битумоидов, извлеченных из кембрийских и рифейских отложений в пределах изучаемой скважины Салаирского ЛУ.

В ходе работы было произведено сравнение изотопного состава углерода (ИСУ) насыщенной (метано-нафтеновой) и ароматической (нафтено-ароматической) фракций нефтей рифейского и вендского комплексов, полученных на территории Байкитской НГО, с ИСУ битумоидов осинского горизонта Салаирского ЛУ. В выборке присутствовали нефти Оморинской, Салаирской, Платоновской, Камовской, Куюмбинской, Терско-Камовской площадей. На рисунке 11 представлены результаты сопоставления ИСУ. Генетические типы нефтей были неоднократно верифицированы в результате ранее проведенных исследований. По ИСУ битумоиды осинского горизонта имеют несколько утяжеленный состав в сравнении с флюидами, генетически связанными с вендскими НГМП, и тяготеют ближе к области флюидов, генетически связанных с рифейскими НГМП. Однако кембрийские образцы осинского горизонта по сравнению с рифейскими нефтями более обогащены легким изотопом углерода ¹²С. Данные наблюдения свидетельствуют в пользу того, что осинский горизонт кембрия на территории Салаирского ЛУ представляет собой изолированную (от венда и рифея) систему, в которой существовал собственный источник УВ. Однако стоит отметить, что необходимо повышать степень изученности осинского горизонта методами геохимии для формирования более устойчивых выборок параметров.

Рис. 11. Изотопный состав углерода фракций разновозрастных нефтей Байкитской НГО и битумоидов осинского горизонта Салаирского ЛУ

Заключение

Впервые для Байкитской НГО получена подробная геолого-геохимическая характеристика потенциально нефтегазоматеринских депрессионных отложений осинского горизонта Нижнеангарской внутришельфовой впадины.

В составе осинского горизонта выделяется верхняя пачка темно-серых и почти черных известняков с характерными признаками конденсированной седиментации (микритовая структура, микрослоистая текстура, повышенное содержание Сорг, отсутствие остатков бентосных организмов, обилие фрамбоидов пирита и др.). Для пород пачки характерны высокие значения радиоактивности (по гамма-каротажу).

В пределах Нижнеангарской впадины депрессионная пачка осинского горизонта имеет сокращенную мощность: от 2,5–4,0 м в центральной части впадины до 6,0–12,0 м в приплатформенных зонах.

В интервале осинского горизонта по керну выявлены породы, обогащенные органическим веществом (содержание ТОС по результатам пиролиза колеблется от 0,48% до 8,00%, составляя в среднем 2,48%), которые можно классифицировать как вероятные нефтегазоматеринские. Кроме этого, в низкопористых доломитах осинского горизонта установлены углеводороды, генетически связанные с этими НГМП.

Геохимическими методами доказано, что породы осинского горизонта относятся преимущественно к нефтегенерирующим. По результатам битуминологических исследований установлено, что на территории Салаирского участка осинская углеводородная система является изолированной от нижележащих вендских и рифейских отложений. По ряду геохимических характеристик битумоиды осинского горизонта существенно отличаются от битумоидов рифея и венда.

Вышеизложенные результаты оценки нефтегазоматеринского потенциала пород осинского горизонта имеют несомненное влияние на стратегию поисково-разведочных работ в пределах западных районов Лено-Тунгусской НГП, что объясняет их высокую актуальность.