WWW.KNIGA.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Онлайн материалы
 

«ПЕРКОЛЯЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ ПОСТСЕДИМЕНТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССАХ ОБРАЗОВАНИЯ МИНЕРАЛОВ В ОСАДОЧНЫХ ПОРОДАХ. Г.А. Кринари1, Ю.Ш. Рахматулина2 Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, ...»

Осадочные бассейны, седиментационные и постседиментационные процессы в геологической истории

ПЕРКОЛЯЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ ПОСТСЕДИМЕНТАЦИОННЫХ

ПРОЦЕССАХ ОБРАЗОВАНИЯ МИНЕРАЛОВ В ОСАДОЧНЫХ ПОРОДАХ.

Г.А. Кринари1, Ю.Ш. Рахматулина2

Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, Georgy.Krinari@kpfu.ru

Институт экологии и недропользования при АН РТ, Казань, naked4@yandex.ru

При установлении этапов процессов эпигенеза по литологическим и минералогическим данным чаще всего априорно принимается, что все параметры системы, как и облик минералов, включая малые примеси, на ограниченном участке пласта постоянны. Мы хотим показать, что такой подход не является универсальным. Генетическая роль акцессориев в осадочных породах очевидна, но обычно исследуют лишь их обломочную компоненту. Возможности методов современной дифрактометрии позволяют фиксировать аутигенные или трансформированные фазы, несущие важную информацию о постседиментационных процессах, при концентрациях менее 0,1 %. Такая информация особенно нужна при установлении механизмов биохимического (биокосного по Вернадскому) взаимодействия минерального скелета пород с микрофлорой пласта, которые всегда реализуются в нефтеносных толщах. При этом за счёт разложения всех полевых шпатов возникает ряд минералов, совершенно не свойственных обычным осадочным породам и содержащих алюминий в октаэдрах.



К ним относятся гидроокислы: гиббсит, бёмит, баерит, требующиеся для образования кислой среды, как и основные карбонаты — скарброит, или сульфаты из группы алюминита, устойчивые при рН7,8. В продуктивных карбонатных коллекторах Татарстана мы часто наблюдаем совместное присутствие этих фаз, а в песчаниках фиксируется также алунит и минералы Fe3+ — гётит, акаганеит, ярозит вместе с пиритом — фазой Fe2+ (рис. 1). В гомогенных изолированных системах так быть не может. Объяснением служит частичная разгерметизация пласта, возможно, неоднократная, сопровождаемая перемещением флюидов при участии как элизионных, так и инфильтрационных вод, иногда сопровождаемая окремнением пород. Индикатором первых служит появление целестина и Рис. 1. Спектр дифракции обводнённого песчаника. Обозначения рефлексов: Q — кварц, C — кальцит, M — слюда, Ch — хлорит, K — каолинит, Cr, Tr — опал. Индикаторы инфильтрационных вод: S — скарброит, A — алюминит, At — алунит, J — ярозит; G — гётит; элизионных вод: Br — баерит, Bm — бёмит, Ak — акаганеит. Se — смектит этиленгликоль, Р — пирит, М/S — смешанослойная слюда/судоит VII Всероссийское литологическое совещание 28-31 октября 2013 акаганеита, вторых — наличие основных карбонатов и сульфатов вплоть до появления гипса (Кринари и др., 2013).

Следовательно, в содержащих нефть породах состав и особенности структуры минералов не могут априорно приниматься как индикаторы условий, которые характеризуют объём пор целиком, и автоматически переноситься на весь пласт. Прежде всего, это касается глинистой составляющей, структура которой наиболее чутко реагирует на изменения параметров среды.

Обычно структуру смешанослойных фаз выявляют методом фитинга, в котором теоретическим спектрам 00L дифракции глинистых минералов подбирают параметры, при которых они близки экспериментальным для различных обработок препарата и обменных катионов (Sakharov et al., 1999; Солотчина, 2009). Фитинг основан на формализме цепей Маркова, где вероятностные параметры любой последовательности слоёв однородны и характеризуются единой величиной статистической дисперсии.





Условия полностью выполняется для объектов, возникающих при катагенезе в закрытых системах, где условия среды постоянны и термодинамически стабильны, что не является универсальным для любых пород. Обратная трансформация вторичных слюд, включая и фазы иллит-смектит, сопровождается за счёт возникших механических напряжений диспергированием и частичным выносом продуктов из зоны реакции (Кринари и др., 2011).

Тогда статистическая однородность у смешанослойных фаз нарушается, частично превращая дисперсную фракцию в механическую смесь глинистых минералов, гетерогенных по структуре и генезису. При изучении обратной трансформации фитинг не будет вполне корректным, так как её конечный итог зависит как от скорости деградации, так и от скорости удаления новых фаз, что требует разработки иных подходов в изучении кинетики процессов трансформации.

Предложен метод разностных спектров, в котором дифракционные кривые воздушного сухого препарата и насыщенного этиленгликолем образца нормируются по рефлексу 7 фаз без разбухающих пакетов, и второй вычитается из первого (Рахматулина и др., 2012). Такой разностный спектр не содержит вклада в дифракцию от слюды, каолинита и хлорита, почти не зависит от состава самих 2:1 слоёв и аппаратурной функции и более полно отражает структуру фаз с межслоевыми промежутками типа смектита, которые часто создают не более 8–15 % от интенсивности исходного спектра. Основная часть разностного спектра представляет прямую линию.

Высоту этой «нулевой линии» по отношению к оси ординат, обозначаемую как Lz, для интервала 0,05–0,15 1/ задаёт соотношение интенсивностей в двух экстремальных точках:

dmin и dmax. Их положение и значение Lz определяется долей в объекте компонент слюды (рM), смектита (рS), и толщин пакетов смектита, содержащих или 1Н2О или 2Н2О. Задача в данном случае облегчается тем, что не требует оценки вероятности чередования слоёв с различными межслоевыми промежутками, как и количественных отношений наблюдаемых фаз, поскольку в ходе процесса структурный облик глинистой составляющей может постоянно меняться. Вполне достаточно фиксировать факт появления или исчезновения минеральных фаз, которые можно интерпретировать как индикаторы определённых этапов трансформации. Их облик формируют комбинации пакетов разной толщины, отвечающей базальным межплоскостным расстояниям d00L слюды 10, смектита с одной сеткой воды (1Н2О) 12,4, смектита с двумя сетками воды (2Н2О) 14,4 и смектита, насыщенного этиленгликолем 16,8. Приведённые значения d001 смектита характеризуют преобладание одновалентных или двухвалентных обменных катионов, соответственно. Их состав будет отражать величину слоевого заряда, поскольку при обратной трансформации, кроме удаления К1+, необходимо его снижение за счёт частичной замены Si4+ тетраэдров на Al3+. Оба процесса может реализовать только микрофлора пласта (Кринари и др., 2011), и её метаболиты также должны присутствовать в межслоевом пространстве. Ими может быть только растворимая в воде органика, способная менять толщину пакета смектита, поэтому значения d001 для 1Н2О и 2Н2О можно принимать как граничные.

При типичном составе 2:1 слоёв и факторов ближнего порядка R=0; 1; 2; 3 рассчитаны теоретические «разностные спектры» системы иллит-смектит во всём диапазоне концентраций компоненты слюды (рМ) и смектита (рS) с сетками 1Н2О и 2Н2О. Построены зависимости всех структурных параметров от рМ, в данном сообщении в диапазоне 0,7рМ0,95. По значению экспериментального локального минимума dmin (Е) определяется pM, по которому выбирается теоретический разностный спектр с параметрами, более близкими экспериментальному d max (К).

Осадочные бассейны, седиментационные и постседиментационные процессы в геологической истории Высота Lz служит дополнительным моделируемым параметром спектра. Можно показать, что при 0,95рМ0,7 в диапазоне 14,5–8,0 теоретический разностный спектр может иметь лишь два экстремума: dmin и dmax, но для разностных спектров от природных объектов они иногда расщепляются на несколько локальных, часть которых объясняется только присутствием фаз с R0. При этом значения dmaxЕ точно попадают на кривую dmin f (pM) для 1Н2О либо 2Н2О. При R=0 положение dmaxЕ локализуются межу кривыми dmin f (pM) для 1Н2О и dmin f (pM) для 2Н2О.

Появление фаз с R0 объясняет различия механизмов формирования вторичных слюд.

Ранее была показана возможность реализации двух процессов перехода структур смектитов во вторичные слюды. Первый задаёт физическая необходимость удаления воды из межслоевых промежутков при резкой смене величины или знака Eh за счёт изменения типа биоценозов в слабо консолидированном осадке. Процесс начинается при диагенезе и не требует повышенных температур. В итоге возникает неупорядоченное наложение слюдяных блоков, в которых 13L сетки политипов 2М1 и 1М создают трёхмерно упорядоченную структуру (Кринари и др., 2008).

По границам между блоками сохраняются лабильные (смектитовые) пакеты. Их число будет уменьшаться в ходе погружения, сопровождаясь ростом pM и образованием смешанослойных фаз с R=0 и разным числом сеток Н2О в лабильном пространстве между слоями. Но уже на самой начальной стадии технологического обводнения, когда оно ещё не фиксируется данными ГИС, в глинистой компоненте продуктивного коллектора возникает обратная трансформация с расщеплением частиц вторичных слюд по границам отдельных блоков, что приводит к контакту новых, способных к набуханию межслоевых промежутков с не менее чем тремя слоями слюды.

Образуются упорядочено смешанослойные фазы иллит-смектит с фактором ближнего порядка R=3. Наиболее простым критерием диагностики этого явления служит увеличение амплитуды рефлекса вблизи 10 на спектре от насыщенного этиленгликолем препарата по отношению к спектру воздушно сухого объекта, поскольку здесь при насыщении этиленгликолем рефлекс от смешанослойной фазы смещается не к 8,4 (002 смектита) а к 9,35 — 005 от сверхпериода 46,8. (Рахматулина и др., 2012). Но аналогичный эффект могут, в принципе, вызывать и фазы с R=1 или R=2, образующиеся на глубинах более 2,5 км. В продуктивном девоне Татарстана их появление маловероятно, в отличие от нижних нефтеносных горизонтов Западной Сибири.

Показано (Рахматулина и др., 2012), что при реализации технологий обводнения в одном образце керна обычно присутствуют фазы с R=3 и разным числом сеток Н2О, хотя образование структур с 2Н2О требует существенно больших затрат энергии, чем для 1Н 2О. Объяснением служит эффект перколяции (Hunt et al., 2009), когда при двухфазной фильтрации в коллекторе возникают локальные, не связанные между собой участки, в которых реализуются различные уровни деградации вторичных слюд. Но аналогичные эффекты могут проявляться и в любых иных объектах, где по разным причинам происходят изменения параметров насыщающих вод.

На рис. 2а приведён разностный спектр аргиллита из зоны, где при закачке в пласт Д0 произошло аварийное смятие колонны на уровне региональной покрышки за счёт огромных механических напряжений, возникающих при появлении затрубной циркуляции от внедрения сеток Н2О в межслоевое пространство вторичных слюд (Кринари и др., 2011). Там же указан спектр аналогичного аргиллита вне зоны аварии с экстремумами, положение которых отвечает единой структуре с рМ=90 %, R=0, 1Н2О (образец Мu38). Очевидно, движение пресных вод по вторичным трещинам создавало в объёме породы локальные участки с различным катионным составом и иными параметрами, что привело к образованию фаз с R=3, содержащих либо 1Н2О, либо 2Н2О. Одновременно для фазы с R=0 происходил рост содержания компоненты смектита.

Второй механизм требует повышения РТ параметров и реализуется путём роста винтовых дислокаций. В процесс вовлекаются как отдельные последовательности из слоёв слюд, так и 3D блоки, что снижает эффект 3D смешанослойности. Наличие лабильных промежутков блокирует дальнейший рост винтовых спиралей. За пределами дислокационных кристаллов продолжается трансформация смешанослойных фаз вплоть до появления структур с R=1 и R=2, что вполне согласуется с предложенным ранее механизмом их формирования (Дриц и др., 1976). Система отвечает устойчивому состоянию, когда её состав ограничен присутствием слюдяных блоков, частично сохранивших 3D упорядоченность, и смешанослойной фазой R=1 с рМ=0,5 или R=2 с рМ=0,75. Но при сочленении таких последовательностей с малыми блоками вторичных слюд VII Всероссийское литологическое совещание 28-31 октября 2013 Рис. 2. Разностные спектры, а): exp — покрышки из зоны аварии, exp Mu38 — покрышки вне зоны аварии;

б): exp — нефтеносного эксплуатируемого песчаника зоны апокатагенеза, exp N359 — без вероятности наложенных явлений; структура найденных фаз: Pm — доля слюд, R — фактор ближнего порядка;

пунктир — экспериментальное положение экстремумов, штрих-пунктир — положения экстремумов расчётной модели могут возникать фазы с рМ0,5 или с рМ0,75, соответственно.

Образование структур с R=1 или R=2 задаётся диапазоном параметров среды, что снижает вероятность их совместного присутствия, не исключая его полностью. На рис. 2б приведён разностный спектр глинистой фракции продуктивного песчаника, разрабатываемого без применения заводнения, скважина 2061 Нивгальская, глубина 2985 м. Фиксируются фазы R=2 с 1Н2О, так и с 2Н2О. При высоком содержании компоненты слюды сверхпериодные отражения на спектрах 00L дифракции могут не проявляться. Чем вызвано усложнение структурного облика глинистой компоненты пока не вполне понятно. Скорее всего, имело место природное или техногенное перемещение флюидов по коллектору, что вело к появлению локальных поровых объёмов с разными геохимическими параметрами, составом обменных катионов и активностью биоты, обеспечивающей систему дополнительной, по сравнению со структурами R=1, концентрацией активного Al3+, который необходим для образования фаз с R=2. На рисунок наложен разностный спектр от образца N359, взятого с глубины 2991 м из разведочной скважины 200 р до начала любого воздействия на пласт. Положение его экстремумов отвечает структуре с рМ=92 %, R=1 и 2Н2О (обр. N359).

При реализации технологий заводнения коллекторов, содержащих фазы с R=1 или R=2, как и для продуктивных песчаников девона, появляются структуры с высокой долей лабильных пакетов, как и фазы с R=3. Последние могут служить индикаторами самого начала обводнения (Рахматулина и др., 2012) на разных этапах эпигенеза, если не возникает перекристаллизации всех вторичных слюд. Присутствие тосудита и ректорита не исключает появления фазы с R=3.

Во всех случаях структуры с R=1, 2 или 3 содержат либо только одну, либо две сетки Н2О.

Из сказанного следует, что нарушение геохимических и гидродинамических равновесий в проницаемых породах может возникать много чаще, чем это допускалось ранее, возможно, и не только в нефтеносных толщах. Блокирование некоторых систем поровых каналов, проводящих воду, должно создавать и различия в локализации новообразованных частиц минералов, в том числе наноблоков слюд, которое вызвано деградацией с участием биоты (Кринари и др., 2011).

Литература Дриц В.А., Сахаров Б.А. Рентгеноструктурный анализ смешанослойных минералов. М.: Наука, 1976. 256 с.

Кринари Г.А., Ескина Г.М., Кольчугин А.Н., Королев Э.А., Морозов В.П. История и механизмы формирования залежей нефти в карбонатных породах по минералого-литологическим данным // Литосфера. 2013. № 1.

Осадочные бассейны, седиментационные и постседиментационные процессы в геологической истории

Кринари Г.А., Храмченков М.Г. Трёхмерная структура вторичных слюд осадочных пород:

особенности и механизмы формирования // Доклады РАН. 2008. Т. 423. № 4. С. 524–529.

Кринари Г.А., Храмченков М.Г. Обратная трансформация вторичных слюд осадочных пород:

механизмы и приложения // Доклады РАН. 2011 Т. 436. № 5. С. 1–7.

Рахматулина Ю.Ш., Кринари Г.А. Выявление начальных стадий обводнения продуктивных коллекторов по изменениям структуры вторичных слюд // Георесурсы. 2012. № 2 (44). С. 35–39.

Солотчина Э.П. Структурный типоморфизм глинистых минералов осадочных разрезов и кор выветривания. Новосибирск: Акад. Изд-во «Гео». 2009. 234 с.

Sakharov B.A., Lindgreen H., Salyn A.L., Drits V.A. Determination of Illite-Smectite structures using multispecimen x-ray diffraction profile fitting // Clays & Clay Minerals. 1999. V. 47. № 5. P. 555–566.

Hunt A., Ewing R. Percolation Theory for Flow in Porous Media. Lection Notes Physics 771. Berlin Heidelberg: Springer. 2009. 320 р.



Похожие работы:

«1 Цели освоения дисциплины Основной целью изучения дисциплины "Перспективные направления создания сортов" является формирование способностей применения основных лабораторных и полевых методов анализ...»

«1 Пояснительная записка Рабочая программа составлена с учетом Федерального Государственного стандарта, программы по биологии авторов И.Н. Пономарева, Н.М. Чернова ( Природоведение. Биология. Экология : 5 – 11 кл.: программы. М.: ВентанаГраф, 2010. – 176 с. ). Рабочая программа ориентирована на использование учебника: Пон...»

«Аннотация к программе по биологии для 11 класса (профильный уровень) Рабочая программа разработана на основании следующих документов: Федерального компонента ГОС среднего (полного) общего образования по биологии (2004 г.), Ф...»

«МОБУ Магдагачинская СОШ №1 5 А класс Сегодня в выпуске: Что такое биология? 1 Что изучает биология 2 Великие открытия в биологи 2 Великие русские ученые биологи 3 Биологические загадки 4 Что такое биология? Кроссвор...»

«Бюллетень Никитского ботанического сада. 2006. Вып. 93 41 НЕКТАРИН С МУЖСКОЙ СТЕРИЛЬНОСТЬЮ: ХОЗЯЙСТВЕННАЯ И СЕЛЕКЦИОННАЯ ЦЕННОСТЬ Е.П. ШОФЕРИСТОВ, доктор биологических наук; Е.Г. ШОФЕРИСТОВА, кандидат биологических наук, Ю.А. ОВЧИННИКОВА Никитский ботанический сад – Национальный научный центр Введение Промышленный сор...»

«Руководство пользователя m2 AAD 03.13.02 RU содеРЖаНИе Предупреждение 1. Введение 2. Конструкция 2.1 Отдельные части прибора 2.2.1 Контрольный блок 2.2.2 Блок управления 2.2....»

«1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 1.1. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП Генетика в структуре ООП относится к разделу вариативных дисциплин для аспирантов по направлению подготовки 06.06.01 Биологические науки. Генетика. Логически и содержательно-методически она является необходимым звеном для профессиональной подготовки и становления миров...»

«Рабочая программа по биологии 10 класс Рабочая программа по биологии составлена на основе Федерального компонента государственного стандарта среднего (полного) общего образования на базовом уровне и программы для общеобразовательных учреждений 5 – 11 класс под редакцией В.В.Пасечника"Обща...»

«Предметная газета Вестник природы Печатное издание кабинета экологии СШ № 3 г.п. Зельва Девиз: "Мы хотим сделать мир экологичнее" 28 марта 2016 года №4 В номере: Во время весенних каникул прошла районная олимпиада по биологии среди учащихся 5-7 кла...»








 
2017 www.kniga.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.