Селли Р.Ч. Древние обстановки осадконакопления

Подождите немного. Документ загружается.

Интерпретация изменений

гранулометрического состава

по данным геофизического каротажа

При рассмотрении циклического осадконакопления уже отме-

чалось, что характерные изменения в размере частиц и последо-

вательности осадочных текстур обычно связаны с теми или иными

седиментарными системами. Форма кривых каротажных графиков

косвенно отражает изменения в размере частиц осадка. Именно

этим обусловлена возможность использования геофизического ка-

ротажа для вертикального профилирования размерности зерен.

Методика таких исследований хорошо разработана и уже многие

годы широко применяется при поисковых и разведочных работах

на нефть [63, 79 и др.]. При построении подобных профилей ис-

пользуют в основном два вида каротажа: каротаж по естествен-

ным потенциалам (ЕП) и гам_ма-карсггаж.

В первом случае регистрируется разность между потенциалом

электрода, перемещаемого по скважине, и постоянным потенциа-

лом электрода, закрепленного на поверхности. Величина ее зави-

сит от кумулятивного эффекта электрофильтрации и электроосмо-

са в толщах, пробуренных скважиной. Эти параметры непосред-

ственно связаны с проницаемостью пород. Кроме того, что слан-

цы— непроницаемы, а песчаники — высоко проницаемы, известно,

что проницаемость последних обычно падает с уменьшением раз-

мера зерен. Это связано с тем, что с уменьшением размера частиц

увеличивается содержание глинистого матрикса, который закупо-

ривает все поровые канальца. Иными словами: поскольку каротаж

по ЕП регистрирует главным образом проницаемость, которая в

основном определяется размером частиц, то его можно использо-

вать для построения непрерывных гранулометрических разрезов.

Когда скважина пробурена, появляется возможность прямой ка-

либровки размерности зерен, наблюдаемой в керне, и соответ-

ствующих значений естественных потенциалов (измеряемых в мил-

ливольтах). Даже при отсутствии керна по какому-либо интервалу

в большинстве случаев удается по двум экстремальным значениям

кривой потенциалов построить «линию песков» и «опорную линию

глин» (рис. 7). Затем можно осуществить калибровку, поскольку

линии песка будет отвечать наиболее грубозернистый песчаник

керна. Хотя каротаж по естественным потенциалам применяют

весьма широко при составлении гранулометрических разрезов, он

имеет ряд ограничений. Так, постулируемое соотношение прони-

цаемости и размера зерен справедливо лишь для осадочных пород

с первичной межзерновой пористостью.

Таким образом, результаты каротажа по естественным потен-

циалам не могут отражать размера частиц в цементированных пес-

чаниках или карбонатных породах со сложной историей диагенеза.

Кроме того, криЕия ЕП демонстрирует хорошо выраженные ампли-

туды лишь при наличии существенного различия бурового раство-

ра и формационных вод по степени соленосности. По целому ряду

причин кривые ЕП для скважин, пробу-

ренных в д а л ь и ейrip и б р е ж п о й зоне, ред-

ко соответствуют амплитуде изменений

этого параметра, достаточной, чтобы они

могли быть использованы в качестве кри-

вых размерности частиц.

Вторым геофизическим методом, ис-

пользуемым в тех же целях, является гам-

ма-каротаж, предусматривающий регист-

рацию радиоактивности в скважине с по-

мощью опускаемого туда зонда. Радио-

активность связана в основном с глини-

стой фракцией и глинистыми минерала-

ми, т. е. гамма-излучение будет возрас-

тать пропорционально содержанию гли-

нистого компонента в осадочной породе;

как уже указывалось, его величина обыч-

но растет с уменьшением размера час-

тиц. Именно на этом основано примене-

ние и каротажа по естественным потен-

циалам, и гамма-каротажа для построе-

ния гранулометрических разрезов. Значе-

ния линии песков и опорной линии глин

могут быть аналогичным образом ка-

либрованы в отношении размера ча-

стиц.

Как и в случае каротажа по естест-

венным потенциалам, гамма-каротаж

имеет некоторые ограничения. Его ре-

зультативность зависит от диаметра

скважины: слишком низкие значения мо-

гут быть обусловлены интенсивным за-

полнением скважины за счет обрушения

со стенок обломков и осколков породы.

В этом случае одновременно с гамма-ка-

ротажем проводится кавернометриче-

ский мониторинг и вводится соответст-

вующая поправка. Вторая трудность свя-

зана с присутствием радиоактивных минералов, отличных от тех,

которые содержатся в глинах. В частности, присутствие значи-

тельного количества слюд, глауконита или циркона может при-

вести к аномально высокой радиоактивности песчаника, и на

графиках гамма-каротажа он будет выглядеть как тонкозернистый

и глинистый.

При гамма-каротаже можно получить и еще более удивитель-

ные результаты, например, в случае русел с базальными конгло-

мератами. При наличии экстраформационных конгломератов ни-

каких проблем обычно не возникает. Кварцевые, кварциговые и

й7мВ

- L-I +

Мет-

ры

Линия

Y песка _3|

-Z

=S?=

ь^.Линия к

Isr глины 1

^T-

Z-

РИС. 7. График каротажа

по естественным потенциа-

лам, иллюстрирующий спо-

соб построения линий пес-

ка и глины.

Калибровка песчаных зерен

по размерности осуществля-

лась для интервала, по кото-

рому получены образцы кер-

на и хороший буровой шлам.

А — интервал, прокалиброван-

ный по керновому материалу

-32

другие гальки дают столь же низкие значения АНИ *, как и тер-

ригенные пески. Там же, где дно выполнено интраформационным

конгломератом, состоящим из сланцевой гальки, возникает совер-

шенно иная ситуация. В этом случае на графике гамма-каротажа

укрупнение материала может фиксироваться снизу вверх, хотя в

действительности дело обстоит как раз наоборот (рис. 8).

Применение гамма-каротажа ограничено и при анализе карбо-

натных фаций. В данном случае с его помощью можно выявить

флуктуации в содержании глинистых частиц, что не отразит, од-

нако, изменений собственно карбонатных зерен.

Несмотря на имеющиеся ограничения оба вида каротажа мож-

но использовать для построения вертикальных гранулометрических

разрезов. И, как мы еще покажем, оба метода весьма результа-

тивны при исследовании подповерхностных осадочных образова-

ний. Однако слишком решительно утверждать, что отправным

пунктом всякого исследования погребенных фаций является исчер-

пывающий седиментологический каротаж, нельзя. Каротажный

график может быть прокалиброван лишь относительно реальных

пород и увязан с соответствующими литологией, структурами и

текстурами.

На рис. 9 приведены характерные формы кривых (мотивы),

встречающиеся на графиках гамма-каротажа (слева направо):

тонкопереслаивающиеся песчаники и сланцы; песчаниковые тела

с постепенным переходом в основании и резкой верхней границей

(т. е. профиль с огрублением материала снизу вверх); однород-

ное песчаниковое тело с резкими верхним и нижним контактами;

песчаник с резким контактом в основании и постепенным перехо-

дом вверху (т. е. профиль с измельчением материала снизу вверх).

Хотя и справедливо, что тем или иным обстановкам накопле-

ния кластогенных осадков свойственны характерные грануломе-

трические разрезы, ни одной из них не может соответствовать ка-

кая-то уникальная форма кривой. Одинаковые мотивы отвечают

самым различным обстановкам. Поэтому нельзя интерпретировать

графики скважинного каротажа изолированно от других имею-

щихся данных. Как уже отмечалось, достоверные результаты мо-

гут быть получены лишь в том случае, когда в распоряжении ис-

следователя имеются керн и палеонтологические данные. При от-

сутствии этих материалов или при их недостаточной надежности

для точной идентификации мотивов каротажных графиков в каче-

стве вспомогательной информации можно использовать присут-

ствие глауконита, обломков раковин, слюды и углистого детрита.

Глауконит — минерал сложного состава, относящийся к глини-

стым и слюдистым минералам; по существу, это алюмосиликат,

в состав которого входят магний, железо и калий. Глауконит за-

мещает субстрат фекальных пеллетов, заполняет внутренности ра-

ковин фораминифер и другие мелкие пустоты. Подробное рассмо-

* Единицы измерения интенсивности гамма-излучения по стандарту Амери-

канского нефтяного института.

3 Згк. 803 33

РИС. 8. Гранулометрический разрез и графики гамма-каротажа для осадочной

толщи, характеризующейся измельчением материала вверх по разрезу.

Обратите внимание, как наличие интраформационного конгломерата на дне каньона при-

водит к тому, что по результатам гамма-каротажа получают картину, прямо противопо-

ложную той, которая есть на самом деле: огрубление материала снизу вверх.

А—Б — экстраформационные конгломераты не обладающие радиоактивностью (гальки

кварца, кварцита и т. п.); В — интраформационный конгломерат, обладающий радиоактив-

ностью (гальки, сланца)

Гамма-излучёние, АНИ

-Г-

100

О 100

IttIIiiti

Регрессивный

бар

Песчаные гряды

приливно-отливной

зоны

Gl +С

Подводный

каньон

Речные или

дельтовые

рукава

Дистальный склон или

ложбины поймы

Проксимальный

склон

РИС. 9. Четыре характерных типа кривых (мотива) на графиках гамма-каротажа:

—

тонкопереслаивающиеся песчаники и сланцы; б — разрез, демонстрирующий f огрубление материала снизу вверх, резкий контакт пес-

чаник—сланец; в — однородный песчаник с резким верхним и нижним контактами; г — толща с постепенным измельчением материала вверх

по разрезу от песчаника к сланцу и с резкой подошвой; Gl — присутствие глауконита и/или обломков раковин; С — присутствие углистого

детрита или слюды.

Сам по себе ни один из этих мотивов нельзя считать диагностическим признаком конкретной обстановки осадконакопления, но в сопостав-

лении с данными по содержанию глауконита или углистого детрита они могут служить для определения происхождения (условий накоп-

ления) многих песчаных тел

трение генезиса глауконита можно найти в работе [47] и в дру-

гих исследованиях.

Считается, чго глауконит образуется только в качестве аути-

генного минерала в самые ранние стадии диагенеза морских осад-

ков. Постседиментационное преобразование осадков может при-

вести к концентрации глауконита в мелководных песках и пере-

носу его в более глубоководные бассейновые осадки. Глауконит

весьма легко поддается субаэральному выветриванию и, за ис-

ключением одного-двух редких случаев, не встречается в форме

переотложенного детритового минерала вторичного цикла. Поэто-

му присутствие глауконита в песчанике может служить критерием

его морского происхождения.

Конечно, само по себе отсутствие глауконита не исключает

морской обстановки. Интересно отметить, что глауконитовая фор-

мация имела широкое распространение на земном шаре в нижнем:

палеозое и в период от юры до палеоцена (см. работу Петтиджо-

на, Поттера и Сивера, 1972 г.). Глауконит интересен именно тем,

что он может быть использован в качестве индикатора морских

условий: в палеонтологически немых песчаниках при отсутствии

буровых колонок он может быть определен по образцам бурового

шлама. В этих случаях безусловно необходима его надежная иден-

тификация, исключающая путаницу с зеленоцветным, но чешуй-

чатым хлоритом и зелеными, с восковым блеском, выветрелыми

вулканическими зернами.

Фрагменты фоссилий, поддающиеся определению, относят к

важейшим индикаторам условий осадконакопления. Одно лишь

присутствие определимых обломков раковин в песчаниках может

рассматриваться как непреложное доказательство морской обста-

новки. Очевидно, что организмы, выделяющие карбонат кальция,

встречаются как в морских, так и неморских обстановках. Однако

потенциальная сохранность их скелетных остатков в континенталь-

ных осадочных породах значительно ниже, чем в морских. Объяс-

няется это тем, что в континентальных осадках обломки известко-

вых раковин скорее разрушаются под действием просачивающихся

кислых грунтовых вод. В морских же осадках ранний диагенез

идет в нейтральных или щелочных поровых флюидах, что способ-

ствует не только сохранению, но и накоплению карбоната каль-

ция. Большинство геологов, вероятно, согласились с утверждением,

что в основном ракушечные песчаники оказываются морскими, а

не континентальными образованиями.

Третий важный аутигенный компонент песчаников, который по-

могает восстанавливать условия их накопления, — углистый де-

трит. Микроскопические частицы лигнита или угля в небольшом

количестве содержатся во многих песчаниках. Их присутствие тра-

диционно рассматривают как индикатор неморских, или дельто-

вых, условий накопления. Однако это не всегда отвечает истине:

едва ли можно утверждать, что угли, найденные в карбонатных

толщах, в большинстве случаев имеют континентальное происхож-

дение. Скорее всего их образование связано с морскими водорос-

Морские

Неморские

Пески

Глауконит и/или обломки

раковин присутствуют

Глауконит или обломки

раковин отсутствуют

Барьеры

Хорошо

ртированш

Нет Ни углистого

детрита, ни

слюды

Бары

Пески

> морского

шельфа

Эоловые i

Мелководье

•

5 а

Углистые и/или

слюдистые

Подводные каньоны и

конусы

Аллювиальные

Озерные

а.

Дельтовые

РИС. 10. Деление осадков (согласно условиям их накопления) на 4 главные

группы на основе присутствия или отсутствия глауконита или углистого детрита.

Выделяют хорошо сортированные морские пески; неморские перевеянные пески (,эоловые);

смешанные пески с глауконитом и углистой фракцией, которые могут принадлежать как

турбидитам, так и плохо отсортированным неморским пескам

лями. Массы разлагающихся морских водорослей, как показывают

исследования современных подводных морских каньонов, вниз по

которым они транспортируются, смешиваются с глауконитом на

шельфе и накапливаются в подводных конусах. Таким образом,

присутствие или отсутствие углистого детрита само по себе не мо-

жет служить индикатором морских или неморских условий. По

сути дела, это показатель степени турбулентности потока и степе-

ни перемешивания осадка.

Аналогичную роль в определении условий накопления могут

играть и мелкие чешуйки слюды. Обычно избирательная сор-

тировка и перемещение слюд отвечают обстановка м с высоким

энергетическим уровнем, а их накопление приурочено к обстанов-

кам с низким энергетическим уровнем, характеризующимся быст-

рым отложением и малой их переработкой. Следовательно, слюди-

стые пески характерны для внешних склонов дельт, ложбин на

поймах (прорывов в прирусловых валах) и для верхних частей

турбидитов.

На рис. 10 показано, как в зависимости от присутствия или от-

сутствия в песчаниках четырех компонентов — глауконита, облом-

ков раковин, слюдистых частиц и углистого детрита — определить

принадлежность осадков к одному из четырех главных типов об-

становок их накопления.

Образование глауконитовых и/или ракушечных песков, лишен-

ных углистого детрита, связано с морскими обстановками высо-

кого энергетического уровня: песчаными барами, подводными от-

мелями (банками), барьерными островами. Углистые и/или слю-

дистые пески при отсутствии глауконита и обломков раковин сви-

детельствуют о дельтовых, аллювиальных или озерных условиях

их накопления. Сочетание всех четырех компонентов типично для

глубоководья, где вынесенные с шельфа и переотложенные раку-

шечно-глауконитовые пески смешиваются с чешуйками слюды или

гумусовым (водорослевым) субстратом. В «идеальной» ситуации

песок без примеси всех перечисленных компонентов мог бы быть

эоловым, однако подобные заключения должны восприниматься,

если они не подкреплены соответствующими дополнительными до-

казательствами, с изрядной долей скептицизма. Такого рода вы-

воды явно поспешны, приличны разве что «ковбоям от геологии»

и никогда не должны рассматриваться изолированно от других.

Однако в сочетании с анализом кривых каротажа подобный под-

ход чрезвычайно эффективен.

На рис. 9 показано, как можно соотнести результаты карота-

жа, в данном случае гамма-каротажа, сами по себе не имеющие

диагностической значимости, с теми или иными обстановками осад-

конакопления, если в распоряжении исследователя имеются дан-

ные о наличии или отсутствии глауконита или углистого детрита.

Вначале рассмотрим тип записи, отвечающий тонкопереслаи-

вающимся песчаникам и сланцам. Если в них одновременно со-

держатся глауконит и углистый детрит, то, как уже говорилось,

это отложения подводного конуса или турбидиты. Присутствие

глауконита и/или обломков раковин может свидетельствовать о

накоплении песков на краю песчаного бара. Наличие слюды и/или

углистого детрита предполагает формирование осадков в условиях

диетальной части дельты или в ложбинах поймы.

Теперь обратимся ко второму виду записи гамма-каротажа от-

ражающему разрез с огрублением материала снизу вверх. Если

это углистый песок, то его накопление скорее всего связано с про-

двигающейся в сторону моря лопастью дельты. Если же там при-

сутствует глауконит, то речь, вероятно, должна идти о регрессив-

ном песчаном баре.

Третий вариант записи, отражающий песчаник с резкими ниж-

ним и верхним контактами и разрез с однородным зерновым со-

ставом, позволяет сделать три различные толкования. Если песча-

ник содержит глауконит и/или только обломки раковин, то наи-

более вероятно это морское мелководье или песчаная гряда при-

ливы о -отливной отмели. Для таких песчаных толщ характерны

эрозионные основания с резким перекрытием абрадированного

субстрата. Они хорошо сортированы и содержат скелетный детрит;

глинистая и углистая фракции отсутствуют.

Однородный песчаник с резким верхним и нижним контактом,

содержащий слюду и углистые частицы, но без глауконита и об-

ломков раковин, вероятно, отвечает руслу аллювиального или дель-

тового рукава. Подобное песчаное тело с глауконитом и/или об-

ломками раковин одновременно со слюдой и/или углистым детри-

том, по-видимому, обязано своим происхождением подводному

каньону, который в своей устьевой части питал подводный конус.

Наконец, четвертый и последний мотив — однородный песчаник

с резким нижним основанием и постепенным верхним контактом,

характеризующийся измельчением материала снизу вверх, — типи-

чен для отложений постепенно заполняющегося русла.

Наличие слюды и/или углистого детрита предполагает речные

или дельтовые условия. Если одновременно с данными компонен-

тами присутствуют также обломки раковин и глауконит, то нужно

говорить, видимо, о подводном каньоне.

Следовательно, анализ типов каротажных записей в сочетании

с данными петрографии может оказаться весьма результативным

при определении обстановки накопления песчаных тел.

Использование наклономерных измерений

при подповерхностном анализе фаций

Другой важный метод анализа погребенных фаций — опреде-

ление наклонов в осадочных толщах по данным глубинного каро-

тажа с помощью наклономерного устройства. Наклономерное

устройство содержит четыре близко расположенные и ориентиро-

ванные под углом 90° одна к другой пары электродов. При подъ-

еме зонда по скважине удельное сопротивление формаций изме-

ряется по четырем взаимопротивоположным направлениям; одно-

временно осуществляется четыре независимых электронных запи-

си. Синхронно регистрируется ориентация зонда по отношению

к магнитному полю.

Удельное сопротивление осадочных пород варьирует в широ-

ких пределах, поэтому четыре записи имеют весьма непостоянный

характер. Выбрав на кривых четыре аналогичных события, кото-

рые соотносятся с данной поверхностью напластования, можно

рассчитать направление и угол падения этой поверхности. Ком-

пьютер отбирает события, вычисляет азимут и значение наклона

и дает статистическую оценку значимости каждого определения

(рис. 11).

Результаты определения наклонов можно представить в таб-

личной форме, но обычно их показывают с помощью графического

способа. Наиболее часто для этих целей используется так назы-

ваемый «график с головастиками», где каждый результат изобра-

жается в виде точки, ордината которой — это глубина, а абсцис-

са— значение угла падения. Короткая линия, идущая от каждой

точки, показывает направление наклона (рис. 12). Более подроб-

ное описание техники работ, методов расчета и представления гра-

фиков глубинного наклономерного каротажа можно найти в спе-

циальных руководствах по скважинному каротажу.

Наклономерные измерения такого рода совершенно неоценимы

при расшифровке подповерхностных структур в районах со слож-

ной тектоникой. С помощью этого метода могут быть не только

выявлены складки, разломы и несогласия, но и установлена их

ориентация, однако рассмотрение данного аспекта использования

наклономера выходит за рамки нашей книги. Следует отметить,

Скважина

РИС. 11. Схема, иллюстрирующая процесс проведения глубинного каротажа с

помощью наклономерного устройства и способы расчета наклонов пластов по

четырем кривым удельного сопротивления

что подобные измерения наклонов в скважине особенно целесооб-

разны при подповерхностном анализе фаций. Каждой обстановке

осадконакопления присущи свои специфические варианты (моти-

вы) записи, и этот факт может быть использован для определения

геометрии пористых коллекторов — русел, песчаных баров и ри-

фов.

При первой протяжке наклономера обычно вычисляют падения,

пользуясь ускоренной, «черновой», программой. Однако уже на

этом этапе могут быть выявлены направления и значения угла

наклона отдельных структур, а также разрывы и несогласия; оче-

видно, что последние должны быть исключены из записей до того,

как будут определяться направления и углы падения осадочных

толщ. Таким образом, в обычной практике глубинного каротажа

операция с наклономером повторяется по меньшей мере дважды:

после того, как вторым ходом исключают тектонический наклон,

подбирают соответствующую текстурным и структурным особен-

ностям осадочных пород программу и, наконец, определяют коор-