Пермский государственный национальный исследовательский университет
Геолого-геохимические особенности девонских отложений Республики Татарстан в связи с перспективами нефтегазоносности
Е.Е. Кожевникова,
кандидат геолого-минералогических наук
Аннотация
Работа посвящена изучению геологического строения девонских отложений Республики Татарстан, восстановлению истории образования существующих тектонических элементов. Осадочный чехол территории состоит из нескольких структурных этажей, амплитуды и размеры тектонических элементов не выдержаны по разрезу, что затрудняет прослеживание их границ. В статье описаны основные тектонические элементы, выделяемые по кровле фундамента, а также в эйфельско-нижнефран- ских и среднефранско-фаменских отложениях. В работе обобщена информация об источниках генерации нефтей девонских отложений. Использованы геохимические параметры, такие как содержание ванадилпорфиринов, соотношение пристан/фитан, изотопный состав углерода нефтей рифей-вендских, девонских терригенных и девонских карбонатных отложений. Применение геохимических данных и статистические методы позволили найти генетическое сходство между нефтями эйфельско-ниж- нефранского возраста и нефтями среднефранско-фаменского возраста на территории республики. Нефти из «аномальных» скважин по генетическим и физико-химическим параметрам не отличаются от нефтей девонских отложений изучаемой территории. Также установлено, что нефти девонских отложений Республики Татарстан по биомаркерам близки к нефтям девонских отложений Пермского края, при этом серьезно отличаются от нефтей рифей-вендских отложений. По геохимическим данным все рассматриваемые образцы нефтей девонских отложений образованы из органического вещества сапропелевого типа, таким образом наиболее вероятным источником генерации нефтей являются доманикиты верхнедевонских отложений, расположенные в пределах Республики Татарстан. С учетом новых данных выделены районы, наиболее перспективные для проведения геологоразведочных работ с целью открытия новых залежей и месторождений углеводородов в девонских отложениях.
Ключевые слова: девонские отложения, Республика Татарстан, доманикиты, биомаркеры, источник генерации, нефти рифей-ведских отложений.
Annotation
E.E. Kozhevnikova
GEOLOGICAL AND GEOCHEMICAL FEATURES OF DEVONIAN DEPOSITS OF THE REPUBLIC OF TATARSTAN IN CONNECTION WITH THEIR OIL AND GAS POTENTIAL
The article is devoted to studying the geological structure of the Devonian deposits in the Republic of Tatarstan and reconstructing the formation history of existing tectonic elements. The sedimentary cover of the region consists of several structural stages. The amplitudes and sizes of the tectonic elements are irregular along the section, which makes it difficult to trace their boundaries. The article describes the main tectonic elements recognized by the basement roof, as well as in the Eifelian-Lower Frasnian and Middle Famennian deposits. The paper summarizes information on the sources of oil generation in the Devonian rocks. Geochemical parameters were used, such as the content of vanadyl porphyrins, the pristane/phytane ratio, the carbon isotopic composition of the oils of Riphean-Vendian, Devonian terrigenous and Devonian carbonate deposits. The use of geochemical data and statistical methods made it possible to find genetic similarities between Eifelian and Lower Frasnian oils and those of the Middle Famennian age on the territory of the republic. By their genetic and physicochemical parameters, oils from the “anomalous” wells do not differ from Devonian oils in the area under investigation. It was also found out that Devonian oils of the Republic of Tatarstan are close by their biomarkers to Devonian oils of the Perm region, but differ considerably from Riphean-Vendian oils. According to geochemical data, all Devonian oil samples are formed out of organic matter of the sapropelic type, so the most likely source of oil generation is the Upper Devonian domanik deposits located within the Republic of Tatarstan. Based on the new data, the most promising areas for geological exploration were identified with the aim of discovering new hydrocarbon accumulations and reservoirs in the Devonian deposits.
Key words: Devonian deposits, Republic of Tatarstan, domanikites, biomarkers, source of generation, Riphean- Vendian oil accumulations
Введение
Республика Татарстан (РТ) - один из старейших нефтедобывающих регионов ВолгоУральской нефтегазоносной провинции. Еще в тридцатых гг. прошлого столетия дан старт изучению геологического строения региона, и уже в 1948 г. открыто уникальное Ромаш- кинское месторождение, приуроченное к Ро- машкино-Миннибаевскому куполу ЮжноТатарского свода. Открытие такого месторождения перефокусировало поисковые работы, в результате чего изучение и бурение сконцентрировалось на антиклинальных структурах Южно-Татарского свода и прилегающих территорий. Позднее прослежены элементы Камско-Кинельской системы впадин на территории республики. Все это дало результат и сейчас на государственном балансе числятся запасы 170 месторождений углеводородов (далее - УВ) Республики Татарстан [1]. При этом, несмотря на длительный период изучения территории, остался без однозначного ответа ряд серьезных вопросов.
Среди исследователей нет единого мнения об источнике генерации нефтей, некоторыми учеными Татарстана все еще высказываются предположения об абиогенном происхождении нефтей [2-5]. Хотя среди нефтяников всего мира укрепилась только осадочно-миграционная теория происхождения месторождений нефти и газа, независимо от территории их расположения, независимо от возраста и типа вмещающих отложений. Геологические процессы, сформировавшие существующие тектонические элементы и влияющие на нефтегазоносность, длительные и многофакторные, восстановление их хронологии для региона не завершено.
Существуют сложности в тектоническом районировании рассматриваемой территории, так как тектонические элементы не выдерживают амплитуды по разрезу и по различным структурным этажам имеют отличительные размеры. Все еще нет понимания, как протекал процесс генерации углеводородов в домани- китах.
Данная работа посвящена восстановлению геологической истории формирования основных тектонических элементов в девонском периоде и установлению источника генерации нефтей девонских отложений.
Строение фундамента
Кристаллический фундамент РТ сложен привычными отложениями для фундамента древних платформ, а именно породами архейского, ниж- не- и среднепротерозойского возраста. Представлен в основном различными парагнейсами, реже гранитогнейсами, гранитами, амфиболами и кристаллическими сланцами [6]. Глубина погружения фундамента в пределах республики изменяется в широком диапазоне, наиболее погружен и имеет отметки до -4 км в пределах Казанско-Кажимского авлакогена (ККА), а минимальные отметки от -1,5 до -1,6 км встречаются на Татарском своде [7]. Наиболее крупные и значимые элементы на рассматриваемой территории по кровле фундамента это Татарский свод, Казанско-Кажимский авлакоген и Мелекес- ская впадина (рис.1).
Из положительных структур Татарский свод является самой крупной единицей не только для территории республики, но и для Волго-Камской антеклизы, имеет вытянутую форму субмеридионального направления, протяженность 600 км, при ширине 150-200 км [7]. Фиксируется разделение свода на Северо-Татарский и Южно-Татарский, по одним данным они разделены Прикамским тектоническим швом [8], по другим данным - Сарайлинской седловиной [1]. Все исследователи отмечают существенные отличия в строении Северо-Татарского и Южно-Татарского сводов, так оба осложнены горстами и грабенами, но на Северо-Татарском они имеют субмеридиональную и северо-восточную направленность, а на Южно-Татарском ориентированы только субмеридионально.
Мелекесская впадина занимает юго-восточную часть республики, характеризуется резко очерченным асимметричным строением, поскольку почти не имеет северного борта [8].
Восточный борт впадины наиболее изучен и характеризуется выраженным ступенчатым строением, а строение центральной части недостаточно изучено глубоким бурением.
Рис.1. Тектоническая карта района исследований (из работы А.И. Камалеевой [9] с добавлениями автора).
Условные обозначения: 1 - города; 2 - месторождения УВ; 3 - границы крупных тектонических элементов: С-ТС - Северо-Татарский свод, Ю-ТС - Южно-Татарский свод, МВ - Мелекесская впадина, ТС - Токмов- ский свод; ККА - Казанско-Кажимский авлакоген, БС - Бирская седловина; 4 - административная граница Республики Татарстан; 5 - структуры II порядка. Выступы: а - Камский, б - Кукморский, в - Ковалинский, г - Фоминовско-Кандызский, 6 - Ромашкино-Минниба- евский купол, валы: е - Акташско-Новоелховский, ж - Уратьминско-Черемшанский, з - Ульяновский, и - Онбийско-Ерсубайкинская валообразная зона, к - Казанская седловина.
Казанско-Кажимский авлакоген на территории РТ представлен южной частью - Казанско-Кировским прогибом, в некоторых источниках эта часть именуется Казанской седловиной. Ширина достигает 80 км, на боратах выделяются уступы. Отличается сложным строением и повышенными мощностями рифей-вендских и девонских терригенных отложений.
Рифей-вендский комплекс
Комплекс представлен верхнепротерозойскими терригенными отложениями, на территории республики присутствует по периферии ЮжноТатарского и Северо-Татарского сводов, в ККА и Мелекесской впадине, где заполняют крупные грабены фундамента. Отложения данного комплекса, в отличие от всех вышележащих, характеризуются повышенным магматизмом [6], также встречены многочисленные дизъюнктивные нарушения [1]. тектонический нефть девонский отложение
Эйфельско-нижнефранский (девонский терригенный) комплекс
Комплекс представлен терригенными отложениями, начиная с эйфельского времени, и заканчивая отложениями тиманского возраста. Осадконакоплению данного комплекса предшествовали длительные континентальные условия, а в пределах комплекса существовали региональные перерывы в осадконакоплении на границе эйфельских и жи- ветских отложений, также между пашийски- ми и тиманскими [1]. Структурный план комплекса унаследовал основные тектонические элементы фундамента, но произошло нивелирование отрицательных структур, за счет заполнения осадка мирифей-вендского возраста и терригенного девона. В пределах ККА и Мелекесской впадины отмечаются наибольшие мощности комплекса, достигающие более 100 м. На Северо-Татарском своде мощность комплекса и стратиграфическая полнота разреза значительно меньше, чем на Южно-Татарском и представлена породами, начиная с пашийских. В пределах Южно-Татарского свода мощность отложений увеличивается от центральной части к периферии. Исходя из распределения мощностей комплекса на сводах, можно предположить, что Северо- и Южно-Татарские своды сформировались до эйфельского времени, но Северо-Татарский имел большую амплитуду. В ходе геологической истории Южно-Татарский свод, испытывал нисходящие движения, начиная с эйфельского времени и к окончанию живесткого времени полностью погрузился под уровень моря, в то время как Северо-Татарский свод прекратил свое существование, как суша только к началу тиманского времени. Подобное течение геологической истории описывал Н.Н. Тихонович [10].
Из всех открытых месторождений 81 имеет залежи нефти в отложениях данного комплекса, при этом большая часть запасов приходится именно на эти отложения. Более 60% месторождений с залежами в терригенном девоне расположены в пределах ЮжноТатарского свода и по 20% месторождений находятся в Мелекесской впадине и на Северо-Татарском своде (рис.1).
Строение среднефранско-фаменского комплекса (карбонатного девона)
Отложения комплекса представлены породами от среднефранского до позднефаменского возраста, породы преимущественно карбонатного типа, обогащенные органическим веществом. С саргаевского времени территория испытывала погружение. Породы карбонатного девона часто представлены кремнисто- глинисто-карбонатными сильно битуминозными отложениями, так называемыми дома- никитами, что связано с преобладанием в морском бассейне застойной восстановительной среды.
Залежи нефти открыты в отложениях до- маникового, мендымского, воронежского, елецкого, данково-лебедянского горизонтов. Месторождений с залежами в этом комплексе всего 14, на Южно-Татарском своде разрабатывается 12 месторождений, только 2 на Северо-Татарском своде. Интересно, что на всех месторождениях, где открыты залежи в верхнедевонском карбонатном комплексе, встречены залежи в терригенном девоне, начиная с живетских отложений.
Анализируя информацию по разрабатываемым месторождениям и мощностям рассматриваемых отложений, видим, что залежи в девонском карбонатном комплексе открыты как на Северо-Татарском, так и на ЮжноТатарском своде, следовательно, они испытали погружение в девонском периоде и прекратили свое существование как свода до фаменского времени. В то время как на па- леотектонических картах И.А. Антропова [1] и Р.О. Хачатряна [11] для позднефаменского времени данные своды обозначены как поднятия, являвшиеся источниками сноса.
Нефтегазоносность девонских отложений. Добыча УВ предприятиями РТ ведется уже более 70 лет, в основном разрабатываются крупные, но уже истощенные месторождения, находящиеся на завершающей стадии разработки. Несмотря на накопленный объем информации, все еще нет единого общего мнения о происхождении залежей. Одна из последних работ, посвященных изучению общих изотопно-геохимических характеристик нефтей и органического вещества пород основных нефтегазносных комплексов для установления их генетической связи и источника генерации, проведена А.И. Ка- малеевой [9].
В рамках этой работы впервые изучены образцы нефти из так называемых «аномальных» скважин Миннибаевской площади Ро- машкинского месторождения. Данное понятие предложено Р.Х. Муслимовым, это добывающие скважины, работа которых резко противоречит «закону падающей добычи». Скважины характеризуются высокими дебитами нефти (более 100 т/сут.), продолжительностью работы более 40 лет, низким накопленным водяным фактором и растущим дебитом в течение 5 лет, при падающей добыче по площади. Ранее ряд ученых занимался проблемой установления источника генерации углеводородов, так Г.Н. Гордадзе и В.И. Тихомирова [12], установили, что нефти из отложений от среднефранского до турней- ского карбонатного комплекса, толщ каменноугольного и пермского возрастов, а также тиманско-пашийских терригенных пород республики по хроматографическим и био- маркерным параметрам относят к единому генотипу.