Карбонатные породы - Администрации Тюменского

II Тюменская геологическая олимпиада школьников
Реферат на тему:
«Карбонатные породы»
Автор: Мамкин И.А.,
Тюменская область, Тюменский район,
село Ембаево,
муниципальное общеобразовательное учреждение
Ембаевская средняя общеобразовательная школа,
10 класс.
Руководитель:Файзуллин Р.Э
Тюмень, 2014 г
Аннотация
Сегодня пришли времена карбонатных запасов, потому что с каждым годом нефть
добывать всё труднее, месторождения достаточно истощаются. Для карбонатных
отложений появились новые методы исследования, новые технологии бурения,
эксплуатации. Всё это вызвало новый виток изучения. По подсчётам специалистов, в
недрах скрываются ещё порядка 70-80 % запасов «чёрного золота», относящегося к
разряду трудноизвлекаемых. Нужно развивать новые методы и инновационные подходы,
чтобы извлечь эти запасы. В данной работе речь пойдет о карбонатных породах.
Введение
В нашей стране и за рубежом все чаще при поисково-разведочных работах
приходится иметь дело с плотными горными породами различного литологического
состава, в основном с карбонатными, содержащими и отдающими нефть и газ.
Добыча нефти из карбонатных отложений — тема не столько новая, сколько
назревшая благодаря своей «проблемности». Уже в 30-е годы начинаются первые более
детальные исследования карбонатных пород с систематизацией сведений о них по
отдельным районам и регионам, и на протяжении долгого времени нет возможности
подобрать ключ к решению этой проблемы.
В прошлом столетии основная добыча нефти шла из песчаных коллекторов, из
активных запасов. Естественно, что с годами в недрах всё больше остаётся
трудноизвлекаемой нефти. Основная доля оставшихся запасов находится как раз в
карбонатных коллекторах — горных породах, обладающих слабой проницаемостью,
неоднородной по строению геологической структурой, «тяжёлыми» нефтями, сложными
во всех отношениях. Традиционные методы для освоения этих пород не подходят.
Необходимо развитие отдельной системы разработки, системы поддержания пластового
давления, новые методы обработки призабойных зон, гидравлических разрывов пластов.
В разных регионах мира нефть в карбонатных коллекторах добывается весьма активно. В
России доля добываемой нефти из карбонатных коллекторов растёт. Но запасы ещё очень
большие. Сегодня для добываемой нефти из карбонатных коллекторов созданы новые
технологии и разработана новая аппаратура.
На сегодняшний день возникает
цель более глубокого изучения карбонатных
пород, это даст и прирост запасов, и увеличение добычи нефти.
К этому надо идти через упорную и долгую работу учёных и производственников.
Пока все находится только в начале большого пути.
При изучении карбонатных коллекторов исследователь должен иметь четкое
представление о карбонатных породах в целом, их свойствах, условиях образования и
преобразований.
Целью исследования является наиболее детальное изучения карбонатных пород.
В процессе исследований возникли следующие основные задачи:
1.Изучить
минералогические,
структурные,
текстурные,
химические,
гранулометрические и другие особенности карбонатных отложений и выяснить
закономерности их изменения в пространстве и времени.
2. Определить перспективы карбонатных коллекторов.
Актуальность проблемы: карбонатные породы содержат более половины мировых
запасов нефти.
Предмет исследования – карбонатные породы.
Глава 1. Карбонатные породы
Карбонатными породами, как известно, нередко сложены значительные по
мощности толщи. Принято считать, что исходным материалом для образования
карбонатных пород служили растворенные в водах соли кальция и магния. При
избыточном количестве последних в водной среде они начинают выделяться в осадок
чисто химическим путем, либо при поглощении из водной среды живыми организмами
эти соли попадают в осадок в виде карбонатных скелетных остатков.
Несомненным является наличие в этих породах трех генетических карбонатных
составляющих: 1) биогенного, точнее органогенного, карбоната, преимущественно
СаСО3 , в виде скелетных остатков различных организмов и водорослей; 2) хемогенного
карбоната, осажденного непосредственно из водных растворов, и 3) обломочного
карбоната, представленного различными по размерам ( и форме ) обломками карбонатных
пород (или уплотненных карбонатных осадков). Количественные содержания этих
карбонатных составляющих в породах (осадках) могут варьировать в очень широких
пределах.
Соответственно процессы карбонатообразования могут быть органогенными,
хемогенными и чисто механическими.
Главными факторами физико - химических (и гидродинамических) условий,
контролирующими осаждение карбонатов, являются:
1) состав вод седиментационного бассейна - общая их минерализация и солевой
состав, поскольку растворимость карбонатов в разных растворах солей ( соответственно в
водах различных водоемов ) будет различной;
2) газовый фактор - практически количество растворенной в водах свободной
углекислоты (СО2 ), поскольку повышение или снижение его сдвигает карбонатное
равновесие в ту или иную сторону, в частности, для СаСО3 : СаСО3 + Н2 О +
СО2 Са(НСО3 )2 ;
3) температура и давление, изменение которых вызывает изменение содержания в
водах свободной СО2 . Повышение температуры ( снижение давления ) способствуют
удалению СО2 из водной среды и, следовательно, выделению карбонатов в осадок.
Наоборот, при понижении температуры вод ( повышении давления ) растворимость СО2 в
них возрастает, соответственно повышается растворимость СаСО3 , что препятствует его
осаждению;
4) щелочной резерв (рН) водной среды - для возможностей осадки карбонатов она
должна быть щелочной, со значениями рН > 8, при этом не только в поверхностных, но и
в придонных слоях бассейна, так как иначе отложения карбонатов вновь будут переходить
из осадка в раствор;
5) гидродинамических режим водных бассейнов, который создается различными
движениями вод - волновыми, течениями ( со всегда присущей им турбулентностью ) и в
подчиненной степени приливно - отливными движениями и конвекционными потоками.
Все эти перемещения, перемешивая водные массы, меняют физико - химические условия
в различных участках седиментационного бассейна. Кроме того, они вызывают
горизонтальные переносы осевшего на дно карбонатного материала, пока он еще не
зафиксирован в осадок.
Характер влияния каждого из этих факторов на процессы карбонатообразования в
общих чертах установлен. Однако в деталях оно во многом еще до конца не выяснено, и,
главное, во многом неясными остаются результаты совместного их воздействия. Кроме
того, значительно лучше изучены процессы карбонатообразования применительно к
известковым осадкам, сложенным карбонатами кальция. Условия же образования
доломитов не решены окончательно даже в самых принципиальных вопросах: 1) является
ли доломит в породах первоначально химически осажденным минералом или он
возникает в известковых илах за счет реакций последних с малоустойчивыми
соединениями магния находящимися в осадке либо растворенными в иловых водах? Хотя
и в том и в другом случае такие доломиты можно рассматривать как первичные
(соответственно седиментационные и раннедиагенетические) и 2) каково соотношение
таких
первичных
доломитов
со
вторичными,
образованными
за
счет
позднедиагенетической или эпигенетической доломитизации уже почти или полностью
сформированных известняков? Для суждения об условиях образования доломитов
некоторые данные дают наблюдения над современным доломитообразованием, однако
оно имеет весьма ограниченные масштабы. Образование доломитовых осадков
происходит во многих современных соленых лагунах и озерах мира (оз. Балхаш, лагуны
Персидского залива, озера и лагуна Курон в Южной Австралии и многие другие).
Доломит здесь обычно ассоциирует с эвапоритами. В этих обстановках доломит
образуется в условиях высокой солености вод (до 4—5% и выше), высоких значений рН
(9—10) и часто обильной растительности.
Мало помогают в выяснении условий генезиса доломитов и различные
экспериментальные работы, главным образом потому что условия лабораторных опытов
весьма
далеки
от
природных.
Весьма
по-разному
оценивается
в
процессах
карбонатообразования роль биогенного фактора. Его прямое участие в формировании
осадков путем захоронения карбонатных органогенных скелетных остатков не вызывает
сомнений и может быть учтено количественно. Установление же косвенного влияния
жизнедеятельности
организмов
на
процессы
карбонатообразования
вызывает
значительные затруднения, особенно при изучении конкретных карбонатных пород.
Частично косвенное влияние биологического фактора выражается в избирательном
биологическом извлечении организмами из морских вод различных элементов с
последующим внесением их в осадок с раковинным (и тканевым) материалом.
Глава 2. Основные типы карбонатных пород
Выделение отдельных типов (и разностей) карбонатных пород при геологических
исследованиях, в том числе связанных с карбонатными коллекторами, имеет важное
практическое
значение.
петрографического
Оно
изучения
проводится
пород
в
в
основном
сочетании
с
по
данными
данным
литолого-
макроскопических
наблюдений над ними в обнажениях или в керне.
Классификационная схема на равных основаниях объединяет известняки,
известково-доломитовые породы и доломиты. Дл я всех них одинаково справедливо
подразделение на три основные генетические группы: хемогенные (или биохемогенные),
органогенные и обломочные, с выделением четвертой генетически сложной группы
переходных или смешанных карбонатных пород.
1. Группа хемогенных (или биохемогенных) карбонатных пород включает породы,
карбонатная часть которых в основном (50 % и более) представлена химически или
биохимически
осажденным
карбонатным
материалом.
Последний
на
стадиях
седиментогенеза, как правило, представляет собой тонкую, пелитоморфную карбонатную
массу (с размером зерен менее 0,01 мм). На ранне-диагенетических стадиях она может
быть раскристаллизована до мелкозернистого состояния. Переход ее в среднеи
крупнозернистую— результат дальнейших позднедиагностических, а главным образом
эпигенетических, преобразований.
Среди хемогенных и биохемогенных зернистых карбонатных пород выделяются
две подгруппы: первоначально однороднозернистые и первично неоднороднозернистые.
Основная масса первоначально однороднозернистых карбонатных пород при
седиментации представляла собой более или менее однородный пелитоморфный
карбонатный ил. В противоположность им первично неоднороднозернистые карбонатные
породы уже при седиментации были гетерогенными. Преобладающую часть составляли
различные хемогенные, биохемогенные и неяснобиогенные форменные карбонатные
образования типа оолитов, пизолитов, сгустков и комков. Подчиненную роль играл
одновременно осаждаемый тонкий, пелитоморфный карбонатный материал.
Известняки (известково-доломитовые породы, доломиты) однороднозернистые
могут быть равномерно- и неравномернозернистыми. В первых случаях они будут
сложены зернами в основном одной размерности (тонко-, мелкозернистые и т. д.). В
неравномернозернистых карбонатных породах зерна будут принадлежать разным
размерным градациям: если двум смежным градациям, то порода определяется,
соответственно, как тонко-, мелко-, средне- мелкозернистая и т. д. Преобладающая
размерность указывается в конце названия. Если же породу слагают зерна трех (и более)
размерных групп, она именуется разнозернистой (с возможным пояснением: среднетонко-мелкозернистая и т. д.). Таким образом, характер однороднозернистых карбонатных
пород определяется в первую очередь размерами карбонатных зерен.
В этих породах может присутствовать и другой карбонатный материал —
хемогенные
или
биогенные
карбонатные
форменные
образования,
скелетные
органогенные остатки (фауна, водоросли), обломки карбонатных пород. Но их суммарное
содержание не должно превышать 50 % карбонатной части породы. Отмечая их наличие,
следует указать их количество, дать им характеристику, отметить особенности
распределения их в зернистой карбонатной массе.
Породы первично неоднороднозернистые резко отличаются от рассмотренных
преобладанием (50 % и более) в карбонатной их части хемогенных (биохемогенных) и
биогенных форменных карбонатных образований, которые цементируются зернистым
карбонатным материалом. Наличие в этих карбонатных породах цементируемого и
цементирующего карбонатного материала в известной мере сближает их с органогенными
и обломочными карбонатными породами. Однако их отличает в основном хемогенная
природа форменных образований. Последние принадлежат, как указывалось выше,
оолитам, пизолитам, сферолитам, комкам и сгусткам.
2. Обширную группу органогенных карбонатных пород составляют породы, в
которых 50 % и более карбонатной части принадлежит карбонатным органогенным
остаткам. В зависимости от того, представлены последние остатками животных
организмов (фауны) или флоры (водоросли), органогенные карбонатные породы могут
быть зоогенными, фитогенными или смешанными, фито-зоогенными.
Первые из них принадлежат исключительно известнякам, весьма многочисленным
и
разнообразным.
Среди
фито-зоогенных
пород
возможны
и
первичные,
седиментационно-диагенетические известково-доломитовые породы. Преобладающими в
них являются остатки водорослей (или водорослевой проблематики). И наконец,
фитогенные (водорослевые) карбонатные породы могут быть представлены как
известняками так и первичными доломитами.
В подгруппе зоогенных карбонатных пород различаются известняки, сложенные
целыми скелетными фрагментами — биоморфные (цельнораковинные) либо их
обломками — детритовые (при размерах обломков более 0,1 мм) и шламовые (с
обломками менее 0,1 мм), а также смешанные биоморфно-детритовые, биоморфношламовые.
Дальнейшее
подразделение
зоогенных,
фитогенных
и
фито-зоогенных
карбонатных пород осуществляется в соответствии с групповой принадлежностью
органогенных остатков. Так, биоморфные (биоморфно-детритовые, детритовые и пр.)
известняки могут быть фораминиферовыми, брахиоподо-мшанковыми, остракодовыми,
полидетритовыми и т. д. С известной долей условности к зоогенным причислены
копрогенные известняки, которые состоят не из скелетных остатков самих организмов, а
из продуктов их жизнедеятельности (фекалий).
Среди
фитогенных
(и
фито-зоогенных)
карбонатных
пород
различаются
собственно водорослевые (литотамниевые, кодиевые и прочие известняки) и их
специфические
разности
—
строматолитовые,
онколитовые,
микрофитолитовые
известняки, известково-доломитовые породы и доломиты.
Подавляющее большинство органогенных карбонатных пород формировалось за
счет накопления на дне седиментационных бассейнов скелетных остатков фауны и флоры
(планктона и бентоса) после гибели организмов, попадавших в осадок и в нем
захоронявшихся.
Особое место среди органогенных карбонатных пород занимают породы
различных прижизненно сформированных организмами построек, часто именуемых
«рифогенными». К ним относятся собственно рифовые тела (волнорезы) и различные
биогермные (куполообразные) и биостромные (пластообразные) органогенные постройки.
Все они представляют собой довольно крупные сооружения, измеряемые метрами,
десятками и сотнями метров. Протяженность рифов может исчисляться километрами [55,
ПО]. Такие органогенные постройки формировались различными прикрепленными
колониальными организмами (главным образом водорослями, археоциатами, мшанками и
кораллами), прижизненно нараставшими друг на друга. В результате смены ряда
поколений этих организмов на месте их обитания возникал жесткий, устойчивый
органогенный массив — ядро, остов органогенной постройки. В его создании участвуют и
скелетные остатки многих других организмов (фораминиферы, криноидеи, брахиоподы,
моллюски и т. п.), охотно селившихся рядом с «рифостроителями».
Скорости роста таких органогенных сооружений, как правило, во много раз
превышают скорость накопления других синхронных им осадков, в результате чего они
четко выражаются в рельефе дна бассейна. При этом рифовые сооружения выхолят на
поверхность вод бассейна (располагаясь выше базиса действия волн), биогермы ее не
достигают (и водами не разрушаются). Если же скорость роста органогенной постройки
будет соизмерима со скоростью накопления синхронных осадков, подводного рельефного
выражения она практически не получит (биостром). Рифовые сооружения, подвергаясь
частичному разрушению волн, сопровождаются накоплением вокруг (и внутри)
органогенного ядра (остова) продуктов его разрушения, т. е. обломочного органогенного
материала, от глыб и крупных обломков до мелкого детрита и шлама. Кроме того, в
строении всех органогенных построек (рифов, биогермов, биостромов) принимает
участие, нередко значительное, химически и биохимически осажденный СаСОз. Он
инкрустирует скелетные остатки, заполняет внутрискелетные пустоты и межскелетные
пространства.
В целом же все рассматриваемые карбонатные органогенные постройки
отличаются высокой пористостью, в значительной части сохраняя ее в ископаемом
состоянии. В результате карбонатные породы этих построек часто являются хорошими
коллекторами (обычно нормально-порового типа).
Литолого-петрографическое
изучение
карбонатных
пород,
слагающих
рассматриваемые органогенные постройки, имеет немаловажное значение. Уточнение их
типа, особенностей их состава и строения способствует познанию внутреннего строения
этих органогенных построек и особенностей их формирования. Оно позволяет также
более достоверно оценивать закономерности и причины пространственных изменений
коллекторских свойств карбонатных пород, слагающих органогенные постройки.
3. Группа обломочных карбонатных пород включает в себя известняки, доломиты и
известково-доломитовые породы, которые на 50 % и более состоят из обломков
карбонатных пород (но не фауны!). Цементом их служит зернистый карбонатный
материал.
Среди обломочных карбонатных пород можно различать первичные и вторично
обломочные. К последним относятся различные псевдоконгломераты и брекчии,
возникшие за счет разрушенияраздробления уже сформированных карбонатных пород
при тектонических деформациях либо в результате процессов выщелачивания. Среди
первичных обломочных карбонатных пород следует различать собственно терригенные
(аллохтонные, экстракласты), образованные карбонатными обломками — продуктами
разрушения прилегающей суши, и внутриформационные (автохтонные, интракласты).
Последние возникают непосредственно на месте своего образования за счет подводного
размыва уже уплотненных карбонатных осадков.
Специфическими признаками внутриформационных обломочных карбонатных
пород, которые позволяют отличать их от терригенных обломочных разностей, служат: 1)
большая однородность обломков карбонатных пород; 2) отсутствие следов сортировки
обломков; 3) отсутствие или слабо выраженные следы их окатанности, угловатые, нередко
удлиненные «пластинчатые» формы (рис. 20); 4) сходство карбонатного материала
обломков и цементирующей карбонатной массы.
4. В группу карбонатных пород переходного или смешанного типа включены
породы, в которых зернистый карбонатный материал имеет подчиненное значение,
выступая в роли цемента, а преобладающий (>50%) «цементируемый» материал
генетически
различен.
Он
может
принадлежать
хемогенным
(биохемогенным)
форменным карбонатным образованиям, органогенным остаткам и обломкам карбонатных
пород. Обязательным при этом является присутствие их в значительных, примерно
равных, количествах. Соответственно такие породы будут характеризоваться как
органогенно-обломочные, комковато-органогенные и т. д.
Все рассмотренные выше генетические типы карбонатных пород дополнительно
могут характеризоваться по различным второстепенным признакам. Наиболее важными
из них являются наличие глинистого или терригенного обломочного материала и
некарбонатных минеральных новообразований Присутствие таких некарбонатных
компонентов обусловлено спецификой образования карбонатных пород и нередко
значительно меняет их свойства.
Важность возможно более точной диагностики карбонатных пород при любых
литолого-петрографических исследованиях не нуждается в пояснениях. Необходимость
детального литолого-петрографического изучения карбонатных пород при оценке их
коллекторских свойств также очевидна.
Глава 3. Перспективы
Сегодня активно ведутся исследования карбонатных запасов. В разных регионах
мира нефть в карбонатных коллекторах добывается весьма активно. В России доля
добываемой нефти из карбонатных коллекторов растёт. Но запасы ещё очень большие,
потому задача, стоящая перед нефтяниками, — увеличить долю добываемой нефти из
этих коллекторов. К этому надо идти через упорную и долгую работу учёных и
производственников. Пока все находится только в начале большого пути.
К вопросу изучения карбонатных коллекторов необходимо привлекать как можно
больше исследовательских институтов и учебных заведений, а также изучать зарубежный
опыт.
Карбонаты — это большой пласт для работы!
Заключение
В ходе работы была достигнута цель. Создано представление о карбонатных
породах. Изучены минералогические, структурные, химические, и другие особенности
карбонатных отложений, выделены четыре группы карбонатных пород. Определены
перспективы карбонатных коллекторов.
Карбонатные коллекторы требуются в дальнейшем изучении и исследовании. В
России доля добываемой нефти из карбонатных коллекторов растёт, но это только начало
большого пути. Нужно развивать новые методы и инновационные подходы, чтобы
извлечь эти запасы. К дальнейшему росту надо идти через упорную и долгую работу всем
вместе: и ученым, и производственникам, и нефтяникам, и геологам.
Список литературы
1. В. Η. Киркинская, Ε. Μ. Смехов. Карбонатные породы-коллекторы нефти и газа.
Л.: Недра, 1981, 255 с.
2. Е. М. Пушкарский, Литология триасовых карбонатных отложений Западного
Предкавказья, диссертация, 1984, 158 с.
3. http://www.bestreferat.ru/referat-36915.html
4. http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-181-2/124.htm
5. http://www.gazeta.tatneft.ru/news/show/12462