НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОЛОГІЧНИХ НАУК НАН УКРАЇНИ

КОРЖНЕВ ПЕТРО МИХАЙЛОВИЧ

УДК 552.143 : (551.263.036 : 551.753.1) : 553.98] (477.6)

Літологія турнейсько-нижньовізейських алювіальних відкладів Дніпровсько-Донецької западини

(в зв'язку з нафтогазоносністю)

Спеціальність 04.00.21 літологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

Київ – 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті геологічних наук НАН України

Науковий керівник: доктор геолого-мінералогічних наук,

член-кореспондент НАН України

Лукін Олександр Юхимович,

директор Чернігівського відділення Українського державного геологорозвідувального інституту

Офіційні опоненти: доктор геологічних наук, головний науковий співробітник

Шульга Віталій Федорович,

Інститут геологічних наук НАН України

кандидат геологічних наук, доцент

Андреєв Олександр Вячеславович,

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

доцент кафедри мінералогії, геохімії та петрографії

геологічного факультету

Провідна установа: Відділення морської геології та осадового рудоутворення

Національного науково-природничого музею НАН України,

м. Київ

Захист відбудеться “20” червня 2006 р. о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.162.04 при Інституті геологічних наук НАН України за адресою: 01601, м. Київ, вул. О. Гончара, 55-б

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту геологічних наук НАН України за адресою: 01601, м. Київ, вул. О. Гончара, 55-б

Автореферат розісланий “18” травня 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

Д 26.162.04.,

кандидат геолого-мінералогічних наук _______________ Г.С. Компанець

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Континентальне осадконакопичення, особливості палеогеографії і палеогеоморфології суші багато в чому визначають речовинний склад і будову формацій осадових басейнів, контролюють розташування в них корисних копалин. У даний час літологічні дослідження континентальних генетичних типів, зокрема давнього алювію, різко відстають від активного й успішного вивчення морських відкладів. Причиною цього є погана збереженість їх в осадових басейнах, фрагментарне поховання. Слід враховувати, що до алювіальних відкладів часто приурочені різні корисні копалини: розсипні родовища золота, урану, бітумні, нафтові і газові поклади. Дані про особливості речовинного складу і будови, промислово-геофізичні і петрофізичні властивості давнього алювію сприятимуть пізнанню закономірностей їх розміщення, а отже, подальшому відкриттю нових родовищ нафти і газу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами. Результати експериментальних та теоретичних досліджень, які сталі базовими для дисертаційної роботи, пов’язані з науково-дослідними роботами, у виконанні яких дисертант брав участь, працюючи у відділі геології нафти і газу Інституту геологічних наук НАН України: “Аналіз формування нафтогазоносних басейнів різного генетичного типу з метою визначення перспективних напрямків пошуків вуглеводнів в Україні” № ДР 0102U000246 та “Прогнозування та наукове обґрунтування нарощування сировинної бази вуглеводнів в Україні” № ДР 0103U000736.

Мета і задачі дослідження.

Мета роботи – вивчення турнейсько-нижньовізейського алювію Дніпровсько-Донецької западини (ДДЗ), особливостей його походження, речовинного складу і будови, промислово-геофізичних і петрофізичних властивостей, закономірностей його нафтогазоносності.

Задачі дослідження:

1. Комплексне вивчення речовинного складу та будови турнейсько-нижньовізейської алювіальної формації ДДЗ з метою встановлення умов її накопичення та залягання у співвідношені з іншими формаціями турнейсько-нижньовізейського тектоно-седиментаційного комплексу (ТСК) Дніпровсько-Донецького авлакогену (ДДА).

2. Вивчення особливостей нижньокам’яновугільного алювію як генетичного типу, його власних акумулятивних форм з їх морфогенетичною типізацією за методами геофізичних досліджень свердловин (ГДС).

3. Аналіз геологічної будови, особливостей фаціальної диференціації алювію за даними каротажу, встановлення палеотектонічних умов формування та динаміки седиментаційних процесів.

4. Виявлення закономірностей нафтогазоносності турнейсько-нижньовізейської алювіальної формації ДДЗ та визначення перспектив відкриття пов’язаних з нею нових вуглеводневих покладів.

Об'єкт дослідження – континентальні (алювіальні, наземно-дельтові, болотні) відклади турнейсько-нижньовізейського ТСК ДДА.

Предмет дослідження – літологія турнейсько-нижньовізейських алювіальних відкладів Дніпровсько-Донецької западини (в зв'язку з нафтогазоносністю).

Методи дослідження – фаціально-палеогеографічний і палеотектонічний аналізи; метод літолого-стратиграфічної кореляції розрізів за даними геофізичних досліджень свердловин; петрографічні і мінералогічні методи вивчення порід і мінералів з проведенням хімічного, напівкількісного спектрального, золотоспектрального і рентгено-флуоресцентного аналізів, електронної мікроскопії та визначення кількісного мінерального складу порід на підставі петрохімічних перерахунків; статистичні методи обробки геохімічних даних (факторний і кластерний аналізи).

Наукова новизна. На основі комплексного вивчення особливостей мінерального складу і геохімічних показників порід турнейсько-нижньовізейської алювіальної формації ДДЗ вперше проведено класифікацію сухарних глин за їх мінеральним складом та підтверджено провідну роль в її формуванні процесів субаерального діагенезу, а саме біогідролізу (поєднання мікробіологічних ґрунтоутворюючих процесів розкладу органічної речовини й процесів інтенсивного гідролізу первинної мінеральної речовини продуктами життєдіяльності специфічної мікрофлори). Поряд з цим встановлено вплив інших факторів формування породного парагенезу формації – процесів діагенезу та специфічного складу відкладів, що утворилися внаслідок глибокого гумідного вивітрювання в межах областей зносу Українського щита (УЩ), Воронезького кристалічного масиву (ВКМ) і ряду палеовиступів ДДЗ.

Удосконалено методику морфогенетичної типізації алювіальних піщаних тіл за даними комплексу методів каротажу. На її основі, враховуючи дані кернового матеріалу, проведено низку палеогеографічних і палеогеоморфологічних реконструкцій та уточнено дані про особливості будови нижньокам’яновугільних алювіально-дельтових відкладів формації. З’ясовано будову нижньокам’яновугільного (C1t–С1v1) алювію залежно від локальної структурно-тектонічної позиції. Доведено, що нижньокам’яновугільний алювій ДДЗ несе в собі відбиток рифтового тектоно-геодинамічного режиму.

Простежено характерні особливості зонального і локального розподілу нафтових і газоконденсатних покладів у відкладах формації та встановлено зв’язок фазової диференціації з перспективами пошуків покладів вуглеводнів в її межах. Обґрунтовано високу перспективність нафтогазоносності алювіально-дельтових відкладів формації.

Встановлено, що перспективи нафтогазоносності турнейсько-нижньовізейської алювіальної формації ДДЗ обумовлені поєднанням тектоно-геодинамічних і фаціально-палеогеографічних особливостей нижньокам’яновугільного алювіального процесу, що в свою чергу, визначає морфогенетичну різноманітність типів пасток вуглеводнів у її відкладах.

Теоретичне і практичне значення одержаних результатів. На прикладі турнейсько-нижньовізейського алювію ДДЗ (унікального об’єкта серед похованих давніх алювіальних відкладів за потужностями, фаціальною різноманітністю та ступенем охарактеризованості керновим і каротажним матеріалом глибоких свердловин) було розглянуто особливості формування давніх алювіальних систем авлагогенних басейнів на стадії активізації рифтового режиму. Обґрунтовано уявлення про генезис цих відкладів. Розкрито седиментаційні механізми формування та охарактеризовано специфіку будови давнього алювіального комплексу. Показано особливості його нафтогазоносності.

Основним практичним аспектом роботи є обґрунтування перспектив нафтогазоносності турнейсько-нижньовізейських алювіальних відкладів ДДЗ. Проведені палеогеографічні і палеогеоморфологічні реконструкції разом з встановленими особливостями фаціальної диференціації алювіальної формації з подальшим відповідним доповненням можуть бути використані для зонального і локального прогнозу нафтогазоносності.

Особистий внесок здобувача. В основу роботи покладені матеріали, зібрані автором під час навчання в аспірантурі та праці у відділі геології нафти і газу Інституту геологічних наук НАН України. Всі основні дослідження і висновки, які наведені в даній дисертаційній роботі, проведені й отримані особисто автором. Там, де автор використовує дані і висновки інших дослідників, є відповідні посилання.

Фактичній матеріал. В основу дисертації покладено комплекс матеріалів геофізичних досліджень свердловин по 300 бурових свердловинах. Проведено комплекс мінералого-петрографічних і геохімічних лабораторних досліджень по 370 зразках керна.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і висновки дисертаційної роботи доповідались на семінарах і науково-практичних конференціях: 8-а науково-практична конференція „Нафта і газ України” (Судак, 2004 р.); міжвідомча науково-практична конференція „Енергетика Землі, її геолого-екологічні прояви, науково-практичне використання” (Київ, 2005 р.).

Публікації. Основні наукові результати дисертаційної роботи опубліковано у чотирьох статтях фахових наукових видань України, у тому числі дві одноосібних. Серед публікацій, що додатково відображують наукові результати дисертації, також є тези доповідей.

Cтруктура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п’яти розділів, висновків і списку літератури та додатків. Повний обсяг роботи – 172 сторінок друкованого тексту, включаючи 8 таблиць, 50 рисунків, 102 найменування літературних джерел на 9 сторінках, два додатки на 2 сторінках.

Робота виконана у відділі геології нафти і газу Інституту геологічних наук НАН України. Автор висловлює глибоку вдячність доктору геолого-мінералогічних наук, член-кореспонденту НАН України О.Ю. Лукіну, під науковим керівництвом якого виконана дисертаційна робота. Автор вдячний за консультаційні поради та допомогу в роботі над аналізом фактичного матеріалу провідному геологу ДГП „Укргеофізика” М.Г. Егурновій.

Основний ЗМІСТ РОБОТИ

Розділ 1. Огляд попередніх досліджень, фактичний матеріал, методологія і методика досліджень

Проведено аналіз літературних джерел з тематики дисертації, а саме: вивчення кам’яновугільних відкладів ДДЗ на підставі формаційного і фаціального аналізів; історії формування основних поглядів на геологічну будову та літологію турнейсько-нижньовізейських відкладів ДДЗ.

Робота автора базувалась на методології формаційного анализу. Формаційний аналіз відомий як основа вивчення закономірностей розвитку осадових басейнів і комплексного прогнозу приурочених до них корисних копалин. Для встановлення парагенетичності породних асоціацій використано триетапну методологію, яка відповідно до поставленої перед роботою мети визначила етапність проведених автором досліджень: перший етап – палеогеографічні реконструкції; другий етап – фаціально-генетичні дослідження; заключний етап – аналіз перспектив нафтогазоносності нижньокам’яновугільних (C1t–С1v1) алювіальних відкладів.

З метою встановлення генетичних особливостей турнейсько-нижньовізейської алювіальної формації ДДЗ були досліджені основні складові її породного парагенезису – кварцові мономіктові пісковики та сухарні глини. Для проведення детальних петрографічних і геохімічних досліджень було відібрано 152 зразки пісковиків та 220 зразків сухарних глин. Отримані результати оброблялися методами математичної статистики. По 152 зразках пісковиків було виконано геохімічне вивчення розподілу елементів-домішок методами спектрального та рентгено-флуоресцентного аналізів. Крім того, з цих зразків було відібрано 25 проб на рентген-флуоресцентний аналіз на породоутворюючі компоненти для подальшого проведення петрохімічних перерахунків. По цих зразках були проведенні детальні петрографічні дослідження із визначенням кількісного мінерального складу порід. Ці дані були скореговані за результатами петрохімічних перерахунків з урахуванням мінерального складу порід за даними рентгенівської дифрактометрії. Це дозволило пов’язати вміст елементів-домішок з гранулометричним і мінеральним складом порід і обґрунтувати уявлення про генезис цих порід. Із 220 зразків сухарних глин детальні комплексні дослідження було проведено по 28 зразках. Задіяно рентгенівську дифрактометрію і визначення вмісту породоутворюючих компонентів за даними рентгено-флуоресцентного аналізу, що дозволило обчислити кількісний мінеральний склад порід, пов’язати з ним вміст елементів-домішок і зробити висновки про особливості їх генезису.

При уточненні даних про поширення формації та виділенні генетичних типів відкладів і фацій турнейсько-нижньовізейських континентальних відкладів використовувалися комплексні дані методів каротажу і керна (проаналізовано матеріали 300 бурових свердловин, при цьому, окрім традиційного стандартного каротажу, обов’язково залучалися діаграми методів акустики, кавернометрії, радіоактивного і бічного каратожу), а також дані гранулометричного аналізу. На основі каротажних даних автором побудовано шість поперечних простяганню ДДЗ і один поздовжній літолого-фаціальні палеогеологічні профілі, які демонструють неординарну будову алювіальних відкладів нижнього карбону.

Встановлення особливостей будови, закономірностей фаціальної диференціації турнейсько-нижньовізейської алювіальної формації Дніпровсько-Донецької западини разом з аналізом розташування, фазового складу і морфогенетичних особливостей встановлених покладів вуглеводнів дозволило скласти карту перспектив нафтогазоносності та виділити низку прогнозних об’єктів в її межах. Побудована карта основувалась на даних по щільності нерозвіданих ресурсів ВВ (ЧВ УкрДГРІ), а також матеріалах фонду нафтогазоперспективних структур (ЛВ та ЧВ УкрДГРІ), які інтегрувались зі складеною нами картою ізопахіт алювіальної формації.

Розділ 2. Основні риси геологічної будови Дніпровсько-донецької западини

Наведено коротку стратиграфічну характеристику осадового чохла ДДЗ.

За сучасними уявленнями ДДЗ є самостійним структурним елементом – внутрішньоплатформна структура Східно-Європейської платформи (СЄП). Вона входить до складу Дніпровсько-Донецького авлакогену, який відповідно можна розглядати як Прип’ятсько-Дніпровсько-Донецьку систему самостійних авлакогенних осадових басейнів.

Основні структурні елементи кристалічного фундаменту відобразилися в осадових комплексах передкам’яновугільної стадії формування ДДЗ, структурні елементи вищих порядків успадкувались девонськими структурами.

Прип’ятська западина і ДДЗ впродовж усього девонського періоду розділялись Брагинсько-Лоєвською сідловиною, яка відповідає Брагинсько-Чернігівському виступу кристалічного фундаменту. Ічнянсько-Старохуторська підведена зона (район р. Ічня), що має переважно субмеридіональне простягання, поділяла територію ДДЗ на дві частини. В шовній зоні глибинного Сміловсько-Холмського розлому спостерігаються численні прояви процесів соляного тектогенезу, що у палеогеоморфологічному відношенні обумовило гіпсометрично-диференційоване підняття, яке відокремлювало дві депресивні зони – північно-західну і південно-східну. Північно-західна депресивна зона і територія, що її обрамляє, характеризуються широким розвитком виходу кристалічних порід фундаменту на докам’яновугільну поверхню (Брусилівсько-Кошелівський виступ).

Південно-східній території властива наявність успадкованих від рельєфу фундаменту крупних та великих депресій – областей зносу (Срібненська, Ніжинська), що домінують над виступами по фундаменту, які представлені низкою валів (Липоводолинський та ін.). Вони складені девонськими ефузивно-туфогенними відкладами, які безпосередньо виходили на кам'яновугільну поверхню.

В цілому, на рубежі девону і карбону завершується рифтовий етап розвитку авлакогену (з деякими його „рецидивами” в турне і раньому візе). Під час великого передкарбонового перериву відбувалося вирівнювання рельєфу і формування потужних кір вивітрювання. Відкриті виступи кристалічного фундаменту, виходи соляних штоків з характерними для них компенсаційними прогинами та девонські ефузивні вали були субстратом, на якому закладалась нижньокам’яновугільна алювіальна рівнина.

Розділ 3. положення турнейсько-нижньовізейської алювіальної формації Дніпровсько-донецької западини у турнейсько-нижньовізейському тектоно-седиментаційному комплексі Дніпровсько-донецького авлакогену

Нижня межа турнейсько-нижньовізейського ТСК приурочена до поверхні передмалєвської незгідності, яка місцями зливається з передранньовізейською, передбобриковською або передтульською незгідностями (рис. 1).

Про існування регіонального передмалевського перериву свідчить присутність в підошві малевського горизонту різних феріалітних і каолінітових порід. Верхня межа збігаєтся з поверхнею передпізньотульської незгідності. Даний комплекс різко відрізняється від безпосередньо розташованих нижче озерсько-хованського і верхньофаменсько-заволзького відсутністю соленосних, вулканогенних, поліміктових червоноколірних відкладів, присутністю мономінеральних кварцових пісковиків, світло-сірих і строкатоколірних каолінітових глин, алітів і феріалітів, появою вугленосності, великою роллю глинисто-карбонатних сіро- і темноколірних відкладів з морською фауною.

Рис. 1. Формації турнейсько-нижньовізейського ТСК ДДА

Аналоги малевського, упінського, черепетського, кизилівського, косьвинського, радаєвського, бобриківського, тульського горизонтів СЄП, що входять до складу ТСК, виділені за фауною і незгідностями, мають різне поширення і характеризуються різними співвідношеннями формаційних типів відкладів. Він складається з низки формацій, серед яких знаходитися турнейсько-нижньовізейська алювіальна формація ДДЗ, що є об’єктом дослідження даної роботи.

Відклади цієї формації встановлені на південному схилі ВКМ, у межах північної прибортової зони і на північному заході центральної і південної прибортових зон ДДЗ, а також в Єльській депресії Прип’ятського прогину. На території північного заходу ДДЗ вони досягають максимальних потужностей – 250 м і більше. В межах Брагинсько-Чернігівського виступу вони виклинюються, а на південний схід від зони зчленування Срібненської і Жданівської депресій заміщуються морськими фаціями.

Відклади алювіальної формації входять до складу турнейсько-нижньовізейського ТСК (в об'ємі аналогів кізеловського, косьвинського, радаєвського і бобриковського горизонтов СЄП). Глибини їх залягання залежно від локальної структурно-тектонічної позиції змінюються від 2000 до 4000 м і більше. За даними О.Ю. Лукіна, відклади алювіальної формації зазнали епігенетичних перетворень, які відповідають стадіям діагенезу – (МК1–МК3) катагенезу.

Верхньою граничною поверхнею алювіальної формації на крайньому північному заході є трансгресивна глинисто-карбонатна (тульська) товща. Міжформаційний перехід до неї має доволі різкий характер, хоча в східному напрямку з’являється тенденція плавного літологічного заміщення алювіальних відкладів через глинисто-карбонатний тип розрізу до чисто карбонатного. На південно-східній частині території розвитку алювіальних відкладів верхньою межею формації є відклади нижньовізейської озерної формації ДДЗ. Підошва відкладів алювіального комплексу визначається девонськими відкладами, для яких характерна присутність ефузивів, соляної тектоніки та ін.

Основними породами, які складають алювіальну формацію, є переважно суттєво каолінітові сухарні глини і різнозернисті кварцові пісковики з каолінітовим цементом. Останні представлені в основному світло-сірими і білими мономінеральними кварцовими різнозернистими пісковиками низького ступеня сортування з переважанням серед уламкового кварцу зерен з хвилястим і мозаїчним згасанням, місцями з підвищеним вмістом розсипних мінералів Au, Ti, Th, Y та ін. Крім того, характерна наявність прошарків вуглистих глин, в окремих випадках вугілля.

Особливості речовинного складу (мономінеральний склад пісковиків та істотно каолінітовий склад глин) свідчать про накопичення алювіальної формації внаслідок розмиву і швидкого перевідкладення потужних гумідних кварцово-каолінових і латеритних кір вивітрювання докембрійських кристалічних, а також девонських осадово-вулканогенних порід, останці яких дуже поширені на схилах ВКМ, Білоруського масиву, УЩ і на виступах фундаменту в межах ДДЗ.

Утворення цієї формацій відбувалося в умовах алювіально-наземнодельтової рівнини. Палеорічкова система мала переважно ортогональну конфігурацію. Вона складалася з коротких річок, протоків, які з’єднувались з магістральними руслами. Це разом з відносно короткими відстанями від областей зносу пояснює поєднання граничної мінеральної зрілості (практично мономінеральний кварцовий склад пісковиків при різкому домінуванні циркону, у складі важкої фракції) із структурною незрілістю, яка проявляється в низьких значеннях різних показників сортування, а також в підвищеному вмісті уламків катаклазованого кварцу, зерен з різноманітними мікровключеннями та ін. Структурна незрілість пісковиків закономірно поєднується з їх текстурними особливостями. Тут часто відсутня типова для алювіальних русел і прируслових бортів чітка коса (з градаційним сортуванням зерен) і мульдоподібна шаруватість.

На користь алювіального генезису цих відкладів говорять дані статистичної обробки гранулометричного аналізу. На генетичній діаграмі в координатах „асиметрія–ексцес” (методика Г.Ф. Рожкова), що відбиває палеодинаміку середовища, більшість фігуративних точек вивчених уламкових порід розташовуються в полях, які відповідають алювіальним відкладам (русло, заплава, наземнодельтові протоки і т.п.).

Різко виражена формаційна гетерогенність ТСК віддзеркалює палеотектонічну і палеогеографічну контрастність розвитку ДДА на відповідному етапі. Прип’ятська западина впродовж усього свого розвитку є палеодепресією. В малевський і тульський час – це платформна синекліза. Що до малевсько-кизилівського і радаєвсько-бобриківського інтервалів, то великі потужності й особливості будови „залізистої” і „каолінової" товщ свідчать про істотні відхилення режиму від типово платформного.

На основному проміжку даного етапу суміжні області УЩ, ВКМ і Білоруського масиву були значною мірою пенепленізовані. Тут на кристалічних породах формувалася потужна гумідна кора вивітрювання. Вивітрювання зазнали докембрійські і девонські породи на низці виступів у межах ДДА (Брагинсько-Чернігівському, Кошелівському та ін.). Швидке накопичення потужних піщано-глинистих кварцово-каолінових відкладів свідчить про перевідкладення цієї кори вивітрювання внаслідок активізації висхідних тектонічних глибових рухів.

Турнейсько-ранньовізейське теригенно-карбонатне осадконакопичення на території ДДА відбувалося в алювіально-наземнодельтовій, озерно-болотній, шельфовій і депресивно-морській обстановках, співвідношення між якими різко змінювались. На північному заході ДДЗ і на основній частині території її бортів континентальні алювіально-наземнодельтові умови були протягом всього бугаївсько-шуринівсько-єленовського етапу. Максимальна інтенсивність алювіально-наземнодельтового осадконакопичення припадає на бобриківський час. Розташований на південному сході морський басейн відрізнявся складною геоморфологією: наявністю шельфових зон, депресивної області і ряду піднятів-островів в її межах. Упродовж усього турнейсько-ранньовізейського етапу він характеризувався нормально морською солоністю. Лише на бобриківсько-тульському рубежі (остапівський час), коли розвиток річкової мережі досяг максимуму, а інтенсивність ерозії різко знизилася, він перетворився на опріснене водоймище типу сапропелевого озера. Цей короткочасний епізод змінився великою тульською трансгресією.

В межах ДДА і на величезних територіях СЄП, судячи з характерного парагенезу кварцових пісковиків, каолінітових глин, бокситів, вугілля, органогенних (брахіоподових, коралових та ін.) вапняків, панували умови тропічного гумідного клімату.

Велику роль у формуванні каолінітових сухарних глин, осадових алітів і бокситів відіграли проточно-діагенетичні (термін Г.І. Бушинського) та особливо субаерально-діагенетичні процеси. Встановлено, що останні відбувалися при активній участі ґрунтової мікрофлори (гриби, актиноміцети, бактерії), фосилізовані залишки якої були вперше відкриті О.Ю. Лукіним, а саме в сухарних глинах турне – нижнього візе ДДЗ. Це дозволило запропонувати нові уявлення про генезис цих утворень, згідно з якими мікробіологічні ґрунтоутворюючі процеси розкладу органіки та інтенсивний гідроліз первинного мінерального субстрату продуктами життєдіяльності грибів, стрепто- й актиноміцетів, бактерій, водоростей були причиною формування сухарних глин.

Розділ 4. геологічні, мінералого-петрографічні і геохімічні особливості порід турнейсько-нижньовізейської алювіальної формації Дніпровсько-Донецької западини

Формація досить виразно виділяється в розрізі завдяки специфічним особливостям речовинного складу. Вона складена переважно уламковими і глинистими породами; причому процентний розподіл цих складових може сильно варіювати залежно від місця розташування конкретного розрізу. Біохімічні утворення (вугілля) мають обмежений розвиток.

Уламкові породи представлені здебільшого світло-сірими і білими мономінеральними кварцовими різнозернистими пісковиками, алевролітами та гравелітами з каолінітовим цементом (контактного і контактно-порового типу). Ступінь їх сортування, як правило, низький. Текстури переважно масивні.

Глинисті породи представлені низкою літологічних різновидів сухарних глин. Вони характеризуються великою мінливістю вмісту домішки гравійного і піщаного уламкового матеріалу (звичайно 0,1–1, але іноді до 10–20% і більше), представленого в основному кварцом з домішкою циркону і деяких інших стійких щодо (біо)хімічного вивітрювання мінералів. Виділяються такі групи порід :

1. Сухарні каолінітові (алітні) глини – міцні щільні породи, які не розмокають у воді. Їх забарвлення в основному сіре. Вони добре відмучувані, приховановерствуваті, місцями з вуглистими рослинними залишками, дуже поширені текстури типу “кучерявчик”. Також нерідко зустрічаються масивні текстури із дзеркалами ковзання, текстури змулювання, що характеризуються домішкою нерівномірно розподіленого погано відсортованого піщаного матеріалу. Такі глини мають, як правило, плямисте забарвлення. В шліфах ці глини характеризуються типовими для таких порід метаколоїдними структурами (конгломератоподібною, ооїдною, пластівчастною та ін.), мікроструктурою гелю, каолінітовим показником заломлення і дуже низьким двозаломленням глинистої речовини. В речовині гелю трапляються червоподібні виділення каолініту. За даними рентгеноструктурного аналізу, сухарні глини складаються переважно з добре окристалізованого триклінного каолініту, з домішкою вільного глинозему в кількості 0,1–5%.

2. Глини каолінітові строкатоколірні. Для них характерне різноманітне забарвлення: сіре, плямисте, охристо-червоне та ін. Вони добре відмучувані, приховановерствуваті, місцями з вуглистим детритом по нашаруванню. Складаються з недосконалого, дещо деградованого моноклінного каолініту – аналогу каолініту з останців передвізейської кори вивітрювання ефузивів і докембрійських порід (з незначною домішкою деградованої гідрослюди).

3. Глини сірі (темно-сірі), каолініт-гідрослюдистого та гідрослюдисто-каолінітового складу, в основному тонковерствуваті із слюдою і рослинним вуглистим матеріалом по нашаруванню. Імовірно, ці відклади пов’язані з озерними умовами осадконакопичення, про що, зокрема, свідчать рослинні вуглефіковані залишки доброго збереження.

Вуглисті породи представлені вуглистими глинами і вугіллям. Останні охарактеризовані керном північно-західної та центральної частин ДДЗ у межах Брагинсько-Чернігівському виступу, південного борту та південної прибортової зони. Турнейські відклади характеризуються нечастими та слабкими вуглепроявами у вигляді лінз вугілля, в той час, як нижньовізейські – окремими пластами вугілля від 0,3 до 1 м потужності. Це гумусне вугілля, за ступенем вуглефікації близьке до бурого (Б–Д). Вугілля матове і тьмяноблискуче, клареново-дюренове і дюрено-кларенове.

Петрографічні дослідження пісковиків і гравелитів формації показали схожість всіх зразків, що досліджувались, за структурно-текстурними ознаками та складом. Структура порід псефітова і псамітова. Форма уламків різна, але частіше напівобкатана. Текстура уламкових порід масивна або шарувата, обумовлена наявністю прошарків, які збагачені чорною вуглистою речовиною, а також орієнтованим розташуванням уламків (їх довгі осі витягнуті паралельно нашаруванню). Іноді в цих сірувато-білих породах можна побачити темно-сірі сліди мулоїдів. Уламкова частина звичайно становить понад 80% загальної маси породи. Вони утворюють поступові переходи поміж собою за складом цементу – від чисто каолінітових через гідрослюдисто-каолінітові до переважно гідрослюдистих різновидів. Цемент досягає близько 10–15, інколи до 20–30% загальної маси породи. Розрахунки коефіцієнтів кореляції між мінеральним і гранулометричним складом уламкових порід формації показали зв’язок окремих мінералів з породами різних гранулометричних фракцій: циркон, турмалін та інші теригенні важкі мінерали тяжіють до алевритової фракції, що свідчить про механічний розподіл кластогенного матеріалу; каолініт – до середньозернистої псамітової; доломіт, ангідрит – до крупнозернистої псамітової; сидерит і гетит – до псефітової, що вказує на великий вплив на цемент останніх діагенетичних процесів.

Геохімічні дослідження сухарних глин дозволили на основі петрохімічних даних обчислити їх кількісний мінеральний склад, а на підставі кореляційного аналізу зробити висновки про накопичення і перерозподіл елементів, що є індикаторами особливостей складу та триетапного формування сухарних глин.

За допомогою петрохімічних перерахунків вагових кількостей породоутворюючих компонентів (дані рентгено-флуоресцентного аналізу), які спочатку були переведені в молекулярні кількості, був обчислений кількісний мінеральний склад порід.

Проведені лабораторні дослідження і петрохімічні перерахунки дозволили виділити три основні групи сухарних глин за їх мінеральним складом: 1 – каолінітові, 2 – гідрослюдисто-каолінітові, 3 – сидеритизовані каолініто-гідрослюдисті. Основним критерієм для розподілу на групи було відношення розрахованих кількостей каолініту і гідрослюди. В кожній з перших двох груп виділяється декілька підгруп, які мають характерні відмінності.

Діаграма кореляційних зв'язків елементів-домішок, породоутворюючих компонентів і мінералів (рис. 2) дає наочне уявлення про основні геохімічні риси сухарних глин і дозволяє зробити деякі висновки про їх генезис.

Рис. 2. Схема кореляційних зв'язків породоутворючих компонентів і елементів-домішок у сухарних глинах

Кореляційну діаграму розбито на низку областей, які об’єднують різні асоціації компонентів і елементів. Перша з них, відповідає рутилу, циркону, монациту, кварцу, плагіоклазам і характеризує кластогенні мінерали. Друга – асоціація (P2O5, S, Sr і Ca, вуглиста речовина, яка характеризує органічні залишки в сухарних глинах) належить до області алотигенних мінералів. Відособлено на діаграмі розташовані асоціації компонентів і елементів, що характеризують аутигенні мінерали (ранньодіагенетичний каолініт і пізньодіагенетичний сидерит).

Окремо виділяється область трансформованих мінералів, до яких відносяться різні типи гідрослюд. Якась частина каолініту, ймовірно, також може бути приєднана до них. Наявність в цій області нікелю свідчить про часткову присутність у вихідному осадовому матеріалі продуктів кори вивітрювання ультраосновних порід. Наявність надмірного глинозему в чисто каолінітових різновидах сухарних глинах дозволяє припустити присутність в них гідроксидів алюмінію, які, очевидно, були пов’язані із зрілою корою вивітрювання.

При формуванні аутигенного пізньодіагенетичного сидериту відбувалося накопичення таких рудних елементів, як Mn, Cr, Zn, Cu. Перерозподіл і накопичення рудних елементів могли відбуватися і при подальшому катагенетичному перетворенні порід внаслідок взаємодії з поровими розчинами. Імовірно, до таких елементів відносяться Ge, Be, Sn, Li, Au, Ag. Деякі з них мають зв'язки з органічною речовиною або з S. Можна припустити, що при міграції в порових розчинах вони могли накопичуватися на окисно-відновних геохімічних бар'єрах.

Присутність в породах аутигенного каолініту свідчить про помірнокисле середовище формування осадків, сидериту – про нейтральне-слаболужне середовище, гідрослюд – про слаболужне середовище. Зокрема, це пояснює загальну приуроченість процесів сидеритизації до порід, дещо збагачених гідрослюдами. Крім того, наявність сидериту в породах говорить про слабовідновну обстановку з негативними значеннями Eh. Причиною виникнення слабонейтрального і слабовідновного середовищ могла бути наявність в осадках органічних решток (вуглистої речовини). Зокрема, утворення овоїдних утворень сидериту здебільшого спостерігається навколо вуглистих решток у породах, які слугували геохімічними мікробар'єрами і затравками для росту цього мінералу.

Все наведене свідчить про те, що речовинний склад сухарних глин і їх геохімічні особливості сформувалися під впливом трьох основних факторів:

1. Специфічний склад седиментаційного фонду, представленого продуктами глибокого гумідного вивітрювання порід у межах областей зносу, розташованих на УЩ і ВКМ (архейські і ранньопротерозойські гранітоїди, гнейси, кристалічні сланці та ін.), а також Брагинсько-Чернігівського, Кошелівського й інших палеовиступів у межах ДДЗ (девонські ефузиви, докембрійські кристалічні і метаосадові породи).

2. Мікробіологічні ґрунтоутворюючі процеси розкладу органічної речовини та інтенсивного гідролізу первинної мінеральної речовини продуктами життєдіяльності специфічної мікрофлори, які відповідають стадії раннього субаерального діагенезу.

3. Пізньодіагенетичні – ранньокатагенетичні процеси сидеритизації, що властиві гумідним поліфаціальним озерно-болотно-алювіальним відкладам.

Основні риси речовинного складу (переважаюча роль мінералів групи каолініту, підвищений вміст Ti, Zr, Th та інших елементів-гідролізатів) обумовлені природою седиментаційного фонду. Наведені вище корелятивні геохімічні показники підтверджують біолітну теорію походження сухарних глин. Біогідроліз, який був викликаний дією вказаної мікрофлори, сприяє додатковій каолінізації, винесенню лужних і лужноземельних елементів. При цьому істотно змінюється співвідношення між триклінним і моноклінним каолінітом. Головним результатом цього етапу формування сухарних глин є перехід рихлого осаду в колоїдний стан, виникнення метаколоїдних структур і осухарювання. Пізньодіагенетичні–ранньокатагенетичні процеси супроводжуються відновленням сполук окисного заліза, сидеритизацією і накопиченням ванадію, нікелю, хрому, а також деяких халькофільних елементів на окисно-відновних бар'єрах, обумовлених розподілом органічної речовини, взаємовідношеннями з проникними піщаними прошарками. Все це свідчить про складне триетапне формування сухарних глин.

Розділ 5. Ранньокам’яновугільна палеорічкова система Дніпровсько-донецької западини. зв’язок нафтогазоносністі з турнейсько-нижньовізейськими алювіальними відкладами

Розглянуто механізми формування алювію як генетичного типу відкладів і похідних форм рельєфу. За допомогою седиментаційних моделей, в основу яких покладені спостереження за сучасним рельєфоутворенням, охарактеризовано основні власні акумулятивні форми й фації алювію. З огляду на те, що предметом дослідження є саме поховані відклади, які не виходять на денну поверхню, такі моделі доповнюются узагальненою літолого-фаціальною каротажною характеристикою.

Розглянуто роль у формуванні алювіальних відкладів динамічних фаз: інстративної, констративної, перстративної. Відклади різних динамічних фаз природним чином перекривають, іноді прорізають один одного, утворюючи складний вертикальний розріз. Утворення потужних констративних відкладів тісно зв’язано з (палео)тектонічним фактором. Співвідношення фацій в констративному алювії різними авторами трактується неоднозначно. Очевидно, воно залежить від швидкості тектонічного опускання і ступеня розчленованості рельєфу.

(Палео)річки і відповідні їм (палео)дельти, як відомо, пов'язані з різноманітними (палео)тектонічними, (палео)географічними і (палео)кліматичними умовами, що зумовлює велике розмаїття особливостей алювію за потужностями, будовою, набором окремих акумулятивних форм, а отже, і за закономірностями локалізації в алювіально-дельтових відкладах різних корисних копалин. Склад і будова алювіальних відкладів, відповідно до морфоструктурних особливостей поверхні, має характерні відмінності. В них в різному співвідношенні представлені фації, які їх складають.

Геодинамічний контроль будови, речовинного складу і морфології алювію особливо виразно проявляється в (палео)рифтових прогинах. При рифтогенезі, в умовах великих морських регресій та активізації процесів лінійної ерозії в межах водозборів рифт, що формується, „стягує” тимчасові і постійні водні потоки. При достатньому розвитку цього процесу виникають долини-грабени (яскравий приклад – долина р. Рейн). Якщо річкова долина приурочена до грабена, то в ній формується потужний констративний алювій з багаторазовим врізуванням палеорусел, широким набором окремих акумулятивних форм, морфогенетичною різноманітністю руслових і алювіально-барових піщаних тіл. При виникненні основної магістральної річкової долини в рифтовому прогині на моноклинальних схилах суміжних кратонів (бортах, або “плечах” авлакогену) виникають ерозійно-тектонічні річкові долини другого порядку, які виповнені малопотужним перстративним алювієм. Крім Рейнського грабена, потужні пліоцен-четвертинні товщі констративного алювію встановлені в грабенах Байкальської і Східно-Африканської рифтових систем. Природно, чим стародавніші комплекси, тим виразніше проявляються специфічні особливості їх будови, речовинного складу і поширення різних генетичних типів відкладів, зокрема алювію.

Геодинамічна характеристика формування алювію, анологічна наведеній вище, відмічаєтся в потужних фаціально-диференційованих ранньокам’яновугільних алювіально-наземнодельтових відкладах ДДЗ.

Проаналізовано специфіку промислово-геофізичних властивостей відкладів формації в зв’язку з їх колекторськими властивостями. Співвідношення „колекторські властивості/комплексна геофізична характеристика” використовано як метод детальної кореляції та виделення цих відкладів. Наведено детальну промислово-геофізичну характеристику складових літом формації. Розглянуто можливості фаціальної інтерпретації цих відкладів з використанням даних геофізичних досліджень свердловин.

Розподіл фацій алювіальної формації було встановлено за допомогою ідентифікації фацій та субфацій цих відкладів по комплексу каротажних методів та керну. Вивчення розподілу ізопахіт комплексу та ізоліній різних показників його піскуватості (субширотні товщини пісковиків, кількість піщаних тіл) дозволило закартувати магістральну річкову долину, систему приток, велику наземну дельту з рукавоподібними протоками.

За каротажними матеріалами і даними вивчення керна закартовано систему палеорічкових ерозійно-тектонічних долин різного порядку, в локалізації яких велику роль відіграли геологічні (літолого-формаційні, структурно-тектонічні) особливості девонського і докембрійського субстрату, на якому закладалася і розвивалася ця палеорічкова система (рис. 3). Блокова будова докембрійського фундаменту, успадкована структурними елементами девону визначала переважаючі динамічні стани алювіальної седиментації і, отже, контролювала набір кам’яновугільних фацій, акумулятивних форм і товщин комплексу. Тому положення і конфігурація літолого-фаціальних зон і особливо трендів алювіальних руслових фацій здебільшого визначаються особливостями (пост)рифтогенних тектонічних елементів – розломів, горстів, грабенів, ефузивних валів. Розташування гряд докембрійських виступів і девонських ефузивних валів прибортових зон, закономірно пов’язаних з розломною тектонікою, відіграло важливу роль в конфігурації дренажної системи. Зокрема, контакти на відповідних поверхнях палеорельєфу виходів ефузивів і осадових порід були природними ослабленими зонами, сприятливими для закладення річкового русла.

Відклади формації поширені в межах Деснянського (північно-західного) і Удайсько-Сульського (центрального) поперечних сегментів ДДЗ (тектонічне районування за В.К. Гавришем). Структурно-тектонічні відмінності цих двох сегментів відобразилися на успадкованому характері просторового розподілу асоціацій генетичних типів відкладів, що складають формацію. Для північного заходу ДДЗ характерний різкий контраст алювіальних потужностей в осьовій зоні щодо приосьових зон, де спостерігається їх скорочення до повного виклинювання. Зокрема, в північній приосьової зоні Деснянського сегмента це пов’язано з наявністю одного з найбільших за площею і амплітудою в ДДЗ Брусилівсько-Кошелівського виступу.

Кам'яновугільна дренажна система північного заходу ДДЗ має гіллясту конфігурацію, тоді як в Удайсько-Сульському сегменті ДДЗ у конфігурації дренажу простежуються закономірні зміни. Виходи девонських солей, утворення компенсаційних прогинів в їх оточенні разом з різного характеру порушеннями, виходами ефузивних валів поперечного простягання і більш активним тектонічним режимом просідання визначили близьку до ортогональної конфігурацію дренажної системи в цьому сегменті.

Просторовою межею цих змін слід вважати субширотну зону Сміловсько-Холмського розлому. В межах перетину нею приосьової й осьової зон авлакогену розташовувані вузли зчленування мілких (палео)приток до основного магістрального (палео)русла.

Розподіл потужностей формації в межах поперечного Удайсько-Сульського тектонічного сегменту ДДА, у відповідності до успадкованої від фундаменту будови, окреслює низку сполучених річкових палеодолин. Простягання різного порядку ерозійних рівнин збігається з простяганням приосьових і прибортових тектонічних зон і відповідних їм розломів.

На території Лохвицької і Жданівської депресій, знаходився мілководний морський басейн. Контури його узбережжя ускладнюються низкою дельтових комплексів.

Рис. 3. Схема поширення товщини комплексу і літолого-петрографічний склад порід субстрату палеорічкової системи

1 – ізопахіти алювіального комплексу; 2 – область розвитку морських відкладів С1t – С1v1; 3 – строкатоколірні теригенні відклади верхнього фамену – нижнього турне; 4 – верхньодевонські ефузиви кислого і середнього складу; 5 – чергування ефузивних, вулканоміктових і ефузивно-осадових порід кислого і середнього складу (D3); 6 – ефузиви основного складу (D3); 7 – чергування ефузивних, вулканоміктових і ефузивно-осадових порід основного складу (D3); 8 – істотно глинисті флішоїдні відклади (D3fm); 9 – соленосні відклади (D3); 10 – теригенно-карбонатні і карбонатні відклади (D3); 11 – виходи докембрійських кристалічних порід на допізньотурнейсько-доранньовізейську поверхню

Турнейське і ранньовізейське осадконакопичення, незважаючи на припинення рифтогенного вулканізму, галогенезу і деяких інших типових рис рифтового режиму, характеризується низкою літогеодинамічних (у розумінні О.Ю. Лукіна) ознак даної стадії. До них відноситься і типово рифтовий характер констративного алювію, що проявляється в його аномальних потужностях і особливостях будови, в морфології власних акумулятивних форм, спрямованості магістральної палеорічкової долини, а також в прямому зв'язку розподілу палеоруслових врізів з особливостями будови передпізньотурнейської поверхні.

Проведені дослідження показали, що відклади турнейсько-нижньовізейської алювіальної формації є самостійним нафтогазоносним комплексом з характерними особливостями зонального і локального розподілу нафтових і газоконденсатних покладів. До них приурочено понад 50 покладів на 30 нафтових, газоконденсатних і нафтогазових родовищах ДДЗ. До специфічних особливостей продуктивних горизонтів даного комплексу відносяться: широкий фазово-геохімічний діапазон вуглеводневих скупчень (нафтові і газоконденсатні поклади з різним значенням конденсатного чинника, велике поширення покладів критичного стану, нафтових облямівок та ін.).

Аналіз розподілу фазового стану покладів С1t–С1v1 у відкладах алювіальної формації свідчить про те, що 63% з усіх відомих родовищ комплексу припадає на Талалаївсько-Рибальський нафтогазоносний район (з них 43% – газоконденсатні, 33% – нафтові, 9% – газові, 9% – нафтогазоконденсатні, 6% – нафтогазові поклади), 28% – на Глинсько-Солохівський нафтогазоносний район (з них 79% – газоконденсатні, 14% – нафтові, 7% – газові), всього 9% припадає на Монастиріщенсько-Софіївський нафтогазоносний район, причому всі відомі поклади нафтові.

На основі проведених досліджень було складено карту перспектив нафтогазоносності турнейсько-нижньовізейського комплексу ДДЗ. При розгляді перспектив нафтогазоносності алювіально-дельтових турнейсько-нижньовізейських відкладів ДДЗ слід відмітити неоднорідний характер розміщення зон з різною щільністю нерозвіданих ресурсів. Максимальні щільності нерозвіданих ресурсів ВВ відповідають ділянкам розташування алювіальних трендів і низці дельтових комплексів. В останніх спостерігаються сприятливі умови літологічного екранування (сухарні глини заміщуються гідрослюдистими пластичними глинами). Основна частина покладів вуглеводнів цього комплексу просторово тяжіє до депоцентрів товщин алювію.

Закономірності нафтогазоносності формації визначаються поєднанням тектоно-геодинамічних і фаціально-палеогеографічних особливостей алювіального процесу в межах ДДА. Взаємодія цієї палеорічкової системи з різноманітними конседиментаційними підняттями (валами, брахіантикліналями, соляними штоками) і виступами докембрійського фундаменту, тектонічними порушеннями, флексурами, синкліналями і монокліналями обумовила велику морфогенетичну різноманітність пасток вуглеводнів. Особливо слід підкреслити неоднозначність взаємодії палеорусел з локальними конседиментаційними структурами. В одних випадках на них розташована стійка прируслова мілина, в інших – русло прорізає частину склепіння підняття. Зокрема, нафтові поклади Монастирищенського і Новотроїцького родовищ приурочені до виклинювання піщаних тіл на схилах конседиментаційних піднятів. Матеріали картування цих відкладів за низкою профілів свідчать про дуже велике поширення передумов формування покладів нафти і газу саме в таких комбінованих пастках.

В умовах ДДЗ часто спостерігається явище огинання руслами палеорічок крупних валоподібних піднять і виступів докембрійського фундаменту, деформації палеорусел постседиментаційними антикліналями і соляними штоками, екранування їх зворотними скидами. Крім русел, перспективними є морфогенетичні типи пасток, пов'язані з власними акумулятивними формами типу прируслових барів, піщаних островів (розвантаження уламкового матеріалу в синкліналях). Все це дозволяє високо оцінити перспективи більшості виділених у складі даного комплексу прогнозних об'єктів.

ВИСНОВКИ

Основою для висновків стали такі результати дослідження:

1. Виділено турнейсько-ранньовізейський ТСК ДДА. Встановлено, що особливості будови і складу