НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОЛОГІЧНИХ НАУК

МАКОГОН Володимир Володимирович

МАКОГОН Володимир Володимирович

УДК 552.5:551.8(477.5)

ЛІТОЛОГІЯ І ПАЛЕОГЕОГРАФІЯ ВІЗЕЙСЬКИХ ВІДКЛАДІВ

ЦЕНТРАЛЬНОЇ ЧАСТИНИ ДНІПРОВСЬКО-ДОНЕЦЬКОЇ ЗАПАДИНИ

(У ЗВ`ЯЗКУ З НАФТОГАЗОНОСНІСТЮ)

04.00.21 – літологія

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

Київ – 2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Чернігівському відділенні Українського державного геологорозвідувального інституту Міністерства охорони навколишнього природного середовища України

Науковий керівник

доктор геолого-мінералогічних наук, професор

Заріцький Петро Васильович,

Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України (м. Харків), професор кафедри мінералогії, петрографії та корисних копалин геолого-географічного факультету

Офіційні опоненти:

доктор геолого-мінералогічних наук, професор

Хрущов Дмитро Павлович,

Інститут геологічних наук НАН України (м. Київ), старший науковий співробітник відділу інженерної геології

кандидат геолого-мінералогічних наук

Лагутін Анатолій Андрійович,

Український науково-дослідний інститут природних газів, філія дочірньої компаніїї “Укргазвидобування” НАК “Нафтогаз України” (м. Харків), завідувач відділу досліджень гірських порід та підрахунку запасів газу

Захист відбудеться “21” травня 2008 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради

Д 26.162.04 Інституту 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» квітня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Г.С. Компанець

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Абсолютна більшість відкритих у Дніпровсько-Донецькій западині родовищ вуглеводнів містять поклади в структурних пастках. Зараз у фонді виявлених структур переважають малоамплітудні та невеликі за площею об`єкти з незначними запасами, тому основні перспективи відкриття середніх та крупних родовищ у ДДЗ пов`язуються з покладами в глибокозалягаючих горизонтах та в пастках неантиклінального типу. В таких умовах вирішального значення набувають комплексні літолого-фаціальні та палеогеографічні дослідження, спрямовані на встановлення седиментаційних факторів нафтогазоносності.

Дисертаційна робота присвячена вивченню літолого-фаціальних особливостей, закономірностей осадконакопичення, палеогеографії часу формування візейських осадових порід центральної частини ДДЗ, виявленню седиментаційних факторів, які мали вирішальний вплив на характер розповсюдження потенційно нафтогазоносних та нафтогазогенеруючих відкладів, вивченню особливостей їх діагенетичних перетворень. Такі знання складають реальне підґрунтя для достовірного прогнозу розміщення потенційних пластів-колекторів у розрізі та на площі.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема досліджень безпосередньо пов`язана з науково-дослідними роботами УкрДГРІ. Здобувач є виконавцем звітів: “Виконати прогноз літолого-стратиграфічних пасток нафти та газу в верхньо- та середньовізейських відкладах ХІІ і ХІІа МФГ південної прибортової зони на ділянці Охиньки-Селюхи-Сорочинці” (державний реєстраційний №0195U026840), “Виконати комплексні дослідження візейських відкладів та скласти регіональні погоризонтні літолого-палеогеографічні карти північно-західної та центральної частини ДДЗ з метою прогнозу нетрадиційних пасток нафти і газу на малих і середніх глибинах” (державний реєстраційний №0198U000601), “Вивчення літолого-фаціальних, біостратиграфічних та структурно-геологічних особливостей будови нижнього карбону ДДЗ як основи прогнозу нафтогазоносності” (державний реєстраційний №0104U006685), “Регіональне літолого-фаціальне картування верхньовізейських і серпухівських продуктивних горизонтів ДДЗ з метою прогнозу неантиклінальних пасток вуглеводнів” (державний реєстраційний №0104U007669).

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є встановлення закономірностей осадконакопичення, вивчення особливостей діагенетичних перетворень на прикладі карбонатних конкрецій та визначення особливостей розвитку порід-колекторів і розширення перспектив нафтогазоносності візейського ярусу ДДЗ на основі комплексного літолого-петрографічного, мінералого-геохімічного, фаціального, седиментологічного вивчення зразків керну та аналізу геолого-геофізичних матеріалів.

Основними завданнями, які вирішувались при виконанні роботи були:

-

-

-

-

Об`єкт дослідження – геологічна будова, характер осадконакопичення і діагенетичних перетворень та нафтогазоносність візейського ярусу нижнього карбону центральної частини ДДЗ. Предмет дослідження – літологія і фації візейських відкладів у зв`язку з нафтогазоносністю.

Методи дослідження. При виконанні дисертаційної роботи автором використовувались літолого-стратиграфічний, літолого-фаціальний, седиментологічний та палеотектонічний аналізи для встановлення закономірностей осадконакопичення та будови візейського комплексу. Лабораторні дослідження включали макроскопічне та мікроскопічне вивчення зразків кернів для визначення фаціальної природи порід; вивчення петрографічних шліфів, рентгеноструктурний, диференційний термічний, мас-спектрометричний та спектральний аналізи – для визначення хіміко-мінералогічного складу як порід в цілому, так і їх окремих компонентів (у тому числі залізокарбонатних конкрецій).

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше визначено характер зв`язку між хіміко-мінералогічним складом ранньодіагенетичних карбонатних конкрецій із візейських відкладів центральної частини ДДЗ та фаціальними особливостями вміщуючих порід. Фаціальні умови осадконакопичення безпосередньо впливали на середовище діагенезу, що відобразилось на особливостях хіміко-мінералогічного складу ранньодіагенетичних залізокарбонатних конкрецій.

2. Вперше встановлені мінералого-геохімічні особливості карбонатного конкрецієутворення у візейських доманікоїдних відкладах центральної частини ДДЗ. Діагенез візейських відкладів проходив в умовах сидеритової і піритової геохімічних фацій. При цьому піритова фація характерна виключно для відкладів ХІІа МФГ, які за даними комплексу досліджень являють собою особливий рівень осадконакопичення із специфічними фаціальними типами відкладів.

3. На прикладі відкладів ХІІа МФГ доведено існування тісного зв`язку характеру осадконакопичення та розповсюдження порід не лише з структурно-тектонічними, а й з геоморфологічними та палеогеографічними особливостями території. Протягом візейського віку відбувалось чергування фаціальних умов осадконакопичення, при загальному переважанні басейнової седиментації. Разом з тектонічними процесами визначальну роль в утворенні літологічних типів та в розвитку фаціальних обстановок візейського осадового басейну ДДЗ відігравали літологічні та палеогеоморфологічні особливості ерозійних поверхонь.

4. На основі виконаних комплексних досліджень вперше складені детальні погоризонтні літолого-палеогеографічні карти ДДЗ з урахуванням матеріалів більшості пробурених у регіоні свердловин.

Практичне значення одержаних результатів. Під час роботи над дисертацією автором видавались практичні рекомендації на проведення геолого-геофізичних робіт на окремих ділянках у нижньокам`яновугільних відкладах у різних структурно-фаціальних зонах ДДЗ. Результати робіт використовувались при щорічному обґрунтуванні планів геологорозвідувальних робіт на нафту і газ у ДДЗ (1994-2007рр.). У дисертаційній роботі виконана оцінка перспектив нафтогазоносності різних ділянок центральної частини ДДЗ з позицій прогнозування пасткових умов на основі літолого-фаціальних, седиментаційно-палеогеоморфологічних та палеогеографічних критеріїв нафтогазоносності. На основі проведених досліджень визначені окремі зони, високоперспективні для пошуків вуглеводнів у пастках неантиклінального типу.

Особистий внесок здобувача. Основні результати і висновки, що викладені у роботі, отримані і обґрунтовані автором на матеріалах власних досліджень і опубліковані у фахових виданнях. Кам`яний матеріал зібраний дисертантом особисто у керносховищах. У випадках колективних публікацій внесок дисертанта із співавторами носив рівноправний характер.

Автор дисертації приймав участь у НДР сектора літології ЧВ УкрДГРІ на посадах інженера, молодшого наукового співробітника, наукового співробітника, завідуючого сектором.

Дисертаційна робота є результатом більше ніж 10-річних комплексних досліджень автора візейських відкладів ДДЗ. За цей час автором вивчено керн значної кількості глибоких свердловин, проаналізовано понад 500 шліфів, узагальнено та систематизовано близько тисячі результатів гранулометричних, рентгено-структурних, спектральних аналізів, проаналізовано 16 результатів ізотопних досліджень залізокарбонатних конкрецій. Переважна більшість аналізів виконана на зразках порід, відібраних автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і висновки дисертаційної роботи доповідались на науково-практичних конференціях: 4ій, 5ій, 6ій та 7ій Міжнародних конференціях “Нафта і газ України” (Харків, 1996, Полтава, 1998, Івано-Франківськ, 2000, Київ, 2002), міжнародній конференції молодих вчених та спеціалістів “Нафтогазова геологія та геофізика України – погляд у нове тисячоліття” (Чернігів, 2001), міжнародній конференції “Генезис нефти и газа и формирование их месторождений в Украине, как научная основа прогноза и поисков новых скоплений” (Чернігів, 2001), міжнародній конференції “Геологія горючих копалин України” (Львів, 2001), молодіжній конференції “2-е Яншинские чтения” (Москва, 2002), науковій конференції молодих вчених і спеціалістів УкрДГРІ (Львів, 2005).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 28 наукових праць, серед яких 5 статей у фахових виданнях і 23 – у збірниках наукових праць та тезах доповідей наукових конференцій. Здобувач є співавтором 5 тематичних звітів.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, 6 розділів, висновків і списку використаних джерел (142 найменування). Робота містить 150 сторінок текстової частини, 31 малюнок, 3 текстові таблиці.

Робота виконана у Чернігівському відділенні Українського державного геологорозвідувального інституту під керівництвом доктора геолого-мінералогічних наук, професора П.В. Заріцького, якому автор висловлює подяку за постійну підтримку й неоціненну допомогу в процесі написання даної роботи. Автор глибоко вдячний д.г.-м.н., чл.-кор. НАНУ О.Ю. Лукіну, к.г.-м.н., пров. наук. співробітнику В.Т. Кривошеєву за цінні поради, рекомендації й консультації. Автор вдячний колективу ЧВ УкрДГРІ, особливо к.г.-м.н. Ю.О. Арсірію, д.г.н. І.І. Дем`яненку, к.г.-м.н. Т.М. Пригаріній, к.г.-м.н. Л.П. Кононенко за допомогу в роботі над дисертацією. Особлива подяка колективу сектора літології ЧВ УкрДГРІ за допомогу, розуміння й підтримку.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ОГЛЯД ПОПЕРЕДНІХ дослідженЬ

Вивчення літології, фацій та палеогеографії візейських відкладів у ДДЗ розпочалось одночасно з їх розкриттям глибоким бурінням більше 50 років тому. Ці дослідження розвивались у комплексі із вивченням стратиграфії та нафтогазоносності карбону западини. Великий внесок у вирішення проблем літології, фацій, палеогеографії візейського ярусу ДДЗ та їх зв`язку з нафтогазоносністю ДДЗ зробили Ю.О. Арсірій, А.О. Білик, В.А. Бабадагли, З.П. Баштанник, Г.І. Вакарчук, Л.Г. Винниченко, І.В. Височанський, В.К. Гавриш, М.П. Зюзькевич, Б.П. Кабишев, Б.І. Кельбас, В.О. Кривошея, В.Т. Кривошеєв, А.А. Лагутін, Я.Г. Лазарук, О.Ю. Лукін, М.І. Мачужак, Р.Я. Поляк, Т.М. Пригаріна, І.С. Рослий, В.М. Тесленко-Пономаренко, Л.А. Трухан, П.М. Чепіль, П.Ф. Шпак, В.Ф. Шульга та багато інших дослідників.

У 60-х роках минулого століття на основі обмеженого матеріалу були складені перші літолого-палеогеографічні карти крупних регіонів. Вони вперше дали уявлення про взаємозв`язок осадового басейну ДДЗ з іншими районами Східно-Європейської платформи та Донецького басейну у візейську епоху. У цей час літолого-фаціальне вивчення ДДЗ проводилось разом з таким по Донбасу та Прип`ятському прогину (роботи М.В. Логвиненка, Д.Є. Айзенверга, В.К. Голубцова, О.С. Махнача, М.Є. Лазаренка, А.П. Феофілової, М.Л. Левенштейна).

З кінця 1960-х років починається інтенсивний розвиток ГРР на нафту і газ у ДДЗ із бурінням багаточисельних глибоких свердловин. Завдяки цьому постійно з`являвся новий геолого-геофізичний матеріал, який оброблявся і аналізувався геологами наукових та виробничих організацій. Починаючи з 70-х років, з огляду на посилення пошуків ВВ у неструктурних пастках, літолого-фаціальне і палеогеографічне вивчення нижньокам`яновугільних, у т.ч. візейських відкладів стало основною складовою комплексу нафтогазогеологічних досліджень ДДЗ.

Наприкінці 60-х і на початку 70-х років роботами під керівництвом О.Ю. Лукіна були обґрунтовані пошуки пасток вуглеводнів у лінзовидних піщаних тілах, внутрішньоформаційних клиноформних, ерозійних палеогеоморфологічних формах, в зонах виклинювання, пов`язаних з поверхнями неузгоджень, охарактеризовано фаціальні та палеогеографічні умови осадконакопичення, колекторські властивості порід вивчених комплексів. Уперше для ДДЗ було обґрунтовано наявність карбонатних рифових споруд у відкладах девону, карбону і пермі та їх перспективність для пошуків нафти і газу. В цей же час З.П. Баштанник, Г.І. Вакарчук, М.П. Кожич-Зеленко у своїй статті в загальних рисах подали літолого-фаціальну характеристику нижньокам`яновугільних відкладів північно-західної частини ДДЗ.

У 1976 р. колективом авторів під керівництвом Б.І. Кельбаса вперше була складена серія літолого-фаціальних карт ДДЗ масштабу 1:200000. Вони відобразили загальну зональність у розподілі літологічних типів розрізів крупних візейських стратонів ДДЗ на базі існуючих на той час геолого-геофізичних матеріалів.

Важливу роль у вивченні літології, фацій, палеогеографічних умов осадконакопичення відіграла робота О.Ю. Лукіна (1977). У ній визначені формації нижньокам`яновугільного відділу ДДЗ та особливості їх розповсюдження, детально охарактеризовані основні типи порід, їх вторинні зміни, фаціальні та палеогеографічні умови утворення формацій.

У 70-80-х роках напрямки комплексних літологічних досліджень розширювались і поглиблювались. Новим поштовхом до детальних літолого-фаціальних та палеогеографічних досліджень стало відкриття покладів ВВ у неантиклінальній пастці на Волошківському родовищі. Роботами під керівництвом О.Ю. Лукіна були визначені закономірності розвитку та літолого-фаціальні умови формування порід-покришок, літологічні критерії прогнозування резервуарів нафти і газу. У цих роботах також розглядались літолого-фаціальні аспекти формування відкладів та палеогеографія візейського часу. Важливу роль у пізнанні фаціальних та палеогеографічних особливостей візейських відкладів південно-східної частини ДДЗ мала робота В.Ф. Шульги (1981).

В останні десятиріччя літолого-фаціальні та палеогеографічні дослідження ДДЗ проводились у напрямку регіонального узагальнення наявного обширного геолого-геофізичного матеріалу та деталізації літолого-фаціальних особливостей окремих стратонів. Роботи Г. Вакарчука, С. Вакарчука, Л. Кононенко, В. Кривошеєва, Я. Лазарука, О. Лукіна, C. Мачуліної, А. Самойлюка, В. Шульги та багатьох інших дали новий матеріал для встановлення умов осадконакопичення, розповсюдження вузьких літолого-стратиграфічних підрозділів візейського ярусу, прогнозу нових типів пасток.

Незважаючи на значний обсяг виконаних бурових, геолого-геофізичних досліджень питання генезису більшості алевритово-піщаних продуктивних горизонтів верхнього візе центральної частини ДДЗ залишається не вирішеним однозначно. На сьогодні продовжують існувати дві протилежні точки зору на цю проблему. Одні дослідники (Бабадагли В.А., Кельбас Б.І., Лазарук Я.Г., Самойлюк А.П. та ін.) вважають ці теригенні пласти утвореннями алювіальних та дельтових систем, інші (Айзенверг Д.Є., Лукін О.Ю., Кривошеєв В.Т., Шульга В.Ф. та ін.) – утвореннями басейнового (переважно морського) генезису.

У 1998–2007 рр. колективом сектора літології ЧВ УкрДГРІ за участі автора складено 15 літолого-палеогеографічних карт різних стратонів візейського ярусу ДДЗ, які дали можливість уточнити палеогеографію ДДЗ у візейський час та стали основою даної роботи.

ОСНОВНІ РИСИ ГЕОЛОГІЧНОЇ БУДОВИ

Геотектонічна характеристика. Тектонічна будова та районування Дніпровсько-Донецької западини добре вивчені та висвітлені у численних наукових працях, схемах і картах Ю.О. Арсірія, В.Г. Бондарчука, В.К. Гавриша, Б.П. Кабишева, О.Ю. Лукіна, В.О. Разніцина, М.В. Чирвінської та багатьох інших дослідників. У розрізі западини чітко виділяються кристалічний фундамент та осадовий чохол, який має потужність від 1-2 км на північному заході до 19-20 км на південному сході і складений відкладами від девонського до четвертинного віку. При дослідженнях здобувачем прийнята схема тектонічного районування В.К. Гавриша, згідно з якою основними структурними елементами є Дніпровський грабен, до складу якого входять північна та південна прибортові і осьова зони, та борти, відділені від грабену шовними зонами крайових глибинних розломів. Осьова зона поперечними дорифтовими розломами розділяється на три основні сегменти, два з яких (Удайсько-Сульський та Псельсько-Орільський) частково охоплює район досліджень.

Стратиграфія. Візейські відклади в ДДЗ характеризуються максимальною площею розповсюдження і з розмивом трансгресивно залягають на різних стратонах турнейського ярусу, девонської системи та докембрію. Повнота розрізу і товщини ярусу змінюються у широких межах. В північно-західному напрямку, а також у бік бортів відбувається поступове виклинювання візейських відкладів із скороченням товщин на досліджуваній території від більш ніж 1,8 км (осьова зона) до 100 м і менше (на бортах). Нижня границя візейського ярусу у повних розрізах ДДЗ проводиться в основі XIV МФГ, верхня – в товщі Х МФГ. Візейський ярус розділяється на два під`яруси: нижній (XIV та ХІІІ МФГ, пісківська, яблунівська та артюхівська світи, ПГ В-24-В-27) та верхній (ХІІа, ХІІ, ХІ і частину Х МФГ, солохівська, мошківська, андріяшівська, перекопівська, васильківська світи, ПГ В-14-В-23.

Нижньовізейські відклади мають товщини, які коливаються в межах від 250-350 м (у осьовій зоні) до перших десятків метрів (на прибортових ділянках та на північному заході) і характеризуються карбонатно-глинисто-теригенним складом і фаціальним розмаїттям у прибортових зонах на тлі суттєвого збільшення ролі морських глинисто-карбонатних порід у бік осьової зони та вгору за розрізом. Верхня частина під`ярусу (ХІІІ МФГ) представлена майже виключно глинисто-карбонатними породами.

Верхньовізейські відклади мають товщини, що коливаються в межах від більше ніж 1,5 км – у осьовій зоні, до 500-700 м – на прибортових ділянках. Під`ярус складений карбонатно-теригенно-глинистим комплексом із флішоїдним характером перешарування порід (ХІІа МФГ) і глинисто-теригенною сіроколірною поліциклічною товщею чергування глинистих та піщано-алевритових порід із прошарками вапняків, а іноді вугілля (ХІІ-Х МФГ). Загалом, глинистість збільшується від прибортових зон до осьової частини западини.

В цілому візейські відклади на досліджуваній території складають (за О.Ю. Лукіним) теригенно-карбонатну, кварц-каолінову, кременисто-карбонатну (нижньовізейський під`ярус), паралічну вугленосну і алеврито-глинисту флішоїдну карбонатну (верхньовізейський під`ярус) формації.

ЛІТОЛОГІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНИХ ФАЦІАЛЬНИХ ТИПІВ ВІЗЕЙСЬКИХ ВІДКЛАДІВ

В основу досліджень покладена класична методика літолого-фаціальних досліджень, яка ґрунтується на вивченні і аналізі комплексу седиментаційних (генетичних) ознак. Вона давно і широко застосовується при геологічних дослідженнях і детально розроблена та удосконалена провідними фахівцями у цій галузі. У своїй роботі з літогенетичної типізації візейських відкладів автор спирався на узагальнюючі роботи О.Ю. Лукіна, В.Ф. Шульги та ін., виконані по ДДЗ та прилеглих територіях.

На основі детального макро- та мікроскопічного вивчення зібраної колекції керну глибоких свердловин ДДЗ, комплексу лабораторних аналітичних досліджень (рентгеноструктурний, диференційний термічний, мас-спектрометричний та спектральний аналізи), узагальнення результатів літолого-фаціальних досліджень автором визначені основні фаціальні типи візейських відкладів та їх приуроченість до певних стратиграфічних рівнів та структурно-фаціальних зон. Отримані в результаті проведених досліджень дані по літогенетичній типізації візейських відкладів дозволили визначити особливості їх розповсюдження на площі і у розрізі. Це лягло в основу встановлення палеогеографічних особливостей досліджуваної території протягом візейського часу.

Візейські відклади досліджуваної території характеризуються широким розмаїттям фаціальних типів. Автором виділені усі три основні групи фацій – континентальні, перехідні та морські.

Група континентальних фацій має обмежене розповсюдження на досліджуваній території. Відклади поширені у крайових частинах прибортових зон ДДЗ та на північному заході. На решті території вони зустрічаються спорадично, ділянки їх поширення та вікові інтервали досить обмежені. Виділені алевритово-піщані алювіальні та алевритово-глинисті заплавні, озерно-болотні відклади, які віднесені до комплексу фацій приморських рівнин. Вони найбільш характерні для нижньовізейських відкладів (XIV МФГ). За літологічним складом це переважно теригенно-глинисті породи широкої гами кольорів з поганим та посереднім сортуванням уламкового матеріалу, значним вмістом обвуглених рослинних решток, прошарками вугілля, сухарних глин, сферосидеритами. Текстури уламкових порід масивні та косошаруваті, глинистих – горизонтально- та лінзовидно-шаруваті.

Група перехідних фацій досить широко розповсюджена на досліджуваній території, відмічаючи нестійкий характер берегової лінії візейського морського басейну ДДЗ та коливальний характер трансгресій. Вони притаманні усім без винятку стратонам візейського ярусу ДДЗ і в цілому складають до 30-50% досліджуваного комплексу. Серед них виділено комплекс відкладів приморської алювіально-озерно-болотної рівнини, яка періодично заливалась морем та літоральної зони епіконтинентального морського басейну із розчленованою береговою лінією в умовах теплого гумідного клімату – піщані відклади кіс, барів та пересипів, комплекс алевритово-глинистих відкладів лагун і заток, піщані виноси рік (підводна частина дельти).

Група морських фацій широко розповсюджена на досліджуваній території, відмічаючи періоди трансгресій візейського морського басейну ДДЗ. У осьовій частині вони складають до 80% і більше розрізу візейського ярусу. В бік прибортових зон та на північний захід відмічається поступове зменшення вмісту морських відкладів через їх перешарування з перехідними. Виділено широкий спектр морських фацій, які складають комплекс відкладів епіконтинентального морського басейну нормальної солоності з нестійкою та досить розчленованою береговою лінією – алевритово-піщані відклади зони хвильової брижі відкритого узбережжя, глинисті відклади центральних частин епіконтинентального морського басейну, алевритово-піщані відклади зони хвилювань морського мілководдя, піщані відклади зон морських течій, карбонатні відклади шельфового мілководдя із рифогенними спорудами, карбонатні відклади прибережного мілководдя, глинисто-піщані відклади гравітаційних потоків, кременисто-карбонатно-глинисті бітумінозні відклади депресійних зон морського басейну із аноксичним режимом.

Кожна фація детально описана, її літологічні особливості ілюструються літогенетичними колонками конкретних свердловин та літолого-фаціальними схемами. Встановлено, що їх розповсюдження по площі та у розрізі суттєво змінювалось на протязі візейського віку. В цілому, для південно-східної та осьової частин западини характерним є переважання морських відкладів, тоді як для прибортових зон та північно-західної частини – перехідних та континентальних.

МІНЕРАЛОГО-ГЕОХІМІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА РАННЬОДІАГЕНЕТИЧНИХ КАРБОНАТНИХ КОНКРЕЦІЙ ТА ЇЇ ЗВ`ЯЗОК З УМОВАМИ ОСАДКОНАКОПИЧЕННЯ ВМІЩУЮЧИХ ВІДКЛАДІВ

Вивчення умов діагенетичних перетворень осадових відкладів було і залишається важливою складовою геологічного вивчення осадово-породних басейнів з виявленою нафтогазоносністю. Вплив обстановок осадконакопичення на аутигенне мінералоутворення (і конкрецієутворення) сильно позначається на тонкодисперсних глинистих осадках. Карбонатні конкреції є чутливими індикаторами геохімічних умов у осадках у ранньому діагенезі і утворюють закономірні мінерально-парагенетичні асоціації з вміщуючими породами, і, отже, не можуть не нести на собі відбиток фаціальних умов утворення осадку. З метою встановлення ступеню зв`язку між особливостями діагенетичних карбонатних конкрецій та фаціальними умовами формування вміщуючих їх відкладів автором вперше для візейських відкладів ДДЗ були проведені комплексні дослідження ранньодіагенетичних залізокарбонатних (сидеритових) конкрецій (СК).

Робота проводилась на колекції близько 50 зразків СК, відібраних із різних частин розрізу візейського ярусу різних геотектонічних зон ДДЗ. Вибраний комплекс методів (макроскопічні дослідження, мікроскопічне вивчення у прозорих шліфах, хімічний, диференційний термічний, рентгеноструктурний (РСА), спектральний та ізотопний аналізи) дозволив вивчити морфологію та структурно-текстурні особливості конкрецій, чітко визначити вміст конкрецієутворюючої складової та нерозчинного залишку, характер розподілу основних карбонатних компонентів та їх зміну у ході діагенетичних перетворень, мінералогічну зональність різнотипних СК, ступінь впливу різних джерел вуглецю при сидеритоутворенні. Аналіз встановлених особливостей діагенетичного сидеритоутворення та результатів літогенетичного вивчення вміщуючих відкладів дозволив оцінити можливість використання мінералого-геохімічних показників СК як додаткового критерію при літолого-фаціальному вивченні візейських відкладів ДДЗ.

Морфологія та внутрішня будова. СК широко розвинені у візейських відкладах ДДЗ, приурочені до глинистих порід континентального, морського та лагунно-затокового генезису. Розміри, морфологія та характер співвідношення з вміщуючими відкладами практично повністю визначаються седиментаційними структурами та текстурами останніх. За морфологією виділяються крупні “пластові”, дрібні сфероїдальні та еліптичні, конкреції-псевдоморфози по органічних (рослинних) рештках, за внутрішньою будовою – однорідні або зональні (симетрично-сфероїдальні та асиметрично-лінзовидні).

Хіміко-мінералогічний склад. Більшість СК мають складний полікомпонентний переважно магніо-сидеритовий склад з широким розмаїттям перехідних мінеральних форм за рахунок повсюдного ізоморфізму магнію, заліза, кальцію і марганцю у кристалічних решітках конкрецієутворюючих карбонатів. Основна маса конкрецій складена сидеритом (сидероплезитом). При мікроскопічному вивченні виділяються такі його різновиди: 1) тонкозернистий пелітоморфний; 2) дрібно- та середньокристалічний сидерит ромбоедричний; 3) крупнокристалічний сидерит радіально-променевої будови. Другорядні карбонатні мінерали представлені кальцитом та анкеритом. Усі різновиди добре діагностуються за даними дериватографії та РСА.

Для з`ясування мінералогічної форми основних карбонатів у досліджуваних конкреціях проведено комплексний аналіз даних РСА, хімічного та термічного аналізів. За його результатами підтверджується висновок дослідників (П. Заріцький, Б. Еренбург) про можливість діагностики присутності кальцієвої ізоморфної домішки у сидеритах за допомогою РСА.

Вміст нерозчинного залишку досить непостійний і коливається в межах 3-29%. Відзначено збагачення периферичних частин стяжінь теригенною домішкою порівняно з центральними частинами. Серед основних мінералів нерозчинного залишку виділені типово алотигенні (кварц, польові шпати, вугільний детрит та ін.) та полігенетичні утворення (каолініт, пірит, франколіт).

Сидерити в досліджуваних конкреціях являють собою складні ізоморфні карбонатні суміші Fe – Mg – Ca – Mn складу. При досить стійкому мінералогічному складі відмічаються широкі коливання у вмісті основних карбонатних компонентів: FeCO3 – 30,5-79,2%, CaCO3 – 3,0-35,5%, MgCO3 – 1,2-18,2%, MnCO3 – 0-5,3%.

Постійна присутність у складі конкрецій мінералів сидероплезитового типу є цілком логічною, якщо виходити з фаціальних умов накопичення вміщуючих їх відкладів. Переважання аргілітів морського походження серед останніх пояснює факт збагачення залізокарбонатних конкреційних утворень магнієм і, в певній мірі, кальцієм. У таких утвореннях з типово морських аргілітів за даними хімічного аналізу вміст MgCO3 досягає 18%, у той час як у лагунно-затокових відкладах він рідко перевищує 10%. А для зразка сидериту із континентальних відкладів характерним є практично мономінеральний сидеритовий склад. Тому можна зазначити, що загальна тенденція збагачення залізокарбонатних конкрецій кальцієм і магнієм у напрямку від континенту до моря, раніше встановлена в інших регіонах, підтверджується і нашими даними. Загалом фаціальні умови осадконакопичення безпосередньо впливали на середовище діагенезу, що відобразилось на особливостях хіміко-мінералогічного складу ранньодіагенетичних залізокарбонатних конкрецій. Але, в той же час, існування суттєвих коливань хіміко-мінералогічного складу досліджуваних СК із порід однієї і тієї ж фації не дає підстави вважати його універсальним показником фаціальних умов осадконакопичення при літолого-фаціальному аналізі візейських відкладів ДДЗ.

Діагенетичні перетворення. Частина досліджуваних СК була проаналізована з метою дослідження закономірностей явища фракціонування стабільних ізотопів кисню та вуглецю у процесі діагенезу. СК представлені трьома різновидами: однорідними конкреціями порушеними тріщинами синерезису; пірит-сидеритовими конкреціями із зональною будовою; дрібними конкреціями радіально-променевої (сферолітової) будови. Більшість вивчених сидеритів приурочена до аргілітів морського і затоково-лагунного генезису, що, загалом, знайшло відображення в їхньому ізотопному складі – середні значення дС13 коливаються в межах +5-+100/00, середні значення дО18 – у межах +24-+290/00. У той же час є серія зразків з аномально низькими значеннями дС13. Цей факт важко пояснити однією лише фаціальною приуроченістю вміщуючих відкладів. З огляду на те, що осадження карбонатів заліза супроводжується більшим ізотопним ефектом ніж осадження карбонатів Ca і Mg, автором це питання вирішувалось шляхом розгляду особливостей діагенетичних процесів.

Усі СК з аномально низькими значеннями дС13 представлені невеликими стяжіннями зональної будови, у яких ядерні частини складені піритом, у напрямку периферії відбувається його зміна сидеритом. Вони характерні виключно для відкладів ХІІа МФГ центральної частини ДДЗ, які накопичувалися в морському басейні в умовах частого встановлення застійного гідродинамічного і аномального газового режимів. За понижених темпів седиментації ранній діагенез таких глинистих відкладів проходив виключно у відновних умовах і осадження заліза відбувалось у сульфідній формі (пірит). У той же час СО2 інтенсивно вилуговувала ізотопно важкий седиментогенний карбонат, який дифундував у складі гідрокарбонат-іону у навколишнє середовище. По мірі занурення осадку і поступової втрати його зв`язку із наддонною водою відбувалась зміна піритоутворення на сидеритоутворення за участю органогенної СО2. Наслідком такого ходу діагенезу і стало утворення зональних конкрецій з піритом у ядерних частинах і облямівками з ізотопно легкого сидериту.

Аналізуючи розподіл стабільних ізотопів вуглецю в конкреціях з точки зору їх приуроченості до різних фацій відзначена відсутність чіткої залежності. Можна лише говорити про опосередкований їх зв`язок: фаціальні умови осадконакопичення > геохімічні умови діагенезу > хіміко-мінералогічний склад СК.

Підсумовуючи, зроблено висновок про те, що визначальною рисою візейських відкладів досліджуваної території є чітке переважання залізокарбонатних конкреційних утворень, які приурочені до порід широкого фаціального діапазону – від континентальних до нормально морських. Сульфідні стяжіння найбільш характерні для глинистих відкладів ХІІа МФГ. Таке широке розповсюдження подібних утворень дозволяє стверджувати про переважання сидеритоутворення над іншими залізоспоживаючими реакціями раннього діагенезу візейських відкладів, що цілком збігається із збагаченням цих порід органічною речовиною та їх формуванням в умовах теплого гумідного клімату. Діагенез басейнових візейських відкладів проходив в умовах сидеритової і піритової геохімічних фацій. При цьому піритова фація найбільш характерна для відкладів нижньої частини ХІІа МФГ, які являють собою унікальний рівень осадконакопичення у ДДЗ і мають специфічні фаціальні типи відкладів.

ПАЛЕОГЕОГРАФІЯ ВІЗЕЙСЬКОГО ВІКУ

Виконаний літогенетичний, літолого-фаціальний, седиментаційно-палеогеоморфологічний аналіз з урахуванням результатів мінералого-геохімічного вивчення карбонатних конкрецій став основою для палеогеографічних досліджень візейських відкладів центральної частини ДДЗ. Узагальненням цих робіт є складені у секторі літології ЧВ УкрДГРІ за безпосередньої участі автора літолого-палеогеографічні карти ДДЗ масштабу 1:200000 часу формування основних стратонів візейського ярусу. За результатами їх аналізу вдалось встановити основні риси палеогеографії ДДЗ протягом візейського віку.

В цілому для візейського комплексу як розподіл потужностей, так і фаціальна зональність досить виразно показують, що границя сучасного поширення відкладів не може вважатися границею області їх нагромадження і є винятково результатом впливу подальших тектонічних і ерозійних процесів. Для візейських відкладів характерна стійка літолого-палеогеографічна зональність, обумовлена успадкованістю тектонічного розвитку Дніпровсько-Донецької западини. Із південного сходу на північний захід і від осьової зони до бортів, у напрямку поширення трансгресій, відбувається поступова зміна морських фацій перехідними і континентальними.

Візейський етап геологічного розвитку ДДЗ розпочався новою трансгресією після регіональної передвізейської перерви в осадконакопиченні, наслідком якої став нерівномірний розмив турнейських та більш древніх відкладів і формування низовини із розчленованим рельєфом.

У ранньовізейський час Дніпровсько-Донецька западина являла собою прибережну акумулятивну алювіально-болотно-озерну рівнину, на яку наступало море. Вона облямовувалась з півночі, заходу і півдня височинами, часто вкритими кварц-каоліновими корами вивітрювання, а на сході відкривалась у бік Донецького морського басейну. Характер трансгресії був однонаправленим, пульсуючим, що відобразилось у поступовій зміні знизу догори за розрізом континентальних відкладів перехідними та морськими. Загальний напрямок трансгресії з південного сходу на північний захід також добре відмічається по зміні фаціальних комплексів. Загальна фаціальна зональність цілком співпадає з типовою для епіконтинентального моря теплої гумідної кліматичної зони. Зона глинистих відкладів відкритого моря протягувалась широкою смугою через центральні депресії западини. На значних площах прибортових зон, особливо на південному сході, формувались обширні шельфи із карбонатним осадконакопиченням, з якими тісно пов`язані рифогенні утворення. На фоні карбонатного осадконакопичення на окремих ділянках існували умови періодичної активізації зносу уламкового матеріалу (авандельтові ділянки) із відкладенням поруч із карбонатами алеврито-піщаних порід різної потужності. Шельфові утворення облямовуються смугою відкладів прибережної озерно-болотної рівнини, що періодично заливалась морем. Алевритово-глинисті породи з прошарками вапняків, пісковиків та вугілля формувались в умовах коливань рівня моря, що спричинило зміну фаціальних обстановок. На облямовуючій морський басейн низовині утворювались численні віялоподібні дельти. У прибережно-морських умовах існували ділянки чергування алевритово-піщаних виносів підводних гирл річок і алевритово-глинистих мулів у відносно затишних місцях. При тимчасових регресіях складались умови для заростання водойм і розвитку болотних ландшафтів. При таких періодичних заболочуваннях відкладались шари вуглистих аргілітів, вугілля, ґрунтових горизонтів, сидеритових прошарків.

Подальший розвиток території проходив під знаком різкого скорочення привносу теригенного матеріалу на фоні подальшого загального опускання. У ранньотульський час більша частина території ДДЗ покрилась морем. У мілководно-морському басейні, розташованому в зоні тропічного клімату, при різко ослабленому теригенному стіканні склались сприятливі умови для інтенсивного карбонатонакопичення. Розквіт організмів з вапнистими скелетами, обумовив широкий розвиток біогермоутворення. Найбільш інтенсивне утворення органогенних споруд відбувалося на піднятих ділянках дна та у зоні перегину шельфу. У цей час, в умовах тектонічно пасивного пенепленизованого континенту в областях зносу, на більшій території ДДЗ установилося глинисто-карбонатне осадконакопичення. До кінця ранньовізейського часу велика частина ДДЗ осушується і відбувається селективний розмив нижньовізейських порід. Своєрідність утвореної в цей час ерозійної поверхні сильно вплинула на характер осадконакопичення в пізньотульский час. Осушена шельфова “карбонатна платформа”, на яку трансгресувало море, являла собою слабогорбисту прибережну рівнину, на якій переважав площинний змив. Відклади річкових систем фіксуються лише у базальних шарах на окремих ділянках. Берегова лінія, в основному, збігалася з лінією перегину палеошельфу, що стримувало розширення басейну. З продовженням підняття рівня моря відбувся “прорив” трансгресії і на території ДДЗ за відносно короткий час утворився великий морський басейн. Його значні розміри при відносній вирівненості рельєфу дна сприяли розвитку специфічних фаціальних обстановок, характерних для басейнів із застійним гідродинамічним режимом. На великій території плоскодонного басейну формувалися шари чорних бітумінозних кременисто-карбонатно-глинистих порід (доманікоїдна товща).

Надалі в пізньотульський час на території ДДЗ існував басейн із “відкритою” береговою смугою, що привело до переважного транзиту уламкового матеріалу з прибережних зон у центральні частини басейну. Підвищена тектонічна активність не сприяла широкому розвитку обстановок лагун, відмежованих від відкритого морського басейну системою акумулятивних піщаних форм. Крім того, в періоди коротких тектонічних активізацій відбувалися “скидання” теригенного матеріалу із шельфової обмілини у відносно глибокі частини басейну з їх подальшим розносом донними течіями. У результаті цих процесів у приосьовій частині западини сформувалися потужні алеврито-піщані шари за рахунок дії муттєвих потоків, стічних та донних течій. У центральних частинах депресійних зон в умовах застійного гідродинамічного режиму відкладались піщано-алевритово-глинисті породи дистальних частин турбідітних систем. В кінці пізньотульського часу почалась нова тектонічна активізація, яка призвела до регресії морського басейну. Існуючий на початку відкладення ХІІа МФГ глибокий прогин у приосьовій частині западини був знівельований перевідкладеними при регресії масами уламкового матеріалу.

На початку алексинського часу почалась нова трансгресія. До її початку виникла пологогорбиста рівнина, що відкривалася на південний схід (у бік морського басейну). Річкові системи були дрібними і вливалися в окремі озерно-болотні басейни, що збереглися від регресуючого моря. Механізм трансгресії моря в цей час істотно відрізнявся від пізньотульського. У передалексинський час пенепленизована суша складалася переважно слаболітифікованими теригенними породами, що інтенсивно перемивались наступаючим морем і служили своєрідним “пересувним” бар`єром для вод басейну. Тому трансгресія йшла на сушу поступово.

У пізньовізейський час басейн ДДЗ являв собою мілководне море теплої гумідної зони з низьким заболоченим узбережжям, покритим рослинністю мангрового типу і з широким поясом тиховодних крайових, у різному ступені опріснених лагун і заток. Палеоводойма протягом пізнього візе безупинно розширювалась на північний захід та убік бортів. Це відбувалося на тлі складних і диференційованих тектонічних рухів та активної гідродинаміки басейну, що безупинно змінювали рельєф дна. Ріст локальних структур призводив до утворення обмілин, барів і піщаних островів, які частково відгороджували крайові частини басейну від його пелагічної області. У періоди дрібних регресій з посиленням ерозійної діяльності у лагуни та затоки надходив у значній кількості алевритово-піщаний матеріал. У трансгресивні фази, за умов пологої шельфової зони з досить порізаною береговою лінією, в затоках та лагунах накопичувався тонковідмучений глинистий матеріал. Загалом пізньовізейський час – час чергування епох, коли в умовах посилення гідродинамічної активності на величезних площах відкладалися піщано-алевритові осадки з епохами відносного затишку, коли теж майже повсюдно йшло повільне нагромадження тонких глин і карбонатів.

Таким чином, результати виконаних досліджень дозволили встановити, що на протязі візейського віку відбувалось чергування фаціальних умов осадконакопичення, при загальному переважанні басейнової седиментації. Разом з тектонічними процесами визначальну роль в утворенні літологічних типів та в розвитку фаціальних обстановок візейського осадового басейну ДДЗ відігравали літологічні та палеогеоморфологічні особливості ерозійних поверхонь.

ПЕРСПЕКТИВИ НАФТОГАЗОНОСНОСТІ

Виконані комплексні літолого-фаціальні і палеогеографічні дослідження візейських відкладів дозволили оцінити перспективи нафтогазоносності та окреслити подальші напрямки проведення геологорозвідувальних робіт на нафту і газ у центральній частині ДДЗ. Візейський породний комплекс є і нафтогазовміщуючим і нафтогазогенеруючим. Враховуючи існування перерв у осадконакопиченні всередині комплексу та літолого-фаціальну мінливість відкладів, зроблено висновок про його високу перспективність для пошуків скупчень ВВ у пастках літологічного та літолого-стратиграфічного типу. Це підтверджено відкриттям низки родовищ (Волошківське, Білоусівське, Рудівсько-Червонозаводське та ін.) із покладами в пастках неантиклінального типу.

Виходячи з аналізу встановлених фаціальної та палеогеографічної зональності ДДЗ, розподілу колекторських та екрануючих товщ, характеру прояву перерв у осадконакопиченні у візейському ярусі нами визначені основні типи прогнозних пасток та ділянки їх можливої локалізації: літолого-стратиграфічні і літологічні пастки в зонах переходу моноклінальних схилів у великі депресії (ХІІа-ХІІ МФГ, Срібнянський, Лохвицький, Жданівський прогини, Комишнянсько-Кошевійська, Більсько-Зіньківська ділянки); літологічні пастки на монокліналях прибортових зон і схилах антиклінальних структур (ХІV, ХІІ МФГ, обрамлення Синівської мульди, Гирлівська, Чорнухинська, Західно-Солохівська, Півн.-Хухринська та ін. ділянки); літолого-стратиграфічні пастки малих депресій у прибортових зонах (ХІІа-ХІІ МФГ, борти Ольшанського, Чапаївського, Сухоносівського, Червономаяцького, Миргородського, Бобрицького та ін. прогинів); пастки в карбонатних відкладах (ХІІІ-ХІV МФГ), пов`язані із органогенними спорудами та палеокарстом покрівлі шельфових карбонатів; літологічні пастки бортів осьових депресій та схилів крупних структур (ХІІа МФГ) пов`язані із алевритово-піщаними шарами серед утворень автокінетичних потоків; літологічні та літолого-стратиграфічні пастки в пісковиках алювіального генезису прибортових зон та бортів ДДЗ (ХІV МФГ). Враховуючи широкий розвиток вторинних тріщинно-порових колекторів у глибоких горизонтах западини, навіть глибини 5 км і більше є досить перспективними.

ВИСНОВКИ

Робота присвячена вивченню літолого-фаціальних характеристик, особливостей діагенетичних перетворень, закономірностей осадконакопичення та палеогеографії часу формування візейських осадових порід центральної частини Дніпровсько-Донецької западини. Виконані дослідження дозволили зробити наступні висновки:

1. На основі літогенетичного вивчення керну визначені та описані основні фаціальні типи візейських відкладів, представлені континентальною, перехідною та морською групами. Встановлено, що їх розповсюдження по площі та в розрізі суттєво змінювались протягом візейського віку.

2. Комплексне вивчення карбонатних конкрецій дозволило встановити, що діагенез глинистих відкладів проходив в умовах сидеритової і піритової геохімічних фацій. При цьому піритова фація найбільш характерна для ХІІа МФГ, який являє собою унікальний рівень осадконакопичення у ДДЗ. На ізотопний склад вуглецю сидеритових конкрецій впливали два основних взаємопов`язаних чинники: фаціальна обстановка осадконакопичення і особливості діагенетичних перетворень осадків.

3. Фаціальні умови осадконакопичення безпосередньо впливали