PROSPECTS FOR GAMMA-SPECTROMETRIC METHOD FOR THE CONDUCT OF SEDIMENTOLOGICAL ANALYSIS AND RECONSTRUCTION OF THE DEPOSITIONAL ENVIRONMENT (ON THE EXAMPLE OF DEPOSITS OF WESTERN-SIBERIAN REGION)

 Турышев В.В.

Кандидат геолого-минералогических наук, доцент, Тюменский государственный нефтегазовый университет

ПЕРСПЕКТИВЫ ГАММА-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛИТОЛОГО-ФАЦИАЛЬНОГО АНАЛИЗА И РЕКОНСТРУКЦИИ УСЛОВИЙ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ ОТЛОЖЕНИЙ ЗАПАДНО-СИБИРСКОГО РЕГИОНА)

Аннотация

На примере пластов группы Б Западно-Сибирской плиты подтверждена возможность проведения палеогеографических реконструкций в древнем бассейне седиментации по результатам спектрометрии естественного гамма-излучения. Калий и торий являются индикаторами местоположения источников сноса обломочного материала и направлений выноса; калий, кроме того, отражает минералогию глинистого материала. Содержание урана в большей степени связано с фациальной обстановкой накопления осадков и с литологическим составом осадочных пород.

Ключевые слова: уран, торий, фациальная зона, глубоководная часть бассейна, органическое вещество.

Turyshev V.V.

PhD in Geology and Mineralogy, Associate professor, Tyumen State Oil and Gas University

PROSPECTS FOR GAMMA-SPECTROMETRIC METHOD FOR THE CONDUCT OF SEDIMENTOLOGICAL ANALYSIS AND RECONSTRUCTION OF THE DEPOSITIONAL ENVIRONMENT (ON THE EXAMPLE OF DEPOSITS OF WESTERN-SIBERIAN REGION)

Abstract

On the example of reservoirs of group B of the West Siberian plate confirmed the possibility of paleogeographical reconstructions in ancient sedimentation basin according to the results of spectrometry of natural gamma radiation. Potassium and thorium are indicators of the location of source areas of clastic material and removal; potassium, in addition, reflects the Mineralogy of the clay material. The content of uranium is largely due to facies environment of accumulation of sediments and the lithological composition of the sedimentary rocks.

Keywords: uranium, thorium, facies zone, the deep part of the basin, organic matter.

Широкое внедрение в комплекс методов ГИС спектрометрической модификации гамма-каротажа (ГК-С) предопределяет дальнейшее совершенствование петрофизического обоснования использования данных о содержании урана, калия и тория в осадочных, магматогенных и метаморфических горных породах. Предыдущими  многочисленными исследованиями [1,2,3,6 и др.] уже обозначен круг геологических задач, которые могут быть успешно разрешены при наличии представительной радиогеохимической информации о содержаниях в породах естественных радиоактивных элементов (ЕРЭ). Настоящая статья освещает одну из сторон применения метода, касающуюся проведения литолого-фациального анализа и реконструкции условий осадконакопления в древних бассейнах седиментации, на примере нижнемеловых отложений Западно-Сибирской плиты.

Палеогеографические реконструкции условий осадкообразования в седиментационных бассейнах важны, в частности, для установления площадных границ нефтегазовых комплексов и оценки перспектив нефтегазоносности региона. Палеогеографические схемы обычно составляются на основании анализа изменения минерального состава горных пород.

Литературные данные [1,3] свидетельствуют о возможности использования закономерностей распределения ЕРЭ в древних бассейнах седиментации для проведения фациального анализа и восстановления условий осадконакопления. Как отмечалось ранее, особенности содержания естественных радиоактивных элементов в осадочных отложениях определяются следующими основными факторами.

Распределение калия отражает изменение состава глинистых минералов и степени отсортированности терригенного материала по площади бассейна седиментации. Данные по содержанию калия позволяют определить положение и влияние той или иной области сноса, величину этого влияния и направление выноса обломочного материала, выделить зоны различных ассоциаций глинистых материалов.

Содержание урана определяется главным образом объемом накопления и типом органического вещества в осадках различных фациальных зон. Это позволяет по характеру распределения радиоэлемента выделять фациальные зоны (прибрежные, переходные, относительно глубоководные), характеризующиеся различным содержанием ОВ. В случае кларковых концентраций органического углерода уран, в большей степени связанный с глинистым веществом, может служить индикатором литологической принадлежности пород.

Поступление в бассейн седиментации тория происходит в двух формах – минеральной, с накоплением в породах прибрежных зон, и сорбированной, приводящей к накоплению его в глинистом материале. Данные по распределению тория помогают определить положение областей сноса, наметить пути поступления терригенного материала, выделить мелководные прибрежные зоны.

С целью изучения условий осадконакопления были построены и проанализированы схемы изменения содержаний радиоактивных элементов в породах пластов группы Б (валанжин) на территории Широтного Приобья, представленных отложениями Александровского, Нижневартовского, Сургутского и Салымского типов геологического разреза. Для построения схем использованы данные гамма-спектрометрических анализов 490 образцов керна по 18 месторождениям углеводородов, выполненных в ядерно-физической лаборатории ФГУП ЗапСибНИИГГ (таблица 1).

Приведены названия 12-ти площадей, используемые в тексте

Таблица 1 - Соответствие номеров на схемах наименованиям разведочных площадей

Методика построения схем включала расчет для каждого месторождения (площади) средневзвешенных по скважинам значений калия, урана, тория и построение изолиний равного содержания ЕРЭ в зонах развития отложений указанного горизонта.

Проведенный анализ схем обнаруживает следующие закономерности.

Максимум содержания калия (2,59%) приходится на юго-восточную часть территории (Пылинская площадь). Последовательное уменьшение наблюдается в западном направлении с достижением минимума на Салымской площади (1,44%). На север происходит рост содержания калия (2,33% на Северо-Алехинской площади), затем концентрация уменьшается до 1,59% на Тром-Еганском месторождении. Центральная часть района (Верхне-Коликъеганская, Вать-Еганская, Конитлорская площадь) характеризуются повышенным содержанием калия (2,02 - 2,36%), рис.1.

Рис.1. Схема изменения содержаний калия (%) в породах пластов группы Б. Широтное Приобье. Масштаб 1:1000000

Условные обозначения:

1 – линии равных содержаний калия, %; 2 – изопахиты отложений неокома, тыс.м; 3 – граница терригенно-минералогических провинций; 4 – структуры I-II порядков; 5 – направление сноса обломочного материала; 6 – разведочные площади (в числителе – номер на схеме, в знаменателе – средневзвешенное содержание калия, %); зоны содержаний калия: 7 – высоких; 8 – повышенных; 9 – пониженных. Структуры I-II порядков: 1 – Сургутский свод; 2 – Нижневартовский свод; 3 – Салымское поднятие; 4 – Пурпейский вал. Терригенно-минералогические провинции: I – гранат-ильменит-кварцевая (отложения обогащены гидрослюдисто-монтмориллонитовыми образованиями и каолинитом); II – сфен-апатит-эпидот-кварцевая (отложения обогащены серпентинами и хлоритом).

Известно, что полимиктовые породы, образующиеся в прибрежно-мелководных условиях, характеризуются слабой отсортированностью фракций и соответственно высоким содержанием калия. По мере удаления от области сноса повышается сортированность материала, уменьшается содержание в нем полевых шпатов и слюд, что приводит к снижению концентрации калия при переходе к более глубоководным зонам. Выявленные закономерности в распределении калия позволяют предположить существование на юго-востоке источника сноса, поставлявшего материал в северо-западном и западном направлениях. Минимальные содержания калия в юго-западной (Салымская площадь) и северо-западной (Тром-Еганская площадь) частях, по-видимому, отражают преимущественно каолинитовый состав глинистых отложений.

Максимально высокие концентрации урана (рис.2) приурочены к центральной части территории, имеющей субширотное распространение (Конитлорская площадь – 3,05 г/т, Вать-Еганская – 2,98 г/т). В северном, северо-западном и юго-западном направлениях наблюдается уменьшение содержания урана (0,92 г/т на Салымской, 1,33 г/т на Юкъяунской, 0,88 г/т на Спорышевской площади).

Рис.2. Схема изменения содержаний урана (n·10^-4 %) в породах пластов группы Б. Широтное Приобье. Масштаб 1:1000000

Условные обозначения:

1 – линии равных содержаний урана, n·10^-4 % ; 2 – разведочные площади (в числителе – номер на схеме, в знаменателе – средневзвешенное содержание урана, n·10^-4 %); зоны содержаний урана: 3 – высоких; 4 – пониженных. Остальные условные обозначения см. на рис.1.

Возможны два основных типа распределения урана на площади древних бассейнов седиментации [3]. В случае кларкового содержания ОВ максимальное накопление элемента происходит в условиях наиболее мелководных и мелководно-прибрежных фаций. В глубь бассейна содержание урана убывает и осадки переходных фаций отличаются его минимальным содержанием; отложения относительно глубоководных фаций вновь обнаруживают повышенное количество урана. Второй тип накопления характерен для регионов с резко восстановительной обстановкой и аномально высоким содержанием ОВ, приуроченным к центральным частям бассейна. Максимальные концентрации U наблюдаются в относительно глубоководных фациях, в сторону береговой линии содержание его уменьшается и затем вновь увеличивается в осадках, формировавшихся в мелководных прибрежных условиях.

Для режима осадконакопления Западно-Сибирской плиты в берриас-валанжинском веке резко восстановительные условия, связанные с избытком органического вещества, не характерны. Формирование меловых пород проходило в относительно глубоководных условиях с невысоким содержанием ОВ сапропелевого типа, а основным сорбентом урана при выпадении его в осадок из природных вод являлись тонкодисперсные глинистые частицы [4]. Поэтому можно предположить, что повышенное содержание элемента в центральной части связано с глинистыми породами, сформированными в условиях глубоководных фаций.

Содержание тория  (рис.3)  закономерно  уменьшается с  юго-востока  (11,54 г/т,  Пылинская площадь) на северо-запад (5,34 г/т, Тром-Еганская площадь).  Юго-западная часть характеризуется минимальным значением концентрации радиоизотопа (3,69 г/т – Западно-Перевальная площадь, 4,67 г/т – Салымская площадь). Центральная (10,15 г/т – Вать-Еганская, 8,78 г/т –  Конитлорская площадь) и западная часть (9,73 г/т – Северо-Алехинская площадь) имеют высокие содержания тория.

Рис.3. Схема изменения содержаний тория (n·10^-4 %) в породах пластов группы Б. Широтное Приобье. Масштаб 1:1000000

Условные обозначения:

1 – линии равных содержаний тория, n·10^-4 % ; 2 – разведочные площади (в числителе – номер на схеме, в знаменателе – средневзвешенное содержание тория, n·10^-4 %); зоны содержаний тория: 3 – высоких; 4 – повышенных; 5 – пониженных. Остальные условные обозначения см. на рис.1.

Данные по содержанию тория используются преимущественно для определения местоположения областей сноса. В случае наличия одной питающей провинции и определенных физико-химических условий разрушения минералов (аридный климат, высокая тектоническая активность) повышенными значениями содержания элемента выделяются зоны, обогащенные неразложившимися акцессорными и фемическими минералами.  Эти районы,  наиболее приближенные к источнику сноса, соответствуют   осадкам прибрежно-мелководных фаций. Распределение тория по литологическому спектру пород в этом случае равномерное. Если породы испытывали влияние нескольких питающих провинций с различными условиями выветривания, равномерность в накоплении тория нарушается. В глубь бассейна увеличивается доля тория в глинистой составляющей и соответственно снижается его доля в грубой обломочной фракции.

Анализ схемы распределения тория подтверждает предположение о  существовании  на юго-востоке и востоке источников сноса обломочного материала и направлении выноса его на северо-запад (см.анализ данных по калию). Повышенные значения тория в центральной части, по-видимому, связаны с преобладающим влиянием сорбционной формы накопления радиоэлемента в глинистом материале. На формировании повышенной ториевой активности пород западной части района (Северо-Алехинская площадь) могло сказываться влияние дополнительного источника сноса терригенного материала.

Представляет интерес анализ схемы  изменения  по латерали суммарного содержания урана и тория (рис.4). Поскольку, как было установлено ранее, весовая глинистость пород неокома наиболее тесно  связана именно с этим параметром,  изменение по простиранию пластов величины Q_u+th можно рассматривать в качестве аналога изменения глинистости. На схеме высокой степенью заглинизированности отмечаются центральная  (Вать-Еганская площадь, 2,40 пг-экв Ra/г) и северо-западная  (Конитлорская, Северо-Алехинская, Лосевая площадь со значениями 2,24, 2,04, 1,91 пг-экв Ra/г соответственно) части  района.  Повышенное значение Q_u+th на Пылинской площади (юго-восточная часть), по-видимому, объясняется высоким содержанием тория в грубообломочной части пород и не связано с присутствием пелитового материала. Остальную территорию можно рассматривать как зону распространения пород с пониженной глинизацией с минимумами на Западно-Перевальной и Салымской площадях.

Рис.4. Схема изменения радиоактивности пород, обусловленной ураном и торием. Пласты группы Б, Широтное Приобье. Масштаб 1:1000000

Условные обозначения:

1 – линии равных значений радиоактивности урана и тория, пг-эквRa/г;

2 – разведочные площади (в числителе – номер на схеме, в знаменателе – средневзвешенное значение радиоактивности урана и тория, пг-эквRa/г); зоны радиоактивности урана и тория: 3 – высокой; 4 – повышенной; 5 – пониженной. Остальные условные обозначения см. на рис.1.

Полученные результаты в общем виде подтверждаются литературными сведениями о существовании внешних источников сноса в районах горного обрамления  Западно-Сибирского  бассейна седиментации.

Как известно [5], основные питающие провинции юрских и неокомских отложений Среднего Приобья располагались на западе, юго-западе (восточный склон Урала и Северный Казахстан), юго-востоке (Восточный Саян, Кузнецкий Алатау), севере и северо-востоке (Полярный Урал, Карско-Баренцева платформа, Таймыр).

На территории Западно-Сибирской равнины выделены три терригенно-минералогические провинции, различающиеся составом обломочной части и глинистого цемента отложений: западная гранат-ильменит-кварцевая с преобладанием гидрослюдисто-монтмориллонитовых образований и каолинита, восточная сфен-апатит-эпидот-кварцевая с развитием серпентинов и хлорита, северная гранат-сфен-эпидот-полевошпатовая с преимущественно монтмориллонитовым цементом [4]. Рассмотрение особенностей минералогии пород провинций дает возможность определить местоположение источников сноса осадочного материала и перспективных на нефть и газ территорий.

Изучаемая территория охватывает район распространения двух терригенно-минералогических провинций – восточной (Нижневартовский свод, Александровский мегавал) и западной (Сургутский свод и Салымское поднятие). Для первой из них характерно питание от древних метаморфических пород Восточного Саяна, Кузнецкого Алатау, палеозойских сланцев и эффузивов Колывань-Томской дуги, сланцев Енисейского кряжа и Сибирской платформы. Это направление отмечается повышенными концентрациями калия и тория в юго-восточной части территории. Западная провинция обеспечивалась материалом пород Восточного склона Урала и Северного Казахстана. На схеме изменений содержания калия и тория указанные источники отражены в повышенных значениях изолиний в районе Северо-Алехинской площади.

Выводы:

1. Комплекс пород пластов группы Б в основном сформирован в условиях относительно глубоководных фаций. Особенности распределения содержания калия и тория указывают на направление сноса обломочного  материала  с  юго-востока на северо-запад. Повышенное  содержание K и Th на Северо-Алехинской площади  отражает существование  на западе дополнительной питающей провинции.
2. Зона наиболее чистых песчаных коллекторов согласно распределению значений Q_u+th предположительно расположена на юго-западе (Салымская и Западно-Перевальная площадь). Наибольшей степенью заглинизированности характеризуется центральная (Вать-Еганская площадь) и северо-западная (Конитлорская, Северо-Алехинская,  Лосевая площадь) часть  территории.
3. Результаты литолого-фациального анализа по гамма-спектрометрическому методу в общих чертах совпадают с данными метода определения минералогического состава горных пород.

Литература

1. Алексеев Ф.А., Готтих Р.П., Лебедев В.С. Использование ядерных методов в нефтегазовой геологии. – М.: Недра, 1973. – 280 c.
2. Булмасов В.А. Исследование распределения радиоактивных элементов в породах с целью изучения разрезов альпийской складчатости (на примере Карпатской нефтегазоносной провинции): Автореф. дис. канд. г.-м.наук. – М., 1981. – 25 с.
3. Готтих Р.П. Радиоактивные элементы в нефтегазовой геологии. – М.: Недра, 1980. – 251 с.
4. Гавшин В.М. Распределение урана, тория и калия в морских терригенных отложениях мезозоя Западно-Сибирской плиты// Геохимия рудных элементов в процессах выветривания, осадконакопления и катагенеза: Сб.науч.тр. – Новосибирск, 1979. – С.128-160.
5. Ушатинский И.Н., Зарипов О.Г. Минералогические и геохимические показатели нефтегазоносности мезозойских отложений Западно-Сибирской плиты: Тр. ЗапСибНИГНИ. – Свердловск, 1978. – Вып.96. – 207 с.
6. Фертл В.Х. Спектрометрия естественного гамма-излучения в скважине// Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. – М., 1983.–№№ 3-6,8,10,11.

References

1. Alekseev F.A., Gottih R.P., Lebedev V.S. Ispol'zovanie jadernyh metodov v neftegazovoj geologii. – M.: Nedra, 1973. – 280 s.
2. Bulmasov V.A. Issledovanie raspredelenija radioaktivnyh jelementov v porodah s cel'ju izuchenija razrezov al'pijskoj skladchatosti (na primere Karpatskoj neftegazonosnoj provincii): Avtoref. dis. kand. g.-m.nauk. – M., 1981. – 25 s.
3. Gottih R.P. Radioaktivnye jelementy v neftegazovoj geologii. – M.: Nedra, 1980. – 251 s.
4. Gavshin V.M. Raspredelenie urana, torija i kalija v morskih terrigennyh otlozhenijah mezozoja Zapadno-Sibirskoj plity// Geohimija rudnyh jelementov v processah vyvetrivanija, osadkonakoplenija i katageneza: Sb.nauch.tr. – Novosibirsk, 1979. – S.128-160.
5. Ushatinskij I.N., Zaripov O.G. Mineralogicheskie i geohimicheskie pokazateli neftegazonosnosti mezozojskih otlozhenij Zapadno-Sibirskoj plity: Tr. ZapSibNIGNI. – Sverdlovsk, 1978. – Vyp.96. – 207 s.
6. Fertl V.H. Spektrometrija estestvennogo gamma-izluchenija v skvazhine// Neft', gaz i neftehimija za rubezhom. – M., 1983.–№№ 3-6,8,10,11.