Накопление и залегание

Вопреки распространенному мнению, нефть и газ не залегают в виде больших рек и озер под земной поверхностью (хотя мы и говорим о нефтяных пластах). На самом деле углеводороды — сырая нефть и природный газ, образованные из углерода и водорода, входящих в состав остатков древних растительных и животных форм, — находятся в виде флюидов в пространстве пор осадочных пород.

Вернемся к донным отложениям, которые мы обсуждали выше. Слой ила, содержащий первоначально разлагающиеся остатки растений и животных, называется материнский пласт. Материнский пласт включает темные морские сланцы и морской известняк. В результате постоянного сжатия материнского пласта, содержащего отложения, которые при этом трансформировались, повышались давление и температура, достаточно высокие для того, чтобы нефть и газ выходили наружу из материнской породы и накапливались в прилежащих пористых и проницаемых породах (рис. 3.2), таких как песчаники, карбонатные породы (известняки) и доломиты. Эти породы являются хранилищами мигрирующих углеводородов и называются породы-коллекторы.

Рис. 3.2. Масса вышележащих слоев горной породы сдавливает подстилающий слой на дне моря, выталкивая углеводороды из материнского пласта вверх, в породу-коллектор

Рис. 3.3. Нефть собирается в пустотах или порах в горной породе и проходит через крошечные трещины и каналы. Это называется пористостью

Но как же может нефть или газ проходить через скальную породу? Разве порода не твердая? В действительности нет. В горной породе находится множество крошечных пустот, которые называются порами (рис. 3.3). Эти поры являются пространством между отдельными зернами, которые и составляют породу-коллектор. В одних горных породах имеются большие поры, в других — маленькие. Отношение объема пор к общему объему породы называется пористостью, которая обычно выражается в процентах. Например, пористость хорошего песчаника может достигать 30%, а плотный известняк может иметь пористость всего 5%. Таким образом, чем больше объем пор, тем выше способность горной породы удерживать значительные объемы нефти.

Помимо наличия достаточного пустого пространства в порах необходимо, чтобы углеводороды могли перемещаться из одной поры в другую и в результате оказаться ближе к поверхности. Легкость, с которой жидкость или газ проходит через соединенные друг с другом пустоты в горной породе, характеризуется проницаемостью. Чем выше проницаемость горной породы, тем легче углеводороды перемещаются внутри нее из одной поры в другую.

Понятие пористости можно проиллюстрировать следующим примером. Возьмите две банки одинакового объема. Одну наполните сухим песком, а другую — водой. Теперь медленно переливайте воду в банку с песком. Если вам удастся полностью переместить содержимое банки с водой в песок без переливания через край, то пористость составляет 50%, если только половину банки — 25% и т.д.

Таким образом, крошечные промежутки между частицами в осадочной породе образуют пустоты, в которых могут накапливаться нефть и газ. А крошечные трещины в горных породах позволяют нефти и газу выходить из материнских пород и проходить через породы-коллекторы.

Перемещение нефти и газа происходит, по-видимому, в две стадии. Во-первых, углеводороды легче воды. Если поместить каплю моторного масла в чашку с водой, масло будет всплывать на поверхность. Аналогично нефть и газ, которые образовались в материнских породах в нижних придонных слоях моря, переместились вверх к более пористым породам. Они продолжают подниматься сквозь пористые породы, пока не достигают слоя непроницаемой горной породы и таким образом оказываются в ловушке.

Откуда берутся эти слои и ловушки? Вспомните, что осадочные горные породы в основном залегают в виде горизонтальных слоев или неглубоких наклонных участков, которые называются напластованиями (или пластами) (см. рис. 3.1). По мере осаждения новых слоев нижние слои сжимались и уплотнялись, превращаясь в горную породу. Однако большая часть горных пород недостаточно прочна, чтобы выдерживать перемещения и давление земной коры, поэтому они деформируются.

Рис. 3.4. Некоторые типичные виды складок

Одним из видов деформаций являются складки, они, как правило, образуют горные сооружения, такие как Скалистые горы (рис. 3.4). Складки различаются по размерам — от небольших морщин до огромных арок или впадин, занимающих сотни километров. Складки, направленные вверх, или арки, называются антиклиналями, а складки, направленные вниз, впадины, — синклиналями. Складки могут быть симметричными, с одинаковыми крыльями с обеих сторон, а могут быть асимметричными, когда одно крыло круче, чем другое. Очень короткая антиклиналь, свод которой снижается от верхней точки во всех направлениях, называется куполом. Купола очень важны для поиска нефти, так как именно с этими структурами была связана первая теория, позволяющая научно обосновать поиск и разведку нефти и газа.

Другим видом деформации горной породы является сброс. Практически все породы имеют разломы и образуют трещины, так называемые линии кливажа. Если слои породы по одну сторону от линии кливажа смещаются в направлении, противоположном их смещению по другую сторону, образуется сброс. Величина сбросов горных пород может изменяться от нескольких сантиметров до километра или даже многих километров, как, например, Сан-Андреас в Калифорнии. Сбросы подразделяют на нормальные, обратные, открытые и поперечные, в зависимости от вида смещения (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Другой вид деформаций — сброс

В нормальных и обратных сбросах смещение происходит вверх и вниз, а в случае открытых и поперечных сбросов пласты смещаются в основном в горизонтальном направлении. Сбросы могут быть смещены одновременно и вертикально, и горизонтально.

Другим результатом движения земной коры является уничтожение или частичное предотвращение отложения ряда осадочных пород, которые присутствуют в других местах. Такую глубинную эрозионную поверхность называют несогласное напластование (рис. 3.6). Оно также имеет важное значение, так как может выступать в качестве ловушки.

Рис. 3.6. Несогласное напластование

Движение земной коры — очень важный фактор в геологии нефти, поскольку оно позволяет сформировать структуру (ловушку), которая улавливает нефть и газ. Не забывайте, что нефть или газ продолжает постоянно перемещаться вверх, двигаясь при этом иногда вертикально, иногда горизонтально, пока наконец не оказывается в ловушке, образованной какой-либо деформацией в пласте или слое.

Ловушки делятся на три основных типа — структурные, стратиграфические и комбинированные.

В структурных ловушках в породе-коллекторе нефть и/или газ задерживаются вследствие структурных особенностей (складка или сброс). Данные структурные особенности создаются в результате движения земной коры.

Стратиграфические ловушки удерживают нефть и/или газ вследствие изменения литологии горной породы, т.е. типа породы или ее пористости.

Наконец, комбинированные ловушки включают в себя особенности как структурных, так и стратиграфических ловушек (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Комбинированная ловушка. Углеводороды накапливаются по стуктурному механизму в результате наличия сброса и по стратиграфическому за счет непроницаемого слоя сланцевой породы

Таким образом, для накопления залежей нефти и газа необходимы три фактора. Во-первых, нужен источник нефти и газа. Во-вторых, должна быть порода-коллекгор — пористый пласт, достаточно проницаемый, чтобы жидкость могла проходить через него. В-третьих, нужна ловушка или барьер, чтобы жидкость остановилась и стала накапливаться.