Генетические модели осадочных и вулканогенных пород и технология их фациальной интерпретации по геолого- геофизическим данным

Шилов Геннадий Яковлевич 

Джафаров Искандер Садыхович 

Генетические модели осадочных и 
вулканогенных пород и технология 
их фациальной интерпретации по 
геолого-геофизическим данным 

Москва - 2001 

ББК 26.304 
Ш 59 

Г.Я. Шилов, И. С. Джафаров. Генетические модели осадочных и вулШ 5 9 
каногенных пород и технология их фациальной интерпретации по геологогеофизическим данным. —Москва: Информационный центр ВНИИгеосистем, 2001. —394с., ил. 

ISBN 5-8481-0008-Х 

В книге показаны научные принципы и рациональные методики фациальной и седиментационной интерпретации данных ГИС для различных типов разрезов. Приведены классификации терригенных, карбонатных и эффузивных 
фаций применительно к целям фациального анализа, а также классификация 
математических моделей, используемых в интерпретационном процессе. На 
основании системного анализа предложена система изучения и прогнозирования фаций в разрезах скважин геолого-геофизическими методами, а также 
обобщена схема последовательности интерпретационных работ при фациальной и седиментационной интерпретации данных ГИС. В качестве одной из основных частей каротажного фациального анализа показаны методики оценки 
литологического состава, коллекгорских свойств (пористости, глинистости) и 
нефтегазо насыщенности песчано-алевриго-шинистых отложений, карбонатных 
пород рифовых построек и известняково-мергельных ритмических толщ а также эффузивных образований. 

Предложены количественные генетические каротажные модели терригенных и карбонатных фаций, а также генетическая модель элементарного ритма 
эффузивных образований, служащие основанием для фациальной интерпретации данных ГИС. Для эффективного проведения седиментационной интерпретации каротажных материалов рассматривается комплексный метод корреляции разрезов скважин, сочетающий преимущества стандартного способа 
корреляции по геофизическим реперам, способа корреляции и метода сопоставления разрезов по характерным точкам и интервалам кривой изменения 
градиентов поровых давлений с глубиной. Усовершенствованы методики оценки поровых давлений по данным ГИС для оценки изолирующих свойств динамических (глинистых) покрышек и способы изучения плотностных покрышек. 

Авторы приносят благодарности многим азербайджанским и российским 
геофизикам и геологам без помощи и участия которых данный труд был бы 
невозможен. 

© Г.Я. Шилов, И.С; Джафаров, 2001 
ISBN 5-8481-0008-Х 
© Информационный центр 

ВНИИгеосистем, 2001 (издание, 
оформление) 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение 
6 

Глава 1. Геологические модели формирования горных пород 
9 

1.1. Модели и их применение для целей фациального анализа 
10 

1.2. Некоторые геологические модели осадочных терригенных фаций 
13 

1.2.1. Песчаные отложения с уменьшением зернистости снизу вверх ... 14 
1.2.2. Песчаные отложения с увеличением зернистости снизу вверх 
25 

1.2.3. Терригенные отложения с равномерным распределением 
размера зерен по вертикали 
31 

1.3. Геологические модели формирования карбонатных пород 
37 

1.3.1. Карбонатные фации береговой зоны 

(прибрежно-морские отложения) 
41 

1.3.2. Отложения карбонатного шельфа 
42 

1.3.3. Карбонатные отложения континентального склона 
51 

1.4. Некоторые геологические модели формирования эффузивных пород 
54 

Глава 2. Генетические каротажные модели фаций горных пород и 
некоторые общие методические вопросы их применения 
для целей фациального анализа.. 
63 

2.1. Классификация моделей используемых при 

интерпретации данных ГИС 
63 

2.2. Обзор существующих генетических каротажных моделей фаций 
67 

2.3. Некоторые общие методические вопросы применения 

генетических каротажных моделей фаций 
77 

2.4. Системный анализ Проблемы оценки генетического типа 

фаций по геолого-геофизическим данным 
83 

Глава 3. Разработка генетических моделей терригенных 

фаций и методики их оценки по данным ГИС 
89 

3.1. Методика оценки литологического состава, глинистости, 
пористости и нефтегазонасыщенности песчано-алеврито-глинистых 
коллекторов по данным ГИС 
91 

3.2. Качественные и количественные генетические каротажные 

модели терригенных фаций 
113 

3.3. Методика фациальной интерпретации данных ГИС 

терригенных разрезов 
121 

3.4. Некоторые примеры реконструкции условий осадконакопления 
терригенных отложений ПТ на площадях Азербайджана 
по данным ГИС 
125 

3 

Глава 4. Разработка генетических моделей карбонатных фаций 

и методики их оценки по данным ГИС 
156 

4.1. Методика оценки литологии, глинистости, пористости и 
нефтенасыщенности рифогенных коллекторов по данным ГИС 
157 

4.2. Методика оценки литологии, глинистости, пористости и 
нефтенасыщенности коллекторов известняков-мергельных 
толщ по данным ГИС 
176 

4.3. Генетические каротажные модели карбонатных фаций 
196 

4.4. Методика фациальной интерпретации данных ГИС 

карбонатных разрезов 
200 

4.5. Некоторые примеры реконструкции условий осадконакопления 
карбонатных отложений по геолого-геофизическим данным 
201 

4.5.1. Месторождение Тенгиз 
201 

4.5.2. Площадь Агджабеды 
234 

4.5.3. Площадь Тарсдалляр 
245 

Глава 5. Разработка генетических моделей эффузивных пород 

и методики их оценки по данным ГИС 
252 

5.1. Методика оценки литологии, пористости и нефтенасыщенности 
эффузивных пород по данным ГИС 
253 

5.1.1. Литолого-фациальная характеристика и коллекторские свойства 
эффузивных пород площадей Евлах-Агджабединского прогиба 
по данным исследований кернов 
253 

5.1.2. Геофизическая, петрофизическая и термобарическая 
характеристика эффузивных пород Евлах-Агджабединсокго 
прогиба 
256 

5.1.3. Определение литологии, пористости и характера 

насыщения эффузивных коллекторов по данным ГИС 
267 

5.1.4. Применение автоматизированных систем обработки 

данных ГИС на ЭВМ при изучении эффузивных разрезов 
286 

5.1.5. Рациональное комплексирование гидродинамических, 
геохимических и геофизических методов исследования 
скважин при изучении эффузивных разрезов 
290 

5.2. Генетические модели эффузивных пород по данным ГИС 
297 

5.3. Методика фациальной интерпретации данных ГИС 

эффузивных толщ 
301 

5.4. Оценка условий формирования эффузивного массива площади 
Мурадханлы по данным ГИС 
302 

4 

Глава 6. Методические основы локального прогноза 

неантиклинальных ловушек по материалам ГИС 
312 

6.1. Совершенствование методов межскважинной корреляции 
геологических разрезов 
314 

6.2. Изучение пород-покрышек геолого-геофизическими методами 
326 

6.2.1. Совершенствование методов оценки поровых давлений 

по данным ГИС 
327 

6.2.1.1. Обоснование начальных параметров линии 
нормального уплотнения глинистых пород 
329 

6.2.1.2. Повышение точности оценки геостатического 

давления 
334 

6.2.1.3. Методические приемы учета изменения минерализации 
поровых вод в разрезе при оценках АВПоД по данным 
электрического каротажа 
338 

6.2.1.4. Учет смены минералогии глинистых отложений 
339 

6.2.1.5. Технология оперативного уточнения горно-геологических 
условий бурения и результаты площадных исследований 
зон АВПдД 
343 

6.2.2. Совершенствование методов изучения изолирующих 

свойств плотностных покрышек 
357 

6.3. Получение фактических генетических моделей ловушек и 
установление их типа 
364 

Заключение 
366 

Литература 
368 

5 

ВВЕДЕНИЕ 

Новые принципы построения экономики актуализируют инновационную составляющую в стратегии развития основных отраслей промышленности, в том 
числе и нефтегазового комплекса. Здесь приобретает особое значение совершенствование технологий исследования запасов углеводородов (УВ). Научный поиск 
ведется по целому ряду направлений. К их числу относится повышение разрешающей способности различных способов скважинных и площадных геолого-геофизических исследований нефтегазоносности, новые подходы к интерпретации результатов геологического и геофизического методов анализа продуктивности малоизученных регионов и секций разреза, выделение малоамплитудных складок и залежей неантиклинального типа и т.д. Каждый из названных вопросов представляет самостоятельный научно-практический интерес, который становится еще более значимым при их совместном рассмотрении. Этой интересной проблеме отчасти посвящена настоящая монография. 

Затронутые вопросы рассмотрены, главным образом, на материале многолетних (1970-1993 гг.) каротажных и интерпретационных работ, проведенных авторами в Азербайджане. Здесь, как известно, разработка месторождений УВ ведется многие десятилетия, за счет чего резко уменьшен фонд структур в виде 
средних и крупных антиклинальных поднятий, а основными объектами поисков становятся малоамплитудные и малоразмерные поднятия и ловушки неантиклинального типа, в частности, литологические, стратиграфические и комбинированные. 
Разработанные и усовершенствованные методы интерпретации данных ГИС повысили геологическую эффективность геофизических исследований сложных разрезов скважин, представленных терригенными, карбонатными и эффузивными породами, и были внедрены в трестах «Азнефтегеофизика», «Каспнефтегеофизика», 
«Каспморнефтегазгеофизразведка», ПО «Тенгиз-нефтегаз», НГДУ Лениннефть, 
КГТЭ и других организаций ПО «Азнефть». 

Проблемы уменьшения фонда антиклинальных структур, разработки методов прогнозирования залежей неантиклинального типа остро стоит не только 
перед азербайджанскими нефтяниками. Такая же ситуация складывается практически во всех старых нефтегазоносных провинциях, в том числе и российских. 
Поэтому результаты, полученные автором, выходят за пределы только регионального обобщения. 

Идея совместного построения (интерпретации) геофизических и геологических моделей при решении прогнозных нефтегазовых задач не нова. Такие 
подходы реализовывались не раз и, как правило, успешно. Однако в этих работах 
был упущен один, на наш взгляд, существенный момент: как правило, при интерпретации результатов геофизических исследований не учитывались генетические особенности горных пород, природа формирования ловушек различного типа 
(в том числе и антиклинальных). Именно на этих вопросах мы сделали основные 
акценты в предлагаемой вашему вниманию работе. Исходили мы из следующих 
соображений. 

6 
Введение 

Известно, что литологический состав, строение и условия образования горных пород находятся во взаимодействии и единстве и выражаются рядом качественных и количественных признаков. Физические свойства горных пород количественно выражают эти признаки и могут быть измерены непосредственно на 
образцах петрофизическими лабораторными методами, или косвенно в точке замера, или дистанционно методами ГИС. Следовательно, параметры физических 
полей содержат в себе богатую геологическую информацию, в том числе и по 
условиям осадконакопления горных пород. 

Соответствующие пористость и проницаемость пород-коллекторов, требуемая дли аккумуляции экономически извлекаемых углеводородов в песчаных телах, рифовых постройках, известняково-мергельных ритмических толщах, коре выветривания эффузивных массивов и других, тесно связана с определенными генетическими типами фаций и историей развития эпигенетических 
процессов. Большое значение в познании этих взаимосвязей имеет привлечение для анализа фаций промыслово-геофизических данных. Несомненно, влияние пластовых (поровых) давлений на степень прохождения постседиментационных процессов, для чего необходимо детальное изучение распространения 
геофлюидных давлений в разрезах скважин. И здесь методы ГИС играют большую роль в их оценке. 

Очевидно, что комплексное изучение методами ГИС взаимосвязей между 
генетическими типами фаций, развитием постседиментационных процессов, распространением коллекторов и давлений тесно связано с решением вопроса о степени заполнения ловушек нефтью и газом, то есть выделения в разрезе продуктивных пластов. В связи с этим рассматриваемые далее методы решения вышеобозначенных задач открывают новое направление в геофизической науке и практике в 
области обработки и геологической интерпретации геофизической информации, а 
именно - фациальную и седиментационную интерпретацию данных ГИС. Таким 
образом, разработка теоретических и научно-методических основ фациальной и 
седиментационной интерпретации ГИС (в том числе при поисках ловушек неантиклинального типа) признаются нами в качестве одного из магистральных направлений развития современной геофизики. 

В ее рамках нами решен целый ряд вопросов. В частности, читатель познакомится с результатами анализа и обобщения геологических моделей терригенных, карбонатных, эффузивных фаций и разработкой их классификаций применительно к целям фациальной интерпретации данных ГИС; с разработанной авторами классификацией математических моделей, применяемых при интерпретации 
данных ГИС; с новым подходом к анализу существующих каротажных моделей 
фаций и уточнением объекта исследования при их использовании. В книге содержится описание предложений автора по обоснованию общей последовательности 
процесса фациальной и седиментационной интерпретации материалов ГИС. В своих исследованиях авторы опирались на принципы системного анализа геологического материала, что особо полезно было при исследовании проблемы оценки генетического типа фаций по геолого-геофизическим данным. 

Глава 1 
7 

В книге приведена оригинальная методика (технология) количественной интерпретации данных ГИС при изучении песчано-алеврито-глинистых отложений, 
карбонатных пород рифовых построек и известняково-мергельных толщ, эффузивных образований для оценки их литологического состава коллекторских свойств и 
нефтегазоносности с последующим построением количественных генетических 
каротажных моделей фаций. Возможно, специалистов заинтересуют и более широкие авторские обобщения - разработка основных принципов и методик седиментационной интерпретации данных ГИС, в том числе при поисках ловушек неантиклинального типа. 

Подробно эти вопросы рассмотрены будут рассмотрены ниже в специальных главах работы. 

8 
Введение 

Глава I. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ 
ФОРМИРОВНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД 

Прогнозирование месторождений нефти и газа во многом основывается 
на фациальном и палеогеографическом анализе условий образования горных 
пород. Как известно, в основе фациального анализа лежит понятие «фация», 
впервые предложенное А.Гресли в 1938 году [1]. Ныне насчитывается более 
ста определений понятия «фация». Одно из них, к примеру, определяет фацию 
как «тело горной породы со специфическими особенностями» [2]. В современной справочной литературе подчеркивается, что определение фации должно 
отражать как вещественный состав порода (осадки с одинаковым комплексом 
признаков), так и процессы - физико-географические условия (обстановки) осадконакопления [3]. 

Учение о фациях, как составная часть литологии, развивается с середины 
прошлого столетия такими отечественными геологами, как Н.М. Страхов, Д.В. 
Наливкин, Г.И. Бушинский, Н.Б. Васроевич, А.А. Али-заде, Ю.А. Кузнецов, А.П. 
Павлов, В.И. Попов, В.Е. Хаин, Н.В. Логвиненко, JI.B. Пустовалов, Г.И. Теодорович, Г.Ф. Крашенинников, Л.Б. Рухин, Л.Н. Ботвинкина, Н.С. Шатский, Г.Ф. 
Мирчинк, Ю.А. Жемчужников, И.С. Мустафаев, А Д. Султанов, В.Ю. Керимов, 
Ч.М. Халифабейли. Различные аспекты изучения процессов осадконакопления 
были рассмотрены и в трудах зарубежных ученых (Ф. Кюнена, У. Хэма, Г. Мидлтона, Дж. Аллена, Р. Ватерста, РЕ. Кинга, Ф. Петтиджона, П. Поттера, Р. Сивера, X. Блатта, Д.А. Буша, Дж. Тейлора, Р. Селли, Г. Рейнека и И. Сингха; Дж. 
Коллинсона и Д. Томпсона, Э. Хеллена, Р. Уолкера, Р. Шолле, Г. Эйнзеле и А. 
Зейлахера, М. Лидера, X. Рединга и многих других. 

Для интерпретации фаций привлекаются как прямые (анализ керна, обнажений), так и косвенные (сейсморазведка, ГИС) методы. Но в том и другом 
случае используются фациальные модели различного рода. Процесс формирования генетических каротажных моделей уже имеет свою историю. Проблема 
формирования различных типов пород и, следовательно, изучение закономерностей распространения фаций привлекала геологов всегда. Достаточно отметить, что сейчас уже установлены шесть основных фациальных законов (Ломоносова-Грессли, Соймонова-Грессли, Головкинского-Вальтера, ВальтераУсова, Головина-Шмариовича, Попова), которые имеют важное теоретическое 
и практическое значение для развития литолого-геохимических и геофизических методов поисков месторождений нефти и газа в осадочных и эффузивных 
образованиях [4]. 

Из всего многообразия известных фаций наше внимание привлекли некоторые осадочные терригенные и карбонатные фации континентальных и мелководных морских обстановок, а также эффузивные фации, которым, собственно и 
будет посвящено дальнейшее изложение. При этом речь будет идти о типовых 
(по X. Редингу) или о стандартных (по М. Лидеру) фациях, разработанных для 
относительно ограниченного числа обстановок осадконакопления [2, 5]. 

Глава 1 
9 

1.1. Модели и их применение для целей 
фациального анализа 

Как известно, моделирование является одним из эффективных средств для 
исследования общих закономерностей изучаемых процессов и решения прикладных 
задач научно-технического характера, в том числе в геологических науках. Научнотехнический прогресс любой отрасли науки и техники связан с моделированием. 
Вообще любая целесообразная деятельность неотделима от моделирования, а модели являются универсальным способом существования знаний [6-9 и др.]. 

Понятие модели широко используется в геологии. Известно большое количество определений модели, что связано прежде всего с различием по типам целей. Под моделью в общем случае понимают изображение в удобной форме многочисленной информации об объекте исследования. Модельные представления 
отражают не все, а лишь существенные черты изучаемого объекта или явления 
(процесса). Важное значение в определении модели является выделение ее системных свойств. Так, Ф.И. Перегудов правильно подчеркивает, что «...модель 
есть системное отображение оригинала» [10, стр. 62]. В.В. Бродовой в своем определении также подчеркивает системный смысл этого понятия. Он пишет: «Геологическая модель - это система элементов геологического строения, обобщенно 
и достаточно полно описывающая состав, структуру, размеры, форму исследуемого геологического объекта и его вмещающей среды» [11, стр. 56]. 

При моделировании геологических объектов (как систем) все важные свойства модели могут быть учтены только при условии интегрированного рассмотрения связей между объектом-оригиналом, моделью, субъектом (интерпретатором) 
и средой, на что уже указывалось ранее [10]. Применительно к геологическим 
моделям, используемым при фациальном анализе, это означает необходимость учитывать как свойства фаций, определяющих литологический состав и структуру 
горных пород, так и параметры, характеризующие физико-химические условия их 
образования. 

Геологические модели фаций были, в основном, созданы геологами при седиментологических исследованиях сложных разрезов для реконструкции условий осадконакопления. В последнее время такие модели стали создавать полевые геофизики 
(сейсмостратиграфия) и специалисты по интерпретации данных ГИС. Фациальные 
модели применяются для интерпретации пространственного распределения фаций в 
изучаемом разрезе, а также для локального прогноза литологических ловушек. 

По своей цели геологические модели фаций тяготеют к познавательным 
моделям, основной функцией которых является организация и представление знаний об исследуемом объекте. Если в процессе использования таких моделей обнаруживается расхождения между ними и реальным объектом, то для ее устранения 
предложенную модель совершенствуют. 

Различают статические и динамические фациальные модели. С помощью 
статических моделей фаций отображаются, как правило, материальные картины 
распространения фаций за конкретный промежуток времени. Динамические фациальные модели характеризуют процесс изменения условий осадконакопления. Так, 

10 
Глава 1