2. Фациальные модели терригенных резервуаров углеводородов

Современные обстановки терригенного осадконакопления характеризуются определенными ландшафтами, охватывающими часть земной поверхности с определенным климатом, рельефом, гидрологическими и атмосферными характеристиками, биоценозом, почвами. Древние обстановки осадконакопления также соответствуют определенным палеоландшафтам, которые являются результатом взаимодействия климатического и тектонического факторов, выраженных через рельеф. В достаточно стабильных климатических условиях основным фактором, непосредственно формирующим ландшафты, является рельеф территории, который определяется тектоническим режимом.

Существуют многочисленные классификации современных обстановок осадконакопления и древних осадочных фаций / 61 /. Различаясь в основном в деталях, эти классификации подразделяют обстановки осадконакопления на континентальную, переходную и морскую группы, в каждой из которых присутствуют продукты терригенной седиментации. В данном разделе рассматриваются наиболее важные примеры терригенного осадконакопления в каждой из указанных групп (табл. 2).

Речные обстановки

Аллювиальные отложения накапливаются как в гумидных так и в полуаридных климатических условиях. Они известны во всех типах тектонических обстановок, однако существенное значение речные отложения приобретают в областях с высокими скоростями тектонического прогибания. Увеличенные мощности аллювиальных отложений отмечаются в активных тектонических обстановках таких как краевые прогибы, рифтовые или сдвиговые бассейны. Два главных фактора – тектоническая обстановка и климат, определяют природу и объем осадочного материала. В активных тектонических обстановках с контрастным рельефом, где градиент уклона рек обычно очень высокий, осадочный материал характеризуется повышенной грубостью и высоким значением отношения песок/глина. В областях пассивного тектонического развития с низкими градиентами уклона рельефа средний размер обломочных зерен заметно уменьшается, а осадочные отложения характеризуются более низкими отношениями песок/глина.

Важнейшей гидрологической характеристикой любой реки является расход воды, который определяет объем и тип осадочного материала. Расход воды меняется сезонно, отражая сезонные климатические изменения. В периоды паводков он возрастает на порядок и обеспечивает основной привнос обломочного материала за короткий отрезок времени. Паводковые отложения являются одной из наиболее характерных особенностей речных образований. Эти катастрофические или событийные седиментационные эпизоды легко идентифицируются и представляют один из лучших диагностических критериев для установления аллювиальных отложений.

Таблица 2

Классификация обстановок осадконакопления

Обстановка	Тип седиментационной системы	Субобстановка
Континентальная	Речная: меандрирующая река	Русловая Пойменная
	сплетенная река
	прямолинейная река
	ветвящаяся река
Переходная Прибрежно-морская	Дельтовая: речная	Дельтовая равнина Фронт дельты (авандельта) Продельта
	волновая
	приливная
	Терригенные береговые линии шельфа	Пляж Прибрежные бары Вдольбереговые барьерные острова Лагуна Приливно-отливные каналы и отмели
Морская (глубоководно-морская)	Подводный склон и подножье	Каналы и каньоны Прирусловые валы Конус выноса

Формирование аллювия как продукта переноса и отложения терригенного материала речным потоком происходит одновременно с образованием эрозионной долины. Поэтому фациальный характер аллювиальных осадков и их мощность неразрывно связаны с развитием самой долины. К главнейшим фациям аллювия относятся русловые и пойменные, которые у большинства речных систем обладают общими признаками.

Русловые отложения накапливаются непосредственно в области русла. Основной объем осадочного материала приурочен к внутрирусловым барам-осередкам и побочням. Формирование этих аккумулятивных форм происходит за счет бокового наращивания.

Пойменные (внерусловые) осадки накапливаются за пределами области русла. Их осаждение ограничено пространством, затопляемым во время паводков, когда река выходит из берегов и заливает прилегающую территорию пойменной равнины. Мощность этих осадков увеличивается в основном в вертикальном направлении, поэтому их называют осадками вертикального приращения.

Поскольку основное количество песчаного материала накапливается в пределах русла реки, морфология речного канала служит важным фактором, определяющим геометрию и внутреннюю архитектуру песчаных фаций. По морфологическому признаку речные русла принято разделять на прямолинейные (straight), меандрирующие (meandering), сплетенные (braided) и ветвящиеся (anastomosing) / 53, 54, 68, 69 /. Прямолинейные речные русла встречаются редко, имеют преимущественно деградирующий характер, они обычно короткие и чаще всего переходят в участки русел сплетенного типа. Прямолинейные реки лишены резко выраженных излучин, текут только по одному руслу, вдоль которого тянутся узкие прибрежные бары-побочни, расположенные то у одного, то у другого берега. Анастомозирующие реки, не так давно описанные Д. Смитом / 88 /, характеризуются наличием извилистых нерегулярно соединяющихся и разъединяющихся русел, разделенных стабилизировавшимися островами, покрытыми плотной растительностью. Такие реки транспортируют почти исключительно тонкий взвешенный материал, отлагают небольшое количество осадков и характеризуются очень высоким отношением глина/песок. Также как и прямолинейные реки анастомозирующие речные русла не играют существенной роли в формировании песчаных пород-коллекторов.

Почти все реки, осаждающие большие количества обломочного материала, относятся к меандрирующим или сплетенным рекам, на примере которых рассмотрены основные модели аллювиальных фаций.

Меандрирующие реки формируются в пределах аллювиальных равнин с низкими градиентами уклонов, где расходы воды невелики и относительно постоянны. Характерной особенностью этих рек является регулярное смещение излучин и сопутствующее ему боковое приращение меандровых отмелей / 34, 53, 72, 73, 95 /.

В наносах меандрирующих рек представлены, как правило, русловые и внерусловые осадки, а также отложения старицы (рис. 9).

Отложения русловой субфации формируются у внутренних изгибов меандров, когда река врезается в берег вдоль внешнего края его изгиба; русловые отмели – побочни, образуются в результате наносов. При этом базальная часть отложений русловой отмели, представленная наиболее грубыми фракциями, отлагается непосредственно у подмываемого берега, где течение реки самое сильное. На более пологом внутреннем склоне берега реки аккумулируются песчаные отложения средней части отмели, а ее верхняя часть обычно образуется в период паводка в условиях мелких вод при низкой скорости течения (рис. 10). Таким путем формируется характерная для аллювиальных отложений последовательность напластования, которая устойчиво выдержана для большинства меандрирующих рек и может быть принята в качестве стандартной модели.

Рис. 9. Элементы речной долины / 95 /.

Береговой вал

Пойменное болото

Побочень

Активный канал

Латеральная аккреция

Побочень

Активный канал

Береговой вал

Пойменное болото

Латеральная аккреция

Побочень

Активный канал

Латеральная аккреция

Старичное озеро

Побочень

Рис. 10. Схема образования прирусловых баров-побочней и старичных озер / 72 /.

В модели Вишера показано / 93 /, что вертикальный разрез осадков речной отмели образует снизу вверх последовательность с уменьшающейся гранулометрией и характерными седиментационными текстурами: 1) нижняя пачка песчаных осадков с крупными или средними размерами зерен, с диагональной слойчатостью большого масштаба, отложенная водным потоком в условиях нижнего режима течения; 2) пачка осадков со средними или мелкими размерами зерен, с горизонтальной слойчатостью, отложенная в условиях верхнего режима течения; 3) пачка осадков с очень мелкими размерами зерен, характеризующаяся диагональной слойчатостью малого масштаба и связанная с нижним режимом течения.

Алленом / 53 / представлена принципиальная модель руслового осадконакопления, основанная на циклическом строении аллювиальных разрезов, в которых им выделены шесть закономерно сменяемых друг друга литотипов: А – конгломераты, В₁ – песчаники с диагональной слоистостью большого масштаба, В₂ – песчаники с горизонтальной слоистостью, В₃ – песчаники с диагональной слоистостью малого масштаба, С – переслаивание песчаниковых и алевролитовых отложений, D – алевролиты. Отложения литотипа А, представленные сравнительно маломощными и быстро выклинивающимися пластами внутриформационных конгломератов, считаются осадками, выстилающими русло, литотипы В₁, В₂ и В₃ – осадками отмелей, а литотипы С и D – внерусловыми осадками (рис. 11).

А	Б

Рис. 11. Иллюстрация модели седиментации на выпуклом берегу русла реки (А) и типовая форма каротажной кривой ГК прируслового бара-побочня (Б). Объяснение фаций А, В₁, В₂, В₃, С, D в тексте; 1 – эрозионная поверхность, связанная с миграцией русла, 2 – поверхность выпуклого берега на разных этапах его миграции.

Эта закономерность в смене литотипов четко фиксируется на каротажных диаграммах ПС и ГК, имеющих колоколовидную форму с прямой подошвенной линией и плавным переходом к кровельной линии.

Отложения внерусловой (пойменной) субфации формируются из суспензии на заливаемых участках речной поймы, когда реки выходят из берегов. Они отличаются тонкой слоистостью, содержат знаки ряби и горизонты трещин высыхания, заполненные песком. За пределами русла выделяют отложения береговых валов, песков пойменных разливов и собственно пойменные образования (внутренней поймы).

Береговые валы формируются в периоды паводков, когда часть обломочного материала выносится рекой за пределы стационарного русла и откладывается в узкой полосе пойменной равнины. Отложения состоят из мелкозернистых песчаников или алевролитов. Зернистость осадочных пород укрупняется по направлению к берегу русла. В песчаниках преобладает диагональная слоистость малого масштаба, нередки восходящие знаки ряби. Алевролиты обычно обладают слоистым строением или массивны. В отложениях береговых валов встречаются корненосные горизонты. Песчаные тела не имеют площадного распространения (их ширина десятки метров), характеризуются незначительной мощностью (0,5-2,5 м). На каротажных кривых ПС, ГК они выделяются групповыми аномалиями треугольной формы средней интенсивности.

Пески пойменных разливов представлены более крупнозернистым материалом, чем в береговых валах, но более мелкозернистым, чем в русловых осадках. Размеры зерен обычно уменьшаются по мере удаления от русла. Подошва песчаных тел имеет эрозионный характер, в строении пород преобладают горизонтальная слоистость и диагональная слоистость малого масштаба. Образование отложений песков разлива связано с прорывом берегового вала полыми водами и выносом обломочного материала на пойму. Эти отложения аккумулируются в зоне перехода от внешней (песчаной) части поймы к ее внутренней (глинистой) части. Мощность отложений обычно составляет не более 2-3 м при ширине сотни метров. На каротажных диаграммах ПС, ГК они характеризуются групповыми аномалиями треугольной формы средней и высокой интенсивности.

Отложения внутренней части поймы представлены материалом самых мелких фракций, накопившихся на наиболее удаленных заливаемых участках пойменной равнины, а также в пределах пойменных озер и болот. Среди глинистых отложений здесь иногда встречаются прослои алевролитов и тонкозернистых песчаников. В большинстве случаев разрезы внутренней поймы сложены тонкогоризонтальнослоистыми алеврито-глинистыми осадками, перекрытыми отложениями тонких илов. Строение осадочных отложений зависит от климатических условий. Влажный гумидный климат благоприятен для развития интенсивного растительного покрова и формирования почвенных горизонтов и торфяных залежей, которые служат надежным индикатором пойменных условий осадконакопления. Среди озерных отложений могут встречаться окаменелые остатки рыб и раковины моллюсков.

Отложения старичной субфации накапливаются в пределах брошенных русел, возникающих, когда река прорывает шейку меандра и прокладывает новое русло. На месте бывшего русла обычно образуется старичное озеро, заполняемое отложениями аналогичными осадкам внутренней части поймы. В плане эти тонкозернистые отложения имеют шнуровидно-изогнутую форму, а в разрезе они непосредственно залегают с резким контактом на остаточных русловых конгломератах без каких-либо промежуточных слоев отмелевых песков.

Песчаные отложения внутрирусловых баров-побочней формируют породы-коллекторы хорошего качества. Пески пойменных разливов могут слагать более маломощные второстепенные коллекторы в крупномасштабных речных системах, тогда как пойменные отложения представляют экранирующие толщи. Меандрирующие реки обычно образуют песчаные пояса, сложенные латерально аккрецированными индивидуальными барами-побочнями. Эти меандровые пояса распространяются в ширину до нескольких километров и могут образовывать превосходные стратиграфические ловушки, особенно там, где песчаный пояс испытывает региональный наклон / 68 /.

Сплетенные реки. Чаще всего тип речной системы, обозначенный термином «сплетенная река» (braided river) на русский язык переводится как разветвляющаяся река, что не отвечает точному значению процесса. Процессы, имеющие место в рассматриваемых речных системах с избытком кластического материала, направлены именно на «сплетение» потоков – их расхождение, схождение и взаимное наложение в пространстве с образованием сложно переплетенной сети в пределах широкого русла или долины. Такие речные системы приурочены к участкам с более крутыми уклонами и более высоким расходом воды, чем в случае меандрирующих рек. Обычно это предгорные районы с большим объемом атмосферных осадков и незначительным растительным покровом, не препятствующим речному стоку и способствующим избыточной аккумуляции речных наносов.

Сплетенные реки формируют слабоизвилистые русла с многочисленными барами-осередками и разделяющими их каналами (рис. 12). Бары могут быть вытянуты параллельно оси речного русла (продольные бары) или расположены поперек руслового канала (поперечные бары). Они обычно состоят из песка с незначительной примесью гравийного материала, тогда как русловые каналы сложены более грубыми осадками гравийного и галечного размеров. Этим рекам свойственно высокое песок+гравий/глина отношение. В процессе своего развития сплетенные реки испытывают значительные латеральные смещения по песчаной аллювиальной равнине, что в итоге приводит к формированию обширных покровов, состоящих из слившихся песчаных и гравийно-галечных тел. В зависимости от преобладающего состава отложений эти реки делятся на преимущественно гравийные и преимущественно песчаные / 69 /. Доля более мелкозернистых осадков обычно невелика, тонкозернистые песчаники и алевролиты накапливаются в периоды низкого уровня воды в «затухающих» руслах разного порядка.

Общей особенностью аллювиальных отложений является выклинивание отдельных групп слоев на сравнительно коротком расстоянии. Благодаря повторяющимся отмираниям русел и флуктуациям расхода воды здесь обычно отсутствуют латерально выдержанные циклические серии, подобные тем, которые встречаются в меандрирующих руслах.

Рис. 12. Схема строения сплетенной реки / 69 /

В аллювиальных осадках сплетенных рек главную роль играют отложения баров-осередков. В случае гравийных баров, часто встречающихся в верховьях реки, отложения лишены отчетливо выраженных седиментационных текстур или в их строении можно наблюдать слабо проявленную горизонтальную слоистость. Гравийные отложения нередко переходят по сторонам в гравелисто-песчаные осадки с диагональной слоистостью большого масштаба. Такие отложения накапливаются в нижнем конце гравийного бара, а их диагональные слои наклонены в направлении течения реки.

Вниз по течению реки уменьшаются размеры зерен обломочного материала и возрастает степень его сортировки. Здесь отмечаются серии, демонстрирующие уменьшение размерности вверх по разрезу – от гравия через песок к алевролитам. Эти серии, образующиеся при латеральной миграции баровых и канальных отложений, имеют мощность от десятков сантиметров до 5 м и хорошо распознаются в керне скважин и на каротажных диаграммах (рис. 13). Каждая серия начинается с базальных грубокластических остаточных русловых отложений, которые сменяются вверх по разрезу косослоистыми грубо- и среднезернистыми песчаниками. Доля грубообломочных гравийно-конгломератовых отложений сильно варьирует, от практически полного отсутствия до 100%.

1 2 3 4 5 6

Рис. 13. Строение седиментационных серий и формы каротажных кривых ГК для внутрирусловых баров сплетенных рек: 1-3 – разрезы баровой отмели вверх по течению реки; 4-6 – разрезы баровой отмели вниз по течению реки /Bridge et al., 2000/.

Анализ современных систем сплетенных рек показывает, что подавляющее большинство седиментационных серий отличается сложным и неупорядоченным строением. Они состоят из вертикально и латерально слившихся индивидуальных канальных и баровых осадочных последовательностей, формирующих мощные (десятки метров) и латерально выдержанные (десятки километров) песчаные тела. Поэтому отношение параметров ширина/мощность у сплетенных речных систем значительно выше, чем у меандрирующих русел. Песчаные тела-коллекторы могут охватывать площади в сотни и тысячи квадратных километров / 68 /.