Чем отличаются литотипы от петротипов и как они связаны с фациями и секвенциями

Эти термины относятся к разным аспектам изучения осадочных пород и имеют различный масштаб применения:

Литотипы (в англ.язычной литературе lithofacies)

- описывает горную породу по керну
- обычно не могут быть однозначно выделены только по ГИС (из-за недостаточной информативности ГИС)
- используется для описания геологического разреза

Петротипы

- объединяют литотипы в классы с близкими петрофизическими свойствами, что позволяет их идентифицировать по ГИС
- выделяются по кривым ГИС (ГК/НК и ГГКп/НК)
- используется для уточнения петрофизической модели - разные зависимости для разных петротипов

Фации (в англ.язычной литературе facies association)

- характеризуют условия образования горных пород (палеогеографическая обстановка)
- выделяются по комплексу: описание керна → по кривым ГИС → распространение фаций между скважинами
- используются для уточнения межскважинной корреляции

Секвенции - охватывают значительную часть бассейна осадконакопления и отражают циклы колебаний уровня моря
- выделяющиеся по сейсморазведке
- также используются для межскважинной корреляции

Получается такая иерархия: литотипы (керн, микроуровень) → петротипы (петрофизические классы, видны по ГИС) → фации (палеообстановка, ГИС + керн) → секвенции (бассейновый уровень, сейсмика).

Теперь давайте разберем каждый термин отдельно.

Литотип

это горная порода с набором установленных признаков, включающих гранулометрический состав, структуру, текстуру и фильтрационно-емкостные свойства.

Пример, "песчаник среднезернистый, среднесортированный, с косой однонаправленной слоистостью"

Исторически, сам термин "литотип" впервые предложен C.A.Seyler в 1954 году [1] для угольной петрологии при обозначения пластов гумусовых углей. Первоначальная классификация углей включала четыре литотипа: витраин, кларин, дураин и фузеин – видимые компоненты полосчатых битуминозных углей.

В современной седиментологии идентификация литотипов основана на комплексе результатов исследования керна: гранулометрического (по диаграммам Л.Б. Рухина, Ф. Шепарда, Американского нефтяного института, Конта), вещественного и минералогического состава горных пород (диаграмма TAS для вулканогенных пород [Петрографический кодекс, 2010]), фильтрационно-емкостных свойств, а также фотографий и послойного описания керна.

Петротип

Т.к. информативность методов ГИС не позволяет выделять литотипы, то для этой цели применяются петротипы – более крупные единицы классификации, включающие один или несколько литотипов.

Ещё G.E.Archie в 1952 году [2] разработал концепцию петрофизической классификации карбонатов и ввел понятие "rock type" (тип породы) в контексте петрофизики. Согласно Archie, "rock type" – это толща пород, части которой отложились в одинаковых условиях и подверглись одним и тем же процессам вторичного преобразования, обладающая определенным распределением пор по размерам.

В русской науке слово «петротип» сначала жило в петрографии, а уже потом концепция петротипа (petrotype) была сформулирована P.W.M. Corbett и D.K.Potter в 2004 году [3] для обозначения типов пород, обладающих схожими гидравлическими и фильтрационными свойствами.

Их подход основан на концепции глобальных гидравлических элементов (Global Hydraulic Elements, GHE), которая, в свою очередь, базируется на индикаторе зоны потока (Flow Zone Indicator, FZI). Если сказать проще, то FZI - это относительная оценка качества пор для возможности течения флюида, рассчитанная по пористости и проницаемости.

Первичный этап выделения петротипов заключается в анализе кросс-плота зависимости проницаемости от пористости (Кпр-Кп) по данным керна с визуализацией по величине остаточной водонасыщенности. Такая визуализация позволяет идентифицировать:

• две или более области коллекторов с различными ФЕС;
• области неколлекторов (аргиллитов);
• области карбонатных пород (при их наличии).

При выборе комплекса методов ГИС для прогноза петротипов используются те методы, которые представлены в большинстве скважин изучаемого месторождения. Наиболее распространенные комбинации методов ГИС:

• ГК-НК – классическая пара методов;
• ГГКп-НК – "буржуйский" вариант;
• ПС-НК – тоже иногда вариант.

Фация

это отложение или комплекс отложений, сформировавшихся в определенной физико-географической обстановке осадконакопления и характеризующихся специфическими литологическими, палеонтологическими и структурно-текстурными признаками.

Термин впервые предложен швейцарским геологом Amanz Gressly в 1838–1841 годах для разделения одновозрастных отложений, отличающихся по облику (от латинского "facies" – лицо).

Существует два основных понимания фации:

1. Фация как порода – возникающая в определённой обстановке осадконакопления
2. Фация как обстановка осадконакопления (современная или древняя), овеществлённая в осадке или породе

Географические обстановки и ландшафты распределены на земной поверхности закономерно, в определенном порядке: горная система, внутри нее – межгорные впадины, низкогорье, предгорье, высокая равнина, низкая равнина, береговая линия, прибрежная часть моря. Каждая фация связана с какой-то из этих обстановок, и фации образуют закономерно построенный ряд.

Фациальный анализ (выделение фаций) представляет собой комплекс нескольких этапов:

• Изучение керна:
• Седиментологическое описание – детальное изучение текстур (косая слоистость, знаки ряби, биотурбация), структур, следов течений, которые указывают на обстановку осадконакопления.
• Палеонтологический анализ – изучение органических остатков для определения глубины бассейна, солености, температуры воды.
• Геохимический анализ – изучение содержания микроэлементов, изотопного состава для определения условий окислительно-восстановительной среды.
• Анализ литологических последовательностей – выявление закономерностей чередования пород (например, укрупнение или измельчение зерна вверх по разрезу).
• Построение фациальных моделей – сопоставление наблюдаемых признаков с современными аналогами обстановок осадконакопления.
• Литолого-фациальное картирование – построение карт распространения фаций для реконструкции палеогеографии.

Выделение фаций по данным геофизических исследований скважин (ГИС) основано на фундаментальных исследования В.С.Муромцева [4]. Методика заключается в распознавании на каротажных кривых качественных признаков изменения гранулометрического состава горных пород, который, в свою очередь, напрямую зависит от обстановки осадконакопления. Методика позволяет по форме каротажных кривых восстанавливать условия формирования осадков и осуществлять их прогнозирование.

Так были разработаны модели фаций для континентальных (русловых, пойменных), прибрежно-морских и дельтовых обстановок:

Кроме этого спектрометрия естественного гамма-излучения (СГК) позволяет определять массовые содержания урана (U), тория (Th) и калия (K), а их соотношения указывают на тип глинистых минералов, который обусловлен условиями осадконакопления – каолинитовые глины с высокой радиоактивностью формируются в континентальной обстановке, монтмориллонитовые и гидрослюдистые глины с низкой радиоактивностью – в морской.

Еще более продвинутый метод определения минерального состава – импульсный нейтрон-гамма спектрометрий каротаж (ИНГКс). Он позволяет зарегистрировать относительные содержания основных породообразующих элементов (Ca, Si, Cl, H, O, C и др.), по которым можно восстановить полный минеральный состав горных пород.

Микроимиджеры используются для интерпретации условий осадконакопления путем выделения углов падения пластов.

Секвенции

выделяются по сейсмике и представляют собой комбинацию фаций, что делает их наиболее крупномасштабным уровнем расчленения продуктивного горизонта.

Термин "секвенция" в геологии был впервые предложен L.Sloss в 1949 году и более полно определён им в 1963 году. Он определил секвенцию как относительно согласованную последовательность генетически взаимосвязанных слоев горных пород, ограниченных несогласиями.

Более простыми словами, секвенция (секвент, сиквенс) – это непрерывная (согласная) последовательность слоев горных пород, ограниченная перерывами в осадконакоплении или размывами ранее отложенных горных пород (несогласия). Эти слои образуются в течение одного цикла изменения уровня моря и связаны с осадконакоплением в конкретном бассейне.

Уровень моря здесь имеет ключевое значение – именно с его изменениями связаны появления несогласий: при стабильном подъёме уровня моря образуются однотипные осадки, затем при стабилизации уровня меняется тип осадков, а при его снижении происходит размыв уже отложенных осадков.

Таким образом выделяется четыре системных трактов:

Методы выделения секвенций (секвенс-стратиграфический анализ):

• Сейсмостратиграфический анализ – интерпретация сейсмических профилей, где отражающие горизонты соответствуют изохронным границам несогласий или поверхностям напластования. Сейсмические данные позволяют прослеживать границы секвенций на больших расстояниях.
• Выявление поверхностей несогласий – картирование региональных эрозионных поверхностей, перерывов в осадконакоплении. Признаками границ секвенций служат слои, несущие следы субаэральной переработки осадков: палеопочвы, крупные каверны, заполненные глинистыми перекрывающими осадками, субаэральная брекчия, корневые системы наземных растений.
• Анализ типов прилегания слоев – изучение геометрии залегания пластов относительно поверхностей несогласия (прилегание, налегание, подошвенное прилегание).
• Фациальный анализ в секвенс-стратиграфическом контексте – прослеживание латеральных изменений фаций для определения направления перемещения береговой линии.

Таким образом

все термины можно объединить в единую систему ранжируя их по масштабу выделения от меньшего к большему - литотипы складываются в петротипы, затем идут фации, а закономерные сочетания фаций образуют секвенции:

• Литотипы – выделяются по керну
• Петротипы – объединяют литотипы и выделяются по ГИС
• Фации – характеризуют обстановку осадконакопления и выделяеются и по керну и ГИС.
• Секвенции – охватывают целый бассейн седиментации и выделяются преимущественно по данным сейсморазведки

Литература

1. Seyler, C. A. The past and future of coal - the contribution of coal petrology / C. A. Seyler // Proceedings of the South Wales Institute of Engineers. – 1948. – Vol. 63. – P. 213–243.
2. Archie G. E. The Electrical Resistivity Log as an Aid in Determining Some Reservoir Characteristics // Transactions of the American Institute of Mining, Metallurgical and Petroleum Engineers (AIME). 1942. Vol. 146. P. 54–62.
3. Corbett, P. W. M. Petrotyping: a basemap and atlas for navigating through permeability and porosity data for reservoir comparison and permeability prediction / P. W. M. Corbett, D. K. Potter // Proceedings of the International Symposium of the Society of Core Analysts (Abu Dhabi, UAE, 5–9 October 2004). – Abu Dhabi : Society of Core Analysts, 2004. – Paper SCA2004-30. – 12 p.
4. Муромцев В.С. Электрометрическая геология песчаных тел - литологических ловушек нефти и газа. - Недра, Ленинград, 1984 г., 260 стр., УДК: 550.8