Изучение глинистых минералов в связи с поисками нефти

17.06.2018
Отдельные горизонты осадочной толщи могут характеризоваться постоянным составом глинистых минералов, который может быть использован в целях корреляции пластов. Уивер показал возможность использования глинистых минералов в этих целях для мощной, большей частью немой, толщи глинистых сланцев в западном Техасе. Приблизительный состав глинистых минералов легко определить с помощью рентгеноструктурного метода или дифференциального термического анализа, но при условии одновременного проведения анализов нескольких образцов. Характеристики глинистых минералов, представляющие ценность для корреляции пластов, должны отражать не просто изменение состава, а характеризовать и более тонкие их особенности, например природу смешаннослойных минералов. Поэтому определения глинистых минералов, если они необходимы для целей корреляции, должны быть тщательными и полными:

Определения глинистых минералов часто могут помочь интерпретации условий образования отложений и их геологической истории. Например, Смут показал, что каолинит обычно приурочен к прибрежным отложениям в толще миссисипских отложений в Иллинойсе. Определение состава глинистых минералов также позволяет делать заключения о районах размыва и о возможных постседиментационных изменениях глин. Сюда же относится рассмотрение вопроса о том, подвергались или не подвергались глинистые минералы диагенетическим изменениям при переходе из одной среды в другую и характерен ли какой-либо глинистый минерал для данной обстановки. Относительно этого вопроса, интенсивно изучавшегося в ряде лабораторий, имеется много различных точек зрения. Так, Милло пришел к выводу, что для различных условий осадконакопления характерны глинистые минералы определенного состава, тогда как Уивер и Ривьера имеют противоположную точку зрения. Более подробное обсуждение этой проблемы можно найти в работах Грима, Пауэрса, Милна и Эрли и Бёрста.

Как полагает автор, изучение древних осадков убедительно показало, что иногда имело место сильное диагенетическое преобразование глинистых минералов в морских водах, в результате чего осадки превращались, например, в глинистые сланцы, сложенные каким-либо одним глинистым минералом или простыми смесями глинистых минералов (которые имеют настолько однородный и простой состав, что вряд ли он может отражать состав первоначально отложенных осадков, не претерпевших никаких диагенетических превращений). Диагенетическое преобразование глин имеет место при возникновении глауконита и метабентонитов. Несомненно, имеется ряд древних морских осадков, которые претерпели несущественные диагенетические изменения, как, например, мощные морские глины, содержащие комплекс глинистых минералов, в который входит много каолинита. Исследовательские работы по выявлению интенсивности диагенетических процессов могут оказать большую помощь в изучении зависимости состава глинистых минералов от условий среды осадконакопления. В настоящее время можно сделать только общее заключение, согласно которому преобладание в породах трехслойных глинистых минералов, т. е. иллита, хлорита и монтмориллонита, но не каолинита, заставляет предполагать морские условия осадконакопления, особенно тогда, когда эти трехслойные глинистые минералы хорошо окристаллизованы.

Как отмечается ниже, глинистые минералы обладают каталитическими свойствами по отношению к углеводородам, и уже предполагалось ранее, что они могут служить катализаторами при преобразовании органического материала в нефть. Возможность такой роли глинистых минералов несомненна, однако недавние исследования, показавшие наличие углеводородов в современных осадках и особенно в живом органическом веществе, позволяют думать, что катализ не играл большой роли в образовании нефти. Однако возможность каталитического воздействия глинистых минералов при возникновении нефти имеется, и, по-видимому, оно вполне могло создать характерный состав углеводородов, даже если катализ не был определяющим в их образовании. При катализе углеводородов катализатор часто обволакивается углеродом и в нем могут образовываться сульфиды. Обнаружение таких веществ, связанных с глинистыми минералами, в древних осадках поможет выяснить, участвовали ли глинистые минералы в прошлом в каталитических реакциях.

Глинистые минералы обладают большой емкостью адсорбции различных органических молекул. Если даже глинистые минералы не служили катализаторами, определение органического вещества, связанного с ними в осадках, возможно, могло бы пролить свет на историю преобразования этих углеводородов в определенные эпохи в геологическом прошлом. Седлецкий и Юсупова показали, что в некоторых случаях размер монтмориллонита по оси с может зависеть от присутствия углеводородов в данном геологическом разрезе, причем разные размеры ячеек монтмориллонитов вызваны различиями адсорбированных органических молекул. Эти исследования, очевидно, должны быть продолжены.

Диженс и др. показали, что существует связь между относительными количествами галлия и рубидия в пресноводных и в морских осадках и что содержание этих элементов зависит от состава глинистых минералов. Галлия больше в каолинитовых пресноводных глинах, а рубидия в морских иллитовых породах. Эти факты можно объяснить исходя из того, что галлий замещает алюминий и поэтому его больше в высокоглиноземистых глинистых минералах, таких, как каолинит. Рубидий замещает калий, и поэтому его больше в иллите.

Смут показал, что в миссисипских песчанистых отложениях Иллинойса состав глинистых минералов изменяется вместе с проницаемостью пород, и поэтому он имеет значение для эксплуатационного бурения и оценки нефтеносных пластов. Проницаемые пески содержат разнородную ассоциацию глинистых минералов, представленную главным образом смесью иллита и смешаннослойного материала, деградированного. хлорита и каолинита с небольшими количествами иллита и монтмориллонита. Плохо проницаемые пески содержат большое количество иллита и упорядоченного хлорита и немного деградированного иллита и хлорита; каолинит и монтмориллонит довольно редки. Эти различия в составе глинистых минералов Смут приписывает в основном их изменению, обусловленному деградирующим влиянием циркулирующих вод после литификации осадков. Там, где проницаемость пород низкая, такая циркуляция резко уменьшается, и это сокращает возможность изменения ассоциации глинистых минералов, существовавших до стадии литификации осадков.