Литолого-фациальный анализ нефтегазоносных толщ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

 
 
 
 
 
 
 
 
А.В. Ежова, Т.Г. Тен 
 
 
 
 
 
ЛИТОЛОГО-ФАЦИАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ 
НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ ТОЛЩ 
 
 
Допущено Учебно-методическим объединением вузов  
Российской Федерации по образованию в области прикладной геологии  
в качестве учебного пособия по дисциплине «Литология»  
для студентов высших учебных заведений,  
обучающихся по специальности 21.05.02 «Прикладная геология»,  
специализации «Геология нефти и газа» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Издательство 
Томского политехнического университета 
2015 

УДК 552.5.08+553.98:550.8(075.8) 
ББК  26.343.1:26.31я73 
Е41 
 
 
Ежова А.В. 
Е41  
Литолого-фациальный анализ нефтегазоносных толщ : учебное пособие / А.В. Ежова, Т.Г. Тен ; Томский политехнический университет. – 
Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2015. – 112 с. 
 
ISBN 978-5-4387-0547-5 
 
В пособии приведены основы литолого-фациального анализа; рассмотрены условия формирования, распространения и особенности строения песчаных телколлекторов и глинистых пород-флюидоупоров; изложены основные положения 
электрометрической геологии и нефтяной литмологии; предложены современные методы расчленения и корреляции осадочных толщ на основе системного анализа слоевых ассоциаций.  
Предназначено для студентов нефтяных специальностей при выполнении курсовых и дипломных работ, а также может быть полезно для студентов, магистрантов, 
аспирантов и других специалистов, занимающихся научными исследованиями в области нефтяной геологии. 
 
УДК 552.5.08+553.98:550.8(075.8) 
ББК 26.343.1:26.31я73 
 
 
Рецензенты 

Доктор геолого-минералогических наук, профессор 
заведующий лабораторией геохимии и пластовых нефтей 
ОАО «ТомскНИПИнефть ВНК» 
И.В. Гончаров  

Доктор геолого-минералогических наук,  
профессор кафедры петрографии 
Национального исследовательского  
Томского государственного университета 
А.И. Чернышов  

 
 
 
ISBN 978-5-4387-0547-5 
© ФГАОУ ВО НИ ТПУ, 2015 
© Ежова А.В., Тен Т.Г., 2015 
© Оформление. Издательство Томского  
политехнического университета, 2015 

ВВЕДЕНИЕ 

Настоящее учебное пособие, являющееся частью курса лекций и лабораторных занятий дисциплины «Литология», включает в себя разделы: «Основы литолого-фациального 
анализа», «Условия образования осадочных толщ», «Строение осадочных формаций», «Региональные нефтегазоносные комплексы», «Критерии литолого-геофизического расчленения и корреляции осадочных толщ».  
Литолого-фациальные, формационные исследования с применением циклического 
анализа позволяют решать следующие задачи: 
• 
выявление в разрезе фаций и формаций, благоприятных для образования нефтематеринских и газоматеринских отложений; 
• 
выяснение формирования региональных нефтегазоносных комплексов; 
• 
расчленение и корреляция разрезов осадочных пород с учетом цикличности их 
строения; 
• 
изучение литологических и палеогеографических факторов, предопределяющих распространение в разрезе и по площади пород-коллекторов и пород-покрышек; 
• 
выяснение условий образования и закономерностей размещения зон нефтегазонакопления литологического, стратиграфического, рифогенного и комбинированного типов. 
Способы решения этих задач для конкретных практических рекомендаций будущим специалистам-нефтяникам отражены в настоящем учебном пособии. В нем по литературным данным и с учетом многолетних исследований авторов собран, обобщен 
и систематизирован обширный материал по условиям формирования, распространения, 
особенностям строения и пространственного размещения песчаных тел-коллекторов 
и глинистых пород-экранов. Приводятся классические методы литолого-фациального 
анализа, позволяющие реконструировать обстановку осадконакопления, наметить зоны 
распространения пород-коллекторов, выявить участки развития наилучших из них. Однако при существующей тенденции ограниченного отбора керна роль традиционных 
методов исследования каменного материала снижается. В связи с этим в учебном пособии большое внимание уделяется литолого-фациальной интерпретации геофизических 
данных, особенно электрометрического каротажа. В то же время в условиях выборочного отбора керна при его обработке в нефтегазоразведочных экспедициях и на промыслах будущие специалисты-геологи должны знать комплекс приемов и методик, позволяющих извлечь максимум литолого-фациальной информации и увязать полученные 
результаты с промыслово-геофизическими данными по скважинам, где керн не отбирался. Для удобства работы, как с каменным материалом, так и данными ГИС, составлены таблицы, где сведены воедино генетические признаки, седиментологические и 
электрометрические модели наиболее распространенных фаций континентальной, переходной и морской обстановок осадконакопления. 
Фотографии образцов и шлифов выполнены А.В. Ежовой и Т.Г. Перевертайло 
из коллекции пород кафедры геологии и разведки полезных ископаемых ТПУ. 
В учебном пособии нашли отражение основные положения новых направлений нефтяной геологии, связанных с литологией: электрометрической геологии и нефтяной литмологии. На примере нефтегазоносных отложений Западной Сибири предлагаются современные методы расчленения и корреляции осадочных толщ на основе системного анализа 
породно-слоевых ассоциаций. 
Учебное пособие предполагает знание студентами дисциплин «Петрография», «Минералогия», «Основы палеонтологии», «Геофизические исследования в скважинах». 

Книга предназначена для студентов нефтяных специальностей при выполнении курсовых и дипломных работ, а также может быть полезна для студентов, магистров, аспирантов и других специалистов, занимающихся научными исследованиями в области нефтяной геологии. 
Авторы выражают благодарность учебному мастеру ГРПИ ТПУ Л.В. Батретдиновой 
за помощь при оформлении учебного пособия. 

1. ОСНОВЫ ЛИТОЛОГО-ФАЦИАЛЬНОГО АНАЛИЗА 

Накопление осадков, в которых возможно возникновение углеводородов, происходило в определенных физико-географических условиях. Особенности распространения осадочных пород во времени и пространстве в значительной мере определяют размеры 
и форму природных резервуаров нефти и газа, а следовательно, и запасы этих полезных 
ископаемых. В связи с этим знание общих и частных закономерностей образования осадочных толщ имеет существенное практическое значение. 
Закономерное чередование комплексов пород позволяет судить о периодической смене 
условий осадконакопления и общем направлении изменения этих условий в различные периоды. Для выражения изменения состава отложений определенного стратиграфического отрезка на площади его распространения было введено в геологию понятие «фация». 
В настоящее время насчитывается более 100 различных определений термина «фация». 
Современные определения фаций отражают следующее: породы или осадки с одинаковым 
комплексом первичных признаков (литологических, палеонтологических и др.); физикогеографические условия, т. е. особенности обстановки осадконакопления; характерные признаки осадочных пород, по которым можно восстановить условия их образования.  
Большинство исследователей понимают фацию как единство типа пород и обстановки ее образования. Наиболее емким и кратким является определение, предложенное 
Н.В. Логвиненко: «Фация – это обстановка осадконакопления, современная или древняя, 
овеществленная в осадке или породе» [25]. 
Таким образом, под фациями понимаются физико-географические условия какоголибо региона в определенный отрезок времени, отличающиеся от условий того же времени 
в соседних регионах. Эти условия находят свое выражение в особенностях осадков и пород или в первичном отсутствии отложений. Другими словами, фации отражают обстановки осадкообразования и осадконакопления и изменчивость этих обстановок. 
Под физико-географическими условиями (обстановкой) понимаются все условия и 
характер среды осадкообразования, например: субаэральная или субаквальная среда; приуроченность к тем или иным геоморфологическим элементам суши; характер бассейна 
(озеро, лагуна, море) и вероятная его глубина; положение в определенной части бассейна 
(прибрежной, на открытом шельфе, батиальной, в застойной зоне и т. д.); удаленность 
от береговой линии; динамика среды; условия жизни и захоронения организмов и т. д. 
Условия осадконакопления определяются рельефом, климатом, тектоникой и особенностями развития жизни на Земле в данный период. Раздел геологии, рассматривающий физико-географические обстановки осадконакопления, называется учением о фациях, 
а способы реконструкции этих обстановок для прошлых периодов в истории Земли называются фациальным анализом. 
При фациальном анализе широко применяется метод актуализма. Это метод научного познания геологической истории Земли, реконструкции процессов и обстановок прошлого путем использования закономерностей, выявленных при изучении современных 
геологических процессов [11]. Наиболее применим и эффективен актуалистический метод 
в области осадконакопления. Поэтому чем полнее изучены современные отложения того 
или иного генезиса, тем детальнее могут быть установлены их ископаемые аналоги. При 
этом как в современных осадках, так и в древних породах сохраняются некоторые наиболее устойчивые первоначальные признаки, которые не изменились в течение длительного 
геологического времени.  
Вещественным выражением обстановок седиментации являются литогенетические 
типы (литотипы) – ассоциации пород, обладающих комплексом первичных генетических 

признаков, которые включают в себя литолого-геохимический состав пород, остатки древних организмов и следы их жизнедеятельности, морфологию осадочных толщ. 
Значение генетических признаков для литолого-фациального анализа достаточно 
полно отражено в различных атласах, справочниках, научных трудах по седиментологии 
и литологии. Здесь приводится обобщенная характеристика этих признаков по некоторым 
литературным источникам [1, 3, 4, 7, 21, 24, 25, 28, 32–35, 38, 41, 42] и исследованиям авторов [15–17]. 

1.1. Литолого-геохимическая характеристика пород 

1.1.1. Генетическое значение состава пород 

Минеральный состав имеет значение для определения источников питания исследуемого бассейна обломочным материалом и их изменения во времени. Так, описание формы, состава, распределения и условий залегания галек в песчаных породах позволяет решать вопросы об источниках приноса галек, о глубине размыва, направлении течений и пр. Широко 
используется для тех же целей состав породообразующей части песчаников. Если в них присутствуют обломки пород, то последние уже характеризуют состав материнских пород, а при 
их отсутствии рассматриваются ассоциации минералов – как породообразующих, так и акцессорных. 
Обилие в тяжелой фракции апатита, циркона, рутила, роговых обманок, а в легкой – калиевых полевых шпатов и кварца свидетельствует о размыве гранитоидов. Ассоциация магнетита, титаномагнетита, сфена, основных плагиоклазов, амфиболов и пироксенов характерна для основных и ультраосновных пород. В то же время наличие 
основных плагиоклазов, амфиболов и пироксенов позволяет предполагать относительно 
недалекий перенос и аридный климат в пределах области питания, поскольку эти минералы легко истираются при механическом переносе и быстро разрушаются при выветривании в условиях гумидного климата. 
Развитие дистена, ставролита, силлиманита, гранатов, андалузита при значительном 
содержании в легкой фракции кварца с волнистым и мозаичным погасанием указывает на 
размыв метаморфических комплексов. Общая бедность минералами тяжелой фракции, 
наличие кремней, кварцитов говорит о развитии в области сноса осадочных пород. 
Цемент осадочных пород может дать указание на условия осадкообразования, если 
он формировался в седиментогенезе или в раннюю диагенетическую стадию. Обильный 
известковый цемент с остатками раковин указывает на теплый или жаркий климат. О засушливых условиях свидетельствует базальный гипсовый цемент. Присутствие в цементе 
гематита в порах или в виде «рубашек» вокруг обломочных зерен говорит о теплом (или 
жарком) и засушливом климате. Глауконитовый цемент, так же как и фосфатный, свидетельствует о морских условиях осадконакопления. 
Обильный глинистый цемент говорит о таких условиях накопления, при которых 
глинистый материал не отделялся от более крупных частиц. Это может иметь место в коллювии, пролювии, моренах, в отложениях суспензионных (мутьевых) течений. Каолинитовый цемент в сочетании с кварцевым составом обломочных зерен указывает на то, что 
размыву подвергались продукты коры выветривания. 
Туфогенный цемент свидетельствует об одновременной осадконакоплению вулканической деятельности. При этом нужно иметь в виду, что вулканический пепел может переноситься по воздуху очень далеко – на сотни километров от центров извержений. Иногда 
продукты вулканической деятельности превращаются в осадке в цеолиты и дают цеолитовый цемент [21]. 
Цвет осадочных пород имеет определенное генетическое значение. Окраска осадочной породы может быть вызвана присутствием в ней тонкорассеянного пигментирующего 

вещества или скоплением большого количества зерен интенсивно окрашенных минералов. 
Возможно сочетание двух этих факторов. 
Черный цвет зависит от присутствия органического вещества, как битуминозного, 
так и углистого. Наличие последнего указывает на влажный климат, обилие растительности. Черную окраску обломочным породам придают также скопления черных минералов 
(магнетита, ильменита, титаномагнетита), которые накапливались в пляжевых отложениях 
в результате естественного шлихования. 
Бурый цвет обусловлен присутствием гидроокислов железа, образующихся в прибрежно-морских или озерных пресноводных отложениях. В красноцветных толщах, как 
уже говорилось выше, окраска обусловлена присутствием гематита, указывающего на 
жаркий засушливый климат. 
Зеленый цвет обломочных пород обусловлен скоплениями зерен глауконита и хлорита, что указывает на морской генезис этих отложений. Бледно-зеленые (блеклые) тона 
придают породе закисные соединения железа, характерные для болотных условий. 

1.1.2. Генетическое значение структуры пород 

Структура осадочных пород – строение, определяемое размером, формой, ориентировкой частиц и степенью кристалличности вещества. 
Гранулометрический состав, характер окатанности, сортировки и изменения крупности зерен зависят от динамики среды отложения. Чем она активнее, тем более крупные обломки переносятся и откладываются. 
Основными гранулометрическими параметрами являются: содержание песчаной фракции Пфр, алевритовой – Афр, глинистой – Гфр; медианный диаметр зерен – Мd; коэффициент отсортированности обломочного материала – Sо. Увеличение в осадке песчаной фракции, медианного размера зерен и уменьшение глинистой фракции свидетельствует о 
повышении динамики среды седиментации, т. е. увеличении скоростей водных потоков, в то 
время как противоположные характеристики указывают на уменьшение энергетических 
уровней среды. Поэтому осадки и образованные из них породы вблизи берегов более грубозернистые, чем в центральных частях водоема. Грубозернистый состав отмечается также в 
полосе течений и в зоне более активного волнения на отдельных поднятиях в рельефе дна. 
По структуре обломочной части можно косвенно судить о рельефе областей питания. 
Чем он выше, тем более грубозернистый материал образуется и тем его больше. Вообще, 
наличие грубообломочных пород говорит о резкой расчлененности рельефа, а размер галек 
и валунов позволяет в ряде случаев оценить высоту разрушающихся гор [38]. 
Степень окатанности зерен прямо зависит от длительности переноса, поэтому изучение окатанности дает соответствующий дополнительный материал к выделению и характеристике отдельных фаций. 
Отсортированность отложений зависит от средств переноса и отложения (воздушный 
или водный) и характера ее движения. Эоловые образования отличаются обычно высокой 
степенью отсортированности. Осадки, отложенные при колебательных движениях водной 
среды, в связи с неоднократным взмучиванием и переотложением характеризуются значительно лучшей отсортированностью по сравнению с осадками, отложенными при поступательном движении воды. 
Однако только на основании структурных признаков нельзя однозначно решить вопрос о генезисе отложений. В общем случае на структурные признаки обломочного материала влияют: средства переноса (лед, вода, ветер); дальность переноса; скорость потока; 
нагруженность его обломочным материалом; размер и форма обломков, поступающих 
в пути переноса; механические свойства переносимого материала; скорость потери транспортирующей средой живой силы; длительность переработки осадка до его окончательно

го захоронения; форма переноса (во взвеси или волочением); степень разнозернистости 
исходного материала. 
Таким образом, структурные признаки с той или иной степенью достоверности определяют только динамику среды осаждения. Эта динамика может быть одинакова в разных 
фациях (пляжи моря и крупного пресноводного озера); в разных фациях могут быть одинаковые формы движения воды (реки и морские течения); в пределах одной группы фаций 
или даже одной фации могут быть движения разного типа или разной интенсивности 
(в русловых фациях характер движения воды и его интенсивность различны в стрежневой 
зоне и у берегов). В связи с этим структурные особенности отложений самостоятельно 
обычно не рассматриваются, но в комплексе с другими данными играют большую роль 
в фациальном анализе. 

1.1.3. Генетическое значение текстуры пород 

Под текстурой понимают взаимное расположение частиц, слагающих породу. 
Текстуры осадочных пород разнообразны и образуются в разные стадии формирования пород. 
К числу первичных текстур, возникающих на самых ранних стадиях образования 
осадочных пород, относятся все явления слоистости. Слоистость выражается в образовании отдельных слоев, которые достаточно четко обособляются друг от друга. Она обуславливается ритмичными колебаниями интенсивности тех или иных факторов седиментации, например пульсации скорости придонных вод, уменьшением или увеличением 
приноса обломочного материала. 
В результате мелкой пульсации возникают слойки. Чаще всего наблюдается чередование слойков двух типов, один из которых нередко характеризуется большей толщиной 
и является основным. 
Слоистость, наряду с гранулометрическим составом, часто является решающим признаком тех или иных условий осадкообразования, т. к. она дает представление о силе, направленности, постоянстве или изменчивости движения водной среды. 
По размерам слоев выделяют макрослоистость (метровые размеры), мезослоистость 
(сантиметровые) и микрослоистость (миллиметровые размеры и менее). 
По морфологическим признакам различают горизонтальную, косую и волнистую 
слоистость. 
Различные формы горизонтальной слоистости образуются в спокойных условиях 
в придонном слое и зависят от интенсивности поступления осадочного материала и его 
гранулометрического состава (рис. 1). При наличии небольшого волнения, которое лишь 
в сравнительно небольшой мере взмучивает и перерабатывает осадок, возникают пологоволнистые и линзовидные текстуры. 
 

 
Рис. 1. Горизонтальная слоистость 

Разновидностью горизонтальной слоистости является градационная, которая определяется чередованием слоев обломочного материала, при этом наблюдается уменьшение 
размера зерен снизу вверх в пределах слоя. Градационная слоистость образуется при периодической деятельности временных и мутьевых потоков, она может иметь масштаб 
от сантиметров или менее до нескольких метров. 
При однонаправленном движении (течение в реке, море) образуется косая слоистость 
(рис. 2), разнообразные формы которой по величине серий, характеру серийных швов, направленности слойков в сериях и по характеру слойка определяют особые условия осадкообразования [3, 4, 7, 15, 21, 24, 25, 28, 35, 38, 41]. 
 

 
Рис. 2. Косая слоистость 

Волнистая слоистость (рис. 3) характеризует волнения, т .е. разнонаправленные движения воды, которые в зависимости от силы и величины волн образуют разные формы 
слоистости, встречающиеся главным образом в прибрежно-морских, заливных, реже – 
в пойменных отложениях. 
 

 
Рис. 3. Волнистая слоистость 

Разновидностью волнистой слоистости является косоволнистая, обусловленная беспорядочным движением воды. Обычно это серии косых слоев с выпукло-вогнутыми поверхностями, срезающие друг друга под разными углами. Этот вид слоистости образуется 
чаще всего на мелководье, в заливах, лагунах, озерах, береговых валах рек. 
Наиболее характерными генетическими типами слоистости являются следующие. 
Русловая – серии однонаправленных косых слойков, располагающихся этажно друг 
над другом. Наклон слойков в одну сторону, углы наклона разные, в основном – средние 
(около 30°). Между отдельными сериями наклонных слойков могут быть следы размыва 
или горизонтальная слоистость. 
Потоковая – чередование серий косых и горизонтальных слоев. Косые серии имеют 
наклон в одну сторону, углы наклона крутые. 

Пойменная – чередование серий алевритовых слойков, пологоволнистых, косых, изогнутых, и глинистых – пологонаклонных или горизонтальных. 
Прибрежно-морская – чередование косых серий слоев с различными углами наклона 
в различные стороны. Углы наклона пологие и средние. 
Различные нарушения слоистости могут свидетельствовать о небольших подводных 
оползнях или о взмучивании еще не литифицированного осадка, либо могут оказаться следами деятельности донных животных. 
Деформационные текстуры образуются одновременно с осадконакоплением или непосредственно после него в результате гравитационного перемещения материала на палеосклонах. Для вязких, пропитанных водой глинистых осадков достаточно небольших наклонов дна, чтобы возникло оползание. Эти явления происходят на дне морей и озер. 
В результате перемещения материала осадочные текстуры оказываются деформированными, слоистость нарушена или уничтожена (рис. 4). 
 

 а 
 б 

Рис. 4. Деформационные текстуры:  
а – оползания; б – разрыва 

Неслоистые текстуры (отсутствие слоистости) также характеризуют разные условия 
осадкообразования. Например, наличие массивной текстуры песчаников говорит об однородных условиях, неменяющейся динамике среды. 
Комковатая текстура в глинистых породах объясняется проникновением в осадок 
многочисленных корней растений и интенсивной переработкой первичного субстрата [4]. 

1.1.4. Генетическое значение конкреций  
и других минеральных новообразований 

Конкреции – это стяжения минералов, образованные в результате осаждения из водного 
раствора внутри вмещающей породы и отличающиеся от нее по составу. Конкреции, являясь 
диагенетическими образованиями, дают указание не только на характер диагенетических 
процессов, но и на некоторые черты условий отложения осадков, в которых они заключены. 
Диагенез в осадках происходит в каждом конкретном случае по-своему, в зависимости от состава иловых вод, компонентов осадков, количества и характера органического 
вещества [24, 25, 38]. 
В глинистых осадках нормально морских бассейнов, содержащих органическое вещество, начальный этап диагенеза характеризуется щелочно-окислительными условиями 
среды, в которой осаждаются оксиды и гидроксиды железа и марганца. По мере погружения осадка в процессе разложения органического вещества и жизнедеятельности бактерий 
происходит поглощение свободного кислорода иловых вод. Израсходовав весь кислород, 
микроорганизмы начинают извлекать его из кислородсодержащих соединений, т. е. идет