Континентальные обстановки: эоловые и речные

Кратко о главном

Песчаные пустыни лежат там, где осадков выпадает намного меньше, чем может испариться: в поясах субтропических антициклонов, в дождевой тени гор, в глубине материков. Эрг — «песчаное море» из дюн и мегадюн (драа) с междюнными понижениями между ними.
Ветер хорошо сортирует и окатывает песок и уносит глину, поэтому эоловые песчаники — одни из лучших коллекторов. Самые проницаемые в них — слойки зерновых потоков подветренного склона, самые плотные — тонкие слойки эоловой ряби. Косая серия анизотропна: поперёк ветра, вдоль простирания слойков, проницаемость выше, чем по ветру, а по вертикали — ниже всего.
От дюн сохраняются лишь нижние части: при восхождении дюн с шагом $\lambda$ под углом $\zeta$ мощность серии равна $\lambda\tan\zeta$ . Ограничивающие поверхности серий, междюнные и речные прослои делят эоловую толщу на слабо сообщающиеся по вертикали части.
Реки различают по числу русел и извилистости. Разветвлённые — много подвижных русел и мало глины: широкие наложенные покровы. Меандрирующие — одно извилистое русло: пояса русловых отмелей среди пойменных глин. Анастомозирующие — устойчивые русла между заросшими островами: узкие мощные ленты.
В поясе меандрирования проницаемость падает вверх, а наклонные глинистые прослойки бокового наращивания и глинистые пробки стариц делят тело на части: вода идёт по низу русловых отмелей, нефть остаётся в их верхней части.
Ширину русла по глубине оценивают как $w = 6{,}8\,h^{1{,}54}$ , пояс меандрирования по двум опубликованным формулам примерно в 6–10 раз шире русла. Это оценки по современным рекам с разбросом в разы: их используют как варианты модели, а не как ответ.

Ключевые соотношения

t = \lambda\tan\zeta

мощность косой серии при восхождении дюн с шагом $\lambda$ под углом $\zeta$

k_x = \dfrac{k_\parallel k_\perp}{k_\parallel\sin^2\delta + k_\perp\cos^2\delta}

проницаемость косой серии по ветру при падении слойков $\delta$

w = 6{,}8\,h^{1{,}54}

ширина русла по глубине при бровочном уровне, м; меандрирующие реки с извилистостью больше 1,7

W_\text{п} = 7{,}44\,w^{1{,}01}

ширина пояса меандрирования по ширине русла, м

Где чаще всего ошибаются

Принимать мощность всего руслового песчаника за глубину одного русла: мощные речные песчаники сложены наложенными руслами.
Подставлять в формулы для меандрирующих рек мощность отложений разветвлённой реки или дельтового рукава.
Считать эоловую толщу однородной: ограничивающие поверхности серий и междюнные прослои резко снижают вертикальную проницаемость.
Отбирать образцы керна эолового песчаника в одном направлении и не знать, где был ветер: проницаемость по ветру и поперёк него различается в разы.
Считать ширину пояса, рассчитанную по формуле, известной точнее, чем в разы.

После урока вы сможете

описать пустыни, эрги и дюны, отличать отложения дюн от междюнных и объяснять, от чего зависит мощность косых серий эоловых песчаников;
объяснять, чем различаются слойки зерновых потоков, оседания зёрен и эоловой ряби, и рассчитывать проницаемость косой серии поперёк ветра, по ветру и по вертикали;
различать реки с разветвлённым, меандрирующим, анастомозирующим и прямолинейным руслом по форме русла, наносам и песчаным телам;
узнавать в отложениях меандрирующей реки русловые отмели с поверхностями бокового наращивания, глинистые пробки стариц, прирусловые валы, конусы прорыва и пойму и объяснять, как каждый элемент влияет на заводнение;
оценивать ширину русла и пояса русел по мощности руслового цикла опубликованными эмпирическими формулами с их пределами и вероятность того, что пояс дойдёт до соседней скважины.

Суша как обстановка осадконакопления

На суше осадок переносят ветер, реки и временные потоки, а накапливается он в пустынях, речных долинах и на равнинах, у подножий гор и в озёрах. Чтобы отложения сохранились, нужно место для них: земная кора должна прогибаться или подниматься базис, до которого реки могут размывать дно, — уровень озера или моря (пространство для осадков). Там, где места нет, ветер и реки лишь перегоняют осадок транзитом.

Общие черты континентальных отложений — отсутствие морской фауны, следы корней и растительный детрит во влажном климате, а в сухом — красная и бурая окраска, которую дают окислы железа, и соли, выпавшие при испарении воды. Окраска и соли подсказывают климат, но обстановку определяют по сочетанию фаций и их порядку (Фации, фациальные последовательности и литологические колонки). Климат же задаёт и сам набор обстановок: в сухом поясе — дюны, солончаки, временные потоки и конусы выноса, во влажном — полноводные реки, заболоченные поймы и угли.

Континентальные обстановки и их песчаные тела

Обстановка: Эрг (песчаная пустыня)
Кто переносит осадок: ветер
Песчаные тела: толщи косых серий в десятки и сотни метров, разделённые междюнными прослоями
Свойства коллектора: высокие пористость и проницаемость, анизотропия по слойкам

Обстановка: Река с разветвлённым руслом
Кто переносит осадок: паводки, много влекомых наносов
Песчаные тела: широкие наложенные покровы русел и отмелей
Свойства коллектора: хорошие; плоские глинистые прослои

Обстановка: Меандрирующая река
Кто переносит осадок: постоянный поток, много взвеси
Песчаные тела: пояса русловых отмелей среди пойменных глин
Свойства коллектора: лучше у подошвы, хуже вверх; наклонные прослои

Обстановка: Анастомозирующая река
Кто переносит осадок: спокойный поток между заросшими островами
Песчаные тела: узкие мощные ленты
Свойства коллектора: хорошие в лентах, связность низкая

Обстановка: Конус выноса
Кто переносит осадок: сели и плоскостные паводки
Песчаные тела: клинья галечников и песков у подножия гор
Свойства коллектора: плохая сортировка, свойства резко меняются

Обстановка	Кто переносит осадок	Песчаные тела	Свойства коллектора
Эрг (песчаная пустыня)	ветер	толщи косых серий в десятки и сотни метров, разделённые междюнными прослоями	высокие пористость и проницаемость, анизотропия по слойкам
Река с разветвлённым руслом	паводки, много влекомых наносов	широкие наложенные покровы русел и отмелей	хорошие; плоские глинистые прослои
Меандрирующая река	постоянный поток, много взвеси	пояса русловых отмелей среди пойменных глин	лучше у подошвы, хуже вверх; наклонные прослои
Анастомозирующая река	спокойный поток между заросшими островами	узкие мощные ленты	хорошие в лентах, связность низкая
Конус выноса	сели и плоскостные паводки	клинья галечников и песков у подножия гор	плохая сортировка, свойства резко меняются

Типичные черты для первого суждения. Озёрные дельты и пляжи устроены как морские (Прибрежные, мелководные и глубоководные обстановки), карбонатные обстановки разобраны отдельно (Карбонатные осадки, обстановки и пористость карбонатов).

Пустыни, эрги и дюны

Пустыня — область, где осадков выпадает намного меньше, чем могло бы испариться. Такие условия складываются в поясах субтропических антициклонов, где опускающийся воздух сух, в дождевой тени горных хребтов, в глубине материков вдали от океанов и на побережьях, омываемых холодными течениями. Песок покрывает лишь часть пустынь: остальное — каменистые и щебнистые равнины, сухие русла и солончаки. Крупные песчаные массивы называют эргами (erg, sand sea), отдельные песчаные поля без высоких дюн — песчаными покровами.

Ветер переносит песок в основном скачками (сальтацией): зерно подбрасывается, летит по пологой дуге и, ударяясь о поверхность, выбивает другие зёрна; более крупные зёрна перекатываются толчками. Пыль ветер поднимает высоко и уносит далеко за пределы эрга. Поэтому эоловый песок хорошо отсортирован — обычно это мелко- и среднезернистый песок, — зёрна хорошо окатаны частыми ударами, их поверхность часто матовая, а глины и чешуек слюды в нём почти нет (сортировка, окатанность).

Эоловая рябь (wind ripples): очень низкие вытянутые гряды высотой в сантиметры; движутся по любым склонам дюн и по междюнным понижениям (текстуры ветра).
Дюны (dunes): гряды с шагом от метров до нескольких сотен метров и высотой от десятков сантиметров до сотни метров.
Драа, или мегадюны (draa): гряды с шагом от сотен метров до нескольких километров и высотой от двадцати до сотен метров; их склоны покрыты дюнами меньшего порядка.

Форма дюн зависит от того, сколько песка и как постоянен ветер. Где песка мало, а ветер дует в одну сторону, растут барханы — серпы, рога которых вытянуты по ветру. При обилии песка они сливаются в поперечные дюны с гребнями поперёк ветра. Два попеременных ветра под углом друг к другу строят продольные (линейные) дюны, вытянутые вдоль их равнодействующей, а ветры многих направлений — звёздчатые дюны с несколькими гребнями от вершины.

Между дюнами и драа лежат междюнные (межбарханные) понижения (interdunes). В керне эоловой толщи их отложения — тонкие прослои среди косослоистых песков дюн, и для разработки главный вопрос — насколько эти прослои плотные. Ответ задаёт глубина грунтовых вод под дном понижения. Над глубокими водами понижение сухое: ветер выметает мелкий песок, оставляя отмостку из крупных зёрен, и гонит по дну рябь, — такой прослой по свойствам близок к дюнному песку. Когда к поверхности поднимается капиллярная кайма, понижение становится влажным: сырой песок ловит летящие зёрна, и вместо ряби растут неровные слойки и бугорки прилипания. Когда же вода выходит на поверхность, понижение обводняется: в лужах и озерках оседает ил, растрескивающийся при высыхании, выпадают соли, селятся растения и животные. Чем выше стояли грунтовые воды, тем плотнее и глинистее прослой и тем сильнее он разделяет песчаники по вертикали.

Слойки дюн, косые серии и ограничивающие поверхности

Дюна растёт и движется так же, как подводная гряда (формы донного рельефа): ветер гонит песок вверх по пологому наветренному склону, а за гребнем песок оседает на крутой подветренный склон. Но на подветренном склоне дюны работают три разных процесса, и каждый оставляет свои слойки.

Слойки эоловой дюны

Тип слойков: Зерновых потоков (grain-flow)
Как возникают: лавины песка, сползающие, когда склон круче угла откоса
Где на дюне: середина подветренного склона
Строение и свойства: языки до нескольких сантиметров, крупнее и рыхлее: лучший коллектор

Тип слойков: Оседания зёрен (grain-fall)
Как возникают: зёрна, перелетевшие гребень, оседают из воздуха
Где на дюне: верх подветренного склона
Строение и свойства: тонкие слойки, облекающие склон

Тип слойков: Эоловой ряби (wind-ripple)
Как возникают: рябь бежит по склону и наращивает дно
Где на дюне: наветренный склон, подножие, междюнные понижения
Строение и свойства: миллиметровые слойки, мелкое внизу и крупное вверху; плотные

Тип слойков	Как возникают	Где на дюне	Строение и свойства
Зерновых потоков (grain-flow)	лавины песка, сползающие, когда склон круче угла откоса	середина подветренного склона	языки до нескольких сантиметров, крупнее и рыхлее: лучший коллектор
Оседания зёрен (grain-fall)	зёрна, перелетевшие гребень, оседают из воздуха	верх подветренного склона	тонкие слойки, облекающие склон
Эоловой ряби (wind-ripple)	рябь бежит по склону и наращивает дно	наветренный склон, подножие, междюнные понижения	миллиметровые слойки, мелкое внизу и крупное вверху; плотные

Доля каждого типа зависит от размера дюны и ветра: у крупных дюн с высоким подветренным склоном больше слойков зерновых потоков.

Наклон слойков зерновых потоков близок к углу естественного откоса сухого песка — около 30–34°, поэтому эоловые косые слойки круче многих подводных. Пачку слойков одной дюны — косую серию — сверху и снизу срезают ограничивающие поверхности (bounding surfaces). Их делят по масштабу: поверхности возобновления внутри серии — след перемены ветра, когда склон частично размывался и снова наращивался; поверхности наложения — следы мелких дюн, бегущих по склону драа; междюнные поверхности — пути междюнных понижений, по которым каждая следующая дюна срезает предыдущую. Если накопление в эрге надолго прекращается, ветер выдувает песок до уровня грунтовых вод, и возникает выровненная поверхность перерыва, прослеживаемая на большой площади.

Чтобы песок дюн остался в разрезе, дно эрга должно наращиваться: дюны тогда не только бегут, но и поднимаются — восходят (climb) под малым углом $\zeta$ . Как и у ряби восхождения, $\tan\zeta$ — отношение скорости наращивания дна к скорости движения дюн (угол восхождения). Наращивание обычно много медленнее движения, поэтому угол мал и меньше наклона наветренного склона: наветренный склон каждой дюны размывается, и от неё сохраняется только нижняя часть подветренных слойков. Пути междюнных понижений — параллельные линии, поднимающиеся по ветру под углом $\zeta$ ; соседние пути сдвинуты на шаг дюн $\lambda$ , поэтому по вертикали между ними $\lambda\tan\zeta$ .

Мощность косой серии при восхождении дюн

t = \lambda\tan\zeta,\qquad \tan\zeta = \frac{V_{agg}}{V_{mig}}

где:

$t$ мощность одной косой серии, измеренная по вертикали, м
$\lambda$ шаг дюн — расстояние между соседними гребнями (или понижениями), м
$\zeta$ угол восхождения — наклон пути междюнного понижения к горизонтали, °
$V_{agg},\ V_{mig}$ скорость наращивания дна и скорость движения дюн, м/год

Единицы: любые одинаковые единицы длины

Справедливо, если

двумерные дюны одинакового размера и шага, которые движутся и восходят с постоянными скоростями;
угол восхождения меньше наклона наветренного склона (наветренный склон размывается); если больше — сохраняются и наветренные слойки, а серии переходят одна в другую;
мощность по нормали к ограничивающим поверхностям равна $\lambda\sin\zeta$ — при малых углах это то же самое;
в эргах с высоким стоянием грунтовых вод песок сохраняется и без восхождения: дюны срезаются ветром до влажного слоя, и мощность серий задаёт подъём грунтовых вод.

Мощность серий определяется не только размером дюн, но и тем, насколько быстро наращивалось дно. Маленький угол — тонкие серии от больших дюн; серии, равные высоте дюн, означают очень быстрое накопление.

Расчётный примерСколько остаётся от дюн

Исходные данные (условные)

Дюны: поперечные, шаг $\lambda$ = 300 м, высота 15 м
Угол восхождения: два варианта: 0,4° и 1,5°
Мощность эоловой толщи: 60 м

Решение

При $\zeta = 0{,}4°$ : $t = 300\cdot\tan 0{,}4° = 300\cdot 0{,}006981 = 2{,}09$ м, то есть $2{,}09/15 = 0{,}14$ высоты дюны.
Пока дно поднимается на 1 м, дюна проходит $1/0{,}006981 = 143$ м.
При $\zeta = 1{,}5°$ : $t = 300\cdot 0{,}026186 = 7{,}86$ м, то есть $7{,}86/15 = 0{,}52$ высоты; дюна проходит $1/0{,}026186 = 38$ м на метр наращивания.
Число серий в 60 м толщи: $60/2{,}09 \approx 28{,}7$ при 0,4° и $60/7{,}86 \approx 7{,}6$ при 1,5°.
Серия сравнялась бы с высотой дюны при $\tan\zeta = 15/300$ , то есть при $\zeta = 2{,}9°$ , — это уже почти наклон её наветренного склона, при котором начинают сохраняться и наветренные слойки.

Ответ: При угле восхождения 0,4° серии имеют мощность около 2,09 м — лишь 0,14 высоты дюн, и в 60 м толщи их около 29; при 1,5° — 7,86 м и около 8 серий.

Что это значит. Одни и те же дюны оставляют серии, различающиеся по мощности почти вчетверо, — решает скорость наращивания дна. Поэтому по мощности серий нельзя прямо судить о высоте дюн; зато толстые серии говорят либо о крупных дюнах, либо о быстром накоплении. Для разработки важно другое: каждая серия ограничена поверхностью, выстланной плотными слойками ряби, и чем тоньше серии, тем больше таких поверхностей приходится на метр разреза и тем ниже вертикальная проницаемость (следующий раздел). Данные примера условные.

РасчётДюны примера, восходящие под углом 1,5°: под действующими дюнами лежат косые серии, ограниченные путями междюнных понижений; каждая серия — нижняя часть подветренных слойков одной дюны. Вертикальный масштаб увеличен в 8 раз.

Почему серии в метры почти всегда эоловые

Высота подводных дюн обычно от шестой до десятой части глубины потока, а мощность серий в среднем примерно втрое меньше высоты дюн (глубина палеореки по сериям). Серии мощностью 3 м означали бы реку глубиной 50–90 м — такие реки редки. Ветер же строит дюны высотой в десятки метров, и серии в метры и десятки метров для эрга обычны. Но мощность — лишь подсказка: вывод подтверждают окатанностью и сортировкой зёрен, слойками зерновых потоков и ряби с обратной градацией, отсутствием морской фауны.

Эоловые песчаники как коллекторы

Хорошо отсортированный чистый песок даёт высокие начальные пористость и проницаемость, и на графике «пористость — проницаемость» эоловые песчаники обычно лежат выше речных той же толщи (отложение и погружение). Портят их ранний цемент сухого климата — карбонатный, гипсовый и ангидритовый, — и аутигенные глинистые минералы, особенно волокнистый иллит, перекрывающий поровые каналы (глинистые минералы). Неоднородность эоловой толщи складывается на трёх масштабах.

Слойки. Слойки зерновых потоков проницаемее тонких слойков ряби в разы. В песчаниках формации Тенслип (пенсильваний — пермь) на одном из месторождений Вайоминга (США), по опубликованным замерам, средняя пористость и горизонтальная проницаемость песчаников зерновых потоков — 24,4 % и 1580 мД, а песчаников эоловой ряби — 18,3 % и 293 мД.
Серии. Нижние ограничивающие поверхности серий выстланы слойками ряби и плотнее основной части серии; чем тоньше серии, тем их больше на метр разреза (предыдущий пример).
Толща. Междюнные, солончаковые и речные прослои действуют как перегородки и барьеры по вертикали (перегородки). В эоловом песчанике Наггет (юго-запад Вайоминга, США) проницаемость междюнных отложений, по опубликованным данным, на четыре-пять порядков ниже дюнных.

Проницаемость самой косой серии зависит от направления. Слойки поперечной дюны простираются поперёк ветра и падают по ветру под углом $\delta$ . Поток поперёк ветра идёт вдоль слойков, и для него работает среднее арифметическое по толщинам слойков $k_\parallel$ , поток поперёк слойков — гармоническое $k_\perp$ (осреднение по слоям). Потоку по ветру приходится то идти вдоль слойков, то пересекать их; если в среднем он горизонтален — серию сверху и снизу ограничивают менее проницаемые поверхности, — эквивалентная проницаемость получается такой:

Проницаемость косой серии по ветру, поперёк ветра и по вертикали

k_x = \frac{k_\parallel k_\perp}{k_\parallel\sin^2\delta + k_\perp\cos^2\delta},\qquad k_y = k_\parallel,\qquad k_z = \frac{k_\parallel k_\perp}{k_\parallel\cos^2\delta + k_\perp\sin^2\delta}

где:

$k_x$ горизонтальная проницаемость по ветру — по направлению падения слойков, мД
$k_y$ горизонтальная проницаемость поперёк ветра — вдоль простирания слойков, мД
$k_z$ вертикальная проницаемость, мД
$k_\parallel,\ k_\perp$ проницаемость пачки слойков вдоль слойков (среднее арифметическое) и поперёк них (гармоническое), мД
$\delta$ угол падения слойков, °

Единицы: любые одинаковые единицы проницаемости

Справедливо, если

слойки плоские и параллельные, каждый однороден; серия много длиннее расстояния, на котором слоек проходит её от подошвы до кровли;
$k_x$ — для потока, который в среднем горизонтален (нет общего перетока по вертикали); если вертикальный переток свободен, вместо $k_x$ работает $k_\parallel\cos^2\delta + k_\perp\sin^2\delta$ — это верхняя граница;
$k_z$ — для потока, который в среднем вертикален; вывод — в дополнительном разделе.

При $\delta = 0$ все три формулы дают обычное осреднение горизонтальных слоёв, при $\delta = 90°$ по ветру работает гармоническое среднее. Чем круче слойки и чем сильнее различаются их проницаемости, тем больше проницаемость поперёк ветра превышает проницаемость по ветру.

Расчётный примерПроницаемость косой серии по ветру, поперёк ветра и по вертикали

Исходные данные (условные)

Слойки зерновых потоков: доля 0,6, 1500 мД
Слойки ряби и оседания зёрен: доля 0,4, 60 мД
Падение слойков $\delta$: 28°
Серия и её подошва: серия 2,7 м; подошву выстилает слой ряби 0,3 м с проницаемостью 30 мД

Решение

Вдоль слойков: $k_\parallel = 0{,}6\cdot1500 + 0{,}4\cdot60 = 924$ мД; поперёк: $k_\perp = 1/(0{,}6/1500 + 0{,}4/60) = 141{,}5$ мД.
$\sin^2 28° = 0{,}2204$ , $\cos^2 28° = 0{,}7796$ .
По ветру: $k_x = \dfrac{924\cdot141{,}5}{203{,}65 + 110{,}31} = \dfrac{130\,746}{313{,}96} = 416$ мД, где $203{,}65 = 924\cdot0{,}2204$ , $110{,}31 = 141{,}5\cdot0{,}7796$ .
Поперёк ветра: $k_y = k_\parallel = 924$ мД; по вертикали: $k_z = 130\,746/(720{,}35 + 31{,}19) = 174$ мД, где $720{,}35 = 924\cdot0{,}7796$ , $31{,}19 = 141{,}5\cdot0{,}2204$ .
Анизотропия серии: $k_y/k_x = 924/416 = 2{,}22$ , $k_z/k_y = 174/924 = 0{,}19$ .
Вместе с выстилкой подошвы (3,0 м): поперёк ветра $(2{,}7\cdot924 + 0{,}3\cdot30)/3{,}0 = 835$ мД; по ветру $(2{,}7\cdot416 + 0{,}3\cdot30)/3{,}0 = 377$ мД; по вертикали $3{,}0/(2{,}7/174 + 0{,}3/30) = 118$ мД.

Ответ: Серия пропускает поперёк ветра 924 мД, по ветру — 416 мД, по вертикали — 174 мД; с плотной выстилкой подошвы — 835, 377 и 118 мД.

Что это значит. Только за счёт наклона слойков горизонтальная проницаемость поперёк ветра в 2,22 раза выше, чем по ветру. Выстилка толщиной в десятую часть серии снижает горизонтальные значения лишь на десятую часть, а вертикальную проницаемость — ещё примерно на треть — она работает последовательно со всей серией. По опубликованным данным, в большинстве эоловых коллекторов отношение горизонтальных проницаемостей в двух направлениях — вдоль ветра и поперёк — от 4 : 1 до 25 : 1, местами до 200 : 1: контрасты слойков в природе бывают сильнее, чем в примере, а серии изогнуты. Поэтому образцы керна берут в двух горизонтальных направлениях — вдоль и поперёк ветра, — а направление ветра восстанавливают по азимутам падения слойков на имиджах (палеотечения). Данные примера условные.

РасчётПроницаемость косой серии из примера в зависимости от угла падения слойков: поперёк ветра она не зависит от угла, по ветру падает с ним, а по вертикали немного растёт; точки — угол 28° из примера.

Для разработки из этого следуют три правила. Первое: ряды нагнетательных и добывающих скважин и горизонтальные стволы ориентируют с учётом ветра, восстановленного по слойкам, — так же, как в речных толщах учитывают палеотечения. Второе: приток к горизонтальному стволу идёт в плоскости, перпендикулярной стволу, поэтому ствол, проведённый по ветру, собирает нефть из более проницаемого направления поперёк ветра (Горизонтальные скважины); по опубликованному описанию одного из эоловых месторождений Северного моря, горизонтальный ствол там и планировали по направлению падения слойков, чтобы соединить больше слойков зерновых потоков. Третье: плотные выстилки серий и междюнные прослои сдерживают конусы воды и газа, но и отрезают части пласта от закачки (анизотропия пачки).

Где встречаются эоловые коллекторы

Эоловые коллекторы особенно часты в отложениях раннего палеозоя и от перми до ранней юры. Классический пример — пермские песчаники ротлигенд южной части Северного моря, вмещающие крупные газовые месторождения: коэффициент извлечения газа одного из них, Леман, в начале 2000-х гг. оценивали в 91 %. Мощные эоловые толщи есть и в юрских отложениях запада США. В континентальных юрских толщах Южного Мангышлака и Южно-Тургайского бассейна коллекторами служат речные и озёрно-дельтовые песчаники (следующие разделы и урок Прибрежные, мелководные и глубоководные обстановки).

Типы рек: число русел и извилистость

Реку описывают двумя признаками: сколько у неё одновременно действующих русел и насколько извилисто каждое из них. Извилистость (sinuosity) — отношение длины русла к длине долины на том же участке.

Коэффициент извилистости русла

P = \frac{L_\text{р}}{L_\text{д}}

где:

$P$ коэффициент извилистости, —
$L_\text{р}$ длина русла по его оси (по линии наибольших глубин) на участке, м, км
$L_\text{д}$ длина того же участка по оси долины, м, км

Единицы: любые одинаковые единицы длины

Справедливо, если

участок длиной в несколько излучин; на одной излучине значение случайно;
у многорукавной реки извилистость считают по главному руслу или отдельно по каждому.

Прямое русло имеет $P = 1$ . Одноканальные реки с $P$ от 1,5 и больше обычно называют меандрирующими; у резко извилистых рек $P$ доходит до 2–3.

РасчётТри русла одной и той же длины долины с разной извилистостью. Модель: угол между руслом и осью долины меняется по синусу пройденного пути — так хорошо описывается форма излучин.

Типы рек

Тип: С разветвлённым руслом (braided)
Русла: много мелких подвижных русел, извилистость низкая
Наносы и берега: много влекомых наносов, круче уклон, размываемые берега
Песчаные тела: широкие наложенные покровы, глины мало

Тип: Меандрирующая (meandering)
Русла: одно, извилистость 1,5 и больше
Наносы и берега: много взвеси, глинистые заросшие берега
Песчаные тела: пояса русловых отмелей среди пойменных глин

Тип: Анастомозирующая (anastomosing)
Русла: несколько устойчивых, между ними заросшие острова
Наносы и берега: малый уклон, растущее дно, связные берега
Песчаные тела: узкие мощные ленты в глинах и торфе

Тип: Прямолинейная (straight)
Русла: одно, почти прямое
Наносы и берега: встречается редко и на коротких участках
Песчаные тела: одиночные ленты заполнения русла

Тип	Русла	Наносы и берега	Песчаные тела
С разветвлённым руслом (braided)	много мелких подвижных русел, извилистость низкая	много влекомых наносов, круче уклон, размываемые берега	широкие наложенные покровы, глины мало
Меандрирующая (meandering)	одно, извилистость 1,5 и больше	много взвеси, глинистые заросшие берега	пояса русловых отмелей среди пойменных глин
Анастомозирующая (anastomosing)	несколько устойчивых, между ними заросшие острова	малый уклон, растущее дно, связные берега	узкие мощные ленты в глинах и торфе
Прямолинейная (straight)	одно, почти прямое	встречается редко и на коротких участках	одиночные ленты заполнения русла

Типы — части непрерывного ряда: одна река вниз по течению может перейти из разветвлённой в меандрирующую, а в паводок и межень вести себя по-разному.

Отложения рек с разветвлённым руслом скважина вскрывает как мощную, почти сплошную толщу песков и гравелитов, в которой лишь изредка встречаются тонкие плоские прослои глин; на каротаже это цилиндр с зубцами на прослоях (формы кривой ГК). Такое строение — следствие режима реки. Её расход то падает до маловодья, то резко растёт в паводок; песка и гравия она несёт много, уклон у неё больше, чем у меандрирующей реки, а берега сложены тем же рыхлым материалом. Каждый паводок перекладывает мелкие широкие русла, отмели между ними нарастают вниз по течению и в стороны, и за годы через одну точку дна проходят десятки русел, срезая отложения друг друга. Тело получается многоярусным (multistorey) — русла лежат друг на друге — и многорядным (multilateral) — русла лежат бок о бок; его размеры задаёт полоса, в которой блуждали русла, а не одно русло. Глина успевает осесть лишь в межень, в брошенных руслах, и остаётся тонкими плоскими прослоями.

У анастомозирующих рек берега скреплены глиной, торфом и корнями, уклон мал, а дно долины быстро наращивается. Размывать берега реке трудно, и она не блуждает, а делит долину на несколько устойчивых русел между заросшими островами; каждое русло растёт вверх вместе с долиной. В разрезе это узкие ленты песка — отношение ширины к мощности обычно меньше 15, — окружённые глинами поймы и торфом. Связность таких лент низкая: даже при заметной доле песка в разрезе соседние скважины часто вскрывают разные тела.

Там, где горный поток выходит из ущелья на равнину — особенно вдоль активных разломов у подножия хребтов, — он теряет уклон и стеснённость и сбрасывает обломки веером: растёт конус выноса (alluvial fan). Его строят селевые потоки, оставляющие плохо отсортированную массу обломков в глине, и плоскостные паводки, растекающиеся широким слоем (гравитационные потоки). Свойства такого коллектора меняются на расстояниях в метры: промытые галечники и пески паводковых русел соседствуют с глинистыми отложениями селей, а размер обломков быстро убывает от вершины к краю конуса. Поэтому песчаные тела конусов выноса коррелируют осторожно, а их запасы оценивают с большим разбросом.

Пример: юра Южного Мангышлака

По опубликованным геологическим описаниям (данные на 2001 г.), нижне- и среднеюрская продуктивная толща Южного Мангышлака, где находятся Узень и Жетыбай, до байосского яруса включительно сложена угленосными континентальными обломочными породами, а выше, в батском ярусе, чаще встречаются морские прослои. Лучшие коллекторские свойства — у русловых песчаников рек с разветвлённым руслом, которые есть в ряде продуктивных пластов. Литология юрских толщ, накопившихся в речных и прибрежных обстановках, резко меняется по латерали, поэтому потенциал стратиграфических ловушек считался, вероятно, высоким; к тому времени в среднеюрском речном русловом песчанике была известна лишь одна небольшая залежь — на месторождении Бурмаша, а поисков, нацеленных именно на такие ловушки, не вели.

Меандрирующие реки: русловые отмели, старицы и пойма

В излучине вода у поверхности прижимается к внешнему берегу, а у дна течёт к внутреннему — поток закручивается винтом. Внешний (вогнутый) берег размывается, а у внутреннего растёт русловая отмель (point bar). Излучина смещается в сторону вогнутого берега, а отмель наращивается вбок за ней — это боковое наращивание (lateral accretion). Каждое прежнее положение склона отмели сохраняется в виде пологой наклонной поверхности, падающей к руслу. Где паводки чередуются с меженью, на этих поверхностях оседают глинистые прослойки, и отложения отмели состоят из наклонных песчаных пакетов, разделённых глинистыми плёнками, — наклонной гетеролитной слоистости (inclined heterolithic stratification, IHS).

Снизу вверх отложения отмели мельчают: в основании русла лежит отмостка из гальки и обломков размытых глин, выше — пески с крупной, затем с мелкой косой слоистостью, наверху — алевриты и глины поймы (утонение вверх в русле). Мощность полной последовательности близка к глубине русла.

Старица и глинистая пробка (oxbow lake, clay plug): в паводок река прорывает узкую шейку излучины или срезает отмель по ложбине; брошенная петля становится озером-старицей и заполняется глиной. Глинистая пробка шириной в десятки и сотни метров рассекает пояс песков сверху донизу.
Прирусловые валы (levees): в паводок вода, выходя из русла, сразу теряет скорость и сбрасывает песок и алеврит у берега; так растут валы, полого спускающиеся к пойме. Их отложения — тонкое переслаивание, плохой коллектор.
Конусы прорыва (crevasse splays): прорвав вал, поток растекается по пойме языком песка толщиной обычно от десятков сантиметров до пары метров и шириной от десятков до сотен метров, мельчающим от прорыва.
Пойма (floodplain): глины и алевриты, оседающие из паводковой воды, с корнями растений, почвами, во влажном климате — с прослоями углей.
Авульсия (avulsion): резкое перемещение реки: прорвав вал, она уходит на более низкую часть поймы и строит новый пояс, а старый оказывается погребённым в глинах.

Песчаным телом меандрирующей реки служит не русло, а пояс меандрирования — полоса, по которой река блуждала, пока не ушла после авульсии: русловые отмели разных лет, разделённые глинистыми пробками стариц. Пояса лежат в пойменных глинах; как часто они соприкасаются, решают доля поясов в разрезе и частота авульсий (связность и перколяция).

СхемаРазрез поперёк пояса меандрирования (схема, вертикальный масштаб сильно увеличен): русловые отмели с наклонными глинистыми прослойками бокового наращивания, глинистая пробка старицы, прирусловой вал и конус прорыва среди пойменных глин. Стрелки — путь закачанной воды по низу отмелей; верхняя часть отмелей остаётся непромытой.

Проницаемость падает вверх: самые крупные и проницаемые пески лежат у подошвы отмели. Вода тяжелее нефти, и при заводнении она идёт по низу пояса и рано прорывается к добывающим скважинам (последовательность и поведение пласта, сила тяжести при заводнении).
Наклонные глинистые прослойки бокового наращивания мешают воде подняться в верхнюю часть отмели: там остаётся нефть.
Глинистые пробки стариц отделяют соседние отмели; скважины по разные стороны пробки могут не сообщаться.
Валы и конусы прорыва — тонкие плохие пески, которые слабо связывают пояс с соседними телами.

Пример: Кумколь, Южно-Тургайский бассейн

Южно-Тургайский бассейн возник как континентальный рифт в юрском периоде; юрские отложения, связанные с рифтом, в основном озёрные, отчасти аллювиальные. На месторождении Кумколь продуктивны нижнемеловые горизонты М-I — отложения меандрирующей реки — и М-II — отложения реки с разветвлённым руслом (оба в арыскумском горизонте неокома), а также верхнеюрские горизонты кумкольской свиты — отложения фронта дельты. Русловые отмели горизонта М-I имеют мощность 6–7 м; внутри них лежат глинистые прослойки бокового наращивания толщиной 0,2–0,6 м, по расчётной оценке падающие под 5–6°, а брошенные русла отделяют отмели разного времени друг от друга. Средняя проницаемость отмелей — 746 мД, пойменных песков — 319 мД. По интерпретации обводнения в 367 скважинах и гидродинамическому моделированию (состояние на начало 2010-х гг.) подошва отмелей сильно промыта, а их верх и бо́льшая часть пойменных песков промыты слабо или не промыты вовсе: такие интервалы составляют 40 % толщины отмелей. Остаточная нефть в верхней части отмелей считается главным объектом доработки. На соседнем месторождении Южный Кумколь (состояние на середину 2010-х гг.) песчаники рек с разветвлённым руслом образуют протяжённое связное тело с горизонтальными глинистыми прослоями: заводнение охватывает его равномерно, а остаточную нефть задерживают сами прослои; в песчаниках меандрирующих рек вода проходит по средней и нижней частям отмелей.

Размеры русел и поясов русел

Мощность русловых тел видна в скважинах, а их ширину скважинами почти не измерить. Её берут из сейсмики, если тела достаточно мощные, из обнажений-аналогов и из связей между размерами, найденных на современных реках. Для первой оценки полезны обобщения размеров древних русловых тел по многим бассейнам: по отношению ширины к мощности (W/T) тела делят на ленты — узкие (W/T меньше 5) и широкие (5–15) — и покровы: узкие (15–100), широкие (100–1000) и очень широкие (больше 1000).

Размеры русловых песчаных тел по опубликованной сводке древних отложений

Тела: Меандрирующих рек
Мощность: 1–38 м, чаще 4–20 м
Ширина: 30 м — 15 км, чаще 0,3–3 км
W/T: 7–940, чаще 30–250

Тела: Разветвлённых и слабоизвилистых рек
Мощность: 1–1200 м (сложные пачки), чаще 5–60 м
Ширина: от 50 м до 1300 км и больше, чаще 0,5–10 км
W/T: от 15 до 15 000 и больше, чаще 50–1000

Тела: Заполнения врезанных долин
Мощность: 2–210 м, чаще до 60 м
Ширина: 0,1–105 км, чаще 0,2–25 км
W/T: 4,6–3640, чаще 10–1000

Тела	Мощность	Ширина	W/T
Меандрирующих рек	1–38 м, чаще 4–20 м	30 м — 15 км, чаще 0,3–3 км	7–940, чаще 30–250
Разветвлённых и слабоизвилистых рек	1–1200 м (сложные пачки), чаще 5–60 м	от 50 м до 1300 км и больше, чаще 0,5–10 км	от 15 до 15 000 и больше, чаще 50–1000
Заполнения врезанных долин	2–210 м, чаще до 60 м	0,1–105 км, чаще 0,2–25 км	4,6–3640, чаще 10–1000

Сводка более 1500 русловых тел и заполнений долин из древних и четвертичных отложений; размеры относятся к песчаным телам, а не к отдельным руслам. Мощные «тела» разветвлённых рек — это пачки многих наложенных русел; врезанные долины выработаны реками при падении базиса и заполнены не только речными осадками (Прибрежные, мелководные и глубоководные обстановки).

Если в керне виден полный цикл одного русла — от эрозионной подошвы с галькой до пойменных глин, — его мощность близка к глубине русла при бровочном уровне (bankfull depth), когда вода наполняет русло до бровок. Для современных меандрирующих рек известна связь ширины русла с этой глубиной, а ширины пояса меандрирования — с шириной русла.

Ширина русла меандрирующей реки по глубине

w = 6{,}8\,h^{1{,}54}

где:

$w$ ширина русла при бровочном уровне, м
$h$ глубина русла при бровочном уровне; в древнем разрезе — мощность полного руслового цикла, м

Единицы: только метры: формула эмпирическая, с размерным коэффициентом

Справедливо, если

получена по современным меандрирующим рекам с извилистостью больше 1,7; к разветвлённым рекам и дельтовым рукавам не применяется;
отношение ширины к глубине растёт с размером реки, поэтому эмпирические формулы, связывающие его с другими свойствами русла, надёжнее для небольших рек;
мощность цикла меньше глубины русла, если верх срезан следующим руслом или если осадок уплотнился, и тогда ширина занижается; мощность всей пачки наложенных русел глубину завышает.

Ширина растёт быстрее глубины: вдвое более глубокое русло примерно в $2^{1{,}54} \approx 2{,}9$ раза шире. Формулу используют как оценку пределов, а не точное значение.

Ширина пояса меандрирования по ширине русла

W_\text{п} = 7{,}44\,w^{1{,}01}\qquad\text{или}\qquad W_\text{п} = 4{,}3\,w^{1{,}12}

где:

$W_\text{п}$ ширина пояса меандрирования — полосы между внешними краями излучин, м
$w$ ширина русла при бровочном уровне, м

Единицы: только метры

Справедливо, если

обе формулы получены по опубликованным данным о современных реках; вторая — по почти двумстам участкам рек разных стран для русел шириной от 1,5 м до 4 км;
ширина пояса современной реки — это размах её излучин сейчас; древний пояс, по которому река блуждала долго, может быть шире, а вниз по течению пояса сужаются;
две формулы — два варианта оценки; их расхождение напоминает о точности, а не требует выбрать «правильную».

Пояс в несколько раз шире русла: для рек шириной от десятков метров до километра — примерно в 6–10 раз. Именно ширина пояса, а не русла задаёт ширину песчаного тела меандрирующей реки.

Расчётный примерШирина русла и пояса по керну и что из неё следует для соседней скважины

Исходные данные (условные)

Нижний русловый цикл: 4,6 м (керн из урока о фациях: от подошвы русел на 2427,2 м до эрозионной поверхности на 2422,6 м, которой верх цикла срезало верхнее русло)
Глубина реки по мощности косых серий: 2,8–4,6 м (оценка того же урока)
Тип реки: меандрирующая с извилистостью больше 1,7 — допущение примера: наклонные поверхности бокового наращивания в керне и на имиджах
Соседняя скважина: 400 м поперёк оси пояса

Решение

Глубина русла по мощности цикла: $h = 4{,}6$ м; нижняя оценка по сериям — 2,8 м.
Ширина русла: $w = 6{,}8\cdot 4{,}6^{1{,}54} = 6{,}8\cdot 10{,}487 = 71{,}3$ м; при $h = 2{,}8$ м — $6{,}8\cdot 2{,}8^{1{,}54} = 33{,}2$ м.
Ширина пояса: $7{,}44\cdot 71{,}3^{1{,}01} = 554$ м или $4{,}3\cdot 71{,}3^{1{,}12} = 512$ м — в 7,8 и 7,2 раза шире русла; при $h = 2{,}8$ м — 256 и 217 м.
Отношение ширины пояса к мощности: $554/4{,}6 = 120$ — широкий покров по классификации, обычное значение для меандрирующих рек.
Вероятность, что пояс, вскрытый одной скважиной, вскроет и соседняя в 400 м поперёк его оси (формула урока о корреляции): $1 - 400/554 = 0{,}28$ , по второй формуле $1 - 400/512 = 0{,}22$ ; при узком поясе в 256 м — ноль. Для скважины в 200 м: $1 - 200/554 = 0{,}64$ .

Ответ: Русло шириной около 71,3 м, пояс — около 512–554 м (при меньшей оценке глубины — 217–256 м). Соседняя скважина в 400 м попадёт в тот же пояс лишь с вероятностью 0,22–0,28, а при узком варианте не попадёт.

Что это значит. Разница в оценке глубины в 1,6 раза даёт двукратный разброс ширины пояса — он больше, чем различие двух формул. Срезанный верх цикла и уплотнение осадка уменьшают мощность, так что ширина скорее ближе к большей оценке. В модели закладывают несколько вариантов ширины и проверяют их сейсмическими атрибутами, давлениями и откликом скважин на закачку. Вывод для разработки не зависит от варианта: при сетке 400 м такие пояса не коррелируются детерминированно, это «мозаика» или «лабиринт» (типы строения); а вскрыть несколько поясов одной скважиной помогают горизонтальные стволы, проведённые поперёк их вытянутости. Данные примера условные.

Тем же способом в середине 2010-х гг. оценили размеры тел нижнемелового горизонта М-I месторождения Кумколь: по мощности русловых отмелей 6–7 м ширину русла получили в 100–140 м, а ширину пояса меандрирования — в 800–1100 м по первой из двух формул для пояса. Проверим: $6{,}8\cdot 6^{1{,}54} \approx 107$ м и $6{,}8\cdot 7^{1{,}54} \approx 136$ м, пояс $7{,}44\cdot 107^{1{,}01} \approx 834$ м и $7{,}44\cdot 136^{1{,}01} \approx 1063$ м. При обычных расстояниях между скважинами в несколько сотен метров такие пояса тоже вскрываются выборочно.

РасчётШирина русла и пояса меандрирования в зависимости от глубины русла по двум формулам для пояса (логарифмические шкалы); точки — пример при глубине 4,6 м.

Речные коллекторы при разработке

Тип реки определяет почти всё, что важно для разработки: долю коллектора в разрезе, размеры и форму тел, их связность, распределение проницаемости по толщине и то, какие прослои мешают воде. Обстановку узнают по керну и последовательности фаций, а между скважинами — по форме кривых каротажа и по сейсмике, всегда сверяя одно с другим (формы кривой ГК).

Континентальные коллекторы при разработке

Тело: Эоловая толща
Кривая ГК: цилиндр, низкие показания
Доля коллектора и связность: высокая, тела выдержанные
Главная неоднородность: слойки и выстилки серий, междюнные прослои

Тело: Разветвлённая река
Кривая ГК: цилиндр с зубцами
Доля коллектора и связность: высокая, тела сливаются
Главная неоднородность: плоские глинистые прослои

Тело: Пояс меандрирования
Кривая ГК: колокола, часто наложенные друг на друга
Доля коллектора и связность: средняя и низкая, пояса в глинах
Главная неоднородность: проницаемость падает вверх, наклонные прослои, пробки

Тело: Анастомозирующая река
Кривая ГК: колокол или цилиндр, узкий
Доля коллектора и связность: низкая, ленты разобщены
Главная неоднородность: границы лент

Тело: Конус прорыва, вал
Кривая ГК: воронка или зубцы, тонкие
Доля коллектора и связность: низкая
Главная неоднородность: тонкие плохие пески

Тело	Кривая ГК	Доля коллектора и связность	Главная неоднородность
Эоловая толща	цилиндр, низкие показания	высокая, тела выдержанные	слойки и выстилки серий, междюнные прослои
Разветвлённая река	цилиндр с зубцами	высокая, тела сливаются	плоские глинистые прослои
Пояс меандрирования	колокола, часто наложенные друг на друга	средняя и низкая, пояса в глинах	проницаемость падает вверх, наклонные прослои, пробки
Анастомозирующая река	колокол или цилиндр, узкий	низкая, ленты разобщены	границы лент
Конус прорыва, вал	воронка или зубцы, тонкие	низкая	тонкие плохие пески

Формы кривой подсказывают, но не доказывают обстановку: ГК видит радиоактивность, а не размер зёрен, и сглаживает тонкие слои.

Связность. При малой доле коллектора пояса меандрирования лежат в глинах порознь, при большой — сливаются; скачок связности около порога перколяции разобран в уроке о строении коллектора. Ширина поясов по отношению к сетке скважин решает, сколько их вскрыто (скважины и связность).
Ориентировка. Пояса вытянуты вдоль палеотечения, которое восстанавливают по косой слоистости в керне и на имиджах (палеотечения). Ряды заводнения поперёк поясов дают больше коллектора с поддержкой давления, но вода быстрее идёт вдоль поясов к добывающим скважинам.
Профиль притока. В меандрирующих поясах обводняется подошва, и нефть остаётся в верхних частях отмелей и за глинистыми пробками; доработку ведут уплотняющими и горизонтальными скважинами в верхней части пласта, изоляцией промытой подошвы и перераспределением закачки (Вытеснение в неоднородных пластах).
Барьеры. Плоские прослои разветвлённых рек и пойменные глины между поясами делят толщу по вертикали; плотный прослой в одной скважине ещё не говорит о выдержанном барьере (барьеры и перегородки).

Неровная поверхность эрга, ложбины между дюнами и пояса русел, погребённые в пойменных глинах, создают стратиграфические ловушки: песчаное тело выклинивается вверх по восстанию или окружено неколлектором со всех сторон (стратиграфические ловушки). Искать их помогают фациальные карты и сейсмические атрибуты, а оценивать — модели размеров тел вроде тех, что даны выше.

Термины и обозначения

Эрг: песчаная пустыня — массив дюн и мегадюн (драа) с междюнными понижениями.
Междюнные отложения: отложения понижений между дюнами: сухих, влажных и обводнённых; во влажных и обводнённых — плотные прослои, разделяющие эоловую толщу.
Слойки зерновых потоков, оседания зёрен, эоловой ряби: три типа слойков подветренного склона дюны; первые — лучший коллектор, последние — самые плотные.
Ограничивающие поверхности: поверхности, ограничивающие косые серии: поверхности возобновления, наложения и междюнные.
Угол восхождения $\zeta$: наклон пути гряд к горизонтали; мощность серии $\lambda\tan\zeta$ .
Коэффициент извилистости $P$: отношение длины русла к длине долины.
Река с разветвлённым руслом: река со многими мелкими подвижными руслами и отмелями; её отложения — широкие наложенные покровы.
Меандрирующая река: река с одним извилистым руслом; её отложения — пояса русловых отмелей среди пойменных глин.
Русловая отмель и боковое наращивание: отмель у внутреннего берега излучины, растущая вбок по мере смещения излучины; её наклонные слои — поверхности бокового наращивания.
Глинистая пробка: глинистое заполнение брошенной излучины (старицы), рассекающее пояс песков.
Прирусловой вал, конус прорыва, авульсия: гряда паводковых осадков у русла, язык песка за прорывом вала, резкое перемещение реки на новое место.
Пояс русел (пояс меандрирования): полоса, по которой река блуждала до авульсии; песчаное тело меандрирующей реки.

Частые ошибки и заблуждения

Неверно

«Косая серия мощностью несколько метров — отложение речной дюны».

На самом деле

Тогда глубина реки была бы в десятки метров. Серии в метры и десятки метров обычны для эоловых дюн; вывод подтверждают сортировкой и окатанностью, слойками зерновых потоков и ряби, отсутствием морских ископаемых.

Неверно

«Эоловый песчаник однороден: один образец характеризует пласт».

На самом деле

Проницаемость поперёк ветра и по ветру различается в разы, по вертикали она ещё ниже, а выстилки серий и междюнные прослои добавляют неоднородность. Образцы берут в двух горизонтальных направлениях и по вертикали.

Неверно

«Ширину пояса можно вычислить по мощности песчаника точно».

На самом деле

Связи получены по современным рекам с большим разбросом, глубина известна неточно, а древние пояса вниз по течению сужаются. Результат — диапазон, который закладывают в модель как несколько вариантов.

Неверно

«Раз пласт речной, он состоит из узких лент».

На самом деле

Реки с разветвлённым руслом оставляют широкие сливающиеся покровы с высокой долей песка, узкие разобщённые ленты дают анастомозирующие реки. Тип реки определяют по керну и последовательности фаций.

Неверно

«При заводнении меандрирующего пояса нефть вытесняется равномерно по толщине».

На самом деле

Проницаемость отмели падает вверх, вода тяжелее нефти, а наклонные глинистые прослойки не пускают её вверх. Подошва промывается, верх остаётся нефтенасыщенным — это главный резерв доработки.

Подробно: для продвинутых

Откуда формулы для наклонных слойков

В осях, связанных со слойками, тензор проницаемости диагонален: $k_\parallel$ вдоль слойков и $k_\perp$ поперёк. Повернём оси на угол падения $\delta$ так, чтобы ось $x$ была горизонтальна и направлена по ветру, а $z$ — вертикальна. Компоненты тензора: $k_{xx} = k_\parallel\cos^2\delta + k_\perp\sin^2\delta$ , $k_{zz} = k_\parallel\sin^2\delta + k_\perp\cos^2\delta$ , $k_{xz} = (k_\parallel - k_\perp)\sin\delta\cos\delta$ ; ось $y$ лежит в плоскости слойков, и $k_{yy} = k_\parallel$ .

Закон Дарси в двух измерениях: $q_x = -(k_{xx}\,\partial_x p + k_{xz}\,\partial_z p)/\mu$ , $q_z = -(k_{xz}\,\partial_x p + k_{zz}\,\partial_z p)/\mu$ . Если поток в среднем горизонтален, $q_z = 0$ , откуда $\partial_z p = -(k_{xz}/k_{zz})\,\partial_x p$ . Подставляя, получаем $q_x = -\dfrac{k_{xx}k_{zz} - k_{xz}^2}{k_{zz}}\,\dfrac{\partial_x p}{\mu}$ . Определитель тензора не зависит от поворота: $k_{xx}k_{zz} - k_{xz}^2 = k_\parallel k_\perp$ . Отсюда $k_x = k_\parallel k_\perp/k_{zz}$ — формула основного текста.

Так же для потока, который в среднем вертикален ( $q_x = 0$ ), получаем $k_z = k_\parallel k_\perp/k_{xx}$ . Если же давление меняется только по горизонтали ( $\partial_z p = 0$ , вертикальный переток свободен), проницаемость по $x$ равна $k_{xx}$ — она больше $k_x$ , это верхняя граница. В пласте серии ограничены сверху и снизу, поэтому на расстояниях много больше длины слойка работает $k_x$ . В модели пласта с диагональным тензором проницаемости эту анизотропию задают значениями $k_x$ , $k_y$ и $k_z$ ячеек.

Для горизонтального ствола важна проницаемость в плоскости, перпендикулярной ему: вдоль бесконечно длинного ствола давление не меняется, и плоский приток определяет среднее геометрическое главных проницаемостей этой плоскости. У ствола по ветру (вдоль $x$ ) это $\sqrt{k_{yy}k_{zz}} = \sqrt{k_\parallel(k_\parallel\sin^2\delta + k_\perp\cos^2\delta)}$ , у ствола поперёк ветра (вдоль $y$ ) — $\sqrt{k_{xx}k_{zz} - k_{xz}^2} = \sqrt{k_\parallel k_\perp}$ , при любом угле падения. Для серии из примера — около 539 и 362 мД: ствол по ветру примерно в полтора раза выгоднее.

Почему оценки ширины дают лишь порядок величины

Какая глубина. Мощность руслового цикла ближе к наибольшей глубине у вогнутого берега, а в части эмпирических связей используют среднюю глубину сечения — она заметно меньше. Подставив мощность вместо средней глубины в такую связь, ширину завысят; поэтому формулу берут вместе с тем определением глубины, для которого она получена.
Что сохранилось. Верх цикла бывает срезан следующим руслом, а осадок уплотнился при погружении — обе причины уменьшают мощность и занижают ширину. Мощность пачки наложенных русел, наоборот, завышает глубину одного русла (наложенные русла).
Какая река. Связь ширины с глубиной найдена для извилистых рек; у разветвлённых рек русла много шире при той же глубине, а их тела — пачки многих русел.
Где по течению. По наблюдениям в голоценовой дельте Рейна — Мааса и в долине нижней Миссисипи, пояса русел, окружённые связными пойменными отложениями, вниз по течению сужаются в 4–6,5 раза, а отношение ширины к мощности уменьшается в 2,5–5 раз. Одна формула для всего пояса не учитывает этого.
Разброс самих связей. Точки современных рек ложатся вокруг линий связей с разбросом в десятки процентов; по совету специалистов по речным отложениям такие связи используют лишь как ориентиры для набора вариантов, а не как предсказание.

Связь с другими темами

Фации, фациальные последовательности и литологические колонки — фации, последовательности утонения вверх и формы кривой ГК.
Первичные осадочные текстуры — косая слоистость, восхождение гряд, палеотечения и глубина палеореки по сериям.
Структура осадков: размер, сортировка и форма зёрен — сортировка и окатанность эоловых и речных песков.
Строение коллектора и поведение пласта при разработке — форма тел, связность и перколяция, барьеры и перегородки.
Качество коллектора: геологические факторы пористости и проницаемости — как обстановка и диагенез задают пористость и проницаемость.
Корреляция скважин — корреляция речных песчаников и вероятность, что тело дойдёт до соседней скважины.
Неоднородность пласта и осреднение проницаемости — анизотропия и меры неоднородности проницаемости.
Вытеснение в неоднородных пластах — заводнение слоистых пластов: охват и сила тяжести.
Горизонтальные скважины — продуктивность горизонтальных стволов в анизотропном пласте.
Прибрежные, мелководные и глубоководные обстановки — дельты, пляжи, шельф и глубоководные конусы выноса.
Диагенез: уплотнение, цементация и растворение — уплотнение, цементация и растворение после захоронения.

Проверьте себя

1
Средняя мощность косых серий в чистом хорошо окатанном песчанике без глины — 3 м. Могли ли их оставить речные дюны?
Показать ответ
Высота дюн в среднем примерно в 2,9 раза больше мощности серий: $2{,}9\cdot 3 \approx 8{,}7$ м; глубина реки — от 6 до 10 высот дюн, то есть около 52–87 м. Таких рек почти нет, а ветер строит дюны высотой в десятки метров. Вероятнее эоловое происхождение; его подтверждают слойками зерновых потоков и ряби с обратной градацией и отсутствием морских ископаемых.
2
В эоловом пласте слойки падают на восток — ветер дул с запада. Горизонтальный ствол можно провести с запада на восток или с севера на юг. В каком случае приток будет выше при прочих равных и почему?
1. А.Направление не важно: важна только вертикальная проницаемость
2. Б.С запада на восток, потому что вдоль ствола проницаемость выше
3. В.С запада на восток: приток идёт в плоскости, перпендикулярной стволу, то есть с севера и юга — поперёк ветра, где проницаемость выше
4. Г.С севера на юг: ствол идёт вдоль простирания слойков, по самым проницаемым направлениям
Показать ответ
Правильный ответ: В. С запада на восток: приток идёт в плоскости, перпендикулярной стволу, то есть с севера и юга — поперёк ветра, где проницаемость выше
К горизонтальному стволу флюид сходится в плоскости, перпендикулярной ему. Ствол с запада на восток получает приток с севера и юга — поперёк ветра, вдоль простирания слойков, где проницаемость наибольшая. Ствол с севера на юг питается с запада и востока — по ветру, где потоку приходится пересекать плотные слойки ряби. Для серии из примера урока эквивалентная проницаемость в плоскости притока у первого ствола примерно в полтора раза выше. Вдоль ствола флюид почти не течёт, поэтому проницаемость вдоль ствола на приток почти не влияет.
3
Река: одно русло, коэффициент извилистости 2,1, берега глинистые, заросшие, в паводок вода разливается по широкой пойме. Какие песчаные тела она оставит?
1. А.Пояса русловых отмелей с наклонными глинистыми прослойками и глинистыми пробками стариц среди пойменных глин
2. Б.Узкие мощные ленты, почти не смещавшиеся вбок
3. В.Языки песка, мельчающие от вершины конуса к краю
4. Г.Широкие наложенные покровы с редкими плоскими глинистыми прослоями
Показать ответ
Правильный ответ: А. Пояса русловых отмелей с наклонными глинистыми прослойками и глинистыми пробками стариц среди пойменных глин
Одно русло с извилистостью больше 1,5 и устойчивыми берегами — меандрирующая река. Её песчаное тело — пояс меандрирования: русловые отмели, наращивающиеся вбок, с наклонными глинистыми прослойками, рассечённые глинистыми пробками стариц и окружённые пойменными глинами. Покровы — признак разветвлённых рек, узкие ленты — анастомозирующих, языки, мельчающие от вершины, — конусов выноса.
4
Мощность полного руслового цикла меандрирующей реки — 6,0 м. Оцените ширину русла и пояса меандрирования и вероятность встретить тот же пояс в скважине в 600 м поперёк его оси.
Показать ответ
$w = 6{,}8\cdot 6{,}0^{1{,}54} \approx 6{,}8\cdot 15{,}79 \approx 107{,}4$ м; пояс $7{,}44\cdot 107{,}4^{1{,}01} \approx 837$ м (по второй формуле $4{,}3\cdot 107{,}4^{1{,}12} \approx 809$ м). Вероятность встретить тот же пояс $1 - 600/837 \approx 0{,}28$ — скорее разные тела. Оценка грубая: срезанный верх цикла занижает ширину, наложенные русла завышают глубину, а пояс вниз по течению может сужаться в разы.
5
После десяти лет заводнения пласта, сложенного поясом меандрирования, добывающие скважины дают 90 % воды. Где вероятнее всего осталась нефть и что с ней делать?
Показать ответ
Вода прошла по проницаемой подошве русловых отмелей, а их верхняя часть, отделённая наклонными глинистыми прослойками бокового наращивания, и отмели за глинистыми пробками стариц промыты слабо. Остаточную нефть ищут по геофизике обсаженных скважин и профилям притока; доработку ведут дострелом и горизонтальными стволами в верхней части пласта, изоляцией промытой подошвы и переносом нагнетания в непромытые отмели.

Обновлено: 17 октября 2026 г.