1. Общие сведения о зоне нефтегазонакопления Золотого пояса (Мексика)
Поиски нефти в Мексике начались в 1889 г., когда близ нефтепроявлений Сьерра-де-Фурберо, штат Веракрус, была пробурена скважина глубиной 8,5 м, из которой получили небольшое количество нефти.
Впервые значительные успехи были достигнуты в начале этого столетия при изучении районов Эбано-Пануко, расположенного западнее Тампико, и перешейка Теуантепе—южнее города Мехико. В районе Эбано-Пануко в 1904 г. из скважины Ла-Пас № 1 была получена нефть. Дебит скважины составил 205,5 т/сутки. Эта скважина считается скважиной-первооткрыва-тельницей нефти в Мексике. Впоследствии работы развернулись севернее указанных районов, в направлении к штату Веракрус, в районе, который позднее был назван Золотым поясом (Голден-Лейн).
В мае 1908 г. здесь скважиной Сан-Диего-де-ла-Мар № 1 было открыто месторождение нефти. Дебит скважины составил 342,5 т/сутки. С открытием нефти было окончательно доказано важное значение района Золотого пояса с точки зрения перспектив его нефтегазоносности.
Золотой пояс, расположенный в штате Веракрус, приурочен к терри-тории, вытянутой вдоль побережья Мексиканского залива, северо-восточнее прибрежной равнины восточной части Мексики (фиг. 1). Зона Золотого пояса представлена серией расположенных одно за другим месторождений, которые образуют дугу, вогнутая часть которой обращена на восток. Протяженность этой дуги составляет приблизительно 180 км, а средняя ширина каждого месторождения — около 2 км. Ширина месторождений меняется от 300 до 2700 м.
Этот район привлек внимание с самого начала развития разведочных работ в связи с имеющимися здесь многочисленными нефтепроявлениями. Особый интерес эта территория приобрела со времени получения нефти в районе Эбано-Пануко.
В течение раннего периода разведки здесь был пробурен ряд скважин (Диего-де-ла-Мар № 3, Хуан-Касьяно № 6, Потреро-дель-Льяно № 4), Из которых были получены большие притоки нефти. Например, суточная добыча скважины Потреро-дель-Льяно составляла 13 700 т нефти в сутки, а суммарная добыча достигла 13 млн. т, что считается мировым рекордом суммарной добычи для одной скважины.
В течение последующего периода разведки, связанного с геологическим картированием территории, несмотря на ряд выявленных поверхностных структур, основой для заложения скважин служило наличие нефтепроявле-ний, которые протягивались в полосе, расположенной выше пояса выявленных к настоящему времени месторождений. Такой принцип ведения буровых работ привел к открытию новых месторождений.
В марте 1916 г. было закончено бурение скважины Серро-Асуль № 4 (фиг. 1 и 5), ежесуточный дебит нефти которой составил 35 620 т. Столь высокая продуктивность этой скважины, а также тех, которые были пробу-рены раньше, привлекли внимание всего мира к развитию мексиканской нефтяной промышленности.
В пределах рассматриваемого продуктивного пояса, известного сейчас под названием Старого Золотого пояса, было пробурено свыше 1000 скважин, из которых более половины оказались продуктивными. Глубины нефтеносных горизонтов колеблются от 500 м в Серро-Асуле до 800 м в Сан-Исидро. Добыча нефти в месторождениях этого района на конец декабря 1967 г. составила приблизительно 17,125 млн. т. Хорошая проницаемость коллекторов обеспечила высокие темпы разработки этих месторождений, в результате чего добыча нефти постоянно возрастала, и в 1971 г. она достигла максимума. Однако высокая проницаемость коллектора явилась причиной и чрезвычайно быстрого снижения добычи. В 1919 г. соленые воды стали внедряться в нефтеносные пласты основных месторождений.
Геофизические методы разведки начали применять в 1920 г. Применение гравиметрических методов разведки не привело к открытию в районе Золотого пояса новых месторождений, однако с их помощью было открыто месторождение Поса-Рика, расположенное южнее Золотого пояса, самое крупное нефтяное месторождение из всех открытых до сих пор в Мексике.
Еще ранее на основании изучения геологических данных предполагалось, что риф, сложенный меловыми породами, продолжается южнее. К 1923 г. региональные геологические работы стали привычным методом исследования. Для стратиграфического расчленения разреза в этот период впервые стали использовать сведения по фораминиферам. В 1930 г. для изучения южного продолжения Золотого пояса применили метод преломленных волн, однако структура, намеченная по сейсмическим данным, оказалась смещенной в северном направлении по отношению к ее реальному положению. Интерпретация данных сейсмических исследований показала, что кровля рифа постепенно погружается к юго-востоку. Несмотря на то что геологи это знали, разведочные работы не привели к открытию новых месторождений, вследствие чего в течение долгого времени считалось, что области, лежащие на продолжении рифа, погружающегося к югу, были, возможно, заполнены соленой водой.
С 1948 г. возобновились сейсмические исследования методом преломленных волн, которые практически охватили всю территорию, расположенную южнее района Старого Золотого пояса и простирающуюся до реки Наутла. В результате были открыты многочисленные месторождения. В 1952 г. на поднятии, выявленном при проведении сейсмических работ методом отраженных волн, была пробурена скважина Эсеквайл-Ордонес № 1. Эта скважина вскрыла нефтеносный горизонт в среднемеловых известняках Эль-Абра, т. е. нефтенасыщенной оказалась та же толща, которая продуктивна в пределах Старого Золотого пояса. С открытием этой нефти было, наконец, найдено южное продолжение пояса, названное Новым Золотым поясом.
Сейсмические работы на южных площадях Золотого пояса в пределах Мексиканского залива начались в 1957 г. Согласно результатам исследования, восточная часть района оказалась платформой (континентальным шельфом). Ниже по склону развиты гигантские меловые атоллы. Предположили, что зона месторождений Старого и Нового Золотых поясов, должно быть, продолжается в виде петли в море. Судя по магнитометрическим данным, структуры в пределах моря образуют вытянутую линию. Магнитной съемкой установлено также, что эти поднятия по существу представляют собой продолжение Золотого пояса: они протягиваются от района Нового Золотого пояса, расположенного на юге в виде выгнутой дуги, которая на севере соединяется со Старым Золотым поясом. Впервые бурение в пределах морского продолжения рифового пояса началось в 1963 г. (скважина Исла-де-Лобос № 1-й). Вскоре подтвердилось, что среднемеловые рифы есть и в северной части территории, которая сейчас известна как Морской Золотой пояс.
Первые структуры в пределах Морского Золотого пояса, оказавшиеся продуктивными, были связаны с рифовыми поднятиями. Первой скважиной (Исла-де-Лобос № 1-В), пробуренной в 1963 г., была установлена продуктивность известняков Эль-Абра. Начальный дебит скважины составил 137 т/сутки. Кровлю известняков вскрыли на глубине 2087 м ниже уровня моря. В дальнейшем на площади Исла-де-Лобоса был пробурен ряд скважин, в результате чего открыли первое месторождение в пределах Морского Золотого пояса. Подсчитанные запасы месторождения составляют 1,37 млн. т. В пределах южного продолжения Морского Золотого рифового пояса были разбурены и другие поднятия, оказавшиеся продуктивными.
2. Стратиграфия и литология отложений
Рифовые фации. Рифовые фации, которыми в основном представлен разрез отложений Золотого пояса, коррелируются с известняками биогенного происхождения района Сьерра-дель-Абры. Идея о взаимосвязи рифовых фаций Золотого пояса с известняками Эль-Абра выдержала испытания временем и остается в силе и в настоящее время. Под «рифовыми фациями» понимают все рифово-карбонатные породы альбского и сеноманского возраста, развитые не только в районе Сьерра-дель-Абры, но и на юге, а именно в районе Сьерра-Мадре-Ориенталя, а также на востоке в пределах Золотого пояса. Муир подразделял отложения Эль-Абра на две части — собственно отложения Эль-Абра (известняки с миллиолидами) альбского и сеноманского возраста, эквивалентные отложениям от джорджтаунских до нижнеэдвардских в Техасе, и отложения Танинул (известняки с рудистами), которые, по крайней мере частично, имеют альбский возраст (эквивалентны известнякам Буда сеноманского возраста и, вероятно, части формации Джорджтаун альбского возраста в Техасе). Танинулские фации представлены известняками, для которых типична массивная слоистость, цвет от кремовато-белого до серого, субфарфоровидная структура и обилие ископаемых остатков, таких, как гастроподы, пелециподы, кораллы и многие другие формы.
Отложения Эль-Абра — массивного типа, неслоистые. Известняки криптокристаллические от кремовых до светло-серых, с линзами или «кар-манами», заполненными рудистами, которые сцементированы плотной карбонатной массой. Эти породы содержат многочисленные милиолиды. В районе Сьерра-дель-Абры, как и в Золотом поясе, близ кровли формации обнаружены тонкие прослои бентонита. Близ кровли отложений Эль-Абра трещины и пустоты также заполнены бентонитом. Цвет бентонита от серовато-голубого до изумрудно-зеленого.
Возраст отложений Эль-Абра не установлен. В некоторых скважинах Золотого пояса были пройдены породы формации Сан-Фелипе (коньякского возраста), которые непосредственно залегают на отложениях Эль-Абра. Туронских отложений нет. Последнее объясняется тремя причинами: перерывом в осадконакоплении, наличием туронских отложений в самой верхней части рифа и размывом туронских отложений. Каких-либо палеонтологических сведений, подтверждающих или опровергающих любую из этих трех причин, нет. Однако наличие бентонита, определяющего основание туронской формации Агуа-Нуэва в пределах всего бассейна Тампико — Тукспан и развитого в центральной части атолла Золотого пояса, приводит к предположению, что в тех районах, где верхняя часть разреза отложений не была размыта, кровля известняков Эль-Абра, возможно, представлена рифовыми фациями туронского возраста.
Единственной скважиной, которая прошла ядро рифа, была скважина Джардин № 35, пробуренная в 1930 г. в пределах материковой части Золотого пояса, южнее Аламо и западнее Тукспана. Скважина достигла глубины 3493 м. Судя по составленной на основании данных бурения литологической колонке, самые нижние рифовые известняки залегают на глубине 2263 м. Начиная с этой глубины и до забоя скважины данных о строении разреза получено не было; лишь установили, что сква-жина прошла несколько пластов темно-серых тонкослоистых известняков. Если предположить, что величина 2263 м определяет собой глубину залегания подошвы рифовых отложений Эль-Абра, то тогда общая мощность рифового комплекса составит 1467 м. Подобная интерпретация полученных данных подтверждается материалами скважин, пробуренных в пределах обращенных к берегу сторон рифов или на территории лагуны, где основание лагунных отложений соответствует положению основания рифовых отложений в скважине Джардин № 35.
Территория Старого Золотого пояса, его южное продолжение в сторону реки Теколутла, а также его морское продолжение представляют собой заметно погружающийся в юго-восточном направлении платформенный участок эллиптической формы, сложенный массивными рифовыми отложениями. Весь платформенный участок окаймлен поясом структурных поднятий разной высоты, которые сложены, согласно описаниям различных исследователей, породами различного литологического состава. Некоторые исследователи, описывая разрез отложений, указывают, что он представлен плотными известняками с многочисленными милиолидами, бентонитами, калькаренитами и связанными с ними типами пород. В других местах в сводовых частях поднятий были встречены конгломераты и брекчия. В породах повсеместно содержатся весьма многочисленные ископаемые остатки; в проницаемых известняках встречаются пелициподы, рудисты, а также бентонитовые микрофаунистические остатки.
Тем не менее на основании данных по скважинам, пробуренным на вершине поднятий или же вдоль их внешних крыльев, установлено, что структурные поднятия представляют собой лишь эрозионные останцы или формы рельефа, обязанные своим происхождением процессам эрозии. В большинстве районов, где скважины прошли поднятия, сложенные известняками, литологический состав известняков соответствует типичному описанию отложений Эль-Абра, принадлежащему Муиру; согласно современной терминологии по рифам, эти отложения представлены фациями зарифовой области, многочисленными миллиолидами, а также фарфоровидной массой; все это переслаивается с калькаренитами, содержащими остатки мегафауны. В зарифовой области во многих местах распространены отложения Танинул. В этих отложениях встречаются биоценозы (органогены) рудистов, капри-ниды и кораллы. Полное или почти полное отсутствие отложений Танинул в пределах структурных поднятий позволило сделать вывод, согласно которому процессы субаэральной эрозии, протекавшие, возможно, в отдельные отрезки времени между позднеальбским и сеноманским веками, и процессами морской и субаэральной эрозии третичного времени привели к полному или частичному уничтожению той части предрифовых фаций, которые были развиты по периферии этого громадного атолла. Наличие известняковых массивов с рудистами, пелециподами, капринидами и морскими ежами среди отложений Тамабра, которые залегают более чем на 1000 м глубже бортовой части предрифовой области, а именно в основании рифа и вокруг него, некоторые исследователи связывают с образованием нормальных сбросов.
Отложения Тамабра. После открытия в 1932 и 1948 гг. месторождений Поса-Рика и Моралилло на западном крыле Золотого пояса (месторождения, расположенные одно от другого на 80 км) была выявлена новая зона для производства разведочных работ — зона развития карбонатных пород, известных как отложения Тамабра.
Открытие месторождений, приуроченных к отложениям Тамабра, свидетельствует о наличии широкого пояса проницаемых (имеется в виду первичная проницаемость) карбонатных пород в основании разреза, слагающего предрифовую зону атолла. В отложениях содержатся каприниды, рудисты, пелециподы и обломки кораллов, сцементированных микрокристаллической массой (микрит), в которой встречаются прослои известняков с глоботрунка-нидами сеноманского возраста. Таким образом, эти отложения резко отличаются от тех пород атолла, которые представлены биоспаритами с малочисленными обломками мегафауны и несколькими слоями с многочисленными миллиолидами.
По поводу происхождения отложений Тамабра высказывались различные точки зрения. Некоторые геологи считают, что отложения Тамабра — это продолжение образовавшегося in situ рифового комплекса Золотого пояса (вдоль его западного края), который вследствие увеличения глубины моря не мог развиваться совместно с рифами атолла, растущего на востоке. По мнению других геологов, в том числе и автора, отложения Тамабра сложены обломками атолла, развитого на востоке. Эти обломки, накопившиеся у основания рифа, явились результатом процессов эрозии, которым подверглись рифы. Как отмечалось выше, другие геологи предполагали, что вдоль западного окончания Золотого пояса развиты нормальные сбросы. Эти сбросы наряду с другими факторами рассматривались в качестве причины, обусловившей образование крутых обрывов на западном окончании Золотого пояса и разницу в высотах (более 1400 м) между вершиной рифа на востоке и кровлей отложений Тамабра на западе.
О генезисе рифов Золотого пояса либо мало, либо ничего не известно отчасти из-за того, что имеющиеся по этому вопросу сведения или скудны, или же недостаточны, но основная причина — не проводилось никаких аналитических исследований с точки зрения обобщения данных по всем пробуренным скважинам, большая часть которых лишь на несколько метров углублена в кровлю отложений, слагающих рифовые структуры.
Если отложения Танинул развиты в пределах Золотого пояса, то в этом случае выводы Муира относительно района Сьерра-дель-Абры хорошо сходятся с теми заключениями, которые были сделаны на основании данных скважин, пробуренных вдоль западного окончания атолла Золотого пояса. Для определения возраста обоих типов отложений необходимы детальные лабораторные исследования.
Данные по скважинам, вскрывшим рифовые известняки, свидетельствуют о том, что рифовые отложения залегают непосредственно на доломитовых известняках, ниже которых развиты пласты криптокристалли-ческих известняков, а в основании — калькарениты. Предполагается, что доломитовые известняки коррелируются с нижней частью разреза нижнего мела. Нижнеюрские отложения представлены маломощной пачкой глинистых известняков титонского возраста, а также известняками и глинистыми сланцами таманской группы (киммеридж). Ниже таманских пород, морских по происхождению, залегают красноцветные пласты юрского и триасового возраста; более точный возраст этих отложений не установлен. Там, где красноцветных отложений нет, титонские морские породы залегают на плутонических изверженных и метаморфических породах, которые, возможно, являются островным останцом или же частью большой суши, поднявшейся над уровнем Мексиканского залива и на площади которой в течение раннемелового времени (неоком) развилась рифовая платформа Золотого пояса. Впоследствии на этой платформе образовался рифовый атолл. Этот участок суши называется «Исла-де-Тукспан».
До настоящего времени детального изучения генезиса тектонического развития и геоморфологии атолла Золотого пояса не проводилось. А те данные, относящиеся к этой проблеме, которыми можно располагать, неполны, и большая их часть не опубликована. На основании этих относительно неполных данных можно сделать вывод, согласно которому после сеноманского или, возможно, туронского времени атолл Золотого пояса претерпел вертикальные подвижки, в результате чего он временно приподнялся над уровнем моря, а на некоторых участках частично или же полностью погрузился ниже уровня моря. Этот тип вертикальных движений, очевидно, продолжался с конца коньякского до конца позднеэоценового времени. Эти движения рифа и рифовой платформы, возможно, связаны с эпейрогениче-скими движениями, которые повлияли на осадконакопление в третичное время вдоль побережья Мексиканского залива.
Интенсивная трещиноватость атолловых известняков, возможно, свя-зана с образованием крупных и мелких сбросов. Трещины, вероятно, явились следствием наклона известняков или же других изменений его положения в период повторяющихся вертикальных движений, которым подвергся риф с начала его образования до конца третичного времени. К концу третичного времени атолл оказался полностью погребенным под отложившимися осадками и приобрел наклон к юго-востоку.
Отложения погружаются на юго-восток под углом порядка 1°3' от северозападной части атолла у Сан-Диего-де-ла-Мар, до Мигель-Идальго близ побережья на юго-востоке. Основное направление наклона определилось. в течение среднетретичного времени и окончательно оформилось к началу миоцена. Одновременно с наклоном пород постепенно увеличивалась мощность отложений, залегающих на рифе. Мощность осадков, отложившихся на рифовых образованиях, составляет от 500 м на севере (месторождение Серро-Асуль) до 2250—2500 м на юге.
Миграция нефти в пределы рифа, по-видимому, тесно связана с наклоном атолла. В северной части атолла, на месторождении Серро-Асуль, нефть тяжелее (0,920), а в юго-восточной части, на месторождении Атун,— легче (0,816). Наблюдается также увеличение количества газа в направлении с северо-запада на юго-восток. На месторождении Сан-Диего-де-ла-Мар олигоценовые осадочные породы непосредственно перекрывают отложения Эль-Абра. В более южных районах разрез третичных отложений становится более полным и характеризуется наличием позднемеловых отложений, сохранившихся в качестве останцов (коньякские и маастрихтские породы). Эти останцы позднемеловых отложений непосредственно перекрывают как структурные рифовые поднятия, так и рифовые поднятия, выделяющиеся в рельефе.
По мнению многих геологов, углеводороды мигрировали в рифовые породы в направлении с юго-востока на северо-запад в период отложения олигоценовых и большей части миоценовых осадков.
Чтобы лучше понять действительное экономическое значение Золотого пояса, компания «Петролеос-Мехиканос» предполагала в 1969 г. организовать работы по изучению атолла. В процессе этой работы намечалось обобщить данные предыдущих исследований.