ГЕОХИМИЯ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПОНЕНТОВ БИТУМОИДОВ В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ БАССЕЙНОВ

А.Э. Конторович, В.П. Данилова, А.С. Фомичев

В кн.: Органическая геохимия вод и поисковая геохимия. М. Наука. 1982. с. 52-56.

В единой цепи последовательных стадий процесса нефтегазообразования наименее изученной на природных объектах является стадия первичной миграции битумоидов. В последние годы выполнено много работ, посвященных органическому веществу подземных вод. Однако объектом исследования в них являлись либо определенные фракции гетероциклических соединений (карбоновые кислоты, фенолы), либо узкие группы углеводородов (УВ) - бензолы, толуолы, ксилолы. Соединения, свойственные высокомолекулярным компонентам нефтей, — углеводороды с температурой кипения выше 250—300° С, смолы, асфальтены — оставались практически неизученными. Настоящая работа является попыткой восполнить пробел.

Выполненное исследование имеет прямую связь и с поисковой геохимией, так как состав и концентрация битумоидов подземных вод - аквабитумоидов (АБ) в законтурных и приконтурных водах существенно отличаются от регионального фона.

В работе изучены АБ из юрских и меловых отложений Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна (ЗСНГБ). Методика анализа предусматривала выделение АБ последовательно хлороформом и изобутиловым спиртом из проб воды, отобранных при испытании глубоких скважин. Объем пробы — 15-20 л. Полученные экстракты объединялись и изучались методами жидкостной хроматографии. Выделенные при этом фракции насыщенных нафтеново-ароматических УВ, смол и асфальтенов затем исследовались методами элементного анализа, газожидкостной хроматографии, масс-спектрометрии, спектрометрии в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Всего было изучено свыше 40 проб, которые  отобраны из отложений, находящихся в зоне раннего мезокатагенеза (подстадии Д и Г по шкале катагенеза углей), т.е. в зонах начала и прогрессивного развития процессов нефтеобразования и главной зоны нефтеобразования.

Исследования показали, что концентрация АБ в юрских и нижнемеловых водах ЗСНГБ варьирует в широких пределах - от 2-3 до 70-100 мг/л до 300-400 мг/л в ураганных пробах. При этом концентрация хлороформенного экстракта (АБХЛ) колеблется от 2-3 до 50-80 мг/л, до 300-350 мг/л в ураганных пробах, а концентрация изобутилового экстракта (АБИЗ) от 1-2 до 30-50 мг/л, до 250 мг/л в ураганных пробах.

По частоте встречаемости проб с разной концентрацией АБХЛ и составу аквабитумоидов намечается две совокупности вод. В первую совокупность входят воды с концентрацией АБХЛ до 20-25 мг/л, во вторую — с концентрацией выше 25-30 мг/л. Судя по выборке, модальными значениями из вод первой совокупности являются содержания АБХЛ, равные 8-10 мг/л, а из вод второй совокупности - 50-70 мг/л.

Анализ показывает, что пробы воды первой совокупности связаны с водоносными структурами и водоносными горизонтами нефтегазоносных структур, т.е. распределение АБ в них характеризует региональный геохимический фон, обусловленный первичной миграцией битумоидов из материнских пород. Воды второй совокупности — это законтурные и приконтурные воды нефтяных и газонефтяных залежей. Значит распределение АБ в них характеризует процесс рассеивания нефти из уже сформировавшихся залежей.

Отмечается достаточно четкая связь между концентрацией органического вещества, в первую очередь планктоногенного, и битумоидов в глинах и одержанием АБ первой совокупности в отдельных стратиграфических горизонтах. Так, в уникально обогащенных планктоногенным ОВ верхне-юрских отложениях концентрация АБХЛ равна 12,5 мг/л. В менее богатых ОВ субугленосных отложениях юры и апт-альб-сеномана концентрация АБ составляет 6,8 и 5,9 мг/л соответственно. В отложениях неокома, содержащих ОВ преимущественно планктоногенного состава, но в сравнительно небольших количествах, среднее содержание хлороформенных битумоидов в водах равно 9,4 мг/л. Столь значительные концентрации обусловлены, видимо, не только природой ОВ, но и миграцией битумоидов с седиментогенными элизионными водами из верхнеюрских отложений в нижнемеловые. Значительные масштабы такой миграции предполагаются многими исследователями.

В АБ первой совокупности соотношение хлороформенного и изобутилового экстрактов всегда не более 1,5. Максимальные величины этого отношения (1,3-1,5) характерны для АБ из верхнеюрских отложений. Для отдельных горизонтов фиксируется достаточно сильная корреляционная связь между содержанием в водах АБХЛ и АБИ3.

Аквабитумоиды первой совокупности имеют сравнительно однородный элементный состав. В АБХЛ содержится 55-65% углерода, 10,0-10,5% водорода, 2-3% серы, 20-23% азота и кислорода. Какой-либо отчетливой зависимости между элементным составом и концентрацией АБХЛ внутри выборки из этой совокупности не фиксируется.

В АБ первой совокупности обнаружен весь комплекс высокомолекулярных соединений, свойственных битумоидам осадочных пород и нефтям. Они содержат в среднем 30-50% УВ, в том числе 15-20% насыщенных и 18-20% нафтеново-ароматических, 30-45% смол и 20-30% асфальтенов. Богаче всего углеводородами АБ верхней юры и особенно нижнего мела, беднее всего АБ субугленосных отложений нижней-средней юры. Преобладающей фракцией аквабитумоидов являются смолы.

Среди насыщенных УВ первой совокупности метановые структур составляют от 30 до 60%, циклановые - от 35 до 75%. Показательно, что воды, в составе которых преобладают цикланы, чаще всего встречаются в меловых отложениях до глубины 2300-2400 м. На значительных глубинах аквабитумоиды, как правило, более алифатичны. Среднее количество нафтеновых колец в молекуле насыщенных УВ относительно стабильно составляет 1,6-1,9, редко больше или меньше.

В составе УВ этой фракции количество н-алканов варьирует от 9 до 28% преобладают значения 23-25%. Индивидуальный состав н-алканов изучен для единичных проб из меловых отложений. Среди них преобладают углеводороды С24 - С28, соотношение нечетных и четных н-алканов близко единице.

Изоциклоалифатические УВ преобладают среди насыщенных УВ в АБ первой совокупности. В алифатических структурах в их составе значится на роль длинных метиленовых цепей с числом атомов С больше шести.

Нафтеново-ароматические углеводороды в составе АБ первой совокупности находятся, как правило, в меньших концентрациях, чем насыщенные. В составе битумоидов на них приходится 10-18%. Главной особенность этих фракций является низкая концентрация би-, три- и тетрациклических аренов. Они составляют 5-10% от суммы нафтеново-ароматических УВ. Среди конденсированных аренов преобладают нафталиновые, в несколько меньших концентрациях содержатся фенантреновые УВ, в заметных - хризеновые. Антраценовые и пиреновые УВ присутствуют в ничтожных количествах.

Смолы и асфальтены присутствуют в АБ первой совокупности в значительных концентрациях. В ряду бензольные смолы — спиртобензольные смолы — асфальтены монотонно уменьшаются концентрации углерода водорода, растут С:Н отношения и содержание гетероэлементов (О, N, S).

Учитывая, что генетически аквабитумоиды первой совокупности при формировании залежей нефти являются проявлением процессов первичной  миграции битумоидов, предполагается называть их первичномиграционными.

Первое, что обращает на себя внимание при изучении геохимии первичномиграционных АБ, - это повсеместное их распространение в водах осадочных бассейнов зоны катагенеза. Тем самым доказывается, что первичная миграция битумоидов вместе с водами есть широко распространенный в природе процесс.

И второе - присутствие в них всего комплекса высокомолекулярных соединений, свойственных нефти.

В литературе часто высказывается мнение о невозможности миграции высокомолекулярных УВ и тем более смол и асфальтенов вместе с водами из-за их низкой растворимости. Фактические данные о распределении и о составе АБ полностью опровергают эти умозрительные схемы. В силу неидентичности  методов экстракции битумоидов из вод и из пород сопоставить групповой состав хлороформенного экстракта битумоидов из пород и из аквабитумоидов нельзя, однако очевидно, что в главной зоне нефтеобразования величины эти имеют один порядок.

 Третье, что обращает на себя внимание при изучении АБ, - это повышенное по сравнению с нефтями содержание в них асфальтово-смолистых компонентов. Последнее показывает, что в процессе аккумуляции нефти более обогащаются УВ по сравнению с первичномиграционными АБ. Механизм этого явления требует специального изучения.

АБ второй совокупности, как ранее упоминалось, есть результат рассеяния нефти из залежи. Их предполагается называть вторичномиграционными АБ.

Они отличаются от аквабитумоидов первой совокупности не только концентрацией, но и составом. Соотношение хлороформенного и изобутилового экстрактов в них, как правило, больше двух. Эти битумоиды ха­рактеризуются повышенной концентрацией углерода (80-85%) и водоро­да (11-12%). Эти битумоиды более алифатичны, содержат более низко­молекулярные н-алканы, беднее изоалканами, богаче полиядерными аре­нами, беднее смолами и асфальтенами.

Таким образом, изучение геохимии аквабитумоидов в подземных во­дах НГБ доказывает обоснованность представлений о первичной миграции из материнских пород вместе с водой, дает неоценимый материал для анализа особенностей этой миграции и реконструкции условий формиро­вания залежей нефти и газа в НГБ.

Эти исследования подтверждают, что залежи нефти представляют собой динамическую систему, в которую непрерывно поступают и из которой рассеиваются УВ.

Распределение АБ является эффективным гидрохимическим критери­ем нефтегазоносности при поисках залежей нефти и газа. Задачей дальней­ших исследований является изучение геохимии АБ в различных НГБ с раз­личными по гидрохимии, фациальному облику, степени катагенетической преобразованности осадочными толщами.

***