СТАДИЙНОСТЬ НЕФТЕОБРАЗОВАНИЯ С ПОЗИЦИЙ ГЕОХИМИИ  ПОДЗЕМНЫХ ВОД

В.М. Матусевич, В.К. Попов

В кн.: «Органическая геохимия вод и поисковая геохимия». М. Наука, 1982. с. 79-83.

Учение о стадийности нефтеобразования при прогрессивном литогенезе осадочных пород в настоящее время достаточно полно разработано. Исследованиями Н. Б. Вассоевича, Ф. А. Алексеева, И. И. Еременко, А. Э. Конторовича, А. А. Карцева, С.Г. Неручева, О. А. Радченко, К. Ф. Родиновой, А. А. Трофимука, В. А. Успенского, К. А. Черникова, Э. Т. Дегенса и др. установлены основные положения преобразования органического вещества (0В) осадочных пород на последовательных стадиях литогенеза. В работах этих ученых дана балансовая оценка основных продуктов катагенетического превращения 0В, выдвинута и обоснована осадочно-миграционная теория генезиса нефти и углеводородных газов. Значительным достижением в ней следует считать выделение главных фаз и зон нефте- и газообразования.

Генерация  низкомолекулярных  углеводородов,  широкое развитие процессов миграции жидких и газообразных углеводородов, микронефти начинается на поздних стадиях протокатагенеза - ПК3. Активная трансформация 0В связана с мезокатагенезом - МК [11].

Как отмечают Н. Б. Вассоевич с соавторами [6], А. В. Ван [3], Н. В. Логвиненко [10] и др., глубокую трансформацию в период мезокатегенеза претерпевают не только 0В, но и минеральная структура обломочных и глинистых, а возможно и карбонатных пород.

Авторы учения о главной фазе нефтеобразования тесно связывают все стадии нефтеобразования не только со стадиями литогенеза, но и с гидрогеологическими условиями. Процессы, развивающиеся на стадиях нефтеобразования, находят свое отражение и в геохимическом облике подземных вод.

Региональной закономерностью в распределении микрокомпонентов, любого артезианского бассейна является повышение их содержания с глубиной. Глубина, как известно, представляет собой интегральный показатель геохимических преобразований, происходящих в недрах бассейна. Результаты исследования Западно-Сибирского артезианского бассейна и других бассейнов [18] показывают, что в настоящее время в пластовых водах концентрация большинства микроэлементов по отношению их концентрации в морских и океанических водах резко повышена. Следовательно, природа микроэлементов в пластовых водах носит литогенный характер, их распределение сформировалось под влиянием комплекса факторов литогенеза отложений.

Основное значение в обогащении пластовых вод микроэлементами при катагенезе отложений играют химическое (гидролитическое) взаимодействие пластовых вод с вмещающими их песчано-алевритовыми породам и разложение заключенного в них органического вещества. При образовании, например, эпигенетических карбонатов нередко наблюдается повышение содержание в них ряда микроэлементов [9]. В процессе эпигенетической глеевой каолинизации сорбционноемкие монтмориллонитовые образования превращаются в цементе песчаников в каолинит, обладающий низкой сорбционной емкостью. При этом определенная часть микроэлементов поступает в раствор. Гидролитическое разложение алюмосиликатных минералов, в частности биотита, роговой обманки и др. обогащает раствор калием и магнием, железом, халькофилами и другими заключенными в их решетке изоморфными элементами. А. В. Ван [3] на примере Кузбасса указывает, что разложение темноцветных минералов обломочных пород заканчивается к подстадиям МК2 - МК3 катагенеза. Эти подстадии одновременно характеризуются новообразованием Fe- и Mg-хлоритов, мусковита, сидерита, доломита и других минералов.

Следует отметить и еще одно обстоятельство. В процессе эпигенетического уплотнения в песчаных породах развиваются значительные межзерновые давления. По данным ряда исследователей [9], повышение давления при постоянной температуре приводит к уменьшению изоморфной емкости минералов по отношению к большинству редких и рассеянных элементов т.е. минералы более глубоко погруженных пород должны быть чище и держать меньше изоморфных примесей, чем минералы менее погруженных порода (процесс автолизии - самоочищение минералов). Это явление служит дополнительным источником обогащения пластовых вод микроэлементами.

Изучение химического состава поровых вод, отпрессованных из угленосных образований Кузбасса, соответствующих ПК3 и MK1 - MK2 подстадиям катагенеза, также показало его связь с литогенной эволюцией минералов [13]. В пресных водах с увеличением степени катагенетического преобразования пород в указанных пределах повышаются концентрации иона магния от 63,4 до 151 мг/л, микроэлементов (в мкг/л): железа от 42 до 2500, кремния от 120 до 350, никеля от следов до 5.

Таким образом, мезокатагенез представляет собой глубокие структурно-минералогические преобразования органических веществ и пород. Степень и характер их преобразований обусловлены составом органических веществ и пород и подземных вод, глубиной погружения, направленностью и интенсивностью орогенических движений.

Микрокомпоненты, являясь наиболее чуткими индикаторами процессов, происходящих и происходивших в земной коре, довольно четко фикси­руют различные стадии нефтеобразования - подготовительную, главную, затухающую. Этим стадиям соответствует и вертикальная гидрогеохимиче­ская зональность при нормальном развитии опускающегося осадочного бассейна. Подготовительная стадия характеризуется сравнительно низкими содержаниями микроэлементов и органических веществ. Наступление глав­ной стадии нефтеобразования знаменуется отчетливо выраженным скачком концентраций микрокомпонентов, происходящим на глубинах 1500-2500 м. Детальный анализ распределения микроэлементов и органических веществ в водах Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна с учетом температурного режима различных районов бассейна показывает дифференциацию глубины скачка их концентрации. Так, в Приуральском нефтегазо­носном районе он происходит на глубине 1000-1500 м, в Нижневартов­ском - 1500-2000 м, в Сургутском - 2000-2500 м. Глубина скачка в пределах одного района несколько варьирует в зависимости от микроком­понентов.

О. Л. Нечаева [12] отмечает, что генерация основной массы гомологов метана приурочена для Западно-Сибирского бассейна к этим же глубинам.

Исследования Л. М. Зорькина и Е. В. Стадника [7], проведенные в Ниж­нем Поволжье, указывают, что нефтяная зона (подстадии катагенеза MK1 - МК3) характеризуется повышенным содержанием тяжелых углеводородов при одновременном уменьшении концентрации метана. Изотопный состав углерода метана свободных и водорастворенных газов утяжеляется. Ф. А. Алексеев [1] пришел к выводу об утяжелении изотопного состава углерода углеводородов, образующихся в зоне нефтеобразования земной коры.

Затухающая стадия в характере концентрации микрокомпонентов менее резко отличается от главной стадии по сравнению с подготовительной стадией, однако уменьшение содержаний четко фиксируется в Приуральском районе на глубине более 2000 м, в Сургутском и Нижневартовском районах глубине более 2500 м. В северных районах Западно-Сибирского бассейна на достигнутых бурением глубинах все еще продолжается рост концентраций микрокомпонентов, что может свидетельствовать о гораздо более глубокой нижней границе главной фазы нефтеобразования в этих раонах бассейна.

«Память»  катагенетической преобразованности ОВ и пород определяет направленность их гипергенного преобразования. Это очень хорошо прослеживается в районах распространения угольных полей. В частности, в зоне интенсивного водообмена Кузбасса залегают породы различного катагенетического преобразования, унаследовавшие изменения в составе и в структуре РОВ и углей. Изучение 0В подземных вод угленосных образований этого бассейна показало, что их максимальные концентрации (см. таблицу) соответствуют положению главной фазы нефтеобразования — углефикационного скачка [13].

 

Средние концентрации органических веществ (мг/л) в водах зоны интенсивного водообмена Кузбасса с катагенетическим преобразованием угленосных отложений

Органические вещества ПК3 МК1 MK2MK3 МК4
RCOO - 11,0 25,3 7,1 4,1
Сорг нейтральной среды 0,9 3,3 8,7 6,1
Сорг щелочей среды - 2,2 2,9 2,6

С ростом степени метаморфизма углей, как отмечают К.Ф. Родионова и др. [15], в составе извлекаемой части органической массы уменьшаются вещества кислого характера и увеличиваются нейтрального. Подобная закономерность отражается и в составе ОВ подземных вод зоны гипергенеза Кузбасса (см. таблицу).

Таким образом, анализ перераспределения вещества в период главной фазы нефтеобразования (ГФН) со всей неизбежностью приводит к заключению, что ГФН с позиций геохимии подземных вод выступает как этап максимального обогащения подземных вод микроэлементами, органическими веществами, увеличением в составе водорастворенных газов тяжелых углеводородов при одновременном уменьшении концентрации метана, утяжеления изотопного состава углерода метана свободных и водорастворенных газов.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Алексеев Ф. А. О зональности нефтегазообразования в земной коре по данным изотопных исследований. - Геология нефти и газа, 1974, № 4.
  2. Барс Е. Л., Коган С. С. Методическое руководство по исследованию органических веществ подземных вод нефтегазоносных областей. М.: Недра, 1973.
  3. Ван А. В. Эпигенез и метагенез угленосных отложений Кузнецкого бассейна. - В кн.: Постседиментационные преобразования осадочных пород Сибири. М.:Недра, 1967.
  4. Вассоевич Н. Б. Теория осадочно-миграционного происхождения нефти. -  АН СССР. Сер. геол., 1976, № 11.
  5. Вассоевич Н. Б. Принципиальная схема вертикальной зональности в генерации углеводородных газов и нефти. - Изв. АН СССР. Сер. геол., 1974, №5.
  6. Вассоевич Н. Б., Бурлин Ю. К., Конюхов А. И., Корнюшина Е. Е. Роль глин в нефтеобразовании. - Сов. геология, 1975, № 3.
  7. Зорькин Л. М., Стадник Е. В. Гидрогеологические показатели зональности процессов нефтеобразования. - Геология нефти и газа, 1976, № 7.
  8. Карцев А. А. Основы геохимии нефти и газа. М.: Недра, 1969.
  9. Копелиович А. В. Эпигенез древних толщ юго-запада Русской платформы Наука, 1965.
  10. Логвиненко Н. В. Петрография осадочных пород. М.: Высшая школа, 1974.
  11. Неручев С. Г., Вассоевич Н. Б., Лопатин Н. В. О шкале катагенеза в связи с нефтеоразованием. -  В кн.: Проблемы геологии и геохимии нафтидов и битуминозных пород. XXV сессия МГК. Докл. сов. геологов. М.: Наука, 1976.
  12. Нечаева О. Л. Геохимические закономерности изменения газов мезозойских отложений Западно-Сибирской низменности: Атореф. канд. дис. М.: МИНХиГП. 1969.
  13. Попов В. К. Особенности формирования и использование подземных вод угленосных отложений Кузбасса (на примере центральных и южных районов): Автореф. канд. дис. Томск: ТПИ, 1975.
  14. Радченко О. А. Об особенностях химического преобразования ископаемого органического вещества различного генетического типа в процессе углефикации. - Химия твердого топлива, 1969, № 1.
  15. Родионова К. Ф., Максимов С. П., Телкова М. С., Ильинская В. В. К познанию состава органического вещества углей различной степени метаморфизма. - В кн.: Рассеянное органическое вещество осадочных пород - источник углеводородов нефти. М.: Недра, 1973 (Тр. ВНИГРИ; вып. 138).
  16. Черников К. А.,  Зеличенко И. А. Преобразование битумоидов в зоне катагенеза. - Изв. АН СССР. Сер. геол., 1974, № 10.
  17. Швец В. М. Органические вещества подземных вод. М.: Недра, 1973.
  18. Щербаков А. В. Геохимия термальных вод. М.: Наука, 1968.
  19. Л.М. Зорькин, Е.В. Стадник Особенности газонасыщения пластовых вод нефтегазоносных бассейнов в связи с генезисом углеводородов и формированием их залежей. - Изв. вузов. Геология и разведка, 1975, № 6.