Рассеянное и водорастворенное органическое вещество мел-палеогеновых отложений крыма

И. Н. Лихоманова, Т.П. Сиван, Б.А. Шестопал

В кн. «Накопление и преобразование органического вещества современных и ископаемых осадков». М. –Наука. - 1978. с. 126-132.

Залежи нефти и газа в Крыму приурочены к меловым и палеогеновым отложениям Северо-Крымского и Индольского прогибов. Изучение условий накопления и преобразования органического вещества (0В), рассеянного в породах мелового и палеогенового возраста, а также 0В и некоторых других компонентов, растворенных в подземных водах указанных депрессионных зон, представляет определенный интерес с точки зрения нефтегазоносности.

Условия накопления ОВ нами рассматривались в тесной связи с палеогеографией и историей геологического развития Крыма. Для реконструкции обстановки седиментогенеза рассчитывался баланс аутигенно-минералогичесхих форм железа; с частности, для диагностики морских и пресноводно-озерных условий седиментогенеза осадков применялось отношения Feпирорг (Feпир - железо сульфидное).

Морская трансгрессия, которая началась в конце аптского — начале альбского времени, постепенно охватила почти всю территорию Северного Крыма. Наиболее интенсивные прогибания происходили в западной и восточной частях Северо-Крымского прогиба. О расширении раннемеловой трансгрессии свидетельствует увеличение величин отношения Feпирорг от 0,3—0,4 (неоком-апт) и 0,6—0,8 (нижний альб) до 1 — 1,3 (средний и верхний альб).

В морском бассейне раннемелового времени происходило накопление как прибрежно-морских и мелководных, так и относительно глубоководных осадков (Шестопал и др., 1974). В породах этого возраста обычно преобладает сидеритное и лептохлоритовое железо (55—95%), а содержание пиритного в общем балансе не превышает 30—40%, что, как известно, свидетельствует о геохимических условиях переходных от слабовосстановительных к восстановительным в раннем диагенезе (рис.1).

Содержание Сорг в карбонатно-глинистых породах нижнего мела меняется от 0,1—0,7% в песчаниках и алевролитах до 0,5—1,8% в глинах и аргиллитах. Наибольшие концентрации Сорг и ХБ, так же как и более высокая степень битуминизации ОВ вообще, приурочены к относительно погруженным в раннемеловое время частям морского бассейна.

В позднем мелу и палеоцене условия осадкообразования заметно изменились, что привело к накоплению морских умеренно глубоководных преимущественно карбонатных отложений. Максимальные прогибания этого времени фиксируются на Тарханкутском полуострове. Величина отношения Feпирорг здесь составляет 0,6 — 1,4, а на остальной территории Крыма не превышает 0,2—0,8.

Геохимическая обстановка седиментогенеза, судя по соотношению аутигенно-минералогических форм железа, как и в раннем мелу, была переходной от слабовосстановительной к восстановительной. В породах преобладает закисное и лептохлоритовое железо, на отдельных участках заметную роль играет и пиритное (20— 40%). Это относится в первую очередь к районам распространения глинисто-карбонатных отложений.

Содержание Сорг и ХБ (А) в породах верхнего мела—палеоцена обычно не превышает 0,1—0,5 и 0,01—0,03% соответственно. Повышенные их концентрации приурочены к относительно погруженным участкам Северо-Крымского и Индольского прогибов.

.

Рис.   1. Соотношение аутигенно-мннералогических форм железа и содержания Сорг в породах нижнего (в), верхнего (б) мела и палеогена (в)

1-3 -.формы железа: 1 — окисного, 2 — лептохлоритового и сидеритного, 3 — пиритного; I-III - геохимические фации (обстановки): I - субокислительная и слабовосстановительная, II - переходная от слабовосстановительной к восстановительной, III - восстановительная

После незначительной регрессии в конце палеоценового времени в эоцене началась новая трансгрессия моря, которая постепенно расширялась

Интересно, что величина отношения Feпирорг возрастает от 0,3-0,6 в нижнеэоценовых породах до 2,2-3,2 в отложениях верхнего эоцена. Наиболее значительные прогибания охватили северную часть Тарханкутского полуострова и прилегающую акваторию Черного моря.

Накопление ОВ в эоценовое время на большей части территории Крыма происходило в переходной от слабовосстановительной к восстановительной обстановке. В балансе-аутигенно-минералогических форм обычно преобладает сидеритное и леп-тохлоритовое железо, а в северо-западном и восточном Крыму значительная роль принадлежит пиритному железу (до 55%), что указывает на восстановительную геохимическую фацию в осадках. Слабовосстановительные и слабоокислительные фации распространены в районах, прилегающих к Новоселовскому поднятию, и в северовосточном Причерноморье.

Содержание CQг и ХБ (А) в карбонатно-глинистых породах эоцена составляет обычно 0,2—0,9 и 0,02—0,06%, возрастая в верхней части разреза (кумский горизонт) до 1,9—2,9 и 0,15—0,2%. Наибольшие концентрации отмечаются в северо-западном Крыму и на Керченском полуострове.

Олигоценовый период отличался широким распространением морских обстано-вок, в которых накапливались относительно глубоководные глинистые и алеврито-глинистые осадки. Интенсивные прогибания захватили в это время юго-восточную часть Крыма и прилегающую территорию Керченского полуострова, а также акваторию Каркинитского залива. Величины отношения Feпирорг в олигоценовых породах меняются от 0,5—0,7 в юго-восточном Крыму до 1,3 на площади Голицына (акватория Каркинитского залива). Диагенез осадков в этих районах происходил в слабовосстановительных и переходных к восстановительным геохимических обста-новках. В общем балансе по-прежнему преобладает сидеритное и лептохлоритовое железо, хотя в отдельных пластах в заметных количествах присутствует и пиритное железо (до 27-36%).

В породах майкопской серии содержание С составляет 0,2-1,8%, а ХБ(А) -от 0,03 до 0,25%. Максимальные их концентрации (как и благоприятные геолого-геохимические условия накопления ОВ) приурочены к относительно погруженным частям морского бассейна олигоценового времени. Разнообразие фациальных обстановок и климатические условия благоприятствовали накоплению ОВ смешанного состава. В умеренно глубоководном морском бассейне в условиях восстановительных геохимических фаций накапливалось гумусово-сапропелевое ОВ, а в мелководных и прибрежно-морских слабовосстановительных обстановках — сапропелево-гумусовое.

Равномерное непрерывное погружение, которое испытывали меловые и палеогеновые отложения, привело к сравнительно быстрому преобразованию рассеянного в них ОВ. В пределах Северо-Крымского прогиба, где интенсивное прогибание началось в конце апта, рассеянное органическое вещество (ОВ) нижнемеловых отложений уже в позднем мелу достигло градаций катагенеза MK1- MK2, что свидетельствует о вхождении этих отложений в главную зону нефтеобразования (ГЗН) (Шестопал, 1975). В настоящее время в относительно погруженных частях прогиба ОВ в нижней части толщи раннемелового возраста находится на стадиях МК3 - МК4, т.е. способно генерировать преимущественно газообразные УВ. Степень преобразованности ОВ верхнемеловых и палеогеновых отложений Северо-Крымского прогиба соответствует градациям катагенеза ПК3 — MK1, местами МК2.

Погружение меловых и палеогеновых отложений в Индольском прогибе началось только в позднем эоцене. К началу среднемиоценового времени РОВ в меловых породах уже находилось на стадиях MK1— МК2. На современном этапе в нижней части этой толщи ОВ достигло градаций катагенеза МК3— МК4, а в майкопских отложениях — MK1 —МК2.

Приведенные данные показывают, что вследствие унаследованного развития большей части территории Крыма районы основного прогибания, где были распространены восстановительные геохимические обстановки (т.е. условия, для которых впоследствии был характерен жесткий термобарический режим недр, благоприятный для накопления и последующего преобразования ОВ и генерации УВ), в общем сохраняли свое положение на. протяжении мелового и палеогенового времени и были приурочены к относительно погруженным частям Северо-Крымского и Индольского прогибов. Эти районы рассматриваются как основные области нефтегазообразования. Прибортовые участки этих депрессионных зон, а также районы Новоселовского поднятия, Предгорного Крыма и южного склона Украинского кристаллического щита характеризовались слабовосстановительными и слабосубокислительными геохимическими фациями, которые не благоприятствовали накоплению достаточных концентраций ОВ, к тому же породы не погружались здесь на большие глубины и, следовательно, не достигли необходимых для нефтеобразования градаций катагенеза.

Картина распространения зон, в пределах которых существовали благоприятные и неблагоприятные для накопления рассеянного в породах ОВ и нефтегазообразования условия, в целом соответствует гидродинамической и гидрохимической зональности подземных вод Крыма.

Особенности питания и разгрузки позволяют выделить в исследуемом регионе водонапорные системы двух типов: инфильтрационные и эллизионные. К первым относятся водоносные горизонты четвертичных и неогеновых отложений на всей территории Крыма и водоносные комплексы донеогеновых отложений в пределах узкой полосы вдоль предгорной его части и южного склона Украинского щита, вторые, включающие водоносные горизонты и комплексы донеогеновых отложений, широко распространены в Северо-Крымском и Индольском прогибах.

На рассматриваемой территории развиты разнообразные по химическому составу и степени минерализации подземные воды. Отчетливо прослеживается гидрогеохимическая зональность как в плане, так и по разрезу мел-палеогеновых отложений. В предгорных районах (область инфильтрации) развиты пресные и слабоминерализованные (0,3-3 г/л) подземные воды сложного состава (сульфатно-гидрокарбонатно-натриевые, гидрокарбонатно-хлоридно-натриевые, сульфатно-гидрокарбонатно-натриево-кальциевые и др.), содержащие растворенные газы воздушного происхождения; соотношения РГПЛ при этом не превышает 0,2. По мере удаления от участков выходов водовмещающиех пород на поверхность (с юга на север) наблюдается увеличение степени минерализации и метаморфизации вод и смена их состава на гидрокарбонатно-хлоридно-натриевый. В нижнемеловых и майкопских горизонтах появляются хлоридно-кальциево-натриевые рассолы (60—80 г/л). Водорастворенные газы в этом направлении сменяются азотно-углеводородными и углеводородными газами, характеризующимися повышенными давлениями насыщения; отношение Ргпл возрастает до 0,5-0,7.

Седиментогенные подземные воды, развитые в разрезе мел-палеогена, содержат 0,11—0,83 мг/л Cорг. Наибольшие его концентрации зафиксированы в законтурных водах Стрелкового газового месторождения. В региональном плане намечается тенденция к увеличению содержания Cорг в направлениях к Индольскому (Мошкаревская площадь) и Северо-Крымскому (Березовская, Стрелковая площади) прогибам (Галян,1971).

Распределение органического азота, окисляемости перманганатной (Оперм.хл) и окисляемости йодатной (Ойодатн.хл) не обнаруживает четко выраженной зависимости от нефтегазоносное™. Можно лишь констатировать, что максимальные концентрации трудноокисляющихся органических соединений (Ойодатн.хл) связаны с приконтурными водами газовых залежей, где достигают 23,7-74,4 мг/л 02, в то время как в водах геохимического фона палеоцен-эоценовых отношений они составляют 6,7—45,3, причем преобладают (72,7% определений) содержания О2 9,7— 37,3 мг/л.

Рис. 2. Гистограммы распределения содержаний фенолов в подземных водах (а) и поровых растворах (б)

Рис. 3. Зависимость между содержаниями фенолов летучих с водяным паром н нелетучих в поровых растворах

Содержание фенолов в поровых растворах, полученных отпрессовыванием из осадков: 1 — четвертичных, 2 — сарматских, 3 - майкопских, 4 -эоценовых,5 – палеоценовых

Сопоставление содержаний нафтеновых кислот в водах нижнемеловой толщи на продуктивных и непродуктивных поднятиях показало, что в пределах первых концентрации нафтеновых кислот не превышали 0,5 - 1 мг • экв/л, тогда как на поднятиях с выявленной продуктивностью содержания этих кислот достигали значительной величины (более 50 мг • экв/л), в среднем составляя 12 мг • экв/л (Лихоманова и др., 1972). Установлена прямая корреляционная связь между концентрациями в водах нафтеновых кислот и йода (коэффициент корреляции r составляет 0,72), а также между содержанием нафтеновых кислот и тяжелых углеводородов (r = 0,71).

Изучено распределение фенолов в подземных водах и поровых растворах кайнозойских отложений Крыма. Концентрация нелетучих фенолов в поровых растворах третичных и четвертичных отложений (по 26 определениям) колеблется в широких пределах от 0,5 до 13,5 мг/л (в среднем 2,75 мг/л). Наиболее часто встречаются концентрации 0,5 до 1 мг/л (55% определений), в 25% определений установлены содержания 2-4 мг/л. Количество летучих с водяным паром фенолов в поровых растворах изменяется от 0,5 до 5,6 мг/л (в среднем — 2,03 мг/л), наиболее часто встречающиеся значения (62% определений) — 0,5 — 1,5 мг/л (рис. 2).

Гистограммы распределения концентраций нелетучих фенолов в поровых растворах исследуемой территории напоминают ?-образную кривую, асимптотически приближающуюся к осям координат. Распределение фоновых содержаний летучих фенолов в растворах характеризуется асимптотически нормальной кривой. Геохимический смысл логнормального распределения нелетучих фенолов в поровых растворах не ясен, но можно говорить о наличии каких-то доминирующих факторов в распределении этих компонентов и о существовании их в неравновесных физико-химических условиях.

В связи с этим интересна тенденция к уменьшению концентраций летучих фенолов в поровых растворах с возрастанием в них содержаний нелетучих (рис. 3). Точечная диаграмма указывает на обратную гиперболическую зависимость между ними. Других закономерных связей между содержаниями фенолов, с одной стороны, общей минерализацией и концентрацией в них отдельных компонентов солевого состава, с другой, не установлено (Сиван, 1974).

Содержание летучих фенолов во фракциях, отпрессованных при разных давлениях, увеличивалось с ростом последних иногда в десять раз, достигая максимальных значений при давлениях 1000-1500 кГс/см2, и несколько снижалось при дальнейшем увеличении давления (Сиван, 1974).

Проведенный ранее анализ распределения концентраций летучих с водяным паром фенолов в подземных водах Крыма показал, что существует четкое различие между их количествами в водах, связанных и не связанных с залежами углеводородов (Сиван, 1971). В водах геохимического фона летучие фенолы либо отсутствуют, либо их содержания не превышают десятых и сотых долей миллиграмма на литр. В водах продуктивных горизонтов (залежи газа встречены на глубинах 500—700 м, где пластовые температуры не превышают 44—45 °С) эти компоненты накапливаются в повышенных (1,6—2,9 мг/л) по сравнению с фоном количествах. Максимальные концентрации фенолов (4,7—13,7 мг/л) характерны для вод, конденсирующихся в сепараторах при работе газовых скважин, и для подземных вод, которые сопровождают залежи газа и конденсата, встреченные на глубинах 0,9—1,2 км (пластовые температуры достигают 64—76°С). Выявленные положительные аномалии летучих фенолов, а также их генетическая связь с ароматическими углеводородами позволили отнести фенолы к поисковым критериям (Сиван, 1971).

Учитывая, что в пластовых водах фенолы присутствуют в небольших количествах, но достигают значительных концентраций в приконтурных зонах месторождений, можно полагать, что обогащение вод фенолами связано с наличием залежей УВ. В то же время поровые растворы содержат высокие концентрации фенолов, которые при сравнительно небольших температурах и геостатических нагрузках (соответствующих современной глубине залегания пород) не переходят в пластовые воды, а удерживаются в растворах. Можно думать, что при погружении осадков на большие глубины содержания фенолов в подземных водах, растут за счет перехода фенолов из поровых растворов, что наблюдалось в лабораторных опытах (Сиван, 1974).

Интерпретируя результаты аналитических определений РОВ в породах и водорастворимых ОВ подземных вод, следует сделать следующие выводы.

1. Накопление РОВ в породах в меловое и палеогеновое время происходило в мелководном и умеренно глубоководном морском бассейне в основном в слабовосстановительной и переходной к восстановительной геохимических обстановках. Наиболее благоприятные для накопления ОВ геохимические фации седиментогенеза и раннего диагенеза, а также максимальные концентрации Сорг в породах и подземных водах приурочены к погруженным частям Северо-Крымского и Индольского прогибов.

2.  В водах, контактирующих с залежами УВ, зафиксированы повышенные по сравнению с фоном содержания нафтеновых кислот и летучих фенолов. Эти особенности распределения ВРОВ предложены в качестве гидрохимических критериев при выявлении нефтегазоносности локальных структур.

3. Между накоплением 0В в подземных водах и вмещающих их породах прослеживается генетическая связь, которая подтверждается повышенными концентрациями РОВ и ВРОВ в породах определенных тектонических зон.

Литература

  1. Галян Л.Д. Исследование условий накопления и распространения йода в подземных водах донеогеновых отложений Равнинного Крыма. - Автореф. канд. дис. Киев, 1971.
  2. Лихоманова И.Н., Сиван Т.П., Галян Л.Д. и др. Водорастворенное органическое вещество Равнинного Крыма и его нефтега-зопоисковое значение. Семинар "Методы и направления исследования органического вещества подземных вод нефтегазоносных областей". Тезисы докл. М., 1972.
  3. Сиван Т.П. Про можливосi використання фенолiв я; riдрохiмiчних показнкiв нафтогазоносностi в умовах Криму. — В кн.: Геолопя  i reoxiмiя горючих копалин, вып. 29. Киев, "Наукова думка", 1971.
  4. Сиван Т.П. Гидрогеология мел-палеогеновых отложений Крыма и Западного Предкавказья в связи с их нефтегазоносностью. -Автореф. канд. дис. Львов, 1974.
  5. Шестопал Б.А. Нефтегазообразование в нижнемеловых отложениях Равнинного Крыма в связи с их катагенезом. - Геол. нефти и газа, 1975, №7.
  6. Шестопал Б.А., Шевченко Е.Ф., Карпенко Г.М. и др. Геолого-геохимическая характеристика органического вещества нижнемеловых отложений Равнинного Крыма в связи с проблемой нефтегазообразования. — В кн.: Новые данные по геологии и нефтега-зоносности УССР. Львов, 1974.

Авторы: 

Тематические разделы: