pdf.php@id=6161.pdf

В нефтяной геологии с 20-х годов XX в. стали использоваться шкалы углефикации Д. Уайта, установившего зависимость рас­ пределения нефти и углеводородных газов от величины «углерод­ ного коэффициента». Начиная с 60-х годов в практику нефтегео­ логических исследований прочно вошли показатели углефикации углей и РОВ — R° и Ra.

Соответствие этапов углефикации и образования углей разных марок определенным температурам было установлено на основа­ нии экспериментов, при этом минимальные температуры обра­ зования углей в лабораторных условиях условно принимаются в качестве верхних пределов температур для природных процессов (°С): Б -Д - 150-200, Д -Г - 250, Ж -К - 290, К -П С - 340, ПС—Т — 380. Разработанная для всех возрастов шкала прибли­ женных соотношений палеотемператур приведена в табл. 3.12.

Таблица 3.12

Соотношение палеотемператур и ОС витринита (по И.И. Амосову)

Многочисленными исследованиями на примере разных реги­ онов (Н.Б. Вассоевич, Ю.И. Корчагина, О.А. Радченко, К.Ф. Ро­ дионова, С.Г. Неручев, Б. Тиссо, Д. Вельте и др.) было установле­ но, что характер преобразования РОВ в принципе такой же, как и концентрированного ОВ: обуглероживание основной массы с выходом жидких и газообразных новообразований — УВ, С 02, Н20 и др., сопровождающееся коренной перестройкой керогена, четко фиксированной по изменению физико-химических и оптических свойств его нерастворимой части.

Для обозначения уровня преобразования РОВ использование «углемарочной» шкалы некорректно. Н.Б. Вассоевичем была со­ ставлена, а затем опубликована (Вассоевич, Конюхов, Лопатин, 1976) шкала катагенеза, в которой она сопоставляется с углема­ рочными и шкалами других стран (рис. 3.10). Для наименования ранней, средней и поздней подстадий катагенеза рекомендуется использовать древнегреческие префиксы «прото», «мезо» и «апо». При подразделении прото-, мезо- и апокатагенеза на градации

151

Для определения катагенетической превращенности РОВ успешно используются люминесцирующие (флуоресцирующие) свойства споринита. Интенсивность флуоресценции является од­ ним из лучших показателей зрелости при низких значениях ОС витринита (менее 0,3%), однако этот метод не может быть ис­ пользован для высокой степени преобразованности, так как споринит утрачивает способность флуоресцировать (см. рис. 3 .11 ).

Для определения уровня катагенеза также используется свой­ ство конодонтов изменять окраску в зависимости от степени превращенности вмещающих их пород. Выделяются девять гра­ даций окраски конодонтов (ОК) (или индексов окраски коно­ донтов — ИОК); конодонты с ростом катагенеза меняют окраску от бледно-желтой через черную до молочно-белой, ИОК хорошо коррелируется с ОС витринита. Этот метод успешно использует­ ся прежде всего при изучении нижнепалеозойских образований, лишенных витринита.

Американскими исследователями А. Худом и С. Гутьяром была предложена непрерывная шкала катагенеза углей LOM (Level organic metamorfism — уровень органического метамор­ физма). В качестве эталона ими был взят новозеландский разрез третично-мелового возраста, содержащий угли от торфа до мета­ антрацита, постепенно сменяющие друг друга при постоянном геотермическом градиенте. Шкала имеет постоянный масштаб от 0 до 20. Авторы предложили под LOM понимать определенный этап катагенеза и показали его соотношение с физическими и химическими параметрами углефикации.

К геохимическим и физико-химическим методам определения уровня катагенетической преобразованности РОВ относится эле­ ментный состав керогена, выход битумоидных компонентов, их состав, состав УВ-фракций, соотношение разных групп УВ, зре­ лость, определенная по хемофоссилиям. В целом геохимические методы не дают точных подразделений градаций катагенеза, но позволяют определить преобразованность РОВ на уровне: незре­ лое, малозрелое, зрелое, высокозрелое (перезрелое).

Изменение элементного состава керогена в катагенезе четко видно на диаграмме Ван-Кревелена (см. рис. 2.5), причем умень­ шение атомных отношений Н/С и О/С с ростом катагенеза свой­ ственно всем типам керогенов.

Для определения уровня преобразованности керогена исполь­ зуется электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). Наблюдение сигнала ЭПР в керогене основано на существовании в нем неспа­ ренных электронов, т.е. свободных радикалов. Установлено, что магнитная восприимчивость %р пропорциональна числу свобод­ ных радикалов и увеличивается в мезокатагенезе (см. рис. 3 .1 1 ).

155

Степень катагенеза керогена определяется методом пироли­ за Rock-Eval по максимальной температуре (Ттах) выхода жид­ ких УВ, которая коррелируется с определениями ОС витринита (R°): Ттах < 435 °С соответствует значениям R° < 0,5; Tmax = 435460 °С - R° = 0,5-1,15; Tmax > 460 °С - R° > 1,15; ГЗН или нефтяное окно определяется следующими значениями индекса продуктивности: OPI = 0,1—0,4 [OPI = + S2)].

Помимо уменьшения значений Н/С и О/С с ростом катаге­ неза изменяется выход битумоидов: битумоидный коэффициент, соотношение групп УВ (отношение ароматических УВ к сумме метановых и нафтеновых), уменьшается значение Ar/(Me+Na), CPI (нч/ч), меняется характер распределения н-алканов. Для не­ зрелого ОВ характерно присутствие четырех- и пятициклических нафтенов, для ОВ зоны мезокатагенеза — би- и моноциклических (рис. 3.12).

В настоящее время в практике нефтепоисковых исследований для определения степени зрелости нефти и прочих УВ-соединений нефти используют коэффициенты, основанные на молекуляр­ ных соотношениях биомаркеров — стерановых и гопановых УВ. Эти полициклические УВ в процессе катагенеза претерпевают изменения конфигурации хиральных центров. Эта эпимеризация и является той мерой, которая способна оценить степень созревания биоорганических молекул, т.е. переход биоизомеров в геоизомеры. Разными авторами предложены различные коэф­ фициенты. Суть их сводится к тому, что берется отношение изо­ меров, имеющих стереохимию биологических соединений, к но­ вообразованным изомерам, т.е. биостеранов ctaaR к геостеранам aaaS и aPP(S + R). При этом используются коэффициенты:

* 3p=PP/[PP + a(R + S)] (lim0,71).

Для гопанов рассматриваются соотношения биологических структур, имеющих конфигурацию 17p2ip, а также моретанов с конфигурацией 17р21а, к преобразованным гопанам 17а21р (не­ фтяные гопаны, имеющие наиболее устойчивую стереохимию).

Образование УВ-флюидов в зоне катагенеза

Процесс преобразования ОВ в катагенезе длительный и ста­ дийный, с подстадией мезокатагенеза связано образование жид­ ких и газообразных УВ.

156

ЮМ

Рис. 3.12. Сравнение различных показателей степени зрелости, основанное на данных о количестве и составе извлекаемого битумоида (по Б. Тиссо и Д. Вельте с изменениями)

В начале и особенно в середине 60-х годов XX в. появились статьи, касающиеся новообразования УВ и битумоидов в зоне

В.А. Соколов, 1967; М. Louis, В. Tissot, 1967; А.Э. Конторович, 1967, и др.), которые позволили Н.Б. Вассоевичу сформулировать понятие о главной фазе нефтеобразования, суть которого сво­ дится к следующему. Новообразование и преобразование угле­ водородов (УВ) и пред-УВ на этапах раннего катагенеза путем слабого термолиза и (или) термокатализа не вызывает сомнений. Этот процесс развивается сначала медленно, но в начале стадии среднего катагенеза быстро усиливается. В результате термолиза и мягкого термокатализа образуется много УВ, главным обра­ зом тех, которые входят в состав керосина и бензина. С этапами катагенеза, которые протекают при мощности покрывающих от­ ложений в 2-4 км и t = 80—150 °С, связана главная фаза нефте­ образования (ГФН). Она знаменуется тем, что одновременно с новообразованием УВ, значительным увеличением содержания в породах микронефти и ее созреванием также широко развивают­ ся процессы десорбции микронефти, ее отрыва от материнской органики и от минеральных компонентов породы и интенсивной миграции путем усиленного растворения в воде и (или) в сжатых газах (Вассоевич, 1967).

В зарубежной литературе часто используется термин «нефтя­ ное окно», отвечающий этапу рождения и существования неф­ ти. Катагенетические границы «нефтяного окна» зависят от типа керогена. Для керогена II типа границам его отвечают значения ОС витринита R0, по разным авторам, 0,5-1, 0,5-1,15, 0,5-1,2%, т.е. нижняя граница варьирует; значения LOM и TAI находятся соответственно в пределах 7-11 и 2,5—3,5.

Еще в 50-х годах XX в. было отмечено совпадение основного периода нефтеобразования со скачком углефикации, в течение которого угли приобретают свойства спекаемости, в витрините увеличивается содержание водорода, исчезают гуминовые кисло­ ты, выделяются подвижные флюиды.

Главная фаза нефтеобразования (ГФН) развивается в течение длительного отрезка времени, значительно варьирующего в раз­ ных районах в зависимости от типов ОБ и вмещающих пород, темпов опускания, перерывов в отложениях (из-за перемены зна­ ка движения), от геотермического градиента (точнее, от геотерми­ ческой истории бассейна). Отвечающая ГФН в недрах — Главная зона нефтеобразования (ГЗН) — располагается в подзоне мезокатагенеза, в интервале трех градаций: MKj МК2, МК3. В ГЗН во время развития ГФН и происходит рождение собственно нефти.

158

ГФН в кайнозойских отложениях не только отвечает более вы­ соким температурам и соответственно располагается на боль­ ших глубинах, но и носит более растянутый характер. Это четко прослеживается на примере бассейнов Тихоокеанского пояса, Южно-Каспийского, Азово-Кубанского бассейнов и др. Более высокие температуры начала интенсивной генерации многие ис­ следователи связывали в основном с влиянием фактора времени, т.е. недостаточной длительностью прогрева. В настоящее время установлено, что характер распределения катагенетической зо­ нальности и температур (палеотемператур) бассейна зависит от ряда факторов: общего геотектонического развития региона, строения разреза, характера геотермического и флюидодинами­ ческого режимов бассейна, генетического типа ОВ и др. Так, в кайнозойских бассейнах относительно высокие температуры и повышенные глубины кровли ГЗН связаны прежде всего с боль­ шими скоростями погружения и накопления осадков, вследствие чего сохраняются седиментационные воды, что способствует воз­ никновению АВПД, которое в свою очередь тормозит ход катагенетических процессов.

Необходимо подчеркнуть, что при всех указанных различиях температур и глубин ГЗН, которые варьируют в пределах кров­ ли (60-100 °С, 1,5-3,5 км) и подошвы (150-210 °С, 3,1-8 км), интервалы ГЗН соответствуют значениям R0 — 0,5-1,15%, LOM 7-11, Ттах пиролиза 435-460 °С.

В главной зоне нефтеобразования помимо ОВ существенно изменяются породы и насыщающие их воды: в составе водораст­ воренного ОВ заметно увеличивается содержание УВ-компо- нентов, меняется состав водорастворимых газов. Происходит перестройка глинистых минералов — гидрослюдизация монтмо­ риллонита, сопровождающаяся выделением воды, способствую­ щей миграции образовавшихся УВ (подробнее см. гл. 5).

Проследим ход процесса преобразования ОВ, начиная с про­ токатагенеза. В зоне протокатагенеза трансформация ОВ суще­ ственно не изменяет его структуру. Биохимические процессы преобразования ОВ в основном уже прекратились, а термока­ талитические еще не набрали силу из-за небольшой температу­ ры, недостаточной для преодоления энергетического барьера. На диаграмме (см. рис. 3.13) видно, что на этой стадии эволю­ ции слегка уменьшается величина отношения Н/Сат и заметно уменьшается О/С, причем содержание кислорода, по данным ИКС, сокращается за счет удаления групп С=0. В протоката­ генезе происходит разрыв гетероатомных связей некоторых не­ устойчивых карбонильных и карбоксильных групп. В результате

160