pdf.php@id=6161.pdf

----------- ГЛАВА 4 -----------

НЕФТЕГАЗОМАТЕРИНСКИЕ СВИТЫ И КОНЦЕПЦИИ НЕФТЕГАЗООБРАЗОВАНИЯ

4.1. ПОНЯТИЕ О НЕФТЕГАЗОМАТЕРИНСКОЙ СВИТЕ

Нефтегазообразование — сложная совокупность процессов, протекающих в недрах, т.е. эти процессы в природе наблюдаемы быть не могут. Видны лишь их фиксированные результаты, запе­ чатленные в некоторых естественных телах, как в пространстве, в котором эти процессы протекали. Естественным телом, где осу­ ществлялись (и при соответствующих условиях осуществляются и ныне) процессы нефтегазогенерации, является нефтегазомате­ ринская свита (НГМ-свита). Это понятие было введено в науку около 70 лет назад классиками геологии (Архангельский, 1927; Губкин, 1932; и др.). В ту пору методы органической геохимии только зарождались, и объекты, соответствующие этому поня­ тию, выделялись чисто геологическими методами, а главными их признаками были литологический состав и цвет. Такой первона­ чальный подход оказался верным, ибо содержал в себе и геологи­ ческую, и (в скрытом виде) геохимическую информацию, так как именно цвет является главной внешней геохимической характе­ ристикой любой осадочной породы и определяется, за редким исключением, соотношением концентрации ОВ и форм железа. В дальнейшем, на заре органической геохимии как науки, но уже при развитых химических методах исследования (40—45 лет назад), при обнаружении «повсюдности» УВ, т.е. при фиксации тех или иных их количеств в любой осадочной породе, понятие «нефтега­ зоматеринская свита» стало расплываться, терять свои очертания. Однако около 15 лет назад стало возможным вновь обратиться к этому понятию на новом уровне исследований. Значительность такого понятия непротиворечиво обосновывается с позиций уче­ ния о формациях как о парагенезах пород (по Н.С. Шатскому, Н.П. Хераскову и др.) в сочетании с иерархией (соподчинением) уровней организации вещества геологических объектов: атомы -» молекулы минералы -> породы формации -> парагенезис формаций -> субоболочки (геолинзы) -» оболочки (геосферы). В табл. 4.1 представлен иерархический принцип восходящей вет­

172

ви онтогенеза УВ и их скоплений, место ГМ-свит на этой иерар­ хической лестнице. Атомному уровню отвечает дифференциация изотопов нефтегазообразующих элементов; молекулярному — образование радикалов, молекул УВ и родственных им веществ. «Минеральный» уровень в данном случае — само ОВ как поро­ дообразующий элемент более низкого уровня, входящий в объект более высокого уровня (породу); на этом уровне осуществляется обособление компонентов группового состава ОВ. На породном уровне реализуется отрыв от ОВ его подвижных компонентов, т.е. вступает в действие механизм эмиграции УВ и происходит образование микронефти. Превращение же микронефти в соб­ ственно нефть (макронефть), процессы миграции и аккумуляции нефти и газа происходят уже на формационном уровне, где осу­ ществляется дивергенция — подразделение формаций на нефте­ газогенерирующие (материнские) и нефтегазосодержащие (или потенциально нефтегазосодержащие, т.е. формации-резервуары). Пространственная совокупность НГМ-свит, находящихся в ГЗН, образует очаг нефтегазообразования (ОНГО), а пространственная совокупность нефтегазосодержащих горизонтов (залежей, место­ рождений) — зону нефтегазонакопления (ЗНГН). В свою очередь совокупность ОНГО и ЗНГН и образует нефтегазоносный бас­ сейн (НГБ) — объект субоболочечного (геолинзового) уровня, а совокупность НГБ соответствует так называемой УВ-сфере.

Итак, НГМ-свита — элементарный объект формационного уровня. И.О. Брод более 40 лет назад определял НГМ-свиту как

173

формацию (Брод, Еременко, 1957). Поскольку всякая геологиче­ ская формация представляет собой парагенетическую ассоциа­ цию пород, постольку НГМ-свите (формации) можно дать сле­ дующее определение: НГМ-свита — парагенетическая ассоциация обогащенных автохтонным ОВ пород, рождающая в процесселитогене­ тической эволюции углеводороды, способные к аккумуляции.

Наряду с термином «нефтегазоматеринская свита» в лите­ ратуре нередко встречается термин «нефтематеринская свита» (НМ-свита). При этом имеется в виду, что данная свита может генерировать в жидкие и газообразные УВ; также используется термин «газоматеринская свита» (ГМ-свита), где способны ге­ нерироваться преимущественно газообразные УВ. Более общее понятие «нефтегазоматеринская свита» заменяется понятиями «потенциально нефтегазоматеринская свита», «нефтегазопроиз­ водящая свита», «нефтегазопроизводившая свита». Иногда они употребляются как синонимы, а иногда — как альтернативные друг другу. На самом же деле эти термины выражают понятия, характеризующие последовательные этапы эволюции рассматри­ ваемого природного объекта нефтегазоматеринской свиты.

Термин «потенциально нефтегазоматеринская свита» (ПНГМсвита) отвечает этапу начального существования объекта от седиментогенеза до раннего протокатагенеза включительно, когда генерационные свойства объекта только сложились и готовы к реализации. Однако в геологии известно немало случаев, когда нефтегазоматеринский потенциал объектов так и остался нереа­ лизованным вследствие недостаточной зрелости. Примером та­ ких потенциально НГМ-свит, очень богатых ОВ, могут служить диктионемовые сланцы нижнего ордовика и кукерские сланцы среднего ордовика Эстонии. Термин «нефтегазопроизводящая свита» характеризует этап реализации потенциала (от конца про­ токатагенеза до начала апокатагенеза), при этом форма термина свидетельствует о том, что генерация УВ происходит и в настоя­ щее время. Это, как правило, имеет место в областях современ­ ного погружения на континентальных окраинах и в некоторых молодых кайнозойских бассейнах континентов, где НГМ-свиты находятся в зоне максимальных за их историю температур (май­ копская свита олигоцена-миоцена некоторых районов Пред­ кавказья, формация Монтерей верхнего миоцена Калифорнии). Термин «нефтегазопроизводившая свита» прежде всего предпо­ лагает генерацию УВ только в геологическом прошлом. Одна­ ко этот термин имеет двоякое значение. Во-первых, он может означать прекращение генерации УВ на каком-то этапе эволю­ ции НГМ-свиты (вследствие восходящих движений, снижения теплового потока и др.), когда генерационный потенциал еще

174

не исчерпан. Примером таких объектов могут служить доманиковая формация Русской плиты, НГМ-свиты венда НепскоБотуобинской антеклизы и куонамская свита нижнего-среднего кембрия Анабарской антеклизы Сибирской платформы. Второе значение рассматриваемого термина — практически полная реа­ лизация НГМ-свитой своего потенциала (глубокий апокатагенез вплоть до метагенеза). Примером таких объектов являются НГМсвиты силура и девона Предуральского прогиба (прежде всего его складчатого борта), а также НГМ-свиты рифея-венда и нижнего кембрия северо-запада Сибирской платформы. Для каждого кон­ кретного объекта выделение НГМ проводится с учетом уровня катагенетической зрелости. Так, конкретная свита, находящая­ ся в данный момент в термобарических условиях, отвечающих МК5, будет являться нефтепроизводившей и газопроизводящей, т.е. уже отдавшей жидкие УВ и в настоящий момент генерирую­ щая только газ.

Литологический спектр пород, слагающих НГМ-свиты, доста­ точно широк. Напомним, что при прочих равных условиях для сохранности ОВ в седиментогенезе и аэробном диагенезе, т.е. для его фоссилизации, наиболее благоприятны осадки пелитовой размерности; к тому же глинистые минералы, являясь хороши­ ми сорбентами, адсорбируют растворенное ОВ из вод бассейна в процессе седиментации. В связи с этим в общем случае в фаци­ альном профиле осадочных пород — от конгломератов до глин (аргиллитов) —■и глинисто-карбонатных пород обогащенность автохтонным ОВ находится в прямой зависимости от количества глинистой примеси. В то же время в ряду карбонатные -> глини­ стые карбонаты -> мергели —>карбонатные аргиллиты последние члены по концентрации ОВ не уступают чисто глинистым по­ родам, а нередко превосходят их (рис. 4.1). Для «чистых» кар­ бонатов и их глинистых разностей, т.е. для первых членов ряда, статистически характерны малые концентрации ОВ, но и здесь они иногда бывают повышены и в глинистых разностях дости­ гают нескольких процентов. Для этих пород существенную роль играет петрографический тип карбонатной составляющей, опре­ деляемый фациальной принадлежностью породы: при прочих равных условиях наивысшие концентрации ОВ приурочены к хемогенным и фитогенным (водорослевым) разностям карбонатов, тогда как органогенные (зоогенные), обломочные и оолитовые разности карбонатных пород содержат, как правило, ничтожные количества автохтонного ОВ.

Минералогия карбонатной составляющей пород в принципе нейтральна к обогащению ОВ, т.е. она может быть как кальцитовой (известковой), так и доломитовой, а также смешанной. В

175

Рис. 4.1. Связь нерастворимо­ го остатка породы (НОП) с со­ держанием Сорг в карбонатных и карбонатно-глинистых по­ родах Сибирской платформы. Содержание Сорг: 1 — менее 0,1; 2 — 0,1—0,5; 3 — более 0,5; 4 — граптолитовые сланцы (по

Т.К. Баженовой)

*1 92 *3 +#

силикатном ряду осадочных пород обогащенными сапропелевым альгогенным и (или) зоогенным планктонным ОВ, ответствен­ ным за образование жидких УВ, бывают, как правило, лишь гли­ нистые породы (глины, аргиллиты), а также сильно глинистые алевролиты.

В песчаных, а тем более в грубых породах содержание сапро­ пелевого ОВ обычно ничтожно (менее п-0,01%). Однако песча­ ные породы верхнего палеозоя и мезокайнозоя, т.е. генетически связанные с эпохами, когда высшая растительность завоевала континенты, нередко бывают обогащенными гумусовым ОВ в детритной форме 1—2% на породу. В случае песчано-алевритовых пород нижнего палеозоя—допалеозоя обогащение их ОВ связа­ но с детритом донных бурых водорослей {Laminantes, Vendotenia). Примером формации, сложенной подобными породами, могут служить ламинаритовые слои котлинского горизонта V2 Русской плиты. Такие породы в палеозое—допалеозое встречаются редко. Бурые водоросли (Phaeophita) обладают крайне низким содержа­ нием липидов (1—3%), и их геохимическое поведение близко к таковому гумусового ОВ.

Формации, сложенные вышеописанными разностями песчаноалевритистых пород, могут рассматриваться лишь как газомате­ ринские свиты (ГМ-свиты).

Обогащенными сапропелевыми ОВ нередко бывают и крем­ нистые породы, в особенности их глинистые разности (глини­ стые силициты). Источником ОВ в них являются планктонные

176

водоросли с кремневым скелетом (диатомеи и их предки). Такие породы слагают, например, пиленгскую свиту миоцена Сахали­ на, часто встречаются в баженовской свите (J3) Западной Сиби­ ри, доманиковой свите (D3) Русской плиты, куонамской свите Cj-2 Сибирской платформы и в других формациях. В ряду эвапоритовых пород слабое обогащение ОВ встречается иногда в глинистых разностях ангидритов.

Как и породы, формации бывают и моно- и полипородными. Минералы могут быть породообразующими и акцессорными; так же как и породы, их можно рассматривать как формациообразующие и как акцессорные. Для НГМ-свит важно, чтобы обо­ гащенные ОВ породы были формациообразующими, а не акцес­ сорными.

Остается выяснить, какая степень обогащения породы ОВ необходима и достаточна для того, чтобы считать ее элементом НГМ-свиты. Неотъемлемым свойством такой породы должна быть способность рождать и отдавать УВ, в том числе и жидкие (микронефть). Практика многолетних исследований показала, что нижним пределом концентрации Сорг в породе, с которого начинается отдача УВ (в случае сапропелевого и (или) существен­ но сапропелевого ОВ), является значение 0,1% на породу — при средних градациях катагенеза. Данное уточнение необходимо, так как концентрации ОВ (Сорг) в породах в процессе катагене­ за уменьшается за счет генерации и удаления летучих углеводо­ родных и неуглеводородных продуктов. Однако масштаб сниже­ ния не так значителен, но все же ощутим: в наиболее липидных сапропелитах концентрация Сорг от начала до конца катагенеза снижается в 3—4 раза (подробнее см. разд. 4.2).

В отличие от минеральных составляющих породы ОВ являет­ ся настолько значимым, настолько «агрессивным», что уже при содержании в породах Сорг > 0,1 вес.% оно оказывает влияние на свойства пород, и прежде всего на наиболее визуально значи­ мое — цвет, а также на всю их «геохимическую жизнь». В целях (и с позиций) изучения нефтематеринских свойств все породы поделены на следующие группы по концентрациям в них Сорг (по восходящей, вес.%): 1) породы со сверхрассеянной формой ОВ (Сорг < 0,1); 2) субдоманикоидные (0,1-0,5); 3) доманикоидные (0,5—5,0); 4) доманикитные (5,0—25,0). Эти три термина образованы по названию доманиковой формации (D3) Русской плиты, одной из наиболее широко распространенных на терри­ тории России и наиболее рано описанных. Последнюю, пятую группу пород составляют собственно сапропелита, где Сорг > 25% на породу, т.е. ОВ по объему заведомо превышает 50% и является преобладающим породообразующим элементом (табл. 4.2). О ко­

177

личественном «барьере» между первой и второй группами пород говорилось выше. На рубеже субдоманикоидных и доманикоидных пород (0,5%) статистически также отмечается смена свойств и особенностей пород: как правило, сероцветные породы пере­ ходят в темноцветные (коричневые и черные). Такое изменение цветовой гаммы пород присуще подстадиям мезо- и апокатагенеза. В протокатагенезе цвет пород, обогащенных ОВ, в значи­ тельной мере определяется биоценотическим составом исходного ОВ. Так, в случае планктонных водорослей порода при любых концентрациях Сорг имеет желтоватый или светло-коричневый цвет. В самом ОВ уже не встречаются диагенетически окислен­ ные разности, распознаваемые углепетрографическими методами (оксисорбоколлоальгинит).

Таблица 4.2

Разделение пород на группы по содержанию органического вещества (Сорп вес.%) сапропелевого типа (Систематика, 1994)

Граница доманикоидов и доманикитов проходит при Сорг = = 5 вес.%. Это значение выбрано не только потому, что оно удобно как «половинное» в десятичной системе исчисления, но и потому, что, во-первых, близко к медианному и среднеариф­ метическому значениям Сорг в стратотипических разрезах доманиковой формации D3 (по сотням аналитических определений), во-вторых, характер статистического распределения Сорг в этих разрезах обнаруживает две совокупности пород с «провалом»

178

5 вес.%, т.е. доманиковая формация состоит из доманикитов (Сорг > 5-22%, с модой 7-9%) и из доманикоидов (Сорг = 0 ,5 5 %, с модой 0 ,8 - 1 ,5%). Субдоманикоиды (Сорг = 0,1—0,5%) крайне редки, породы со сверхрассеянной формой не встречаются.

Итак, к нефтегазоматеринским (точнее, к микронефтегазоматеринским, т.е. отдающим микронефть) по критерию концен­ трации Сорг относятся породы всех вышеперечисленных групп, кроме первой (со сверхрассеянной формой ОВ). В этих породах (с концентрацией Сорг < 0 ,1% на породу) степень битуминизации ОВ (р, %) не снижается во второй половине мезокатагенеза, т.е. практически не зависит от степени преобразованности, в отличие от более обогащенных пород, что свидетельствует об отсутствии способности отдавать подвижные компоненты породами первой группы. Более того, в конце мезокатагенеза и в апокатагенезе кон­ центрации битумоидов в породах с различным содержанием Сорг выравниваются и не превышают обычных значений (п 0 ,0 0 1 %); при этом для субдоманикоидных и более богатых пород такие концентрации характеризуют остаточные битумоиды, а в породах со сверхрассеянной формой ОВ они являются исходными. Те же пределы концентраций Сорг характеризуют и формации в целом (т.е. НГМ-свиты) с соответствующими названиями; для форма­ ций концентрации рассчитываются как средневзвешанные для слагающих их типов пород (при недостатке информации при­ ходится довольствоваться среднеарифметическими значениями Сорг). Таким образом, к нефтегазоматеринским относятся форма­ ции субдоманикоидные, доманикоидные, доманикитные и фор­ мации сапропелитов. В каждом из типов этих формаций типы пород по концентрации могут варьировать в широких пределах.

В породах практически бескарбонатных и низкокарбонатных (в глинистых и глинистоалевритовых) за нижний концентраци­ онный предел Сорг необходимо принимать величину несколько большую — не 0 ,1 , а 0,2% на породу. Последнее связанно с тем, что в силикатных породах значительно выше изначальное содер­ жание минеральных окислителей, прежде всего окисного железа, поэтому и ОВ в них более окислено в анаэробном диагенезе и при прочих равных условиях нефтематеринский потенциал его ниже.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что вышеприведенная классификация пород (и формаций) по признаку концентрации Сорг и все вышеохарактеризованные их свойства относятся ис­ ключительно к объектам, содержащим сапропелевое и(или) су­ щественно сапропелевое ОВ, биоценотически представленное планктонными водорослями (альгинит) и(или) зоосоставляющей (хитинит), иногда с небольшой примесью бентосных водорослей

179

(псевдовитринит). Такие объекты характеризуют осадочный до­ кембрий (без зоосоставляющей), нижний и большую часть сред­ него палеозоя, т.е. представляют НГМ-свиты, сформированные в эпохи, когда не существовало высшей наземной флоры и нака­ пливающееся в бассейнах ОВ было гарантировано от примесей, аллохтонных по отношению к самому бассейну. Подобные НГМсвиты наиболее характерны для бассейнов древних платформ и их краевых частей. В верхнем палеозое, мезозое и особенно в кайнозое чисто сапропелитовые формации более редки, особен­ но в морских фациях. В кайнозое часто встречаются сапропели­ товые доманикоидные и доманикитные формации озерного ге­ незиса аридных зон, например формация Грин Ривер Северной Америки.

Несмотря на то что на протяжении всей геологической исто­ рии в целом в субаквальных условиях обитали, а стало быть, и посмертно захоронялись в осадках представители всех типов рас­ тительного и животного царств, состав фоссилизированного ОВ осадочных пород чаще всего формировался за счет ограниченно­ го числа групп организмов. Более того, в породах доманикоидных и доманикитных формаций состав ископаемых организмов, как правило, специфичен и систематически ограничен. Даже в присутствии нескольких типов и классов организмов констатиру­ ется чрезвычайно бедный их родовой и видовой состав. Класси­ ческий, предельный вариант — ОВ кукерского горючего сланца 0 2 (кукерсита) Русской плиты. Электронно-микроскопические исследования показали, что оно полностью состоит из остатков планктонных синезеленых водорослей (Gloeocapsamorpha).

НГМ-свиты позднего палеозоя, мезозоя и кайнозоя накапли­ вались во времена, когда континенты были уже основательно заселены высшей растительностью, в том числе и в значитель­ ной степени древесной с большей биологической массой, плохо поддающейся окислению даже в зоне аэрации. Это не могло не приводить к ощутимому сносу растительного детрита в бассейны седиментации. Следствием этого, естественно, явилось то обсто­ ятельство, что на огромных пространствах бассейнов в осадках захоронялось смешанное ОВ. И только на участках акваторий, значительно удаленных от источников сноса, а также в озерных котловинах аридных зон могли накапливаться чистые сапропелиты. В упомянутые эпохи накопление ОВ в существенно большей степени зависело от климатических условий, нежели в более ран­ ние эпохи палеозоя—допалеозоя.

Можно даже утверждать, что сама климатическая зональность с заселением континентов растительностью приобрела более чет­ кое выражение. Следствием сноса континентального раститель­

180