pdf.php@id=6161.pdf

Примечание. Индексы 1, 2, 3 отражают возрастание сапропелевого (альгинито вого) материала.

химических исследований. Концентраты РОВ сапропелевого ОВ незначительной степени преобразованности в УФ-лучах ярко люминесцируют.

Гумусовое ОВ содержит большое количество форменных остатков высших растений, и его, как правило, в проходящем свете определить возможно более точно.

За рубежом, а в последнее время и в России, широко исполь­ зуется классификация типов ОВ (типов керогена) по структурно­ химическому признаку Б. Тиссо и Д. Вельте (1981). Авторы пред­ лагают выделять три типа керогена. На диаграмме Ван-Кревелена они характеризуются соответствующими кривыми (рис. 2.5, 2.6).

Первый тип — кероген с высоким содержанием водорода и низким кислорода (начальное атомное отношение Н/Сат высо­ кое — более 1,5 и 0/С ат низкое — менее 0,1); кероген в значитель­ ной части состоит из липидного материала, в нем преобладают алифатические структуры. Содержание полиароматических ядер и гетерогенных связей невелико. Кислород находится главным образом в сложноэфирных связях. Кероген формируется в основ­ ном за счет водорослевых и микробных липидов, он характерен для некоторых типов горючих сланцев: торбанитов, тасманитов, куронгитов, горючих сланцев «Грин Ривер». Этот тип керогена распространен относительно редко.

Второй тип — кероген, в котором содержание водорода до­ статочно высокое, но меньше, чем в первом типе, содержание кислорода более высокое; в керогене этого типа большое значе­ ние приобретают полиароматические ядра, гетероатомные груп­ пы кетонов, карбоксильные группы кислот и сложноэфирные связи. В нем обычно присутствует сера, локализуясь в гетероци­ клах. Кероген этого типа формируется в результате отложения и накопления морских организмов (фито- и зоопланктон, бакте-

91

2.0

Рис. 2.5. Общая схема эволюции керогена от диагенеза до метагенеза на диаграмме Ван-Кревелена (диагенез соответствует протокатагенезу по российской шкале ка­ тагенеза). Для сравнения приведены приблизительные значения отражательной способности витринита: 1 —

изолинии приблизительных значений отражательной способности витринита; 2 — границы поля керогена; 3 — эволюционные кривые главных типов керогена (по

Б. Тиссо и Д. Вельте)

рии с участием принесенного в бассейн ОВ высших растений). Основная масса керогена в шлифах определяется как микстинит с примесью альгинита и витринита; его петрографический тип

92

высших растений. Кероген этого типа образовался в основном из остатков наземной растительности. Обычен для континенталь­ ных окраин и дельтовых толщ.

Выделенные типы керогенов отличаются по характеру генери­ руемых продуктов, и прежде всего УВ. Соотношение различных групп УВ дано на рис. 2.7.

Есть и другие классификации керогенов, в основу которых также положен элементный и мацеральный состав исходного ОВ, также учитывается и состав генерируемых продуктов. Так, ОВ, значительную долю которого составляют микробиальные компоненты, Мак Кирдли предложил разделять на четыре типа. Первый тип обогащен водородом, в продуктах генерации пре­ обладают н-алканы, ароматических соединений очень мало, ма­ церальный эквивалент — альгинит. Второй тип является смесью обогащенного липидами сапропелевого и гумусового ОВ, отно­ шение Н/Сат изменяется от 1,29 до 0,75, пристан преобладает над фитаном, содержание н-алканов и длина их цепей меньше, чем в керогене первого типа. Третий тип является гетерополиконден­ сатом водорослевых гуминовых веществ, по элементному соста­ ву сходен с витринитом (Н/Сат = 0,83—0,54). Кероген четвертого типа обеднен водородом, по составу близок к фюзиниту (Н/Сат = = 0,54-0,28).

Классификация керогенов, предложенная С. Партером и С. Сенфтлом (1985), основана на результатах пиролиза и газо­ жидкостной хроматографии генерированных продуктов, угле­ петрографических исследованиях с учетом элементного состава керогена. Эта классификация в настоящее время является наи-

Рис. 2.7. Состав углеводородов, генерируемых из трех основ­ ных типов керогенов на глубине максимума нефтеобразования (различными знаками показаны участки относительного содержания каждого класса углеводородов на грамм органиче­ ского углерода) (по Б. Тиссо и Д. Вельте)

94

более детальной, учитывающей наибольшее число параметров. Авторы выделяют восемь групп керогена: 1) 1п — преобладание парафиновых углеводородов, представлен торбанитом; 2) 1пн — преобладание парафино-нафтеновых структур, представлентасманитом; первые два типа богаты альгинитом; 3) 1н — преобладание нафтеновых УВ, образован из ризинита; 4) Ипн — парафино­ нафтеновые УВ, кероген обогащен аморфинитом; 5) Н/Шп — кероген богат экзинитом, в продуктах генерации доминируют пара­ финовые УВ; 6 ) Н / Ш ф — представлен споринитом, преобладают фенолы; 7) Шп — кероген обогащен витринитом, парафиновые УВ преобладают; 8) III,, — в керогене преобладает инертинит.

На любых уровнях геохимических исследований первосте­ пенная задача — определение фациально-генетического типа ОВ. При разных принципах построения классификаций ОВ: структурно-химическом (алиновое, арконовое ОВ — Н.Б. Вассоевич), физико-географическом (аквагенное и терригенное ОВ — А.Э. Конторович) и др. — они имеют сходную основу — фациально-генетическую. Типизация керогена, по Б. Тиссо и Д. Вельте, по существу, также представляет разделение НОВ на те же основные группы — сапропелита (I и II типы) и гумиты (III тип), только в I тип выделены наиболее «чистые» керогены горючих сланцев, наименее окисленные в диагенезе.

На современном уровне исследования НМ-отложений такие определения генетического типа ОВ, как «кероген II типа» или «сапропелиты-гумиты», являются недостаточными, посколь­ ку сами по себе эти данные несут мало информации о генезисе ОВ. Наиболее информативным в генетическом плане является вещественно-петрографический состав ОВ. Попытка создать генетическую классификацию ОВ внутри класса сапропелитов была сделана Г.М. Парпаровой и А.В. Жуковой на примере ОВ палеозоя—допалеозоя Сибирской платформы (1990). В ис­ ходном ОВ указанного возрастного комплекса авторы выделяют три компонента: фитопланктон (ФП), в основном Cyanophyta и Acritarhacha, фитобентос (ФБ), Phaeophyta и Rhodophyta, и зоосо­ ставляющую (ЗС), граптолиты, трилобиты и др. Эти компоненты распознаются при петрографическом изучении керогена и клас­ сифицируются соответственно как альгинит (коллоальгинит), псевдовитринит и хитинит. Классификация построена на основе треугольной диаграммы, где выделяются 19 типов ОВ. При содер­ жании компонента менее 25% он не входит в наименование типа. В вершинах треугольника располагаются шесть «чистых» типов ОВ, например фитопланктонный (ФП — 90—100%) и существен­ но фитопланктонный (ФП — 75—90%). Далее выделяются 6 ти­ пов с бинарными наименованиями, например фитобентосно-фи-

95

топланкгонный (ФБ - 50-75%, ФП - 25-50%, ЗС - 30-25%); три типа смешанных с бинарными наименованиями и три типа смешанных с преобладанием одного компонента. При безуслов­ ной научной значимости указанной классификации она чересчур громоздка и имеет явно субъективный характер. При дальней­ шей разработке генетической классификации сапропелитов в нее необходимо включить бактериальное и (или) фитопланкгоннобактериальное ОВ, выявлению которого будут способствовать электронно-микроскопические исследования.

В последние десятилетия в результате электронно-микроско­ пического анализа углеродсодержащих пород различного возрас­ та (от архея до современных осадков) было установлено, что в их формировании принимали участие цианобактериальные маты. Выделено два типа матов — нитчатый и кокоидный. Первый формировал куонамские сланцы кембрия Сибирской платфор­ мы, диктионемовые сланцы нижнего ордовика Прибалтики; ко­ коидный — кукерские сланцы среднего ордовика Прибалтики, доманиковые сланцы верхнего девона западного склона Урала и др. Наблюдаемая в электронном микроскопе структура позво­ ляет определить исходные формы цианобактерий, но установить специфику химического состава ОВ матов разных типов пока не удалось. Для ОВ современных бактериальных матов характерно высокое содержание изопреноидов, резкое преобладание гопанов над стеранами. Поскольку бактериальные маты, как и вообще бактериальное ОВ, играют, видимо, большую роль в формиро­ вании керогенов осадочных углеродсодержащих пород, то изуче­ нию этого типа ОВ необходимо уделять особое внимание.

2.2. НЕФТЕМАТЕРИНСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА

В настоящее время не вызывает сомнения, что нефть является продуктом преобразования осадочных пород. Одним из важней­ ших критериев нефтегазоносное™ любых осадочных бассейнов или их крупных подразделений является возможность слагающих их осадочных пород генерировать нефть и (или) газ, т.е. их нефте- и газоматеринский потенциал. Почти все литофациальные типы современных и ископаемых осадков содержат углеводородистое ОВ, обязательным компонентом которого являются битумоиды, содержащие микронефть, за счет концентрации которой образу­ ется собственно нефть, т.е. практически все осадочные породы, содержащие ОВ, могут быть нефте- и (или) газоматеринскими в соответствующих геологических условиях. Важно определить,

96

какое количество нефти они могли дать, т.е. установить их неф­ тематеринский потенциал — Пнм.

Нефтематеринский потенциал — это то количество микронеф­ ти, нефти, которое может генерировать данная порода (свита) за всю геологическую историю.

Проблема нефтематеринских отложений и Пнм насчитывает более чем вековую историю, хотя понятие «нефтематеринский потенциал» появилось всего 40 лет назад. Огромную роль в соз­ дании и развитии учения о НМ-потенциале принадлежит вы­ дающемуся отечественному ученому Николаю Брониславовичу Вассоевичу.

В настоящее время в литературе существуют различные тер­ мины для определения понятия П,ш. Наряду с наиболее конкрет­ ными нефтематеринский потенциал и газоматеринский потенциал

используются и другие названия — нефтегазоматеринский потен­ циал, нефтегазогенерирующий потенциал, нефтегазогенерационный потенциал, генетический потенциал продуктивности, генетиче­ ский потенциал керогена, нефтяной потенциал, углеводородный по­ тенциал и др.

Разные типы ОВ обладают различными Пнм; нефтематерин­ ский потенциал породы определяется не только содержанием ОВ, но и его качеством и фациально-генетическим типом. В свя­ зи с этим необходимо строго разграничивать Пнм ОВ, обозначая его П“ , и Пим включающей его породы, обозначая таковой ПЦМ, причем оценивать и тот и другой количественно как относитель­ но, так и абсолютно. Их важно рассматривать раздельно, так как П™, может быть высоким, но из-за малого содержания ОВ в по­ роде njJMбудет очень низким (подробнее это рассматривается в разд. 4.2).

П°° оценивается отношением (%) количества нефтяных УВ, генерированных породой за всю свою катагенетическую историю до полного истощения или только до определенной градации ка­ тагенеза, к общему содержанию ОВ в породе к началу катагенеза.

Нефтематеринский потенциал ОВ — П°®, — является функци­ ей его молекулярной структуры, которая определяет способность ОВ образовывать в процессе катагенеза большее или меньшее количество нефтяных УВ. Молекулярный состав и структура ОВ проявляются в элементном, компонентном, мацеральном составе керогена. Эти показатели изменяются в зависимости от генети­ ческого типа ОВ, степени его преобразования и других факторов. Для оценки Пнм используются данные об элементном составе ОВ. Если сравнивать элементный состав нефти и ОВ (даже ОВ наиболее благородного состава), то нефть отличается более вы­ соким содержанием водорода. Отсюда следует вывод, что крите-

97

рием (или мерилом) этой способности ОВ генерировать УВ слу­ жит обогащенность его водородом. Коэффициенты Н/С и С/Н широко использовались как для выделения генетических типов ОВ, так и для определения Пнм еще с 50-х годов. В.А. Успенский и О.А. Радченко считали эти коэффициенты наиболее информа­ тивными для оценки Пнм, которую необходимо проводить лишь по количеству липоидных компонентов ОВ, не беря в расчет гумоидную составляющую «сапропелевого» ОВ.

Соотношение водорода и углерода (Н/С) в УВ отражает обога­ щенность водородом, связанным только с углеродными атомами. В других же органических соединениях, присутствующих в ОВ, содержащих гетероатомы, величина Н/С может быть обуслов­ лена водородом гидроксильных групп, а также групп SH, NH, NH2. Поэтому для характеристики важна оценка водорода, не связанного с кислородом. Произвести оценку этого водорода можно, только определив количество кислорода, который явно превалирует по сравнению с другими гетероэлементами и уходит из ОВ в форме Н20, С 02, СО.

Для определения углерода, связанного только с водородом в ОВ, т.е. для оценки его потенциала, предлагались разные попра­ вочные коэффициенты, наиболее удачным из которых является коэффициент F|, предложенный Н.Б. Вассоевичем и И.Е. Лейфманом, использующий атомные отношения элементов, которые более информативны. Этот коэффициент имеет вид

^ H - £ ( 0 + H + S )

Е = ----- —-------------- ат.

С

На основании большого аналитического материала, собран­ ного по разным бассейнам мира, был сделан вывод, что П°®, рас­ тет по мере увеличения в нем алифатических и алициклических структур или алинового начала; в наибольшей степени это свой­ ственно альгиниту, затем лейптиниту.

Соблюдая принцип изостадиальности прежде всего в отноше­ нии градаций катагенеза, Н.Б. Вассоевич и Н.В. Лопатин при­ водят подразделение П°®, нефтематеринских пород по величи­ не коэффициентов F, и F0 (F0 = Н/Сат) для ОВ градации МК] (табл. 2.4).

Определению нефтематеринского потенциала РОВ путем экс­ периментального моделирования процессов генерации и выхо­ да УВ и термодеструкции ОВ посвящены многочисленные ра­ боты российских и зарубежных геохимиков: А.И. Богомолова, Е.А. Глебовской, Т.Н. Мельцанской, Л.И. Хатынцевой, Б. Тиссо, Д. Вельте, Дж. Эспиталье, Р. Кастаньо и др. Для оценки нефте­ генерационной способности отложений и определения степени

98

Таблица 2.4

Качество ОВ по элементному составу (по Н.Б. Вассоевичу и Н.В. Лопатину)

эволюции ОВ эти исследователи используют различные пироли­ тические методы (по сути это термические методы, подразуме­ вающие высокие температуры нагрева ОВ).

В отличие от трудоемких и дорогостоящих методов выделения концентратов РОВ пиролитический метод дает возможность по­ лучить информацию о нефтематеринской породе без длительной обработки керна и шлама. оценивается количеством образо­ вавшихся УВ в лабораторных условиях при температурах от 300 до 650 °С, что примерно отвечает массе УВ, генерирующейся в природных условиях до конца среднего мезокатагенеза.

Дж. Эспиталье был разработан стандартный пиролитический метод, в котором используется специальное пиролитическое устройство Rock-Eval. Пример записи, получаемой при анализе, показан на рис. 2.8.

При пиролизе образуются несколько основных групп компо­ нентов (три или четыре), которым соответствуют пики S0, Sb S2, S3, идентифицированные следующим образом: S0 — содержание в породе УВ ряда Ci+C7 (кг/т) (т.е. продуктов, выделяющихся при невысокой температуре (90 °С) в течение 2 мин, главным образом УВ газов); S! — содержание в породе жидких УВ нефтя­ ного ряда С8 + + С15 + ... (УВ и нефтеподобных соединений, улетучивающихся до 280—300 °С); S2 — УВ и родственные им компоненты, генерированные при более высоких температурах (до 500 °С). Этот пик сопоставляется с количеством УВ (кг/т или мг/г породы), которые могут образоваться при полной реализа­ ции нефтематеринского потенциала содержащегося в породе ОВ; S3 — выход С 02, полученного в результате пиролиза ОВ. Темпе­ ратура Т соответствует максимуму выхода продуктов углеводо­ родного типа, полученных в результате крекинга.

99

Рис. 2.8. Последовательность операций и при­ мер записи данных, полученных с помощью пи­ ролитического метода применительно к поискам нефти (по Б. Тиссо и Д. Вельте)

Величина Si соответствует доле исходного генетического по­ тенциала, который реализован в УВ. Сумма S{ + S2 представляет собой генетический потенциал породы (кг/т).

Показателем качества керогена или типа ОВ являются во­ дородный индекс HI (S2/C opr) и кислородный индекс (S3/C opr). Эти индексы хорошо коррелируют с элементным составом ОВ, а именно с водородным Н/Сат и кислородным 0/С ат индекса­ ми ОВ. Значения этих индексов для керогенов разных типов, нанесенные на диаграмму Ван-Кревелена, повторили картину распределения значений Н/Сат и 0/С ат на этой диаграмме, т.е. обособили три типа керогена (рис. 2.9). Кривые на рис. 2.9, А и

100