Диагенетическая стадия образования углеводородных газов и их генетические различия в зависимости от состава исходного органического материала » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Диагенетическая стадия образования углеводородных газов и их генетические различия в зависимости от состава исходного органического материала

16.04.2021

Биохимический процесс образования метана в четвертичных осадках континентальных фаций общеизвестен. Обычно такие газы называют "болотными" или "иловыми". Фации наземных дельт, по-видимому, для них наиболее типичны. Помимо упоминаемых в литературе скоплений метанового газа в наземных дельтах рек По, Миссисипи, Волги и других, можно указать еще на интересные случаи образования метанового газа в дельтовых отложениях р. Янцзы в районе Шанхая и р. Красной в провинции Тхай-Бинь (север Вьетнама). В обоих случаях газ эксплуатируется неглубокими (15-30 м) скважинами для бытовых нужд местного населения.

Таким образом, если очевидность образования метана в стадию диагенеза сомнений не вызывала, то одновременная возможность генерации более тяжелых газообразных углеводородов оставалась дискуссионной, несмотря на то, что еще в 1958 г. В.В. Вебером и Н.М. Туркельтаубом, а также К. Эмери и Д. Хогганом были сделаны публикации об обнаруженных ими в современных морских осадках газообразных углеводородов от С2 до C5, хотя и в малых концентрациях. В работе Гедберга, переведенной на русский язык, указывается следующее: "Дантон и Хант пересмотрели работы В.В. Вебера и H.М. Туркельтауба, Эмери и Хоггана, Эрдмана с соавторами и других ученых по этому вопросу и, кроме того, сами исследовали многочисленные образцы современных и ископаемых осадков. Они подтверждают отсутствие в современных осадках низкомолекулярных углеводородов и наличие их в ископаемых". Ta же мысль была повторена в 1972 г. и Кордэллом.

Имеющиеся разногласия связаны с различными методами исследований. Дантон и Хант по техническим причинам углеводороды от C1 до C3 вообще не определяли, в нашу же задачу входило изучение всей свободной газовой фазы углеводородов от C1 и выше. Исследование Дантона и Ханта свидетельствует о видимом отсутствии низкомолекулярных углеводородов во взятых для анализа образцах современных осадков, тогда как исследованием В.В. Вебера и H.М. Туркельтауба устанавливались явления новообразования газообразных углеводородов.

Полученные новые данные позволяют внести в этот вопрос вполне определенную ясность, Д.Е. Гершановичу в 1969 г. во время экспедиции на "Академике Книповиче" в тропическую Атлантику, Ю.Н. Гурскому в 1970-1971 гг. при работе в Черном море на "Московском университете" и снова Д.Е. Гершановичу в 1972 г. в экспедиционном рейсе "Профессора Месяцева" в Перуанском районе Тихого океана удалось отобрать ряд образцов современных и позднеплейстоценовых осадков в различных фациальных условиях. Образцы хранились в естественном (влажном) состоянии в герметически закрытых стеклянных банках. В таком виде они были переданы нам для исследования состава их органического вещества. В первую очередь была произведена их дегазация.

Перечень и общая характеристика дегазированных осадков даны в табл. 1. Как видно из таблицы, в их комплекс входят отложения дельтовых, эстуариевых фаций, шельфовых и глубоководных фаций Черноморского бассейна, терригенные осадки Бразильско-Гвианского шельфа в зоне активного влияния речного стока Амазонки и Ориноко, карбонатные осадки банки Кампече в южной части Мексиканского залива, терригенные осадки Перуанского шельфа и смежной части материкового склона Тихого океана, единичные образцы новоэвксинсккх и новокаспийских отложений и др. В итоге диапазон исследованных фациальных обстановок оказался в достаточной степени широким и разнообразным.

Извлечение газа производилось при комнатной температуре на специальной установке с применением вакуума. Лишь в случае образца ст. 121 удалось непосредственно извлечь свободный газ без применения вакуума.


В результате создания вакуума с резрежением до 1/100 атм можно было наблюдать выделение из осадка пузырьков газа с образованием в осадке системы трещин (при вскрытии банок установлено, что эти трещины тоже были заполнены газом).

Общее количество извлеченного из каждого образца газа составляло от 10 до 150 см3. Анализ извлеченного газа проводился методом газовой хроматографии. Водород, кислород и азот определялись на хроматографе ХПГ с чувствительностью 10в-2—10в-3 % об. Определение углеводородов C1-C7 велось на хроматографе "Геохимик" с чувствительностью 10в-5—10в-6 % об. Результаты анализа газа приведены в табл. 2.

Во всех случаях присутствуют азот и кислород имевшегося в пробах воздуха (часть кислорода израсходована при этом на биохимические процессы). На воздушную природу всего азота указывает для пробы ст.83 соотношение между азотом (89,1%) и аргоном (1,1%), а для пробы ст. 1/1 и 114 - наличие в газе 5,1-5,2*10в-4 % гелия.

Остальная часть извлеченной газовой фазы осадка образовалась в результате биохимического превращения органического вещества осадка. В основном газы были генерированы в осадке на месте его отложения и находились в сорбированном с ним состоянии. Частично могло происходить и новообразование газа за период хранения образца (от времени его отбора до дегазации). В известной мере процесс сопровождался выделением углекислого газа, содержание которого там, где его определяли, в частности в перуанских газах, составляло от 2 до 25% об. В меньшей степени в некоторых образцах происходило и водородное брожение. В остальном же (за вычетом N2, O2 и CО2) образовавшийся газ является углеводородным.

Преобладающая часть углеводородного газа представлена метаном (от 0,004 до 45% об.), однако во всех пробах извлеченного газа присутствуют и более тяжелые углеводороды, от этана до бутана и пентана, а в пробах перуанских газов и до гексана включительно, причем не только в виде предельных, но и непредельных углеводородов. Общее содержание тяжелых углеводородов составляло от 6*10в-5 до 6*10в-2 % об. (лишь в одном случае из общего количества 25 дегазированных образцов тяжелых углеводородов вообще не было найдено).

Очевидно, эти концентрации искусственно занижены в связи с тем, что образовавшиеся порции углеводородного газа разбавлены в значительно больших количествах имевшегося в пробах воздуха. И действительная концентрация образующегося углеводородного газа могла быть больше.

Впрочем, имеет значение не столько та или иная концентрация тяжелых углеводородов, сколько факт их закономерного образования в начальную стадию превращения органического вещества осадков. В большинстве образцов (кроме образца ст. 120) до создания вакуума углеводороды находились в связанном (сорбированном) с осадком состоянии и их выделение из осадка произошло только после резкого снижения давления. Образование тяжелых газообразных углеводородов в рассмотренных фациальных условиях современных и позднеплейстоценовых осадков приобретает, таким образом, значение не случайного, а закономерного явления регионального характера.

Начинаясь на стадии седиментации и самого раннего диагенеза отложений определенных фаций, этот процесс, очевидно, получает дальнейшее развитие на более глубоких стадиях превращения органического вещества осадков. Соответственно можно говорить о начальной (диагенетической) стадии образования всей гаммы углеводородных газов.

При этом в зависимости от фаций отложений наблюдаются различные соотношения в содержании между метаном и более тяжелыми углеводородами. В нижней строке табл. 2 содержание тяжелых углеводородов дано в процентах к общему содержанию углеводородного газа, т.е. к сумме метана и более тяжелых углеводородов. Устойчиво низкие относительные содержания тяжелых углеводородов (0-0,004%) приходятся на отложения дельты Дуная и Днепровского лимана, обогащенные органическим веществом гумусово-аллохтонной природы.





В остальных фациях отложений, характеризующихся преобладающим водно-автохтонным исходным органическим материалом, относительное содержание тяжелых углеводородов не спускается ниже 0,006-0,008%, а в случае типичных морских или солоноватоводно-морских фаций отложений Среднего Каспия, мидиевого ила Черного моря и Перуанского района Тихого океана — возрастает до 2,1-8,9%. Особый интерес представляет генерация углеводородного газа в условиях не только терригенных, но и карбонатых фаций осадков с органическим веществом в основном тоже водно-автохтонной природы (банка Кампече, ст. 41, 58). Относительное содержание тяжелых углеводородов в них оценивается в 0,12-0,26%.

Таким образом, уже на стадии раннего диагенеза образующиеся углеводородные газы различаются по составу. В случае преобладающего гумусово-аллохтонного органического материала генерируется почти чистый метан, в случае же водно-автохтонного материала вместе с метаном происходит образование заметной примеси и более тяжелых углеводородов.

Как известно, наряду с углеводородными газами, ассоциирующимися с нефтью, в природных условиях широко развиты скопления углеводородного, в основном метанового газа, не зависимые от нефти. Если газы, связанные с нефтяными месторождениями (так называемые "нефтяные" газы), помимо метана всегда содержат заметные, иногда значительные количества более тяжелых углеводородов, то не зависимые от нефти углеводородные газы ("сухие" газы) являются почти чисто метановыми, в которых содержание тяжелых углеводородов составляет доли процента.

В выявленных связях между составом углеводородного газа современных осадков и природой исходного органического материала можно видеть первые проявления этих двух генетических ветвей образования углеводородного газа: 1) преимущественно метанового ("болотного" или "сухого" газа) и 2) газа с относительно повышенным содержанием тяжелых углеводородов ("нефтяного" газа). По аналогии с современными осадками образование метанового газа следует связывать с преобладающим гумусово-аллохтонным типом органического вещества, тогда как образованию нефтяного газа в свете тех же данных в большей степени благоприятны фации отложений с водно-автохтонным органическим материалом.

Надо полагать, что в случае смешанного в осадках водно-автохтонного и гумусового материала образующийся нефтяной газ будет в большей или меньшей степени разбавляться сухим газом. Подобные соотношения на стадии раннего диагенеза, по-видимому, наблюдаются в условиях газообразования в образце ст. 15, взятом на Бразильско-Гвианском шельфе в области активного влияния дельтовых выносов Амазонки (см. табл. 2).

По относительному содержанию тяжелых углеводородов газы водно-автохтонной природы современных осадков весьма близки к некоторым плио-плейстоценовым газам Южно-Луизианского нефтеносного района, где это содержание в общей сумме углеводородных газов составляет 0,64; 0,86; 0,92%. Однако, в отличие от южнолуизианских или, говоря шире, от нефтяных газов, в аналогичных раннедиагенетических газах, как видно из табл. 2, заметную роль имеют также непредельные углеводороды (этилен, пропилен, бутилен).

Поскольку в углеводородных газах более поздних стадий превращения органического вещества осадков непредельные углеводороды отсутствуют, надо полагать, что на этих последующих стадиях происходит не только новообразование, но и преобразование тяжелых углеводородов с переходом непредельных соединений в предельные. Одновременно будет постепенно затухать и процесс генерации углекислого газа, поскольку он связан с начальной стадией превращения органического вещества осадков. В итоге первоначально образующиеся углекисло-углеводородные газы могут смениться почти нацело углеводородными газами.

Установление факта образования всей гаммы углеводородных газов наводит на мысль о том, что газы, образовавшиеся на стадии диагенеза, не только рассеиваются и уходят в морской бассейн, но могут латерально мигрировать, а следовательно, играть существенную роль в формировании зон гаэонакопления.

Мы считаем, что к диагенетическим газам могут быть отнесены скопления газа в эоценовых отложениях Приаралья и Устюрта и в неогеновых отложениях Прикаспийской впадины на глубинах от 200 до 1000 м.

Во внешней зоне Предкарпатья к отложениям сарматского яруса приурочена зона развития сухих углеводородных газов. Содержание метана в этих газах составляет 98-99%, тяжелых углеводородов - менее 1% и азота - менее 2%. Начальные геологические запасы сухих углеводородных газов, залегающих на глубинах до 1000 м на месторождениях зоны (Рудковское,Отрское,Ходновичское, Угерское, Дашавское, Кадобненское, Косовское, Кохановка-Саиднчцкое), составляют более 65% от общих запасов газов Западно-Украинской области. Зона развития сухих углеводородных газов установлена также в Крыму (Джанкойское, Стрелковское месторождения), где их залежи, приуроченные к майкопским отложениям, залегают на глубинах до 1000 м. Газ данной зоны содержит тяжелых углеводородов менее 1%, азота 1-6%, а начальные геологические запасы этих газов составляют около 44% от общих запасов Южно-Украинской области.

Вероятно, эти зоны газонакопления Западаю- и Южно-Украинских областей сформировались за счет газов, образовавшихся на стадии диагенеза в основном из гумусово-аллохтонного типа органического вещества.

Нам представляется, что скопления сухого газа на Центрально-Каракумском сзоде в меловых отложениях (Зеагли-Дарвазинское месторождение), а также залежи в верхних горизонтах меловых отложений Амударьинской впадины на глубинах от 600 до 1000 м (Газли) также могут быть связаны с газами, образовавшимися в стадию диагенеза из гумусово-аллохтонного типа органического вещества.

Скопления газа в пермских отложениях Среднего Поволжья, залегающие на глубинах до 1000 м и образовавшиеся тоже в стадию диагенеза осадков, в основном связаны со смешанным гумусовым и водно-автохтонным типом органического вещества.

Классическим примером промышленных скоплений нефтяного углеводородного газа, образовавшегося на завершающих этапах диагенеза, являются газовые залежи в плейстоценовых отложениях Луизианского шельфа. Они давали притоки газа, начиная с глубины 670 м и ниже.

В заключение следует отметить, что полученные новые данные позволяют в настоящее время утверждать, что возможность образования не только метана, но и более тяжелых углеводородных газов еще в современных осадков, те. на стадии седиментации и самого раннего диагенеза отложений соответствующих фаций, является вполне реальной и закономерной.

Роль же газов, образовавшихся на стадии диагенеза, является существенной в формировании их промышленных скоплений.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: