Углеводородные газы в современных и ископаемых осадках » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Углеводородные газы в современных и ископаемых осадках

16.04.2021

Из-за отсутствия герметизированных грунтовых трубок и керноприемников до настоящего времени мы не располагаем недегазированными пробами из современных осадков, поэтому ниже приведены материалы лишь об их остаточной газонасыщенности.

В результате исследований в Черном и Каспийском морях, а также изучения 15 проб из области Перуанского шельфа, предоставленных Д.Е. Гершановичем, нами выяснено, что газы, в том числе углеводородные, не только образуются в осадке в стадию син- и диагенеза, но и накапливаются в них в растворенном и в свободном состоянии, возможно, нередко образуя газогидраты. Ранее считалось, что все газы, образующиеся в стадию син- и диагенеза, полностью растворяются в иловой воде и затем диффундируют в придонную воду.

По составу и количеству газов среди изученных осадков нами выделено три группы. Первая содержит даже в дегазированных пробах большое количество метана и CO2 (соответственно до 100 и 80 см /кг). По визуальным наблюдениям в осадках, пузырящихся после подъема их на борт судна, содержится до 5 л газа на литр осадка. Вторая группа осадков характеризуется наличием сероводорода и низким содержанием CH4 и CO2 (десятые доли см5 /кг). Третья группа осадков не содержит заметных количеств каких-либо газов.

Содержание углеводородных газов тяжелее метана до бутана включительно не превышает тысячных и десятитысячных долей см3/кг, редко увеличиваясь до десятых долей см3/кг. Выделенные три группы осадков обладают определенными лито-фациальными чертами. В каждой из них по-разному направлены диагенетические процессы. Это свидетельствует о наличии зависимости между типом осадка и газообразованием.

Первая группа осадков, обогащенных метаном и углекислым газом, характеризуется следующими чертами:

1. В большинстве колонок они представлены терригенными алевритоглинистыми и песчано-глинистыми образованиями. В области Перуанского шельфа и континентального склона - хемогенными глауконитовыми песками.

2. Содержание органического вещества незначительно. Например, в новоэвксинских алеврито-глинистых осадках и глауконитовых песках Перу содержание Сорг не превышает 1%. Судя по остаткам и отпечаткам, природа исходного OB в этих осадках была самой различной: это или зообентос (новоэвксинские слои Черного моря), или фитобентос (голоцен Керченского пролива), или фито- и зоопланктон (голоцен Перуанского склона).

3. Содержание окисного и закисного железа повышено по сравнению с осадками второй группы; в связи с этим окраска их нередко бывает зеленоватой или рыжеватой. В тех случаях, когда окисное или закисное железо связано в минеральных новообразованиях (например, глаукониты Перу), цвет осадка, в зависимости от количества глауконита и Сорг, меняется от серого до зеленого. Содержание сульфидных минералов обычно невелико, иногда их нет вовсе. Однако существуют и такие разновидности, в которых содержится значительное количество гидротроилита. При этом количество метана в них существенно меньше, чем в осадках, лишенных сульфидного железа.

4. Запаха сероводорода нет.

5. Характерно наличие остатков или следов жизнедеятельности бентосных организмов: раковины, ризоиды, ходы илоедов.

6. Углекислый газ, постоянно ассоциируя с метаном, оставляет в осадке следы своего пребывания, наиболее заметные в относительно более древних разностях, например в осадках верхнего плейстоцена Черного моря, что связано с длительностью воздействия углекислоты на осадок. В названных осадках видны следы перераспределения CaCO3: кремнистые скелеты диатомей почти нацело замещены кальцитом, раковины моллюсков несут следы растворения.

7. Значения окислительно-восстановительного потенциала преимущественно положительные или же отрицательные, но близкие к нейтральным. Измерены колебания ОВП от -50 до +100 мв.

8. В бассейнах регрессивного типа (Новоэвксинский бассейн, современный Каспий) терригенные осадки, благоприятные для генерации CH4 и CO2, занимают обширные площади, выполняя даже удаленные от берегов центральные части котловин. В бассейнах трансгрессивного типа (современное Черное море, Тихий океан) терригенные фации отодвинуты к периферии бассейна, поэтому здесь осадки, содержащие большое количество CH4 и CO2, развиты в менее значительных по площади областях лиманов: вблизи лиманов, проливов, в дельтах и авандельтах, а также узких прибрежных полосах. Глауконитовые осадки Перу развиты широкой полосой на континентальном склоне.

Перечисленные черты осадков, обогащенных CH4 и CO2, свидетельствуют о своеобразии геохимической обстановки в син- и диагенезе. В стадию сингенеза во всех осадках первой группы господствовал нормальный газовый режим (зоо- и фитобентос, глауконит, рассеянные железистые гидроокислы). В диагенезе в этих осадках зона редукции либо не возникала, либо возникала ненадолго, так как образовавшийся сероводород целиком связывался в сульфидных минералах благодаря достаточному количеству исходного окисного железа. Это приводило к повышению ОВП и развитию окислительных процессов, в ходе которых из OB образовывался CO2. При этом в осадке нередко возникало углекислое заражение. По-видимому, оно было благоприятно для развития автотрофной бактериальной флоры, способной восстанавливать CO2 до CH4.

С последовательностью названных событий связано, очевидно, проявление стадийности газообразования в ряде однофациальных осадков: обычно наблюдается обогащение метаном не сверху донизу по разрезу, а сначала в самой верхней его части (0—20 см), где бактерии перерабатывают OB, затем начиная с глубин порядка 3,0-3,5 м, где для них является питательной средой CO1.

Вторая группа осадков, отличающаяся наличием сероводорода и низким содержанием CH4 и CO2 (десятые доли см3/кг), характеризуется следующими чертами:

1. Органогенные осадки с небольшой терригенной примесью. Например, в Черном море породообразующая роль в таких осадках принадлежит либо кокколитофоридам, либо бесскелетному фитопланктону. В районе Перуанского шельфа - диатомовым водорослям. Для планктоногенных осадков характерна примесь аллохтонного OB: плавник, остатки наземных насекомых. Присутствуют остатки нектона. Сохранность форменных остатков хорошая.

2. Содержание OB высокое, нередко превышает 20%. По данным Е.П. Шишениной, содержание Cорг в древнечерноморском сапропеле достигает 10%. Содержание битума А повышено по сравнению с осадками первой группы (4-6%). В битуме А много асфальтенов и смол, мало масел. Все это свидетельствует о слабой разложенности OB. Наряду с этим в сапропеле есть гуминовые кислоты, наличие которых Н.М. Страхов объясняет привносом OB с суши. Мы считаем, что отчасти это связано с деструкцией планктона в толще воды.

3. Содержание железа незначительно. Оно присутствует в осадке только в виде сульфидов: пирита и марказита.

4. Во всех изученных пробах есть сероводород.

5. Если осадки второй группы формируются в условиях придонного сероводородного заражения, то бентоса в них, конечно, нет. Если же заражение возникает в диагенезе (Перу), бентос есть.

6. Следов воздействия углекислоты на осадок нет.

7. Измерены только отрицательные значения ОВП.

8. Осадки второй группы наибольшее распространение имеют в бассейнах трансгрессивного типа, где ограничено поступление терригенного материала в конечный водоем стока. Так, в Черном море планктоногенные илы выстилают огромные пространства глубоководной котловины, на западе заходя на склон.

На северо-восточном шельфе Черною моря развиты мидиевые и фазеолиновые ракушняки, локально обогащенные сапропелевым заполнителем, что вызвано, очевидно, совместным развитием на банках фито- и зообентоса, создавших избыток OB в осадке.

На Перуанском шельфе диатомовые осадки, обогащенные OB и принадлежащие второй группе, развиты широкой полосой вдоль побережья, а также спускаются несколько на континентальный склон.

Комплекс лито-фациальных особенностей осадков второй группы свидетельствует о том, что роль придонного сероводородного заражения сводится к тому, что оно обеспечивает создание устойчивых восстановительных условий в диагенезе даже при небольшом содержании OB. Например, содержание OB в кокколитовых илах Черного моря около 4%, что впятеро меньше содержания OB в сапропелевом слое, однако и в них измерены лишь отрицательные значения ОВП.

Устойчивые восстановительные условия в диагенезе возникают и при нормальном газовом режиме придонных вод. Для развития таких условий необходим избыток OB в осадке и дефицит терригенного материала, обогащенного окисным железом, повышающим ОВП. Подобные условия часто возникают в обстановке нормально аэрируемых шельфов, на тех их участках, где особенно пышно развивается фито- и зообентос (мидиевые ракушники Черного моря и др.).

Как при развитии восстановительной среды благодаря косвенному влиянию придонного сероводородного заражения, так и при развитии восстановительной среды благодаря избытку OB и дефициту окисного железа последняя оказывает благоприятное влияние на сохранность OB, Осадки, обогащенные OB, подобно черноморскому сапропелю, при литификации превращаются, очевидно, в горючие сланцы. Учитывая эту возможность, мы должны сделать предварительный вывод о неперспективности древних аналогов сапропелевых осадков - горючих сланцев -для поиска в области их развития газовых месторождений диагенетического тина.

Нередко наличие выдержанных сапропелевых прослоев приписывают аномальному развитию фитопланктона. Мы считаем, что наличие подобных осадков - заурядное явление в истории развития бассейна, связанное не с пышным расцветом планктона, а с благоприятными тафономическими условиями: придонное сероводородное заражение, возникшее из-за нарушения конвективного обмена между черноморскими и средиземно-морскими водами, вливающимися через Босфор, обеспечило создание восстановительной среды в диагенезе. Это было усугублено малой разбавленностью органогенного осадка терригенным материалом, что связано с изменением гидродинамического режима бассейна.

Третья группа осадков не содержит заметных количеств каких-либо газов. К осадкам этой группы относятся пески, ракушняки с песчаным заполнителем, ракушняки, лишенные заполнителя, и другие грубозернистые разности. Однако на данном этапе мы не вправе судить об их истинной газонасыщенности, так как они, благодаря грубозернистости, легче всего дегазируются, не только пребывая на дне, но и в поднятой на борт колонке.

Базируясь на том, что в целой группе осадков образуется и захороняется значительное количество метана, Б.П. Жижченко пришел к выводу, что впоследствии этот газ, сохранившийся в осадочной толще, в случае выведения пластов из горизонтального залегания, может получить возможность миграции вверх по напластованию или по трещинам. В случае скопления в коллекторе метан диагенетического биохимического происхождения может сформировать газовую залежь.

Этот вывод расширяет область поиска метанпроизводящих отложений, не ограничивая ее глубокими прогибами, а также отложениями, обогащенными органическим веществом,

Описание литофациальных особенностей и геохимических признаков метанпроизводящих осадков позволяет выявлять соответствующие критерии для диагностики древних аналогов, В настоящее время фациальный диапазон метанпроизводящих осадков диагенетического типа узок. Однако, сравнивая этот небольшой материал по современным осадкам с данными, полученными при бурении нескольких скважин в Ставрополье, которые охарактеризовали разрез неогена и верхней части палеогена, мы получили ряд обнадеживающих данных, которые сводятся к следующему.

1. Наибольшими содержаниями метана отличаются верхнемайкопские отложения Сухоовражной площади. Вверх и вниз по разрезу содержание метана убывает.

2. Отложения, содержащие максимальные количества метана, обладают рядом специфических черт.

Это терригенные алеврито-глинистые породы, имеющие монотонную темно-серую окраску. В породах повсеместно развит аутогенный глауконит, встречаются следы жизнедеятельности бентосных организмов. Характерно отсутствие известковых раковинных остатков, с одной стороны, и наличие дендритоподобных сидеритовых позднедиагенетических включений и прослоев доломита, с другой, что вместе свидетельствует об углекислом заражении осадка в диагенезе. Пирит развит в отдельных прослоях в виде точечных стяжений.

3. Вверх и вниз по разрезу, а также от разреза к разрезу по площади лито-фациальный облик верхнемайкопских отложений изменяется, и соответственно меняется их газонасыщенность.

Максимально насыщенные метаном верхнемайкопские отложения и максимально насыщенные метаном современные и верхнеплейстоценовые отложения имеют сходство ряда палеоседиментационных признаков: те и другие формировались в бассейнах с нормальным газовым режимом; в диагенезе господствовали условия, близкие к нейтральным по значениям ОВП, причем повышению ОВП в диагенезе способствовало высокое содержание окисного железа в осадке, В тех и других отложениях в диагенезе возникло углекислое заражение, которое в силу более длительного воздействия существенно изменило облик верхнемайкопских пород по сравнению с молодыми образованиями. Так, например, в верхнемайкопских отложениях большая часть исходных гидроокислов железа прореагировала с угольной кислотой, в результате чего образовался сидерит. В современных и верхнеплейстоценовых отложениях диагенез в изученных 6—8-метровых разрезах не дошел до стадии образования сидерита, поэтому в них больше CO2 и больше гидроокисного железа. В верхнемайкопских отложениях растворились все кальцитовые раковины; в молодых осадках замечены лишь следы начавшегося перераспределения карбоната кальция.

Благодаря более глубоким диагенетическим преобразованиям в условиях углекислого заражения породы верхнего майкопа отличаются от молодых осадков гораздо большей однородностью окраски.

Сходство лито-фациальных черт, общность геохимической обстановки в син- и диагенезе, соотношения между отдельными газовыми компонентами, независимость содержания газа в породе от степени погруженности последней и, напротив, явная зависимость содержания газа от лито-фациальной обстановки и направленности диагенеза позволяют нам считать, что в верхнемайкопских отложениях Ставропольского края, как и в современных и верхнеплейстоценовых осадках изученных акваторий, содержится биохимический диагенетический газ.

Этот пример свидетельствует о принципиальной возможности использования геохимических и лито-фациальных критериев, полученных при изучении современных газопроизводящих и накапливающих газ осадков, для выделения таковых в древних осадочных толщах.

Кроме того, полученные материалы заставляют нас критически относиться к тем исследованиям, в которых наличие газовых аномалий в современных осадках объясняется диффузией газов из глубоко погруженной залежи и признается возможность использования таких аномалий в качестве поискового признака. На наш взгляд, масштабы генерации газов, в том числе углеводородных, происходящей на стадии диагенеза в результате биохимического преобразования осадка, настолько велики (литры газа на литр осадка), что выявить добавочные количества диффузионных газов, которых не должно быть более десятых долей на 1 см3/кг, невозможно.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: