Проблема диагностики зон генерации различных генетических типов углеводородов осадочных пород в связи с нивелирующей ролью водой оболочки стратисферы

За последнее десятилетие проведены многочисленные исследования, посвященные условиям генерации различных генетических типов углеводородов. При этом одинаково интенсивно изучаются горючие ископаемые угольного ряда и нефтяного ряда. Наиболее важные черты современного этапа изучения горючих ископаемых отражены в научных разработках, согласно которым заметно сближены две основные ветви горючих ископаемых - угольного ряда и нефтяного ряда. Так, сравнительно недавно появились исследования, в которых развиваются представления о том, что промышленные скопления углеводородных газов некоторых регионов генетически тесно связаны с метаморфизацией угольной органики. На этом основании заметную долю мировых промышленных запасов газов склонны рассматривать в качестве побочного продукта грандиозного процесса метаморфизации угольного вещества.

Основной методологической особенностью изучения органического вещества осадочных пород и поисков генетических соотношений различных его компонентов является концентрация усилий ученых лишь на отдельных звеньях сложной природной системы. Среди них на непосредственное изучение органического вещества осадочных пород направлены основные усилия ученых. При этом в значительной мере выпадает из поля зрения флюидальная система, заполняющая поровое пространство пород-коллекторов. С другой стороны, изучение органического вещества подземных вод проводится без увязки получаемых результатов с данными о составе органики водовмещающих пород. Мало того, методика изучения органического вещества вод и пород не предусматривает изучение этих двух сред как единой системы. В лучшем случае исследования ведутся параллельно и совершенно не увязаны во времени. Вот почему создается впечатление, что решение проблемы диагностики зон генерации различных генетических типов углеводородов все еще проводится в отрыве от очевидного теперь положения, согласно которому водная среда осадочного покрова образует мощную пелену, масса которой тысячекратна по отношению к промышленным запасам углеводородов. Во многих работах совершенно не учитывается водная среда, повсеместно проникающая в поровое пространство и являющаяся фоном генерирующихся углеводородов.

Сказанное выше существенно искажает объективные природные закономерности, снижает их достоверный характер, несмотря на то что многие исследования сопровождаются основательными количественными выкладками.

Самые тщательные и скрупулезные исследования захороненного органического вещества осадочных пород, основанные на его изучении в отрыве от жидких и газообразных компонентов, не могут служить сколько-нибудь убедительной основой диагностики зон генерации различных генетических типов углеводородов. Сложность задачи усугубляется еще тем, что в процессе захоронения органики жидкая, газообразная и твердая фазы продуктов деструкции органического вещества мигрируют из порового пространства асинхронно. Сказанное диктует необходимость рассмотрения интересующего нас процесса не только в пространстве, но и во времени. Задача приобретает, таким образом, исключительно сложный характер.

Особенностью современного этапа исследований органического вещества осадочных пород является неоправданное и не всегда осознанное абстрагирование отдельных элементов, звеньев и связей сложной природной системы без их логической увязки при последующей интерпретации полученных результатов. Наиболее важной из причин указанных усложнений являются непреодолимые трудности методического характера. В самом деле, влияние таких сравнительно простых параметров, как температура и давление, на различные процессы превращения органического вещества, как будто поддается моделированию, но в действительности это кажущаяся простота. Давление и температура влияют на превращение органики осадочных пород не прямым образом, а косвенным - через водную оболочку. При этом сама деструкция предстает нe только в качестве изменений захороненной органики, остающейся в скелете осадочного покрова, но также в виде изменений растворенного органического вещества мигрирующих подземных вод. Здесь давление и температура существенно влияют на растворимость различных компонентов.

He следует упускать из виду и то обстоятельство, что влияние давления и температуры на превращение органики происходит при определенном режиме и геологической длительности, что еще больше осложняет моделирование процесса.

В результате сложных природных процессов подземные воды неизбежно аккумулируют многочисленные продукты деструкции органики осадочного комплекса.

Грандиозность этого процесса редко учитывается, что приводит к существенным искажениям в балансе углеводородов земной коры.

Тысячекратное превышение объема пластовых вод по отношению к промышленным запасам углеводородов в сочетании с геологической длительностью природных процессов является основой необратимых действий механизма, эффективно улавливающего все без исключения продукты генерации осадочного покрова. Образно говоря, они как бы поступают в бездонную пропасть.

Высокая растворимость углеводородов в флюидальной системе осадочного покрова может быть представлена в виде следующей упрощенной модели. Огромная, глобальных масштабов вакуумированная губка, плотно облекающая некую пористую сферическую поверхность (имитирующую осадочный покров планеты), медленно перемещается наподобие бесконечного ремня. При этом все продукты генерации осадочного покрова неизбежно улавливаются вакуумированной губкой (или "пылесосом").

Миграция водной среды осадочного покрова, а также диффузионные процессы, сколь малыми скоростями они бы ни отличались, на протяжении длительной геологической истории обеспечивают сбор, или, лучше сказать, перехват продуктов генерации углеводородов. При этом происходит следующее: а) углеводороды переносятся на мног ие сотни километров от первичной генерирующей среды, превращаясь в геохимических космополитов; б) заново как бы сортируются продукты генерации в строгом соответствии с непрерывно меняющимися термодинамическими условиями водонапорных систем, оказывающими непосредственное влияние на величины коэффициентов растворимости газовых и иных компонентов; в) продукты генерации приобретают ряд новых свойств, сильно маскирующих их первичные генетические особенности, основанные на селективной растворимости углеводородных газов; г) продукты генерации осадочного покрова очищаются от наиболее растворимых кислых компонентов газов (СО2, H2S), остающихся в растворе, что несколько напоминает процесс природного обогащения.

Сдвиг, а в ряде случаев и перемещение водной среды по отношению к водовмещающим породам должны стимулировать усиление процессов генерации углеводородов, поскольку при этом из природных систем происходит удаление ряда компонентов, что препятствует установлению равновесного состояния системы вода^±порода путем непрерывного смещения равновесия в ту или иную сторону. Надо полагать, что миграция подземных вод по поровому пространству пород-коллекторов является тем скрытым, весьма эффективным механизмом, который осуществляет непрерывный сбор и концентрацию рассеянного органического вещества осадочного покрова. Если мысленно удалить подземные воды из порового пространства осадочного покрова, то процессы генерации и концентрации органического вещества вряд ли вообще будут происходить. Во всяком случае таким логическим приемом легче осознать роль подземных вод в процессах генерации и преобразовании органического вещества.

Анализ приведенных выше соображений наталкивает на мысль о том, что диагностика зон генерации различных генетических типов углеводородов существенно затрудняется вследствие нивелирующей роли динамичности водной оболочки стратисферы и диффузионного рассеивания, лежащих в основе механизма массопереноса. Необходимо при этом обратить внимание на то, что указанные процессы, осуществляющие массоперенос, существенно влияют и на состав органических компонентов, способствуют их глубокому изменению. При этом перехват водной средой углеводородов различного генезиса и последующая их эволюция приводят к образованию качественно новой обстановки, характеризующейся преобладанием новых генетических категорий, уже почти неотличимых от первых "поколений" углеводородов.

Возможно, этим следует объяснить парадоксальное сосуществование в одном и том же регионе и даже в одних и тех же зонах и структурах газовых залежей, сформированных якобы за счет метаморфизации угольной органики, и нефтяных залежей, образованных, судя по всему, путем преобразования органического вещества нефтяного ряда. Между тем нет сколько-нибудь убедительных оснований к идентификации геохимического режима образования углей и нефтей. В тех случаях, когда сопоставимые по своим ресурсам газовые и нефтяные залежи непосредственно контактируют, имеются серьезные основания к отрицанию возможности формирования газовых залежей в результате метаморфизации угольной органики. Здесь генетическое родство нефтей и газов неоспоримо, а установление между ними барьера — неубедительно. В частности, полагаем, что нет достаточных оснований к утверждению о наличии генетических связей между огромными pecypcaми газа Западно-Сибирской и Печорской синеклиз и процессами метаморфизации угольной органики. Этому препятствует наличие колоссальных ресурсов нефти, находящихся в генетически более близких соотношениях к углеводородным газам, чем угли. Во всяком случае генетические взаимоотношения нефтей, газов и углей указанных провинций должны изучаться более основательно, чем это порою делают.

Высказанная точка зрения находится в логической связи с приведенными выше представлениями о соотношении между подземными водами системы и углеводородами. При этом полагаем, что нивелирующая роль водной оболочки стратисферы должна анализироваться не только в связи с проблемой диагностики зон генерации различных генетических типов углеводородов. Надо думать, что динамичность водной оболочки стратисферы скорее всего приводит к образованию некой единой, в известной мере обезличенной исходной массы органического вещества, лежащей в основе формирования как нефтяных, так и газовых залежей (в зависимости от термодинамических условий водонапорных систем в процессе длительной геологической истории).

Тезис о том, будто в водной оболочке стратисферы углеводороды различного генезиса обретают относительный покой или,образно говоря, своего рода "загробную жизнь", по всей вероятности, встретит возражение. Вместе с тем, если глубже поразмыслить над результатами многочисленных исследований, то они не противоречат сделанному выводу. В самом деле, вряд ли можно возразить, что в результате сложной эволюции углеводородов различного генезиса они в силу приведенных выше доводов обретают в водной среде оптимальные условия, обеспечивающие наиболее устойчивое их существование. Доказательством этого служит тот факт, что именно в подземных водах сконцентрирована значительная доля ресурсов углеводородов планеты, исчисляющаяся как минимум в 10в4 трлн. м3 (или 10в13 т), что в десятки раз превышает возможные промышленные скопления углеводородов.

Из приведенных выше соображений вытекает вывод о том, что следует пристальнее обратить внимание на "основную кладовую" растворенных углеводородов, какой является водная среда глубоких горизонтов, служащая главным источником формирования прежде всего газовых и газоконденсатных месторождений.

Трудности (на данном этапе наших знаний) познавания сложнейших процессов, лежащих в основе генезиса углеводородов, дают нам некоторые основания обратиться к логическому приему, известному в кибернетике под названием "черного ящика". Да, мы очень мало знаем точно, что в этом ящике делается. Ho зато известно, что в результате различных процессов, происходящих в нем, водная оболочка стратисферы накопила 10в13 т углеводородов. И еще мы знаем, что трансформация ресурсов последних приводит к формированию промышленных скоплений, составляющих порядка 5—10% от исходной массы углеводородов водной среды планеты. При этом пока еще неясен механизм концентрации рассеянных углеводородов. Усиление исследований в этом направлении сулит важные и практические результаты.

Так же, как воздушный океан планеты состоит из смеси газов различного происхождения, так и водная оболочка ее стратисферы заполнена углеводородами, генезис которых существенно различен. Здесь, однако, управляют несколько иные природные законы, находящие отражение в газовой зональности подземных вод. Познание их — одна из важных задач геохимиков и гидрогеологов.

Проблема направленных поисков газовых и газоконденсатных месторождений должна решаться с непременным учетом газовой зональности подземных вод, отражающей унаследованные генетические черты углеводородов. Генетическая связь месторождений углеводородов с водонапорной системой предполагает и причинную их связь. Законы растворимости углеводородов в пластовых водах обусловливают динамику их выделения из водного раствора при соответствующих благоприятных условиях. Если принять за основу указанную модель, то наиболее труднорастворимые углеводороды должны покинуть систему первыми. Природные соотношения между нефтяными, газоконденсатными и газовыми месторождениями (как по их количеству, так и по соотношению масс углеводородов) подтверждают генетический характер связей между залежами углеводородов и пластовыми водами. Действительно, нефтяные месторождения резко преобладают над газоконденсатными, а чисто газовых — меньше газоконденсатных.