Kinetics of hydrocarbon formation in the sedimentary cover of a subducting plate

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Based on published data on the estimated surface temperature of the subducting plate and the rate of its subsidence, as well as the kinetic spectrum of aquatic organic matter, the kinetics of hydrocarbon formation in the sedimentary cover of the subducting plate was simulated. It was shown that the oil window peak under subduction conditions occurs at depths of 12.6–23.2 km, at temperatures of 147.6–179.4 °C and requires 0.1–6.4 million years. The spread of estimates of depths, temperatures and time of reaching the oil window peak is determined by the variability of the angle and velocity of subduction, as well as the temperature gradient in the published models. The estimate of the depths and temperatures for hydrocarbon formation in the sedimentary cover of the subducting plate is higher than for the settings of the Cenozoic, Mesozoic and Paleozoic sedimentary basins, and the time interval required for oil formation is shorter. It can be assumed that the accumulations of liquid hydrocarbons formed by the organic matter of the sedimentary deposits of the subducting plate is unlikely, but there are certain prospects for the formation of dry gas deposits.

About the authors

D. A. Bushnev

Institute of Geology Komi SC UB RAS

Author for correspondence.
Email: boushnev@geo.komisc.ru
Pervomayskaya st., 54, Syktyvkar, 167982 Russia

References

  1. Баженова Т.К., Шиманский В.К., Васильева В.Ф., Шапиро А.И. Яковлева (Гембицкая) Л.А., Климо- ва Л.И. (2008). Органическая геохимия Тимано-Печорского бассейна. СПб.: ВНИГРИ, 164 с.
  2. Бурштейн Л.М., Дешин А.А., Парфенова Т.М., Ярославцева Е.С., Козырев А.Н., Сафронов П.И. (2024). Кинетические характеристики керогенов Куонамского комплекса нижнего и среднего кембрия Сибирской платформы. Геология и геофизика. 65(1), 133–150.
  3. Бушнев Д.А., Бурдельная Н.С. (2001). Свободные и серосвязанные биомаркеры в составе битумоида майкопской толщи Азербайджана. Нефтехимия. 41(4), 266–272.
  4. Бушнев Д.А., Бурдельная Н.С. (2013). Моделирование процесса нефтеобразования углеродистым сланцем доманика. Нефтехимия. 53(3), 163–170.
  5. Бушнев Д.А., Бурдельная Н.С. (2015). Нефти и органическое вещество позднедевонских отложений Тимано-Печорского бассейна, сопоставление по молекулярным и изотопным данным. Нефтехимия. 55(5), 375–382.
  6. Бушнев Д.А., Бурдельная Н.С., Гончаров И.В., Самойленко В.В., Веклич М.А. (2018). Сопоставление органического вещества средневолжских горючих сланцев Восточно-Европейской платформы и баженовской свиты по молекулярным и изотопным данным. ДАН. 480(2), 195–199.
  7. Бушнев Д.А., Бурдельная Н.С., Мокеев М.В. (2019). Результаты 13C ЯМР и ИК спектроскопии керогена верхнедевонских доманикитов Тимано-Печорского бассейна. Геохимия. 64(11), 1146–1157.
  8. Bushnev, D. A., Burdeinaya, N. S., & Mokeev, M. V. (2019). Results of ¹³C NMR and IR spectroscopy of kerogen from Upper Devonian Domanikites of the Timan-Pechora Basin. Geochem. Int. 57(11), 1170–1181.
  9. Галушкин Ю.И. (2007). Моделирование осадочных бассейнов и оценка их нефтегазоносности. М.: Научный мир, 456 с.
  10. Галимов Э.М. (1974) Особенности проявления кинетического изотопного эффекта при деструкции органических макромолекул. Журнал физической химии. 48, 1381–1385.
  11. Кашапов Р.С., Обласов Н.В., Гончаров И.В., Самойленко В.В., Гринько А.А., Трушков П.В., Фадеева С.В. (2019). Определение кинетических параметров пиролитической деструкции органического вещества неф- тегазоматеринских пород. Нефтегазовая геология. Теория и практика. 14(1). https://www.ngtp.ru/upload/iblock/667/6_2019.pdf
  12. Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г. (2023). Распределение температуры в субдуцирующей плите и в верхней мантии на континентальном крыле зоны субдукции. Геосферные исследования. (1), 6–19.
  13. Конторович А.Э., Конторович В.А., Рыжкова С.В., Шурыгин Б.Н., Вакуленко Л.Г., Гайдебурова Е.А., Данилова В.П., Казаненков В.А., Ким Н.С., Костыре- ва Е.А., Москвин В.И., Ян П.А. (2013). Палеогеография Западно-Сибирского осадочного бассейна в юрском периоде. Геология и геофизика. 54(8), 972–1012.
  14. Поляков В.Б., Галимов Э.М. (1992). Оценка катагенетической преобразованности органического вещества относительно процесса генерации метана. ДАН. 325(3), 581–584.
  15. Савостин Г.Г., Калмыков А.Г., Иванова Д.А., Калмыков Г.А. (2023). Экспериментальные данные по изучению кинетики преобразования органического вещества в образце баженовской сланцевой формации Западной Сибири. Вестник Московского ун-та. Серия 4. Геология. (5), 96–104.
  16. Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. (2002). Развитие Земли. М.: Изд-во МГУ, 560 с.
  17. Astakhov S.M., Reznikov A.N. (2012). Geothermal Regime of the World Sedimentary Basins. V Simposio Brasileiro de Geofisica. 1–4.
  18. Behar F., Vandenbroucke M., Tang Y., Marquis F., Espi-talie J. (1997). Thermal cracking of kerogen in open and closed systems: Determination of kinetic parameters and stoichiometric coefficients for oil and gas generation. Org. Geochem. 26, 321–339.
  19. Burnham A.K. (2017). Global Chemical Kinetics of Fossil Fuels: How to Model Maturation and Pyrolysis. Amsterdam: Springer, 330 p.
  20. Espitalie J., Marquis F., Drouet S. (1993). Critical Study of Kinetic Modelling Parameters. Basin Modelling: Advances and Applications: Special Publication. (3) (A.G. Dore, J.H. Augustson, C. Hermanrud, D.J. Steward and O. Sylta, eds.). Elsevier, Amsterdam, Norwegian Petroleum Society, 233–242.
  21. Fildani A., Hanson A.D., Chen Z., Moldowan J.M., Graham S.A., Arriola P.R. (2005). Geochemical characteristics of oil and source rocks and implications for petroleum systems, Talara basin, northwest Peru. AAPG Bulletin. 89, 1519–1545.
  22. Gavrilov Yu.O., Shchepetova E.V., Shcherbinina E.A., Golovanova O.V., Nedumov R.I., Pokrovsky B.G. (2017). Sedimentary environments and geochemistry of Upper Eocene and Lower Oligocene rocks in the Northeastern Caucasus. Lithology and Mineral Resources. 52(6), 447–466.
  23. Gerya T.V., Stöckhert B., Perchuk A.L. (2002). Exhumation of high-pressure metamorphic rocks in a subduction channel: A numerical simulation. Tectonics. 21(6), 1056.
  24. Hanbaba P., Jüntgen H., Peters H. (1968). Nicht-isotherme Reaktionskinetik der Kohlenpyrolyse, Teil II: Erweiterung der Theorie der Gasabspaltung und experimentelle Bestätigung an Steinkohlen. Brennstoff-Chemie. 49(12), 368–376.
  25. Hessler A.M., Sharman G.R. (2018). Subduction zones and their hydrocarbon systems. Geosphere, 14(5), 2044–2067.
  26. Higley D. (2004) The Talara basin province of northwestern Peru: Cretaceous–Tertiary total petroleum system. U.S. Geological Survey, e-bulletin B-2206a. 1–20. http://pubs.usgs.gov/bul/2206/A
  27. Jarrard R.D. (1986). Relations Among Subduction Parameters. Reviews of Geophysics. 24(2), 217–284.
  28. Kolawole F., Evenick J.C. (2023). Global distribution of geothermal gradients in sedimentary basins. Geosci. Front. (14), 101685.
  29. Leushina E., Mikhaylova P., Kozlova E., Polyakov V., Morozov N., Spasennykh M. (2021). The effect of organic matter maturity on kinetics and product distribution during kerogen thermal decomposition: the Bazhenov Formation case study. J. Petrol. Sci. Eng. (204), 108751.
  30. Moretti I., Baby P., Zapata P.A., Mendoza R.V. (2023). Subduction and Hydrogen Release: The Case of Bolivian Altiplano. Geosciences. 13(4), 109.
  31. Le Pain D.L., Stanley R.G., Helmold K.P., Shellenbaum, D.P. (2013). Geologic framework and petroleum systems of Cook Inlet Basin, South-Central Alaska. in Stone, D.M., and Hite, D.M., eds., Oil and Gas Fields of the Cook Inlet Basin, Alaska: American Association of Petroleum Geologists Memoir, 104, 37–116.
  32. Perchuk A.L., Zakharov V.S., Gerya T.V., Brown M. (2019). Hotter mantle but colder subduction in the Precambrian: What are the implications? Precambrian Research. 330, 20–34.
  33. Scheirer A.H., Tennyson M.E., Magoon L.B., Charpentier R.R., Cook T.A., Klett T.R., Pollastro R.M., Schenk C.J. (2006). Assessment of undiscovered natural gas resources of the Sacramento Basin province of California. U.S. Geological Survey National Assessment of Oil and Gas Fact Sheet, 2 p.
  34. Stanley R.G., Pierce B.S., Houseknecht D.W. (2011), U.S. Geological Survey 2011 assessment of undiscovered oil and gas resources of the Cook Inlet Region, south-central Alaska. U.S. Geological Survey Open-File Report, 2011–1237, 1–37.
  35. Suzuki N., Koike K., Kameda J., Kimura G. (2024). Thermogenic methane and hydrogen generation in subducted sediments of the Nankai Trough. Commun. Earth Environ. 5(97).
  36. Sweeney J.J., Burnham A.K. (1990). Evaluation of a simple model of vitrinite reflectance based on Chemical kinetics. AAPG Bulletin. 74(10), 1559–1570.
  37. Syracuse E.M., van Keken P. E., Abers G.A. (2010). The global range of subduction zone thermal models. Physics of the Earth and Planetary Interiors. 183, 73–90.
  38. Tissot B.P., Espitalie J. (1975) L'evolution thermique de la matiere organique des sediments: applications d'une simulation mathematique. Revue de l'Institut Franccais du Petrole. 30, 743–777.
  39. Tissot B.P., Pelet R., Ungerer P. (1987). Thermal history of sedimentary basins, maturation indices, and kinetics of oil and gas generation. AAPG Bull. 71(12), 1445–1466.
  40. Ungerer P., Pelet R. (1987). Extrapolation of the kinetics of oil and gas formation from laboratory experiments to sedimentary basins. Nature. (327), 52–54.
  41. van Keken P., Wada I., Sime N., Abers G. (2019). Thermal structure of the forearc in subduction zones: A comparison of methodologies. Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 20, 3268–3288.
  42. Vandenbroucke M., Behar F., Rudkiewicz J.L. (1999). Kinetic modelling of petroleum formation and cracking: Implications from the high pressure/high temperature Elgin Field (UK, North Sea) Org. Geochem. 30, 1105–1125.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».