Характеристика условий осадконакопления по составу рассеянного органического вещества пород разведочной скважины правобережья Оби Томской области

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Одно из ведущих мест в мире по добыче углеводородов (УВ) занимает Россия, но в настоящее время отмечается снижение объема геологоразведочных работ и смещение их в сторону территорий, расположенных на отделенных площадях и в суровых климатических условиях. Особенностью сырьевой базы Томской области является, с одной стороны, постепенное исчерпывание запасов традиционных залежей с хорошо отработанными технологиями разведки и добычи в основном на левом берегу Оби, с другой стороны – значительные запасы в “нетрадиционных” отложениях – юрских (нижняя, средняя, верхняя юра), а также палеозойских, связанных с глубоким бурением и высокими затратами, в том числе на правобережье Оби. Целью параметрического (разведочного) бурения, в частности Восточно-Пайдугинской зоны, которая представляет собой обширную территорию на северо-востоке Томской области, является выявление и получение параметров перспективных зон нефтегазонакопления [1, 2].

Наряду с традиционными геологическими методами при поисках углеводородного сырья на слабо изученных территориях целесообразно использование химической информации о молекулярном составе рассеянного в породах разреза органического вещества. Получаемые в процессе исследования данные позволяют реконструировать обстановки накопления ОВ, определять специфику его катагенетических изменений, фиксировать протекание процессов миграции УВ, проводить корреляцию разрезов и оценку нефтегазогенерационного потенциала отложений. Данные о молекулярном составе хемофоссилий (реликтовых структур), унаследовавших основные черты строения исходных биологических молекул, могут служить основой для выяснения основного источника ОВ в осадках [3, 4].

Для восстановления истории формирования в недрах Земли углеводородных скоплений, реконструкции условий нафтидогенеза необходимо детальное исследование состава рассеянного в породах органического вещества, в частности, распределения в нем хемофоссилий, унаследовавших черты своего строения от биологических предшественников. Состав этих структур определяется прежде всего исходной биомассой и последующими этапами ее преобразования [5, 6].

Комплекс хемофоссилий (индивидуальный состав изопреноидных и нормальных алканов, содержание металлопорфиринов и перилена), а также состав фенатренов, выбранный нами для исследований [7–9], позволяют судить о фациально-генетической природе присутствующего в породах органического вещества. Так, присутствие в органическом веществе комплексов порфиринов с ванадилом (VO-р) указывает на преимущественно морской генезис органического вещества и восстановительные условия при осадконакоплении [10]. Наличие никелевых порфиринов (Ni-р) свидетельствует об отсутствии сероводородного заражения природных вод при седиментации и раннем диагенезе органического вещества [11]. Перилен, широко распространенный в озерах, встречается также в прибрежных районах морей и отсутствует в глубоководных фациях. Соотношение изопреноидных углеводородов пристана (П) и фритана (Ф) может быть использовано для оценки окислительно-востановительных условий в бассейне седиментации [12]. Следует, однако, учитывать, что наряду с окислительной средой повышенное содержание пристана в осадках может быть обусловлено существенным вкладом в органическом веществе зоопланктона и биомассы бактерий. Состав н-алканов характеризует участие в формировании состава органического вещества отдельных групп биопродуцентов. Основными углеводородами фитопланктона являются С₁₅ и С₁₇ н-алканы. Для наземной растительности характерно преобладание С₂₇, С₂₉ и С₃₁ н-алканов. В прибрежно-морских водорослях преобладают С₂₁, С₂₃ и С₂₅ гомологи [13, 14].

Для определения степени термической зрелости органического вещества нами использованы CPI – отношение концентрации н-алканов с нечетным числом атомов углерода в молекуле к “четным” н-алканам, а также расчетная отражательная способность витринита (Rc), основанная на различии в термической стабильности отдельных изомеров метилфенатренов. Rc хорошо коррелирует с отражательной способностью витринита (% Rm) в интервале его значений, соответствующих основной зоне образования нефти из керогена [15].

Целью настоящего исследования являлась характеристика условий седиментации по молекулярному составу рассеянного органического вещества пород верхнеюрских отложений разведочной скважины Восточно-Пайдугинская Томской области для оценки зрелости органического вещества и выявления региональной зоны нефтегазонакопления.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исследованы верхнеюрские породы разреза скважины Восточно-Пайдугинская марьяновской (поздний оксфордволга, 2736.1 м) и наунакской (келловейский и оксфордский ярусы, 2775.4 и 2786.95 м) свит.

Исследование всех образцов проводилось по единой методике. Органические компоненты выделяли из кернового материала экстракцией раствором 7%-ного метанола в хлороформе (хлороформенный битумоид, ХБ) при 60°С [16]. Углеводороды и дибензотиофены (ДБТ) были сконцентрированы методом адсорбционной хроматографии на колонке с окисью алюминия IV степени активности, подвижная фаза – гексан. Молекулярный состав органических соединений определяли с помощью хроматомасс-спектрометра высокого разрешения DFS фирмы TermoScientific в Томском региональном центре коллективного пользования ТНЦ СО РАН. Разделение компонентов экстракта происходило на кварцевой капиллярной колонке фирмы ThermoScientific внутренним диаметром 0.25 мм, длиной 30 м, толщиной неподвижной фазы TR-5MS – 0.25 мкм. Условия анализа: газ-носитель – гелий, температура испарителя – 250°С, температура интерфейса – 250°С, метод ионизации – электронный удар, энергия ионизирующих электронов – 70 эВ; температура ионизационной камеры – 250°С; диапазон регистрируемых масс – 50–500 а.е.м., длительность развертки спектра – 1 с. Программа нагрева термостата хроматографа: T_нач = 80°С, изотерма в течение 2 мин, затем нагрев со скоростью 4°С/мин до T_макс= 300°С, изотерма в течение 35 мин.

Газовые хроматограммы получены по общему ионному току (TIC) и характеристическим фрагментным ионам (SIM). Содержание отдельных групп УВ рассчитывали по суммарной площади отдельных пиков с учетом поправочных коэффициентов, определенных для характеристических ионов каждого класса соединений: для молекулярных ионов би- (m/z 128, 142, 156, 170, 184), три- (m/z 178, 192, 206, 220), тетра- (m/z 202, 216, 230, 242) и пентациклических (m/z 252, 266) ароматических УВ, дибензотиофенов (m/z 184 и 198), для фрагментных ионов три-, тетра- и пентациклических терпанов (m/z 191), бициклических терпанов и секогопанов (m/z 123), ретена (m/z 198), кадалена (m/z 234), симонеллита (m/z 252), сквалена (m/z 69), алканов (m/z 57), алкилциклогексанов (m/z 83 и 97), стеранов (m/z 217 и 218), моно- и триароматических стеранов (m/z 253 и 231), н-алкилбензолов, алкилтолуолов и арилизопреноидов (m/z 92, 105 и 133 соответственно) [5, 6]. Для оценки количественного содержания компонентов использовался дейтероаценафтен C₁₂D₁₀ в качестве внутреннего стандарта.

Содержание металлопорфиринов и перилена (Per) определяли методом электронной спектроскопии по интенсивности полос поглощения при 550 нм для никелевых порфиринов (Ni-p), 570 нм для ванадиловых (VO-p) и 435 нм для перилена с использованием в расчетах коэффициентов экстинкции 2.7 × 10⁴, 2.9 × 10⁴ и 4 × 10⁴ л/моль см соответственно [11].

Для оценки степени термической преобразованности рассеянного в породах органического вещества были исследованы распределение и состав фенантренов, по которым рассчитаны метилфенантреновый индекс MPI = 1.5(2МР+3МР)/(Р+1МР+9МР) и расчетная отражательная способность витринита Rc = 0.6MPI + 0.4, где Р – фенантрен, 1МР – 1-метилфенантрен, 2МР – 2-метилфенантрен, 3МР – 3-метилфенантрен, 9МР – 9-метилфенантрен [17].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Содержание битуминозных компонентов (хлороформного битумоида, ХБ) в породах варьирует от 0.03 до 0.18%, возрастая с глубиной залегания пород (табл. 1). Зафиксированы металлопорфирины, представленные комплексом с никелем, свидетельствующим об отсутствии сероводородного заражения при седиментации, а также перилен, который накапливается в ОВ в условиях мелководного бассейна. Ванадилпорфирины, наличие которых указывает на морские условия захоронения органического вещества, в породах разреза отсутствуют. Содержание идентифицированных сернистых соединений – дибензотиофенов (ДБТ) – варьирует от 0.07 до 0.28 мас. %, минимальные значения отмечены в породах в наунакской свиты.

Таблица 1. Распределение в породах разреза скважины Восточно-Пайдугинская битуминозных компонентов и гетероциклический соединений*

* В процентах от суммы всех соединений, идентифицированных по данным ГХ-МС.

По всему разрезу верхней юры отсутствуют секогопаны и стераны (табл. 2). В ОВ марьяновской свиты не обнаружены, кроме того, пентациклические арены, сесквитерпаны и симонеллит. В то же время в марьяновской свите по сравнению с наунакской повышено содержание сквалена, моно- и триароматических стеранов, присутствуют циклогексаны, три- и тетрациклические терпаны.

Таблица 2. Содержание отдельных углеводородных групп в исследуемых образцах*

*В процентах от суммы всех соединений, идентифицированных по данным ГХ-МС.

ОВ марьяновской свиты характеризуется преобладанием в смеси УВ алканов – ациклических насыщенных структур (2736.1 м), в ОВ наунакской свиты доминируют ароматические УВ (рис. 1, а). Среди ароматических УВ во всех верхнеюрских осадках преобладают нафталины. Их относительное содержание несколько снижается вниз по разрезу. Возрастает доля фенантренов, содержание кадалена и ретена (рис. 1, б). Максимальное содержание симонеллита зафиксировано в породах верхней части наунакской свиты. Алканы в марьяновской и верхней части наунакской свит представлены преимущественно С₁₄–С₁₆ гомологами, в нижней части наунакской свиты молекулярно-массовое распределение н-алканов бимодально с основным максимумом, приходящемся на С₁₄, и дополнительным – на С₂₅ и С₂₇.

Рис. 1. Групповой состав углеводородов (а) и изменение содержания симонеллита, кадалена и ретена (б) в ОВ разреза верхней юры Восточно-Пайдугинской скважины

Согласно величине отношения пристана к фитану (П/Ф), ОВ по всему исследованному разрезу отлагалось в окислительных условиях (табл. 3). Наличие перилена в осадках разреза наунакской свидетельствует о неглубоком бассейне, наличие никелевых порфиринов – об отсутствии в бассейне сероводородного заражения. Величина T26/Т25 в ОВ марьяновской свиты соответствует озерным условиям осадконакопления, наличие невысоких концентраций гаммацерана (G) в марьяновской свите и низах наунакской указывают на слабосоленые воды, а довольно высокое относительное содержание гопана С₃₁ – на возможное участие угольных включений в исследованных породах. Об участии высших растений в формировании состава ОВ пород наунакской свиты свидетельствуют высокие концентрации кадалена, ретена, наличие симонеллита (рис. 3) и н-алканов С₂₅ и С₂₇ на глубине 2786.95 м.

Таблица 3. Геохимические параметры состава УВ битуминозных компонентов пород верхней юры Восточно-Пайдугинской скважины

С увеличением степени термической преобразованности ОВ отмечается возрастание расчетной отражательной способности витринита (Rc), соотношение изомеров С₂₇ трисноргопанов (Ts/Tm), отношение три- к моноароматическим стеранам (TAS/MAS), коэффициент нечетности (CPI) стремится к единице. В зрелом ОВ величина отношения S/R изомеров гопанов С₃₂ – H32 (S/R) больше единицы, отсутствуют биологические (β) изомеры гопанов, нафтеноароматические трициклические структуры (симонeллит) и сквален. Значения всех этих отношений для битуминозных компонентов пород Верхней юры из скв. Восточно-Пайдугинская приведены в табл. 3.

Практически все параметры, за исключением сквалена, показывают бо́льшую преобразованность ОВ марьяновской свиты по сравнению с наунакской, что может быть следствием лучших каталитических свойств пород марьяновской свиты. В то же время низкие величины Rc, отвечающие стадии катагенеза ПК₃/МК₁, и состав гопанов (Ts/Tm и S/R) свидетельствуют о незрелом ОВ всего разреза верхней юры, а отсутствие симонеллита в марьяновской свите может быть обусловлено отсутствием соответствующих биопродуцентов в бассейне седиментации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Органическое вещество по всему исследованному разрезу отлагалось в окислительных условиях согласно величине отношения пристана к фитану (П/Ф). Наличие перилена в осадках наунакской свиты свидетельствует о неглубоком бассейне, наличие никелевых порфиринов – об отсутствии в бассейне сероводородного заражения. Величина T26/Т25 в ОВ марьяновской свиты соответствует озерным условиям осадконакопления, наличие невысоких концентраций гаммацерана (G/H31) в марьяновской свите и низах наунакской указывают на слабосоленые воды, а довольно высокое относительное содержание гопана С₃₁ – на возможное участие угольных включений в исследованных породах. Об участии высших растений в формировании состава ОВ пород наунакской свиты свидетельствуют высокие концентрации кадалена, ретена, наличие симонеллита и н-алканов С₂₅ и С₂₇.

Совокупность данных о составе ОВ пород верхней юры скважины Восточно-Пайдугинская свидетельствует о его низкой термической зрелости и малой перспективности нефтегазопроявлений этого участка разреза.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Работа выполнена в рамках Государственного задания ИХН СО РАН, финансируемого Министерством науки и высшего образования Российской Федерации.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы данной работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Об авторах

Н. А. Красноярова

Автор, ответственный за переписку.
Email: natalex@ipc.tsc.ru
Россия, Томск

О. В. Серебренникова

Email: ovs49@yahoo.com
Россия, Томск

П. Б. Кадычагов

Email: pkad@ipc.tsc.ru
Россия, Томск

Список литературы

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рис. 1. Групповой состав углеводородов (а) и изменение содержания симонеллита, кадалена и ретена (б) в ОВ разреза верхней юры Восточно-Пайдугинской скважины

Скачать (179KB)

Метаданные