Библиотека Дамирян - Геология на нефта и газа №020

Изопренани и въглероден изотопен състав – геохимични индикатори за генетичната природа на маслата

Е.Я. ГАВРИЛОВ, И.Б. КУЛИБАКИНА, В.И. STAROSELSKY (VNIIgaz), O.A. АРЕФИЕВ (ИГиРГИ)

Понастоящем съществуват различни видове геохимични коефициенти, които позволяват да се предвиди фазовото състояние на натрупванията на въглеводороди, пътищата на миграция на нефт и газ, близостта до източниците на генериране и т.н. Успехите, постигнати от органичната геохимия през последните десетилетия, позволяват да се подходи към изясняването на генетичната природа на маслата от нови позиции. Тъй като маслото е сложно химично съединение, състоящо се от множество отделни въглеводородни и невъглеводородни компоненти, става необходимо да се прилагат комплексни изследвания, базирани на съвременни методи за анализ (масспектрометрия, GLC), за да се определи вида на първоначалното ОМ и условията за неговото обезвреждане. През последните години корелациите между отделните реликтови НС на нормални и изопреноидни структури се използват като генетични критерии, които позволяват да се прецени първоначалният тип ОМ [2].

Съотношението на пристан към фитан обикновено се използва като най-информативен индикатор, тъй като тази стойност зависи главно от условията на образуване на седиментация. Както е известно, образуването на пристан се дължи на процесите на трансформация на фитола от земното ОВ при окислителни условия, докато фитанът се генерира главно от морското ОВ при преобладаване на редуцираща среда в седиментационния басейн (Ал. А. Петров, 1974).

Разликите в условията на утаяване също определят някои разлики в въглеродния изотопен състав на ОМ и маслата.

Предишни проучвания [4] показаха обогатяването на водния (алин) OM с лекия изотоп 12C в сравнение с теригенния (arkon) OM.Ел Ей Кодин и Е.М. Галимов (1982) смята, че връзката между изотопния състав на Corg и неговия континентален и морски произход не е еднозначна. По отношение на въглеродния изотопен състав (C.I.C.) на масла, генерирани от OM с морски и сухоземен произход, понастоящем няма единна гледна точка.

За да изясним възможна генетична връзка между отделните геохимични параметри, които позволяват да се съди за първоначалния OM и въглеродния изотопен състав на маслата, ние анализирахме маслата от долния камбрий и вендските комплекси на Сибирската платформа, различни стратиграфски нива на Тимано-Печорското петролно и газово поле, континенталния генезис на Вилюйската синеклиза, екваториалните зони на Баренц-Карския нефтен и газов басейн и среден камбрий на Балтийската синеклиза. Включени са и резултатите от анализи на петрол за редица чуждестранни нефтени и газови находища. Анализираните масла са свързани с отлагания с различни литоложки състави (както теригенни, така и карбонатни и сулфатно-карбонатни), които се натрупват в различни седиментационни басейни (от дълбоководни до континентални).

Статистическата обработка на резултатите от анализите на нефта за горните райони показа, че съотношението пристан / фитан варира в широки граници (0,5 - 9,2) и варира в зависимост от вида на изходното ОМ и средата на утаяване.

Най-високите стойности на съотношението пристан/фитан са характерни (цифра) за масла с типично континентален генезис, както и масла от среднокамбрийските отлагания на Балтийската синеклиза, генерирани от OM, претърпял значителна диагенетична обработка. Окисляването на първоначалния алинен тип OM по време на етапа на диагенезата определя псевдоарконския тип на първоначалния среден камбрийски OM и високите стойности на коефициента пристан/фитан.

Минималните (0,5 - 0,7) стойности на разглеждания коефициент са регистрирани в маслата от вендско-долния камбрийски комплекс на Източен Сибир, генерирани от алинеен OM при условия на висока степен на засоляване на морския басейн. Съотношенията пристан/фитан в маслата, образувани от смесен ОМ варират от 1 до 2. За изясняване на генетичната принадлежност на маслата са използвани данни за u. с. г.

Проведени изследвания върху проучването и. с. г. маслата не показват регионална зависимост на изотопния състав на маслата от възрастта на депозитите, въпреки че като цяло най-изотопно леките масла (–32 e – 37 °/oo) са ограничени до долните камбрийски и докамбрийски отлагания на Източен Сибир. Значително изотопно изсветляване беше отбелязано по-рано в рифейските масла на пермския Предурал: i. с. за рифейските масла от Сивинското находище d 13 С= -30,5 ‰, докато d 13 С за маслата от девонския комплекс варира от -27 до -29,5 ‰. Изотопно лекият въглерод (–30,3 ё 31,1‰) също е характерен за преддевонските масла от Пермския басейн на САЩ.

Примесването на арконични природни компоненти към първоначалния OM вероятно води до по-тежки въглеродни масла. Въпреки това, маслата, генерирани от типично континентално ОВ и ОВ от смесен тип, са доста близки по отношение на съдържанието на тежкия изотоп 13 С (d 13 С = -27 ё -30 ‰).

В рамките на един OGB може да се проследи известна тенденция към изотопно изсветляване на въглерода на маслата с увеличаване на дълбочината на поява и възрастта на вграждащите отлагания. По този начин в нефтеното и газовото находище Тимано-Печора маслата от девонския и силурийския комплекс са донякъде обогатени с изотопа 12 С (d 13 С= -30,9 ± 0,2 ‰) в сравнение с маслата от триаса (d 13 С= -28,6 ‰) и долния перм-карбон (d 13 С= -27. 4 ‰) комплекси. Въпреки това наблюдаванотоИзотопното изсветляване на въглерода вероятно се дължи не толкова на увеличаване на дълбочината (и възрастта) на продуктивните отлагания, колкото на промяна в типа на първоначалния OM. Отбелязани вариации в и. с. г. масла от различни стратиграфски комплекси заедно с достатъчна стабилност и. с. г. масла във всяко едно от тях, дори и в рамките на големи OGB, се обясняват със спецификата на оригиналния ОМ и фациалната принадлежност на маслата.

Освен това среднокамбрийските масла, генерирани от алинеен, но диагенетично обработен OM, според стойностите на d 13 C (–30 e –28,1 ‰), попадат в същата област на диаграмата като маслата от континентален и смесен генезис (виж фигурата). Все пак трябва да се отбележи, че на и. с. Превръщането на първоначалния ОМ в диагенетичен етап вероятно има ефект, докато биоразграждането на самите масла не води до тяхното забележимо изотопно тегло. Пример е сходството и. с. г. ( -28.4 ё -29.1 ‰ ) на биоразградени и непроменени масла от зоната Варандей-Адзва на Тимано-Печорското нефтено и газово находище.

По този начин маслата, генерирани от OM от арконичен и алинен тип, се характеризират с различни стойности на индекса пристан/фитан и u. с. г.

За сравнение диаграмата показва данни за разпространението на реликтни въглеводороди и ф. с. г. във въглища от различни класове в редица въглищни басейни на Съветския съюз (Донецк, Кузнецк, Момо-Зирянск). Предишни изследвания (K.F. Rodionova, S.P. Maksimov, 1981; B. Tissot, D. Welte, 1981) установиха зависимостта на съотношението пристан / фитан от степента на метаморфизъм на въглищата и ограничаването на максималните стойности на този коефициент към въглищата на газовия етап. С увеличаване на степента на катагенетична трансформация на въглищата стойността на отношението пристан/фитан намалява.

За разлика отрязка променливост на съотношението пристан / фитан в зависимост от степента на окисление и катагенетична трансформация на въглищата, техният изотопен състав се променя изключително слабо: диапазонът на изменение на d 13 С във въглищата се вписва в стойностите от –26,5 ё -23 ‰ (независимо от летливия добив). Близките стойности на d13С за въглища от различни степени показват, че не само механизмът на изотопно фракциониране по време на фотосинтезата, но и целият комплекс от условия, които влияят на изотопния състав на въглерода (включително концентрацията и стойностите на d13С на атмосферния въглероден диоксид) са се променили сравнително малко през цялата геоложка история на развитието на Земята. Относителното постоянство на стойностите на d13С се обяснява не само с хомогенизирането на OM, но и със загубата на липиди и реакциите на декарбоксилиране по време на еволюцията на въглищния OM [1].

Анализът на дадените данни показва, че относително изотопно лек въглерод ( d 13 С= –36.5 ё –30.5 ‰ ) съответства на масла, генерирани от ОВ от алинен тип. Обогатяването на първоначалния органичен организъм и масла от горния докамбрий и долния палеозой с лек въглероден изотоп се обяснява от отделни изследвания с по-редукционния характер на биосферата през разглеждания период.

Маслата от типа аркон и маслата, образувани от OM, претърпели значителна диагенетична обработка, съответстват на по-високи стойности на съотношението на пристан към фитан (повече от 1,5–2) и изотопно по-тежък въглерод (d 13 С= –30,5 ё –26,5 ‰).

Още по-широк диапазон от стойности на съотношението пристан/фитан характеризира въглищата на различни етапи на катагенетична трансформация, което се обяснява с липсата на изотопно фракциониране по време на диагенезата и катагенезата и сходството на изотопния състав на съвременните ОМ и предишни земни растения [4].

По този начин данните заСъотношението на изопреноидните въглеводороди и изотопният състав на маслата в изследваните райони могат да се използват като геохимични индикатори за тяхната генетична принадлежност и за определяне на източника на генериране. Това дава възможност за по-разумно провеждане на целенасочени търсения на въглеводородни находища с определен състав.

Галимов Е.М. Изотопи на въглерода в геологията на нефта и газа. – М.: Недра. - 1973 г.
Гончаров И.В. Геохимия на нефт в Западен Сибир. – М.: Недра. - 1987 г.
Degens E. Диагенеза и катагенеза на органична материя. – М.: Недра. - 1971 г.
Канторович А.Е., Богородская А.И., Голишев С.И. Разпределение на стабилни въглеродни изотопи в седикачити с различна генетична природа // Геология и геофизика. - 1985. - № 7. - С. 3 -18.

DOM от различни видове A - aline, B - arkon, C - смесени, D - въглища