О первичной миграции битуминозных компонентов в бат-байосе Дагестана
Г. И. ТИМОФЕЕВ
Для мезозойских отложений Кавказа и, в частности, Дагестана многими исследователями за основные нефтематеринские свиты принимались бат-байосские образования [1-4]. За счет указанных свит, как полагают, происходило формирование нефтяных и газовых месторождений юрского и, возможно, мелового возрастов.
Работами Н.Б. Вассоевича [5] и других на примере чокракских отложений северо-восточного Предкавказья установлено, что такие свиты содержат значительное количество углеводородных компонентов, составляющих в среднем 0,008-0,01% на породу (глину). В них В. С. Муромцевой были определены метаново-нафтеновые, а также ароматические углеводороды, т.е. углеводороды, свойственные нефтям. Н.Б. Вассоевич на основании этого приходит к выводу, что «достаточно лишь нескольким процентам этих углеводородов сконцентрироваться, чтобы образовать все запасы нефти в песчаниках чокракско-караганской толщи Северо-Восточного Кавказа» [5].
В.В. Вебер [6, 7] и П. Смит [8] показали, что в четвертичных морских осадках в определенных фациальных условиях образуются углеводороды, по физическим и химическим свойствам имеющие нефтяной характер. Содержание углеводородов в них достигает 0,025-0,06% на сухой вес осадка.
За счет миграции углеводородов из нефтематеринских отложений и их последующей аккумуляции происходит образование собственно нефти. Для некоторых исследователей [9 и др.] низкое содержание углеводородов в нефтематеринских осадках и породах служит основанием сомневаться в возможности их миграции из нефтематеринских образований в коллекторы с последующей концентрацией в залежи нефти.
Однако еще в 1927 г. акад. В.И. Вернадский писал: «В земной коре существуют различные механизмы, позволяющие ничтожным рассеянным массам этих продуктов (битумы вообще - прим, автора) собираться и давать более значительные нахождения» [10]. Не вдаваясь в подробности возможных путей и факторов первичной миграции углеводородов из нефтематеринских пород в коллекторы, которые разобраны в работах Ш.Ф. Мехтиева [3], И.О. Брода [11], М.Ф. Двали [12] и других исследователей, покажем, что такая миграция не только возможна, но и существует в природе.
Изучение органических компонентов в бат-байосских отложениях Дагестана вместе с данными о геохимических условиях их формирования дало возможность выделить в них нефтематеринские и ненефтематеринские породы. Основными нефтематеринскими породами могли быть глины, характеризующиеся повышенным содержанием органического вещества (в пересчете на Сорг в среднем 1,186%) по сравнению с другими разностями пород и формирующиеся в условиях восстановительной и резко восстановительной обстановок в стадию диагенеза. В таких условиях в органическом веществе глинистых осадков происходил процесс нефтеобразования, на что указывает повышенное содержание битуминозных компонентов (в среднем 0,087% хлороформенная и 0,065% - спиртобензольная вытяжки (При изучении битума пользовались двумя растворителями - хлороформом и спирто-бензолом. Извлечение битума производилось методом последовательного экстрагирования сначала хлороформом, а затем спирто-бензолом)). По-видимому, процессы битумообразования не завершались в период диагенетического преобразования пород, а происходили и в более поздние стадии литогенеза (ранний и поздний катагенез) под влиянием повышенной температуры и давления.
Песчано-алевролитовые породы в своей основной массе не могли быть нефтематеринскими, так как они формировались в условиях главным образом окислительной обстановки. Кроме того, эти породы отличаются низкой концентрацией органического вещества, составляющей в среднем по Сорг 0,432%.
Как показали исследования В. В. Вебера [6, 7], в окислительных условиях не происходит новообразования битума, а битум, внесенный в осадок вместе с органическим веществом, испытывает обуглероживание: в нем увеличивается содержание кислой спирто-бензольной части, а в более восстановленной (бензольной) части возрастает количество углерода и уменьшается содержание водорода и кислорода.
Следовательно, в песчано-алевролитовых породах бат-байоса органическое вещество как по количеству, так и по условиям своего преобразования в стадию диагенеза не могло продуцировать битум. Вряд ли такое окисленное органическое вещество продуцировало битум и в более поздние стадии литогенеза.
Изучение группового состава органического вещества бат-байосских отложений (На основании анализов 421 образца.) показало, что оно в значительной части представлено нерастворимым органическим остатком, составляющим в среднем 87,28%; на долю битума приходится лишь 12,68%. Гуминовые кислоты, как правило, отсутствуют, за исключением некоторых образцов, в которых их появление связывается с процессами выветривания органического вещества (Отсутствие гуминовых кислот, видимо, объясняется переходом их в нерастворимое состояние в процессе общего метаморфизма органического вещества.). Соотношение нерастворимого органического остатка и битума в различных по гранулометрическому составу породах непостоянно. В глинах содержится нерастворимого органического остатка 92,79%, битума 7,21%, в песчано-алевролитовых породах соответственно 75,80 и 24,20%. Степень битуминизации органического вещества (Степень битуминизации - средняя арифметическая величина из суммы отношений (нерастворимый органический остаток/битум)) для глин всех анализов составляет 18,3, а для песчано-алевролитовых пород 14,0.
Если даже не принимать во внимание различные условия преобразования органики в стадию диагенеза в указанных типах пород, а допустить, что в одинаковых последующих термодинамических условиях равное количество органического вещества может давать одинаковое количество битума, из изложенных выше данных, несомненно, выявится, что такое высокое содержание битума в органическом веществе песчано-алевролитовых пород нельзя объяснить процессами его последиагенетического преобразования. Высокая степень битуминизации органического вещества песчано-алевролитовых пород не могла явиться следствием и диагенетического преобразования, потому что, как уже отмечалось выше, оно не испытывало процессов нефтеобразования.
На основании этого можно утверждать, что битум песчано-алевролитовых пород генетически не связан с содержащимся в них органическим веществом и образовался за счет процессов вторичного обогащения из более битуминозных глинистых пород. Естественно, что при этом степень битуминизации органического вещества глинистых пород соответственно уменьшилась. Об этом свидетельствуют результаты изучения самого битума.
Известно, что характер извлекаемого битума зависит от применяемого растворителя. В работе Н.В. Вассоевича и В.Н. Муратова [13] по данным В.А. Успенского, В.С. Муромцевой и других авторов приводятся химические характеристики хлороформенной и спирто-бензольной экстракций из различных осадочных пород. Из этих данных видно, что хлороформенный битум состоит из веществ с малой степенью окисленности и незначительным содержанием полярных групп (гидроксильных, карбоксильных), а спиртобензольный, наоборот, из веществ кислого и окисленного характера. Для юрских глин Дагестана (скв. 3, Эльдама) приводятся следующие данные.
Таким образом, применение двух растворителей (хлороформа и спирто-бензола) дает возможность судить о качестве битума.
В бат-байосских отложениях, как показали проведенные исследования, в целом больше хлороформенного битума, чем остаточного спирто-бензольного, поэтому величина отношения (спирто-бензольный битум/хлороформенный битум) в них почти всегда меньше единицы. Однако указанная величина не одинакова в различных породах: в глинах она составляет 0,75, алевролитах 0,67, песчаниках 0,51. Следовательно, относительная роль хлороформенной части битума растет от глин к алевролитами песчаникам, а спирто-бензольной, наоборот, уменьшается.
На основании приведенных данных можно прийти к заключению, что битум глинистых пород имеет по сравнению с битумом песчано-алевролитовых пород более кислый и окисленный характер. Такая закономерность может быть объяснена миграцией более нейтральной части битума глин в песчано- алевролитовые породы, в результате чего первые обогащались кислыми компонентами и приобретали остаточный характер.
В полном соответствии с этим находятся и результаты определения компонентного состава хлороформенной части битума (см. таблицу).
Как видно из приведенных в таблице данных, битум бат-байосских отложений относится к легкому масляному типу. Содержание масел в нем колеблется от 49,83 до 97,90%, смол от 1,98 до 47,77%, асфальтенов от 0,10 до 23,70%. В соотношении отдельных компонентов битума в породах различного гранулометрического состава легко можно установить определенную закономерность. Если в битуме глин содержание масел в среднем составляет 71,75%, то в алевролитах и песчаниках оно возрастает соответственно до 91,28 и 94,20%. В обратной последовательности изменяется содержание асфальтово-смолистых компонентов: их больше в глинах (28,25%), меньше в алевролитах (8,72%) и песчаниках (5,80%). Таким образом, от глин к песчаникам происходит увеличение в битуме масляных компонентов и уменьшение асфальтовосмолистых. Интересно также изменение в зависимости от типов пород величины отношения (смолы+асфальтены)/масла. Эта величина в глинах равна 0,45, в алевролитах 0,11, в песчаниках 0,06.
Увеличение роли масел в битумах алевролитов и песчаников по сравнению с глинами, вероятно, является одним из существенных доказательств аллотигенного характера битума в первых; вследствие миграции в них наиболее легкой масляной части битума глин последний относительно обогащался более склонными к сорбции асфальтово-смолистыми компонентами.
В.А. Успенским [14] установлено, что при большом содержании масел в битуме участие углеводородной фракции возрастает и по своему составу он приближается к чистым углеводородам. Полученные данные свидетельствуют о значительном содержании в бат-байосских отложениях Дагестана углеводородов; при этом наблюдается процесс перемещения углеводородов из нефтематеринских глинистых пород в песчано-алевролитовые, играющие роль коллекторов.
В ряде случаев были встречены образцы песчано-алевролитовых пород, в которых концентрация битума составляет 0,08-0,156%, что, несомненно, свидетельствует о процессах аккумуляции битуминозных компонентов в породах-коллекторах. Битум в таких породах, как правило, отличается высоким содержанием масел (до 90% и выше). Эти битумы по своему составу наиболее приближаются к нефти. При благоприятных геологических условиях за счет таких процессов можно допустить формирование и концентрированных скоплений углеводородных компонентов.
Изложенные выше данные дают основание считать, что процессы первичной миграции углеводородов из нефтематеринских пород в коллекторы не только могут происходить, но и происходят в природе.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вассоевич Н.Б. и др. Геологические условия нефтеносности мезозоя юго- восточного Кавказа. АНХ, № 1, 1951.
2. Конюхов И.А. Битуминологические особенности мезозойских отложений Дагестана. Разведка и охрана недр, № 8, 1956.
3. Мехтиев Ш.Ф. Вопросы происхождения нефти и формирование нефтяных залежей Азербайджана. Изд. АН Азерб. ССР, 1956.
4. Брод И.О. и др. Перспективы нефтегазоносности карбонатных отложений мезозоя Восточного Предкавказья. Геология нефти, 1957, № 3.
5. Вассоевич Н.Б. О нефтематеринских отложениях северо-восточного Кавказа. Сб. «Происхождение нефти», Гостоптехиздат, 1955.
6. Вебер В.В. и др. К познанию современных аналогов нефтеносных фаций. Гостоптехиздат, 1950.
7. Вебер В.В. и др. Накопление и преобразование органического вещества в современных морских осадках. Гостоптехиздат, 1956.
8. Смит П. Исследования по проблеме происхождения нефти. Углеводороды в современных осадках. Гостоптехиздат, 1956.
9. Кудрявцев Н.А. Современное состояние проблемы происхождения нефти. Материалы дискуссии по проблеме происхождения и миграции нефти. Киев, 1955.
10. Вернадский В.И. Очерки геохимии. Изд. 1-е. Госиздат, 1927.
11. Брод И.О., Еременко И.А. Основы геологии нефти и газа. Гостоптехиздат, 1957.
12. Двали М.Ф. Возможные факторы и процессы первичной миграции. Сб. «Проблема миграции нефти и формирования скоплений нефти и газа». Гостоптехиздат, 1959.
13. Вассоевич Н.В., Муратов В.Н. Битумы и нафтиды. Справочное руководство по петрографии осадочных пород. Т. II. Гостоптехиздат, 1958.
14. Успенский В.А. и др. О рассеянной форме нахождения углеводородов в различных осадочных породах. Изв. АН СССР, сер. геол., № 5, 1949.
Дагестанский филиал АН СССР
|
Битумы |
C |
H |
N+S+O |
C/H |
C/(N+S+О) |
|
% |
|||||
|
Хлороформенный |
85,76 |
9,16 |
5,08 |
9,37 |
16,88 |
|
Спирто-бензольный |
78,54 |
6,84 |
14,64 |
9,84 |
5,37 |
Таблица Компонентный состав битума (хлороформенная экстракция) из глинистых и песчано-алевролитовых пород бат-байосских отложений Дагестана
|
Район, интервал породы, м |
Битум на породу, % |
Компонентный состав, % |
Смолы + асфальтены масла |
||
|
масла |
смолы |
асфальтены |
|||
|
Огни, скв. 48, 1541-1545, глина* |
0,0425 |
84,40 |
11,80 |
3,80 |
0,18 |
|
Дузлак, скв. 13, 1152-1158, глина* |
0,1256 |
82,31 |
13,90 |
3,79 |
0,21 |
|
Дузлак, скв. 13, 1295-1297, глина* |
0,3300 |
69,30 |
7,00 |
23,70 |
0,44 |
|
Дузлак, скв. 13, 1352-1354, глина * |
0,0766 |
78,50 |
16,30 |
5,20 |
0,27 |
|
Дузлак, скв. 13, 1552-1555, глина* |
0,2000 |
66,83 |
25,40 |
7,77 |
0.50 |
|
Берекей, скв. 20, 1151-1158, глина* |
0,1690 |
50,91 |
26,50 |
22,59 |
0,96 |
|
Берекей, скв. 20, 1567-1575, глина |
0,0660 |
80,12 |
11,85 |
8,03 |
0,25 |
|
Хошмензил, скв. 27, 1396-1400, глина |
0,0890 |
83,56 |
15,80 |
0,64 |
0,20 |
|
Хошмензил, скв. 27, 1301-1307, глина |
0,0510 |
49,83 |
47,77 |
2,42 |
1,01 |
|
Берекей, скв. 20, 1448-1452, алевролит |
0,0710 |
83,03 |
15,00 |
1,97 |
0,21 |
|
Берекей, скв. 20, 1901-1906, алевролит |
0,0480 |
93,04 |
6,32 |
0,64 |
0,07 |
|
Хошмензил, скв. 27, 998-1004, алевролит |
0,0311 |
97,90 |
2,00 |
0,10 |
0,02 |
|
Дузлак, скв. 13, 1252-1258, алевролит |
0,0800 |
86,74 |
11,26 |
2,00 |
0,15 |
|
Эльдама, скв. 1, 1553-1557, алевролит |
0,0721 |
95,70 |
1,98 |
2,32 |
0,04 |
|
Берекей, скв. 20, 1339-1341, песчаник |
0,0820 |
94,20 |
4,60 |
1,20 |
0,06 |
* Анализы И.А. Конюхова.