К возможности образования нефти в осадках континентальных формаций
В.В. ВЕБЕР
Континентальные формации нефтеносны во многих случаях. Наиболее отчетливо их нефтеносность проявляется в седиментационных впадинах Центральной Азии. Для выяснения условий образования нефти было интересно изучить битумы третичных отложений одной из таких впадин.
Более точно возраст исследованных пород (Образцы пород для нашего исследования предоставил декан факультета нефтяной геологии Пекинского геологического института профессор Пань Чжун-сян.) определяется как плиоцен-миоценовый. Это озерные отложения [2], не распространенные за пределами данной замкнутой впадины. Вопрос о возможности перехода здесь пресноводных условий седиментации в соленоводные остается открытым.
В изученном разрезе выделяется ряд нефтяных пластов - от крупнозернистых нефтяных алевритов до грубых нефтяных песков.
Остальная, преобладающая часть разреза (если сопоставить его описание с характеристикой имеющихся образцов) представлена красными и красновато-бурыми глинистыми, известково-глинистыми или известковыми средне- и мелкозернистыми алевролитами. Реже эти алевролиты окрашены в серые цвета. Еще реже встречаются кремово-бурые мергели и серые глины. По-видимому, преобладающий состав пород здесь песчано-алевролитовый, а не глинистый. Ниже залегает тоже континентальная и нефтеносная толща олигоцена. Ее породы не исследовались.
Анализ битумов выполнен в Битумной лаборатории ВНИГНИ под руководством К.Ф. Родионовой. Экстракция битума велась спирто-бензолом без предварительного декальцинирования породы, т. е. извлекался так называемый битум А. Полученный экстракт снова обрабатывался бензолом. В результате были выделены две части битума: растворимая в бензоле и остаток, растворимый только в спирто-бензоле. Содержание второй (спирто-бензольной), относительно более кислой части битума обычно незначительное.
В дальнейшем, говоря о битуме, мы будем иметь в виду лишь первую (бензольную) его часть, которая изучалась более детально.
Несмотря на неполноту данных (из-за недостаточного количества материала), генетические соотношения между битумами нефтяных пород, и битумами пород остальной части разреза вырисовываются весьма отчетливо.
Битумы, извлеченные из нефтяных песков и нефтяных алевритов, являются настоящей нефтью (см. табл. 1).
Количество углерода в них в среднем составляет 84,4%, водорода 13,7%, неуглеводородных элементов (O + N + S) 1,9%. Отношение С/Н низкое (6,3). Содержание битума в породе концентрированное, от 0,6 до 4,1%.
Битумы пород остальной части разреза отличаются от битумов нефтяных песков и нефтяных алевритов значительно меньшим (рассеянным) содержанием - от 0,01 до 0,09%. По элементарному составу они характеризуются широким колебанием содержания углерода (от' 59,6-64,6 до 81,1%) и водорода (от 9,2-10,9% до 12,3%), но отношение С/Н в них по-прежнему низкое, в среднем 6,6.
По повышенному содержанию углерода и водорода один из этих битумов является сильно восстановленным. На треугольной диаграмме элементарного состава (рис. 1) его точка определенно тяготеет к точкам нефтяных битумов.
В битумах остальных пород содержание неуглеводородных элементов (О + N + S) постепенно увеличивается, и на треугольной диаграмме точки этих битумов отодвигаются все дальше и дальше от точек нефтяных битумов. В конечном итоге крайние из битумов этого ряда характеризуются резкими чертами окисления. Таким образом, наблюдается один почти непрерывный ряд битумов, от сильно восстановленных до сильно окисленных. Условно, по положению точек на треугольной диаграмме элементарного состава здесь можно выделить три группы рассеянных битумов (см. табл. 1).
Битумы группы I тесно примыкают к битумам нефтяных пород, битумы группы III наиболее удалены от последних, битумы группы II занимают между битумами двух предыдущих групп промежуточное положение.
Одновременно, как видно на рис. 1, эти группы битумов связаны между собой переходами. Различия в их элементарном составе обусловлены только разной степенью восстановленности. Это, очевидно, явилось следствием различного окислительно-восстановительного состояния самих пород.
Вместе со степенью восстановленности битума меняется и его содержание в органическом веществе осадка. Для удобства изложения степень восстановленности битума будем выражать величиной процентного содержания углерода в битуме, содержание же битума в органическом веществе - процентным содержанием углерода битума в общем органическом углероде: Сбит/Сорг*100.
Эту величину называют битумным коэффициентом.
В породах с менее восстановленными битумами, где содержание углерода в битуме не превышает 70 %, приведенный коэффициент весьма устойчиво удерживается на уровне 10% и ниже. С увеличением содержания углерода в битуме он возрастает до 18,5% и более. Графически эти соотношения видны на диаграмме, построенной в полулогарифмическом масштабе (рис. 2).
Также закономерно (см. табл. 2) с увеличением битумного коэффициента увеличивается и содержание битума в породе (считая на сухой ее вес).
Исключением здесь является лишь один образец, где битумному коэффициенту 16,5% отвечает относительно низкое содержание битума в породе (0,02%). В остальных случаях одновременное увеличение обоих показателей очень выдержанное (Эти соотношения, как видно из приведенных цифр, не зависят от изменения содержания органического углерода.). На диаграмме (рис. 3) оно выражено прямой линией А (масштаб диаграммы логарифмический). Следовательно, с восстановлением битума увеличивается его содержание не только в органическом веществе, но и в сухом весе породы. Это указывает на то, что вместе с восстановлением происходит и новообразование битума.
Иначе говоря, наблюдаемые значительные изменения качественных и количественных характеристик битумов рассматриваемого разреза связаны с процессом восстановления и новообразования битума, в результате которого, как мы видели, часть битумов достигает значительных ступеней восстановления, приближаясь с этой точки зрения к битумам нефтяных пород того же разреза. Абсолютное содержание битума в породе увеличивается, до 0,09%. В итоге пробел между количественным содержанием битума в ненефтяных и нефтяных породах тоже заметно суживается (см. рис. 3).
Вследствие миграции нефти изменение соотношений между битумным коэффициентом и абсолютным содержанием битума в нефтяных породах несколько иное, чем в породах с рассеянной битуминозностью. Поэтому на рис. 3, как и следовало ожидать, наклон линии Б, соединяющей точки битумов нефтяных пород, более пологий по сравнению с наклоном линии А. Но положение линии Б на возможном продолжении линии А и их общая направленность наглядны.
Таким образом, по элементарному составу (см. рис. 1), по содержанию в органическом веществе и в сухом весе породы (см. рис. 3) битумы обеих групп (нефтяных и ненефтяных пород) не являются строго обособленными, а связаны между собой переходами. Определенная преемственность между теми и другими битумами позволяет считать общими и условия их образования. Залегание рассеянных битумов in situ во вмещающих их породах сомнений не вызывает. Как следствие с той же фацией отложений генетически связаны, очевидно, и нефтяные битумы, залегающие в песках и алевритах вследствие миграции в концентрированной форме.
Эти соотношения указывают на возможность процесса нефтеобразования в условиях рассмотренной континентальной фации отложений.
Сделанный вывод на первый взгляд противоречит представлениям о красноцветных породах как об осадках, характеризуемых окислительными условиями среды. Индикатором среды осадка в данном случае может служить степень восстановления сингенетичных осадку битумов. Как показывают характеристики битумов, среда красноцветных осадков здесь различна, от окислительной до нейтральной или даже до восстановительной.
По-видимому, красный цвет является унаследованным и характеризует окислительно-восстановительное состояние не столько данного осадка, сколько тех исходных пород, которые послужили источником сноса соответствующего терригенного материала.
Часть исследованных пород разреза представлена серыми алевролитами. Не содержат красноцветного материала также все нефтяные пески и алевриты. В условиях этих некрасноцветных алевритовых осадков возможности для создания восстановительной среды могли быть еще более реальными (О возможном нефтематеринском значении сероцветных разделов третичных отложений Центральной Азии в литературе уже были высказывания [2, стр. 133].).
Как показывают данные анализа, нефтяные пески и алевриты в период седиментации содержали органическое вещество. После экстракции битума, во всех образцах обнаружен остаточный органический углерод в количестве 0,07-0,09%. В близких по гранулометрическому составу среднезернистых ненефтяных алевролитах, охарактеризованных битумами II группы, битумный коэффициент достигает 30-50% (количество остаточного органического углерода в них тоже 0,07- 0,08%). В процессе дальнейшего восстановления битума и увеличения битумного коэффициента могли возникнуть миграция и концентрация битума (Доказательства возможности этого процесса приводились на примере изучения битумов третичных отложений юго-восточного Кавказа [1, стр. 168].), которые и привели здесь к образованию нефтяных песков и алевритов.
Как уже отмечалось, преобладающий состав пород разреза - песчано-алевритовый. Средний диаметр зерен нефтяных песков и алевритов меняется от 0,65 до 0,05 мм, ненефтяных алевролитов - от 0,04 до 0,014 мм. Одна группа пород по гранулометрическому составу непосредственно сменяет другую, но группа нефтяных пород относительно более крупнозернистая, чем группа остальных пород разреза.
Преимущественно песчано-алевритовый состав пород, очевидно, был благоприятным для миграции образовавшейся нефти. При таких соотношениях могли происходить не только образование и концентрация нефти в пределах данного песчано-алевритового осадка, в настоящее время нефтеносного, но и миграция сюда дополнительных порций нефтяного битума из смежной части более мелкозернистых алевритовых отложений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вебер В. В., Горская А. И. и Глебовская Е. А. Битумообразование в четвертичных осадках и генезис нефти. Гостоптехиздат, 1960.
2. Саидов М.Н., Багирян Г. В. и Мосякин П. Ф. О генетической связи нефти в Центральной Азии с озерно-континентальными отложениями. Сб. авторефератов научных работ ВНИГНИ, стр. 123-135, Гостоптехиздат, 1958.
ВНИГНИ
Сравнительная характеристика битумов (в средних цифрах для бензольной части битума А)
|
Количество образцов (анализов) |
Содержание в сухом весе породы, % |
Углерод битума в общем органическом углероде, % |
Элементарный состав битума, % |
С/H |
|||
|
|
органический углерод |
битум |
|
С |
Н |
O+N+S |
|
|
Нефтяные пески и нефтяные алевриты |
|||||||
|
4 |
1,87 |
2,13 | |
93,4 |
84,4 |
13,7 |
1,9 |
6,2 |
|
I. Красный известково-глинистый алевролит |
|||||||
|
1 |
0,20 |
0,046 |
18,5 |
81,1 |
12,3 |
6,6 |
6,6 |
|
II. Серые алевролиты, красный известковистый алевролит и кремово-бурый мергель |
|||||||
|
4 |
0,16 |
0,051 |
27,3 |
75,9 |
11,1 |
13,0 | |
6,9 |
|
III. Красные и красновато-бурые известково-глинистые и известковые алевролиты |
|||||||
|
4 |
0,18 |
0,026 |
9,1 |
64,9 |
10,4 |
24,7 |
6,2 |
|
Сбит/Сорг*100 |
Содержание в сухом весе породы, % |
|
|
битум |
Сорг |
|
|
6,5 |
0,014 |
0,14 |
|
10,0 |
0,025 |
0,15 |
|
10,0 |
0,029 |
0,19 |
|
10,0 |
0,035 |
0,24 |
|
12,0 |
0,040 |
0,25 |
|
16,5 |
0,020 |
0,10 |
|
18,5 |
0,046 |
0,20 |
|
30,0 |
0,051 |
0,13 |
|
50,7 |
0,094 |
0,14 |
Рис.1. Треугольная диаграмма элементарного состава битумов.
1 - битумы нефтяных песков и алевритов, 2-5 - битумы ненефтяных пород: 2 - серых среднезернистых алевролитов, 3-4 - красных и красновато-бурых алевролитов (3 - средне-зернистых, известковых, 4 - мелкозернистых, известково-глинистых), 5 - кремово-бурого мергеля.
Рис. 2. Соотношение между содержанием углерода в битуме и битумным коэффициентом.
Условные обозначения те же, что и на рис. 1.
Рис. 3. Соотношение между битумным коэффициентом и содержанием битума в сухом весе породы.
Условные обозначения те же, что и на рис. 1.
