К оглавлению

ОБ УГЛЕРОДНО-БИТУМНОМ КОЭФФИЦИЕНТЕ КАК ПОЧВЕННО-ГЕОХИМИЧЕСКОМ ПОКАЗАТЕЛЕ НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ НЕДР

Н. Б. Вассоевич, Й. С. Ковалева

Идея о возможности разработать прямой геохимический метод поисков нефтяных и газовых залежей, используя с этой целью идущий от них к дневной поверхности поток углеводородных газов, принадлежит В.А. Соколову (1932 г.). Им впервые был предложен метод газовой съемки и заложены основы теории миграции углеводородных газов с глубины. В дальнейшем В.Г. Мелков, В.Н. Флоровская, Г.А. Могилевский, В.А. Ковда, П.С. Славин и другие разработали ряд различных геохимических методов поисков залежей нефти и газа, в том числе и почвенных, основанных как на улавливании в почвах мигрирующих снизу, от залежей, различных веществ, в частности углеводородов, водорастворимых солей, микроэлементов, так и на выявлении особых черт в характере почв, обусловленных этими мигрирующими веществами, наличии в таких почвах особой микрофлоры и т. д. [8].

По мнению В.А. Ковды [7, 9], вековая диффузия нефтяных газов из недр отражается на составе органического вещества почв, обусловливая при благоприятных геологических и современных климатических условиях атипичную картину распределения углерода гумуса по профилю почвы и обогащение почвенно-грунтового гумуса битумом, под которым понимается спирто-бензольная вытяжка (в пропорции 1:1).

Метод углеродно-битумного показателя (УБП) - один из почвенных методов поисков нефти, сущность которого состоит в выявлении аномально-высоких содержаний битумов в органическом веществе (ОВ) почво-грунтов. Этот метод разработан М.М. Кононовой (Почвенный институт АН СССР), проведшей специальные исследования проб почво-грунтов Азербайджана и Саратовской области (собранных В.А. Ковдой, П.С. Славиным, Ю.П. Лебедевым, А.А. Геодекяном и др.).

М.М. Кононова сделала вывод о несомненности влияния газонефтяной залежи на органическое вещество почво-грунтов путем диффузии «нефтегазов» и последующей их полимеризации до твердых углеводородов, не приводя, однако, химического обоснования реальности этого последнего процесса. Кроме того, она констатировала, что часто наблюдается отсутствие взаимосвязи между общим содержанием битумов в почве и нефтеносностью недр. М.М. Кононова писала: «Это вполне понятно, так как общее количество битумов в почве отражает изменения в содержании почвенного гумуса, объясняемые главным образом почвенными факторами (растительным покровом, агротехническими мероприятиями)». «Поэтому я полагаю, - указывала дальше М.М. Кононова, - что наиболее показательным является не общее количество битумов в почве, а их процентное содержание в почвенном гумусе». Такое предположение обосновывалось М.М. Кононовой тем, что «... добавочные органические вещества нефтяного происхождения выявляются наиболее четко во фракции битумов, повышая процентное содержание последних в составе почвенного гумуса за пределы содержания их в нормальных почвах» [11, стр. 51]. Последнее заключение несколько странно, так как увеличение доли битума в гумусе (в органическом веществе) почво-грунтов в случаях дополнительного его поступления извне не может не сопровождаться увеличением процентного содержания битума и в самих почво-грунтах.

Далее М.М. Кононова в результате своих исследований выясняет, что и рекомендованный ею метод не всегда гарантирует возможность выявления дополнительных порций битума, обязанных миграции снизу «нефтегаза», так как они весьма незначительны. Поэтому в случае высокогумусных почв «добавочные битумы нефтеносного происхождения легко маскируются природным гумусом». Аномалии УБП, т. е. отношения углерода битума к общему органическому углероду (это отношение мы называем битумоидным коэффициентом и обозначаем b_с), проявляются, по М. М. Кононовой, преимущественно в малогумусных почвах, выражаясь в устойчивом относительно высоком значении, в пределах почвенного профиля, величины УБП, превышающей 10,5% [11, стр. 38-39]. Эту же величину (10,5%) как предельную для содержания автохтонного, сингенетичного почвам битума (спирто-бензольного экстракта) в ОВ (Взамен потерявшего определенность термина «битум» мы пользуемся терминами - битумоиды и нафтиды. Битумоидами называются вещества, экстрагируемые органическими растворителями типа, CCl₄, хлороформа, CS₂, C₆H₆, спирто-бензола и т. д. В дальнейшем везде имеется в виду спирто-бензольный (1:1) экстракт. К нафтидам относим нефть и все ее естественные производные.), М.М. Кононова получила по данным И.В. Тюрина [18], относящимся к 1940 г., хотя имелись его же данные более поздние [19], а также других исследователей [1, 3, 13]. При этом она ошибочно приняла за b_с отношение содержание битума к содержанию Сорг (вместо Сбит/Сорг). Если учесть, что содержание углерода в битуме составляет в среднем 72% [20, стр. 9], то следует внести соответствующую поправку и заменить цифру 10,5% (как максимальную для содержания автохтонного битумоида ОВ) на меньшую - 7,56%. Последнюю цифру как критическую для УБП почво-грунтов, лишенных нефтяного битума, и должна была бы назвать М.М. Кононова, исходившая из данных И.В. Тюрина [18, стр.183],

К сожалению, М.М. Кононова не учла, что по данным И.В. Тюрина среднее содержание восков и смол, составляющих существенный компонент почвенных битумов (битумоидов), выраженное в процентах от содержания гумуса (bов), растет от почв более богатых им к почвам более обедненных органическим веществом (рис. 1). Указанное обстоятельство должно было насторожить М.М. Кононову, поскольку она ориентировалась на проявление аномалий УБП преимущественно в малогумусовых почвах, органическое вещество которых характеризуется повышенной величиной УБП.

Величина 10,5% была принята как предельная всеми последующими исследователями, занимавшимися вопросами почвенно-битумной съемки [7, 15, 16]. При этом она была ошибочно принята как УБП, т. е. как b_с, а не как отношение содержание битумоида в почве к общему содержанию Сорг. А.А. Карцев [5] также отмечает, что «обычное содержание битума в почвенном гумусе не превышает 10%. Это - почвенный битумный фон». Следовательно, в данном случае говорится не о b_С, а о b_ОВ.. Ссылаясь на М.М. Кононову, А.А. Карцев дальше сообщает, что по ее данным «содержание углерода битумов по отношению к общему углероду гумуса в почвах (т. е. b_с - Н. В. и Й. К.) в различных случаях составляло над залежами 12-62%, за пределами нефтеносных участков 4-10%» [5, стр. 263].

Обобщая материал о содержании и распределении органического вещества по разрезу различных почв, мы установили, что к определению фоновых значений УБП надо подходить осторожно и что, в частности, нельзя рассматривать величину УБП в отрыве от данных об общем содержании в почво-грунтах органического углерода. Оказалось, что и на почвы распространяется та закономерность, первоначально кажущаяся парадоксальной, названная закономерностью В.А. Успенского [2] и которая впервые была замечена им при обобщении данных об органическом веществе (ОВ) в осадочных породах. Упомянутая закономерность заключается в том, что доля автохтонных (сингенетичных) битумоидов в составе ОВ растет, при прочих равных условиях, по мере снижения его общего содержания в породах. Особенно ярко эта закономерность проявляется при относительно небольшом содержании в породах органического вещества. В известной мере она отражена и на рис. 1, хотя здесь все прочие условия далеко не одинаковы.

На рис. 2-4 представлены кривые, иллюстрирующие эту закономерность уже в более чистом виде на примере ряда профилей различных почв. На рис. 3 кривые показывают, что вниз по разрезу почв одновременно с уменьшением содержания общего количества Сорг снижается и количество битумоида (Сбит). При этом градиент снижения содержания Сбит меньше градиента падения количества . Поэтому кривые для b_с (равное УБП) как бы зеркально отображают кривые для

На рис. 5, построенном по данным ТУ Мен-чжао [17], показан пример увеличения с глубиной b_С по мере уменьшения содержания Сорг. В той же работе можно найти случай постоянства (5,3-5,8%) при снижении содержания Сорг почти вдвое (с 13,3 до 6,9%).

Особого внимания заслуживают кривые на рис. 2 и 3. Они относятся к случаям, когда какое-либо поступление «нефтегазов» из недр, могущее обеспечить дополнительные порции битумоидов в почвах, полностью исключено. В то же время во всех рассматриваемых случаях коэффициент b_с превышает 7,5 и даже 10%.

Объем статьи не позволяет привести еще ряд рисунков, также подтверждающих, что возрастание величины b_с (равное УБП) при снижении общего содержания ОВ действительно является закономерностью. Объясняется она тем, что при прогрессирующем разложении органического вещества в осадках и почвах, в нем происходит относительное накопление компонентов (смолы, углеводороды и жирные кислоты, составляющие основу автохтонных битумоидов), наиболее устойчивых по отношению к микробиальному окислению.

Относительное обогащение битумоидами фоссилизирующегося в осадках и почвах органического вещества при уменьшении абсолютного его содержания можно кратко именовать остаточно-фоссилизационным обогащением.

Если не учитывать такую закономерность, проявляющуюся наиболее эффектно при малом содержании ОВ в почво-грунтах (на такие случаи и ориентировалась М.М. Кононова), то исследователи, использующие метод УБП, делали неправильные заключения.

На рис. 5 приведены три диаграммы изменения содержания ОВ, спирто-бензольного битумоида и величины УБП (равного b_с) для района Маштаги (Апшеронский полуостров), причем поверхность которого не была загрязнена нефтью, добываемой здесь с глубин около 2 км. По аналитическим данным, приводимым в работе М.М. Кононовой [11], нами построены диаграммы и вычислены средние величины содержания Сорг, Сбит и коэффициента b_с. При рассмотрении всех материалов были получены следующие выводы.

1. Среднее содержание битумоида в почвах во всех трех разрезах - в 1 (вне контура залежи), в 27 (над залежью) и в 30 (над границей залежи) оказывается примерно одинаковым и равным соответственно: 0,037%, 0,032% и 0,036%; для медиан имеем - 0,033%, 0,031%, 0,036%.

2. Наименьшее значение среднеарифметического и медианы приходится на разрезнад залежью (27 разрез).

3. Максимумы содержания битумоида в отдельных пробах почво-грунтов отмечаются в разрезах, расположенных вне контура нефтеносности.

Несмотря на все эти факты, М.М. Кононова приходит к выводу, что результаты ее исследования в Маштаги совпадают с геологическими данными [11, стр. 40], т. е. что аномалии в распределении УБП почво-грунтов отражают наличие и положение нефтяной залежи, находящейся на глубине около 2 км. На основании каких данных сделала М.М. Кононова такое заключение? Так как содержание битума в почво-грунтах не отражало существования на глубине нефтяной залежи, М.М. Кононова была вынуждена отметить, «что общее количество битумов, рассчитанное на почвы, не находится во взаимосвязи с показателями нефтеносности, т.е. не является характерной величиной» [11, стр. 40]. Однако из приведенного положения не был сделан логический вывод. Между тем надо признать, что почвенно-битумная съемка в том ее чисто количественном варианте, который только и использовался М.М. Кононовой и некоторыми другими исследователями [7, 12,16], не оправдала себя на практике, по крайней мере в Маштаги.

Вывод М.М. Кононовой в отношении успешного применения метода УБП на этом месторождении был сделан только на основании довольно высоких значений битумоидного коэффициента b_С для проб почво-грунтов из 27 разреза (над залежью) и отчасти из 30 разреза по сравнению с 1 разрезом (вне контура залежи). Она, очевидно, не учитывала закономерность В.А. Успенского для ОВ осадочных пород и то, что ее можно распространить на почвы (остаточно-фоссилизационное обогащение ОВ битумоидом).

Аномально-высокие значения УБП (до 32,5%) на 27 и 30 разрезах представляют собой следствие относительного обогащения ОВ, при его разложении (сохранилось менее 0,4% Сорг), наиболее устойчивыми битумоидными компонентами, а не результат «дыхания» нефтяной залежи, дошедшего до дневной поверхности.

Необоснованно заключение М.М. Кононовой и о положительных результатах применения метода УБП на Хлебновской структуре в Саратовской области. Для этого района характерно снижение с глубиной содержания и органического вещества и битумоида. Нередко при этом темпы снижения содержания Сорг значительно выше, чем темпы уменьшения содержания в почво-грунтах битумоида. Поэтому величина b_с (УБП) с глубиной возрастет, превышая порой те 10%, с которых, по М.М. Кононовой, начинаются аномальные значения углеродно-битумного показателя (рис. 6).

В свете сообщенных данных о возрастании b_с по мере снижения содержания в почвах ОВ вывод М.М. Кононовой о том, что данные по разрезам 5, 6, 10, 13 и 28 могут интерпретироваться как «наиболее отчетливые положительные показатели на присутствие нефти и нефтегазов» [11, стр. 51], мы считаем необоснованным. Аномалии УБП в этих разрезах, скорее всего результат проявлений той же закономерности, которая была проиллюстрирована на рис. 2 и 3.

Приведенные примеры подтверждают случаи ошибочного истолкования высоких значений коэффициента b_с (10%) как показателя влияния нефтяной залежи на почвы. Были случаи, когда присутствие нефти в грунте не нашло требуемого М.М. Кононовой отражения в величине b_с (УБП). Для образца, взятого из песчано-глинистой пачки с запахом нефти в 4 разрезе в районе Кейреки [6, стр. 85], значение УБП составило 8,2%, т. е. оказалось меньше 10% [11, стр. 42]. Последний случай интересен в том отношении, что показывает возможность выявления присутствия нефти по повышенному содержанию битумоидов, дающему в данном разрезе максимум в интервале глубин от 8 до 130 см.

Возможность, или вернее, необходимость использовать содержание битумоида в почвах и осадочных породах для поисков нефти не должна вызывать сомнений. Нельзя ориентироваться только лишь на аномалии УБП и пренебрегать аномалиями содержания битумоида в почвах и грунтах. Фактический материал, которым располагали исследователи, применявшие почвенно-битумную съемку, убедительно подтверждал, что в случае присутствия следов нефти содержание битумоида, выраженное как в процентах от ОВ (что отвечает b_с и близко по величине к b_с, т.е. к УБП), так и в процентах от почвы (грунта), оказывалось аномальным. Такое положение подтверждается по району Нефтечала [16]. В трех разрезах из 25, в которых метод УБП дал положительные результаты, содержание битума было на один (разрезы 28 и 50) или даже на два порядка (разрез 126) выше, чем в остальных случаях, давших или явно отрицательные или неясные результаты. Так, в 126 разрезе содержание битумоидного углерода в грунтах составляло 1,22-1,23%, в 28 разрезе - 0,475 и 0,410% и в 50 разрезе - 0,33-0,50%; в других же разрезах содержание Сбит, как правило, не выходило за пределы сотых долей процента.

Сказанное также подтверждается и результатами исследований Ю.П. Лебедева в районе Баба-Зананского поднятия, где углеродно-битумная аномалия была обнаружена только в одном из четырех изучавшихся разрезов и именно в том самом, в котором содержание битумоида оказалось на порядок выше [12], и данными П.С. Славина для района Кавтис-Хеви в Грузии [15].

При анализе результатов применения метода УБП можно выяснить, что во всех тех случаях, когда аномально высокие значения УБП действительно отмечали нефтеносность данного участка, можно последнюю установить по нефтепроявлениям или же по высокому содержанию битумоида в почво-грунтах, что, конечно, также не говорит в пользу метода УБП в том его варианте, который применялся до сих пор [7,9, 11].

Недостатки этого метода, которым посвящена наша статья, не опорачивают породившую его идею, а утверждают важность и возможность выявления почвенно-битумоидиых аномалий, обусловленных поступлением нефти извне. Правильно организованные почвенно-битумные съемки смогут обнаруживать аномалии, обязанные эффузивной миграции нефти, а быть может даже и диффузионным потокам «нефтегазов» с глубины.

Исследование надо начинать с установления фоновых содержаний битумоида и ОВ в почвах исследуемого района вне зоны возможных проявлений нефти, с установления нормальной картины в изменении содержания битумоида в ОВ и почвах по их вертикальному разрезу. Только после этого можно выявить действительно аномалийные содержания битумоидов.

Экстрагировать битумоиды следует более мягкими, менее полярными органическими растворителями, извлекающими меньше кислых компонентов, например, хлороформом или четыреххлористым углеродом. Это позволит найти более надежные количественные и качественные критерии для различения собственно почвенных (автохтонных) битумоидов от чуждых им аллохтонных битумоидов нефтяной природы.

После выявления пробы почво-грунта с повышенным содержанием хлороформенного экстракта необходимо изучить его компонентный и элементарный состав. Аллохтонные, нефтяные битумоиды, даже претерпевшие некоторое окисление, будут заметно отличаться от почвенных битумоидов. Уточнение этих различий должно быть предметом специального исследования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бельчикова Н.П. Некоторые закономерности содержания, состава гумуса и свойств гуминовых кислот в главнейших группах почв Союза ССР. Сб.«Работы по органическому веществу почв».Труды Почвен. ин-та им. В.В. Докучаева, т. XXXVIII, Изд. АН СССР, 1951.

2. Вассоевич Н.Б. О распределении органического вещества в нефтеносных отложениях Северного Сахалина. Нов.нефт. техн., геология, № 4, ГОСИНТИ,1958.

3. Глотова Т.Б. К характеристике органического вещества лесных и степных почв защитной лесной полосы Саратов-Астрахань. Почвоведение, № 8, Изд. АИСССР, 1950.

4. Долгилевич М.И. Состав гумуса горно-лесных почв Крыма. Почвоведение, № 10. Изд. АН СССР, 1957.

5. Карцев А.А., Табасаранский З.А., Суббота М.И., Мигилевский Г.А. Геохимические методы поисков и разведки нефтяных и газовых месторождений. Гостоптехиздат, 1954.

6. Ковда В.А. Особенности почво-грунтов Восточного Апшерона как показатель нефтеносности. Сб. «Почвенно-геохимические методы поиска нефтяных месторождений». Изд. АН СССР, 1953.

7. Ковда В.А. Основные результаты исследований почвенно-геохимических показателей нефтеносности недр. Сб. «Почвенно-геохимические методы поиска нефтяных месторождений». Изд. АН СССР, 1953.

8. Ковда В.А. и Славин П.С. Почвенно-геохимические показатели нефтеносности недр. Изд. АН СССР, 1951.

9. Ковда В.А., Славин П.С. Теоретические основы почвенно-геохимических показателей нефтеносности. Сб.«Почвенно-геохимические методы поиска нефтяных месторождений». Изд. АН СССР,1953.

10. Кононова М.М. Проблема почвенного гумуса и современные задачи его изучения. Изд. АН СССР, 1951.

11. Кононова М.М. Битум почво-грунтов как один из почвенно-геохимических показателей газонефтеносности. Сб.«Почвенно-геохимические методы поиска нефтяных месторождений». Изд. АН СССР,1953.

12. Лебедев Ю.П. Почвенно-геохимические исследования в районе Баба-Зананского поднятия. Сб. «Почвенно-геохимические методы поиска нефтяных месторождений». Изд. АН СССР, 1953.

13. Пономарева В.В. Материалы по изучению органического вещества в почвах Хибинского массива. Тр. Кольской базы, вып. 5. Изд. АН СССР, 1940.

14. Сердобольский И.П. Химия почвы. Почвенный ин-т им. В. В. Докучаева, научно-популярная сер. Изд. АН СССР, 1953.

15. Славин П.С. Почвенно-геохимические исследования в Восточной Грузии. Сб. «Почвенно-геохимические методы поиска нефтяных месторождений». Изд. АН СССР, 1953.

16. Славин П.С., Егоров В.В., Геодекян А. А. Почвенно-геохимические исследования в районе Нефтечалы. Сб. «Почвенно-геохимические методы поиска нефтяных месторождений». Изд. АН СССР, 1953.

17. Ту Мен-чжао. О гумусе и его роли в генезисе некоторых тропических и субтропических почв Китая. Почвоведение, № 12, 1961.

18. Тюрин И.В. Из результатов работ по изучению состава гумуса в почвах СССР. Сб. «Проблемы советского почвоведения», Изд. АН СССР, 1940.

19. Тюрин И.В. Географические закономерности гумусообразования. Труды юбилейной сессии, посвященной столетию со дня рождения В.В. Докучаева. Изд.АН СССР, 1949. .

20. Тюрин И.В. К методике анализа для сравнительного изучения состава почвенного перегноя, или гумуса. Сб. «Работы по органическому веществу почвы». Тр.Почв. ин-та им. В.В. Докучаева, т. XXXVIII. Изд. АН СССР, 1951.

ВНИГРИ

Рис. 1. Среднее содержание гумуса (органического вещества) в главных группах почв СССР в слое 0-20 см и содержание восков и смол в процентах от гумуса. Построено по данным И.В. Тюрина [19]. Величины среднего содержания гумуса взяты из книги И.В. Тюрина «Органическое вещество почв», 1937.

I- сероземы; II-солонцы каштановой зоны; III - подзолистые серой лесной зоны; IV - темно-каштановые; V- серые слабооподзоленные лесостепной зоны; VI - красноземы; VII - черноземы выщелоченные; VIII - черноземы обыкновенные; IX - черноземы мощные.

Рис. 2. Сильно подзолистая почва, Коми АССР. По данным Н.П. Бельчиковой [1].

В работе М.М. Кононовой [10, стр. 228] те же значения b_с приводятся как bов.

Рис. 3. Дерново-подзолистая почва, Ярославская область. По данным Н.П. Бельчиковой [1].

М. М. Кононова приводит те же значения b_с , но принимает их за b_ов.

Рис. 4. Коричнево-красноземная почва под листопадным (сухим) лесом. Тропики и субтропики Китая. По данным Ту Мен-чжао [17].

Рис. 5. Почво-грунты района Маштаги, Азербайджан.

а - разрез 1 (вне контура залежи, если его спроектировать на дневную поверхность); б -разрез 27 (над контуром залежи); в - разрез 30 (над границей залежи). По данным М.М. Кононовой [11].

Рис. 6. Почво-грунты Хлебновской структуры (разрез 5), Саратовская область. По данным М. М. Кононовой [11]. Горизонтальные масштабы по логарифмической шкале.