Изучение углеводородных газов (УВГ), извлекаемых из осадочных пород, дает важную информацию как для выяснения нефтегазообразования [5, 6], так и для поисков залежей нефти и газа [4]. До сих пор объектом исследования в рассеянных УВГ являлись практически только УВ метанового ряда C₁-С₆ [3, 7]. По нашему мнению, представляют интерес парообразные низкомолекулярные УВ других классов, входящие в состав нефтей и конденсатов, особенно низкокипящие моноциклические ароматические УВ (МЦА). Известно, что в гидрохимии содержание в природных водах бензола и толуола служит поисковым признаком наличия нефти [1]. Низкокипящие арены хорошо растворяются в воде и имеют повышенную летучесть, что способствует их рассеиванию (миграции). В связи с изложенным, авторами была проведена работа по идентификации и изучению МЦА в рассеянных газах пород с целью выявления информативных показателей при газогеохимических поисковых работах.

Для определения состава и концентрации МЦА непосредственно в газовой фазе пород был использован хроматографический метод анализа. Разделение их осуществлялось на микронабивных разделительных колонках на полярной неподвижной жидкой фазе карбовакс 1500. Методика позволяла анализировать индивидуальные ароматические УВ от бензола до изобутилбензола включительно в течение 10 мин ( рис. 1 ). Поскольку парообразные арены в газовых пробах имеют низкую концентрацию, анализ проводился на хроматографе с пламенно-ионизационным детектором. Чувствительность определения 10^-5-10^-6 об.%, объем вводимой пробы газа 1 мл.

Исследовались газы, извлекаемые разными методами дегазации из образцов пород, отобранных из скважин продуктивных и непродуктивных площадей Мангышлакского района, Западного Предкавказья, Западной и Восточной Сибири.

Было установлено, что основными компонентами ароматических УВ в рассеянных газах пород являются бензол и толуол [8]. Однако иногда в заметных количествах присутствуют и более высокомолекулярные гомологи бензола до изобутилбензола включительно (см. рис. 1 , а). Концентрация аренов изменяется в широком диапазоне от нуля до n*10^-1 см³ на 1 кг породы (до 57 мол.% в пересчете на углеводородную часть газа).

Изучение распределения ароматических УВ в рассеянных газах с учетом геолого-геохимических условий показало, что концентрация аренов в породах и их состав в значительной мере зависят от следующих факторов: 1) наличия на рассматриваемых площадях нефтяных залежей и битуминозных пород; 2) расстояния исследуемых отложений от скопления УВ; 3) содержания моноциклических аренов в углеводородных флюидах (нефтях, конденсатах).

Максимальная концентрация МЦА отмечена в газах, извлеченных из продуктивных отложений и из битуминозных пород. Ароматические УВ в этом случае представлены широким спектром компонентов (С₆-С₁₀). Так, в газах продуктивных меловых образований нефтяного месторождения Каражанбас (Бузачинский свод Мангышлакского района) в относительно повышенных концентрациях идентифицированы ароматические УВ от бензола до изобутилбензола включительно (см. рис. 1 , а, табл. 1 ). В том же районе в газах непродуктивной Восточно-Жаманорпинской площади из моноциклических аренов зафиксированы только бензол и толуол (см. рис. 1 , б) в очень низких (фоновых) количествах. Подобное распределение МЦА наблюдается в Западном Предкавказье (месторождение Северское и непродуктивная площадь Черноморская). И в этом случае для продуктивных отложений характерно (по аналогии с площадями Бузачинского свода) повышенное содержание и весьма широкий спектр МЦА от С₆ до С₁₀ в газах пород. Отличие концентрации МЦА на нефтяных месторождениях и “пустых” площадях (контрастность) достигает 50- 100. На месторождениях доля более высокомолекулярных МЦА C₈-С₁₀ (этилбензол, ксилолы, изопропилбензол, изобутилбензол) составляет 35-42 % от общего количества аренов (см. табл. 1 ).

Особенно высока (966*10^-4 см³/кг) концентрация парообразных ароматических УВ в газах битуминозных аргиллитов баженовской свиты Западной Сибири, которая рассматривается многими исследователями в качестве нефтематеринской. В то же время обогащение аренов наиболее летучим компонентом - бензолом (до 85 % на сумму МЦА), а среди C₈ - этилбензолом и, как следствие, высокие значения отношений бензол/толуол, этилбензол/Sксилолов косвенно указывают на присутствие в этой свите, кроме УВ, генерируемых самой толщей, заметного количества легкокипящих ароматических УВ, которые, видимо, мигрировали из нижележащих отложений. Таким образом, концентрация и индивидуальный состав МЦА в рассеянных газах битуминозных аргиллитов баженовской свиты свидетельствуют как о генерирующих, так и об аккумулирующих способностях указанных отложений. Характерно, что нефти баженовской свиты (на Алымской и других площадях) также относительно обогащены МЦА (до 25% на фракцию н. к. 200 °С).

Влияние удаленности залежи нефти на концентрацию МЦА в рассеянных газах пород и миграция легкокипящих ароматических УВ из залежей в верхние горизонты прослежены на примере нефтяного Северо-Варьеганского месторождения (Западная Сибирь).

Массоперенос низкокипящих ароматических УВ из нефтяных залежей в верхние горизонты может быть осуществлен посредством диффузии и фильтрации, вместе с пластовыми водами при их разгрузке, а также в ретроградном газовом растворе.

На Северо-Варьеганской площади основным источником МЦА, очевидно, являются скопления нефти, залегающие в нижнемеловых отложениях на глубине 2400 м (арены в бензиновой фракции, выкипающей до 125°С, составляют 5-6%). Ароматические УВ рассеянных газов пород верхних горизонтов изучены по разрезу геохимической скважины, вскрывшей палеогеновые отложения до глубины 500 м. Общее содержание МЦА на породу в среднем (18,7- 49,5)x10^-4 см³/кг, на углеводородную часть газа 11 - 18%.

Для оценки содержания МЦА было проведено сравнение концентрации аренов в газах пород палеогеновых отложений Северо-Варьеганской площади и предположительно непродуктивной Покровской площади (локальное Покровское поднятие, Западная Сибирь). Концентрация МЦА в газах пород первой заметно выше, чем последней ( рис. 2 ). Как видно из табл. 2 , осадочные породы верхних горизонтов продуктивной площади характеризуются повышенным содержанием ароматических УВ по сравнению с непродуктивной площадью.

Исследование распределения МЦА в газах пород палеогена (см. табл. 1 ) показало, что снизу вверх по разрезу при переходе от люлинворской свиты к некрасовской серии наблюдаются характерные для субвертикальной миграции закономерности: увеличение в составе аренов доли более низкокипящего компонента - бензола и возрастание значений отношений бензол/толуол и этилбензол/ксилолы. При этом следует учесть, что этилбензол (С₈) по сравнению с ксилолами (орто-, пара-, мета-) имеет более низкую точку кипения, обладает большей упругостью пара и лучшей растворимостью в воде. Характерно, что для предположительно непродуктивной Покровской площади, где глубокое разведочное бурение дало отрицательные результаты, несмотря на низкие концентрации МЦА в газах пород палеогена, в распределении между отдельными аренами и изменении некоторых показателей по разрезу имеется определенное сходство с Северо-Варьеганской площадью (см. табл. 1 ). Это объясняется тем, что залежи нефти на Покровской площади когда-то существовали (при опробовании меловых отложений получены притоки воды с газом), но были, видимо, разрушены. В целом можно говорить о косвенных доказательствах проникновения летучих низкокипящих МЦА из залежей нефти в верхние горизонты, что довольно ярко проявляется на Северо-Варьеганском месторождении.

На западе Восточной Сибири были изучены рассеянные газы палеозойских отложений Ногинской и Верхненимдинской площадей (Тунгусская синеклиза). На первой в байкитских битуминозных песчаниках по ряду геохимических показателей (по данным битуминологической лаборатории ВНИИЯГГ в этих отложениях обнаружено эпигенетичное битуминозное вещество, близкое по составу к нефти) были выявлены микрозалежи УВ, которые, видимо, являются реликтами существовавшей когда-то залежи нефти или газоконденсата. Об этом свидетельствует также повышенная концентрация МЦА в газах пород, утяжеление состава аренов за счет увеличения доли более высокомолекулярных гомологов бензола, относительно невысокое значение отношения бензол/толуол, которое значительно возрастает при переходе от байкитских песчаников к вышезалегающим венлокским отложениям, что, видимо, является следствием субвертикальной миграции УВ. Эпигенетичная природа значительной части УВ в отложениях венлока, представленных слабопроницаемыми доломитами, подтверждается абсолютным преобладанием роли бензола в составе МЦА (до 87,7 %) и отсутствием таких его гомологов, как этилбензол и ксилолы. В связи с этим весьма показательно, что на явно непродуктивной Верхненимдинской площади во всех образцах пород от триаса до девона включительно в интервале глубин 40-1170 м обнаружен только бензол в фоновых концентрациях (до 0,6 X Х10^-4 см³/кг).

Все приведенные данные указывают на возможность использования информации о летучих аренах в рассеянных газах пород для направленного поиска залежей жидких УВ. Последние являются источником эпигенетичных (миграционных) МЦА в газах пород. Можно ожидать, что величина концентрации аренов в нефтях и конденсатах будет оказывать влияние на интенсивность их рассеяния из залежей. Известно, что нефти и конденсаты различных районов Тунгусского бассейна отличаются концентрацией ароматических УВ в бензиновых фракциях [2]. Так, в северо-западной части бассейна, например, на Сухо-Тунгусской площади, концентрация аренов в среднем составляет 13 %, в юго-западной части (Куюмбинское поднятие) - не более 2- 3%. С ростом концентрации аренов в нефтях (конденсатах) возрастает их содержание в газах пород ( табл. 3 ), что сопровождается расширением спектра индивидуальных аренов. На площадях с непромышленными газопроявлениями (Верхнетохомская в Тунгусском бассейне) МЦА в газовой фазе пород не были обнаружены. Параллелизм изменения концентрации МЦА в жидких углеводородных флюидах и газах пород является еще одним доказательством их информативности при поисках залежей жидких УВ.

1. Зингер А.С. Гидрохимические критерии нефтегазоносности локальных структур. Саратов, Изд-во Саратовского ун-та, 1966.
2. Изотопно-геохимическая характеристика газов и нефтей Тунгусского нефтегазоносного бассейна /И.С. Старобинец, В.С. Лебедев, Л.М. Вишневская и др. - Докл. АН СССР. Т. 252, № 4, 1980, с. 984-988.
3. Левит А.М. Анализ газа и дегазация при разведке нефтяных, газовых и угольных месторождений. М., Недра, 1974.
4. Методические рекомендации по геохимическим методам поисков месторождений нефти и газа. М., ВНИИЯГГ, 1975, с. 99- 101.
5. О влиянии мацерального состава углей на углеводородообразование /И.С. Старобинец, Т.П. Емец, Л.И. Жильцова и др. - Изв. вузов. Геология и разведка, М., 1978, № 3, с. 45-52.
6. Рогозина Е.А. К вопросу о газовой фазе органического вещества пород. - Геология нефти и газа, 1964, № 11, с. 51-55.
7. Старобинец И.С., Ломейко Н.Н. Извлечение и анализ рассеянных газов при геохимических поисках залежей углеводородов. М., Недра, 1977.
8. Старобинец И.С., Коробейник Г.С. Моноциклические ароматические углеводороды в газах горных пород. - Докл. АН СССР. Т. 251, № 1, 1980, с. 205-208.

Поступила 14/VIII 1980 г.

Таблица 1

Концентрация и состав МЦА в газовой фазе пород на продуктивных и непродуктивных площадях (средние данные)

Примечание. С₉-изопропилбензол; С₁₀ -изобутилбензол; ЭБ -этилбензол; КС - м-, п-, о ксилолы

Таблица 2

Контрастность содержания легкокипящих ароматических УВ в газах пород верхних горизонтов Северо-Варьеганского месторождения по сравнению с Покровской площадью

Таблица 3

Сопоставление концентрации и распределения МЦА в нефтях и рассеянных газах пород продуктивных и непродуктивных площадей Тунгусского бассейна (средние значения)

Рис. 1. Сопоставление продуктивных и непродуктивных площадей по хроматограммам анализа низкокипящих ароматических УВ в газах пород.

а - месторождение Каражанбас; б - непродуктивная Восточно-Жаманорпинская площадь

Рис. 2. Хроматограммы анализа низкокипящих ароматических УВ в рассеянных газах палеогеновых отложений Западной Сибири.

а - нефтяное Северо-Варьеганское месторождение; б - непродуктивная Покровская площадь