В северо-восточной части Тимано-Печорской провинции в пределах Варандей-Адзьвинской структурной зоны нефтяные месторождения установлены на валу Сорокина (Варандейское, Таравейское, Южно-Таравейское, Наульское, Лабаганское, Седьягинское, Осовейское), на гряде Гамбурцева (Нядейюское) и на территории Адзьвинского прогиба (Северо-Сарембойское). Стратиграфический диапазон отложений, к которым приурочены залежи нефти, широк - от девонских до триасовых.

Изменение физико-химических параметров нефтей в региональном плане подчинено нормальной вертикальной зональности. В самом нижнем из вскрытых нефтегазоносных горизонтов - девонском - нефти обладают плотностью 0,84-0,85 г/см³, в турнейских отложениях 0,86 г/см³, в нижнепермских карбонатных 0,89-0,92 г/см³ и в триасовых 1 г/см³, причем последние практически не содержат легких фракций. Параллельно изменению плотности нефтей снизу вверх по разрезу содержание серы возрастает от 0,5 до 3,3 %, смол - от 6 до 19%, асфальтенов - от 2,6 до 19%.

Проблема формирования физико-химических свойств нефтей на северо-востоке Тимано-Печорской провинции еще ждет решения. В данной работе рассматриваются только причины образования нефтей высокой плотности в отложениях триасового возраста.

Для выяснения причин генезиса высоковязких нефтей повышенной плотности были использованы материалы по термометрии скважин и данные о теплофизических свойствах горных пород [4]. По геотермограммам установлено, что в верхних 500-600 м разреза градиенты температуры низкие (около 1°С/100 м); они обусловлены влиянием нестационарного, а именно климатического, фактора. Появление на термограммах в верхней части разреза нулевых, реже отрицательных температур, а также безградиентных зон в скважинах с неустановившимся тепловым режимом указывает на присутствие криолитозоны на Европейском Северо-Востоке. По данным промыслово-геофизических исследований, мощность многолетнемерзлых пород изменяется от 250 до 600 м. К югу, на широте г. Инты, мерзлота деградирует, приобретая прерывистое и островное строение.

Специальными геокриологическими исследованиями [6] установлено, что развитие криолитозоны в рассматриваемом районе началось в плейстоцене, когда вся территория Тимано-Печорской провинции, за исключением отдельных вершин Тимана и Пайхоя, представляла собой морской бассейн. Промерзание пород началось по окраинам бассейна; по мере регрессии моря мерзлота продвигалась последовательно на север. Размеры криолитозоны и интенсивность охлаждения достигли максимума в верхнем плейстоцене. К этому периоду береговая линия моря отступила к северу до 72° с. ш. На осушенной части территории шло новообразование криолитозоны, в результате чего сформировалась одноярусная криогенная толща. В период термического максимума северная граница деградации с поверхности криогенной толщи продвинулась до 67° с.ш. В более северных частях бассейна потепление климата сказалось только на повышении температуры внутри этой толщи.

Интересно хотя бы в первом приближении оценить мощность палеокриолитозоны в период максимального развития процессов промерзания на территории Тимано-Печорской провинции. Для этого решалась задача охлаждения полуограниченного тела [3], температура которого имеет определенное значение, заданное некоторой функцией f(x), т. е. Т(х, 0)=f(х). В начальный момент времени поверхность тела принимает температуру Т_с, которая поддерживается затем постоянной в ходе теплообмена. Конечная цель - выяснить нахождение распределения температуры в полуограниченном теле в любой момент времени. Решение данной задачи записывается в виде:

где Т_с - температура мерзлоты на ее начальной поверхности, которая согласно криологическим данным принята равной -5°С; Т₀ - начальная температура охлаждающейся зоны или средняя температура горных пород, залегающих ниже слоя мерзлоты, в расчетах Т₀ принята равной +30 °С; Т - искомая расчетная температура, расчеты проведены для температур 0, +5, +10°С; z - глубина, на которую распространяется охлаждение при заданном снижении температуры; а - коэффициент теплопроводности, согласно определениям теплофизических свойств горных пород Тимано-Печорской провинции [4]; расчеты велись при коэффициентах 0,5*10^-2 и 0,75*10^-2 см²/с; t - время, в течение которого происходит охлаждение горных пород; в расчетах оно принято равным 250 тыс. лет.

Результаты расчета представлены на графике (см. рисунок ), из которого следует, что за 250 тыс. лет охлаждение пород до 0 °С могло охватить зону, мощность которой 500 - 600 м. Охлаждение пород до +10 и +5°С в зависимости от степени их теплопроводности могло распространиться до глубин 1000-2000 м (Поскольку тепловой баланс поверхностных слоев зависит главным образом от солнечной радиации, в приведенных расчетах величиной глубинного теплового потока можно пренебречь.). Таким образом, подошва охлажденных пород могла находиться в карбоновых отложениях.

Как следствие процессов охлаждения пород и формирования мерзлой зоны, могут быть рассмотрены по крайней мере два явления, а именно, понижение гидростатических уровней на северо-востоке Тимано-Печорской провинции и образование в отложениях мезозойского возраста зоны газогидратных скоплений.

Впервые приведенные значения уровней на отметках ниже уровня Мирового океана были установлены в Вилюйской синеклизе [5]. Позднее отрицательные значения уровней были обнаружены в Норильском районе [1]. По материалам проведенных гидродинамических исследований, в триасовых отложениях на валу Сорокина рассчитанные нами гидростатические уровни составляют -187 м.

Причины формирования пониженных гидростатических уровней обсуждались неоднократно. Не вдаваясь в детали объяснения причин понижения уровней при снижении пластовой температуры, отметим только следующее. Воздействие температуры на гидродинамическую обстановку проявляется, по-видимому, в ее влиянии на плотность воды. Оно может быть связано с понижением уровня Мирового океана, которое произошло в четвертичное время. Последняя причина обусловила понижение местных базисов эрозии, что вызвало интенсивную разгрузку подземных вод. Формировавшаяся мерзлота изолировала подмерзлотные горизонты от областей питания и обусловила сохранение пониженных уровней.

Понимание закономерностей распределения физико-химических свойств УВ в отложениях осадочного чехла районов северо-востока Тимано-Печорской провинции - вопрос важный, однако нас интересует другое. Понижение уровней, т.е. снижение пластового давления в коллекторах триасового и более молодого возраста, повлекло за собой дегазацию нефтей в залежах. Об этом свидетельствуют результаты опробований песчаных пластов триасового возраста на разведочных площадях вала Сорокина, где нефти практически не содержат растворенный газ, а их плотность близка к 1 г/см³.

Принимая во внимание результаты расчетов глубин охлаждения пород (см. рисунок ), можно допустить следующее. Залежи нефти, приуроченные к карбонатным отложениям нижней перми и верхнего карбона, в период формирования криолитозоны также подвергались частичной дегазации и криптогипергенезу, обусловленному повышенной динамичностью подземных вод в этот период. За счет этого процесса в нефтях указанных отложений повысилась плотность и возросло содержание смол и асфальтенов. Лишь нефти нижнекарбоновых и девонских отложений, залегающие на глубинах более 2500 м, не несут явных следов гипергенных изменений.

Таким образом, криогенные процессы, несмотря на очень молодой возраст их проявления, оказали значительное влияние на формирование физико-химических свойств нефтей и их зональность в вертикальном разрезе северо-востока Тимано-Печорской провинции.

Криогенная толща, как показано на примере Норильского района [1], может служить экраном, препятствующим диссипации газовых скоплений. Однако газовых горизонтов над залежами тяжелых нефтей на северо-востоке Тимано-Печорской провинции до последнего времени не было встречено. Это обстоятельство заставляет предполагать возможность формирования в этом районе газогидратной зоны.

Поскольку важнейшими факторами гидратообразования являются температура и давление, то их совместное влияние выражается кривыми равновесия в координатах р-Т для газов различной плотности [3]. По такому графику, совмещенному с геотермограммами, полученными на площадях района вала Сорокина, произведена оценка глубин, в пределах которых возможно присутствие газа в форме гидратов. Результаты сопоставлений показали, что в пределах вала Сорокина предельная глубина зоны гидратообразования составляет 1100-1150 м. Данные криологических исследований заставляют предполагать наличие газогидратной зоны в северных районах Хорейверской впадины, где в верхней части разреза по результатам наших исследований, ожидаются аномально низкие пластовые давления, как и на всей территории Коротаихинской впадины.

Оценка масштабов гидратообразования в недрах северо-восточных районов Тимано-Печорской провинции на современной стадии изученности едва ли будет достоверной. Однако следует отметить, что на рассматриваемой территории в триасовых отложениях имеются залежи тяжелых нефтей. Дегазация подобных нефтей могла, вероятно, привести к формированию скоплений газогидратов, которые в будущем представят интерес для разработки.

В заключение отметим, что изучение зоны гидратообразования, и оценки запасов газогидратов на территории Тимано-Печорской провинции потребуют выполнения качественной термометрии скважин, разработки комплекса электрометрических исследований и методики интерпретации промыслово-геофизических материалов в зонах многолетнемерзлых пород и гидратообразования.

1. Гинсбург Г.Д. Геотермические условия и нефтегазоносность Норильского района. М., Наука, 1973.
2. Глубинный тепловой поток в северной и центральной частях Восточно-Европейской платформы / Я.Б. Смирнов, В.Д. Безроднов, Г.П. Волобуев и др. - В кн.: Глубинный тепловой поток европейской части СССР. Киев,1974, с. 7-46.
3. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М., Высшая школа, 1967.
4. Макагон Ю.Ф., Саркисьянц Г.А. Предупреждение образования гидратов при добыче и транспорте газа. М., Недра, 1966.
5. Толстихин Н.И., Максимов В.М. Якутский артезианский бассейн. - Зап. ЛГУ, т. 31,1955, с. 31-35.
6. Фотиев С.М. Гидротермические особенности криогенной области СССР. М., Наука, 1978.

Рисунок

График зависимости охлаждения пород от теплопроводности и времени.

Мощность охлажденной зоны при а равном (в см²/с): 1 - 0,5*10^-2, 2 - 0,75*10^-2