Учение о геологии природных газов
(Высоцкий И. В. Геология природных газов. М., Недра, 1979.)
Л.М. ЗОРЬКИН, Е.В. СТАДНИК (ВНИИЯГГ)
Бурный рост газовой промышленности в СССР сопровождался накоплением фактического материала по природным газам. Поэтому необходимо было издать обобщающую работу по геологии природных газов с глубоким анализом всех данных, с выводами теоретического и практического значения. Во многом этот пробел восполнен в рецензируемой книге. Отметим, что предыдущая работа И. В. Высоцкого (Высоцкий И. В. Основы геологии природного газа. М., Гостоптехиздат, 1954.) вышла в свет четверть века назад и давно стала библиографической редкостью. За это время выросла не только наука о природных газах, но и существенно расширились географические и методологические основы учения о нефти и газе.
Последняя монография состоит из четырех глав. В первой главе описываются состав, свойства и распространение природных газов. Особое внимание уделяется таким свойствам газов, как критическая температура, прямая и обратная растворимость, сорбция и диффузия, а также способность к гидратообразованию, т. е. тем свойствам, которыми в значительной степени определяются условия существования и распространения различных газов в природе. Здесь же рассматриваются газы атмосферы, гидросферы и литосферы, а также приводится состав газов различных форм нахождения (свободные скопления, растворенные в нефти и воде, в газогидратах, в угленосных толщах, в кристаллических и метаморфических породах и вулканических извержениях).
Химический состав газов иллюстрируется многочисленным табличным материалом (15 таблиц), диаграммами и кривыми, а также обобщен в виде нескольких классификаций. Указаны характерные признаки газов различных форм нахождения. В целом глава, в которой приводятся данные о физико-химических свойствах природных газов, является своего рода справочником. Вместе с тем там имеются и некоторые пробелы. Так, при описании углеводородных газов не рассмотрены непредельные УВ.
Вторая глава посвящена условиям залегания газовых скоплений в горных породах. Глава начинается с описания термобарических условий существования скоплений газа в земной коре. В ней анализируется изменение температуры с глубиной, даются методы определения палеотемператур, рассматривается природа аномальных давлений и т. д. Затем описываются состав, свойства и методы изучения природных резервуаров (коллекторы, покрышки), содержащих скопления газа. Значительное внимание уделяется свойствам покрышек, степенью герметичности которых определяется возможность существования газовых скоплений и соответственно прогнозирования размещения газовых месторождений. Приводится количественная характеристика удерживающей способности разных пород-покрышек (через давление прорыва, градиент избыточного давления, мощность). Анализируется влияние типов покрышек на состав газа, роль соленосных (галитовых, ангидритовых) покрышек в формировании крупных скоплений газа.
Большая часть второй главы посвящена природным резервуарам газа - залежам и месторождениям газа, зонам и ареалам зон газонакопления и нефтегазоносным бассейнам. Выделяются типы ловушек, наиболее благоприятных для газовых скоплений. Дается классификация различных категорий скоплений газа, а также нефтегазоносных бассейнов. В заключение главы рассматриваются особенности пространственного взаимоотношения скоплений газа и нефти в нефтегазоносных бассейнах различной генетической природы, выделены бассейны, наиболее благоприятные для образования и размещения преимущественно газовых месторождений. По запасам газа первое место занимают бассейны, приуроченные к плитам и синеклизам, второе - бассейны, расположенные на месте сочленения платформ и складчатых областей, и третье - бассейны узловых впадин (батисинеклиз). Минимальное количество газа сосредоточено в бассейнах синклинориев и грабенов. Эта часть монографии написана на основе анализа огромного фактического материала. Здесь следовало бы разработать общую схему зональности пространственного размещения нефте- и газоносности в пределах бассейнов и на этом фоне рассмотреть те исключения, которые по тем или иным причинам не подчиняются этой зональности.
Последние две главы монографии посвящены сложным геологическим и генетическим проблемам учения о природном газе - его происхождении, формировании скоплений и превращениях его состава в ходе геологической истории. По происхождению выделены газы органогенные, литогенные, радиогенные и космогенные. Наибольшее внимание уделено органогенным, являющимся основным источником горючих газов в земной коре. В связи с этим рассматривается состав рассеянного ОВ пород и его превращение под влиянием природного термобарокатализа. Рассматриваются также и другие факторы, определяющие эволюцию ОВ с образованием газа различного состава.
Особенности изменения состава газов в процессе усиливающегося превращения ОВ сформулированы в виде представления о зональности генерации газов в стратисфере. Здесь же описываются различные методы оценки масштабов генерации газов на фоне зональности их образования. Обращается внимание на большую роль в превращении ОВ степени закрытости системы (соотношение материнских свит и коллекторов), определяющей место максимальной генерации газа в разрезе. Доказывается, что максимальная генерация газовых УВ совпадает с максимальной генерацией жидких УВ, образуя единую в разрезе бассейна зону нефтегазообразования. Рассматривается различие в составе газов, генерируемых на разных глубинах.
В монографии нашли отражение современные представления о роли концентрированных и рассеянных в породах форм угля различного состава и степени метаморфизма в образовании газов.
Третья глава заканчивается рассмотрением путей формирования химического состава газовых скоплений, прежде всего образования различных характеристик компонентов природных газов, в частности сероводорода, двуокиси углерода, водорода, азота и редких газов. Здесь же говорится о направлениях превращения газов под влиянием поверхностных и глубинных факторов.
Процесс формирования скоплений горючих газов излагается с позиций двух механизмов миграции газа в породах: 1) развиваемого автором представления о кровельной дискретной струйной миграции газа в условиях недонасыщенности газом водоносного пласта; 2) миграции газа в водорастворенном состоянии с последующим выделением его в свободное состояние при изменении пластового давления, температуры и солености воды. Рассматриваются условия проявления обоих механизмов.
Приводятся формулы расчетов скорости струйной миграции газа, времени критической газонасыщенности; рассматривается дифференциация УВ в процессе миграции. Оценивается роль миграции газа как фактора, влияющего на его первоначальный химический состав. Детально анализируются условия аккумуляции газа в ловушках. Обращается внимание на роль механизма образования ловушки, времени формирования и развития ее, на формирование скоплений газа. В частности, выделяются два основных генетических типа ловушек: кониммерсионные и конинверсионные, различно контролирующие формирование газового скопления.
Рассматриваются эволюция залежей УВ в процессе разнонаправленных движений, условия образования при этом газовых, нефтегазовых и конденсатногазовых залежей. Среди последних выделены залежи первичные, формирующиеся в разрезе на контакте зоны нефтегазообразования и нижней зоны газообразования, вторичные, появляющиеся при вытеснении в ловушке газом нефти при аномальном пластовом давлении, третичные - возникающие в начальной стадии термического разложения нефти в залежах.
Изучение нефтегазоносных бассейнов позволило выделить в их пределах три типа раздельного (зонального) размещения газовых и нефтяных месторождений (залежей): ареальный, вертикальный и стратиграфический. Ареальная зональность свойственна прежде всего бассейнам пограничных и узловых впадин, плит и впадин на срединных массивах. Обусловливается она обособлением в бассейнах двух или более элементов: а) с резко различной мощностью и фациальным составом отложений; б) со структурными зонами и ловушками различного механизма и времени образования. Газовые месторождения тяготеют к структурам и ловушкам кониммерсионного образования или позднего формирования (на платформах), наименее благоприятны для формирования газовых месторождений ловушки, развитые в солянокупольных и конинверсионных структурах различных по степени сквозной нарушенности. Зоны повышенной сквозной нарушенности неблагоприятны для образования и существования скоплений газа.
Вертикальная зональность обусловлена: а) закономерным изменением состава и фазового состояния УВ, образующихся при превращении рассеянного в породах ОВ различного генетического типа в процессе погружения его при формировании нефтегазоносного бассейна; исключительным образованием газа на малых и больших глубинах (свыше 4500 м), а также за счет угленосных толщ; б) различием миграционных свойств жидких и газообразных УВ; в) различием во времени образования (продолжительности существования) ловушек относительно процессов генерации и сепарации УВ неодинакового состава и фазового состояния; г) способностью газа замещать (вытеснять) нефть в ловушках в процессе как начального формирования, так и переформирования; д) дифференциальным улавливанием УВ в цепи смежных ловушек (эффект Максимова - Гассоу); е) гравитационным разделением УВ в процессе вертикальной миграции. Вертикальная зональность свойственна бессейнам с мощными осадочными породами, наиболее полно она выражается в конседиментационных бассейнах.
Стратиграфическая зональность создается региональным распространением в бассейне: а) газоупорных покрышек, прежде всего эвапоритовых; б) одновозрастных угленосных толщ, обеспечивающих газоносность надугольных образований.
Монография завершается рассмотрением существующих методов определения времени начала и продолжительности формирования газовых залежей и процессов, разрушающих залежи. Последнее оценивается прежде всего как следствие стационарной диффузии. Даются формульные расчеты масштабов диффузии газа из скоплений. Устанавливается, что: а) масштабы диффузионных потерь газа из скоплений соизмеримы с современными запасами газа в месторождениях, вследствие чего существование давно сформировавшихся залежей газа возможно лишь при постоянном подтоке газа (обновлении), компенсирующего диффузионные потери; б) при одинаковой глубине залегания наиболее интенсивно разрушаются древние залежи, т. е. длительного существования; в) среди молодых залежей, находящихся на больших глубинах, диффузионный поток мог не достигнуть стационарности и соответственно разрушение скоплений не соизмеримо со скоростью их образования.
Отдавая должное теоретической и практической ценности материалов, изложенных в последних главах, нам представляется, что автор недостаточно внимания уделил верхней геохимической зоне. С этой зоной некоторые исследователи, в первую очередь В. В. Вебер (распространивший зону диагенеза до глубин (1200-1800 м), связывают основные процессы нефтегазообразования, а В. П. Строганов (1973) рассматривает ее как плавную зону газообразования. Новейшие данные показывают, что бактериальные процессы протекают на глубинах до 1200-1500 м и более при температурах до 70-80 °С, что вызывает необходимость более тщательной оценки верхней зоны газообразования и газонакопления.
Представляются завышенными также оценки автора диффузионных потерь газа из залежей. Высоко оценивая роль диффузии в выравнивании концентраций (или упругостей), в то же время трудно допустить, что для сохранности залежей нужен постоянный приток газа. Очевидно, в большинстве древних толщ кульминации газогенерации завершены, о чем свидетельствует и недонасыщенность пластовых вод. Тем не менее к ним приурочены крупные, а зачастую и уникальные месторождения. Ошибочность расчетов диффузионных потерь заключается в том, что мы не учитывали упругость газов в поровом пространстве перекрывающих залежь газоупоров.
В заключение заметим, что рецензируемая книга является фундаментальным исследованием, представляющим собой учение о геологии природных газов. Этот труд, основанный на богатом фактическом материале с использованием новейших достижений науки, имеет не только научный интерес, но и большое практическое значение. Разработанные здесь положения позволяют проводить в пределах крупных территорий и осадочных бассейнов направленные поиски газовых и нефтяных месторождений. Для книги характерны новизна мысли и логичность изложения, она рассчитана на широкий круг читателей. Тираж ее (1500 экз.) явно недостаточен, так как, не успев выйти в свет, она уже стала редкостью.
Поступила 29/1 1982 г.