К оглавлению

УДК 553.981.6.061. 15:550.4(470 .13)

Изотопный состав углерода и серы как показатель условий формирования газоконденсатных залежей

На примере северной части Печоро-Колвинского авлакогена.

М.В. ДАХНОВА, С.М. ГУРИЕВА (ВНИГНИ)

Вопрос об источниках генерации УВ, особенно газообразных, и условиях формирования газоконденсатных залежей в верхних продуктивных комплексах рассматриваемой территории является спорным и заслуживает внимания, потому что исследуемый район - один из основных перспективных на газ в Тимано-Печорской НГП. Особенно актуален он в связи с оценкой перспектив ранее пропущенных и до настоящего времени плохо опоискованных продуктивных терригенных комплексов - пермского и триасового. Кроме того, выяснение указанного вопроса важно для раздельного прогноза нефте- и газоносности севернее выявленных залежей. В распределении залежей разного состава в верхних продуктивных комплексах (верхневизейско-нижнепермский карбонатный, нижне-верхнепермский и триасовый терригенные) наблюдается четкая зональность по площади. В южной части рассматриваемой территории распространены преимущественно нефтяные залежи, в северной - нефтегазоконденсатные и газоконденсатные.

В настоящее время наиболее обоснованным показателем генезиса УВ-газов является изотопный состав углерода (ИСУ) метана. Для газов, генерированных в зоне катагенеза («термогенных»), он определяется типом и степенью катагенного преобразования исходного ОВ. Миграционные процессы не оказывают существенного влияния на этот показатель. С увеличением глубины погружения отложений и степени катагенеза материнского вещества метан обогащается тяжелым изотопом углерода - ¹³С. Эта закономерность характерна для газов, генерированных как сапропелевым, так и гумусовым ОВ. Влияние типа вещества проявляется в том, что при одной и той же катагенетической преобразованности гумусовой и сапропелевой его разновидностей первая генерирует метан на 10-15 обогащенный ¹³С по сравнению со второй [4].

По данным многих исследователей [1 - 3 и др.], метан газов каменноугольно-триасовых отложений обогащен ¹³С, несмотря на небольшие глубины залегания (1-2 км) и невысокую преобразованность (ПК₃-MK₁) OB вмещающих комплексов.

Максимальные (-30...-38) значения  метана отмечаются на самых северных месторождениях Печоро-Колвинского авлакогена (Коровинское, Кумжинское, Василковское, Ванейвисское, Лаявожское, Хыльчуюское и др.), к югу (Харьягинское, Возеиское, Усинское) они уменьшаются до -40...-48 (рис 1). Таким образом, газы северной и южной частей авлакогена различаются генетически [4]. По существующим в настоящее время представлениям обогащенные ¹³С газы считаются «миграционными», поступившими с больших глубин, из зон высокого катагенеза пород [1,2 и др.]. Однако закономерности изменения ИСУ метана в Тимано-Печорской НГП позволяют иначе интерпретировать наблюдаемое явление. Здесь изотопно тяжелый метан встречен только в верхних продуктивных комплексах, которые либо обогащены ОВ гумусового типа (пермские терригенные отложения), либо непосредственно контактируют с породами, включающими его (каменноугольно-нижнепермский карбонатный и триасовый терригенный комплексы). По химическому составу - это сухие газы, содержащие не более 2-3 % гомологов метана, что типично для газов, генерированных гумусовым ОВ. Кроме того, обогащенные С газы тяготеют именно к той части территории (Предуральский прогиб, северные районы провинции), которая характеризуется благоприятными условиями для развития процессов газогенерации в пермских терригенных отложениях, обогащенных ОВ гумусового типа.

Градация катагенеза ОВ пермских терригенных пород в пределах выявленных зон нефтегазонакопления не превышает MK₁. В то же время в непосредственно примыкающих к этим зонам депрессиях, а также в экваториальной части авлакогена она должна быть выше, поскольку глубина погружения отложений перми в этих районах больше. Так, в южной части Шапкина-Юрьяхинского и Лайского валов и Колвинского мегавала глубина поверхности нижнепермских карбонатов составляет около 1-1,2 км, в северной континентальной части - 2-2,2 км, в пределах примыкающих к валам депрессий - около 2,5 км, в шельфовой части Печоро-Колвинского авлакогена - 2,7-2,9 км.

Используя данные Г.С. Калмыкова и В.Н. Летуновского (1979 г.) по показателю отражения витринита, можно рассчитать, что на глубине 2,5-3 км градация катагенеза ОВ пермских терригенных отложений соответствует МК_2-3. Метан, генерированный гумусовым ОВ указанной катагенетической преобразованности, характеризуется значениями  около -30 [4 и др.], т. е. именно такими, которые установлены для наиболее изотопно тяжелого метана в залежах верхних продуктивных комплексов.

На рис 2 показано, что газы верхних продуктивных комплексов северной части Печоро-Колвинского авлакогена обособляются в отдельную группу. Это наиболее изотопно тяжелые газы в Тимано-Печорской НГП. В одну группу с ними могут быть объединены только газы некоторых площадей (Пачгинская, Курьинская) Предуральского прогиба, также приуроченные к верхним комплексам. В нижних продуктивных комплексах, содержащих ОВ преимущественно сапропелевого типа, столь изотопно тяжелого метана не было обнаружено даже в Предуральском прогибе - зоне максимального катагенеза в провинции для всех комплексов. По химическому составу - это жирные газы, включающие 10-30 % гомологов метана. Значения  метана в них не превышают -37. При этом на глубине более 3 км наблюдается тенденция к обогащению метана этих комплексов ¹²С (рис. 2, б). Это вероятнее всего обусловлено примесью газов, образующихся в результате деструкции жидких УВ - продуктов преобразования сапропелевого ОВ, преобладающего в нижних комплексах отложений.

Дифференциация газов Тимано-Печорской НГП на тренде изменения значений  метана с глубиной сходна с установленной во многих регионах мира для метана, генерированного сапропелевым и гумусовым ОВ (см. рис. 2).

Изложенное позволяет считать наиболее вероятным источником газов верхних продуктивных комплексов гумусовое ОВ умеренных градаций катагенеза (МК_2-3), содержащееся в пермских терригенных отложениях.

Ранее по результатам изотопных исследований серы и углерода нами было сделано заключение о генетической самостоятельности нефтей большинства залежей в каменноугольно-пермских отложениях Тимано-Печорской НГП, в том числе в северной части Печоро-Колвинского авлакогена (Р.Г. Панкина и др., 1986 г). Нефти верхних комплексов там характеризуются значениями  5-8, - от -24 до -27, в то время как нефти нижних продуктивных комплексов (верхнефранско-турнейский и среднедевонско-нижнефранский) соответственно 13-18 и -30...-32.

По изотопному составу серы (ИСС) конденсаты пермско-каменноугольных отложений близки к нефтям и резко отличаются от флюидов нижних продуктивных комплексов. Значения  конденсатов составляют 5-7. По ИСУ они неоднородны - колеблется от -24 до -31. Более изотопно легкие конденсаты ( от -27,5 до -31) приурочены к зоне преимущественного газонакопления - к северной части Шапкина-Юрьяхинского вала (см. рис. 1). Большинство газоконденсатных залежей в этой зоне (Коровинское, Василковское и другие месторождения) не имеют промышленных нефтяных оторочек. В зонах нефтегазонакопления (Лайский вал, северная часть Колвинского мегавала) распространены более изотопно тяжелые конденсаты, близкие по ИСУ с нефтями этих же зон. Так, на Лаявожском месторождении  конденсатов составляет -25,  нефтей - от -23,5 до -25,2. Наиболее вероятная причина наблюдаемых вариаций ИСУ конденсатов - неодинаковое соотношение в них УВ, генерированных разными толщами. В зонах нефтегазонакопления значительная часть конденсата, по-видимому, образовалась в результате растворения в газе нефтей, генерированных преимущественно сапропелевым ОВ верхневизейско-нижнепермского карбонатного комплекса. Об этом свидетельствует сходство ИСУ конденсатов и нефтей в указанных зонах. Доля жидких УВ, образовавшихся вместе с газами из гумусового ОВ пермских терригенных отложений, в таких зонах незначительна. В то же время в зоне преимущественного газонакопления эти УВ, вероятно, преобладают в составе конденсатов.

Выполненный анализ приводит к выводу о том, что газы и конденсаты каменноугольно-триасовых отложений северной части Печоро-Колвинского авлакогена генетически связаны с материнскими толщами нижне-верхнепермского терригенного и верхневизейско-нижнепермского карбонатного комплексов. Первые были поставщиком преимущественно газообразных, а вторые - жидких УВ. Это позволяет по новому интерпретировать наблюдаемую зональность в распределении нефте- и газоносности в рассматриваемом районе, а также прогнозировать изменение состава УВ-флюидов верхних продуктивных комплексов к северу от выявленных зон нефтегазонакопления. Увеличение доли газообразных УВ в этих комплексах с юга на север Печоро-Колвинского авлакогена (объяснявшееся ранее улучшением к северу качества покрышек) может быть связано с повышением интенсивности газогенерации пермскими терригенными отложениями в этом направлении ввиду их погружения. Как показывает ИСУ метана, газы южных ловушек отличаются от северных генетически. Они содержат метан с ИСУ, характерным для газов, генерированных вместе с нефтями ОВ сапропелевого типа ( от -40 до -48). Это свидетельствует о том, что в южные ловушки не доходили газы, генерированные гумусовым ОВ пермских терригенных отложений, чем и может обусловливаться их преимущественная нефтеносность. Повышение доли жидких УВ в флюидах верхних продуктивных комплексов можно прогнозировать также в экваториальной части Печоро-Колвинского авлакогена и далее к северу, так как в этом направлении увеличивается мористость пермских терригенных отложений и, следовательно, вклад сапропелевой составляющей в ОВ.

В соответствии с полученными выводами при оценке перспектив нижне-верхнепермского и триасового комплексов в рассматриваемом районе необходимо принимать во внимание фациальные особенности материнских терригенных толщ перми и катагенез содержащегося в них ОВ. Учет этих показателей важен и для уточнения перспектив газоносности верхневизейско-нижнепермского карбонатного комплекса, для которого пермские терригенные отложения служат основным источником газов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анищенко Л.А., Трифачев Ю.М., Суханов И.В. Изотопный состав углерода метана и некоторые аспекты формирования залежей Тимано-Печорской провинции.- Сборник научных трудов ВНИГРИ: Геология и прогноз нефтегазоносности Тимано-Печорской провинции, 1984.

2. Гаврилов Е.Я., Кулибакина И.Б. Изотопный состав углерода метана газов Тимано-Печорской провинции // ДАН СССР.- 1978.- Т. 238.-№ 2.- С. 444- 456.

3. Лобков В.А., Прасолов Э.М., Якуцени В.П. Изотопные критерии интенсивности и глубин газообразования в осадочной толще Тимано-Печорской провинции // Труды ИГ Коми филиала АН СССР.- 1980,- Вып. 32.- С. 47-80.

4. Schoell M. Anwendung von Isotopen analjsenin der Erdol und Erdgasforschung.- Erdol und Kohll Erdgas Petrochemie.- 1981,- v. 34.-N 12.- S. 537-544.

Рис. 1. Схема изменения ИСУ метана и ИСУ и ИСС конденсатов и нефтей верхневизейско-нижнепермского продуктивного комплекса северной части Печоро-Колвинского авлакогена:

а - границы Печоро-Колвинского авлакогена (a₁) и структурных элементов, к которым приурочены залежи УВ (а₂): б-залежи: газоконденсатные (б₁), нефтегазоконденсатные (б₂), нефтяные (б₃); в - пределы колебаний ИСУ метана для группы месторождений, объединенных фигурной скобкой; г - ИСУ (в числителе) и ИСС (в знаменателе) нефтей и конденсатов; месторождения, по которым имеются изотопные данные: 1 - Кумжинское, 2 - Василковское, 3 - Ванейвисское, 4 - Шапкинское, 5 - Южно-Шапкинское, 6 - Лаявожское, 7 - Хыльчуюское, 8 - Ярейюское, 9 - Северо-Харьягинское, 10 - Харьягинское, 11 - Возейское, 12 - Усинское; структурные элементы: I - Шапкина-Юрьяхинский вал, II - Лайский вал, III - Колвинский мегавал

Рис. 2. Графики изменения ИСУ метана с ростом катагенеза (по показателю отражения витринита - R⁰, %) и глубины залегания вмещающих отложений по разным регионам мира (А) и Тимано-Печорской НГП (Б).

Залежи УВ в верхневизейско-триасовых отложениях: а - в северной части Печоро-Колвинского авлакогена. б - в остальных районах Тимано-Печорской НГП; в - залежи УВ в силурийско-турнейских породах; месторождения: 13 - Курьинское, 14 - Пачгинское (названия месторождений 1 - 12 см, на рис. 1)