В настоящей статье рассмотрены особенности состава алканов, генерированных в основном сапропелевым (нижнепермские, девонские и нижнепалеозойские отложения) и частично гумусовым (нижнекаменноугольные толщи) ОВ при разной степени катагенетической преобразованности, а также изменение алканов под влиянием процессов аккумуляции в коллекторах и рассеивания УВ из залежей в экранирующих породах. Для сравнения использованы особенности н-алканов сингенетичного фона гумусового слабокатагенетически преобразованного ОВ в терригенных триасовых и верхнепермских отложениях Тимано-Печорской НГП.

Нижнепермские отложения являются регионально нефтегазоносным комплексом, продуктивны они и на большей части изученных структур. В связи с этим найти образцы, полностью лишенные миграционной примеси, затруднительно даже при условии, что у многих b_хл<5%. Дифференциация на сингенетичную и миграционную составляющие при низких b_хл осложняется тем, что ОВ нижнепермских глинисто-карбонатных нефтегазоматеринских пород (НГМП) относится к сапропелевому типу, поэтому генерируемые в них УВ исходно имеют некоторые черты сходства с миграционным битумом. По групповому составу ХБА и УВ среди образцов с b_хл<6 % выделяются две группы. В первую входят образцы, отобранные на площадях Северо-Савиноборской и Салюка на глубинах не более 1,5 км. В составе ХБА, извлеченного из этих образцов, содержится от 7 до 25 % метано-нафтеновой фракции (МНФ) УВ и от 8 до 12% ароматической (АФ). Существенное преобладание МНФ над АФ, бензольных смол и асфальтенов над спиртобензольными и асфальтогеновыми кислотами указывает на присутствие в битумах некоторой доли миграционной примеси, которая проявляется и в том, что доля н-алканов и изопре-ноидов в ХБА одинаковых пород на одних и тех же глубинах колеблется от 1 до 7 и от 0,06 до 0,9 % соответственно. При этом доля н-алканов в МНФ более или менее стабильна (14–17%), а низкомолекулярных н-алканов C₁₂–С₁₈ составляет 5–9 % от суммы н-алканов. Основную роль играют н-алканы группы C₁₉–С₂₄ (рис. 1, кривые 1, 2). Среди изопреноидов преобладают пристан и фитан, их отношение (п/ф) ниже 1.

Во второй группе алевритовых, аргиллитовых и известняковых пород с низким b_хл и содержанием ХБА от 0,009 до 0,023 %, отобранных на площадях Коровинской, Долгой, Носовой и Сандивей с глубин не более 2300 м, ХБА включают 20–50 % МНФ и 4–16 АФ. Во второй группе, по сравнению с первой, в ХБА в 1,5–2 раза возрастает доля н-алканов и в 2–3 раза изопреноидов, в среднем выше и количество этих УВ в МНФ. Отчетливо проявляются отличия в составе н-алканов: роль группы С₁₂–C₁₈ возрастает в 3–5 раза и в ряде образцов она становится доминирующей (см. рис. 1, кривые 3–5). В составе изопреноидов так же, как и н-алканов, заметно увеличивается (до 40 %) доля изопреноидов i-C₁₄–i-C₁₈ (в первой группе они составляют около 20%). Отношение п/ф колеблется от 0,8 до 1,8, в среднем равно 1,2 (в первой группе – 0,7). Особенности состава ХБА и УВ второй группы пород указывают на то, что в них отмечается более значительная аккумуляция миграционных битумов, чем в породах первой.

Для битумов зоны ореола рассеяния газоконденсатной нижнепермской залежи на площади Хыльчую (скв. 4, 5), Ярею (скв. 34) при невысоких и средних b_хл характерно очень высокое (50–60 %) содержание МНФ, оптимальное (10–20%) ароматических УВ, небольшое (1–6 %) асфальтеновых фракций. В составе МНФ на долю н-алканов приходится от 12 до 25 %. Высокое содержание н-алканов и в ХБА (x = 9 %). В составе н-алканов основную роль играют низкомолекулярные C₁₂–C₁₈ УВ, высокомолекулярные же С₂₅–С₃₃ незначительную (см. рис. 1, кривая 6). При этом в битумах глинисто-карбонатных и особенно карбонатных пород с высоким b_хл (45,5–91,9) легких н-алканов в 1,5–2 раза меньше, чем в глинистых и алевролитовых породах с небольшими (1,5–3,5) b_хл (см. рис. 1, кривые 7, 8). Доля изопреноидов в МНФ составляет 2–6 %. Отношение п/ф колеблется от 0,7 до 1,4. Для рассматриваемой группы битумов характерна тенденция к небольшому утяжелению алканов от терригенных к карбонатным породам и от отложений с ореолом рассеяния b_хл< <30% к продуктивному газоконденсатному пласту.

Существенно иной состав имеют смешанные и эпигенетические битумы в пределах залежей тяжелой нефти. Так, в Северо-Савиноборской залежи тяжелой нефти, располагающейся на глубинах менее 1 км, и во вмещающих ее породах при содержании ХБА 0,1–0,5 % в карбонатных и песчаных продуктивных породах МНФ варьирует от 15 до 42 %. Основную роль в составе ХБА играют бензольные и спиртобензольные смолы, асфальтены составляют не более 10 %. В составе ХБА н-алканов 0,4–4, изопреноидов не более 0,7 %, в расчете на МНФ это составляет 2–12 и 0,8–2,5 % соответственно. Роль низкомолекулярных н-алканов значительно ниже, чем в рассмотренном случае (х = 20 вместо 40%), а высокомолекулярных выше. Кривая распределения я-алканов из тяжелой нефти имеет ломаный характер с максимумами в области молекул как с нечетным, так и четным числом углеродных атомов (см. рис. 1, кривые 9–11). Среди изопреноидов на долю i-C₁₄–i-C₁₈ приходится от 17 до 23 %. Отношение п/ф на площади Северо-Савиноборской в отличие от легких битумов Хыльчую не превышает 1 (x = 0,7).

В терригенных породах, перекрывающих залежи на Северо-Савиноборской площади, при низких b_хл отчетливо проявляется бимодальность распределения н-алканов. Максимум в низкомолекулярной части обусловлен, вероятно, примесью иммигрирующих в покрышку легких компонентов нефти на ранних этапах существования залежей, когда нефть в ней была более легкой.

В пределах вала Сорокина (площади Варандей, Лабоганская, Таравей, Южный Таравей) нижнепермские отложения на глубине 1540–1700 м содержат тяжелые нефти, рассеянные битумы покрышек и концентрированные продуктивных пластов также имеют тяжелый состав. Так, доля н-алка-нов в почти сингенетичных битумах глинистых и карбонатных пород покрышки и подложки с низким b_хл (3 %) незначительна (0,9–3%), а количество изопреноидов в ХБА глинистых прослоев не превышает 0,5 %, карбонатных составляет 1 –1,8. Доля легких н-алканов C₁₂–C₁₈ варьирует от 20 до 45 % с максимальным значением в породах-коллекторах. В распределении н-алканов в образцах Варандейской и особенно Лабоганской площадей наряду с максимумом, явно сдвинутым в низкомолекулярную область из-за влияния легких компонентов нефти, присутствует и второй максимум в области C₁₉-C₂₈, отражающий проявление сингенетичного фона или вторичные гипергенные трансформации. Отношение п/ф в рассматриваемых битумах больше 1 (х = 1,1).

С возрастанием роли миграционной примеси (b_хл = 3 - 10 %) доля н-алканов в ХБА и МНФ практически не увеличивается и находится на уровне, близком к уровню рассматриваемой выше группы битумов. Доля же легких н-алканов (C₁₂–C₁₈) уменьшается почти в 2 раза (х=15 вместо 33 %), соответственно возрастает доля группы С₂₅–С₃₃. Утяжеление почти не затрагивает изопреноиды, но при этом отношение п/ф снижается до 0,6–0,9 (х = 0,8 вместо 1,1).

В эпибитумах остаточной нефти (при b_хл = 75 - 99) из карбонатных продуктивных пластов (содержание ХБА от 0,16 до 1,6) доля МНФ возрастает до 50 %, несколько увеличивается роль АФ, но при этом отмечается снижение доли н-алканов в ХБА до 0,9. Уменьшение содержания н-алканов идет параллельно возрастанию b_хл : при b_хл = 0,82 - 10%, x = 2,3; при b_хл = 75 %, х = 0,9 %. В некоторых образцах из продуктивных отложений Лабоганской залежи, в шлифах, где отмечен вязкий битум, н-алканы практически отсутствуют. Уменьшение или исчезновение н-алканов свидетельствует о влиянии на нефть таких гипергенных факторов, как биодеградация и окисление.

Таким образом, количество и состав алканов изученных нижнепермских отложений в основном характеризуют состояние аккумуляции, миграции битумов и их вторичных изменений и в редких случаях – сингенетичный фон. Вместе с тем, поскольку мы имеем дело в основном с невысокими стадиями катагенетического преобразования ОВ и битумов, то ни они, ни небольшая примесь миграционного битума (на некоторых площадях) не могли бы затушевать специфику гумусового ОВ, если бы оно вносило заметную лепту в формирование сингенетичного битумного фона (как это было отмечено в верхнепермских и триасовых отложениях). Следовательно, для нижнепермских отложений характерно сапропелевое ОВ и нефтяные флюиды нижнепермского комплекса, образованные за счет сапропелевого ОВ, что вполне согласуется с данными его микрокомпонентного состава.

Нижнекаменноугольные отложения представлены преимущественно глинистыми породами визейского и турнейского ярусов, содержащими 1 –10 % ОВ и являющимися нефтегазоматеринскими. b_хл в породах этого комплекса колеблется от 1 до 4 %. В составе ХБА мало МНФ (7–13 %) и чуть больше АФ (10–17 %), МНФ/АФ в большинстве случаев меньше 1, что характерно для битумов, генерированных гумусовым ОВ. На долю асфальтенов приходится 30–35 %. На площадях Хыльчую, Носовой, Варандей отмечается наличие миграционной примеси. Так, в МНФ доля парафинов составляет 53–57 %, что не характерно для синбитумов даже довольно высокой степени преобразованности (МК_2-3). В МНФ н-алканы составляют 10–40 % в глинах и 40–60 в алевролитах. Доля легких н-алканов (С₁₂–C₁₈) низка (2–12 %), высокомолекулярных (С₂₅–С₃₃) высока (30–40 %). Максимальная потеря легких алканов (C₁₂–C₁₈) характерна для алевролитов, минимальная для доломитов турнейского возраста. Изопреноидов 0,1–0,7 на ХБА и 6 % на МНФ. Пристан количественно резко преобладает над фитаном (п/ф = 1,4 - 2,5), в углистых сланцах это отношение поднимается до 4,7. В молекулярно-массовом распределении н-алканов терригенных пород визе наблюдается максимум в области молекул C₂₁–С₂₈ и незначительное преобладание молекул с нечетным числом атомов в этой области (рис. 2, кривая 1). Признаки связи с гумусовым источником проявляются слабо, во-первых, из-за довольно высокой катагенетической превращенности генерирующего ОВ, во-вторых, из-за вмешательства миграционно-транзитных явлений, последнее более отчетливо выражается в турнейских терригенных и карбонатных породах, где максимум несколько сдвинут в низкомолекулярную область (см. рис. 2, кривая 2). Очевидно, увеличение доли легких УВ в турнейских породах обусловлено наличием сапропелевых компонентов ОВ. Отмечаются различия в количестве и строении рассматриваемых групп УВ на разных в аккумуляционном отношении структурных элементах. Рассмотренные выше особенности алканов характеризовали фон нижнекаменноугольных отложений на валу Сорокина. На Колвинском мегавале примерно при тех же глубинах залегания в составе МНФ не более 40 % парафинов, в 2– 2,5 раза меньше н-алканов, но среди последних больше легких (х= 20 вместо 12 %) и меньше тяжелых (х = 33 вместо 40%).

Карбонатные отложения среднего и верхнего карбона (глубина 2500 м) обладают в основном низкими генерационными свойствами (С_орг<0,6%) и небольшой битуминозностью (b_хл = 5 %), в составе ХБА менее 30 % УВ. Содержания нормальных и изопреноидных алканов в ХБА карбонатных и терригенных пород среднего и нижнего карбона близки. В то же время на Носовой и Коровинской площадях в карбонатных породах карбона в два раза больше легких (C₁₃–C₁₈) н-алканов, чем в глинистых визейских отложениях соответствующих площадей и значительно меньше (27 вместо 47 %) тяжелых (C₂₅–C₃₅) (см. рис.2, кривые 1, 3). Отношение п/ф выше 1 (х = 1,3; см. рис. 2, кривые 1, 3).

Смешанные битумы (b_хл= 5 - 15 %) и эпибитумы (b_хл > 30 %) обнаружены только в карбонатных породах с содержанием ОВ до 0,3 %. Для смешанных битумов содержание МНФ равно 5–25 %. В составе МНФ от 30 до 45 % парафиновых УВ, в том числе от 4 до 13 % н-алканов, т. е. меньше, чем в синбитумах в 3 раза. Распределение н-алканов в смешанном битуме, эпибитуме и в синбитумах почти одинаковое. Отношение п/ф меньше 1.

Породы с более высокими значениями b_хл (30–65 %) изучены нами только в образцах среднего карбона Коровинской площади, где открыта газоконденсатная залежь. В составе ХБА этих образцов 40– 55 % МНФ и 5–10 АФ. На долю асфальтенов приходится менее 10 %, среди смол превалируют бензольные. н-Алканы составляют 3–7 %, изопреноиды 0,2–0,8 на МНФ, что в 1,5 раза выше, чем в смешанных и сингенетичных битумах одновозрастных пород Коровинской площади. Однако в составе н-алканов мало легких (С₁₂–C₁₈) УВ (х = 12 % S н-алканов см. рис. 2, кривая 4), возможно, такое явление (отмечено нами неоднократно) связано с эффектом плохого удерживания легких УВ в карбонатных породах коллекторского пласта.

Исследования количества и состава алканов проводились также на образцах нижне-среднедевонских и нижнефранских отложений (терригенный девон) и карбонатных среднефранско-фаменских, залегающих на глубинах 2–4 км. На ряде изучаемых площадей установлены газоконденсатные (Западный Сопляс, глубина 3980–4040 м) и нефтяные месторождения (Таравей, 2450– 2484 м; Варандей, 4165 м). По количеству и составу алканов битумы были разделены на две группы, при этом учитывалось близкое значение b_хл для обеих групп. Первая группа (b_хл = 0,7-6,4 %) больше отвечает требованиям сингенетичности, так как на площадях Хыльчую, Носовая, Салюка не зафиксировано во вскрытых интервалах девонских отложений крупных залежей нефти или газоконденсата, в связи с чем сингенетич-ный фон не подвергался влиянию сильных миграционных потоков. Во вторую группу вошли образцы с площадей, содержащих залежи, и поэтому здесь реально предполагать значительное влияние миграционной примеси, хотя b_хл = 0,85-7,8 %. В составе ХБА первой группы довольно много (до 30 %) асфальтеновой фракции, в ХБА второй группы количество последних значительно снижается (до 5 на Варандейском нефтяном месторождении и до 25 % в зонах микроаккумуляции на Западно-Соплясском газоконденсатном). Соотношение МН/А во всех битумах больше 1. На долю н-алканов в битумах первой группы приходится от 3 до 8 % (х – 6 %), второй от 3 до 5 (х=4%), доля изопреноидов несколько выше во второй группе (0,44 вместо 0,3%). По молекулярно-массовому распределению н-алканов битумы второй группы более “благородные”: на долю C₁₂– С₁₈ приходится в ней от 15 до 36 %, в первой – до 13 (см. рис. 2, кривые 5–8). Соответственно доля С₂₅–C₃₅ во второй группе составляет 25 %, в первой – 42. Отношение п/ф для обеих групп равно 1,3.

В смешанных битумах (b_хл=7,3-20,2 %, ХБА=0,07) и эпибитумах (b_хл=26,7-95,1, ХБА=0,5) продуктивных площадей наблюдается снижение содержания легких н-алканов C₁₂–C₁₈. Распределение их здесь и в сингенетичных битумах сходно (см. рис. 2, кривые 5–8). Отношение п/ф для смешанных битумов равно 1,1, для эпигенетичных – 0,7.

Алканы нижнепалеозойских отложений изучены на образцах, отобранных за пределами залежей на расстоянии по горизонтали и вертикали 100–500 м в месторождениях Салюка, Прилука, Сандивей, Западный Сопляс, Ярвож. Почти все образцы в залежах должны содержать некоторое количество миграционных УВ. По b_хл образцы подразделяются на три группы: 1) b_хл = 0,6-5,9; 2) b_хл = 5-20 и 3) b_хл = 20-70 % (группа эпибитумов). Породы первой группы представлены глинисто-карбонатными и терригенными разностями, второй и третьей – преимущественно карбонатными. ОВ в НГМП ордовикского и силурийского возраста (глубина 4–5,5 км) сапропелевого типа, дисперсная и водорослево-детритная его разновидности несут следы глубокого катагенетического преобразования и метаморфизма (MK_4-5), приводящих к истощению генерационного потенциала. Отражением этого является аномально низкое содержание сингенетичного ХБА в составе ОВ и породы. На долю УВ в ХБА первой группы образцов приходится 25–30 %. н-Алканы в МНФ составляют 9–20 %, изопреноиды – 1–3, в пересчете на ХБА – 3–8 и 0,3–1,1 соответственно. Распределение н-алканов описывается довольно гладкой кривой с максимумом в области С₂₀–С₂₈ (см. рис. 2, кривые 9–11).

Легкие (C₁₂–C₁₈) УВ составляют незначительную часть. Отношение п/ф колеблется от 0,5 до 1,3. Следует отметить, что наиболее низкомолекулярный состав н-алканов среди рассматриваемой группы зафиксирован в ордовикских образцах площади Сандивей: максимум приходится на область С₁₇–C₂₁ (см. рис. 2, кривая 11). В смешанных битумах второй группы, где миграционный в 2–5 раз превышает массу сингенетичного, доля МНФ на 2–3 % выше, чем в первой. н-Алканов второй группы в МНФ на 2–5 % больше, чем в первой. При этом доля легких (С₁₄–C₁₈) УВ снижается по сравнению с вышеуказанной группой почти в 1,5 раза, роль средне- и высокомолекулярных н-алканов возрастает. Отношение п/ф составляет менее 1 (0,85– 0,95). В коллекторах отмечается дальнейшее ухудшение УВ-состава, выражающееся в резком снижении количества легких н-алканов в ХБА. Содержание МНФ в ХБА уменьшается в 2 раза по сравнению с первой группой, а в ее составе в 2 раза падает доля н-алканов и изопреноидов. Существенно трансформирован в сторону преобладания высокомолекулярных структур и характер распределения н-алканов и изопреноидов в коллекторах, особенно карбонатных, что отмечено нами неоднократно и в других месторождениях.

На базе полученной информации о количестве и составе УВ син-эпигенетичных и смешанных битумов в породах нижнепалеозойско-триасового разреза Тимано-Печорской НГП установлены следующие закономерности (рис. 3).

Специфика фациально-генетического типа генерирующего ОВ наиболее отчетливо проявляется в алкановых УВ при невысоких (до МК₂) стадиях катагенеза. По молекулярно-массовому распределению н-алканы, генерированные преимущественно гумусовым ОВ, отмечены в триасовых, верхнепермских и визейских отложениях. Отношение нч/ч варьирует от 1 до 1,5.

Алканы, образованные из ОВ сапропелевого типа (карбонатные и терригенные отложения нижней перми, среднего и верхнего карбона, девона и нижнего палеозоя), характеризуются на всех уровнях катагенеза более мягкой линией молекулярно-массового распределения молекул с четным и нечетным числом атомов углерода в структуре. В целом, под влиянием смены доминирующего типа ОВ и углубления уровня его катагенетического преобразования, сверху вниз по разрезу наблюдается выполаживание кривой распределения н-алканов и снижение средних значений нч/ч. Очевидно, в силу тех же причин снизу вверх по разрезу на фоне довольно широкого диапазона колебаний происходит постепенное снижение средних значений содержания н-алканов в составе ХБА: от 5–6 % в нижнепалеозойских до 2 в пермских и триасовых. По отношению к МНФ доля н-алканов максимальна в нижнепалеозойских, девонско-каменноугольных и нижнепермских карбонатных отложениях (х = 15 - 50 вместо х = 10 - 12 % в пермском и триасовом комплексах).

Зафиксировано также, что в составе н-алканов из нижнепалеозойских – каменноугольных отложений низкомолекулярной фракции (C₁₂–C₁₈) примерно в 2–2,5 раза меньше, чем в молодых пермских и триасовых. Обратная картина наблюдается для УВ С₂₅–С₃₅. Вполне возможно, что такое распределение отражает более интенсивную эмиграцию низкомолекулярных н-алканов из более катагенетически преобразованного ОВ НГМП нижнего и среднего палеозоя в некоторые части карбонатных нижнепермских, терригенных верхнепермских и триасовых НГМП. Отношение п/ф не имеет однонаправленной связи с типом ОВ, глубиной его катагенетического преобразования или возрастом отложений, хотя некоторые тенденции к возрастанию этой величины от 1,2–1,3 до 2,2 отмечаются в терригенных породах девона, визе, верхней перми.

Малейшая миграционная примесь, даже не отражаясь на величине b_хл, существенно изменяет не только долю МНФ в ХБА, но и состав н-алканов. Наиболее чувствительными к появлению миграционной примеси оказались УВ C₁₂–C₁₈. Так, появление миграционной примеси отразилось на составе ХБА пород с гумусовым сравнительно слабопреобразованным ОВ пермских и триасовых отложений, приведя к “облагораживанию” битумов при отсутствии явлений вторичного окисления. Вместе с тем в нижнепалеозойском, девонском и каменноугольном комплексах на территории изученных зон нефтегазонакопления в ХБА с заметной миграционной примесью доля и распределение н-алканов в ХБА и МНФ близки к сингенетичному фону. Возможно, что это явление связано с активными транзитными латерально-вертикальными процессами, которые оставляют следы своего прохождения в виде сброса высокомолекулярных УВ. Изложенные выше две противоположные тенденции в какой-то мере отражают и разновременность миграционных перемещений: более древние и уже закончившиеся нефтяного флюида в породах нижнего и среднего палеозоя и продолжающиеся в молодых комплексах перми и триаса.

1 – площадь Салюка, скв 2, известняк глинистый, глубина 1526 м, b_хл = 2,7, 2 – Северо-Савиноборская, скв 32, глина, 893 м, b_хл = 1,2, 3 – Долгая, скв 61, известняк, 1636 м. b_хл=3,4, 4 – Носовая, скв 1, алевролит, 2240 м, b_хл = 2,3, 5 – Сандивей, скв 2, известняк глинистый 2195 м, b_хл = 2,2, 6 – Хыльчую скв 4, глина, 2000 м, b_хл= 2,7, 7 – Хыльчую скв 4, известняк, 2013 м, b_хл=91,9, 8 – Ярейю, скв 34, алевролит, 2086 м, b_хл=16; 9 – Северо-Савиноборская, скв 15, известняк, 907 м, b_хл = 99, 10 – Сандивей, скв. 12, алевролит глинистый, 2195 м, b_хл = 68,7 м, 11 – Варандей, скв 4, глина, 1648 м, b_хл=1,22

1 – площадь Варандей, скв 7, аргиллит, глубина 2466 м, b_хл =0,7, С₁v, 2 – Южный Таравей, скв 32, аргиллит, 2516 м, b_хл=30, C₁t, 3 – Носовая, скв 1, известняк, 2618 м, b_хл = 6, C₂m, 4 – Коровинская, скв 43, известняк, 2399. b_хл=30, C₂–kn–sr; 7 – Западный Сопляс, скв 75, аргиллит, 3849 м, b_хл=2,3, D₃ kn–sr, 8 – Варандей, скв 7, известняк, 4165 м, b_хл =40,8 D₁, 9 – Салюка, скв 2, мергель, 4164 м, b_хл= 7, S₁; 10 – Салюка, скв 2, известняк, 3978, b_хл = 20,5, S₁, 11 – Сандивей, скв 4, алевролит, 4077 м, b_хл = 0,6, О

Битум 1 – сингенетичный, 2 – смешанный, 3 – эпигенетичный c_{k K} – конец кипения фракции, k_неч – коэффициент нечетности. Породы Т – терригенные, К – карбонатные