О.К. Баженова, Т.В. Анохина, И.Е. Постникова, Б.А. Соколов (МГУ)

История изучения центральных районов Русской плиты, направленная на поиски залежей УВ, имеет несколько этапов. Первый этап ограничивается довоенными годами, на протяжении которых проводились преимущественно региональные геологические работы (А.Д. Архангельский, И.М. Губкин и др.). Второй этап связан с опорным бурением, начавшимся в послевоенное время и продолжавшимся до 80-х гг. За это время было пробурено более 150 скважин, обработка каменного материала и промыслово-геофизическая характеристика пройденных разрезов которых позволили изменить представление о строении осадочного чехла, формационном составе, структурных особенностях рассматриваемых объектов и выработать достоверные критерии, обеспечивающие поиски залежей УВ в этом регионе (В.Г. Васильев, И.О. Брод, И.В. Высоцкий, А.А. Бакиров, Г.М. Люткевич и др.). Наиболее важным результатом проведенных исследований представляется установление широкого распространения верхнедокембрийских образований, что дало возможность Н.С. Шатскому (1952), А.В. Копелиовичу (1950; 1951), И.Е. Постниковой (1955) обосновать присутствие в фундаменте глубоких прогибов – авлакогенов, заполненных рифейскими отложениями (Шатский Н.С., 1955; 1964). Также было доказано, что нижневендские отложения формировались в прогибах, унаследованных от авлакогенов. На этом этапе проводились и геофизические исследования, включавшие комплекс профилей КМПВ, ГСЗ, MOB, которые позволили доказать наличие авлакогенов, установить их блоковое строение.

В настоящее время предпринимается новая попытка обоснования перспектив нефтегазоносности докембрийских отложений центральных районов Русской плиты, базирующаяся, с одной стороны, на переосмыслении и переинтерпретации старых материалов с использованием новых теоретических концепций, появившихся в связи с изучением рифтовых зон древних платформ, в первую очередь Сибирской платформы, с другой стороны, на более тонком геохимическом изучении ОВ и нефти докембрия как старых, так и новых скважин.

Московский авлакоген длиной 450 км и шириной 45-50 км, находящийся в юго-западной части Московской синеклизы, имеет почти широтное простирание. Его детальное строение рассмотрено Ю.Т. Кузьменко [1]. Наличие многочисленных разломов в бортах авлакогена и его внутренних частях подтверждается геофизическими данными и многочисленными проявлениями гидротермальных процессов. По мнению некоторых исследователей Московский авлакоген проявляет активность и на современном этапе [4].

Современными методами органической геохимии, включающими газожидкостную хроматографию, хромато-массспектрометрию, пиролиз, исследовалось ОВ осадочных образований докембрия из новых скважин – Р-4 Бирюлево (Бутово), Очаково, группы Гаврилов-Ямских скважин, а также старых скважин – Воронской, Сердобской (Рязано-Саратовский прогиб) и Павлово-Посадской скважины, наиболее полно вскрывшей разрез верхнего протерозоя в пределах Русской плиты (рис. 1).

Разрез верхнего докембрия центральных районов Русской плиты (Постникова И.Е., 1970; 1977) представлен практически повсеместно глинисто-терригенными породами: темноцветными, пестро-цветными и в меньшей степени красноцветными. Карбонаты отмечаются лишь в Пачелмском авлакогене – в нижнем венде. Наиболее древние отложения – оршанская и раменская серии – вскрыты только в Павлово-Посадской скважине (рис. 2). Нижняя часть разреза – оршанская серия – представлена исключительно песчаниками – красноцветными и розоватыми, разнозернистыми, плохо отсортированными, переходящими в гравелиты. В вышележащей базальной толще песчаников раменской серии появляются пачки алевролитов и аргиллитов. Нижняя часть серии – улитинская свита – красно- и пестроцветная. Здесь в составе глинистых минералов доминирует гидрослюда с незначительной долей смешанослойной фазы (Постникова И.Е., 1970). Верхняя часть серии – игнатьевская свита – пестро-, красно- и темноцветная, ее слагают серые и темно-зеленовато-серые аргиллиты с прослоями буровато-красных алевролитов. Концентрации С_орг в породах игнатьевской свиты в целом невысокие – 0,05-0,25 %, но на этом фоне выделяются пачки темно-серых алевритистых аргиллитов с повышенной концентрацией С_орг до 4,2 %; генетический потенциал (S₁ + S₂) по данным пиролиза Rock-Eval составляет 0,8-1,2 кг УВ/т породы при степени битуминизации ОВ (коэффициент b) 4,0-6,5 %, что является показателем присутствия нормальных сингенетичных битумоидов, а не только сингенетичных остаточных, свойственных достаточно высокопреобразованному ОВ.

Верхнерифейские образования в виде павлово-посадской серии подразделяются на две подсвиты: кудиновскую и ореховскую. Обе свиты сложены пачками переслаивающихся разнозернистых песчаников, алевролитов и аргиллитов в разном соотношении. Среди песчаников часто встречаются косослоистые разности. Окраска толщи в целом пестро-цветная. Невыдержанность окраски по слоям свидетельствует в пользу вторичной красноцветности этой толщи. Комплекс глинистых минералов в породах верхнего рифея в целом аналогичен среднерифейскому. В кудиновской свите содержание смешанослойных минералов повышается, а хлорита снижается. В ореховской свите возрастает примесь железомагнезиального хлорита. В самых верхах разреза свиты появляется, а затем и преобладает диоктаэдрический хлорит. Содержание С_орг в породах серии невысокое (0,1-0,2 %), на этом фоне на глубине 2653-2677 м выделяется пачка с повышенными концентрациями С_орг до 1,7 % и средним генетическим потенциалом 1,5-1,8 кг УВ/т породы.

Отложения нижнего венда – ногинская серия – по литологическому составу и облику подразделяются на три свиты. Нижняя – фрязевская – сероцветная, в основании преимущественно песчаная, затем частое чередование аргиллитов, алевролитов и песчаников с прослоями темно-серых аргиллитов. Дрезнинская свита – существенно песчаная пестроцветная и рахмановская свита – пестроцветная представлены пачками неравномерного переслаивания песчаников, алевролитов и аргиллитов. В отложениях фрязевской свиты диоктаэдрический хлорит исчезает, глинистые минералы представлены гидрослюдой в ассоциации с триоктаэдрическим хлоритом; характерно относительно высокое содержание смешанослойных минералов. В дрезнинской свите появляется каолинит, а в рахмановской свите его количество резко возрастает.

Отложения верхнего венда включают две серии – редкинскую и поваровскую. Редкинская серия – чередование зеленовато-серых и серых алевролитов и песчаников с явным преобладанием первых, отмечены тонкие прослои пеплов. В поваровской серии – переслаивание алевролитов и аргиллитов, реже песчаников – зелено- и сероцветных, в верхах разреза – красноцветных. Глинистые минералы из низов редкинской серии отличаются повышенным содержанием каолинита, выше его количество резко уменьшается и основным минералом становится гидрослюда; наблюдаются небольшая примесь хлорита, а также монтмориллонит-гидрослюдистая фаза. Ассоциация глинистых минералов в породах поваровской серии аналогична редкинской (Постникова И.Е. и др., 1977). Содержание С_орг в редкинских отложениях изменяется от 0,05 до 4,10 %, в среднем составляя 0,3-0,6 %. Отмечается пачка прослоев с повышенным содержанием С_орг 3,69-4,10 %. В поваровской свите С_орг значительно меньше (0,3-1,1 %) за исключением ее нижней части (0,53 %). Содержание хлороформенного битумоида для верхневендских отложений Павлово-Посадской скважины в среднем составляет 0,02-0,04 %, битумоидный коэффициент – 1,5-5,0 % при преобладании значений меньше 2 %. Отмечаемая в других разрезах редкинской серии пачка горючих сланцев с содержанием С_орг до 16 % в разрезе Павлово-Посадской скважины не была зафиксирована, возможно, из-за ограниченного числа образцов.

Нижневендские отложения в Сердобской скважине представлены серыми и зеленовато-серыми аргиллитами, алевролитами и доломитами. Значение С_орг от 0,1 до 1,52 %, повышенные концентрации – 1,52 и 0,87 % отмечены в глинистых доломитах. Значение битумоидного коэффициента в этих образцах составляет 10 %.

Наличие пачек аргиллитов, обогащенных ОВ в рифейских и вендских отложениях Московского авлакогена, как и в других регионах Русской плиты, отмечалось и ранее (Ларская Е.С., Загулова О.П., 1973; Золотов А.Н., 1982). Пиролитические методы исследования этих толщ подтвердили довольно высокий нефтематеринский потенциал отдельных пачек. Степень реализации генетического потенциала ОВ (OPI) как рифейских, так и вендских отложений изменяется в широком пределе (от 0,04 до 0,60), что служит показателем далеко не полной реализации ими нефтематеринского потенциала. Водородный индекс (HI) – показатель качества ОВ – в целом невысокий – 45-150 г УВ/кг ОВ. Максимальные значения – 260 г УВ/кг ОВ отмечены для рифея Павлово-Посадской скважины.

Об активно протекающих генерационных процессах свидетельствуют данные изотопного состава углерода карбонатов [1]. Легкий изотопный состав имеют доломиты корок обломков пород древлянской серии нижнего венда (¹³С = -17,0 %₀) и карбонаты цемента песчаников верхнего рифея скв. Р-4 (Бирюлево) (¹³С = -17,9 %₀). Еще более обогащены изотопом ¹²С карбонатные минералы алевролитов редкинской свиты той же скважины: ¹³С = -21,4 %₀. В то же время в одновозрастных и однотипных породах скв. Р-7, залегающих непосредственно на фундаменте, изотопный состав карбонатных минералов существенно изменяется в сторону увеличения тяжелого изотопа и составляет +0,6 %₀. Изотопный состав углерода карбонатов в разрезе скв. Р-4 сопоставим с таковым ОВ. Возникновение таких изотопно-легких карбонатов обусловлено их генетической связью с ОВ. Процессы преобразования ОВ рифейских отложений, сопровождаемые интенсивной газогенерацией углеродсодержащих газов, предопределили образование изотопно-легких карбонатов в вышележащей толще. В разрезе скв. Р-7 рифейские отложения отсутствуют, поэтому нет органического источника карбонатов и карбонаты имеют изотопный состав, типичный для нормальных "минеральных" карбонатов.

Хроматографический анализ масляной фракции ОВ показал, что масла битумоидов различного возраста по составу алкановых УВ обладают большим сходством: для них характерны в целом невысокое содержание алканов (< 20 %, обычно 10-12 %), доминирование н-алканов над изопреноидами, невысокие значения К_i = 0,4-0,6 (К_i = (Рr + Рh)/ (н-С₁₇ + н-C₁₈), преобладание пристана над фитаном (Pr/Ph = 0,4-0,9). Исключение составляет экстракт из вендских пород Гаврилов-Ямских скважин, где Pr/Ph = 1,5. Распределение н-алканов – как одномодальное (Павловский Посад, Бирюлево) с максимумом на С₂₂ или C₁₇ (рис. 3), так и бимодальное, например в отложениях Сердобской скважины для всех исследованных образцов ХБА. Главный максимум распределения концентраций н-алканов приурочен к С₁₈ и С₁₉, в высокомолекулярной области – С₂₉-С₃₁. В некоторых образцах ОВ верхнего рифея (Бирюлево и Павловский Посад) и нижнего венда Сердобской скважины обнаружены повышенные концентрации 12-13-монометилзамещен-ных алканов состава С₂₄-С₃₀. Эти УВ служат характерными биомаркерами для нефти и РОВ Сибирской платформы, но отсутствуют в нефтях и ряде образцов РОВ рифея и во всех изученных образцах венда Русской плиты.

Подавляющее число образцов имеет равномерное соотношение стеранов C₁₇:C₂₈:С₂₉ или при равных концентрациях С₂₇ и С₂₉ несколько пониженные концентрации С₂₈ (Баженова O.K. и др., 1993). Такое распределение стеранов, отмечаемое в фанерозойских отложениях, Г.Х. Исааксен трактует как показатель пресноводного озерного генезиса [5]. В то же время такой равномерный характер распределения имеют нефти майкопской толщи Предкавказья, генетически связанные с типично морской нефтематеринской толщей, так что генетически природа этого показателя пока не решена. Другое распределение стеранов – с явным преобладанием С₂₉, свойственное докембрийским нефтям Русской плиты, нефтям и ОВ Сибирской платформы, нефтям Омана и считающееся генетическим признаком докембрийских нефтей, было идентифицировано только в одном образце ОВ из верхневендских отложений из Гаврилов-Ямской скважины с глубины 2543 м. Такой же характер распределения имеют нефти Даниловской площади в Средне-Русском авлакогене. Этот показатель можно считать признаком генетического единства. Терпановые показатели докембрийских отложений практически ничем не отличаются от таковых фанерозойской толщи.

Таким образом, по характеру распределения биомаркеров – нормальных и изопреноидных алканов, гопанов и стеранов – докембрийские отложения рассматриваемых регионов не отличаются никакими специфическими особенностями от ОВ фанерозоя. Биомаркер 12-13-монометилзамещенные алканы ряда С₂₄-С₃₀, считающийся генетическим для ОВ докембрия и пока не выявленный в более молодых отложениях, обнаружен в ОВ докембрия центральных районов Русской плиты, однако идентифицирован только в отдельных образцах. Это свидетельствует о существовании определенных различий или в составе исходного ОВ, или в условиях его накопления на Восточно-Европейской и Сибирской платформах.

Определение уровня катагенетической преобразованности докембрийских осадочных толщ – еще более сложная задача, чем определение преобразованности других безвитринитовых толщ, поскольку невозможно использование таких методов, как флюоресценция споринита по ИОК (индексу окраски конодонтов) и др. Для определения степени катагенеза пород редкинской свиты Средне-Русского авлакогена был успешно использован коэффициент преломления коллоальгинита [2]. Этот метод удачно применялся и на других объектах, результаты его четко коррелируются с данными ОС витринита, но этот метод очень трудоемкий, а главное, требует значительного объема образца для выделения концентрата керогена. В настоящее время для определения уровня катагенеза, и, прежде всего выделения ГЗН, используются показатели пиролиза: Т_тах пика S₂, значения OPI и стереохимические показатели зрелости полициклических нафтенов – стеранов и гопанов.

Для определения степени катагенетической преобразованности разреза Павлово-Посадской скважины был использован комплекс показателей: геохимических – значения коэффициента b, пиролитические данные, стереохимические показатели зрелости, а также плотность и состав глинистых минералов. Показатели зрелости по пиролитическим данным изменяются в широких пределах: T_mах – 416-440 °С и OPI – 0,04-0,60, причем четкого нарастания этих показателей с глубиной не происходит. Только по изменению средних значений T_mах можно наметить тенденцию увеличения температуры пиролиза с глубиной. Не отмечается и резкого снижения битумоидного коэффициента b и увеличения плотности в нижней части изученного разреза, что обычно характерно для разрезов сходных диапазонов глубин.

Состав глинистых минералов, хотя и отличается значительным разнообразием по разрезу, но отражает характер преобладающего аллотигенного глинистого материала, поступающего в бассейн осадконакопления. Доля разбухающих пакетов в структуре диоктаэдриче-ской монтмориллонит-гидрослюдистой смешанослойной фазы меняется незначительно и служит показателем при-вноса пеплового материала в осадок, а не степени катагенетической преобразованности глинистой фракции. Наиболее достоверными показателями зрелости, закономерно изменяющимися с глубиной, являются: стерановый индекс зрелости (К_зр = abb (R + S)/ [(abb(R + S) +aaa 20R) ] и гопановый индекс T_s/T_m (отношение трисно-гопана 18aН к трисногопану 17aН) (см.рис. 2). По разрезу Павлово-Посадской скважины прослеживается снижение значений коэффициента К_i с глубиной. Известно, что доля изопреноидных УВ с повышением степени катагенеза сокращается, в данном случае увеличение уровня преобразованности вниз по разрезу фиксируется достаточно четко.

Таким образом, суммируя все показатели зрелости, можно сделать вывод, что степень преобразованности средне- и верхнерифейских образований в разрезе Павлово-Посадской скважины не превышает МК₂, степень преобразованности же вендских пород несколько ниже – не выше ПК₃. Характерной особенностью отложений верхнего докембрия юга Московской синеклизы являются их относительно невысокая зрелость в отдельных частях и практически отсутствие связи зрелости с глубиной. Так, минимальной зрелостью обладают образцы вендских отложений из Гаврилов-Ямской скважины: образец с глубины 1984 м имеет значение стера-нового индекса зрелости K_зр, равное всего 0,28, что соответствует градации катагенеза ПК₂. Даже на глубине 2543 м ОВ из этой скважины не достигло уровня мезокатагенеза. В образцах венда в этой скважине присутствует биогопан (гопан с биологической конфигурацией Н₂₇-17b21b), являющийся показателем очень низкого уровня преобразованности ОВ. Такие малопреобразованные биологические структуры впервые были обнаружены в докембрийских образованиях. В отличие от них образцы рифейских отложений скважины Бирюлево (Бутово) с глубины 1805 м характеризуются максимальной зрелостью (К_зр = 0,80-0,82) среди всех изученных образцов РОВ Московской синеклизы. Зрелость ОВ, определенная по стерановому индексу, хорошо согласуется с современными температурами. Максимальные расчетные значения последних в Московском авлакогене на глубине 3000 м составляют 60 °С, в расположенном же севернее Нелидовском своде, где вендские отложения залегают непосредственно на фундаменте, – только 40 °С, т.е. под рифейскими авлакогенами отмечаются на сходных глубинах как большая зрелость вендских отложений, так и более высокие современные температуры (см.рис. 1). Различная зрелость рифейских отложений на одной глубине в пределах Московского авлакогена, определенная по стерановому индексу зрелости в Павлово-Посадской и Бирюлевской скважинах (отличие более чем на градацию), является свидетельством различной тепловой истории блоков. Очевидно, гидротермальная деятельность, на которую указывают минеральные новообразования в разрезах обеих скважин, проявлялась с различной интенсивностью. Преобразование рифейских отложений в скв. Р-4 под воздействием гидротермальных процессов в интервале 1650-1813 м привело к формированию вторичных коллекторов с общей пористостью до 28 % [3]. Содержание набухающих пакетов в смешанослойных фазах в разрезе скв. Р-4 составляет в глинах 20-25 %, в аргиллитах верхнего венда – не более 10 %, а степень механического уплотнения глин, выражаемая удельной поверхностью микропор, – 24 и 6-16 м²/г соответственно [1]. Судя по этим цифрам, в указанном разрезе нарушается "нормальное" соотношение – уменьшение долей набухающих пакетов и удельной поверхности микропор с глубиной, что также может быть связано с интенсивной гидротермальной деятельностью в блоке докембрийских пород, вскрытых скв. Р-4.

1. 1.Геологическое строение и перспективы нефтегазоносности верхнего протерозоя г. Москвы / Ю.Т. Кузьменко, А.Я. Куклинский, Ю.Г. Пименов и др.// Литология и полезные ископаемые. - 1994. - № 1. - С. 6-14.
2. Древние нефтематеринские толщи / Ю.И. Корчагина, Н.П. Фадеева, Г.Ф. Артамонова и др. // Нефтематеринские свиты и принципы их диагностики. - М., 1979. - С. 102-116.
3. Еремина Е.И., Шевцова Г.Б. Коллекторские возможности красноцветных пород рифей-венда центральной части Московской синеклизы (на примере результатов изучения керна скважин Р-4 Бутовской ТЭЦ 26) // Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазоносного комплекса России: Тез. докл. - М., 1994. - С. 36.
4. Михайлов А.Е. Об активности Южно-Московского рифта в мезозое и кайнозое // Вести. МГУ. - 1994.-№3.-С. 9-12.
5. Isaaksen G.H. Molecular geochemistry assists exploration // Oil and Gas Journal. - 1991, 18 Mar. -P. 127-131.

Рис.1. СХЕМАТИЧЕСКАЯ КАРТА СОВРЕМЕННЫХ ИЗОТЕРМ НА ГЛУБИНЕ 3000 м (from Geothermal Atlas of Europe, 1991)

1 - щиты и антеклизы; 2 - своды; 3 - выступы; 4 - авлакогены; 5 - разломы; 6 - изотермы, °С; 7 - скважины, вскрывшие отложения рифея

Фации: 1 - красноцветные, 2 - темноцветные; 3 - песчаники; 4 - аргиллиты; 5 - алевролиты; 6 - гравелиты; 7 - пески; 8 - известняки; 9 - фундамент

Скважина Павлово-Посадская I - R₂, 2938 м, II - R₃, 2653 м, III - Бирюлевская, R₃, 1805 м, IV- Гаврилов-Ямская, V₂, 2543 м, 1 - диметилфтолат, 2 - 12,13-монометилзамещенные алканы