ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И НАКОПЛЕНИЯ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ НА ЮГО-ВОСТОКЕ ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

О.Г. Веренинова (ВНИГРИ)

Несмотря на значительный объем исследований, посвященных закономерностям распространения и накопления сероводородсодержащих газов, проблема их изучения не теряет своей актуальности [1-5].

Прогноз содержания сероводорода необходим для экономической оценки перспектив регионов и своевременного решения экологических проблем, связанных с их освоением. Объекты изучения сероводородсодержащих газов на юге Восточно-Европейской платформы – южная часть Волго-Уральской нефтегазоносной провинции (НГП) и Прикаспийская НГП. Урало-Поволжье характеризуется широкой сероносностью флюидов и пород, а в Прикаспии открыто уникальное Астраханское серогазоконденсатное месторождение. Кроме того, подсолевые карбонатные отложения, к которым приурочены залежи сероводородсодержащих газов Прикаспия, – перспективные горизонты для открытия новых крупных газоконденсатных залежей.

Волго-Уральская НГП характеризуется максимальным для европейской части России уровнем освоенности начальных суммарных ресурсов УВ. На территории южной части Урало-Поволжья открыто более 1100 залежей газа (растворенного в нефти и свободного), 40 % из которых содержат в газе сероводород от предельно допустимых концентраций до 17,2 %. Сероводородсодержащие газы встречены на глубине от 0,5 до 4,0 км (Белоглинское месторождение, D₂gv) при пластовой температуре до 75 °С в отложениях от мосоловского горизонта эйфельского яруса среднего девона до калиновской свиты казанского яруса верхней перми.

На картах распределения залежей газа с сероводородом по нефтегазонос-ным комплексам (НГК) и подкомплексам в крупных структурных элементах выделены три типа территорий по частоте встречаемости залежей сероводородсодержащего газа по отношению к общему числу залежей: сплошное распространение сероводорода в газе > 50 %, пятнистое – 10-50 % и спорадическое < 10 %.

В нижних девонских комплексах сероводород распространен ограниченно. В нижнедевон-муллинском НГК (рис. 1) и пашийско-саргаевском подкомплексе пашийско-верейского НГК распределение залежей сходно: на Восточно-Оренбургском выступе – пятнистое, в Бузулукской впадине – спорадическое, аналогичное таковому Жигулевско-Пугачевского свода, где отсутствуют отложения нижнего девона (частично среднего девона) и продуктивность установлена в кыновско-пашийских горизонтах. В Волгоградско-Саратовском Поволжье сероводород зафиксирован в мосоловских карбонатах на Терсинском месторождении.

В семилукско-заволжском и турне-верейском подкомплексах (рис. 2) соотношение залежей с сероводородом в газе и без него также сходно: на восточном склоне Жигулевско-Пугачевского свода, в Бузулукской впадине, на Восточно-Оренбургском выступе и юге Бельской впадины – сплошное (> 50 %), а в Волгоградско-Саратовском Поволжье – пятнистое. С турне-верейским подкомплексом связано наибольшее число (70 %) сероводород содержащих залежей газа южной части Волго-Уральской НГП.

В московско-пермском НГК (рис. 3) сплошным распространением сероводорода в газе характеризуются Бузулукская впадина, Восточно-Оренбургский выступ, частично Волгоградско-Саратовское Поволжье, а также западные и северо-западные прибортовые зоны Прикаспийской впадины.

На территории южной части Бельской впадины залежи с сероводородом составляют около 40 % от общего числа залежей газов. В целом по разрезу около половины залежей Бузулукской впадины, Жигулевско-Пугачевского свода, Восточно-Оренбургского выступа и Бельской впадины имеют в своем составе сероводород, в то время как на Волгоградско-Саратовское Поволжье приходится только около 20 % таких залежей УВ. Концентрации сероводорода в газе, так же как и частота встречаемости, показывают различие территорий по накоплению сероводорода. Максимальные содержания сероводорода в растворенном в нефти газе (до 17 %) отмечены в Бузулукской впадине (в семилукско-заволжском и турне-верейском подкомплексах), а в свободном газе (до 7 %) характерны для нижнепермских залежей Соль-Илецкого свода – зоны сочленения с Прикаспийской впадиной. Рассчитанные с помощью математической статистики наиболее часто встречающиеся концентрации сероводорода в представительных выборках (турне-верейский подкомплекс) составляют, %: для Бузулукской впадины – 0,8-3,0, Жигулевско-Пугачевско-го свода – 0,6-2,5, Волгоградско-Саратовского Поволжья – 0,01-0,16.

Накопление сероводорода в залежах УВ определяется условиями как его образования, так и сохранности на путях миграции и в ловушке. Бузулукская впадина, к которой приурочено 60 % от общего числа сероводородсодержащих залежей рассматриваемой территории Урало-Поволжья, характеризуется развитием нескольких уровней (до 7) сульфатоносных толщ, сравнительно равномерно распределяющихся по разрезу: фаменского, окско-серпуховского, башкирского, московского, гжельского, раннепермского и казанского возраста. Сульфатоносные толщи служат основным источником серы как для прямых реакций образования сероводорода (сульфатредукция), так и для накопления элементной серы и сераорганических соединений для последующего их преобразования в сероводород на этапах нефтегазообразования. Контроль распространения залежей сероводород-содержащего газа сульфатоносными телами проявляется иногда очень четко. Например, в Бузулукской впадине граница окско-серпуховских сульфатов контролирует распространение залежей с сероводородом в турне-верейском подкомплексе (см.рис. 2).

Разрез Бузулукской впадины представлен преимущественно карбонатными породами, часто органогенно-детритовыми и рифогенными. Карбонаты ускоряют некоторые реакции образования сероводорода – взаимодействие серы с нефтяными УВ, разложение сераорганических соединений (Хант Дж., 1982). Вследствие малого содержания реакционноспособных форм железа особенно благоприятны органогенные известняки как для накопления первичного материала для образования сероводорода (серы, сераорганических соединений), так и для сохранения сероводорода на путях миграции флюидов и в ловушке. Активной биосульфатредукции как на ранних этапах развития бассейна, так и на современном этапе способствуют условия относительно невысокой минерализации – до 30-50 г/л до пермского времени (Чистовский А.И., 1988) и до 250 г/л в настоящее время, а также невысокие пластовые температуры.

Важным условием для накопления сероводорода является его образование на разных уровнях. Сероводород залежей изучаемых территорий Урало-Поволжья на глубине до 2 км имеет в основном биохимический генезис, что подтверждается более легким изотопным составом серы сероводорода по сравнению с таковым сульфатов вмещающих пород [5], а также микробиологическими исследованиями (Мехтиева В.Л., 1964). Глубокопогруженные залежи отложений девонского и раннекаменноугольного возраста с градациями катагенеза МК₁-МК₂ содержат сероводород, образовавшийся, вероятно, в результате разложения сераорганических соединений РОВ и нефтей.

На территории Волгоградско-Саратовского Поволжья, особенно на юго-восточном склоне Воронежской антеклизы, сероводород в газе распространен ограниченно. Меньшее развитие сульфатоносных толщ, обогащенность разреза терригенным материалом, повышенная соленосность седиментационных вод нижней девонской части разреза (Чистовский А.И., 1988) – все это неблагоприятно для накопления сероводорода на всех этапах литогенеза и нефтегазообразования и на разных стратиграфических уровнях.

В Прикаспийской впадине сероводородсодержащие газа характерны для подсолевых каменноугольно-нижнепермских отложений, вскрытых бурением по периферии впадины. Максимальные содержания сероводорода отмечаются в турне-верейском нефтегазоносном подкомплексе – до 30 % в свободном газе Астраханского месторождения, до 20 % в попутном газе месторождения Тенгиз, а также до 7 % на месторождении Жанажол на глубине 3,3-5,1 км при пластовых температурах 80-110 °С. В московско-кунгурском НГК содержание сероводорода несколько ниже – до 3-4 %. Сероводородсодержащие залежи открыты на западном и северо-западном (месторождения Солдатско-Степновское, Комсомольское, Уральское и др.), а также на восточном бортах синеклизы (месторождения Кенкияк, Жанажол, Урихтау и др.) на глубине 1,5-3,0 км.

Источником серы для сероводорода в газах Прикаспийской впадины являются сульфатоносные бассейны, широкое развитие которых установлено в Бузулукской впадине и предполагается в Прикаспии на основе геологических разрезов скважин бортовых зон впадины. Накоплению сероводорода и его сохранности способствовали условия зон барьерных и локальных рифов девон-турнейского, визе-башкирского и раннепермского возраста, к которым приурочены месторождения сероводородсодержащих газов. Представляется, что происхождение сероводорода Прикаспийской впадины связано с различными термокаталитическими процессами – разложением сераорганических соединений [4 ], абиогенной сульфатредукцией (Максимов С.П. и др., 1985), а также взаимодействием элементной серы с водой и УВ, а в более глубоких недрах в центральных частях бассейна – с восстановлением сульфатов водородом в результате конверсии метана в сульфатно-карбонатных толщах (Козлов А.Л., 1978).

Особенностью Прикаспийской впадины является практически полное отсутствие сероводородсодержащих газов в надсолевом мегакомплексе (триас-юрский и мел-палеогеновый НГК), с которым связано около 500 залежей нефти и газа. Мезозойские осадочные бассейны утрачивают ряд особенностей, свойственных палеозойским бассейнам. Увеличивается роль терригенных пород. Сульфатсодержащие породы отсутствуют. Пониженная сульфатность пластовых вод обусловлена также их высокой минерализацией в пределах гидрогеологически закрытых участков (Айзенштадт Г.Е.-А., 1967). Все это неблагоприятно для развития массовой биохимической деятельности и образования сероводорода in situ, а мигрирующий снизу сероводород в основном не сохраняется, проходя через терригенные разности верхнепермских отложений. Однако на фоне отсутствия сероводорода в составе газа надсолевого мегакомплекса обращает на себя внимание повышенное, даже по сравнению с подсолевыми газами, содержание сероводорода в свободном газе из нижнетриасовых терригенных отложений на Бугринском и Воропаевском месторождениях, расположенных на юго-западе внутренней зоны впадины, на склоне Сарпинского прогиба. Наличие на структурах разрывных нарушений с амплитудой сброса до 100 м, повышенные пластовая температура и давление (на Бугринской площади на глубине 2599-2668 м соответственно 92 °С и 28,9 МПа), близость к Астраханскому месторождению – все это позволяет говорить о глубинном происхождении сероводорода из подсолевых отложений и, возможно, о едином источнике газа с сероводородом Астраханского и Бугринского месторождений.

Значительную роль в сохранении или уничтожении (расформировании) сероводорода в газах играют последние этапы существования нефтегазоносного бассейна, включая новейшее время, в частности направленность тектонических движений в сочетании со строением разреза. Так, для большей (в основном западной) части территории Прикаспийской впадины характерны преобладающие опускания в новейшее время, что способствовало генерации сероводорода в жестких термодинамических условиях и его сохранности в недрах. Крупнейшие месторождения сероводородсодержащих газов (Астраханское, Карачаганакское) приурочены к структурам "переходного" типа, по С.К. Горелову и Л.Н. Розанову (1978), характеризующимся пульсирующими движениями. Напротив, территорию восточной части, как и юг Волго-Уральской НГП, отличают преимущественные поднятия в новейшее время, что приводит к изменениям термодинамических и геохимических параметров недр, эмиграции флюидов и частичной деструкции сероводорода в условиях неоднородности вещественного состава отложений.

В северной и северо-западной прибортовых зонах по обрамлению Прикаспийской НГП преобладающие поднятия в новейшее время обеспечивают заполнение рифогенных нижнепермских коллекторов флюидами, в том числе и сернистыми, за счет латерально-вертикальной миграции из внутренних частей бассейна.

Таким образом, на распределение залежей УВ с сероводородом оказывают влияние не только такие факторы, как наличие и расположение в разрезе сульфатоносных толщ, соотношение карбонатных и терригенных коллекторов и др., но и характер тектонических движений, в особенности новейших, обусловливающий специфику распространения и накопления сероводородсодержащих углеводородных газов в различных нефтегазоносных бассейнах и их частях.

ЛИТЕРАТУРА

1. Амурский Г.И., Соловьев Н.Н. Происхождение сероводорода и формирование месторождений сероводородсодержащих газов // Закономерности размещения углеводородных газов и сопутствующих им компонентов. - М., 1987. -С. 24-31.
2. Анисимов Л.А., Потапов А.Г. Геология, разведка и разработка залежей сернистых газов. -М.: Недра, 1983.
3. Закономерности размещения и условия формирования месторождений газовой серы (на примере Амударьинского бассейна) / М.С. Гуревич, Г.А. Беленицкая, Т.А. Мишнина и др. - Л,: Недра, 1980.
4. Навроцкий O.K., Сидоров И.Н., Логинова В.Е. Роль органического вещества осадочных пород в генерации сероводорода // Геология нефти и газа. - 1990. - № 8. - С. 31-33.
5. Панкина Р.Г., Мехтиева В.Л. Происхождение Н₂S и СO₂ в углеводородных скоплениях // Геология нефти и газа. - 1981. - № 12. -С. 44-48