|
© Коллектив авторов, 2005 |
СОСТАВ ГАЗОВ И ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПОРОД-ВЫБРОСОВ ГРЯЗЕВЫХ ВУЛКАНОВ АЗЕРБАЙДЖАНА
И.С. Гулиев, А.А. Фейзуллаев, Ад.А. Алиев, У.А. Мовсумова (ИГ НАН Азербайджана)
Известно, что грязевой вулканизм развит главным образом в пределах двух подвижных поясов: Альпийско-Гималайского и Тихоокеанского. Здесь грязевые вулканы зафиксированы в 26 осадочных бассейнах. Однако распределение вулканов в пределах этих поясов весьма неравномерно. Наибольшая их концентрация установлена в Южно-Каспийском бассейне, где установлено около 400 грязевых вулканов, из которых 220 на суше и более 170 в море.
Грязевой вулканизм как уникальное явление природы уже на протяжении нескольких 10-летий является объектом внимания учёных. Этому явлению посвящено огромное число научных публикаций. В них рассмотрен широкий аспект проблем, связанных с формированием и деятельностью грязевых вулканов, освещены такие вопросы, как закономерности площадного распространения и активизации вулканов, особенности отражения их в геофизических полях, связь с эндогенными и экзогенными факторами, свойства продуктов их деятельности (газ, нефть, вода, порода) и др. Выполнен и большой объем изотопных исследований, в том числе УВ-газов (Алиев Ад.А., Кабулова А.Я., 1986; [1, 2]) и нефтей [5].
Рассмотрим УВ-газы и нефтегазоматеринские свойства пород-выбросов вулканов, закономерности изменения их геохимической характеристики в пространстве на основании исследований, выполненных в последние годы.
Были исследованы ОВ пород и газов грязевых вулканов Шамахы-Гобустанского, Апшеронского и Нижнекуринского районов Азербайджана.
В породах определялись содержания Сорг, а также осуществлён пиролиз на установке "Rock-Eval". Образцы были представлены в основном породами эоцена, олигоцена - нижнего миоцена, а также среднего и верхнего миоцена (диатомовая свита).
Битумоиды пород исследовались с помощью газожидкостной хроматографии. Было определено относительное содержание насыщенных, ароматических УВ и гетероатомной части экстрактов пород (51 определение).
Изотопная характеристика газов грязевых вулканов дана на основании 20 анализов метана и его гомологов с использованием масс-спектрометра CJS Sigma. Также были использованы результаты более 20 анализов компонентов инертных газов грязевых вулканов.
Характеристика нефтегазоматеринских свойств пород-выбросов вулканов
Содержание Сорг исследованных пород грязевых вулканов изменяется от 0,2 до 1,1 % при среднем значении 0,79 %. Большинство образцов характеризуется низким и средним уровнями органической составляющей пород (Сорг < 1 %). Более высокие значения характерны для пород грязевых вулканов Дашгиль (Гобустан) и Боздаг-Гобу (Апшеронский полуостров).
Данные пиролиза показали, что общий реализованный и остаточный УВ-потенциал (S1+S2) изменяется от 0,04 до 3,9 мгУВ/г породы при среднем значении 1,75. Это как и значение Сорг, свидетельствует о низком и среднем УВ-потенциале исследованных пород. Одной из причин невысокого УВ-потенциала исследованных пород является то, что они представлены в основном плотными разностями эоценовых и миоценовых пород (известняки, мергели, глинистые песчаники с низким содержанием ОВ). Глинистые породы Майкопа (олигоцен - нижний миоцен) и среднего и верхнего миоцена, обладающие наибольшим УВ-потенциалом, в силу своей пластичности представлены в виде брекчиевидной глинистой массы как более молодого (плиоценового), так и более древнего (палеогенового) возраста.
Большинство образцов из исследованных вулканов имеют значения водородного индекса (HI) от 100 до 300 мг УВ/г Сорг. По значениям отношения HI/OI ОВ исследованных пород относится к керогенам II-III типов (рис. 1). Образцы с более низким HI (< 150) (грязевые вулканы Бахар, Шихзаирли) соответствуют керогену III типа, что свидетельствует о их преимущественно газопродуцирующих свойствах. Учитывая, что газ является главным энергетическим фактором в формировании и деятельности грязевых вулканов, то, видимо, этим объясняется относительно высокая активность указанных грязевых вулканов. Так, вулкан Шихзаирли за исторически обозримый период (-150 лет) извергался 18 раз, а Бахар - 8 раз.
В УВ-части битумоидов отношение Pr/Ph изменяется от 0,78 до 1,38 и в целом отмечается преобладание фитана над пристаном. Следовательно, осадконакопление происходило в условиях, близких к восстановительным обстановкам. Следствием высокого уровня термической зрелости ОВ в большинстве исследованных образцов являются относительно низкие отношения Рr/n-С17 и Ph/n-C18. Небольшие значения этих отношений характерны для образцов грязевых вулканов Локбатан (Апшеронский полуостров) и Шихзаирли (Гобустан).
Исследования относительного содержания насыщенных, ароматических УВ и гетероатомной части экстрактов пород свидетельствуют о незначительном преобладании насыщенных ароматических УВ (рис. 2).
Газы грязевых вулканов
Изотопный состав углерода УВ-газов метана грязевых вулканов изменяется от -37 до -52 %0. Этот диапазон значений характерен для катагенетических газов. Изотопный состав углерода этана был определён для газов из 10 грифонов. Пределы изменения значений d13С этана колеблются от -29,6 до -23,3 %о. Среднее значение d13С2Н6 составляет -26,9 %о.
Были проведены также единичные анализы по определению изотопного состава углерода пропана для газов грязевых вулканов Шихзаирли и Айрантекен. Значения d13С углерода составили -25,9 и -25,8 %о соответственно. Как и ожидалось из теоретических и экспериментальных данных, изотопный состав углерода в ряду С1-C4 становится более тяжёлым.
Наблюдается слабая корреляция между изотопным составом углерода метана и этана (рис. 3). Объяснить это явление можно смешиванием термокаталитического метана (с относительно тяжёлым изотопным составом углерода) с биогенным метаном (с лёгким изотопным составом углерода), приводящим к искажению его первоначальных значений. Это относится к газам вулканов Чеилдаг, Перекишкюль, Шихзаирли. Для этих вулканов обычно характерны высокие значения d13C (этан-метан) и тяжелый изотопный состав углерода (~15,5%о).
Влияние биодеградационных процессов в меньшей мере отражается на разнице между изотопным составом углерода этана и пропана.
Экспериментально установленные зависимости между изотопным составом углерода и отражательной способностью витринита (R0) [4] позволяют оценить возможные глубины очага УВ-газов.
Рассчитанные по изотопному составу углерода этана значения R0 варьируют в пределах 1,3-2,47 %0, в то время как значения этого параметра, рассчитанные по изотопному составу углерода метана, изменяются в меньших пределах - от 0,26 до 1,96 %о. Последнее объясняется смешиванием термокаталитического метана с биогенным.
Измеренные значения R0 в зависимости от глубины очага грязевых вулканов в Южно-Каспийском бассейне приведены в таблице.
Согласно более корректным расчётам, по изотопному составу углерода этана предполагаемый интервал глубины расположения очага УВ-газов рассмотренных грязевых вулканов находится в пределах 7-10 км.
Исследования изотопного состава инертных компонентов газов грязевых вулканов показали, что УВ генерировались в осадочных отложениях и являются более древними по сравнению с газами нефтегазовых залежей продуктивной толщи нижнего плиоцена [3]. Это в целом хорошо согласуется с указанными оценками глубины размещения очагов УВ-газов.
Подводя итог проведённых исследованиям, можно заключить следующее:
1. Органическое вещество исследованных палеоген-миоценовых пород-выбросов грязевых вулканов характеризуется преимущественно смешанным сапропелиево-гумусовым типом (II-III), накопившимся в водоёмах лагунного типа в условиях преимущественной восстановительной обстановки диагенеза осадков. Последнее подтверждается обилием пирита в породах грязевых вулканов.
2. Органическое вещество пород некоторых грязевых вулканов (Шихзаирли, Бахар) относится к III, в основном газопродуцирующему типу. По-видимому, этим объясняется их частые извержения (Шихзаирли - 18 раз, Бахар - 8 раз).
3. Углеводородные газы грязевых вулканов представлены метаном, который согласно изотопному составу углерода имеет преимущественно термокаталитическое происхождение с примесью биогенного метана.
4. Предполагаемая глубина источников УВ-газов грязевых вулканов, рассчитанная по изотопному составу углерода этана, находится в интервале глубин 7-10 км, т.е. в зонах развития осадочных отложений Южно-Каспийского бассейна.
Литература
1. Валяев Б.М. Изотопный облик газов грязевых вулканов / Б.М. Валяев, Ю.И. Гринченко, В.Е. Ерохин, В.С. Прохоров, Г.А. Титков // Литология и полезные ископаемые. - 1985. - № 1.
2. Дадашев А.А. Особенности изотопного состава углерода природных углеводородов западного борта Южно-Каспийской впадины в связи с оценкой перспектив нефтегазоносности её глубоких зон // Дис. ... канд. геол.-минер, наук. - Баку, 1985.
3. Исмет А.Р. Некоторые закономерности распределения инертных компонентов (Не, Ar, N2) в углеводородных газах Азербайджана / А.Р. Исмет, Р.С. Джафарова, С.А. Джафаров, И.А. Абдуллаев // Тр. ИГАНА. - 1997. - № 26.
4. Faber Е. Zur isotopengeochemie gasformiger: kohlenwasserstoffe: Erdole, Erdgas and Kohle. - 1987. - 103.
5. Guliev I.S. Geochemistry of hydrocarbon seepage in Azerbaijan, in D.Schumacher and M.A.Abrams, eds., Hydrocarbon migration and its near-sur- face expression / I.S. Guliev, A.A. Feyzullayev. - AAPG Memoir. - 1996. - 66.
On the basis of a complex of studies oil-source properties of rocks-ejections and hydrocarbon gases, regularities of changing their geochemical characteristics in the space are considered.
Geochemical studies of rocks samples from mud volcanoes allowed to suggest that Maikop formations represent the main stratigraphic complex within limits of which most intensive processes of HC generation take place.
Organic matter of Paleogene-Miocene rocks studied is of predominantly mixed sea-continental type. Accumulation occurred in limited basin ( of lagoon type) under reducing conditions. The last one is confirmed by pyrite abundance in solid products of volcanoes activity.
By peculiarities of carbon isotopic composition it is established that HC gases of mud volcanoes have predominantly catageneous origin with admixture of biochemical methane.
Depth of HC gas source estimated by data of isotopic composition of ethane carbon is determined within depth range of 7-9 km and more.
Studies of inert components (He, Ar) demonstrated their low content in mud volcanoes and significantly irregular distribution by area. Most concentration as well as most value of He/Arrad ratio is confined to the local site in south-eastern part of Gobustan area. Within given area is located the most active mud volcano Lokbatan.
|
Грязевые вулканы |
d13СН4, %0 |
Н, км |
d13С2Н6, %0 |
Н, км |
|
Дашгиль 1 |
-40,72 |
5,8 |
-27,59 |
7,2 |
|
Дашгиль 2 |
-38,93 |
7 |
-26,99 |
7,7 |
|
Боздаг-Гобу |
-46,39 |
3,1 |
-27,76 |
7,1 |
|
Шихзаирли 1 |
-43,63 |
4,1 |
-27,71 |
7,2 |
|
Шихзаирли 2 |
-38,71 |
7,2 |
- |
- |
|
Бахар |
-48,19 |
2,7 |
-25,04 |
>9 |
|
Перекишкюль 1 |
-40,92 |
5,6 |
-25,99 |
8,8 |
|
Перекишкюль 2 |
-40,96 |
5,4 |
-25,63 |
9 -10 |
|
Перекишкюль 3 |
-42,05 |
4,9 |
-25,42 |
9 -10 |
Рис. 1. КАЧЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОВ ПОРОД ГРЯЗЕВЫХ ВУЛКАНОВ
Возраст пород: 1 - плиоцен, 2- миоцен, 3-чокрак, 4 - Майкоп, 5 - эоцен
Рис. 2. ДИАГРАММА УГЛЕВОДОРОДНОГО И КОМПОНЕНТНОГО ОВ В ОБРАЗЦАХ ПОРОД ГРЯЗЕВЫХ ВУЛКАНОВ
Грязевые вулканы: 1 - Дашгиль, 2-Бахар, 3- Боздаг-Гобу, 4- Перекишкюль, 5 - Северные Шамахы, 6 - Шихзаирли
Рис. 3. ЗАВИСИМОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ ИЗОТОПНОГО СОСТАВА УГЛЕРОДА МЕТАНА И ЭТАНА ГРЯЗЕВЫХ ВУЛКАНОВ
