|
УДК 550.4:552.57/.58:551.76 (571.16) |
|
|
|
© Коллектив авторов, 1998 |
ГЕОХИМИЯ МЕЗОЗОЙСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОСТОКА ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
В.П. Данилова, Е.А. Костырева, В.Н. Меленевский, В.И. Москвин, А.Н. Фомин, Е.Н. Махнева (ИГНГ СО РАН)
Большинство ведущих научных и производственных организаций (ИГНиГ СО РАН, СНИИГГиМС, ТО СНИИГГиМС, Восточная нефтяная компания, Томскгеолком и др.) перспективы роста сырьевой базы нефтяной промышленности Томской области связывают с верхнеюрскими, палеозойскими, а также нижнеюрскими отложениями, которые в восточных районах области изучены еще довольно слабо. Ранее их перспективы обычно оценивали низко [1,2]. Однако существует и противоположная точка зрения о достаточно высокой перспективности нижней и средней юры на востоке Томской области (Сурков B.C. и др., 1997). В современном комплексе исследований по оценке перспектив нефтегазоносности особая роль принадлежит изучению геохимии рассеянного ОВ (РОВ). Они позволяют надежно оценить как начальный, так и настоящий нефтепроизводящий потенциал отложений и устанавливать возможные источники УВ. В данной статье по результатам изучения керна параметрической скв. 4 Вездеходная приводятся первые детальные данные по органической геохимии юрских отложений востока Томской области, позволяющие оценить их нефтегенерационные возможности. Были изучены породы марьяновской (J3), иланской (J1) и урманской (J1) свит. Исследования на молекулярном уровне РОВ, включая и его битумоидную часть, проводились широким комплексом физико-химических методов анализа, в том числе и методом хроматомассспектроскопии (табл. 1).
Из марьяновской свиты
изучен один образец алевролита с глубины 2360 м. Изотопный состав углерода в ОВ однозначно указывает на большой вклад высшей наземной растительности (
= -24,4 %о).
Высокое содержание пиритного железа (0,38 % на породу) и отношение Feпир/Copг, равное 0,97, указывают на формирование пород в бассейне с нормальной морской соленостью вод (Страхов Н.М., Залманзон Э.С., 1955). Это согласуется с находками морской микрофауны в отложениях марьяновской свиты.
Отложения иланской свиты представлены алевролитами и аргиллитами. Содержание органического углерода колеблется в них от 0,21 до 1,26 %, а битумоидов - от 0,008 до 0,028 % . В составе последних УВ составляют 26,49-34,18 %, смолы - 37,55-43,92 %, асфальтены - 28,27-29,59 %. Отношение насыщенных и ароматических УВ около единицы. В одном сборном образце концентрация насыщенных УВ - 54,06 % от суммы УВ, а в другом - 42,60 % (см. табл. 1).
В изученной коллекции образцов урманской свиты содержание органического углерода меняется от 0,33 до 3,40 %. Групповой и УВ-состав битумоидов урманской и иланской свит близок. От последней они отличаются несколько более высокой концентрацией насыщенных УВ (см. табл. 1).
Содержание пиритного
железа в породах иланской и урманской свит невысокое (0,008-0,085 % на породу),
отношение Feпир/Copг обычно меньше 0,03 и лишь в одном
образце из верхней части урманской свиты равно 0,26. Это указывает, что осадки
данных комплексов накапливались в пресноводных водоемах, в которых лишь
периодически могло происходить увеличение солености вод за счет ингрессий моря.
В керогене из иланской и урманской свит содержание водорода на горючую массу
равно 5,0-5,5 %, а содержание серы не превышает 0,76 %, что указывает на
террагенную природу ОВ и его захоронение в пресноводном бассейне (табл. 2). На это же указывает обогащенность органического
углерода керогена тяжелым изотопом:
-24,7...-27,4 %0 (см. табл.
1). Вместе с тем несколько повышенное (по сравнению с классическим
террагенным ОВ) содержание водорода в керогене позволяет предполагать
присутствие в нем и небольших количеств полимерлипидного материала.
Согласно данным пиролиза (рис. 1) в ОВ марьяновской и верхней части иланской свит зафиксированы низкие содержания водородного индекса HI (65-81 мг УВ/г Сорг). В остальной части разреза иланской свиты эти значения несколько выше - 140-145 мг УВ/г Сорг. В ОВ урманской свиты значения HI - 200-245 мг УВ/г Сорг. Низкий индекс продуктивности (PI), не превышающий в основном 0,10, позволяет предположить, что изученные отложения нижней юры находятся еще в ГЗН. Это подтверждается данными по отражательной способности витринита (R° - 0,7 %, градация MK12) и элементному составу керогена. Об этом же свидетельствуют значения Tmах (см. рис. 1).
Авторами впервые для восточных районов Томской области изучено распределение некоторых насыщенных УВ, наследующих скелет и в значительной степени стереохимию молекул живого вещества, которые геохимики называют УВ-биомаркерами или хемофоссилиями (Конторович А.Э. и др., 1995; [3-5]).
В составе н-алканов из отложений нижней юры (иланская и урманская свиты) обнаружено резкое преобладание УВ с нечетным числом атомов углерода в цепи, причем наибольшие концентрации отмечены для алканов С25, С27, С29 (рис. 2). Коэффициент нечетности н-алканов (CPI) равен 1,5-1,7 (табл. 3). Значительные содержания в составе н-алканов высокомолекулярных соединений предопределили высокие значения отношения н-С27/н-С17. Все они выше 2,8, а в двух образцах больше 5 (см. табл. 3).
В составе УВ ОВ нижней юры идентифицированы ациклические насыщенные изопреноиды от С15 до С25 включительно (см. табл. 3, рис. 2). Их суммарное содержание значительно ниже, чем УВ нормального строения. Отношение концентраций нормальных и изопреноидных алканов (Sн-Сi/S изо-Сi) меняется от 8,16 до 47,58 (см. табл. 3). Во всех изученных образцах доминирует пристан С19 (от 44,9 до 60,2 % на сумму ациклических изопреноидов). Отношение Pr/Ph меняется от 0,11 до 3,10 (см. табл. 3).
В составе стеранов резко преобладают этилхолестаны (С29), на сумму стеранов С27 - С30 их содержание меняется от 53,0 до 81,9 % (табл. 4, см. рис. 2) На сумму стеранов С27 - С29 эта концентрация, естественно, еще выше - 60-86 %. Холестаны (С27) на сумму стеранов С27 - С29 не превышают 22,5 %, а в основной массе образцов всего до 7,32-13,87 %. Концентрации холестанов и метилхолестанов довольно близки. Из всех изученных образцов в двух преобладают холестаны (С27), в трех - метилхолестаны (С28).
Рассмотрим распределение стереоизомеров стеранов (см. табл. 4).
Как известно, в живом
веществе присутствуют только регулярные 
-стераны (биостераны). Эти структуры неустойчивы и в
процессе диагенетических и катагенетических преобразований из них образуются
регулярные
-изомеры
(изостераны) и перегруппированные
-изомеры (диастераны). В составе холестанов (С27)
в отложениях иланской и урманской свит в большинстве исследованных проб
преобладает изостеран (см. табл. 4). Его содержание равно
63,28-81,41 % от суммы стереоизомеров. Лишь в одном образце резко доминирует
биохолестан (76,93 %). Следует отметить, что здесь и среди других членов
гомологического ряда стеранов преобладают 
-изомеры (см. табл. 4). В
составе метилхолестанов (С28) ситуация более сложная. Из числа
изученных образцов в двух преобладает диаизомер (
) и в двух -
-метилхолестан. Среди этилхолестанов (С29)
в большинстве проб преобладает биоизомер, на втором месте по концентрации чаще
всего стоит диаизомер (см. табл. 4). Отмеченное выше по
сумме стереоизомеров преобладание в составе стеранов этилхолестанов сохраняется
и для каждой группы стереоизомеров (см. табл. 4).
Среди терпанов изучено распределение гопанов, которые подразделены на норгопаны и гопан (гопаны) и гомогопаны, моретаны, три- и тетрацикланы (табл. 5). Среди терпанов преобладают гопаны, затем следуют гомогопаны и моретаны. В подчиненных количествах присутствуют три- и затем тетрацикланы. Среди норгопанов и гопанов максимальную концентрацию обычно имеет гопан С30, минимальную - бисноргопаны С28 (табл. 6, рис. 3). Такое распределение типично для ОВ, захоронявшегося в глинистых породах (Ten Haven и др., 1988; Fan Pu и др., 1987; [5]). Исключение составляет один образец, в котором резко преобладают трисноргопаны С27 (см. табл. 6). Распределение гомогопанов практически идентично во всех изученных образцах. Их относительные содержания монотонно уменьшаются с ростом молекулярной массы от 59,19-72,50 % в гомогопанах С31 до 0,65-2,01 % в гомогопанах С35 (см. табл. 6, рис. 3). Среди моретанов преобладают УВ С29 и С30, далее с ростом молекулярной массы их относительная концентрация монотонно падает (см. табл. 6, рис. 3). В составе трициклических терпанов идентифицированы УВ от С19 до С31 включительно (табл. 7, рис. 4). Среди них доминируют соединения С21, С28, С29 С30 и С31. В отдельных образцах относительное содержание этих УВ меняется (см. рис. 4). Однако факторы, контролирующие эти вариации, которые, несомненно, связаны с биохимией липидов исходного живого вещества и обстановками его захоронения, пока неясны. Среди тетрацикланов идентифицированы УВ С24-С27 (см. табл. 7). Они распределены по относительным концентрациям абсолютно однообразно, но чаще всего встречается С24. Его относительное содержание составляет 76,32-98,30 % на сумму УВ этого гомологического ряда. Далее с ростом молекулярной массы концентрация УВ резко снижается. В некоторых образцах повышено содержание УВ С27 (16,72 %).
Природа исходного живого вещества и обстановки его захоронения. Изложенные выше особенности геохимии ОВ в породах иланской и урманской свит однозначно указывают на его генетическую связь с высшей наземной растительностью (ее липидным комплексом). В пользу этого свидетельствуют следующие факты:
1. Преобладание в составе н-алканов высокомолекулярных УВ (С25, С27, С29, С31) и высокое (>1) значение отношения н-С27/н-С17 (см. табл. 3).
2. Отношения Pr/Ph>2, указывающие на генетическую связь УВ этого гомологического ряда с высшей наземной растительностью и окислительную обстановку в диагенезе.
3. Значительное преобладание в составе стеранов этилхолестанов (С29). В фанерозойских террагенных отложениях такое распределение стеранов указывает на их образование из липидов высшей наземной растительности.
4. На большом эмпирическом материале установлено, что захоронение ОВ в анаэробной обстановке приводит к такому распределению гомогопанов, при котором концентрация С35>С34. В случае иланской и урманской свит наблюдается обратное соотношение, что указывает на весьма интенсивную аэрацию осадков в диагенезе. Последнее согласуется с выводом, полученным на основе анализа ациклических изопреноидов.
5. В отложениях с преобладанием остатков высшей наземной растительности в насыщенной фракции часто доминирует пентациклический УВ олеанан С30Н52. Существует мнение, что его биохимические предшественники появились только в меловую эпоху [5]. Однако в нижнеюрских отложениях скв. 4 Вездеходная этот УВ присутствует в значительных количествах (см. табл. 5).
6. В тех случаях, когда накопление осадков происходило в бассейнах с повышенной соленостью вод, в составе УВ в значительных количествах присутствует еще один пентациклический УВ - гаммацеран С30Н52, являющийся изомером олеанана. Принято считать, что биохимическим источником этого УВ являются липиды протозоо и некоторых бактерий (Moldovan J.M.n др., 1985; Fu Jiamo и др., 1986). В изученной коллекции гаммацеран встречается редко, что подтверждает пресноводный режим бассейнов, в которых накапливались осадки нижней юры на данной территории (см. табл. 5).
7. Если рассматривать распределение трициклических терпанов по ряду С19-С31 как своего рода "отпечатки пальцев" исходного ОВ, то можно констатировать, что ботанический состав растений, липидные комплексы которых явились источником трицикланов, видимо, менялся. Это в свою очередь указывает на смену во времени континентальных ландшафтов на востоке Западной Сибири в ранней юре.
Катагенез ОВ. Информация об элементном составе керогена (см. табл. 2), отражательной способности витринита, а также пиролитические характеристики указывают на сравнительно невысокую степень преобразованности ОВ юрских отложений. Низкий катагенез ОВ на северо-востоке Западно-Сибирского бассейна на значительных глубинах отмечен А.Э. Конторовичем и др. при изучении Туруханской опорной скважины еще в середине 60-х гг.
Сведения о соотношениях как отдельных стереоизомеров в составе биомаркеров, так и "биологических" и новообразованных в диагенезе и катагенезе стереоизомеров также могут быть использованы для определения уровня зрелости ОВ (Конторович А.Э. и др., 1991; [3-5]). Рассмотрим эти показатели.
1. Известно, что преобладание н-алканов с нечетным числом атомов углерода в цепи наследуется битумоидами от жирных кислот живого вещества, в которых до отделения карбоксильной группы число атомов углерода четное. Такое распределение н-алканов характерно для слабо измененного катагенезом ОВ и не наблюдается обычно на глубине свыше 1,5-2,0 км, где отношение нечетных и четных н-алканов близко к единице. На Вездеходной площади в интервале 3067-3106 м имеют место резкое преобладание нечетных н-алканов над четными и высокие значения коэффициента CPI. Это указывает на очень низкий уровень катагенеза ОВ даже в основании мезозойского разреза.
2. Некоторые показатели катагенетической превращенности ОВ по соотношению изомерных форм стеранов и гопанов приведены в табл. 8. Из анализа значений показателей по стеранам видно, что зрелость битумоидной фракции ОВ в отложениях нижней юры на Вездеходной площади также невысокая. Хорошим индикатором катагенетической превращенности ОВ является отношение трисноргопанов Ts/Tm. Однако оно позволяет уверенно диагностировать эти показатели только для аквагенного ОВ.
Невысокий уровень зрелости ОВ на значительных глубинах (около 3 км) в Приенисейской части бассейна по сравнению с таковым его центральных районов связан, видимо, с низким тепловым потоком в той его части, в которой под мезозойский чехол погружен древний кратон Сибирской платформы.
Таким образом, анализ всей совокупности рассмотренных геохимических данных позволяет считать, что отложения нижней юры в изучаемом районе обладали крайне незначительным начальным нефтегенерационным потенциалом, причем в силу низкой зрелости ОВ и этот потенциал реализован не был и в термобарические условия ГФН эти отложения никогда не погружались. С точки зрения геохимических предпосылок район бесперспективен на поиски мезозойской нефти. Нельзя, однако, исключать, что в более погруженных зонах ситуация окажется несколько более благоприятной.
Литература
1. Геология и нефтегазоносность Западно-Сибирской низменности - новой нефтяной базы СССР / Под ред. Н.И. Ростовцева, А.А. Трофимука. - Новосибирск: Наука, 1963.
2. Геология нефти и газа Западной Сибири/ Под ред. А.Э. Конторовича, И.И. Нестерова и др. - Новосибирск: Наука, 1975.
3. Нефтегазоносные бассейны и регионы Сибири. Вып. 2. Западно-Сибирский бассейн / А.Э. Конторович, В.С. Сурков, А.А. Трофимук и др. - Новосибирск: ОИГГиМ СО РАН, 1994.
4. Петров Ал.А. Углеводороды нефти. - М.: Наука, 1984.
5. Peters K.E., Moldowan J.M. The biomarker guide: interpreting molecular fossils in petroleum and ancient sediments. - New Jersey. - 1993.
The article reports the preliminary detailed data on organic geochemistry of Lower Jurassic deposits of east Tomsk region. Isotopy, oilgeneration possibilities, an extent of OM transformation of these deposits are characterized, a dynamics of С org. And bitumoid distribution was investigated. A particular attention is focussed on chemofossil distribution: n-alkanes, aliphatic and cyclic isoprenoids of sterane and terpane order. A genetic nature of original OM and its burial conditions were established. Analysis of the total geochemical data showed a low potential of Lower Jurassic deposits within the region discussed.
