К оглавлению

НЕФТЕГАЗОМАТЕРИНСКИЕ ПОРОДЫ КАЙНОЗОЯ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ АКВАТОРИИ ЧЕРНОГО МОРЯ

О.Л. Нечаева (ФГУП ВНИГНИ), Р.П. Круглякова (ГНЦ ФГУГП “Южморгеология”)

Достоверная оценка перспектив нефтегазоносности невозможна без геохимического прогноза нефтегазоносности, рассматривающего возможность и масштабы генерации УВ, а следовательно, и вероятность заполнения ловушек нефтью и газом в регионах. Это особенно актуально для акваторий, освоение которых требует значительных денежных затрат. Основой геохимического прогноза нефтегазоносности являются информация о наличии (или отсутствии) нефтегазоматеринских отложении в разрезе и их характеристика. Для получения этой информации по восточной части Черного моря было проведено изучение ОВ около 60 образцов разновозрастных кайнозойских глинистых пород Туапсинского прогиба и прилегающих районов акватории (рис. 1). Глубина моря на станциях отбора образцов в Туапсинском прогибе колеблется от 270 до 1900 м, на валу Шатского составляет 2090-2107 м. Интервал отбора образцов изменяется в основном в пределах 0-300 см.

Комплекс аналитических исследований включал петрографическое изучение шлифов, химико-битуминологические исследования (люминесцентный анализ, определение содержания С_орг и хлороформенного битумоида (А_хл), изучение образцов методом Rock-Eval, ИК-спектроскопический анализ хлороформенных битумоидов, определение их группового состава и газохроматографическое изучение насыщенной фракции битумоидов.

В результате проведенных исследований отмечены значительные изменения геохимических показателей по разрезу кайнозоя. Выделяются три толщи отложений (эоценовая, майкопская и неоген-четвертичная), заметно различающиеся по концентрациям С_орг и А_хл, значениям параметров Rock-Eval и др.

В кайнозойском разрезе максимальными значениями перечисленных показателей выделяются глинистые отложения Майкопа (рис. 2). В них концентрации С_орг сильно колеблются, не обнаруживая закономерных изменений. В Туапсинском прогибе, в районе Новороссийска, Джанхота, а также юго-восточнее, в районе Туапсе (см. рис. 1) встречены глины как с относительно невысокими (0,5-0,7 % на породу), так и с повышенными (1,1-2,3 % на породу) содержаниями С_орг. Концентрации А_хл в породах Майкопа не всегда изменяются в соответствии с содержанием С_орг. В большинстве проанализированных образцов как с сравнительно повышенными, так и пониженными концентрациями С_орг они невелики и составляют первые сотые доли процента на породу и 1,5-4,4 % на С_орг (β_хл). В двух обогащенных С_орг образцах, отобранных в разных частях Туапсинского прогиба, рассматриваемые параметры заметно выше и составляют 0,1 и 0,2 % на породу и 5,4 и 8,8 % на Сорг.

Майкопские глинистые образования выделяются среди других аналогичных по литологии палеогеновых, неогеновых и четвертичных отложений и повышенными значениями S₁ и S₂ (см. рис. 2). В обогащенных ОВ образцах значения S₁ и S₂ составляют соответственно 0,9-1,8 и 3,0-10,6 мг УВ/г породы. В глинистых породах, относительно обедненных ОВ, значения тех же показателей уменьшаются до 0,1-0,5 и 0,4-1,4 мг УВ/г породы. Водородный индекс (HI) в майкопских отложениях обычно колеблется в интервале 200-300 мг УВ/г С_орг,иногда повышается до 450 мг УВ/г С_орг, что свидетельствует о присутствии в этом комплексе смешанного и морского ОВ.

При микроскопическом изучении шлифов подтверждено, что в майкопских отложениях присутствуют морское сапропелевое (водорослевое) и смешанное ОВ. Закономерных изменений фациальногенетического типа ОВ с удалением от берега и увеличением глубины моря не отмечено. Почти во всех глинистых породах этого комплекса встречен пирит, и только в единичных образцах из района Джан- хота присутствует сидерит.

Глинистые образования эоцена, неогена и четвертичные, в отличие от майкопских, характеризуются низкими содержаниями С_орг и А_хл и невысокими значениями S₁ и S₂.

В эоцене концентрации С_орг и А_хл составляют в основном первые десятые доли процента на породу (см. рис. 2), β_хл равен 2. Значения показателей S₁ и S₂ составляют соответственно < 0,3 и обычно 0,7-0,9 мг УВ/г породы. HI в рассматриваемом комплексе не превышает 200 мг УВ/г С_орг, что характерно для смешанного типа ОВ.

Изучение шлифов показало, что в эоценовом комплексе, как и в майкопском, встречены морское сапропелевое и смешанное ОВ. Преобладает сапропелевое ОВ, представленное обрывками водорослей либо дисперсной формой. Смешанное ОВ отмечено только в верхах континентального склона различных районов Туапсинского прогиба, где, видимо, была благоприятная обстановка для поступления органического материала наземного происхождения. Из аутигенных минералов во всех образцах встречен пирит.

В неогеновых и четвертичных глинистых отложениях содержания С_орг и А_хл несколько выше, чем в эоценовых. В основной массе образцов этих комплексов они не превышают 0,6 % на породу (см. рис. 2). Несколько более высокие концентрации С_орг и А_хл (соответственно 0,70-1,30 и 0,08 % на породу) встречены в неогеновых глинах на участке акватории между Туапсе и Джанхотом (см. рис. 1). β_хл в рассматриваемых отложениях, как правило, составляет не более 5 %, что свидетельствует о сингенетичном характере большинства изученных битумоидов. На этом фоне заметно повышенными значениями этого показателя выделяются два образца апшеронских глин, отобранные на северо-западе Туапсинского прогиба (см. рис. 1). В них β_хл возрастает до 11 и 20 %, что, возможно, свидетельствует о присутствии эпигенетичного битумоида.

В подавляющей части неогеновых и четвертичных глин, как и в эоценовых, определены низкие значения S₁ и S₂, не превышающие соответственно 0,3 и 1,2 мг УВ/г породы. В обогащенных ОВ неогеновых глинах S₁ увеличивается до 0,4-0,6, S₂ - до 1,6-2,4 мг УВ/г породы. HI колеблется в основном в пределах 100-200 мг УВ/г С_орг, несколько возрастая (до 210-285 мг УВ/г С_орг) лишь в единичных образцах (смешанное ОВ).

Изучение шлифов рассматриваемых отложений показало, что неогеновые и четвертичные образования различаются по фациально-генетическому типу ОВ и набору аутигенных минералов. В неогеновых глинах, приуроченных к различным районам Туапсинского прогиба, преобладает морское сапропелевое ОВ (обрывки водорослей, дисперсное) и очень редко отмечается примесь гумусового детрита. Аутигенные минералы повсеместно представлены пиритом. Иногда, преимущественно в погруженной части континентального склона при глубине моря > 1500 м, вместе с пиритом встречается глауконит. В четвертичных глинах, в отличие от неогеновых, отмечаются в основном смешанное и, как исключение, морское сапропелевое водорослевое ОВ. Эти отложения отличаются от неогеновых образований и набором аутигенных минералов. В них широко распространены гидротроиллит, глауконит и сидерит, наряду с которыми в некоторых образцах наблюдаются единичные включения пирита. Это говорит о более окислительных, чем в неогене, обстановках накопления отложений.

По всему изученному разрезу Т_тах невысокая и изменяется в основном в пределах 420-440 °С, указывая на низкую катагенетическую преобразованность ОВ изученных кайнозойских отложений (градации ПК-МК₁).

Для уточнения информации об условиях накопления и преобразования ОВ рассматриваемых отложений результаты исследования ОВ были дополнены анализом структуры и состава хлороформенных битумоидов.

Проведенное ИК-спектроскопическое изучение нефракционированных хлороформенных битумоидов кайнозойских отложений, отобранных в различных районах Туапсинского прогиба и на валу Шатского, показало, что битумоиды характеризуются сильным поглощением на 1740-1750 и 1480 см^-1 (карбонильная группа С=0), свидетельствующим о присутствии в них сложных эфиров. Фиксируется также более или менее интенсивное поглощение в области 720 см^-1 (группы (СН₂) n >= 4) и нередко на 1380 см^-1 (конечные СН₃-группы), свидетельствующие о наличии в хлороформенных битумоидах длинноцепочечных парафинов. В хлороформенных битумоидах слабо выражены характерные для нефтей полосы поглощения 750, 815, 875 см^-1 (бензольные кольца с 1-2 незамещенными рядом расположенными атомами водорода), а также полоса поглощения 1610 см^-1 (С=С бензольного кольца). Основываясь на материалах Е.А. Глебовской (1971), можно полагать, что полученные спектральные данные подтверждают приведенную информацию о том, что в исследованных образцах присутствует сапропелевое либо сапропелевое с небольшой примесью гумусового материала слабо катагенетически преобразованное ОВ (градации ПК - начало МК₁).

В групповом составе исследованных хлороформенных битумоидов кайнозойских отложений различных районов Туапсинского прогиба УВ, составляющие 55-76 % битумоидов, доминируют над смолисто-асфальтеновыми компонентами. Среди УВ в 3-6 раз превалируют насыщенные.

По групповому составу, как и по другим рассмотренным показателям, в изученном разрезе заметно выделяются майкопские глины. В них установлены наибольшие для исследованных отложений содержания УВ - 70-76 %, в том числе 55-65 % насыщенных, и меньшие концентрации смол - 23-31 % по сравнению с эоценовыми, неогеновыми и четвертичными глинами, где те же показатели равны 55-67, 40-52 и 30-42 % соответственно. Это объясняется, видимо, более восстановительными условиями раннего диагенетического преобразования ОВ в майкопских отложениях относительно других кайнозойских комплексов.

Исследование индивидуального состава алкановых УВ насыщенных фракций хлороформенных битумоидов палеогеновых, неогеновых и четвертичных глинистых отложений Туапсинского прогиба показало, что в проанализированных образцах присутствуют алканы нормального строения от н-С₁₁ до н-С₃₈. В большинстве изученных насыщенных фракций распределение н-алканов бимодальное. На хроматограммах отмечаются два максимума: в низкомолекулярной области на н-С₁₇-н-С₁₉ и в высокомолекулярной - на н-С₂₇-н-С₃₁. Преобладают хлороформенные битумоиды с более интенсивным максимумом в низкомолекулярной части хроматограмм. В единичных образцах фиксируются большие максимумы в высокомолекулярной области. Иногда на хроматограммах виден хорошо выраженный “горб”, отражающий присутствие в насыщенной фракции хлороформенных битумоидов сложной смеси неразделенных соединений. Наличие “горба” свидетельствует о том, что битумоиды подверглись микробиальному окислению, что подтвердилось и групповым составом битумоидов этих образцов, в котором установлены более высокие концентрации асфальтенов (2,6-3,4 %) и спиртобензольных смол (20-21 %) по сравнению с другими изученными глинистыми палеоген-четвертичными отложениями (0-2,1 и 14-20 % соответственно).

Различия индивидуального состава н-алканов исследованных хлороформенных битумоидов, отражающиеся в конфигурации их хроматограмм, объясняются, видимо, некоторой неоднородностью исходной биомассы. Известно, что максимумы н-алканов на н-С₁₇ и н-С₁₉, отмечаемые на многих хроматограммах насыщенных фракций битумоидов изученной коллекции, могут быть связаны с присутствием в биомассе водорослевого морского органического материала. Максимумы в высокомолекулярной области указывают на наличие в биомассе гумусового континентального материала.

Для всех проанализированных насыщенных фракций хлороформенных битумоидов характерно преобладание я-алканов с нечетным числом атомов углерода в молекуле над четными я-алканами. Указанное соотношение проявляется в низкомолекулярной области (CPI (н-С₁₇-н-С₁₉) изменяется от 1,0 до 1,3), но особенно резко - в высокомолекулярной части хроматограмм (CPI (н-С₂₅-н-C₃₃) варьирует от 1,8 до 5,5). Отмеченное заметное преобладание нечетных н-алканов над четными подтверждает невысокую катагенетическую превращенность изученного ОВ. (CPI - коэффициент нечетности - отношение н-алканов с нечетным числом атомов углерода в молекуле к н-алканам с четным числом атомов углерода в молекуле.)

Содержание ациклических изопреноидов в битумоидах составляет 3,8-7,4 % на насыщенную фракцию. Во всех образцах высокомолекулярные ациклические изопреноиды (Σ(i-С₁₈-i-C₂₁) доминируют над низкомолекулярными (Σ(i-C₁₃-i-С₁₆). Их отношение обычно составляет 3,7-7,4, но иногда увеличивается до 10,1-12,8. Отношение пристан/фитан в большинстве проанализированных хлороформенных битумоидов колеблется в пределах 0,7-1,1, что свидетельствует о преимущественно морском генезисе ОВ, диагенетическое преобразование которого происходило в восстановительных условиях. Вывод о морской природе изученного ОВ подтверждается и показателем i-С19/н-С₁₇, значение которого в большинстве проанализированных образцов не превышает 0,5.

Анализ результатов комплексного геохимического исследования отложений кайнозоя и четвертичных восточной части акватории Черного моря позволил сделать следующие выводы.

1. В изученном разрезе благоприятными нефтематеринскими характеристиками обладают только майкопские глины, в которых содержание С_орг нередко достигает 1,0-2,3 %, генерационный потенциал по данным Rock-Eval (S₁+S₂) -6-12 кг УВ/т породы. Большая же часть эоценовых и неогеновых глин исследованного района Черного моря может быть отнесена лишь к бедным нефтематеринским (по классификации Б. Тиссо, Д. Вельте, 1981). Имеющиеся геолого-геохимические материалы позволяют прогнозировать, что майкопские отложения не только в Туапсинском прогибе, но и в других районах восточной части акватории Черного моря характеризуются хорошими нефтегазоматеринскими свойствами. Подтверждением этого предположения могут служить данные по прогибу Сорокина, где в обломках майкопских пород из грязевых вулканов было установлено морское сапропелевое и гумусовое континентальное ОВ, обладающее высоким нефте- и газоматеринским потенциалом (С_орг = 1,2-6,5 %, S₁+S₂ = 2-13 кг УВ/т породы) [4].

2. В исследованных палеоген- четвертичных глинистых отложениях распространено катагенетически слабопреобразованное (ПК-МК₁) морское сапропелевое ОВ, нередко с примесью гумусового материала, присутствие которого, как правило, не контролируется глубиной моря и удаленностью станций отбора образцов от береговой линии. ОВ проанализированной коллекции способно продуцировать как жидкие, так и газообразные УВ.

3. В рассмотренных отложениях Туапсинского прогиба встречены в основном сингенетичные битумоиды. Исключение составляют лишь единичные образцы апшеронских глин из района Новороссийска. Они, в отличие от других глин изученной коллекции, характеризуются заметно более высокими значениями битумоидного коэффициента, что позволяет говорить о возможном присутствии в этих образцах эпигенетичного битумоида. В этом же районе отмечены выходы газа с аномально высоким содержанием метана и его гомологов (ГНЦ “Южморгеология”). Не исключено, что эпигенетичные битумоиды апшеронских глин и газовая аномалия могут быть генетически связаны с майкопскими отложениями.

4. Низкая катагенетическая преобразованность ОВ изученных пород свидетельствует о том, что исследованные палеогеновые и неогеновые отложения, в том числе и хорошие нефтематеринские майкопские глины, только вступают в главную зону нефтеобразования. Массовая генерация и эмиграция жидких УВ в них еще не начались, что подтверждается, как правило, невысокими значениями β_хл и S₁. На этом этапе майкопские глинистые образования могут продуцировать лишь в небольших количествах нефти низкой зрелости.

Геофизические исследования показали, что мощность майкопских отложений в Туапсинском прогибе достигает 4-6 км [2]. Исходя из этой информации можно прогнозировать, что ОВ значительной части майкопских отложений Туапсинского прогиба является более зрелым, чем ОВ изученных майкопских глин. Оно, видимо, находится в средней, а на некоторых участках, возможно, и в завершающей фазе нефтеобразования, когда происходят основная генерация и эмиграция зрелых нефтей. С этим предположением полностью согласуются представления исследователей “Южморгеология” [3], полагающих, что нижнемайкопские отложения в Восточно-Черноморской впадине, прогибах Туапсинском и Сорокина (за исключением их периферийных частей) находятся на градациях МК₁-МК₃ и способны продуцировать нефть. Генерированные майкопскими отложениями УВ, мигрируя в районы опесчанивания разреза и распространения коллекторов и ловушек в Майкопе, а также и в вышележащие комплексы, могли формировать залежи УВ.

Учитывая приведенную информацию, можно прогнозировать, что в Туапсинском прогибе, на валу Шатского и других прилегающих к прогибу приподнятых участках акватории могут быть встречены залежи различных нефтей: зрелых, мигрировавших из глубокозалегающих майкопских отложений, и низкой зрелости, поступивших из менее погруженных пород. Именно эти два типа нефтей были встречены в Западно-Кубанском передовом прогибе [1], сходном по условиям осадконакопления с Туапсинским прогибом.

Литература

1. Баженова О.К. Биомаркеры органического вещества пород и нефтей майкопской серии Кавказско-Скифского региона / О.К. Баженова, Н.П. Фадеева, М.Л. Сен-Жермес и др. // Геохимия. - 2002. - № 9.

2. Головинский В.И. Тектоника и перспективы нефтегазоносности до- майкопских отложений российской части Черного моря / В.И. Головинский, Н.Ф. Кузнецова // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. - 2003. - № 2.

3. Мейснер Л.Б. Прогноз распределения зон катагенеза в кайнозойских породах глубоководной впадины Черного моря / Л.Б. Мейснер, Т.Н. Мейснер // Нефть и газ юга России, Черного, Азовского и Каспийского морей - 2005. Тез. докл. 2-я Международная конференция по проблеме нефтегазоносности Черного, Азовского и Каспийского морей. - Геленджик: Изд-во ГНЦ ФГУГП “Южморгеология”, 2005.

4. Фадеева Н.П. Проявление главной фазы нефтеобразования в породах кайнозоя Крымско-Кавказского региона / Н.П. Фадеева, О.К. Баженова, Ю.А. Петриченко // Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа. К созданию общей теории нефтегазоносности недр. - Кн. 2. - М.: Изд-во ГЕОС, 2002.

© О.Л. Нечаева, Р.П. Круглякова, 2008

Abstract

Proved evaluation of oil and gas prospects is impossible without geochemical prognosis of oil and gas potential considering possibilities and hydrocarbon generation scales and consequently a possibility of filling traps with oil and gas in regions. This seems to be important for water areas requiring significant investments for their development. The basis of geological prognosis of oil and gas potential should serve information about the presence (or absence) of oil and gas source rocks in section and their characteristics. For obtaining such information about the eastern part of the Black Sea, organic matter study in about 60 samples of different age Cenozoic clayey rocks of Tuapsinsky trough and adjacent areas of water area was carried out. Results of complex geochemical investigations of organic part of Cenozoic clayey deposits of the eastern part of offshore Black Sea allowed to conclude that in Tuapsinsky trough, on the Shatsky swell and other adjacent to trough elevated parts of water area could be found pools of different oil types: mature, migrated from deeply occurred Maikop deposits and low maturity came from less occurred Maikop rocks. Just such two oil types were found in West Kuban foredeep similar by sedimentation conditions with Tuapsinsky trough.

Рис. 1. СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ СТАНЦИЙ ОТБОРА ОБРАЗЦОВ В ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ АКВАТОРИИ ЧЕРНОГО МОРЯ

1 - границы тектонических элементов; возраст отложений: 2 - Q, 3 - N, 4 - P₃-T₁(mkp), 5 - Р₂; 6 - вероятно присутствие эпигенетического битумоида

Рис. 2. ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ С_орг, А_хл И ПАРАМЕТРОВ ROCK-EVAL ПО РАЗРЕЗУ КАЙНОЗОЙСКИХ И ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ АКВАТОРИИ ЧЕРНОГО МОРЯ