CC BY
47
ГЕОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 553.98 (282.247.18)
О НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ ВАРАНГЕР-ТИМАНСКОГО ПОЯСА БАЙ-КАЛИД
О.С. КОЧЕТКОВ, И.И. ЛЕБЕДЕВ
Ухтинский государственный технический университет, г. Ухта [email protected]. [email protected]
В последние годы нашими работами на Кольском полуострове в районе продолжения рифейских структур Тимана (полуострова Рыбачий, Средний, о-в Киль-дин) установлена высокая газоносность рифейского фундамента, которая уходит и ниже в пределы границы с мантией. В то же время в фундаменте Ти-мана зафиксирована масса нефтегазопроявлений, в т.ч. газовые месторождения, которые говорят о его нефтегазовом потенциале. Нами доказано, что верхнедевонская доманиковая формация никогда не была нефтематеринской, хотя заключает горючие сапропелевые сланцы. Специальные исследования углеводородных газов (УВ-газов) тиманского фундамента позволили выявить закономерное превышение содержаний непредельных УВ по отношению к предельным на всём протяжении Варангер-Тиманского пояса.
Ключевые слова: Варангер-Тиманский пояс байкалид, миграция, фундамент, мантия, непредельные и предельные УВ, абиогенный генезис УВ
O.S. KOCHETKOV, I.I. LEBEDEV. ON THE PROBLEM OF OIL-AND-GAS CONTENT IN VARANGER-TIMAN BAIKALITE BELT
In recent years working on the Kola Peninsula in the region of continuation of Timan Riphean structures (Peninsula Rybachiy, Sredniy, island Kildin) we established a high gas presence of the Riphean basement which goes lower into the border limits with a mantle. At the same time in Timan basement we fixed a lot of oil and gas shows including gas fields, so we can speak about its oil and gas potential. We proved that the Upper Devonian Domanic formation has never been source-bed though it includes oil dysodile shales. Special researches of Ti-man basement UV-gases allowed to reveal the natural excess of nonlimiting UV content in relation to limiting UV along the entire Varanger-Timan belt.
Key words: Varanger-Timan baikalite belt, migration, basement, mantle, nonlimiting UV and limiting UV, abiotic UV genesis
За последние 20 лет произошли принципиальные изменения в концептуальном плане относительно происхождения нефтяных флюидов и их скоплений: абиогенная гипотеза происхождения нефти утвердилась как теория в отличие от биогенной, которая так и осталась гипотезой.
В результате разновозрастные фундаменты осадочных бассейнов, несмотря на присущий им региональный метаморфизм, «убивающий» первичные битумоиды, также стали рассматривать как потенциально нефтегазоносные. Причина кроется в полученных доказательствах наличия постмета-морфогенных эпибитумов в породах фундаментов, имеющих ювенильный мантийный источник УВ-флюидов, и в открытии крупнейших месторождений УВ в фундаментах первоочередного докембрийско-го возраста («Белый тигр» во Вьетнаме и др.).
В частности, нами в монографическом издании [1] показана реальная и потенциальная нефте-газоносность байкальского фундамента эпибай-
кальской Печорской плиты (газовая Водненская залежь в метасланцах и нефтегазовые проявления в фундаменте Южного Тимана), т.е. в пределах Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции (ТПП). Хотя ещё недавно фундамент рассматривался с позиций биогенной гипотезы как не подходящий для генерации УВ комплекс пород. Такая позиция отражала латераль-секреционную концепцию генерации УВ в осадочном чехле за счет рассеянного органического вещества (РОВ). Но нами изучен типичный нефтематеринский осадочный комплекс доманика в девоне Ухтинского района, и получены бесспорные доказательства его инертности в плане генерации УВ и свободной микронефти на любой стадии литогенеза. То же самое видим в продуктах жильной минерализации альпийского типа, когда гидротермальные кальцитовые жилы (250°С) включают «свежие» обломки битуминозных вмещающих пород (горючих сланцев, битуминозных мергелей) без признаков перемещения битуми-
нозного вещества и «осветления» обломков. Зато в том же доманике в зонах дизъюнктивных нарушений наблюдается свободная жидкая нефть, мигрирующая из нефтепродуктивных залежей нижележащего «тиманского» горизонта. В историческом плане эту нефть в «доманикитах» с р. Ухты приняли за первичную, а вмещающие породы, в том числе горючие сланцы - за нефтематеринские ещё тогда, когда при Петре I образцы «доманикитов» изучались в Дании.
Наконец, в последние пять лет нами проведены исследования Варангер-Тиманского пояса байкалид на севере Кольского п-ова - в районе ба-ренцевоморского побережья, на полуостровах Средний и Рыбачий. В частности, была проведена газовая съемка масштаба 1:10 000 по выявлению содержаний в грунтах и почвах метана и пропана, а также полевые маршрутные исследования обнаженного байкальского фундамента [2]. Полученные результаты сводятся к следующему.
• Повсеместно наблюдается процесс дегазации фундамента по регматическим трещинам.
• В одних случаях дегазация активно проявляется по диагональным трещинам, в других - по ортогональным. Как правило, концентрации метана и пропана низкие (тысячные доли %).
• Удалось выявить точки аномальных концентраций, которые отвечают пересечениям регмати-ческих разломов, зафиксированных нами ранее и нанесенных на карту. Концентрации метана и пропана в них составили 10-50 об.% метана и 1-14 об.% пропана.
• Совершенно очевидно, что основная миграция восходящих флюидов УВ происходит и происходила ранее в виде поднимающихся струйных потоков по «трубам дегазации и конденсации» на стыках крупных тектонических блоков и имела сквозной коровый характер.
Последнее утверждение доказывается наличием метана и тяжёлых углеводородов в породах катархея в забое на глубине 11,8 км и выше по разрезу скважины СГ-3 «Кольская сверхглубокая» [3]. Она расположена в 30 км западнее района наших исследований. О том же свидетельствуют и данные по скважине Ярега-700, расположенной на Южном Тимане, где в фундаменте в интервале 1000-4000 м были вскрыты зоны разуплотнения со значительными концентрациями метана и его гомологов, а также эпибитумов.
• Вышесказанное позволяет утверждать с полным основанием, что глубинный восходящий характер миграции УВ сохраняется и в условиях перекрытия фундамента осадочным чехлом, обуславливая формирование УВ-залежей на самых разных стратиграфических уровнях, как в осадочном чехле, так и фундаменте.
• Установлены вещественные доказательства восходящих путей миграции нефтяных УВ в пределах регионального разлома Комагельв-Тролль-фиорд в виде остаточных выделений антраксолита в открытых тектонических трещинах как продукта
окисления поднимавшихся в недавнем прошлом горячих нефтяных флюидов (карбонилизация нефтей).
Таким образом, полученные результаты в целом наглядно определяют формирование УВ-месторождений как продуктов миграционных процессов УВ в единой флюидодинамической напорной системе мантия-фундамент-осадочный чехол. На примере Варангер-Тиманского пояса байкалид, применяя методологию абиогенной концепции, нами построена прогнозная карта размещения УВ-месторождений для южной части Печорско-Барен-цевоморской нефтегазоносной акватории. Она позволяет с учетом регматической сетки разломов наметить точки бурения разведочных скважин в условиях мелководного и глубоководного шельфа.
Одновременно нами исследовались особенности поведения восходящих газово-жидких эманаций УВ, абсорбированных вмещающими породами [1, 4]. Апробировались образцы керна метасланцев и других пород фундамента, нередко содержащих нефть в трещинах, а также ряд образцов из перекрывающих базальных девонских пород Крохаль-ской антиклинальной структуры (Южный Тиман), включающей несколько ниже по разрезу газонефтяную залежь. Битуминологический анализ образцов был выполнен в лаборатории Института геологии Коми НЦ УрО РАН Д.А.Бушенёвым.
Хроматограммы битумоидов из пелитолита (рис. 1, обр. №7) и других пород фундамента и осадочного чехла по элементному составу - хлоро-форм-бензольной (ХБА) вытяжки УВ из пород свидетельствуют о преимущественно пониженных содержаниях углерода (70,0-80,0%) и высоких водорода (11,0-12,0%). Это свойственно эпигенетическим остаточным битумоидам, мигрирующим в виде микронефти в толще пород, якобы оторванной от сингенетичного битумоида РОВ, т.е. это форма подвижного битумоида [5]. Вместе с тем, отношение ХБА/СПБ во всех образцах, кроме одного, выше 1,0, что свидетельствует о преобладании «нейтрального» подвижного битумоида над «кислым» инертным, ещё раз подчёркивая преобладание миграционного эпигенетического остаточного битумоида в породе. Составляющий исключение образец соответствует серому пелитолиту из осадочного чехла (рис. 1. обр. №7). В нём ХБА/СПБ значительно ниже единицы (сотые доли единицы), т.е. «кислый» битумоид значительно преобладает. Этот факт связывается нами с наличием в пелитолите рассеянного углистого растительного детрита, который содержал «кислый» биту-моид сингенетичный стадии седиментогенеза и растворимый в СПБ.
Изучая хроматограммы, нами выделено ряд закономерностей.
• Для пород фундамента с больших глубин свойственна тенденция к выравниванию концентраций УВ (мало- и высокоуглеродистых). Кроме того, растёт степень окристаллизованности тяжёлых УВ (рис. 1, образец 24), и её максимум сдвигается от С21-22 к С25-28.
• Для девонских базальтов (рис.1, обр. 9, 23), располагающихся на контакте фундамента и оса-
мВ
500
400
300
200
100
мВ
200
150
100
50
1. Из1
образец 7 (ХБА)
СО
О
О о см ^
Ом
О , ч г\1 » % ^ СМ СО г\1
° °О^ОО^о
! 1 ! СО т-
О п
^ I | 1,1.^
цдА■
Й
(йВ
130
120
110
100 90 80 | 70 60 50 40 - 30
20 10
образец 9 (ХБА)
ю
20
30
40
мин
адВ
10
20
30
40
образец 23 (ХБА)
<75 Сч1 со о N СМи
СМ о (£> О I см О
§ 18.
ГУ гч о
IV
)Ма
I
Д и /
№
2^
т
1Г
250
200
150
.100
50
л№
10
20
30
40
мин Ф
образец 2 4 (ХБА)
§иЕ|яйя8§8§ч
П
Ши
[ | I ,223
! мШг
; щ
Й !| I ’’У I
№
%
10
20
30
40
МП
анные «типичные» хроматограммы ХБА образцов: 7 (пелитолит), 9 и 23 (базальты), 24 (тёмно-серый метасланец) Крохальской структуры.
дочного чехла и выше по разрезу, характерны в целом равные значения содержаний тяжёлых УВ. С глубиной происходит лишь появление высокоуглеродистых ТУВ группы С29_з1, а максимум окри-сталлизованности УВ сдвигается от С18 к С25-26 (подобно фундаменту). При этом трещинный характер миграции нефти сохраняется.
• Для тяжёлых УВ образцов базального аргиллита и пелитолита девонского возраста характерны высокая степень окристаллизованности ТУВ, малые значения содержаний высокоуглеродистых УВ, в большем количестве присутствуют УВ группы С13-15. Во всех образцах метан содержится в количестве более 10 %.
Подобные результаты позволяют представить процессы инверсии мигрирующих УВ, происходящие на границе фундамент - осадочный чехол. Принимая во внимание восходящий характер флюидов, авторы констатируют следующие особенности (с глубины к поверхности):
• При переходе от метаморфических к осадочным породам происходит увеличение степени окристаллизованности тяжёлых УВ. При их трещинной миграции по магматитам (базальтам) подобных изменений не происходит.
• Одновременно в процессе миграции высокоуглеродистые УВ инверсируются в малоуглеродистые, т.е. развивается процесс деструкции с отделением метил-метиленовых структурных групп. Подобный процесс происходит в условиях нагрева пород от 60°С до 320°С [6].
• Затем нейтрализация структурных групп приводит к образованию метана.
Обсуждение результатов
Как видим, всему процессу битуминизации и миграции УВ-флюидов должны были способствовать достаточно высокая температура, а в осадочном чехле, в определенной мере, каталитические способности глинистых минералов. Этот пример, несмотря на свою локальность, отражает очень важный процесс преобразования восходящих ювенильных УВ у контакта фундамента с осадочным чехлом, а именно, их деструкцию и метанизацию. Тем не менее, для вышезалегающего базальта хроматограмма тяжёлых УВ снова близка по своей характеристике таковым из нижнего базальта и сланцев фундамента, отражая тем самым возможность миграции ТУВ по трещинам без воздействия глинистого субстрата пелитолита на инверсию высокоуглеродистых УВ. Этот механизм объясняет состав ярегских тяжёлых нефтей с позиций модели сквозной трещинной миграции ювенильных УВ-флюидов.
Распространённость абсорбции олефинов различными породами фундамента (независимо от их состава на протяжении всего Варангер-Тиман-ского пояса байкалид с повышенной концентрацией относительно парафинов на общем фоне весьма низких концентраций абсорбированых УВ) подчёркивает закономерный характер этого процесса и его
стабильность. Столь высокий уровень абсорбции олефинов отражает, во-первых, стабильность их присутствия в УВ-флюидах, мигрировавших в условиях фундамента к настоящему времени. Во-вторых, он характеризует повышенную степень концентрации абсорбированных олефинов сравнительно с парафинами и уступает только метану. В-третьих, в породах байкалид создан своеобразный «фронт» накопления абсорбированных олефинов, которые в условиях фазы тектоно-магматической активизации легко могут преобразовываться в парафины. В-четвёртых, по расчётам Э.Б.Чекалюка [7], а также реальным концентрациям олефинов в глубинных пиробитумах, они служат «посланниками» мантийных УВ как источников поступления самих олефи-нов и парагенных с ними парафинов в земную кору. Тем самым наблюдаемое поведение непредельных УВ в байкалидах Варангер-Тиманского пояса подтверждает «мантийные» абиогенные начала УВ-флюидов в земной коре и нефтегазоносном бассейне Тимано-Печорской провинции, в частности.
Олефиновый фронт байкалид Варангер-Ти-манского пояса весьма контрастирует с биогенными УВ зоны гипергенеза в различных нефтегазоносных регионах. Имеется ввиду микробиотическое образование метана в иловых растворах, где они также и сорбируются иловыми коллоидами. Соответствующие данные в количестве 60 проб приводятся как собранные по всему миру из многих первоисточников в монографии «Метан» [8, с. 110-113]. Резюмируя, можно констатировать: содержания метана колеблются (в об.%) от 0,2 до 30 в глубинных (до 20 м) условиях иловых осадков. На глубинах более 30 м (донные осадки Чёрного моря) его содержание падает до 0,0043 и менее. Концентрации других УВ составляют 27х10-4 об%. Гомологи метана имеют сравнимые значения содержаний. Для сравнения - алкены, начиная с этила, имеют преимущественно нулевые или весьма малые концентрации: этил - до 1,2х10-4 об%, пропил - до
0,16х10-4 об%, бутил - до 0,2х10-4 об%. Таким образом, алкены практически отсутствуют. Но при этом нужно помнить, что малые концентрации алканов и алкенов могли быть привнесенными, т.е. глубинными, до начала микробиотического воздействия на осадок. Сравнение показывает, что стабильная концентрация алкенов в породах байкалид - закономерное явление, обусловленное действием постоянного фактора в межрегиональном масштабе, независимо от вмещающих условий среды. Подобным фактором может быть лишь глубинный восходящий подъём УВ, охватывающий земную кору, т.е. «углеводородное дыхание» Земли. Пример с алкенами в байкалидах служит убедительным доказательством этому глобальному процессу.
В целом, байкальский фундамент рассматривается нами как базис одной из ступеней глубинной миграции УВ. При проведении научных изысканий с помощью метода термической газовой хроматографии в данной области были получены новые результаты [9]: в составе сорбированных мигрирующих газов постоянно присутствуют и
преобладают непредельные УВ. В ходе комплекса методических исследований данный вывод был экспериментально подтверждён для всех пород комплекса байкалид, начиная с территории полуостровов Рыбачий и Средний, п-ова Канин и всего Тимана (данные по составу - см. рис. 2). Во-первых,
стояли в своих трудах В.Б.Порфирьев и В.А.Успен-ский [11]. Молодой возраст месторождений УВ вполне приемлем, так как факты проявления нескольких тектонических активизаций уничтожают древние скопления углеводородов, превращая их в твёрдые битумы или окисленные газы.
скв. 348, сланец т/с. "Водный Промысел"
- 3/592-3, базальт, Юж.Тнман
-№1 обн. 1417, Мезенская Пижма
■№18,Б-1. доломнтт/с, Джежпм-Парма №4. песчаник, р. Черная, Сев.Тнман
-обр.22, сланец черный, р Нюдер,п-ов Канин
•76/б.кв.песчаник, п-ов Средний
■72/2, сланец, п-ов Среди їй
-148/3, конгломер ат, п-ов Рыбачий
Рис. 2. Графики содержаний сорбированных углеводородных газов серии С^С5 в байкалидах Варангер-Тимана (в об.%).
наличие подобных газов в осадочно-метаморфических породах, испытавших действие температур порядка 400-500°С, а также в магматитах однозначно свидетельствует об их эпигенетичности. Во-вторых, подобный состав сорбированных газов наблюдался и в плотных, и разуплотнённых породах, что косвенно подтверждает первый вывод, а также доказывает их высокотемпературный эндогенный источник.
Таким образом, УВ-флюид, содержащийся в байкалидах Варангер-Тимана, однозначно имеет связь с каким-либо более глубинным источником (скорее всего, ювенильного мантийного характера), как и другие нефтяные флюиды в ТПП. Последнее было показано расчётным путём на анализе УВ-изомеров [1, 10]. О том же свидетельствуют расчётные модели академика Э.Б.Чекалюка [7], подтверждающие широкое представительство непредельных УВ в верхней мантии Земли. Именно непредельные УВ входят в состав пиробитумов, сохранившихся в пегматитовых жилах Балтийского щита, имеющих возраст около 50 тыс. лет. Очевидно, этот возраст характеризует процессы нафтидо-генеза, который в итоге привёл к формированию УВ-месторождений Тимано-Печорской провинции в фундаменте (Водненская газовая залежь) и осадочном чехле. В частности, на подобных позициях
Литература
1. Кочетков О.С., Гайдеек В.И., Алисиевич Л.Н. и др. Геология и нефтегазоносность фундамента и базальных горизонтов осадочного чехла Печорской плиты // Актуальные научно-технические проблемы развития геоло-го-геофизических промысловых и поисковоразведочных работ в Республике Коми: монография. Ухта, 2001. С. 87-260.
2. Кочетков О.С., Адищев В.В. О роли регмаге-неза в миграции и накоплении углеводородов// Сборник научных трудов: материалы научно-технической конференции (15-18 апреля 2008 г.): в 2 ч.; ч. I / Под ред. Н.Д. Цха-дая. Ухта: УГТУ, 2008. 421 с.
3. Исследование глубинного строения континентальной коры с помощью бурения Кольской сверхглубокой скважины / Гл. ред. Е.А.Козловский. М.: Недра, 1984. 490 с.
4. Кочетков О.С., Лебедев И.И. О преобразовании мигрирующих битумоидов в зоне контакта фундамент-осадочный чехол (на примере Крохальской структуры Южного Тима-на) // Сборник научных трудов: материалы научно-технической конференции (13-15 апреля 2010 г.): в 3 ч.; ч. I / Под ред. Н.Д. Цха-дая. Ухта: УГТУ, 2010. С. 149-151.
5. Словарь по геологии нефти и газа. Л.: Недра, 1988. 679 с.
6. Готтих Р.П., Писоцкий Б.И. Геохимические особенности и флюидодинамика нефтеобразующих систем // Дегазация Земли и генезис углеводородных флюидов и месторождений. М.: ГЕОС, 2002. 370 с.
7. Чекалюк Э.Б. Нефть верхней мантии Земли. Киев: Наукова думка, 1967. 256 с.
8. Алексеев ФА., Войтов Г.И., Лебедев В.С., Не-смелова З.Н. Метан. М.: Недра, 1978. 310 с.
9. Лебедев И.И. Геология углеводородных газов в породах фундамента Варангер-Тиманского пояса байкалид // IX Международная моло-
дежная научная конференция «Севергеоэко-тех-2009»: Материалы конференции; в 3 ч.;
ч. 2. Ухта: УГТУ, 2009. С. 294-297.
10. Кочетков О.С., Алисиевич Л.Н., Гайдеек В.И., Юдин В.М. О путях формирования месторождений нефти и газа (на примере Тимано-Печорской провинции) // Геология нефти и газа. 2000. №5. С. 44-49.
11. Дегазация Земли и генезис нефтегазовых месторождений (к 100-летию со дня рождения академика П.Н.Кропоткина) / Отв. редакторы ак. А.Н.Дмитриевский, Б.М.Валяев. М.: ГЕОС, 2011. 504 с.
Статья поступила в редакцию 09.10.2012.
