CC BY
13Актуальные проблемы нефти и газа ■ Вып. 4(19) 2017 ■ http://oilgasjoumal.ru
ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭВОЛЮЦИИ ФАЗОВОГО СОСТАВА ФЛЮИДА В ПРОЦЕССАХ НЕФТЕ- И РУДООБРАЗОВАНИЯ
А.М. Кузин ИПНГРАН e-mail: [email protected]
Накопленные экспериментальные данные свидетельствуют о значительном сходстве процессов образования месторождений углеводородов и руд. В геологии нефти и газа месторождения углеводородов по содержанию газа подразделяются на газовые, нефтегазовые и нефтяные. Критерием наличия газовой залежи в сейсморазведке является аномально низкие значения отношения скорости продольной волны к скорости поперечной волны (Vp/Vs).
С газовой фазой флюида непосредственно связано образование рудных месторождений, перенос рудной минерализации от магматического до гидротермального типа месторождения осуществляется преимущественно с газовой фазой флюида. Вывод о повышенном содержании газообразного флюида в руде находит подтверждение в результатах геохимических и петрологических исследований. Присутствие значительной доли газов установлено для различных типов рудных месторождений..Газовая фаза - это специфический долгоживущий в геологическом времени след рудообразования [Фридман, 1970]. Среди газовых компонентов в рудах ведущую роль играет углекислота, обнаруженная в 90% флюидных включений минералов гидротермального генезиса, далее, по степени убывания, идут метан, азот, H2S, CnHm, H2, и СО. Состав и концентрации газов варьируют в широких пределах: концентрация CO2 может достигать 8 моль/кг раствора, концентрация СН4-З моль/кг раствора [Наумов, Миронова, 2009].
Ведущая роль газообразных флюидов отмечена в образовании месторождений золота. Изучение золоторудных месторождений Дальнего Востока дало основание сделать вывод о том, что формирование золотосульфидных вкрапленных руд могло происходить из существенно газовых металлоносных флюидов. Перенос благородных металлов в газовых флюидах был выявлен на действующем вулкане Кудрявом Курильской гряды [Волков, Сидоров, 2010]. Согласно [Бортников и др., 2010], мезотермальные месторождения золота формировались в условиях относительно высоких давлений (1-3 кбар) и температур (200-400 оС). Золотообразующие флюиды представляли собой смесь H2O+CO2+CH4+N2+NaCl умеренной до низкой солености.
Пониженные значения Vp/Vs фиксируются в рудных интервалах на месторождениях, даже там, где кремнезем (с ним обычно связываются низкие значения Vp/Vs) присутствует в ограниченном количестве. В работе [Кузин, 2012] был выполнен анализ значений Vs/Vp в рудных интервалах залежей и вмещающей среде по опубликованным данным для месторождений различного типа. Оказалось, что пониженные значения Vp/Vs в рудных интервалах разреза могут быть интерпретированы только повышенным содержанием газообразного флюида [Кузин, 2012].
Одной из причин образования аномалий Vp/Vs в породах консолидированной коры может являться газовая «дистилляция», когда в процессе двухфазной фильтрации происходит закономерное гидродинамическое расщепление фаз с обогащением фронтальных частей флюидных потоков газовой фазой [Кошемчук, 1998]. С газовой «дистилляцией» может быть связано существование газовых струй, обогащенных инертными газовыми компонентами (азотом, гелием и т.п.). В верхних частях гетерофазных флюидных систем должна формироваться «газовая шапка», обогащенная слабо взаимодействующими с водой газами. В относительно закрытых флюидных системах со слабо проницаемыми экранами возможно длительное квазистационарное присутствие «газовой шапки». Для тонкопористых сред в экспериментах наблюдалась пространственная и временная осцилляции газонасыщенности, а также величин потоков флюидных фаз, что, по-видимому, связано с задержкой и накоплением газовой фазы. Это явление - коалесценция газовых пузырей и оттеснение жидкой фазы - позволяет объяснить возможность длительного существования блоков пород с поровым, преимущественно газового заполнения, пространством.
Сопоставление значений параметра Vp/Vs с температурами образования рудной минерализации позволиловыделить тенденциюуменьшения значений Vp/Vs с ростом температуры образования руды. Это можно объяснить двумя факторами: при высоких давлениях и температурах рудная минерализация переносится преимущественно в составе газовой фазы, при этом вмещающая порода сохраняет или приобретает более высокую упругость. Такое подобие в поведении параметра Vp/Vs между залежами рудной минерализации и газа может рассматриваться как общая закономерность раннего этапа в процессе образования месторождений флюидного генезиса. Эта закономерность согласуется с данными анализа содержания металлов в современных бассейнах, приведенными в [Петренко и др., 1985]. Оказалось, что в газоконденсатных парогазовых
смесях растворено значительно большее количество веществ, чем в нефтях. При сопоставлении суммарного количества одних и тех же элементов ^е, Мп, V, Сг, Со, Вг, J и др.) было установлено, что в парах воды содержится в 16,7 раза больше элементов по сравнению с парами углеводородов. В Южно-Каспийской впадине вверх по разрезу мигрировало от 390-1012 до 2,6-1015 м3 природных газов. При глубине 10 км, давлении 170 МПа, температуре 533 К и влагоемкости газов 89 см3/м3 объем переносимых паров воды составляет 35-230 км3 (в пересчете на жидкую воду). В этом случае даже при низкой растворимости паров воды в 385,9 мг/л было перенесено от 13,5 до 88,8 млн тонн веществ в паровой фазе.
Как показали эксперименты на алмазоносных трубках взрыва, обилие твердых обломков в кимберлитах и лампроитах, а также в дайках со значительной серпентинизацией пород свидетельствует о снижении вязкости среды и о том, что образование алмазов происходило преимущественно за счет газообразно-жидкой фазы флюида, а не расплава [Барышев, 2006]. Сходство в развитии флюидных систем в рудных и газонефтеносных районах находит отображение в параметрах и характеристиках сейсмического поля. На рисунке представлена схожая волновая картина преобразования горных пород под влиянием газа в осадочном разрезе (рис. в) и породах консолидированной коры (рис. а-б). При этом отмечается четкая корреляция между распределением амплитуд отраженных волн на разрезе МОГТ (а) и распределением Vp с морфологией сейсмических границ на разрезе ГСЗ (рис. б) на глубинах 8-10 км.
На крупном урановом месторождении в пределах Новоконстантиновского рудного поля на Украинском кристаллическом щите (УКЩ) при проведении горных работ неоднократно фиксировались газопроявления в виде тумана с характерным запахом газоконденсата. Газопроявления сопровождались возгоранием метана [Лукин, 2011]. К этому нужно добавить, что Кировоградский блок (УКЩ) считается перспективным для поисков месторождений коренных алмазов и золота.
Анализ разрезов Vp/Vs в нефтегазоносныхрайонах по данным ГСЗ позволил выявить другую общую закономерность - относительное преобладание повышенных значений Vp/Vs в верхней части консолидированной коры и уменьшение их к средней части, от районов с преобладающей нефтеносностью к районам с преобладающей газоносностью [Кузин, 2011]. Отличием нефтеносных районов от газоносных, согласно геотермическим исследованиям, является наличие нисходящей фильтрации воды и
а - мигрированный разрез по региональному широтному профилю 28 через Мирнинское поле трубок (наблюдения проведены с использованием взрывных источников возбуждения) [Караев, Рабинович, 2000]; б - разрез земной коры через Мирнинское поле трубок по данным наблюдений способом дифференциальных зондирований [Суворов, 1993]. 1 - глубины по данным отраженных волн; 2 - глубины по данным преломленных волн; 3 - разломы; 4 - коромантийная неоднородность [Караев, Рабинович, 2000]; в - временной разрез.
Западная Сибирь. Приуральская НГО, Красноленинский свод, нефтегазоконденсатное месторождение (по С.Р. Бембелю, 2011)
водных растворов [Сардаров, 1989]. Как было показано в работе [Горяинов, Ляховицкий, 1979], высокие значения Vp/Vs соответствуют породам, содержащимв трещинах и порах воду. Это, вместе с результатами изучения геотермического поля в нефтеносных районах, свидетельствует о генетической взаимосвязи нефтеобразования с конвективными гидротермальными системами.
Все типы рудных систем - от магматогенных до гидротермальных -характеризуются конвекцией воды [Синяков, 1987]. В частности, математическое моделирование для крупнейших Стрельцовского и Антея урановых месторождений показало, что к концу рудной стадии в зону рудоотложения поступают флюиды с поверхности Земли, формируются конвективные ячейки [Мальковский и др., 2010]. Следовательно, образование нефти необходимо рассматривать как дальнейшее развитие гидротермальной системы.
Таким образом, в рудных и углеводородных системах прослеживаются закономерности по фазовому составу флюида и развитию конвективного гидротермального процесса независимо от геологического строения и возраста, которые находят отображение в значениях сейсмических параметров.
Статья написана в рамках выполнения Государственного задания в сфере научной деятельности на 2017 г.
ЛИТЕРАТУРА
Барышев А.Н. Периодическое размещение алмазоносных систем и смежные проблемы
геологии // Отеч. геология. 2006. № 6. С. 20-35. Горяинов Н.Н., Ляховицкий Ф.М. Сейсмические методы в инженерной геологии. М.: Недра, 1979. 143 с.
Караев Н.А., Рабинович Г.Я. Рудная сейсморазведка. М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2000. 366 с.
Кошемчук С.К., Магомедов М.А., Алехин Ю.В., Лакштанов Л.З. Двухфазная фильтрация в системах вода-газ. Экспериментальное и теоретическое исследование // Экспериментальное и теоретическое моделирование процессов минералообразования. М., 1998. С. 279-296. Кузин А.М. О возможной природе относительно низких значений параметра Vp/Vs рудных
залежей флюидного генезиса // Геофизика. 2012. № 2. С. 7-15. Кузин А.М. Пространственно-фазовая локализация месторождений углеводородов и отображение конвергентности процессов флюидизации в геологической среде по сейсмическим данным // Дегазация Земли и генезис нефтяных месторождений. К 100-летию со дня рождения П.Н. Кропоткина. М., 2011. С. 276-301.
Лукин А.Е. Создание учения о нефтегазоносных кристаллических массивах - насущная проблема геологии XXI века // Там же. С. 405-441.
Мальковский В.И., Пэк А.А., Алешин А.П. Моделирование флюидного переноса вещества и энергии в процессе формирования месторождений Стрельцовское и Антей (Восточное Забайкалье) // Новые горизонты в изучении процессов магмо- и рудообразования: материалы науч. конф., Москва, Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии (ИГЕМ РАН), 8-11 ноября 2010 г. М., 2010. С. 275-276.
Наумов Г.Б., Миронова О.Ф. Природа газов флюидных включений в минералах // Докл. IX Междунар. конф. «Новые идеи в науках о Земле». М., 2009. Т. 1. 207 с.
Петренко В.И., Котов В.С., Петухова Н.М., Петренко Н.В. Роль паров воды в массопереносе на примере парогазовых смесей газоконденсатных месторождений // Подземные воды и эволюция литосферы: материалы Всесоюз. конф. М., 1985. С. 47-49.
Садаров (мл.) С.С. Структуры в гидротермальных системах. М.: Наука, 1989. 151 с.
СиняковВ.И. Основы теории рудогенеза. Л.: Недра, 1987. 192 с.
Суворов В.Д. Глубинные сейсмические исследования в Якутской кимберлитовой провинции. Новосибирск: Наука, 1993. 234 с.
Фридман А.И. Природные газы рудных месторождений. М.: Недра, 1970. 192 с.
