Бібліотека Дамірджана - Геологія нафти та газу №020

Ізопренани та ізотопний склад вуглецю – геохімічні показники генетичної природи нафт

Є.Я. ГАВРИЛОВ, І.Б. КУЛІБАКІНА, В.І. СТАРОСІЛЬСЬКИЙ (ВНДІгаз), О.А. АРЕФ'ЄВ (ІГІРГІ)

В даний час існують різноманітні геохімічні коефіцієнти, що дозволяють прогнозувати фазовий стан УВ-скупчень, шляхи міграції нафти і газу, близькість до осередків генерації та ін. Успіхи, досягнуті органічною геохімією в останні десятиліття, дозволяють з нових позицій підійти до з'ясування генетичної природи нафт. Оскільки нафта є складною хімічною сполукою, що складається з безлічі індивідуальних вуглеводневих та невуглеводневих компонентів, для встановлення типу вихідного ВВ та умов його поховання виникає необхідність застосування комплексних досліджень, що базуються на сучасних методах аналізу (мас-спектрометрія, ГРХ). В останні роки стали використовувати як генетичні критерії співвідношення між окремими реліктовими УВ нормальної та ізопреноїдної будови, що дозволяють судити про первісний тип ВВ [2].

Як найбільш інформативний показник зазвичай використовується відношення пристана до фітану, так як дана величина залежить в основному від умов седиментогенезу опадів. Як відомо, утворення пристану обумовлено процесами перетворення фітолу з наземного ОВ в окислювальних умовах, тоді як фітан генерується переважно з морського OB при пануванні відновлювального середовища в басейні седиментації (Ал.А. Петров, 1974).

Відмінності за умов седиментації зумовлюють і певні відмінності в ізотопному складі вуглецю ОВ та нафт.

Проведені раніше дослідження [4] показали збагаченість аквагенного (алінового) ОВ легким ізотопом 12 С порівняно з теригенним (арконовим).Л.А. Кодіна та Е.М. Галімов (1982 р.) вважають, що зв'язок ізотопного складу С орг з його континентальним та морським походженням не є однозначним. Щодо ізотопного складу вуглецю (і. з. у.) нафт, генерованих ВВ морського та наземного генези, в даний час не існує єдиної точки зору.

Для з'ясування можливого генетичного зв'язку між окремими геохімічними показниками, що дозволяють судити про вихідний ВВ та ізотопний склад вуглецю нафт, нами були проаналізовані нафти нижньокембрійського та вендського комплексів Сибірської платформи, різних стратиграфічних рівнів Тімано-Печорської НГП, енцево-Карського НГБ та середньокембрійські Балтійської синеклізи. Залучалися також результати аналізів нафти з низки зарубіжних НДБ. Проаналізовані нафти приурочені до відкладень різного літологічного складу (як до теригенних, так і карбонатних та сульфатно-карбонатних), накопичення яких відбувалося в різних басейнах седиментації (від глибоководних морських до континентальних).

Проведена статистична обробка результатів аналізів нафт по зазначеним вище регіонам показала, що відношення пристан/фітан коливається в широких межах (0,5 – 9,2) і змінюється залежно від типу вихідного ОВ та середовища накопичення опадів.

Найбільш високими значеннями відношення пристан/фітан характеризуються (малюнок) нафти типово континентального генези, а також нафти середньокембрійських відкладень Балтійської синеклізи, генеровані з ОВ, що зазнало значної діагенетичної переробки. Окислення вихідного ВВ алінового типу в стадію діагенезу зумовило псевдоарконовий тип вихідного середньокембрійського ВВ та високі значення коефіцієнта пристан/фітан.

Мінімальні (0,5 - 0,7) величини аналізованого коефіцієнта фіксуються в нафтах вендсько-нижньокембрійського комплексу Східного Сибіру, генерованих з алінового ОВ в умовах високого ступеня засолонення морського басейну. Відносини пристан / фітан у нафтах, що утворилися з ОВ змішаного типу, коливаються в межах 1 - 2. Для уточнення генетичної приналежності нафт були використані дані в. с. у.

Проведені дослідження з вивчення та. с. у. нафтою показали відсутність регіональної залежності ізотопного складу нафт від віку відкладень, що вміщають, хоча загалом найбільш ізотопно легкі нафти (-32 е - 37 °/оо) приурочені до нижньокембрійських і докембрійських відкладів Східного Сибіру. Значне ізотопне полегшення відзначалося раніше і в рифейських нафтах Пермського Пріуралля: в. с. у рифейських нафт Сивінського родовища має значення d 13 С = -30,5 ‰ , тоді як d 13 С нафт девонського комплексу коливається від - 27 до -29,5 ‰. Ізотопнолегким вуглецем (-30,3 ? 31,1 ‰) характеризуються і додевонські нафти Пермського басейну США.

Домішка до вихідного ВВ компонентів арконової природи, ймовірно, призводить до обтяження вуглецю нафт. Однак нафти, генеровані типово континентальним ВВ і ВВ змішаного типу, досить близькі між собою за вмістом важкого ізотопу 13 С (d 13 С = -27 -30 ‰).

У межах одного НГБ можна простежити певну тенденцію до ізотопного полегшення вуглецю нафт зі збільшенням глибини залягання та віку відкладень, що вміщають. Так, у Тімано-Печорській НГП нафти девонського та силурійського комплексів дещо збагачені ізотопом 12 С( d 13 С= –30,9 ± 0,2 ‰ ) порівняно з нафтами тріасового ( d 13 С= –28,6 ‰) та нижньопермсько -кам'яновугільного (d 13 С = -27,4 ‰) комплексів. Проте спостерігаєтьсяізотопне полегшення вуглецю, ймовірно, обумовлено не так збільшенням глибини залягання (і віку) продуктивних відкладень, скільки зміною типу вихідного ОВ. Зазначені варіації у в. с. у. нафти різних стратиграфічних комплексів поряд з достатньою стабільністю і. с. у. нафти у складі кожного їх навіть у межах великих НДБ пояснюються специфікою вихідного ОВ і фаціальної приналежністю нафт.

Причому середньокембрійські нафти, генеровані аліновим, але діагенетично переробленим ОВ, за значеннями d 13 С (-30 -28,1 ‰) потрапляють в ту ж область діаграми, що і нафти континентального і змішаного генези (див. малюнок). Проте слід зазначити, що у в. с. у., ймовірно, впливає переробка в діагенетичну стадію тільки вихідного ОВ, тоді як біодеградація самих нафт не призводить до їх помітного ізотопного обтяження. Прикладом може бути схожість в. с. у. ( –28,4 е –29,1 ‰ ) біодеградованих та незмінених нафт Варандей-Адзьвінської зони Тімано-Печорської НГП.

Таким чином, нафти, генеровані ОВ арконового та алінового типів, характеризуються різними значеннями показника пристан/фітан та в. с. у.

Для порівняння на діаграмі наведено дані щодо розподілу реліктових УВ та в. с. у. у вугіллі різного марочного складу по ряду вугільних басейнів Радянського Союзу (Донецькому, Кузнецкому, Момо-Зирянському). Раніше проведеними дослідженнями (К.Ф. Родіонова, С.П. Максимов, 1981 р.; Б. Тиссо, Д. Велте, 1981 р.) були встановлені залежність відношення пристан/фітан від ступеня метаморфізму вугілля та приуроченість максимальних значень цього коефіцієнта до вугілля газової стадії. Зі збільшенням ступеня катагенетичної перетвореності вугілля значення відношення пристан/фітан знижується.

На відміну відрізкої мінливості відношення пристан/ фітан залежно від ступеня окисленості та катагенетичної перетвореності вугілля їх ізотопний склад змінюється вкрай незначно: діапазон варіації d 13 С у вугіллі вкладається у значення -26,5 -23 ‰ (незалежно від виходу летких). Близькі значення d 13 З вугілля різного марочного складу свідчать про те, що не тільки механізм фракціонування ізотопів при фотосинтезі, але і весь комплекс умов, що впливають на ізотопний склад вуглецю (включаючи концентрацію та значення d 13 С атмосферної вуглекислоти), порівняно мало змінилися за всю геологічну історію розвитку Землі. Відносне сталість значень d 13 З пояснювалося як гомогенізацією ОВ, а й втратою ліпідів і реакціями декарбоксилювання в процесі еволюції вугільного ОВ [1].

Аналіз наведених даних показує, що нафтам, генерованим з ОВ алінового типу, відповідає відносно ізотопнолегкий вуглець (d 13 С = -36,5 -30,5 ‰). Збагачення вихідного ВВ і нафт верхнього докембрія і нижнього палеозою легким ізотопом вуглецю пояснюється окремими дослідженнями більш відновним характером біосфери в період, що розглядається.

Нафтам арконового типу та нафтам, утвореним з ОВ, що зазнав значної діагенетичної переробки, відповідають більш високі значення відношення пристану до фітану (більше 1,5 – 2) та ізотопно більш важкий вуглець ( d 13 С= –30,5 е –26,5 ‰).

Ще більш широким розкидом значень відношення пристан/фітан характеризуються вугілля різної стадії катагенетичної перетвореності, що пояснюється відсутністю ізотопного фракціонування в процесі діагенезу і катагенезу і схожістю ізотопного складу сучасного ОВ і попередніх наземних рослин [4].

Таким чином, дані поспіввідношенню ізопреноїдних УВ та ізотопний склад нафт у досліджених регіонах можуть бути використані як геохімічні показники їх генетичної приналежності та для встановлення джерела генерації. Це дозволяє більш обґрунтовано проводити спрямовані пошуки покладів ПВ певного складу.

Галімов Е.М. Ізотопи вуглецю в нафтогазовій геології. - М.: Надра. - 1973.
Гончаров І.В. Геохімія нафт Західного Сибіру. - М.: Надра. - 1987.
Дегенс Е. Діагенез та катагенез органічної речовини. - М.: Надра. - 1971.
Канторович А.Е., Богородська А.І., Голишев С.І. Розподіл стабільних ізотопів вуглецю в седикахітах різної генетичної природи // Геологія та геофізика. - 1985. - № 7. - С. 3 -18.

РІВ різних типів А – алінового, Б – арконового, В – змішаного, Г – вугілля