CC BY
19
rEGPECyPCbl I GEGRESGURCES w 2021. T. 23. № 1. G. 42-51
grW\
оригинальная статья
Б01: https://doi.Org/10.18599/grs.2021.1.4 ~ УДК 550.4:552.578.2
Ароматические соединения в битумоидах баженовской свиты
севера Хантейской гемиантеклизы
И.С. Сотнич*, Е.А. Костырева
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, Новосибирск, Россия
Рассмотрены основные черты геохимии индивидуальных ароматических соединений (фенантренов, дибен-зотиофенов, моно- и триароматических стероидов) в битумоидах, экстрагированных хлороформом из открытого (из образцов регулярной формы и грубого дробления (>0,5 см)) и закрытого (из образцов мелкого дробления (0,25 мм)) порового пространства пород баженовской свиты. Различия в распределении ароматических соединений органического вещества баженовской свиты на севере Хантейской гемиантеклизы (Сургутский район, Ханты-Мансийский автономный округ, Западная Сибирь) связаны, главным образом, со степенью его катагене-тической преобразованности. Установлено, что степень преобразованности аквагенного органического вещества баженовской свиты на территории исследования уменьшается в юго-западном направлении. Показано, что наиболее чувствительны к вариациям зрелости органического вещества в пределах одной градации катагенеза параметры: CPI, Ts/Tm, 1/K ((н-С17+н-С18)/(Рг+Рп)), MDR (4-МДБТ/1-МДБТ), ДБТИ ((2+3-МДБТ)/ДБТ) и ТАСИ (ТАС I/(TAC I+TAC II)). Замечена отчетливая тенденция к снижению и выравниванию значений некоторых показателей (ФИ, MPI, PP-1, MDR, ДБТИ и др.) в битумоидах закрытых пор по сравнению с битумоидами из открытого порового пространства, что, по-видимому, связано с удалением наиболее преобразованной, легкой и миграционно-способной части органического вещества из породы при извлечении битумоидов открытых пор.
Ключевые слова: органическое вещество, битумоиды, баженовская свита, ароматические соединения, катагенез, фенантрены, дибензотиофены, ароматические стероиды
Для цитирования: Сотнич И.С., Костырева Е.А. (2021). Ароматические соединения в битумоидах баженовской свиты севера Хантейской гемиантеклизы. Георесурсы, 23(1), с. 42-51. DOI: https://doi.org/10.18599/grs.2021.1.4
Введение
Особенности состава и строения нефтяных углеводородов, образованных в ходе эволюции органического вещества (ОВ), особенно насыщенных углеводородов - биомаркеров, используются в качестве наиболее информативных показателей фациально-генетических условий осадконакопления и степени преобразованности органического вещества. Изучение ароматических соединений органического вещества может способствовать подтверждению и/или уточнению данных, полученных в результате исследований насыщенных фракций битумоидов и нефтей (Alexander et al., 1986; Колесников и др., 1991; Kruge, 2000; Конторович и др., 2004; Каширцев и др., 2018; Деревесникова и др., 2019). К числу таких ароматических соединений относятся углеводороды фенантренового ряда, моно- и триароматические стероиды, т.е. полициклические ароматические углеводороды (Radke et al., 1982; Alexander et al., 1986; Cassini et al., 1988; Budzinski et al., 1995; Borrego et al., 1997; и др.), а также сероароматические соединения (САС) - бензо- и дибензотиофены (Ludwig et al., 1981; Schou, Myhr, 1988; Radke, 1988; Santamaria-Orozco et al., 1998; Чахмахчев, Чахмахчев, 1995; и др.).
Дибензотиофены, как известно, являются хорошими индикаторами сильно восстановительных условий диагенеза морских осадков (Kruge, 2000; Чахмахчев, Чахмахчев, 1995; Конторович и др., 2004), поскольку их образование
* Ответственный автор: Инга Cергеевна ^тним e-mail: SotnichIS@ipgg.sbras.ru
© 2021 Коллектив авторов
обусловлено в основном процессами биохимического осернения липидов на ранних стадиях диагенеза (Конторович и др., 2004). Соотношения дибензотиофен/ фенантрен и £ метилдибензотиофенов/£ метилфенантре-нов могут выступать в качестве индикаторов палеогеографических и литофациальных обстановок формирования состава ОВ и нафтидов (Hughes et al., 1995; Чахмахчев, Виноградова, 2003). Для реконструкций условий осадко-накопления используется относительное распределение как моноароматических стероидов (С27-С30), так и триароматических (С20-С21, С26-С28) (Колесников и др., 1991; Деревесникова и др., 2019), а также их соотношение ТАС/МАС (Конторович и др., 2004). В аквагенном ОВ, по данным А.Э. Конторовича с соавторами (Конторович и др., 2004), «стероиды в большей степени преобразуются в ТАС, а в террагенном ОВ - в МАС...».
Вместе с тем генетическое единство моно- и триароматических стероидов позволяет использовать их соотношение (ТАС/МАС) при оценке эволюции нафтидов: количество МАС уменьшается по сравнению с ТАС с увеличением зрелости (Mackenzie et al., 1982; Gallani, Cassani, 1992; Kruge, 2000). Соотношение концентраций высоко- и низкомолекулярных триароматических стероидов (ТАСИ = ТАС I/(TAC I+ТАС II)) также используется для определения степени катагенетической преобразованности органического вещества (Чахмахчев, 1989; Колесников и др., 1991; Kruge, 2000; Конторович и др., 2004). Низкомолекулярные гомологи триароматических стероидов ТАС I (С20-С21) накапливаются при катагенезе либо из-за их большей относительной устойчивости к термическому преобразованию по сравнению с высокомолекулярными TAC II (С26-С28),
либо из-за отрыва алкильного заместителя от циклической структуры ТАС II под действием температуры (Kruge, 2000; Деревесникова и др., 2019).
В процессе эволюции нафтидов в структурах фенан-трена и дибензотиофена интенсивно проходят процессы алкилирования и изомеризации с перегруппировкой ме-тильных радикалов в термодинамически более устойчивое положение (Radke et al., 1982; Radke, 1988; Чахмахчев, 1989; Чахмахчев, Чахмахчев, 1995; Budzinski et al., 1995), что позволяет применять метилфенатреновые и метил-дибензотиофеновые отношения в качестве показателей термической зрелости ОВ. Среди метилфенантреновых показателей наиболее известными и широко используемыми являются MPR (Methylphenanthrene ratio), MPI, MPI-1, MPI-2 (Methylphenanthrene Indices), а также PP-1 и PP-1modified (Phenanthrene parameter) (таблица).
В 2004 г. был предложен также фенантреновый индекс (Конторович и др., 2004). Среди дибензотиофеновых
параметров наиболее известными являются MDR (Methyldibenzothiophene ratio), MDR', MDRp MDR4, MDR2 3 или ДБТИ (Дибензотиофеновый индекс) (таблица).
Информативность параметров зрелости, по мнению исследователей, зависит от генотипа органического вещества, так, например, фенантреновые параметры зрелости показывают наилучшую информативность для континентального ОВ (III тип керогена) (Radke et al., 1982; Cassini et al., 1988; Farrington et al., 1988; Kruge, 2000). В отличии от фенантреновых показателей, метилдибензотиофеновые отношения имеют одинаково высокую информативность при оценке зрелости продуктов преобразования как морского, так и континентального ОВ (II и III типы керогена) (Чахмахчев, Чахмахчев, 1995). Среди изомеров метил-дибензотиофена особенно чувствительны к генотипу ОВ: 1-МДБТ и 4-МДБТ (Schou, Myhr, 1988), однако это влияние существенно только на небольших глубинах (в зонах распространения незрелого ОВ).
Показатель Формула / Использование Источник
Генотип ОВ:
TAC/MAC Преобладание в аквагенном ОВ - TAC, в террагенном - MAC Конторович и др., 2004
Относительное распределение TAC (C26-C28) Преобладание C26 в аквагенном ОВ Колесников и др., 1991; Деревесникова и др., 2019
ДБТ/Ф, X НДБ^Х MФ Повышенные концентрации ДБТ и МДБТ свидетельствуют о восстановительных условиях диагенеза морских осадков Hughes, Holba, Dzou, 1995; Чахмахчев, Виноградова, 2003; Конторович и др., 2004
Распределение MДБT Преобладание 4-МДБТ в аквагенном ОВ Schou, Myhr, 1988; Парфенова, 2017
Степень преобразованности ОВ:
Methylphenanthrene ratio, MPR 2MФ/1MФ m 0 s H 0 0 я я tí Radke et al., 1982; Radke, 1988; Farrington et al., 1988; Чахмахчев и др., 1995
Methylphenanthrene Index, MPI 1,5*(2MФ+3MФ)/(0,69*Ф+1MФ+ 9MФ) Radke et al., 1982; Radke, 1988; Farrington et al., 1988; Чахмахчев, 1989
MPI-1 (1,89*(2MФ+3MФ))/(P+ 1,26*(1MФ+9MФ)) 0 S3 а ю Cassani et al., 1988
MPI-2 (2MФ+3MФ)/(Ф+1MФ+9MФ) о Щ а Колесников и др., 1991
Phenanthrene parameter, PP-1 1MФ/(2MФ+3MФ) с s я Щ с Щ H 0 s Alexander et al., 1986
PP 1 г r " 1 modified (1MФ+9MФ)/(2MФ+3MФ) Cassani et al., 1988; Gallango, Cassani, 1992; Чахмахчев и др., 1995
Фенантреновый индекс, ФИ 2MФ/Ф s ЕВ Конторович и др., 2004
Methyldibenzothiophene ratio, MDR 4-МДБТ/1-МДБТ а 3 m 0 С Radke, 1988; Чахмахчев, Чахмахчев, 1995; Гончаров и др., 2005
MDR' 4-МДБТ /(1-МДБТ + 4-МДБТ) « s я Щ Santamaria-Orozco et al., 1998; Kruge, 2000
MDR1, MDR4 MDRj= 1-МДБТ/ДБТ MDR = 4-МДБТ/ДБТ ей Я со Щ Schou, Myhr, 1988; Santamaria-Orozco et al., 1998
MDR2,3 или ДБТИ (дибензотиофеновый индекс) (2+3-MДБТ)/ДБТ Я Щ № я ч Щ Я Schou, Myhr, 1988; Santamaria-Orozco et al., 1998; Конторович и др., 2004
Триароматический стерановый индекс, ТАСИ ТАС I/(TAC I+TAС II) Чахмахчев, 1989; Колесников и др., 1991; Kruge, 2000; Конторович и др., 2004
Таблица. Основные показатели ароматических соединений для определения генотипа ОВ и степени его преобразованности
НЮЧНО-ТЕХНИЧЕСЩЙ ЖУРНАЛ
www.geors.ru ГЕОРЕСУРСЫ
43
В составе ароматических соединений ряда фенантре-на обращают на себя внимание 1,2,8-триметилфенан-трен и 1,1,7,8-тетраметил-1,2,3,4-тетрагидрофенантрен (ТМТГФ), имеющие родственную структуру (Killops, 1991; Borrego et al., 1997; Каширцев и др., 2018; Бурдельная и др., 2018). В серии триметилзамещенных производных фенантрена преобладающей формой всегда является 1,2,8-триметилфенантрен, который обнаруживается во всех типах ОВ (Killops, 1991; Budzinski et al., 1995; Borrego et al., 1997). Поскольку ТМТГФ является генетическим «предшественником» 1,2,8-триметилфенан-трена (Каширцев и др., 2018; Бурдельная и др., 2018), их соотношение также может быть использовано в качестве дополнительного показателя зрелости.
Целью представленной работы является изучение особенностей распределения ароматических соединений в битумоидах, извлеченных из открытого и закрытого по-рового пространства пород баженовской свиты.
Материалы и методы
В качестве объекта исследования выбрано органическое вещество баженовской свиты центральных районов Западной Сибири, находящееся в главной фазе нефтеобра-зования (MKj2) (Фомин, 2011). Коллекция кернового материала отобрана из разрезов баженовской свиты Дружной, Новоортьягунской, Повховской и Южно-Ягунской площадей (север Хантейской гемиантеклизы, Сургутский район, Ханты-Мансийский автономный округ), приуроченных к следующим тектоническим элементам: 1) Сургутский свод, 2) Хантейская гемиантеклиза, 3) Южно-Надымская мегамоноклиза и 4) зона сочленения гемиантеклизы и мегамоноклизы (рис. 1).
Баженовская свита на изучаемой территории представлена тонкослоистыми и тонкокристалическими породами, слагаемыми глинистым, хемогенным кремнистым и карбонатным материалами (микститы, силициты, карбонаты и их «керогеновые» разновидности) (Конторович и др., 2016; Эдер и др., 2016). Общая геохимическая характеристика органического вещества, результаты исследования битумоидов открытых пор по разработанной в Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука
СО РАН методике и особенности органического вещества в карбонатных породах баженовской свиты были ранее опубликованы (Костырева, Сотнич, 2017; Конторович и др., 2018; Эдер и др., 2019). Используемая в работе методика исследования разработана для обогащенных органическим вешеством осадочных пород, к которым относится и баже-новская свита (Конторович и др., 2018). Методика позволяет в едином цикле исследований определять пористость и нефтенасыщенность пород баженовской свиты и изучать геохимию (распределение, состав и генезис) битумоидов, заполняющих открытые и закрытые поры, а также сорбированных на матрице пород (Конторович и др., 2018а,б). В настоящей работе основное внимание уделено изучению ароматической фракции битумоидов (437 обр.), извлеченных как из открытого, так и закрытого порового пространства пород, методом хромато-масс-спектрометрии. Хромато-масс-спектрометрические (ХМС) исследования проводились на системе, включающей газовый хроматограф AgilentTechnologies 6890, имеющий интерфейс с высокоэффективным масс-селективным детектором MSD 5973N и компьютерной системой (ChemStation) регистрации и обработки информации HPG 1034. Хроматограф снабжен кварцевой капиллярной колонкой HP-5 длиной 30 м, диаметром 0,25 мм. В качестве газа-носителя служил гелий со скоростью потока 1 мл/мин. Температура испарителя составляла 290 °С. Ввод проб проводился без деления потока. Программирование температуры начиналось от 100 °С (изотерма 4 мин) с последующим подъемом до 290 °С со скоростью 4 °С/мин и конечной изотермой в течение 30 мин. Ионизирующее напряжение источника - 70 эВ, температура - 230 °С. Масс-хроматограммы углеводородов (УВ) получены по общему ионному току (TIC), по фрагментным и молекулярно-массовым ионам m/z 178, 192, 206, 220 (фенантрены), m/z 184, 198, 212, 226 (дибензотиофены), m/z 253, 231 (моно- и триаромати-ческие стероиды), а также m/z 219 (для ретена) и m/z 223 (для 1,1,7,8-тетраметил-1,2,3,4-тетрагидрофенантрена). Типовые хромато-масс-фрагментограммы ароматических
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Масштаб Г :2500000
ГРАНИЦЫ
Внутренней области и
I-1 Внешнего пояса
у—^ надпорядковых структур
территории исследования
3|( | скважины
ТЕКТОНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ: ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ
А О порядка D 0 порядка
JmK
VII I порядка II порядка III порядка ПРОМЕЖУ X I порядка II порядка III порядка Е
LüJ И 15
«
ТОЧНЫ
IX Ямал о-Карс кой депрессии XII Обской ступени
ТЕКТОНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ Надпорядковыс структуры Структуры I порядка В - Хантейская гемиантеклиза XII - Сургутский свод А - Южно-Надымская мегамоноклиза
Структуры 111 порядка Положительные Отрицательные
106 - Ягунское куполовидное 87 - Ягунская впадина поднятие 90 - Седельная впадина
112- Тевлинско-Венглинский вал 92 - Южно-Ягунская
Рис. 1. Фрагмент тектонической карты юрского структурного яруса Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции (Тектоническая основа - Конторович и др., 2001). Карта ранее опубликована в работе (Эдер и др., 2019).
m/z= 178+192+206+
223+220+219
Ф
1-МФ 9-МФ
2-М 3-М4
ДМФ
jjlliji
время удсржинания, мин
Ф
МФ
ДМФ
соединений хлороформенных битумоидов баженовской свиты всех литологических разностей, включая и карбонатные (опубликованные ранее в работе (Эдер и др., 2019)) приведены на рис. 2. Идентификация соединений осуществлялась по времени удерживания путем сравнения полученных масс-фрагментограмм с уже имеющимися, а также с опубликованными данными, включая библиотеку Национального института стандартов (The National Institute of Standards and Technology, NIST).
результаты исследований
Фациально-генетический тип органического вещества
Состав и распределение ароматических соединений битумоидов (фенантрены, дибензотиофены и ароматические стероиды) хорошо отражают генетический тип ОВ (Колесников и др., 1991; Hughes et al., 1995; Чахмахчев, Чахмахчев, 1995; Kruge, 2000; Конторович и др., 2004).
В составе фенантренов, составляющих 40-60 % от суммы всех ароматических соединений, идентифицированы голоядерный фенан-трен, метилфенантрены, диметил-фенантрены и триметилфенантрены (рис. 2). Среди них на Повховской и Новоортьягунской площадях преобладают метил- и диметилфенан-трены, в то время как голоядерный фенантрен варьирует в широком диапазоне - от почти полного отсутствия, до концентраций на уровне метилфенантренов. Концентрации метилфенантренов увеличиваются в ряду 3-МФ < 2-МФ < 1-МФ < 9-МФ, при этом содержание 9-МФ составляет около 30-50 % от суммы ме-тилфенантренов, 1-МФ - 25-30 %, а содержания 2- и 3-МФ не превышают 20 %. На Дружной и Южно-Ягунской площадях в наибольших концентрациях присутствуют голоядерный фенантрен и метилфенантрены при доминировании в большинстве образцов голоядерного фенантрена. Подобное распределение фенантре-нового ряда отмечено в верхнеюрско-нижнемеловых нефтях Колтогорского прогиба (Белицкая и др., 2008).
Среди триметилзамещенных производных фенантрена (ТМФ) на всех площадях отмечаются высокие концентрации 1,7,8- (или 1,2,8-) триметилфенантрена. Высокое содержание 1,7,8-ТМФ в баженовской свите может быть объяснено его происхождением из бактерий путем деградации гопаноидов (Killops, 1991). На Южно-Ягунской площади в изученных битумоидах идентифицирован также 1,1,7,8-тетраметил-
1,2,3,4-тетрагидрофенантрен (ТМТГФ) - до 3,5 % от суммы всех соединений фенантренового ряда. Повышенные концентрации ТМТГФ, по данным В.А. Каширцева с соавторами (Каширцев и др., 2018), наряду с высокими концентрациями среди триметилфенантренов 1,7,8-три-метилфенантрена, свидетельствуют о планктонно-водо-рослево-бактериальном составе исходного ОВ. В составе УВ фенантренового ряда в битумоидах Южно-Ягунской и Новоортьягунской площадей также идентифицировано соединение 1-метил,7-изопропил-фенантрен (ретен) - до 2,5 % от суммы всех соединений фенантренового ряда. Присутствие ТМТГФ и ретена ранее уже отмечалось в нефтях меловых и юрских отложений Западной Сибири (Белицкая и др., 2008).
ТМТГФ
ретен
1,7,8-ТМФ
Б m/z = 184+198+212+226
Южно-Ягунская площадь .ДБТ
4-МДБТ 1-МДБТ 2+|-]|лДБТ
дмщт
ТМДБТ
В
m/z = 253+231
TAC II
jÜHiääsi
MLL
TAC I
MAC
1 Q, С.
'28 С-
■29 (J
С
время удерживания, мин Новоортьягунская площадь МДБТ
время удержинания, мин
TAC П
ТМФ
ÍIIjÍJIiÍa»
ДБТ
ШяЛ
ДМДБТ
ТМДБТ
TACI
время удержинания, мин
время удержинания, мин Дружная площадь МДБТ
время удержинания, мин
ДБТ
ДМДБТ
ТМДБТ
LL
TACI
MAC
TAC П
lix
время удерживания, мин
время удержинания, мин Повховская площадь МДБТ
время удержинания, мин
TACI
26 30 34
время удержинания, мин
ДБТ
ДМДБТ
ТМДБТ
к»
TAC П
я о
л ю о
U &
S
ас и а
U Ö и S X <о
0 3 а О С
MAC
JiÍIJl
26 30 34
время удержинания, мин
42 46 50
время удержинания, мин
Рис. 2. Типовые хромато-масс-фрагментограммы ароматических соединений в хлороформенных битумоидах баженовской свиты (по (Эдер и др., 2019) с дополнениями): A -трициклические ароматические углеводороды фенантренового ряда: Ф - фенантрен, МФ - метилфенантрены, ДМФ - диметилфенантрены, ТМФ - триметилфенантрены, ТМТГФ - тетрагидрофенантрен; Б - сероароматические соединения ряда дибензоти-офена: ДБТ - дибензотиофен, МДБТ - метилдибензотиофены, ДМДБТ - диметилди-бензотиофены, ТМДБТ - триметилдибензотиофены; В - ароматические стероиды: МАС - моноароматические стероиды состава Cjj-Co ТАСI - триароматические стероиды состава С20-С21, TAC II - триароматические стероиды состава С26-С28.
НАУЧНО-ТВШИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
www.geors.ru ГЕОРЕСУРСЫ
В составе изученных ароматических соединений фиксируется повышенное (до 45 % и выше) содержание сероароматических соединений ряда дибензотиофена (голоядерный дибензотиофен (C12H8S), его метил-, ди-метил- и триметилзамещенные гомологи) (рис. 2). По мнению А.Э. Конторовича и Е.А. Белицкой с соавторами, такое повышенное содержание САС в ОВ и нефтях баже-новского горизонта может быть свидетельством сероводородного заражения придонных вод Западно-Сибирского морского бассейна в волжское время (Конторович и др., 2004; Белицкая и др., 2008 и др.).
Метилдибензотиофены, которые в изученных битумо-идах баженовской свиты преобладают над остальными гомологами, представлены 1-, 2-, 3- и 4-метилзамещенными изомерами, их содержание в битумоидах увеличивается в ряду 2+3-МДБТ < 1-МДБТ < 4-МДБТ (в пропорциях, в среднем, 20:30:50), что также характерно для аквагенного ОВ (Schou, Myhr, 1988; Парфенова, 2017).
Распределение моноароматических стероидов в биту-моидах баженовской свиты изменяется незакономерно. Их концентрации варьируют в широких пределах, от довольно значительных до почти полного отсутствия (рис. 2). Отношение ТАС/МАС в изученной коллекции битумоидов всегда превышает 2.
Среди триароматических стероидов идентифицированы как высокомолекулярные (ТАС II) состава С26-С28, так и низкомолекулярные (ТАС I) состава С20-С21. Повышенные концентрации ТАС I отмечаются на Дружной (40-60 % от суммы ТАС) и Повховской (30-50 %) площадях, на Южно-Ягунской и Новоортьягунской преобладают ТАС II (более 70 % от суммы ТАС). Среди высокомолекулярных триароматических стероидов С26-С28 во всех битумоидах в наибольших концентрациях присутствует С26, что согласуется с представлениями о механизме образования ароматического стероида С26 из предшествующего ему стерана С27 (Колесников и др., 1991; Деревесникова и др., 2019). Триароматические стероиды С27 и С28 находятся примерно в равных концентрациях.
Таким образом, распределение ароматических соединений (высокие концентрации дибензотиофенов, повышенные значения отношения ТАС/МАС, повышенные концентрации триароматических стероидов С26) подтверждают аквагенную природу ОВ баженовской свиты, что согласуется с результатами исследования индивидуального состава насыщенной фракции битумо-идов (одномодальное распределение н-алканов с преобладанием низкомолекулярных н-алканов состава С16-С19, отношение Pr/Ph < 1, стерановый индекс С29/С27 = 0,6-0,8, трициклановый индекс Itc = 0,2-0,6, отношения гомого-панов С35/С34 = 0,7-1).
Катагенетическая преобразованность (зрелость) органического вещества
В качестве показателей зрелости органического вещества, основанных на распределении ароматических соединений, рассматриваются, как было указано выше (таблица), следующие параметры: фенатреновый индекс (ФИ), метилфенантреновые индексы (MPI, MPI-I, MPI-2, PP-1 и PP-1modified), дибензотиофеновый индекс (ДБТИ), метилдибензотиофеновое отношение (MDR), триарома-тический стерановый индекс (ТАСИ).
Фенантреновый индекс (ФИ) в битумоидах баженовской свиты на всех площадях изменяется преимущественно от 0,3 до 0,5, однако повышенные значения (0,6-1,0) отмечаются в образцах Повховской и Новоортьягунской площадей битумоидов открытых пор (рис. 3).
Метилфенантреновые индексы (MPI, MPI-1 и MPI-2) в битумоидах изменяются в основном в пределах значений 0,4-0,6. В битумоидах открытых пор значения этих параметров выше, чем в закрытых (рис. 3). Для битумоидов Повховской и Новоортьягунской площадей характерны повышенные значения этих параметров (до 1,0), что указывает на их большую преобразованность по сравнению с битумоидами Дружной и Южно-Ягунской площадей.
Метилфенантреновое отношение (PP-1) варьирует от 0,8 до 1,0 на всех площадях. Значения этого параметра в битумоидах закрытых пор по сравнению с открытыми увеличивается на Дружной площади, уменьшается на Повховской и Новоортьягунской (рис. 3). В отличии от PP-1, значения модифицированного параметра PP-1modifled остаются постоянными. В южно-ягунских и дружных битумоидах разброс значений PP-1modifled, как правило, 1,5-2,0, а в новоортьягунских и повховских битумоидах - 2,0-4,0.
Значения метилдибензотиофенового отношения (MDR) в битумоидах закрытых пор дифференцируются по площадям, увеличиваясь в ряду: Южно-Ягунская (1,1^1,5, при среднем 1,3) ^ Новоортьягунская (1,5^2,3, при среднем 1,8) ^ Дружная (1,7^2,3, при среднем 2,0) ^ Повховская (2,1^2,9, при среднем 2,5) (рис. 3). Для битумоидов открытых пор тенденция сохраняется, но менее контрастно.
Повышенные значения (до 4,0) дибензотиофенового индекса (ДБТИ) подтверждают, что наиболее преобразованным является органическое вещество баженовской свиты Повховской и Новоортьягунской площадей, при этом в битумоидах закрытых пор этот параметр снижается - до 1,0 (рис. 3). Для южно-ягунских и дружных битумоидов этот показатель не изменяется для открытых и закрытых пор - 0,3-0,6 (рис. 3).
Распределение высших и низших гомологов триароматических стероидов в битумоидах баженовской свиты свидетельствует о большей преобразованности органического вещества Дружной и Повховской площадей по сравнению с Южно-Ягунской и Новоортьягунской.
Значения ТАСИ во всех битумоидах Повховской и Дружной площадей варьируют преимущественно от 0,3 до 0,6, в Новоортьягунской и Южно-Ягунской - от 0,1 до 0,3 (рис. 3).
Для уточнения степени катагенетической преобразованности ОВ рассмотрены показатели, рассчитанные по насыщенным УВ-биомаркерам, такие как CPI, Ts/Tm, стерановые отношения aa20S/aa20R C29 и (PP20S+20R)/ aa20R C29, а также отношение 1/K =(н-С17+н-С18)/(Рг+РК) (Чахмахчев и др., 1995; Петров, 1984; Конторович и др., 2004; Peters et al., 2005; Гончаров и др., 2004, 2013 и др.).
Значения индекса CPI в битумоидах баженовской свиты как открытых, так и закрытых пор варьируют от 0,8 до 1,2, причем 85 % всей исследуемой выборки попадает в диапазон значений 0,9-1,0.
Значения параметра 1/K. изменяются от 1 до 3,5, наибольших значений достигая в битумоидах открытых пор Повховской и Дружной площадей (>2,5).
ÏQ
ТО
о
пп| Пз
Щ
гг сг
в
Количество ФеНаНГПрвНОвый индекс (ФИ) Количество образцов образцов
70-, 60-,
60-1 _ 50-
40-30-20-10-0--
Метилфенантреновый количество 1 индекс (МР1) °^азцов
О? ®Г о? о? оО ^
Значения
. iLn .
^ ^ Л?
or о? о? о? ,
Значения
Значения
образцов
50-,
40-
30-
20- ■
10- I.
о ■ . II
. Л А'1
modifia
Значения
битумоиды закрытых пор
количество Фенантреновый индекс (ФИ) количество Метилфенантреновый количество Метилфенантреновое количество Метилфенантреновое
отношение (РР-1) °^азц0в отношение (РР-1тот)
образцов 60 50 40 30 20 10 0
LL
образцов 60 50 40 30 20 10 0
и
индекс (MPI) Образцов 70 п 60 50 40 30 20 10 0
л? voi- ъХ>> ^ ^ ^ о? ог о? о,® оО 7
Значения
^
ОГ ОГ О? О?
Значения
битумоиды открытых пор
Lu
Значения
количество Метилдибензотиофеновое количество Дибензотиофеновый количество Триароматический стерановый образцов отношение (МОЯ) образцов индекс (ДБТИ) образцов индекс (ГАСИ)
IL L 1
L ■■ ■ .
s> <? s? V ч? -v> -V? -V? V
40 30 20 10 0
I L h .1
Значения
Значения
битумоиды закрытых пор
количество Метшдибензотиофеновое количество Дибензотиофеновый отношение (МОЯ) образцов индекс (ДБТИ)
а? г-^гу^
Значения
Битумоиды баженовской свиты: | Повховской площади | Дружной площади
Новоортьягунской площади | Южно-Ягунской площади
образцов 60 40 20 0
| I J L L I » ■
чЛ ч? ч* ч7 о.ч л.? nJ п.ч _ "
„ Триароматический стерановый
Количество г г г
образцов индекс (ГАСИ) 80 ■
60 40 20 0
J_J_L
Значения
Значения
аЛ? -Я,6, ¡Js!>
^ О?1 О? О? т"'
Значения
Рис. 3. Значения показателей катагенетическсгй преобразованности органического вещества баженовской свиты, рассчитанных по концентрациям ароматических соединений в хпорофор-менных битумоидах открытых и закрытых пор
В битумоидах закрытых пор значения 1/К. этих образцов снижаются до 2-2,5. Значения показателя для образцов Новоортьягунской и Южно-Ягунской площадей изменяются в основном в пределах 1-1,5 в битумоидах закрытых пор и 1-2 в битумоидах открытых пор.
Значения отношения стеранов (PP20S+20R)/aa20R С29 варьируют в битумоидах от 3,0 до 5,5, при этом дифференциации по территории не наблюдается. Значения отношения aa20S/aa20R стеранов С29 в образцах Повховской площади изменяются преимущественно от 0,6 до 1, в образцах Дружной и Южно-Ягунской - от 0,8 до 1,2, в образцах Новоортьягунской площади - от 1 до 1,6. В битумоидах закрытых пор по сравнению с битумоидами открытого порового пространства отмечается тенденция занижения значений этих параметров.
Соотношение трисноргопанов Ts/Tm довольно хорошо разграничивает коллекцию битумоидов на изучаемой территории, при этом битумоиды открытого и закрытого порового пространства пород характеризуются близкими значениями. Разброс значений Ts/Tm определяется интервалами: на Повховской площади (76 % образцов) - 1,25-1,5, Дружной площади (82 %) - 1,0-1,25, Новоортьягунской площади (67 %) - 0,75-1, на Южно-Ягунской площади (92 %) - 0,5-0,75. Средние значения этого параметра в образцах Повховской, Дружной, Новоортьягунской и Южно-Ягунской площадей составляют 1,3; 1,0; 0,8 и 0,6, соответственно.
Таким образом, анализ молекулярных параметров показал уменьшение степени зрелости органического вещества баженовской свиты в пределах Хантейской геми-антеклизы в юго-западном направлении - от Повховской площади к Южно-Ягунской (рис. 1, 4). По результатам углепетрографических (отражательная способность витринита RvtO = 0,67-0,78) и пиролитических (Ттах = 436-449 оС) исследований керна (по данным А.Н. Фомина и В.Н. Меленевского) оВ находится в главной фазе неф-теобразования (градация катагенеза МК12) (Фомин, 2011; Конторович и др., 2018; Лопатин, Емец, 1987; Грамберг и др., 2001).
Поскольку процессы катагенетического преобразования оВ в одинаковой мере влияют на битумоиды из открытого и закрытого порового пространства пород, то отмечаемые в них различия значений показателей зрелости ОВ объясняются влиянием миграционных процессов, которые, в первую очередь, сказываются на битумоидах открытых пор (Белецкая, Боровая, 1977). По мнению Гордадзе Г.Н. и Русиновой Г.В., истинная степень зрелости ОВ в течение геологического времени может «затушевываться» из-за постоянной подпитки термодинамически менее устойчивыми новообразованными УВ, и при прочих равных условиях степень зрелости ОВ коррелирует с групповым составом нефтей (и битумоидов) (Гордадзе, Русинова, 2003). По результатам битуминологического анализа, групповой состав изученных битумоидов закрытых пор характеризуется пониженным содержанием углеводородов, большим содержанием асфальтенов по сравнению с битумоидами открытых пор. Содержание УВ в битумоидах открытых пор достигает 80 % на битумоид, а концентрация асфальтенов - около 10 %. В битумоидах закрытых пор содержание УВ изменяется от 40 до 60 % на битумоид, а асфальтенов увеличивается до 20 %.
CPI
CPI
Ъ/Тт
ДЕТИ
ДЕТИ
I/Ki
Площади: — Повховская — Дружная
— Новоортъягунская — Южно-Ягунская
Рис. 4. Преобразованность ОВ баженовской свиты в битумоидах из открытого (А) и закрытого (Б) порового пространства пород
Наиболее легкий групповой состав наблюдается в биту-моидах открытых пор Новоортьягунской и Повховской площадей, где насыщенных углеводородов в 2 раза больше, чем ароматических. В битумоидах Дружной и Южно-Ягунской площадей концентрация ароматических УВ увеличивается (отношение насыщенные УВ/арома-тические УВ в среднем ~1). В битумоидах закрытых пор отношение насыщенные УВ/ароматические УВ в среднем уменьшается по сравнению с открытыми (1,29; 0,98; 0,81; 0,67, соответственно, для Повховской, Новоортьягунской, Дружной и Южно-Ягунской площадей).
Обсуждение и выводы
Характер распределения ароматических соединений в битумоидах баженовской свиты на территории Хантейской гемиантеклизы хорошо сопоставим с распределением индивидуальных соединений насыщенной фракции битумоидов, что позволяет использовать их для определения условий формирования и дальнейшей преобразованности органического вещества в процессе катагенеза.
Анализ молекулярных параметров, характеризующих фациально-генетический тип исходного органического вещества, таких как распределение нормальных алканов, отношение Рг/Р^ стерановый индекс, трициклановый индекс, гомогопановый индекс, а также повышенное содержание дибензотиофенов, распределение метилдибен-зотиофенов, преобладание триароматических стероидов над моноароматическими, преобладание С26 среди триа-роматических стероидов, подтверждает резковосстанови-тельную обстановку в осадках в диагенезе и аквагенную природу ОВ баженовской свиты, а также генетическое единство битумоидов, извлеченных из открытого и закрытого порового пространства пород.
Различия в распределении ароматических соединений ОВ на территории исследования, связаны, главным образом, со степенью его катагенетической преобразо-ванности (зрелости). Несмотря на довольно близкое территориальное расположение изучаемых площадей, пре-образованность ОВ на севере Хантейской гемиантеклизы (Сургутский район ХМАО) уменьшается в юго-западном направлении: от Повховской площади, приуроченной к Южно-Надымской мегамоноклизе, к Новоортьягунской (зона сочленения Южно-Надымской мегамоноклизы и Хантейской гемиантеклизы) и Дружной (собственно
Хантейская гемиантеклиза) площадям, и затем к Южно-Ягунской площади (Сургутский свод).
По информативности использования показатели, характеризующие степень зрелости ОВ, можно разделить на информативные и слабоинформативные. К первым относятся CPI, Ts/Tm, 1/K = (н-С17+н-С18)/(Рг+РК), MDR = 4-МДБТ/1-МДБТ, ДБТИ = (2+3-MДБТ)/ДБТ и ТАСИ = ТАС I/(TAC I+TAC II) (рис. 4), к последним - отношения стеранов aa20S/aa20R C29 и (PP20S+20R)/aa20R C29, фенантреновые индексы MPI, MPI-1, MPI-2, PP-1 (за исключением, может быть, PP-1modifled). Наиболее информативными и контрастными геохимическими показателями катагенетической преобразованности оВ являются соотношения алканов (1/K.), трисноргопанов (Ts/Tm) и дибензотиофенов (MDR и ДБТИ). Ранее исследователями (Конторович и др., 2004; Гончаров и др., 2004; 2013) уже отмечалась эффективность этих показателей для ОВ баженовской свиты.
Кроме того, значения некоторых показателей (ФИ, MPI, PP-1, MDR, ДБТИ, 1/K., (PP20S+20R)/aa20R C29, aa20S/aa20R C29) отличаются в битумоидах, извлеченных из открытого и закрытого порового пространства пород. Замечена отчетливая тенденция к снижению и выравниванию значений этих параметров в битумоидах закрытых пор по сравнению с битумоидами из открытого порового пространства. ранее такой эффект был отмечен при сравнении «связанного» и «легкорастворимого» битумоидов баженовской свиты Салымского месторождения (Снимщикова и др., 1989). По-видимому, такая закономерность связана с удалением наиболее преобразованной, легкой и миграционно-способной части битумоида из породы при извлечении битумоидов из открытых пор.
Финансирование/Благодарности
Работа выполнена при поддержке проектов ФНИ № 03312019-0022 «Органическая геохимия и история геологического развития доминантных нефтегазовых систем верхнего протерозоя и фанерозоя Сибири» и № 0266-2019-0006 «Разработка методик оценки ресурсов, разведки и подсчета запасов залежей трудноизвлекаемой нефти в углеродистых карбонатно-гли-нисто-кремнистых, карбонатных и засолоненных песчаных коллекторах».
Авторы выражают большую благодарность рецензенту за качественный, профессиональный и детальный анализ статьи, а также за ценные и полезные комментарии и замечания.
литература
Белецкая С.Н., Боровая Г.М. (1977). Закономерности распределения подвижных компонентов рассеянного органического вещества в поровой системе пород. Тезисы докладов VIIIМежд. конгресса по органической геохимии, T.I, с. 90-96.
Белицкая Е.А., Серебренникова О.В., Кадычаров П.Б. (2008). Нефти Колтогорского прогиба и прилегающих районов (Западная Сибирь). Особенности состава ароматических соединений. Нефтехимия, 48(4), с. 262-270.
Бурдельная Н.С., Бушнев Д.А., Деревесникова А.А. (2018). 1,2,8-три-метилфенантрен в составе битумоида и нефтей доманика Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции. Тезисы докладов межд. конф. «Перспективные материалы с иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций» и «Химия нефти и газа». Томск: Изд. ТГУ, с. 671. DOI: 10.17223/9785946217408/420
Гончаров И.В., Самойленко В.В., Обласов Н.В., Носова С.В. (2004). Молекулярные параметры катагенеза органического вещества пород баженовской свиты Томской области. Геология нефти и газа, 5, с. 53-60.
Гончаров И.В., Самойленко В.В., Носова С.В., Обласов Н.В. (2005). Способ определения зрелых нефтематеринских пород. Патент № 2261438 РФ, МПК7 G 01 N 30/02, G 01 V 9/00.
Гончаров И.В., Самойленко В.В., Обласов Н.В., Фадеева С.В. (2013). Катагенез органического вещества пород баженовской свиты юго-востока Западной Сибири (Томская область). Нефтяное хозяйство, 10, с. 32-37.
Гордадзе Г.Н., Русинова Г.В. (2003). Достоверность оценки степени зрелости органического вещества по углеводородам-биомаркерам. Мат. УМежд. конф. «Химия нефти и газа». Томск: ИХН СО РАН, с. 127-129.
Грамберг И.С., Евдокимова Н.К., Супруненко О.И. (2001). Катагенетическая зональность осадочного чехла баренцевоморского шельфа в связи с нефтегазоносностью. Геология и геофизика, 42(11-12), с. 1808-1820.
Деревесникова А.А., Бушнев Д.А., Бурдельная Н.С. (2019). Ароматические биомаркеры стеранового и гопанового рядов в верхнедевонских нефтях и битумоидах доманиковых отложений Тимано-Печорского бассейна. Вестник Института геологии Коми научного центра УрОРАН, 5, с. 3-12. DOI: 10.19110/2221-1381-2019-5-3-12
Каширцев В.А., Парфенова Т.М., Головко А.К., Никитенко Б.Л., Зуева И.Н., Чалая О.Н. (2018). Биомаркеры-фенантрены в органическом веществе докембрийских и фаненрозойских отложений и в нефтях Сибирской платформы. Геология и геофизика, 59(10), с. 1720-1729. DOI: 10.15372/GiG20181013
Колесников А.Ю., Найденов О.В., Матвеева И.А. (1991). Реликтовые полициклические ароматические углеводороды как показатели условий генезиса нефтей. Нефтехимия, 31(6), с. 723-736.
Конторович, В.А., Беляев С.Ю., Конторович А.Э., Красавчиков В.О., Конторович А.А., Супруненко О.И. (2001). Тектоническое строение и история развития Западно-Сибирской геосинеклизы в мезозое и кайнозое. Геология и геофизика, 42(11-12), с. 1832-1845.
Конторович А.Э., Меленевский В.Н., Иванова Е.Н., Фомин А.Н. (2004). Фенантрены, ароматические стераны и дибензотиофены в юрских отложениях Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна и их значение для органической геохимии. Геология и геофизика, 45(7), с. 873-883.
Конторович А.Э., Ян П.А., Замирайлова А.Г., Костырева Е.А., Эдер В.Г. (2016). Классификация пород баженовской свиты. Геология и геофизика, 57 (11), с. 2034-2043. DOI: 10.15372/GiG20161106
Конторович А.Э., Костырева Е.А., Родякин С.В., Сотнич И.С., Ян П.А. (2018а). Геохимия битумоидов баженовской свиты. Геология нефти и газа, 2, с.79-88. DOI: 10.31087/0016-7894-2018-2-79-88
Конторович А.Э., Родякин С.В., Бурштейн Л.М., Костырева Е.А., Рыжкова С.В., Ян П.А. (2018б). Пористость и нефтенасыщенность пород баженовской свиты. Геология нефти и газа, 5, с. 61-73. DOI: 10.31087/0016-7894-2018-5-61-73
Костырева Е.А., Сотнич И.С. (2017). Геохимия органического вещества баженовской свиты севера Хантейской антеклизы. Геология и геофизика, 58(3-4), с. 533-543. DOI: 10.15372/GiG20170316
Лопатин Н.В., Емец Т.П. (1987). Пиролиз в нефтегазовой геохимии. М.: Наука, 144 с.
Парфенова Т.М. (2017). Геохимия серы и сернистых соединений куонамского комплекса нижнего и среднего кембрия (восток Сибирской платформы). Георесурсы, 19(1), с. 45-51. http://doi.Org/10.18599/grs.19.1.8 Петров Ал.А. (1984). Углеводороды нефти. Москва: Наука, 264 с. Снимщикова Е.В., Трофимова И.А., Руднева Н.М., Северинова Л.П. (1989). Легкорастворимые и связанные битумоиды баженовской свиты. Сб. тр.: Геохимические проблемы оценки нефтегазоносности. М.: ИГиРГИ, с. 122-127.
Фомин А.Н. (2011). Катагенез органического вещества и нефтегазо-носность мезозойских и палеозойских отложений Западно-Сибирского мегабассейна. Новосибирск: ИНГГ СО РАН, 331 с.
Чахмахчев В.А. (1989). углеводороды - геохимические показатели нефте- и газоносности недр. Геохимия, 8, с. 1108-1119.
Чахмахчев А.В., Чахмахчев В.А. (1995). Ароматические сернистые соединения как показатели термической зрелости углеводородных систем. Геохимия, 11, с. 1656-1669.
Чахмахчев А.В., Виноградова Т.Л., Агафонова З.Г., Гордадзе Т.И., Чахмахчев В.А. (1995). Бензотиофены - высокоинформативные показатели катагенеза углеводородных систем. Геология нефти и газа, 7, с. 32-37.
Чахмахчев В.А., Виноградова Т. Л. (2003). Геохимические показатели фациально-генетических типов исходного органического вещества. Геохимия, 5, с. 554-560.
Эдер В.Г., Замирайлова А.Г., Жигульский И.А. (2016). Литология баженовской свиты в районах Хантейской гемиантеклизы и Межовского мегамыса Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна. Геология нефти и газа, 6, с. 87-96.
Эдер В.Г., Костырева Е.А., Юрченко А.Ю., Балушкина Н.С., Сотнич И.С., Козлова Е.В., Замирайлова А.Г., Савченко Н.И. (2019). Новые данные о литологии, органической геохимии и условиях формирования баженовской свиты Западной Сибири. Георесурсы, 21(2), с. 129-142. https://doi.Org/10.18599/grs.2019.2.129-142
Alexander R., Strachan M.G., Kagi R. I., Van Bronswuk W. (1986). Heating rate effects on aromatic maturity indicators. Org. Geochem., 10, pp. 997-1003. https://doi.org/10.1016/S0146-6380(86)80038-9
НАУЧНО-ТВШИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
www.geors.ru ГЕОРЕСУРСЫ
Borrego A.G., Blanco C.G., Puttmann W. (1997). Geochemical significance of the aromatic hydrocarbon distribution in the bitumens of the Puertollano oil shales, Spain. Organic Geochemistry, 26(3/4), pp. 219-228. https://doi.org/10.1016/S0146-6380(96)00158-1
Budzinski H., Garrigues PH., Connan J., Devillers J., Domine D., Radke M., Oudin J.L. (1995). Alkylated phenanthrene distributions as maturity and origin indicators in crude oils and rock extracts. Geochimica et Cosmochimica Acta, 59(10), pp. 2043-2056. https://doi.org/10.1016/0016-7037(95)00125-5 Cassini F., Gallango O., Talukdar S., Vallejos C., Ehrmann U. (1988). Methylphenanthrene maturity index of marine source rock extracts and crude oils from the Maracaibo Basin. Organic Geochemistry, 1-3, pp. 73-89. https:// doi.org/10.1016/0146-6380(88)90027-7
Farrington J.W., Davis A.C., Tarafa M.E., McCarrrey M.A., Whelan J.K., Hunt J.M. (1988). Bitumen molecular maturity parameters in the Ikpikpuk well, Alaskan North Slope. Organic Geochemistry, 13(1-3), pp. 303-310. https://doi.org/10.1016/0146-6380(88)90049-6
Gallango O., Cassani F. (1992). Biological marker maturity parameters of marine crude oils and rock extracts from the Maracaibo Basin, Venezuela. Organic Geochemistry, 18(2), pp. 215-224. https://doi. org/10.1016/0146-6380(92)90133-I
Hughes W.B., Holba A.G., Dzou L.I.P. (1995). The ratios of dibenzothiophene to phenanthrene and pristane to phytane as indicators of depositional environment and lithology of petroleum source rocks. Geochimica et Cosmochimica Acta, 59(17), pp. 3581-3598. https://doi. org/10.1016/0016-7037(95)00225-0
Killops S.D. (1991). Novel aromatic hydrocarbons of probable bacterial origin in a Jurassic lacustrine sequence. Organic Geochemistry, 17(1), pp. 25-36. https://doi.org/10.1016/0146-6380(91)90037-K
Kruge M.A. (2000). Determination of thermal maturity and organic matter type by principal components analysis of the distributions of polycyclic aromatic compounds. International Journal of Coal Geology, 43, pp. 27-51. https://doi.org/10.1016/S0166-5162(99)00053-1
Ludwig B., Hussler G., Wehrung P., Albrecht P. (1981). C26-C29 triaromatic steroid derivatives in sediments and petroleums. Tetrahedron Lett., 22, pp. 3313-3316. https://doi.org/10.1016/S0040-4039(01)81893-1 Mackenzie A.S., Brassell S.C., Eglinton G., Maxwell J.R. (1982).
Chemical fossil: the geological fate of steroids. Science, 217, pp. 491-504. DOI: 10.1126/science.217.4559.491
Peters K.E., Walters C.C., Moldowan J.M. (2005) The biomarker guide. V.2. New York: Cambridge University Press, 1155 p.
Radke M., Willsch H., Leuthaeuser D., Teichmuller M. (1982). Aromatic components of coal: relation of distribution pattern to rank. Geochimica et Cosmochimica Acta, 46, pp. 1831-1848. https://doi. org/10.1016/0016-7037(82)90122-3
Radke M. (1988). Application of aromatic compounds as maturity indicators in source rocks and crude oils. Marine and Petroleum Geology, 5, pp. 224-236. https://doi.org/10.1016/0264-8172(88)90003-7
Santamaria-Orozco D., Horsfield B., Di Primio R., Welte D.H. (1998). Influence of maturity on distributions of benzo- and dibenzothiophenes in Tithonian source rocks and crude oils, Sonda de Campeche, Mexico. Organic Geochemistry, 28(7-8), pp. 423-439. https://doi.org/10.1016/ S0146-6380(98)00009-6
Schou L., Myhr M.B. (1988). Sulfur aromatic compounds as maturity parameters. Organic Geochemistry, 13, pp. 61-66. https://doi. org/10.1016/0146-6380(88)90025-3
сведения об авторах
Инга Сергеевна Сотнич - научный сотрудник лаборатории проблем геологии, разведки и разработки месторождений трудноизвлекаемой нефти; научный сотрудник лаборатории геохимии нефти и газа, Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А.Трофимука СО РАН
Россия, 630090, Новосибирск, пр. ак. Коптюга, д. 3
Елена Анатольевна Костырева - канд. геол.-мин. наук, старший научный сотрудник лаборатории геохимии нефти и газа, Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А.Трофимука СО РАН Россия, 630090, Новосибирск, пр. ак. Коптюга, д. 3
Статья поступила в редакцию 07.05.2020;
Принята к публикации 15.10.2020; Опубликована 30.03.2021
Aromatic compounds in bitumoids of the Bazhenov Formation in the North of the Khantey hemiantheclise
I.S. Sotnich*, E.A. Kostyreva
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russian Federation * Corresponding author: Inga S. Sotnich, e-mail: SotnichIS@ipgg.sbras.ru
Abstract. The main features of the geochemistry of individual aromatic compounds (phenanthrenes, dibenzothiophenes, mono-and triaromatic steroids) in chloroform extracts (bitumoids) from the open (regular form and coarse-crushed (>0.5 cm) samples) and closed (fine-crushed (0.25 mm) samples) pore space of the Bazhenov Formation have been determined. The differences in the aromatic compounds distribution of organic matter of the Bazhenov Formation in the North of the Khantey hemiantheclise (Surgut region, Khanty-Mansiysk Autonomous District, Western Siberia) are mainly related to its stage of thermal maturity which decreases in the south-west direction within the studying area. The most sensitive to maturity variations at the same catagenesis gradation are the parameters: CPI, Ts/Tm, 1/Ki ((n-C17 + n-C18)/(Pr + Ph)), MDR (4-MDBT/1-MDBT), DBTI ((2+3-MDBT)/DBT) and TASI (TAS I/(TAS I + TAS II)). Based on some indicators (PI, MPI, PP-1, MDR, DBTI etc.), it is possible to notice the decrease and equalization of its values in bitumoids from closed pores compared with those from open ones. It seems to be associated with the removal of the most transformed, light and migratory-capable part of bitumoids during their extraction from the open pore space of rocks.
Keywords: organic matter, bitumoids (chloroform extracts), Bazhenov Formation, aromatic compounds, catagenesis, phenanthrenes, dibenzothiophenes, aromatic steroids
Recommended citation: Sotnich I.S., Kostyreva E.A. (2021). Aromatic compounds in bitumoids of the Bazhenov Formation in the North of the Khantey hemiantheclise. Georesursy = Georesources, 23(1), pp. 42-51. DOI: https://doi.org/10.18599/grs.2021.14
Acknowledgments
This work was supported by the Basic Scientific Research Projects No. 0331-2019-0022 «Organic geochemistry and the history of geological development of the dominant oil and gas systems of the Upper Proterozoic and Phanerozoic of Siberia» and No. 0266-2019-0006 «Development of resource assessment methodologies, exploration and calculation of reserves of hard-to-recover oil in carbonate-argillaceous-siliceous, carbonate and saline sand reservoirs».
The authors are grateful to the reviewer for the high quality, professional and detailed analysis of the article, as well as for valuable and helpful comments and remarks.
References
Alexander R., Strachan M.G., Kagi R. I., Van Bronswuk W. (1986). Heating rate effects on aromatic maturity indicators. Org. Geochem., 10, pp. 997-1003. https://doi.org/10.1016/S0146-6380(86)80038-9
Beletskaya S.N., Borovaya G.M. (1977). Distribution patterns of mobile components of dispersed organic matter in the pore system of rocks. Proc. VIIIInt. Congress on Organic Geochemistry, I, pp. 90-96. (In Russ.)
Belitskaya E.A., Serebrennikova O.V., Kadycharov P.B. (2008). Crude oils from the Koltogor rift and adjacent areas (West Siberia): Specifics of the composition of aromatic compounds. Petroleum Chemistry, 48(4), pp. 260-268. https://doi.org/10.1134/S0965544108040038
Borrego A.G., Blanco C.G., Puttmann W. (1997). Geochemical significance of the aromatic hydrocarbon distribution in the bitumens of the Puertollano oil shales, Spain. Organic Geochemistry, 26(3/4), pp. 219-228. https://doi.org/10.1016/S0146-6380(96)00158-1
Budzinski H., Garrigues PH., Connan J., Devillers J., Domine D., Radke M., Oudin J.L. (1995). Alkylated phenanthrene distributions as maturity and origin indicators in crude oils and rock extracts. Geochimica et Cosmochimica
ApoMamnecKHe coegHHeHHa B SHTyMougax Sa^eHOBCKOH CBHTH.
H.C. COTHHH, E.A. KocmpeBa
Acta, 59(10), pp. 2043-2056. https://doi.org/10.1016/0016-7037(95)00125-5 Burdelnaya N.S., Bushnev D.A., Derevesnikova A.A. (2018). 1,2,8-trimethylphenanthrene in bitumen and Domanik oils of the Timan-Pechora oil and gas province. Proc. Int. Conf.: Advanced materials with a hierarchical .structure for new technologies and reliable structures" and "Chemistry ofoil and gas". Tomsk: TSU, p. 671. DOI: 10.17223/9785946217408/420 (In Russ.)
Cassini F., Gallango O., Talukdar S., Vallejos C., Ehrmann U. (1988). Methylphenanthrene maturity index of marine source rock extracts and crude oils from the Maracaibo Basin. Organic Geochemistry, 1-3, pp. 73-89. https:// doi.org/10.1016/0146-6380(88)90027-7
Chakhmakhchev V.A. (1989). Hydrocarbons - geochemical indicators of the oil and gas content of the subsoil. Geokhimiya, 8, pp. 1108-1119. (In Russ.)
Chakhmakhchev A.V., Chakhmakhchev V.A. (1995). Aromatic sulfur compounds as indicators of the thermal maturity of hydrocarbon systems. Geokhimiya, 11, pp. 1656-1669. (In Russ.)
Chakhmakhchev A.V., Vinogradova T.L., Agafonova Z.G., Gordadze T.I., Chakhmakhchev V.A. (1995). Benzothiophenes are highly informative indicators of the hydrocarbon systems catagenesis. Geologiya nefti i gaza = Russian Oil and Gas Geology, 7, pp. 32-37. (In Russ.)
Chakhmakhchev V.A., Vinogradova T.L. (2003). Geochemical indicators of facies and genetic types of parent organic matter. Geochemistry International, 5, pp. 497-502.
Derevesnikova A.A., Bushnev D.A., Burdelnaya N.S. (2019). Aromatic biomarkers of sterane and hopane series in upper devonian oils and bitumoids of domanik deposits of the Timan-Pechora basin. Vestnik of the Institute of Geology of the Komi Science Centre UB RAS, 5, pp. 3-12. DOI: 10.19110/2221-1381-2019-5-3-12 (In Russ.)
Eder V.G., Zamiraylova A.G., Zhigul'skiy I.A. (2016). Lithology of the Bazhenov Formation in the Khanteyskaya Hemianteclise and Mezhovsky Megamys of the West Siberian Oil and Gas Basin. Geologiya nefti i gaza = Russian Oil and Gas Geology, 6, pp. 87-96. (In Russ.)
Eder V.G., Kostyreva E.A., Yurchenko A.Yu., Balushkina N.S., Sotnich I.S., Kozlova E.V., Zamiraylova A.G., Savchenko N.I. (2019). New data on lithology, organic geochemistry and accumulation conditions of the Bazhenov formation in Western Siberia. Georesursy = Georesources, 21(2), pp. 129-142. https:// doi.org/10.18599/grs.2019.2.129-142 (In Russ.)
Farrington J.W., Davis A.C., Tarafa M.E., McCarrrey M.A., Whelan J.K., Hunt J.M. (1988). Bitumen molecular maturity parameters in the Ikpikpuk well, Alaskan North Slope. Organic Geochemistry, 13(1-3), pp. 303-310. https://doi.org/10.1016/0146-6380(88)90049-6
Fomin A.N. (2011). Catagenesis of organic matter and petroleum potential of Mesozoic and Paleozoic deposits of the West Siberian megabasin. Novosibirsk: IPGG SB RAS, 331 p. (In Russ.)
Gallango O., Cassani F. (1992). Biological marker maturity parameters of marine crude oils and rock extracts from the Maracaibo Basin, Venezuela. Organic Geochemistry, 18(2), pp. 215-224. https://doi. org/10.1016/0146-6380(92)90133-I
Goncharov I.V., Samoylenko V.V., Oblasov N.V., Nosova S.V. (2004). Molecular parameters of organic matter catagenesis in rocks of the Bazhenov Formation, Tomsk Region. Geologiya nefti i gaza = Russian Oil and Gas Geology, 5, pp. 53-60. (In Russ.)
Goncharov I.V., Samoylenko V.V., Nosova S.V., Oblasov N.V. (2005). Method for determining mature oil source rocks. Patent 2261438 RF (In Russ.)
Goncharov I.V., Samoylenko V.V., Oblasov N.V., Fadeeva S.V. (2013). Organic matter catagenesis of the Bazhenov formation rocks in the southeast of Western Siberia (Tomsk region). Neftyanoe khozyaystvo = Oil industry, 10, pp. 32-37. (In Russ.)
Gordadze G.N., Rusinova G.V. (2003). The reliability of assessing the degree of organic matter maturity by hydrocarbon-biomarkers. Proc. VInt. Conf.: Chemistry of oil and gas. Tomsk: NIIC SB RAS, pp. 127-129. (In Russ.)
Gramberg I.S., Evdokimova N.K., Suprunenko O.I. (2001). Catagenetic zoning and petroleum potential of the sedimentary cover of the Barents sea shelf. Geologiya i geofizika = Russian Geology and Geophysics, 42(11-12), pp. 1808-1820. (In Russ.)
Hughes W.B., Holba A.G., Dzou L.I.P. (1995). The ratios of dibenzothiophene to phenanthrene and pristane to phytane as indicators of depositional environment and lithology of petroleum source rocks. Geochimica et Cosmochimica Acta, 59(17), pp. 3581-3598. https://doi. org/10.1016/0016-7037(95)00225-O
Kashirtsev V.A., Parfenova T.M., Golovko A.K., Nikitenko B.L., Zueva I.N., Chalaya O.N. (2018). Phenanthrene biomarkers in the organic matter of Precambrian and Phanerozoic deposits and in oils of the Siberian platform. Russian Geology and Geophysics, 59(10), pp. 1380-1388. https://doi. org/10.1016/j.rgg.2018.09.013
Killops S.D. (1991). Novel aromatic hydrocarbons of probable bacterial origin in a Jurassic lacustrine sequence. Organic Geochemistry, 17(1), pp. 25-36. https://doi.org/10.1016/0146-6380(91)90037-K
Kolesnikov A.Yu., Naydenov O.V., Matveeva I.A. (1991). Relict polycyclic aromatic hydrocarbons as indicators of the conditions for the genesis of oils. Petroleum Chemistry, 31(6), pp. 723-736. (In Russ.)
Kontorovich, V.A., Belyaev S.Yu., Kontorovich A.E., Krasavchikov V.O., Kontorovich A.A., Suprunenko O.I. (2001). Tectonic structure and development history of the West Siberian geosyneclise in the Mesozoic and Cenozoic. Geologiya i geofizika = Russian Geology and Geophysics, 42(11-12), pp. 1832-1845. (In Russ.)
Kontorovich A.E., Melenevskiy V.N., Ivanova E.N., Fomin A.N. (2004). Phenanthrenes, aromatic steranes and dibenzothiophenes in Jurassic deposits of the West Siberian oil and gas basin and their importance for organic geochemistry. Geologiya i geofizika = Russian Geology and Geophysics, 45(7), pp. 873-883. (In Russ.)
Kontorovich A.E., Yan P. A., Zamiraylova A.G., Kostyreva E.A., Eder V.G. (2016). Classification of rocks of the Bazhenov Formation. Russian Geology and Geophysics, 57(11), pp. 1606-1612. https://doi.org/10.1016/). rgg.2016.10.006
Kontorovich A.E., Kostyreva E.A., Rodyakin S.V., Sotnich I.S., Yan P. A. (2018a). Geochemistry of Bazhenov Formation bitumoids. Geologiya nefti i gaza = Russian Oil and Gas Geology, 2, pp.79-88. (In Russ.)
Kontorovich A.E., Rodyakin S.V., Burshteyn L.M., Kostyreva E.A., Ryzhkova S.V., Yan P.A. (2018b). Porosity and oil saturation of pore space in the Bazhenov Formation rocks. Geologiya nefti i gaza = Russian Oil and Gas Geology, 5, pp. 61-73. (In Russ.)
Kostyreva E.A., Sotnich I.S. (2017). Geochemistry of organic matter of the Bazhenov Formation in the north of the Khantey anteclise. Russian Geology and Geophysics, 58(3-4), pp. 434-442. https://doi.org/10.1016/). rgg.2016.09.019 (In Russ.)
Kruge M.A. (2000). Determination of thermal maturity and organic matter type by principal components analysis of the distributions of polycyclic aromatic compounds. International Journal of Coal Geology, 43, pp. 27-51. https://doi.org/10.1016/S0166-5162(99)00053-1
Lopatin N.V., Emets T.P. (1987). Pyrolysis in petroleum geochemistry. Moscow: Science, 144 p. (In Russ.)
Ludwig B., Hussler G., Wehrung P., Albrecht P. (1981). C26-C29 triaromatic steroid derivatives in sediments and petroleums. Tetrahedron Lett., 22, pp. 3313-3316. https://doi.org/10.1016/S0040-4039(01)81893-1 Mackenzie A.S., Brassell S.C., Eglinton G., Maxwell J.R. (1982). Chemical fossil: the geological fate of steroids. Science, 217, pp. 491-504. DOI: 10.1126/science.217.4559.491
Parfenova T.M. (2017). Geochemistry of Sulfur and Sulfur Compounds of the Cambrian Kuonamka Complex (Eastern Siberian Platform). Georesursy = Georesources, 19(1), pp. 45-51. http://doi.org/10.18599/grs.19.L8
Petrov Al.A. (1984). Petroleum hydrocarbons. Moscow: Science, 264 p. (In Russ.)
Peters K.E., Walters C.C., Moldowan J.M. (2005) The biomarker guide. V.2. New York: Cambridge University Press, 1155 p.
Radke M. (1988). Application of aromatic compounds as maturity indicators in source rocks and crude oils. Marine and Petroleum Geology, 5, pp. 224-236. https://doi.org/10.1016/0264-8172(88)90003-7
Radke M., Willsch H., Leuthaeuser D., Teichmuller M. (1982). Aromatic components of coal: relation of distribution pattern to rank. Geochimica et Cosmochimica Acta, 46, pp. 1831-1848. https://doi. org/10.1016/0016-7037(82)90122-3
Santamaria-Orozco D., Horsfield B., Di Primio R., Welte D.H. (1998). Influence of maturity on distributions of benzo- and dibenzothiophenes in Tithonian source rocks and crude oils, Sonda de Campeche, Mexico. Organic Geochemistry, 28(7-8), pp. 423-439. https://doi.org/10.1016/ S0146-6380(98)00009-6
Schou L., Myhr M.B. (1988). Sulfur aromatic compounds as maturity parameters. Organic Geochemistry, 13, pp. 61-66. https://doi. org/10.1016/0146-6380(88)90025-3
Snimshchikova E.V., Trofimova I.A., Rudneva N.M., Severinova L.P. (1989). Readily soluble and bound bitumen of the Bazhenov Formation. Geochemical problems of assessing oil and gas content. Moscow: IGIRGI, pp. 122-127. (In Russ.)
About the Authors
Inga S. Sotnich - Researcher, Laboratory of the Problems of Geology, Exploration and Development of hard-to-recover oil fields; Researcher of the Laboratory of Petroleum Geochemistry, Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
3, Ak. Koptyug ave., Novosibirsk, 630090, Russian Federation
Elena A. Kostyreva - Cand. Sci. (Geology and Mineralogy), Senior Researcher of the Laboratory of Petroleum Geochemistry, Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
3, Ak. Koptyug ave., Novosibirsk, 630090, Russian Federation
Manuscript received 7May 2020;
Accepted 15 October 2020; Published 30March 2021
HWHHO-TEXHHHECKHfl JIWPHAfl
www.geors.ru rEDPECYPChl
