CC BY
69
УДК 552.578:553.632(477.8)
БИТУМОНДЫ ПОДСТИЛАЮЩИХ СОЛЕЙ ОЕРХНЕПЕЧОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
С. Н. Шанина1, О. В. Валяева1, О. О. Игнатович2
1 Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, 2 ЗАО «МИРЕКО», Сыктывкар shanina@geo.komisc.ru
Приводятся первые результаты исследования битумоидов из разреза пласта подстилающей каменной соли в Верхнепечорском месторождении. Показано, что органическое вещество подстилающих солей имеет невысокую степень зрелости. В составе вещества преобладает водорослевая составляющая, его накопление проходило в резковосстановительных условиях.
Ключевые слова: галит, битумоиды, нижняя пермь, Верхнепечорский солеродный бассейн.
BITUMENS OF UNDERLYING ROCK SALTS OF UPPER PECHORA SALT DEPOSIT
S. N. Shanina1, O. V. Valyaeva1, O. O. Ignatovich2
institute of Geology Komi SC UB RAS, 2Closed joint-stock company «MIREKO», Syktyvkar
The first results of salt bitumens study on a profile of underlyind rock salts of Upper Pechora salt deposit are presented. Organic substance of the underlying salts has a low degree of maturity; its accumulation was held in reducing conditions mainly due to algal component.
Keywords: halite, bitumens, Early Permian, Upper Pechora saltbasin.
Верхнепечорский калиеносный бассейн расположен в пределах Верхнепечорской впадины Предуральского краевого прогиба (рис. 1). Соленосные отложения распространены на площади более 6 тыс. км2. Галогенная формация Верхнепечорского бассейна охватывает верхнюю часть иреньского горизонта кунгурского яруса нижней перми. Подстилается она карбонатными, известняковыми и терригенными отложениями верхнеартинского подьяруса и покрывается мергельными и алеврито-песчани-ковыми породами уфимского яруса. В разрезе соленосные отложения разделяются на три пласта: подстилающей каменной соли, калийно-магниевых солей и покровной каменной соли. Особенности строения и состава солей рассмотрены в ряде работ* [1—4, 6]. Среднее содержание основных компонентов в подстилающей каменной соли составляет, %: KCl 0.1—1.7, NaCl 62.0—83.5, MgCl2 0.01—1.6, CaSO4 4.7—9.2, H.O. 9.5—24.5 [2]. В настоящее время на территории месторождения ведутся поисково-оценочные работы, которые выпол-
няет ЗАО «Горно-геологическая компания «Миреко».
В данной работе приводятся первые результаты исследования битумоидов солей из пласта подстилающей каменной соли (ЦдКС) Верхнепечорского месторождения, а также вмещающих отложений. Нами был изучен керновый материал скв. 15, которой был полностью вскрыт пласт подстилающей соли в интервале 299.7—478.5 м, а также вмещающие его отложения до глубины 499 м. Цредварительное изучение сколов образцов солей под микроскопом показало, что в разрезе толщи ЦдКС постоянно встречаются флюидные включения, содержащие углеводородную фазу в виде желтых и коричневых микрокапелек маслянистой жидкости (рис. 2). В ультрафиолетовом свете эти микрокапельки дают желтое или светло-коричневое свечение, что свидетельствует об их органической природе и присутствии в составе маслянисто-смолистых веществ. Цодобные включения были обнаружены и в пласте подстилающих солей Верхнекамского месторождения [8],
* Фойгт В. П., Гладков И. П., Иванов П. И., Тарабрина В. И. Отчет о предварительной разведке Верхне -Цечорского месторождения калийно -магниевых и каменных солей (разведочное и структурно-поисковое бурение). Цечора, 1965. Т. 10. (Фонды Цоляр-но-Уральского геологоразведочного объединения).
Рис. 1. Схематическая карта Верхнепечорского калиеносного бассейна по В. Ц. Фойгту [2, 6]: 1 — граница распространения отложений иреньского горизонта,
2 — граница соленосных отложений,
3 — контур развития залежей и проявлений калийных солей, 4 — изопахиты соленосных отложений, м, 5 — площадь западного участка поисков калийных солей, 6 — площадь поисково-оценочных работ, выполняемых ЗАО «МИРЕКО»
50 мкм
Рис. 2. Включение в перекристаллизован-ном шпатовом галите с микрокапелькой углеводородов светло-коричневого цвета (скв. 15, обр. 9)
но там они встречаются гораздо реже и обычно приурочены к зонам замещения.
Для полного извлечения битумоида из каменной соли мы применяли жид-кость-жидкостный метод экстракции. Предварительно соль растворяли в би-дистиллированной воде, а затем проводили извлечение битумоида хлороформом. Выделение битумоидов из образцов вмещающих отложений осуществлялось экстракцией их хлороформом в аппаратах Сокслета (аналитик Н. А. При-езжева). В связи с небольшими выходами битумоидов мы ограничились выделением фракции насыщенных углеводородов, которое осуществлялось н-гекса-ном на колонке с 20 % нитрата серебра, нанесенного на силикагель, с последующим ГЖХ-анализом полученной фракции.
Анализ углеводородной фракции хлороформенного битумоида А (ХБА) был выполнен на газовом хроматографе “Кристалл-2000М”, оснащенном капиллярной колонкой (30 м х 0.32 мм х 0.25 мкм) с неподвижной фазой 0У-101. При анализе использовался следующий режим программирования температуры: начальная температура составляла 100 °С, она выдерживалась в течение 1 мин, затем температура повышалась со скоростью 5 °С/мин до 290 °С. Выдержка при конечной температуре составляла 15 мин. Температура испарителя — 320 °С, детектора (ПИД) — 270 °С. Для расчета соотношения концентраций углеводородов использовались площади пиков.
Данные по выходу хлороформенного битумоида и метанонафтеновой фракции углеводородов представлены в табл. 1. В образцах из нижней и средней частей ПдКС выход ХБА низкий (от 0.002 до
0.005 %), содержание нерастворимого в
октябрь, 2012 г., № 10
воде остатка колеблется от 10 до 19 %. В обр. 8, в котором присутствуют зерна сильвина из верхней части зоны, содержание ХБА составило 0.007 %. Количество метанонаф теновых углеводородов меняется от 50 % в верхней части пласта, до 10—30 % в нижней и средней.
Изученные нами образцы вмещающих отложений отличаются от солей содержанием битумоидов и распределением алкановых и изопреноидных углеводородов. Так, в аргиллите (обр. 17) при содержании органического углерода 1.2 % выход хлороформенного битумоида составляет 0.028, РХБ — 2.4 %, содержание углеводородов достигает 34, ароматических соединений — 30, смол и асфальтенов — 40 %. Среди нормальных алканов доминируют низко- и среднемолекулярные гомологи (табл. 2), что типично для ОВ, образовавшегося из водорослевой органики. Кроме того, в обр. 17 установлено высокое содержание пристана и нечетных высокомолекулярных н-алканов — коэффициент 2С29/(С28+С26) равен 3.2, что обычно свойственно репродуцентам гумусовой органики. Такое распределение алкано-вых углеводородов характерно для органического вещества II типа при незначительном участии III типа ОВ. Величина коэффициента К и соотношение показателей Рг/С^ и РИ/С^ [9] свидетельствуют о том, что накопление органического вещества, выявленного обр. 17, проходило в мелководно-морских резковосстановительных условиях и оно имеет невысокую степень терми-
ческой преобразованности, не превышающую стадий ПК3—МК1.
В глинисто-ангидритовой породе (обр. 15) на долю Сорг приходится 2 %, выход ХБА (0.203 %) на порядок выше, чем в обр. 17, коэффициент вХБ возрастает до 10 % (табл. 1). Содержание УВ достигает 43 %, выход ароматической фракции — 16.5, смол — 32 %. Среди алкановых углеводородов преобладают низкомолекулярные гомологи состава С13—С17. Исходя из этих данных, можно предположить, что битумоид данного образца является перемещенным. Наличие на хроматограмме пиков гопановых углеводородов и отсутствие нафтенового фона (рис. 3, обр. 15) свидетельствуют о том, что органическое вещество вмещающих отложений не подвергалось биодеградации.
Как было показано ранее, битумои-ды в природных солях обеднены легкими н-алканами состава С12—С15, что, вероятнее всего, объясняется процессами физической дифференциации битумоидов в соляной толще [8, 10]. Образцы из нижней и средней частей пласта подстилающей соли также характеризуются низкими концентрациями низкомолекулярных н-алканов, в них преобладают н-алканы состава С19—С23 (табл. 2, рис. 3, обр. 34). На хроматограммах хорошо видны два нафтеновых горба: первый, более выраженный, находится в области среднемолекулярных н-алканов; второй — в высокомолекулярной области, что может быть признаком незначительного бактериального
Таблица 1
Характеристика солей и битумоидов ПдКС по керну скв. 15
Пласт Образец Литологическая характеристика образца Интервал отбора, м ХБА, % УВ, %
8 Каменная соль с зернами сильвина 308.8—308.9 0.007 50.3
Л е=; о 11 Каменная соль шпатовая 359.0—360.1 0.003 28.3
о ОС со 3 21 Каменная соль темно-серая 373.1—373.2 0.005 12.2
X я ¡5 Р 18 Каменная соль шпатовая 377.4—377.5 0.002 18.4
Ч о с 25 То же 402.6—402.7 0.002 30.0
34 Каменная соль светло-серая 465.7—465.9 0.002 13.5
36 То же 473.9—474.0 0.003 32.0
3 2 . § 5 15 Глинисто-ангидрит-доломитовая порода 480.8—481.0 0.203 43.0
3 о <ц и 2 СО 17 Аргиллит темно-серый 491.6—491.8 0.028 34.1
окисления ОВ в ходе постседиментаци-онных процессов. Биодеградационные процессы скорее всего повлияли и на повышенные значения изопреноидных коэффициентов: Рг/С17 и РИ/С^
>> 1. Отсутствие данных по содержанию органического углерода в «чистых» разностях солей не позволяет достоверно сказать, являются ли эти битумоиды перемещенными из глинистых прослоев в пределах пласта ПдКС или же они эпигенетичные. На наш взгляд, низкие выходы битумоидов и то, что распределение нормальных и изопреноидных ал-канов практически не меняется по разрезу подстилающей толщи, свидетельствуют в пользу того, что органическое вещество ПдКС является автохтонным. Однако для подтверждения этого предположения необходимо дополнительно провести исследования ОВ непосредственно из галопелитовых прослоев пласта подстилающих солей.
У обр. 8, отобранного вблизи границы калийной залежи и непосредственно перед прослоем галопелита, все вышеперечисленные показатели значительно отличаются (табл. 2). Здесь на фоне низких содержаний н-алканов низко- и среднемолекулярной массы преобладают н-алканы состава С23—С31 (рис. 3, обр. 8), показатель Рг/РИ больше единицы, а значения коэффициента Кр и отношений Рг/Сі7, РИ/С18 меньше единицы. Такое распределение алка-новых углеводородов обычно бывает характерно для битумоидов из пластов калийных солей [5, 7]. Органическое вещество этого образца является смешанным, в нем к небольшой доле сингенетичного ОВ водорослевого состава добавилась значительная доля аллохтон-ного гумусового материала.
Таким образом, геохимические показатели алкановых и изопреноидных
Таблица 2
Г еохимические показатели нормальных и изопреноидных алканов
Образец Содержание н-алканов, % Рг/РЬ Рг/С |7 РН/С„ Кі* ^изопрен/ ^н-алканов
С13—С|8 С 19-С 24 С25-С35
8 4.6 26.1 69.3 1.25 1.01 0.6 0.78 0.03
11 9.9 70.5 19.6 0.21 1.61 5.40 3.85 0.30
21 18.3 68.0 13.7 0.37 1.92 3.12 2.67 0.48
18 27.6 62.8 9.6 0.39 1.40 2.48 2.04 0.51
25 16.3 60.4 23.3 0.25 1.84 5.16 3.79 0.38
34 24.6 68.6 6.8 0.40 1.50 2.62 2.16 0.53
36 27.2 59.4 13.5 0.62 1.14 1.81 1.48 0.33
15 73.0 19.5 7.5 0.45 0.65 2.21 1.27 0.47
17 49.5 37.5 13.0 1.87 3.83 3.25 3.61 1.24
Примечание. К =Рг+РИ/Сі7+Сі8
Время удерживания, мин
Рис. 3. Хроматограммы распределения нормальных и изопреноидных алканов в битумоидах подстилающих солей и вмещающих отложений
соединений битумоидов солей свидетельствуют о том, что в составе исходной биомассы пласта ПдКС Верхнепечорского месторождения существенную роль играли водоросли и фитопланктон. Накопление органического вещества проходило в морских мелководных условиях и восстановительной обстановке раннего диагенеза. Отличительной чертой ОВ является невысокая степень его термической преобразованности. Для выяснения источника ОВ подстилающих солей
мы планируем изучить состав полицик-лических биомаркеров в битумоидах солей и галопелитовых прослоях ряда других скважин.
Авторы выражают признательность к. г-м. н. Л. А. Анищенко и д. г.-м. н. Д. А. Бушневу за консультации и замечания при подготовке статьи.
Работа выполнена при поддержке Программы интеграционных фундаментальных исследований № 12-И-5-2026 «Минеральные, флюидные и
органические включения в природных солях: генезис, индикаторное и поисковое значение, технологические проблемы, практическое использование».
Литература
1. Богацкий В. И., Иванов А. В., Агулов С. Н. Условия соленакопления в Верхнепечорском соленосном бассейне СССР // Проблемы соленакопления. Т. 2. Новосибирск, 1977. С. 138 — 141.
2. Высоцкий Э. А., Гарецкий Р. Г., Кислик В. 3. Калиеносные бассейны мира. Минск: Наука и техника, 1988. 387 с.
3. Иванов А. А., Воронова М. Л. Геология Верхнепечорского соленос -ного бассейна и его калиеносность // Геология соляных и калийных место-
рождений. Л., 1968. С. 3 — 79. (Тр. ВСЕГЕИ. Т. 161).
4. Иванов А. А., Воронова М. Л. Галогенные формации (минеральный состав, типы и условия образования, методы поисков и разведки месторождений минеральных солей). М., 1972. 328 с.
5. Кудряшов А. И. Верхнекамское месторождение солей. Пермь: ГИ УрО РАН, 2001. 429 с.
6. Раевский В. И., Фивег М. П., Герасимова В. В. Месторождения калийных солей СССР. Л., 1973. 344 с.
7. Шанина С. Н. Использование биомаркеров для установления генезиса органического вещества в породах древних бассейнов соленакопления // Геология горючих ископаемых европейского севера России. Сыктывкар, 2003. С. 109—117. (Тр. Ин-та геологии
Коми науч. центра УрО Российской АН. Вып. 112).
8. Шанина С. Н., Бушнев Д. А., ЮшкинН. П. Состав и генезис углеводородных включений в соляных минералах Верхнекамского месторождения // ДАН, 2000. Т. 372. № 6. С. 812-815.
9. Connan J, Cassow A. M. Propeties ofgases and petroleum liquids derived from terrestrial kerogen at various naturation levels // Geochim. et Cosmochim. Acta, 1980. V. 44. № 1. P. 1-23.
10. Kovalevych V. M., Peryt T. M., Shanina S. N. et al. Geochemical aureoles around oil and gas accumulations in the Zechstein (Upper Permian) of Poland: analysis of fluid inclusions in halite and bitumens in rock salt // Journal of Petrolium Geology, Vol. 31 (3), 2008. P. 245-262.
Рецензент д. г.-м. н. Д. A. Бушнев
