CC BY
42
УДК 553.982
МЕЗОЗОЙСКИЕ НЕФТЕГАЗОМАТЕРИНСКИЕ ОТЛОЖЕНИЯ БАРЕНЦЕВОМОРСКОГО НЕФТЕГАЗОНОСНОГО БАССЕЙНА
Т.А.Кирюхина, А.В.Ступакова, М.А.Большакова, Н.М.Кирюхина, Д.А.Норина (Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова)
В статье приведены результаты геохимических исследований мезозойских отложений Баренцевоморского шельфа из скважин Штокмановского, Северо-Кильдинского, Мурманского и других месторождений, а также отобранных из обнажений на прилегающих архипелагах Шпицберген, Земля Франца-Иосифа. Исследования включали: макро- и микроописание образцов, определение характеристик ОВ в породах пиролитическим методом (Роск-Буа!), определение содержания битумоида в породе методом холодной экстракции хлороформом. Битумоиды изучались методами газожидкостной хроматографии и хрома-то-масс-спектрометрии. Недостаток сведений о распространенности этих отложений и условиях их накопления в различных частях бассейна не позволяет достоверно оценить их вклад в формирование нефтегазоносности Баренцевоморского шельфа. Среди триасовых отложений к нефтегазоматеринским можно отнести глинистые толщи всех отделов, но наилучшими свойствами обладают среднетриасовые породы (анизийский ярус). Верхнеюрские "черные глины" обладают хорошим нефтегенерацион-ным потенциалом, но степень их преобразования недостаточна для полномасштабной генерации УВ.
Ключевые слова: Баренцево море; архипелаги Шпицберген, Земля Франца-Иосифа; ОВ; нефтегенерационный потенциал; битумоиды; состав алканов; катагенез.
Изучение Баренцевоморского шельфа геологами-нефтяниками началось в середине прошлого века и привело к открытию нескольких крупных и уникальных месторождений УВ-сырья — Штокмановского, Ледового, Лудловского, Куренцовского, Северо-Мурманского, Арктического. В 90-е гг. прошлого столетия, в связи с бурением на перспективных объектах и получением шламового материала, началось изучение нефтегенера-ционных свойств отложений шельфа Баренцева моря. Такие работы проводились в лабораториях ФГУП "Арк-тикморнефтегазразведка" [6] и "ВНИИокеангеологии" [3]. Одной из первых опубликованных работ стала статья А.И.Данюшевской [7], посвященная нефтегазопро-изводящим толщам фанерозойских отложений арктических островов. В то же время мезозойские нефтега-зоматеринские толщи Арктики изучались зарубежными учеными - Н.М^е1зв, Д.Могк, М.ДгЬшв, Э.Б!-
уеЬакк, Д.Р.БтЬгу, РЖВгоокв, K.R.Stewart и др. [12]. Архипелаг Шпицберген активно исследовался и продолжает исследоваться норвежскими учеными А.Мо^ ^е^, Р.иу^'егд и др. [13]. Кроме исследований нефте-газоматеринских отложений, велись и продолжаются исследования битумопроявлений на арктических островах архипелагов Земля Франца-Иосифа и Шпицберген, которые описаны в работах В.М.Безрукова, И.Ю.Винокурова, М.Л.Вербы, Е.В.Гарибьяна, Б.А.Клубова и др. [2, 8].
Большинство исследователей пришли к выводам о том, что основными нефтегазоматеринскими толщами
региона являются глинистые прослои в триасовых и юрских отложениях. Однако сведений о распространенности этих отложений и условиях их накопления в различных частях бассейна мало и они не позволяют достоверно оценить их вклад в формирование нефтегазонос-ности Баренцевоморского шельфа.
Результаты исследований, приведенные в статье, выполнены в лаборатории нефтяной геологии кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых геологического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова. Фактическим материалом для изучения свойств и закономерностей распространения мезозойских нефтегазоматеринских отложений, оценки их нефтегазогенерационных возможностей и катагенетического преобразования были образцы пород, отобранных в ходе геологических экскурсий сотрудниками и студентами геологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова из обнажений на островах по периферии Баренцева моря. Часть образцов была любезно предоставлена специалистами ВСЕГЕИ и норвежской компанией '^а^Н". Было исследовано 45 образцов триасовых и верхнеюрских отложений из различных районов Баренцева моря (рис. 1). Кроме того, при анализе нефтегазоматеринских отложений Баренцевомор-ского шельфа были использованы данные, приведенные в работах разных лет — Е.Г.Бро, А.И.Данюшевской, В.А.Клубова, А.К.Гудковой, Г.Л.Корюкина, Т.И.Черновой и др., а также результаты работ Норвежского нефтяного директората, опубликованные на сайте [9].
Исследования включали: макро- и микроописание образцов, определение характеристик ОВ в породах пиролитическим методом (Роск-Буа!), определение содержания битумоида в породе методом холодной экстракции хлороформом. Состав битумоида изучался методом газожидкостной хроматографии на приборе "Регк1п-Б!тег", условия анализа: газ-носитель — гелий, скорость гелия 30 см/с при 100 оС, капиллярная кварцевая колонка 60 м х 0,25 мм, скорость программирования температуры термостата колонок 4оС/мин, начальная температура 60 оС, конечная — 320 оС. Хромато-масс-спек-трометрические исследования би-тумоида проводились на приборе 'ТтЫдап МАТ-900 ХР" высокой чувствительности. Условия масс-спектрометрического анализа: электронная ионизация 70 еУ (Б1), диапазон масс 50-800 АМи, скорость сканирования — до 2000 АМи/с, температура ионного источника 250 оС.
Нефтегенерационный потенциал отложений определялся по результатам пиролитических исследований по значениям генерационного потенциала (сумма пиков 8-1+82). Категории нефтегазоматеринских толщ приведены в табл. 1. Степень катагенетической трансформации определялась как по показателю отражения витринита (Ро), так и по результатам пиролиза (7тах).
Триасовые отложения исследованы в образцах из обнажений на островах архипелагов Шпицберген, Земля Франца-Иосифа и в образцах из керна скважин месторождений юга Баренцева моря (Се-веро-Мурманская, Северо-Кильдин-ская, Песчаноозерская, Колгуев-ская, Варандей-море). Кроме того, привлечены геохимические данные по нескольким скважинам норвежского сектора Баренцева моря из материалов Норвежского нефтяного директората. Ранее проведенные геохимические исследования триасовых отложений ([3, 6, 7] и др.) показали, что основной триа-
Рис. 1. ОБЗОРНАЯ КАРТА ШЕЛЬФА БАРЕНЦЕВА МОРЯ
Места отбора образцов: 1 - скважины, 2 - обнажения
Таблица 1
Категории нефтегазоматеринских толщ по генерационному потенциалу [по 10]
Нефтегенерационный
Категория потенциал отложений
(81+Б2, кг УВ/т породы)
Не нефтематеринская порода, обладаю- < 2
щая небольшим газовым потенциалом
С умеренным генетическим потенциалом 2-6
С высоким генетическим потенциалом > 6
совой нефтегазоматеринской толщей являются породы анизийского яруса среднего триаса. Знания о нефтега-зогенерационных свойствах нижне- и верхнетриасовых
отложений крайне ограничены и не позволяют уверенно выделять в них нефтегазоматеринские толщи. В ходе данной работы были исследованы образцы отложений всех отделов триасовой системы, и результаты, как надеются авторы статьи, расширят знания о нефтегенерационных свойствах отложений триаса Баренцева моря.
Нижнетриасовые породы, представленные аргиллитами и алевролитами, содержат незначительное количество Сорг (TOC - 0,01-1,16 %) (табл. 2). Максимальные концентрации Сорг в отложениях нижнего триаса отмечены на островах архипелага Земля Франца-Иосифа (0,61-1,16 % в Нагурской скважине), минимальные — на юге Баренцева моря (0,001-0,490 %) и на Шпицбергене (0,10-0,47 %).
Максимальные концентрации ОВ фиксируются в нижнетриасовых отложениях архипелага Земля Франца-Иосифа. Здесь отложения нижнего триаса вскрыты только скв. Нагурская-1, они представлены в основном темно-серыми и черными аргиллитами с прослоями и линзами известняков и алевролитов. Они залегают на относительно небольшой глубине (964-1657 м) в зоне поднятия фундамента, что обусловило широкое проявление здесь интрузий. Это отразилось на составе и степени преобразованности ОВ, которая изменяется от низкой до высокой (7тах в интервале разреза 600 м — от 414 до 459 оС).
На юге Баренцева моря отложения нижнего триаса (оленекский ярус) вскрыты бурением на Северо-Киль-динской площади и представлены переслаиванием гли-
Таблица 2
Результаты пиролиза Rock-Eval триасовых пород из обнажений островов архипелагов
Шпицберген и Земля Франца-Иосифа
№ Место отбора Возраст Литология Rock-Eval
Tmax Si S2 S1+S2 PI TOC HI OI
1 Шпицберген (центр) Т1 Кремнисто-глинистая порода 447 0,13 0,32 0,45 0,30 0,21 152 —
2 Шпицберген (центр) Т1 Аргиллит 443 0,02 0,03 0,05 0,50 0,10 30 130
3 Шпицберген(юг) Т1<э 441 0,03 0,01 0,04 0,90 0,47 0 106
4 Шпицберген (центр) Т2 Алевритовый ритмит 455 0,09 0,14 0,23 0,40 0,01 — —
5 Шпицберген (центр) Т2 Алеврито-глинистая порода 445 0,65 5,54 6,19 0,10 1,64 337 —
6 Шпицберген (центр) Т2 Аргиллит 448 0,51 4,38 4,89 0,10 1,70 258 11
7 Шпицберген (центр) Т2 451 0,54 2,14 2,68 0,20 1,38 155 17
8 Шпицберген (центр) Т2 450 0,25 2,05 2,30 0,11 1,57 130 0
9 Шпицберген (восток) Т2а 438 3,10 39,14 42,24 0,07 7,45 525 4
10 Шпицберген (восток) Т2а 438 0,91 3,39 4,30 0,21 0,87 390 24
11 Земля Франца-Иосифа Т2а 493 0,07 0,28 0,35 0,21 0,71 39 71
12 Земля Франца-Иосифа Т2а 453 0,09 0,44 0,53 0,17 1,02 43 80
13 Земля Франца-Иосифа Т2а 436 0,07 0,40 0,47 0,15 0,80 50 13
14 Земля Франца-Иосифа Т2а 526 0,17 0,27 0,44 0,39 1,04 25 0
15 Земля Франца-Иосифа Т2а 327 0,01 0,02 0,03 0,50 0,11 18 0
16 Шпицберген (центр) Тз Углисто-глинисто-алевритовая порода 448 0,09 0,54 0,63 0,20 0,51 105 —
17 Шпицберген (восток) Тзк1 Аргиллит 438 0,04 0,59 0,63 0,10 1,15 51 17
18 Земля Франца-Иосифа Тзк 324 0,02 0,04 0,06 0,30 0,70 5 0
19 Земля Франца-Иосифа Тзп 429 0,03 0,54 0,57 0,05 1,34 40 0
20 Земля Франца-Иосифа Тзп Алевролит 436 0,06 0,10 0,16 0,37 0,16 62 0
Рис. 2. ТИП И СТЕПЕНЬ КАТАГЕНЕТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОВ НИЖНЕТРИАСОВЫХ ПОРОДАХ БАРЕНЦЕВОМОРСКОГО ШЕЛЬФА (МОДИФИЦИРОВАННАЯ
ДИАГРАММА ВАН-КРЕВЕЛЕНА; ШПИЦБЕРГЕН - [11], СКВАЖИНЫ АРХИПЕЛАГА ЗЕМЛЯ ФРАНЦА-ИОСИФА - [7], НОРВЕЖСКИЕ СКВАЖИНЫ - [9])
нистых, глинисто-алевритовых и песчано-алеврито-гли-нистых пород разнообразной окраски: от серого до вишневого. Встречаются линзочки угля. Содержание Сорг в глинах по данным ФГУП "Арктикморнефтегазо-разведка" составляет 0,1-0,5 (до 0,8) %. Тип ОВ смешанный — гумусово-сапропелевый [6]. Нижнетриасовые отложения, вскрытые на Мурманской площади, представлены чередованием песчаников и глин. Степень преобразования пород по данным показателя RQ в этих породах составляет 0,7 % (главная зона нефтеобразо-вания (ГЗН) [6].
Все исследованные образцы раннетриасового возраста, независимо от их территориальной принадлежности, характеризуются очень низкими значениями водородного индекса (HI = 0-33,3 мг УВ/г ТОС) и содержат ОВ III (гумусового) типа (рис. 2). Только один образец (из центральной части архипелага Шпицберген) представлен кремнисто-глинистой породой. Несмотря на низкое содержание Сорг (0,21 %), он относится к породам со средним нефтегенерационным потенциалом (0,45 мг УВ/г породы). Для этого же образца отмечено повышенное значение водородного индекса (HI = 152 мг УВ/г ТОС). Судя по значению 7"max = 447 оС, образец данной породы находится на средней градации катагенеза (МК2) и до вступления в ГЗН имел более высокие значения водородного индекса (пересчетное значение на начало катагенеза около 200 мг УВ/г ТОС).
В целом в различных частях Баренцевоморского шельфа нижнетриасовые отложения катагенетически трансформированы в разной степени, но, судя и по значениям 7max и показателю Ro, степень их преобразован-ности в большинстве случаев соответствует разным частям ГЗН.
Нижнетриасовые образцы юго-запада Баренцева моря в пределах Норвежского шельфа имеют широкий диапазон изменения качественного состава от III типа (гумусового) до I-II (преимущественного сапропелевого) типа. Породы сильно различаются по степени катагенетической измененности от непреобразованных (7max = 420-450 оС) до сильно преобразованных (7max > 500 оС характерно для зоны апокатагенеза). Наиболее максимальный разброс значений фиксируется в скв. 7229/1 1-1, расположенной на северо-востоке платформы Фин-марк (см. рис. 2).
Содержание битумоидов в нижнетриасовых аргиллитах в южной части Баренцева моря (Мурманская, Се-веро-Кильдинская площади), по данным А.К.Гудковой с соавторами [6], составляет 0,0003-0,0025 %, на архипелаге Шпицберген, по данным авторов статьи, — 0,022-0,076 % (табл. 3). В составе битумоида из нижнетриасовых отложений с островов архипелага Шпицберген (см. табл. 3) преобладают масла и смолы (77,5-89,1 %). Коэффициент битуминозности фхб) в образцах изменяется от 10,5 до 16,2 %, что позволяет
HI, мг УВ/г С0| 900-
800-
700-
600-
500-
400-
300-
200-
100-
1
□
°C О э ff
III о о 4?о°по°с 0 u \ А1 \
CE Г О Г^— Л2- о" ос ^ оо
400
420
440
□
460
А
480
500
"С
Образцы из кериа скважин: 1 - архипелага Земля Франца-Иосифа; Шпицбергена: 2 - Норвегии, образцы из обнажений: 3 - восточной части прогиба Хаммерфест скв. 7124/3-1, 4-скв. 7229/11-1, 5-скв. 7122/7-3; 6-образцы по результатам эксперимента архипелага Шпицберген; тип керогена: I - сапропелевый, II - гумусово-сапропелевый, III - гумусовый
считать битумоиды автохтонными и/или паравтохтон-ными [1]. Для одного из образцов рхб составляет 46 %, что свидетельствует о его аллохтонности.
Из описанного видно, что однозначная принадлежность нижнетриасовых отложений к нефтематеринским требует дальнейшего изучения, но присутствие в них
Таблица 3
Результаты хлороформенной экстракции и жидкостно-адсорбиионной хроматографии для образцов с островов архипелагов Шпицберген и Земля Франца-Иосифа
Место отбора Литология Возраст Битумоиды, % хб, % Асфальтены, % Масла и смолы, %
Шпицберген (центр) Кремнисто-глинистая порода Т1 0,022 10,50 10,90 89,10
Шпицберген (центр) Аргиллит Т1 0,046 46,00 21,87 78,13
Шпицберген (юг) Т1о 0,076 16,20 22,50 77,50
Шпицберген (центр) Алеврито-глинистая порода Т2 0,073 4,45 15,00 85,00
Шпицберген (центр) Аргиллит Т2 0,107 6,29 28,40 71,60
Шпицберген (центр) Т2 0,073 4,65 30,50 69,50
Шпицберген (восток) Т2а 0,592 7,95 27,80 72,20
Шпицберген (восток) Т2а 0,470 54,00 21,20 78,80
Земля Франца-Иосифа Т2а 0,024 3,38 50,00 50,00
Земля Франца-Иосифа Т2а 0,031 3,04 29,90 70,10
Земля Франца-Иосифа Т2а 0,035 4,38 26,90 73,10
Шпицберген (центр) Углисто-глинисто-алевритая порода Т3 0,045 8,82 9,30 99,10
Шпицберген (восток) Аргиллит Т3к1 0,071 6,20 80,24 19,76
кремнисто-глинистых прослоев (Шпицберген) и прослоев с большим числом водорослевых остатков (Севе-ро-Кильдинская площадь) дает возможность предполагать присутствие нефтегазоматеринских толщ в нижнетриасовых отложениях Баренцева моря, а наличие па-равтохтонных и аллохтонных битумоидов свидетельствует о перемещениях УВ внутри нижнетриасовых отложений.
Породы среднетриасового возраста содержат значительно больше Сорг, чем нижнетриасовые, но его концентрации варьируют в широких пределах (ТОС от 0,11 до 7,45 %). На Шпицбергене зафиксированы самые высокие содержания Сорг в среднетриасовых отложениях (0,87-7,45 %), на архипелаге Земля Франца-Иосифа они гораздо ниже (0,11-1,04 %), а для скважин на юге Баренцева моря характерны еще более низкие концентрации (0,15-0,47 %).
На Шпицбергене среднетриасовые породы рассматриваются как нефтематеринские с высоким нефте-генерационным потенциалом. О хороших нефтегазома-теринских качествах черных битуминозных аргиллитов среднего триаса упоминал Б.А.Клубов [8]. С ними же он связывал наиболее заметные проявления природных
битумов: от окисленных нефтей до асфальтов и асфальтитов (гильсонитов). Кроме того, Б.А.Клубовым в ла-динском ярусе описаны горючие сланцы с содержанием OB до 12,4-14,1 %, находящиеся в ГЗН (градации МКГМК2).
На архипелаге Земля Франца-Иосифа среднетриа-совые породы обладают невысоким нефтегенерацион-ным потенциалом и в силу гумусовой природы OB рассматриваются как преимущественно газоматеринские. Среднетриасовые породы южной части Баренцевомор-ского шельфа по большинству параметров сходны с породами Земли Франца-Иосифа, но характеризуются еще более низкими значениями ТОС, что не позволяет рассматривать их в качестве нефтегазоматеринских.
Тип OB по водородному индексу (HI = 130-525 мг УВ/г ТОС) для образцов со Шпицбергена определен как II (гумусо-сапропелевый) и II-III (сапропелево-гуму-совый), для образцов с Земли Франца-Иосифа — как III (гумусовый), на Северо-Кильдинской площади — II-III (рис. 3). Генерационный потенциал среднетриасовых пород со Шпицбергена в среднем составляет 2,3-4,9 мг УВ/г породы, а на Земля Франца-Иосифа он ниже — 0,30-0,65 мг УВ/г породы.
Рис. 3. ТИП И СТЕПЕНЬ КАТАГЕНЕТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОВ СРЕДНЕТРИАСОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ (модифицированная диаграмма Ван-Кревелена) [10]
Степень преобразования отложений по 7тах различна — на Шпицбергене все образцы находятся в ГЗН (438-445 оС), в то время как на Земле Франца-Иосифа отмечаются значительные вариации в значениях 7тах (327-526 оС), что свидетельствует о широком диапазоне катагенетической преобразованности 0В этих пород, от низкой до очень высокой. Это объясняется наличием на о-вах архипелага Земля Франца-Иосифа локальных участков разогретых при внедрении в отложения триаса раннемеловых интрузий базальтов и долеритобаза-льтов. Вблизи интрузий создаются условия для аномально высокой зрелости 0В и локальной генерации УВ на фоне в целом слабопреобразованных пород [4].
Максимальные содержания битумоидов в средне-триасовых породах отмечены в образцах Шпицбергена (0,073-0,592 %), на Земле Франца-Иосифа они составляют 0,024-0,035 % (см. табл. 3), на Северо-Кильдин-ской площади — 0,03 % и на Мурманской — 0,006 %. В битумоидах Земли Франца-Иосифа и Шпицбергена преобладают масла и смолы (50-85 %). Значения Рхб изменяются от 3,04 до 7,95 %, что характеризует биту-моид как автохтонный. Лишь в одном из образцов с островов архипелага Шпицберген битумоид эпигенети-чен (Рхб = 54 %).
В составе алкановых УВ в битумоидах из пород анизийского яруса среднего триаса Земли Франца-Иосифа присутствуют «-алканы С17-С32. Максимум их распределении приходится на С20-С23. Изопреноидов мало, определить отношение пристана к фитану не удается. Во всех образцах присутствуют неидентифициро-ванные пики, предположительно относящиеся к фтала-там (рис. 4, А). Преобладание нечетных алканов как в низко-, так и высокомолекулярной области подтверждает предположение о невысокой степени преобразования. 0В прибрежно-морского генезиса со значительной долей привнесенной гумусовой составляющей.
В хлороформенных экстрактах из среднетриасо-вых пород Шпицбергена присутствуют «-алканы от С15-16 до С34. Распределение «-алканов бимодальное с максимумами на С19_20 и С26. Отношение пристана и фи-тана (П/Ф) в битумоидах среднетриасовых отложений Шпицбергена колеблется от 0,2 (центральная часть) до 1,4 (север Шпицбергена) (см. рис. 4, Б, В).
Распределение стеранов в битумоидах среднетриа-совых пород Шпицбергена схожее — около 20 % С28 и по 40 % С27 и С29, происхождение ОВ морское [14], что согласуется с результатами пиролиза (II тип керогена).
На территории практически всего Баренцева моря (кроме о-ва Колгуев) 0В среднетриасовой толщи достигло зрелости и отложения вошли в ГЗН (МК1-МК3). Повышенный уровень преобразования в центральной части Западно-Шпицбергенского прогиба и отдельных прослоях среднетриасовых пород на архипелаге Земля Франца-Иосифа объясняется влиянием активных текто-
Н1,мг УВ/г Сорг 900-1
800-
700-
600-
500-
400-
300-
200-
100-
i\
•
1
• • \
A
........m i
-о
400 420 440 460 480 500
О
Скважины: 1 - архипелага Земля Франца-Иосифа [7], 2 -архипелага Шпицберген, 3 - Северо-Кильдинская [5]
нических процессов и широким распространением магматических тел.
Верхнетриасовые породы характеризуются значительным разбросом в содержании Сорг — от 0,1 до 10,83 % (см. табл. 2). Наиболее высокие концентрации отмечены в верхнетриасовых породах на архипелаге Земля Франца-Иосифа.
Тип ОВ верхнетриасовых пород, определенный по значениям водородного индекса на модифицированной диаграмме Ван-Кревелена (рис. 5), преимущественно III (гумусовый), только один образец с архипелага Земля Франца-Иосифа (скв. Северная, интервал глубин 936,7 м), описанный А.И.Данюшевской [7] как черная глина, ха-
Рис. 4. ХРОМАТОГРАММЫ ХЛОРОФОРМЕННЫХ БИТУМОИДОВ ИЗ ТРИАСОВЫХ ПОРОД
Среднетриасовых: А - архипелага Земля Франца-Иосифа, архипелага Шпицберген: Б -центральной части, В -северной части; Г - верхнетриасовых
рактеризуется повышенным значением водородного индекса (HI = 214 мг УВ/г ТОС), что позволяет отнести его к смешанному II-III (гумусо-сапропелевому) типу. Значения генерационного потенциала (S1+S2) для верхнетриасовых отложений, как правило, не превышают 0,7 мг УВ/г породы (за исключением двух образцов из скв. Северная). По 7max большинство пород попадает в начало ГЗН.
Содержание битумоида в верхнетриасовых породах Шпицбергена составляет 0,045-0,071 % (см. табл. 3), на Мурманской площади — 0,0025-0,62 %, на о-ве Колгуев — 0,018 %, на площади Варандей-море — 0,009 % [6]. Групповой состав битумоидов изучен только по образцам архипелага Шпицберген и не может рассматриваться как абсолютно достоверный из-за малого количества битумоида: в одном образце преобладают масла и смолы (99,1 %), а в другом — асфальтены (80,24 %).
Значения рхб изменяются от 6,20 до 8,82 %, что характеризует битумоид как автохтонный.
Распределение алкановых УВ в битумоиде из верхнетриасовых отложений Шпицбергена — одномодаль-ное с максимумом на С25, отмечается явное преобладание четных гомологов С20, С22, С24, отношение пристана к фитану составляет 0,5 (см. рис. 4, Г}. Такое распределение УВ характерно для гумусового исходного ОВ.
Таким образом, среди триасовых отложений наибольшие концентрации ОВ характерны для пород ани-зийского яруса среднего триаса (максимальное количество — на архипелаге Шпицберген}, что позволяет рассматривать их как нефтегазоматеринские. ОВ имеет преимущественно гумусовый состав, а следовательно, среди генерируемых ими УВ будет преобладать газ. Вероятно, эти породы и явились газоматеринскими для огромных залежей газа как в триасовых, так и юрских
Рис. 5. ТИП И СТЕПЕНЬ КАТАГЕНЕТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОВ ОБРАЗЦОВ ПОЗДНЕТРИАСОВОГО ВОЗРАСТА С АРХИПЕЛАГОВ ШПИЦБЕРГЕН И ЗЕМЛЯ ФРАНЦА-ИОСИФА (модифицированная диаграмма Ван-Кревелена)
резервуарах месторождений, открытых на шельфе Баренцева моря.
Вопрос о степени катагенетической зрелости триасовых нефтегазоматеринских толщ требует дополнительного изучения. В наиболее погруженных частях Барен-цевоморского шельфа эти толщи находятся на значительной глубине (до 7 км}, и можно предполагать, что там они уже в значительной мере выработали свой нефтега-зогенерационный потенциал. Но, судя по полученным результатам, для архипелагов Шпицберген и Земля Франца-Иосифа триасовые толщи в основном преобразованы до стадий начала — середины ГЗН. Это несоответствие можно объяснить тем, что триасовые отложения на этих архипелагах были погружены на глубину ГЗН, но после позднемел-раннепалеоценового аплифта вышли на дневную поверхность в районах периферийных архипелагов.
Верхнеюрские отложения широко распространены на шельфе Баренцева моря, они встречены на островах в обнажениях, обнаружены в пробах донных отложений и морских нефтегазопоисковых скважинах ([6-8] и др.}. Это, как правило, темноокрашенные, черные, темно-коричневые, глинистые, реже кремнисто-глинистые и карбонатно-глинистые разности с высоким содержанием ОВ преимущественно растительного происхождения, которые условно объединяются исследователями ([3, 7] и др.} под названием "черные глины".
Е.Г.Бро в работе [3] выделяет в разрезе черных глин две разновозрастные разделенные стратиграфическим перерывом пачки — кимериджскую и волжскую, что хорошо согласуется с результатами исследований авторов статьи. В толще черных глин на островах архипелага Земля Франца-Иосифа авторы статьи выявили различия в составе и строении кимериджской и волжской пачек. Образцы кимериджского возраста представлены дресвяными аргиллитами, практически растертыми в пыль, в то время как титон-нижнеберриас-ские отложения представлены тонкоплитчатыми прочными аргиллитами хорошей сохранности.
Образцы, отобранные на островах архипелага Шпицберген, из Штокмановских скважин и скважин месторождения Сновит (норвежская часть шельфа Баренцева моря}, представлены аргиллитами черного цвета. Текстура пород тонкоплитчатая, присутствуют включения слюды. По своей текстуре они похожи на кимериджские аргиллиты с островов архипелага Земля Франца-Иосифа.
На Земле Франца-Иосифа авторы статьи описали глинистые карбонаты, на Шпицбергене и площадях Штокмана и Сновита карбонатные породы не встречены.
В образцах пород из верхнеюрских отложений Земли Франца-Иосифа обнаружены остатки разнообразной мелководно-морской фауны, а также относительно редкие остатки растительности, часто встречаются включения слюды.
HI, УВ мг/г С
900-
800-
700
600
500-
400
300-
200
100
l\
11N
О
III ^ о •
ГЛ ^ о"""*—-
°oo
400
420
440
460
480
500
О
1
1 - архипелага Земля Франца-Иосифа, 2 - архипелага Шпицберген
Микроскопическое исследование показало, что все образцы с высоким содержанием ОВ представлены глинами с примесью кварцевого материала (примесь не превышает 10 %}. В составе глинистого материала преобладает монтмориллонит. Породы содержат рассеянное ОВ, распределенное неравномерно, местами ОВ образует небольшие скопления.
По результатам пиролиза Роск-Буа! содержание Сорг (ТОС} в исследованных образцах верхнеюрских отложений составляет от 1,4 (обр. 7119, месторождение Сновит} до 28,2 % (месторождение Сновит} (табл. 4}. Значения водородного индекса достаточно низкие (83-279 мг УВ/г Сорг}.
Таблица 4
Результаты пиролиза Rock-Eva] верхнеюрских образцов
Место отбора: архипелаг, месторождение Литология Возраст Rock-Eval
^max S1 S2 S1+S2 Pi TOC HI Ol
Земля Франца-Иосифа Аргиллит J30x-km 409 0,35 4,57 0,79 0,07 5,48 83 105
Земля Франца-Иосифа J3km 410 0,36 11,56 2,86 0,03 6,41 180 62
Земля Франца-Иосифа J3km 409 0,29 11,74 3,11 0,02 6,10 192 61
Земля Франца-Иосифа J3km 411 0,70 6,72 2,41 0,09 5,18 129 53
Земля Франца-Иосифа J3km2 407 0,28 6,83 1,55 0,04 5,77 118 76
Земля Франца-Иосифа J3tt 411 0,31 16,00 3,07 0,02 7,71 207 67
Шпицберген J2CI-J3 434 0,04 2,00 1,36 0,02 5,91 34 25
Шпицберген Глины J3 446 0,51 3,91 3,45 0,26 2,48 158 40
Земля Франца-Иосифа Аргиллит J3tt-K1b1 408 0,43 22,97 7,11 0,02 8,21 279 39
Земля Франца-Иосифа Алевролит K1b1 416 0,11 3,61 1,91 0,03 3,20 112 59
Штокман Аргиллит J3 417 1,59 30,08 31,67 - 8,31 362 12
Штокман J3 414 1,98 34,61 36,59 - 9,41 368 13
Штокман J2 432 0,18 1,90 2,08 - 1,16 165 294
Сновит J3 426 0,65 1,48 3,61 0,31 1,40 103 197
Сновит J3 458 1,91 2,15 4,06 0,47 3,40 63 40
Сновит J3 473 1,26 40,19 41,45 0,03 28,80 140 0
Сновит J3 442 6,42 17,15 23,57 0,27 10,00 171 1
Сновит J3 442 6,61 15,82 22,43 0,29 10,10 156 3
Образцы, отобранные на островах архипелага Шпицберген, содержат 2,5-6,0 % Сорг, значения HI = = 31-158 мг УВ/г Сорг. Образцы из скважин месторождения Сновит содержат от 1,5 до 28,0 % Сорг, HI изменяется в широких пределах — от 63 до 171 мг УВ/г Сорг. Штокмановские образцы содержат 8,0-9,5 % Сорг, HI составляет 360-370 мг УВ/г Сорг — максимальные для всех исследованных верхнеюрских образцов значения.
На модифицированной диаграмме Ван-Кревелена (рис. 6) видно, что в исследованных образцах содержится ОВ гумусового (кероген типа III) и смешанного сапропелево-гумусового (кероген типов II, II-III) типов.
По результатам пиролиза исследованные образцы могут быть условно разделены на три группы.
1. Катагенетически незрелые породы с высокими значениями HI — в эту группу попали образцы Штокмановской площади (Tmax = 414-417 оС, HI = 362-368 мг УВ/г Сорг). Штокмановские верхнеюрские отложения содержат ОВ смешанного сапропелево-гумусового (II) типа.
2. В разной степени катагенетичеки зрелые породы с низкими значениями HI. Они зафиксированы на архипе-
лаге Шпицберген и месторождении Сновит (Tmax = 426-473 oC, HI = 63-171 мг УВ/г Сорг). Верхнеюрские отложения Шпицбергена и месторождения Сновит содержат ОВ смешанного сапропелево-гумусового (II-III) типа.
3. Катагенетически незрелые породы с низкими значениями HI. Третья группа — образцы с островов архипелага Земля Франца-Иосифа (Tmax = 407-416 оС, HI = 83-207 мг УВ/г Сорг). Верхнеюрские отложения содержат ОВ гумусового типа (III), причем для образцов тито-на свойственно содержание большей примеси сапропелевого вещества, чем в породах кимериджа.
По данным [12] в западной части шельфа Баренцева моря верхнеюрские отложения содержат ОВ II, II-III типов, степень катагенетической преобразованности ОВ увеличивается в направлении с востока (незрелое ОВ) на запад (зрелое ОВ).
Были исследованы битумоиды верхнеюрских отложений центральной части архипелага Шпицберген, островов архипелага Земля Франца-Иосифа, месторождений Сновит и Штокмановское. Для всех изученных пород характерно небольшое содержание битумоида 0,05-0,08 %, содержание асфальтенов изменяется от
GEOCHEMICAL INVESTIGATIONS
Рис. 6. ТИП И СТЕПЕНЬ КАТАГЕНЕТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОВ ВЕРХНЕЮРСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ (модифицированная диаграмма Ван-Кревелена)
24 до 45 %. Значения битумоидного коэффициента составляют 0,8-1,4 %, что свидетельствует о сингенетич-ной природе битумоида. Во всех породах масла и смолы преобладают над асфальтенами.
В хлороформенном битумоиде из верхнеюрских пород архипелага Земля Франца-Иосифа присутствуют н-алканы С11-Сз4, распределение бимодальное, максимум распределения н-алканов приходится на С16-С18, высокомолекулярная область хроматограмм характеризуется преобладанием нечетных гомологов над четными, что подтверждает результаты пиролиза и свидетельствует о незрелости ОВ (рис. 7, А). Отношение трис-тан/фитан (П/Ф) составляет 1,6-1,8.
Содержание Сорг в верхнеюрских отложениях центральной части архипелага Шпицберген около 2,5 %. Содержание хлороформенного экстракта в верхнеюрских породах Шпицбергена колеблется от 0,1 до 0,4 %, присутствуют алканы от С1з до С32, максимум распределения н-алканов приходится на С2з-С24 (см. рис. 7, Б). По данным [12] экстракты из верхнеюрских глин Шпицбергена отличаются высокими значениями отношения П/Ф (от 2 до 5), согласно исследованиям авторов статьи, отношение П/Ф составляет около 1,2.
Верхнеюрские отложения Штокмановского месторождения содержат 8,3-9,4 % Сорг, содержание ХБА составляет 0,57-0,75 %, в экстракте содержатся н-алканы от С15 до С35, распределение н-алканов бимодальное, максимум распределения н-алканов приходится на четные гомологи С18, С20, С22 и Сзз_з4, отношение П/Ф = 0,7-0,8 (см. рис. 7, В).
Анализ биомаркерных коэффициентов, изменяющихся в зависимости от катагенетической преобразо-ванности исходного ОВ, дает результаты, схожие с результатами пиролитического анализа. Наименее катаге-нетически преобразовано ОВ черных глин Штокманов-ского месторождения и приподнятого крыла месторождения Сновит.
В результате детального изучения пород из обнажений архипелагов Шпицберген и Земля Франца-Иосифа, данных по скважинам Баренцева моря и на архипелаге Земля Франца-Иосифа, а также литературных данных можно сделать следующие выводы.
Наилучшими нефтематеринскими свойствами обладают глинистые породы анизийского яруса среднего триаса. Тип ОВ смешанный сапропелево-гумусовый. Глинистые отложения нижнего и верхнего триаса характеризуются невысокими значениями Сорг, гумусовым типом ОВ и бедным газогенерационным потенциалом. Исключение составляют прослои углистых пород и черных глин с гумусово-сапропелевым ОВ в карнийских отложениях (скв. Северная, Земля Франца-Иосифа), которые обладают хорошим и очень хорошим потенциалом.
На юго-востоке Баренцева моря триасовые глинистые отложения содержат ОВ гумусового типа в количест-
Н1,мг УВД С0| 900-
800-
700-
600-
500-
400-
300-
200-
100-
> \
\
î4^
<г
,о
I .... rjïT Ъ \
о о :
400
420
440
460
480
500
°С
«vi v
О
о
Месторождения: 1 - Сновит (Норвегия), J3, архипелага Шпицберген: 2 - J2-3, 3 - J3, 4 - Штокмановское, J3, 5 -архипелага Земля Франца-Иосифа, J3
вах недостаточных, чтобы считать их нефтематеринскими, за исключением отдельных прослоев.
Степень катагенетической измененности триасовых пород в наиболее погруженных частях бассейна соответствует МК4-МК5 (ГЗГ) или выше. На поднятиях в пределах бассейна триасовые толщи находятся в ГЗН и генерируют УВ. В фазовом составе УВ, генерируемых триасовыми толщами, вероятно, преобладает газ.
Верхнеюрские "черные глины" широко распространены на шельфе Баренцева моря (ТОС до 29 %, кероген типов II, II-III, III). Породы находятся на града-
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Рис. 7. ХРОМАТОГРАММЫ ХЛОРОФОРМЕННЫХ БИТУМОИДОВ ИЗ ВЕРХНЕЮРСКИХ ПОРОД
- 160' X 2
5 ±
щ 120'
* и
и 4
4 Ч * о
4
■Л
и _
* о* а ?
yiqlul JiH
Я й о
4 =
JXww1
U « Ht-T
4 4
J^mWIlJ
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 t, МИН
85000
80000
75000
2 70000 х
§ 65000
га 60000
^ 55000
| 50000
£ 45000 ш
ь 40000 О 35000 ^ 30000 25000 20000 15000 10000 5000
JlAjU
р -± О R
4 и 4
яи Ч 4
jMM
О
4 Я 4. о 1 4
4 sjU я oV.ru
30 35 40 45 50 55
65 70 75
В
ции катагенеза ПК^-М^. Наименее катагенетически преобразованы верхнеюрские отложения Штокманов-ско-Лунинской мегаседловины (месторождение Шток-мановское) и архипелага Земля Франца-Иосифа. 0В верхнеюрских отложений архипелага Шпицберген и прогиба Хаммерфест (месторождение Сновит) находится в ГЗН. Среди УВ, генерируемых этой толщей, вероятно, преобладают жидкие.
Литература
1. Баженова O.K. Геология и геохимия нефти и газа: учебник / О.К.Баженова, Ю.К.Бурлин, Б.А.Соколов, В.Е.Хаин / Под ред. Б.А.Соколова. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд-во Моск. ун-та; Издательский центр "Академия", 2004.
2. Безруков В.М. Природные битумы о-ва Греэм-Белл Земли Франца-Иосифа и их значение для оценки перспектив нефтегазоносности арктической окраины Баренцево-Северо-Карского шельфа // Геология нефти и газа. — 1997. — № 2.
J 4 4
и
s 4
„ , aj ии'у 4 4 4 ±
v7
LLU
iL
о 4
12 14 16 18 20
24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 t, МИН
А - архипелага Земля Франца-Иосифа, Б - архипелага Шпицберген, В - месторождения Штокмановское
3. Бро Е.Г. Геологическое строение и нефтегазоносность Баренцевоморского шельфа / Е.Г.Бро, Ю.В.Устинов, В.Устрицкий // СПб.: Изд-во ВНИИокеангеологии, 1993.
4. Грамберг И.С. Катагенетическая зональность осадочного чехла Баренцевоморского шельфа в связи с нефтегазо-носностью / И.СГрамберг, Н.К.Евдокимова, О.И.Супруненко // Геология и геофизика. - 2001. - Т. 42. - № 11-12.
5. Григорьева В.А. Палеогеография и нефтегазоносность триасовых отложений шельфа Печорского и Баренцева морей / В.А.Григорьева, Н.А.Еремин, Л.Н.Назарова // Геология нефти и газа. — 1998 — № 9.
6. Гудкова А.К. Анализ и обобщение материалов по изучению физико-химических свойств нефтей, газов, пластовых вод и рассеянного органического вещества по акваториям. 1 кн. Арктикморнефтегазразведка за 1988-1990 г. / А.К.Гуд-кова, Е.Ю.Еременко, Л.В.Белоусова и др. — Мурманск, 1990.
7. Данюшевская А.И. Нефтегазопроизводящие толщи фанерозойских отложений арктических островов // Геохимия. - 1995. - № 10.
8. Клубов Б.А. Битумопроявления на о-ве Хейса / Б.А.Клубов, И.Ю.Винокуров, Е.В.Гарибьян // Геология нефти и газа. - 1997. - № 2.
9. Норвежский нефтяной директорат - официальный сайт: www.nhd.no.
10. Тиссо Б. Образование и распространение нефти / Б.Тиссо, Д.Вельте. - М.: Мир, 1981.
11. Bjoroy M. Triassic source rocks of the Barents Sea and Svalbard / M.Bjoroy, P.B.Hall, I.L.Ferriday, A.Mork // Search and Discovery article 10219. - 2010.
12. Leith T.L. Mesozoic hydrocarbon source-rocks of the Arctic region / T.L.Leith, H.M.Weiss, A.Mork et al. // Arctic Geology and Petroleum Potential. - Amsterdam, Elsevier, Norwegian Petroleum Society, 1992.
GEOCHEMICAL INVESTIGATIONS
13. Nottvedt A. Hydrocarbon potential of the Central Spitsbergen Basin / A.Nottvedt, F.Livbjerg, P.S.Midboe, E.Ras-mussen // Arctic Geology and Petroleum Potential. — Amsterdam, Elsevier, Norwegian Petroleum Society, 1992.
14. Peters K.E. The biomarker guide: 2-nd edition. V. 2. Bi-omarkers and Isotopes in Petroleum Exploration and Earth History / K.E.Peters, C.W.Clifford, J.M.Moldowan. - Cambridge University Press, Cambridge, U.K., 2004.
© Коллектив авторов, 2012
Тамара Алексеевна Кирюхина, ведущий научный сотрудник, кандидат геолого-минералогических наук,
Антонина Васильевна Ступакова, профессор,
доктор геолого-минералогических наук, [email protected];
Мария Александровна Большакова, младший научный сотрудник, кандидат геолого-минералогических наук, [email protected];
Надежда Михайловна Кирюхина, магистр, [email protected];
Ларья Александровна Норина, магистр, [email protected].
MESOZOIC OIL AND GAS SOURCE DEPOSITS OF THE BARENTS SEA OIL AND GAS POTENTIAL BASIN
Kiryukhina T.A, Stupakova A.V., Bolshakova M.A., Kiryukhina N.M., Norina D.A. (Lomonosov Moscow State University)
The article presents results of geochemical studies of Meso-zoic deposits of the Barents Sea shelf from wells of Stock-manovsky, North-Kildinsky, Murmansky and other fields as well as taken from outcrops on adjacent Spitsbergen, Franz Josef Land archipelagos. Studies include: macro- and microdescription of samples, determination of OM characteristics in rocks by Rock-Eval method, determination of bitumoid content in rock by method of chloroform cold extraction. Bi-tumoids were studied by gas-liquid chromatography and chro-matomass-spectrometry. Shortage of data about these deposits distribution and their accumulation conditions in various parts of the basin don't allow determine their contribution in oil-and-gas potential formation of the Barents Sea shelf. Among Triassic deposits the argillaceous strata may be considered as oil-and-gas mature, however the Middle Triassic rocks (Anizian stage) possess the best properties. The Upper Jurassic "black clays" possess good oil generation potential, but extent of their transformation is not sufficient for extensive HC generation.
Key words: Barents Sea; Spitsbergen; Franz Josef Land archipelagos; OM; oil generation potential; bitumoids; composition of alka-
В M 1
ГАЗ. ХИМ
21 - 23 августа
щт
mm
Ol I
16-я специализированная выставка с международным участием
Официальная поддержка
Министерство промышленности и энергетики Саратовской области
Союз нефтегазопромышленников РФ
Союз производителей нефтегазового оборудования
Российский Союз химиков
СВЯРНЯ
©ищва»ш(Чр50Н1Жй(й вэшзсэ
ГЖП ВЫСТАВОЧНЫЙ ЦЕНТРН
■ - СОФИТ-ЭКСПО
I Ж I ТЕЛ.: (8452) 205-470,206-926
П7ТП http://expo.sofit.ru
