CC BY
15Актуальные проблемы нефти и газа ■ Вып. 3(18) 2017 ■ http://oilgasjoumal.ru
НАФТИДЫ ВОСТОЧНОЙ КАМЧАТКИ И КАЛИФОРНИЙСКОГО БАССЕЙНА ГУЙАМАС
Т.Л. Виноградова, С.А. Пунанова Институт проблем нефти и газа РАН e-mail: punanova@mail.ru
В работе рассмотрены гидротермальные нефти и нефтеподобные вещества бассейна Гуйамас, расположенного в Калифорнийском заливе, а также нефти, выходящие на поверхность в кальдере вулкана Узон в Восточно-Камчатском прогибе. Нефтями гидротермального генезиса считаются скопления углеводородных флюидов, образующихся из органического вещества (ОВ) осадочных пород под воздействием восходящих горячих водных растворов магматического происхождения.
Влияние гидротермальных процессов на ОВ осадочных отложений бассейна Гуйамас исследовалось Б.Р.Т. Симонейтом [1], которым был зафиксирован выход гидротермальных вод с максимальной температурой 315 оС при давлении 200 атм в своде магматического тела, перекрытого осадочными отложениями. Мощность осадочного чехла над телом магматического фундамента в рифтовой зоне более 400 м. Глубина воды 1500-2000 м.
Примером нефтеподобных веществ, полученных из проб донных отложений залива, являются экстракты из внутренней, наиболее термоизмененной части, имеющие типичный для нефти характер распределения углеводородов (УВ). Среди них преобладают н-алканы С12-С33, с показателем нечетности, близким к единице (CPI12-33 = 1,03) и с максимумом при Н-С21. Отношение содержания пристана (П) к фитану (Ф) составляет 1,06. Смесь циклических УВ и УВ с разветвленной цепью содержит соединения от С11 до С31, также типичных для нефтей. В образце присутствуют УВ бензинового ряда (С5-С10), содержится элементарная сера, моно- и диолефины от С12 до С19 с двойной связью внутри цепи и метильными боковыми группами. Основными молекулярными маркерами в УВ фракции термально измененных образцов являются трициклические терпаны, тритерпеноиды и стераны с длинными цепочками и их стереоизомеры (диастераны). Трициклические терпаны в диапазоне С20-С29 характеризуются распределением, аналогичным их распределению в зрелых нефтях. В неизмененных поверхностных осадках они отсутствуют. Биомаркеры стероидной структуры включают 5а(Н), 14а(Н), 17а(Н) - стераны 20R и меньшее количество 5Р(Н), 14
а(Н), 17а(Н) стеранов 20R и диастеранов 13Р(Н), 17а(Н) стеранов 20R или S ряды. Стераны установлены в диапазоне С26-С30. Преобладает холестан (С27). Тритерпеноиды представлены в основном зрелыми формами соединений ряда 17а(Н), 21Р(Н) гопана в диапазоне С27-С35 (исключая С28). Гомологи С31-С35 присутствуют в виде пар диастеранов 22-S и R в соотношении 1:1. В этих же образцах наблюдается небольшое количество моретанов 17Р(Н), 21а(Н) (С29, С30 и С31) и биогопанов 17Р(Н), 21Р(Н) (С27, С30), изо-гоп-13(18) -ен и 17Р(Н) - морет 22(29) -ен. В то же время в ОВ неизмененных осадков доминируют биомаркеры с конфигурацией 17Р(Н), 21Р(Н) биогопаны и различные тритерпаны. В термоизмененных образцах установлены полициклические ароматические УВ (ПАУ) - пирен, бензпирен, перилен, бензперилен, коронен. Данная группа соединений не характерна для нефтей, но присутствует в продуктах высокотемпературного пиролиза. Приведенная характеристика УВ состава термоизмененного нефтеподобного вещества отражает стабильную зрелую форму этих соединений и является результатом гидротермальной активности.
Кроме высокопреобразованного нефтеподобного вещества, исследовался компонентный состав нефтей бассейна Гуйамас. Нефти характеризуются высоким содержанием полярных компонентов и асфальтенов и являются сравнительно незрелыми [1].
Нефтяные выходы из кальдеры вулкана Узон изучались многими исследователями (Н.С. Бескровный и др., 1971, 1974; Е.И. Кудрявцева и др., 1986; М.Б. Темянко и др., 1990; А.Э. Конторович и др., 2011; Э. Абля и др., 2011; Н.Л. Добрецов и др., 2015). Кальдера вулкана Узон представляет собой огромное геотермическое поле, находящееся в восточной части Камчатки (Восточно-Камчатский прогиб) (рис. 1). Исследователи пришли к выводу, что район является проявлением современного вулканизма, минерало-и рудообразования, а также уникальным местом генерации (температура 95 оС) и аккумуляции самых молодых нефтей на планете (N2^) [2, 3]. Фазовое состояние нефтей из этих выходов различно. Плотность нефтей варьирует от 0,878 до 0,915 г/см3. Содержание серы достигает 2,01%, парафина 2,0%, гетероциклических соединений от 7 до 10%, а количество асфальтенов незначительное - 0,3%. Концентрация насыщенных УВ в два раза превышает содержание ароматических. Выходы нефти на 90-93% представлены углеводородами.
Распределение УВ в нефтях характеризуется значительным разнообразием [3]. Для некоторых нефтей отмечается преобладание нормальных алканов при отношении П/Ф, близким к единице, что свидетельствует о морском типе исходной органики. В других нефтях преобладают изоалканы с отношением П/Ф менее 0,3-0,5. Встречаются нефти, содержащие необычные УВ, такие как 12- и 13-метилалканы. Среди циклановых УВ отмечается аномально высокое содержание тетрацикланов (40,4%), и содержание -трицикланов (22,1%). Повышена величина отношения три+тетра/моноцикланы, равная 5,43, значение нафтенового индекса понижено до 11,9. Среди стеранов наблюдается значительное содержание стерана С29, меньшее - С28 и очень низкое - С27. Нефти имеют относительно низкие концентрации С2б-три и С27-моноароматических УВ и избыток дибензотиофена. Среди аренов в Узонских нефтях доминирует группа нафталинов (46,5%), значительно содержание фенантренов (33,0%) [4].
Основываясь на современных исследованиях состава и соотношения биомаркеров, можно предположить, что нефти Узона образовались за счет переработки нескольких источников ОВ, включая липиды высшей наземной растительности, простейшие водоросли, возможна примесь бактериогенной органики [5]. Низкие значения отношения Ts (18а(Н) 22,29,30-триснорнеогопан)/Тт (17а(Н) 22,29,30-трисноргопан) (0,08) и изомерных соотношений стеранов С29 (ааа 20S/ (ааа 20S + ааа 20R) - 0,15, 0,20; аPP20R / (aPP20R + aaa20R) - 0,24, 0,20), а также величины биомаркерных параметров 4МДБТ/1МДБТ=0,3-1,2; МР1-1=0,6-1,1 свидетельствуют о низкозрелой или незрелой степени генерации нефтей Узона [2, 4].
Рис. 1. Пульсирующий источник в кальдере вулкана Узон (Фото В.А. Злотникова)
Отметим, что так называемые гидротермальные нефти Гуаймас в бассейне Калифорнийского залива и нефти в кальдере вулкана Узон Восточно-Камчатского прогиба, связанные с образованием УВ из современного ОВ при внедрении в отложения и разгрузке в них высокотемпературных гидротерм, имеют черты сходства и различия. Нефти сходны по уровню гетероорганических соединений и по содержанию элементарной серы. Их высокомолекулярные полициклические ароматические УВ включают много нафтеноароматических структур. В нефтях этих регионов присутствуют трициклические и тетрациклические терпаны. В то же время существуют значительные различия. Нефть Гуйамас содержит бензиновые фракции С5-С10, олефины состава С12-С19, тетрапирроловые структуры и асфальтены. Эти соединения отсутствуют в нефтях Узона. Флюиды в обоих бассейнах различаются по составу алканов и их распределению. В бассейне Гуйамас отношения нечетных алканов к четным и отношение пристана к фитану близки к 1. Максимальные пики при Н-С15 и Н-С21 типичны для морских нефтей. В Узонской нефти четные н-алканы доминируют над нечетными, а фитан - над пристаном. Максимум н-алканов приходится на С18. Несмотря на отмеченные различия, общий анализ природы этих гидротермальных нефтей говорит о их незрелой степени [6, 7].
Важную информацию в плане геохимических интерпретаций дают данные по содержанию микроэлементов (МЭ) в нефтях. Результаты определения МЭ в нефтях методом нейтронно-активационного анализа из площадей и источников Восточно-Камчатского прогиба были опубликованы Е.И. Кудрявцевой и др. [8] и С.П. Якуцени [9]. Пробы нефти были отобраны из разведочных скважин, пробуренных в нефтегазоносных бассейнах, сложенных терригенными породами палеоген-неогенового возраста и из шурфа и закопушек на фумарольном поле в северной части кальдеры вулкана Узон, расположенного в центральной части Восточно-Камчатского вулканического пояса (рис. 2).
Нефть кальдеры вулкана Узон отличается от нефтей близлежащих месторождений (Богачеевское, Двухлагерное, Лиманское, Изменное) более высокой плотностью (0,915 г/см3), высоким содержанием серы (2,01%), меньшим выходом бензиновых фракций.
Распределение МЭ в нефтях кальдеры вулкана Узон и нафтидах Камчатки показано на рис. 3 (аналитические данные взяты из работ [8, 9]). Нефти характеризуются низкими содержаниями всех идентифицированных элементов. Содержания Pd, Ag и Аи,
не представленные на рис. 3, составляют менее 0,02 г/т. Концентрации других элементов близки в пробах из нефтяных месторождений и кальдеры вулкана. Ход линий концентраций элементов практически одинаков. Можно констатировать, что в пробе нефти кальдеры незначительно выше содержания V, Мп, РЬ, Sn, Fe2Oз, а в нефти месторождения Богачеевское выше содержания Си, Мп, Zn, Sn, А12О3. МЭ состав нефтей кальдеры Узон свидетельствует об их никелевой металлогении (№>У). Содержание V и № в нефти кальдеры пониженно и составляет соответственно 0,062 и 0,24 г/т (У/№=0,26), тогда как содержание Си, Zn, Sn, РЬ, Мп существенно выше (соответственно, г/т, 5,28; 3,61; 1,11; 0,65; 0,46). Известно, что воздействие горячих вод, паров и газов привело в этом регионе к интенсивным гидротермальным изменениям пород и скоплению
Рис. 2. Схема расположения отбора проб нефти на Камчатке [8, 9]
1. Лиманская, скв. 1, 2085-2100 м; 2. р. Богачеевка, естественный выход нефти; 3. Богачеевская, скв. 37, 490 м; 4. Двухлагерная, скв. 50, 453,6 м; 5. кальдера вулкана Узон, шурф, 1,5 м
сульфидных руд. По мнению С.П. Якуцени [9], Двухлагерная и Богачеевская площади находятся в одном тектоническом регионе, но первая расположена ближе к Узону и, по всей видимости, близко подходит к тектонически нарушенной зоне. Можно предположить, что обе эти нефти приурочены к одному нефтеносному горизонту, но нефть из кальдеры Узон была значительнее подвержена температурным изменениям.
Рис. 3. Содержание микроэлементов в нафтидах Камчатки (по аналитическим данным [8, 9])
Таким образом, физико-химические свойства, УВ состав и содержание МЭ в нефтях Калифорнийского бассейна Гуйамас и кальдеры вулкана Узон (Камчатка), происхождение которых связано с гидротермальными процессами, свидетельствуют о том, что эти нафтиды принадлежат к классу раннекатагенетических флюидов. Они, как и все флюиды, генерированные ОВ на ранних стадиях катагенеза, характеризуются высоким удельным весом, повышенным содержанием гетероатомных соединений и серы, относятся по микроэлементной характеристике к нефтям никелевой металлогении [6, 7].
Большой массив данных по определению МЭ состава нефтей этих регионов Камчатки методом ICP-MS приводится в работе Н.Л. Добрецова и др. [5]. Исследователи также отмечают низкое содержание большого ряда изученных элементов в нафтидах кальдеры вулкана Узон, притом что содержания W и Щ на порядок, а содержание As - на 4 порядка выше содержания этих элементов в земной коре, а также преобладание никеля над ванадием. Однако комплекс геологических, гидрогеохимических, микробиологических
и физико-химических исследований нефтяной площадки кальдеры вулкана Узон, включающий и определение МЭ в узонской нефти, нефтяных растворах и гидротермах, свидетельствует, как считают авторы [5], о сложности и возможной многофазности процессов нефтеобразования в данном регионе, что связано с участием как эндогенных, так и экзогенных факторов.
Статья написана в рамках выполнения Государственного задания в сфере научной деятельности на 2017 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Симонейт Б.Р.Т. Созревание органического вещества и образование нефти: гидротермальный аспект // Геохимия. 1986. № 2. С. 236-254.
2. Конторович А.Э., Бортникова С.Б., Карпов Г.А., Каширцев В.А., Костырева Е.А., Фомин А.Н. Кальдера вулкана Узон (Камчатка) - уникальная природная лаборатория современного нафтидогенеза // Геология и геофизика. 2011. Т. 52, № 8. С. 986-990.
3. Ablya E. Slivko I. Geochemistry of «just generated» oils from Uzon volcano caldera (Kamchatka) in comparison with oldest pre-Cambrian oils // XXV International Meeting on Organic Geochemistry, Switzerland [S. l.], 2011. P. 221.
4. Темянко М.Б., Кудрявцева Е.И., Соловьева И.Л., Клиндуков В.П., Бескровный Н.С. Состав ароматических углеводородов восточно-камчатских нефтей // Геохимия. 1990. № 6. С. 790-796.
5. Добрецов Н.Л., Лазарева Е.В., Жмодик С.М и др. Геологические, гидрогеохимические и микробиологические особенности нефтяной площадки кальдеры Узон (Камчатка) // Геология и геофизика. 2015. Т. 56, № 1-2. С. 56-88.
6. Виноградова Т.Л., Пунанова С.А. Геохимические закономерности состава углеводородных систем ранней генерации // Геология нефти и газа. 2010. № 3. С. 61-72.
7. Пунанова С.А., Виноградова Т.Л. Геохимические особенности нефтей гидротермального происхождения // Геология, геофизика и разраб. нефт. и газовых месторождений. 2017. № 6. С. 33-36.
8. Кудрявцева Е.И., Якуцени С.П., Смуров Л.Л. Металлы в нефтях Камчатки и Чукотки // ДАН. 1993. Т. 331, № 4. С. 474-479.
9. Якуцени С.П. Распространенность углеводородного сырья, обогащенного тяжелыми элементами-примесями. Оценка экологических рисков. СПб.: Недра. 2005. 372 с.
