CC BY
40
НЕКОТОРЫЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НЕФТЕЙ НА ПРИМЕРЕ ЗАЛЕЖЕЙ ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ НЕФТЕГАЗОНОСНОЙ ПРОВИНЦИИ
ИВАНОВ К. С. РОНКИН Ю. Л., ФЕДОРОВ Ю. И.
В настояшсс время геохимические методы иашли очень широкое применение прк решении самых рахпичных задач как геологии вообще, так и нефтегазовой геологии - в частности, причем в геологии нафтидов подавляющее большинство исследовании и публикаций посвящено органической геохимии рассеянного органического вещества и, разумеется, самих нефтей. Количество работ по неорганической геохимии нефтей очень мало и на порядок отстает от числа исследований в области химии углеводородов, а число публикаций по микроэлементам в нефтях вообще очень ограничено и касается в основном элементов группы железа (Т1, V, Сг, Мп, Ре, Со, N0, а также элементов металлических рудных (по А. Н. Заварицкому) в составе Си, Ъъ, Бп, Ли и др.
Совершенно недостаточно изучены в нафтидах элементы группы платины, радиоактивные элементы и совсем слабо исследованы редкоземельные элементы, представляющие, как нам кажется, наибольший интерес с позиций заложенных здесь потенциальных возможностей в области геохимической и генетической интерпретации полученных данных.
Проблема появления микроэлементов в нафтидах до сих пор однозначно не решена. В соответствии с точкой зрения, сформулированной А. П. Виноградовым в 1936 году, микроэлементы присутствуют в нефти с момента сб образования и поступают в неб из рассеянного органического вещества. Соответственно, микроэлементы нафтидов должны быть сингенетичны элементам РОВ нефтсматерннскнх толщ. По мнению Л. А. Гуляевой и С. А. Пунановой (1973), это доказывается сходством тенденций в распределении концентраций микроэлементов в нефтях и живых организмах. Однако в работе В. А. Чахмахчсва и др. [7] отмечается, что часть элементов при некоторых геохимических условиях может поступать в нафтиды из вмещающей среды.
В соответствии с представлениями А. А. Маракушева и др. [4], характер распределения в нефтях металлов платиновой группы может указывать на сходство их геохимическо-металлогенической специализации с гипероазитами платформенных областей. Это, в свою очередь, позволяет указанным исследователям предполагать определенную связь между нафтилами и процессом дегазации глубинных зон Земхи. Как видно в этих построениях, проблема микроэлементов в нафтидах связана с эндогенной активностью планеты, обусловленной дефлюиднзацией еб глубоких зон и ядра.
Из приведенного краткого обзора представлений о генезисе микроэлементов в нафтидах уже можно понять, что более актуальной задачи в нефтяной геологии сейчас практически невозможно сформулировать. В случае появления убежденности в геохимической связи микроэлементов с процессами глубинной флюидодинамики это может существенным образом изменить наши представления о методах поиска скоплений углеводородов. В случае же подтверждения парагенсза микроэлементов нефтей с рассеянным органическим веществом конкретных глинистых толщ может появиться очень убедительный факт в пользу сформулированных еще И. М. Губкиным и др. представлений об органическом синтезе углеводородов, а четкая корреляция между стратифицированными нефтсматсринскими слоями и соответствующими им залежами нафтидов может заметно уточнить методические аспекты прогноза и поиска скоплений нефти, а также повлиять на эффективность геологоразведочных работ.
Кроме указанных выше соображений: постановка исследований микроэлементного состава нефтей может иметь и сугубо прикладной смысл. При заметных содержаниях некоторых химических элементов в нафтидах, как тго имеет место с V, N1, реже с другими металлами и в случае удачных резулыа юь поиска 1слноло1 ичсских решений дли ил выделения [5] информация о концентрациях металлов в нефтях может оказать неоценимую помощь при обсуждении предпроект-ных и проектных соображений при создании предприятий указанного свойства.
С течением времени всС более актуальными становятся экологические составляющие любых производств. Нефтехимия и нефтепереработка в этом смысле не могут являться исключением.
Рис. 1. Диаграмма распределения логарифма концентраций по хондрту микроэлементов в нефтях Западной Сибири: а - лантаноиды; б - плашиииды
Рис. 2. Диаграмма содержания лантаноидов в нефтях Западной Сибири: а - сврописвая аномалия
1 - Восточно-Придорожное; 5 - Южно-Ягунское;
¿-Кустовое, 6 - Толумсгое,
3 - Новховское; 7 - мортымья-1 етеревское,
4 - втеинекзе;---лсвттеское месторождения
0.0000 -1.0000 -2.0000 -3.0000 -4.0000 •5 0000 -«.0000 -7.0000
3.0000
0000
1.0000
_
L0fl1 Log2 Log3 Log4 Log5 LogO Log7 Log8
Своевременность изучения свойств нефтей в сугубо экологическом аспекте ещб обусловлена и содержанием в них иногда в заметных количествах таких токсичных элементов, как мышьяк, кадмий, таллий, свинец, ртуть, уран и др.
Изложенные причины заставили авторов начать изучение микроэлементов в нефтя* некоторых залежей Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции. Следует отмстить, что инициатива проведения этих исследований принадлежит Уральскому государственному горному университету, а практическая реализация работ такой направленности стала возможной только в тесной кооперации с Институтом геологии и геохимии УрО РАН.
Отметим, что ранее проблемой геохимии микроэлементов иафтидов занимались исследователи ВНИГРИ, ВНИИЯГГ и других институтов, используя рснтгенофлюорссцентный нейтронно-актнвационный и атомно-абсорбционный методы. Однако работы были практически прекращены в связи с целым рядом сложностей, прежде всего, с трудностью анализа сырых нефтей на имевшемся оборудовании, сравнительно узким кругом определяемых элементов и относительнэ низкой чувствительностью методов. Возможность применения в этих целях метода масс-спектрометрии с ионизацией в индуктивно-связанной плазме (1СР-МБ) снимает все вопросы по чувствительности аппаратуры и набору изучаемых элементов.
Очень важной процедурой при проведении таких исследований является пробоподготовка. В нашем случае она осуществляется по авторским методикам с дальнейшим масс-спсюгрометри-ческим окончанием на тандемных анализаторах высокого разрешения с ионизацией в индуктивно-связанной плазме (1СР-М8/НИ).
Результаты анализов некоторых проб нефтей приведены в таблице (как нам кажется, такая таблица публикуется впервые) и на рис. I. На рис. 2 приведена диаграмма нормированных по хон-дриту содержаний редкоземельных элементов (лантаноидов).
Результаты 1СР-МБ анализа (в г/т) для нефти Шаичского района
1 2 3 4 5 6 7 8
и 0.00268 0.00550 0.00448 0.00753 0.00089 - . .
Ве 0.00068 0.00090 0.00080 0.00036 0.00036 0.00037 0.00386 0.00311
В 1 0,05321 0.13300 0.06020 0.06500 0.04371 0.00058 0.00073 0.00066
¡Ча 1 1.38894 4.59339 200.837 3.76869 4.36775 - . .
щ 0.47086 0.91731 0.56882 0.39074 0.71989 0,72588 13.85471 12.40089
А1 1,12454 1.37350 1,01343 1.09291 1.84287 0.15236 9.52140 8.27537
0.11998 0,11444 0,10873 0,17218 0,14430 0,00296 0,15687 0,12227
Т1 2.89765 2.74938 2.35654 3.56146 1,78890 0.01347 0.97335 0.87796
V 10.4498 11.6318 8.8610 9.3321 6.4884 3,35400 0.17643 1,31451
Сг 28,4995 32,7446 28.6782 17,2258 25.5459 14.54278 5,29674 10,? 183
Мп 0.11641 0,59776 0.11036 0.16766 0.63659 0.02083 0.15319 0,12857
Ре 52,1724 48,9204 35.9154 38.3182 35.9450 5.0330 49.0878 43.7330
Со 0.01246 0.00702 0.07782 0.09166 0.00702 0.00153 0.00851 0.0)473
N1 10.1142 4.57676 17.06456 14.7218 3.12589 0.91805 0.41504 1.03197
Си 1,77310 2.06376 1.67553 1.83192 1.93616 0.001460 1.36885 1.35712
Ум 4.98010 5.84579 6.30084 4.85887 11.71738 0.18462 1.36437 1.43157
Са 0.15353 0.15572 0.13375 0.04740 0.12771 0.05859 0.00541 0.03827
А$ 0.68190 0.83962 0.78702 0,58810 0.66959 0.52042 0.17214 0,0?681
КЬ 0,00194 0.00696 0.00255 0.01205 0.01118 0.02364 0.05573 0.02794
Бг 0.21142 0.65098 0.46156 0.58319 1.69799 0.05428 0.09392 0.47156
У 0.00041 0.00104 0.00069 0.00087 0.00079 0.00089 0.00107 0,0)040
Ъх 0.12356 0.20415 0.10810 0.10668 0,12442 0.00658 0.85220 0.44027
N6 0.00210 0.00408 0.00313 0,00203 0.00338 0.00078 0.00159 0.03122
Мо 0.09874 0.05995 0.05183 0.05682 0,05256 0.16910 0.13347 0.11709
Ни 0.00329 0.00580 0.00226 0.00411 0.00509 0.00080 0.00718 0.0)569
НИ 0,00027 0.00016 0.00009 0.00051 О.ОООЗЗ 0.00123 0,00024 0.0)022
Р<1 0.01056 0.01635 0.00820 0.00952 0.01052 0.00216 0.03744 0.01932
А* 0.00416 0.002% 0.00339 0.00321 0.00506 0.01079 0,00092 0.00421
С<1 0.01396 0.00720 0.00891 0,00821 0,00967 0.00205 0.00452 0.00049
1п 0.00005 0.00043 0.00062 0,00044 0.00051 0.00034 0.00139 0.00217
Окончание таблицы
1 2 3 4 5 6 7 8
Sn 0,24998 0.14538 0.14610 0,27392 0.22622 0,16199 0.00108 0.38764
Sb 0.00391 0.00498 0.00354 0.00204 0.00440 0.00079 0.00444 0.00286
Тс 0.00020 0.00033 0.00031 0,00019 0.00028 0.00110 0,00224 0.00019
I 0.17378 1.37407 0,27695 0,18988 0.09614 - . .
Cs 0.00028 0.00039 0,00042 0.00013 0.00007 0.00199 0,00196 0.00195
Ва 0.32165 0.28396 0.14268 0.18009 0.53189 0.09914 0,19176 0.07979
La 0.00237 0.00395 0.00366 0.00548 0.00358 0.00130 0.00234 0.00186
Се 0.00373 0.00552 0.00484 0.00645 0.00456 0,00227 0.00403 0.00298
Рг 0.00052 0.00066 0.00048 0.00058 0.00064 0,00043 0.00051 0.00044
Nd 0,00145 0,00271 0.00215 0.00181 0.00207 0.00192 0,00191 0,00184
Sm 0,00035 0.00028 0.00047 0.00029 0.00029 0.00076 0.00060 0.00052
Eu 0.00051 0,00040 0.00005 0.00002 0.00088 0.00163 0.00027 0.00029
Gd 0.00049 0.00045 0,00053 0,00048 0.00040 0,00156 0.00046 0.00053
Tb 0,00005 0,00005 0,00007 0,00010 0,00006 0.00025 0.00009 0,00007
Dv 0.00029 0,00033 0,00039 0.00064 0.00029 0.00108 0.00048 0,00041
Ho 0.00006 0.00006 0,00007 0.00013 0.00007 0.00021 0.00012 0.00012
Er 0.00019 0.00019 0,00022 0.00034 0,00022 0,00059 0,00036 0.00033
Tm 0.00002 0.00003 0.00003 0.00005 0.00003 0,00010 0,00004 0,00003
Yb 0.00013 0.00019 0,00013 0.00025 0.00017 0,00053 0,00012 0.00015
Lu 0,00002 0.00003 0,00002 о.ооооз 0.00003 0,00005 0.00001 0.00002
Hf 0.01208 0,01260 O.OI2I5 0.01418 0,01237 0.00458 0.33835 0.27481
Та 0.00019 0.00006 0,00007 0.00002 0,00015 0,00003 0.00165 -
\V 0.00870 0,00477 0,00622 0.00406 0,00769 0.00256 0.01589 0.00995
Rc 0.00564 0.00272 0.00400 0.00276 0.00456 0.00004 0.00567 0.00004
Os 0.00006 0.00005 0.00018 0.0000005 0.0000005 0.00048 0.00017 0.00002
Ir 0.00037 0.00027 0.00016 0.00004 0.00007 0.00058 0.00958 0.00622
PI 0.00094 0.00119 0.00081 0.00027 0.00032 0,00162 0.01379 0.00988
Au 0.00039 0.00002 0.00049 0.00041 0,00029 0,00175 0,00139 0.00084
"B 0.00185 0.00278 0.01267 0.00549 0,00215 0,00245 0.02356 0.00374
Tl 0.04597 0,03323 0,04428 0,07018 0,05134 0,00152 0,00125 0,00011
Pb 0,14013 0.10362 0,14296 0.23386 0,15592 0.00200 0.10909 0.16142
Bi 0.00080 0.00018 0.00056 0.00145 0,00099 0,00118 0,00101 0,00127
Th 0.00068 0.00194 0.00068 0.00059 0,00072 0,00005 0.00058 0,00028
и 0,34090 0.20017 0.80753 0.43587 0.43525 0,03124 0.15064 0,42804
Примечание. Геохимический анализ проводился с помощью прибора Element 2; I - Восточно-Придорожное, скв. 402/2, пласт БВ-4, инт. 2512-2515; 2 - Кустовое, скв. 1182/26, пласт ЮС-1, иит. 2938,6-2943,6; 3 - По-вховскос, скв. 3775/165, пласт БВ-8, инт. 2684,6-2733; 4 - Ватьсганскос. скв. 4881/106, пласт БВ-6. инт. 2607,8-2612; 5 - Южно-Ягунское, скв. 164р, пласт ЮС-1, инт. 2852,8-2858,6; 6 - Толумская площадь (ДНС-4, ДНГ-3); 7 - Мортымья-Тетереве кая площадь (скв. 395); 8 - Ловинская площадь (скв. 9195, ЦДНГ-7).
Как видно на рис. 1, для нефтей Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции характерен очень широкий набор микроэлементов. В значительных количествах присутствуют ендерофнль-ные, халькофильные и литофильные элементы. Однако, как показывает диаграмма концентраций и анализ самой таблицы, наиболее убедительное группирование проб нефти может быть осуществлено по содержанию лантаноидов (лнтофнлов) и концентрации металлов платиновой группы (си-дерофилов). Это заключение не исключает выделения типов нефтей, допустим, по преобладающему содержанию магния или алюминия, ванадия, никеля, меди, цинка и т. д., но вариации в содержании лантаноидов и платиноидов являются очень важными как при обсуждении вопросов геохимической специализации нафтидов, так и при рассмотрении генетической стороны проблемы. Так, по мнению С. Ф. Винокурова, Р. П. Готтих и Б. И. Писоцкого [3], ряд редкоземельных элементов (РЗЭ) от лантана до лютеция в силу специфики физических и химических свойств представляет собой своего рода генетический код, в котором зафиксированы геологические события, предшествовавшие и сопровождавшие процессы формирования месторождений полезных ископаемых. В другой публикации А. А. Маракушсва, Б. И. Писоцкого, П. А. Пансяха и Р. П. Готтих [4] отмеча-
ется, что аналогичным свойством обладают и металлы платиновой группы, причем наиболее сильно это их свойство проявляется в отношении специфики тектонического строения и развития содержащих залежи нефти территорий.
Отмстим, что геохимия платиноидов разработана сейчас в достаточной степени, в России это особенно касается уралид, составляющих большей частью фундамент Западно-Сибирского мсга-басссйна, поэтому авторами сейчас производятся только систематизация и анализ геохимических и геологических материалов по указанной проблеме, а в данной работе, посвященной предварительным результатам исследований, мы подробнее остановимся на особенностях распределения РЗЭ.
Особенности содержания лантаноидов оцениваются по разным показателям. Одним из них является анализ характера кривой распределения нормированных содержаний. В нашем случае все кривые (см. рис. 2) имеют четко выраженный отрицательный тип, осложненный европиевой аномалией. Под отрицательным типом понимается закономерное превалирование в пробах легких РЗЭ, как это визуально наблюдается в нашем случае. Только нефть Толумского месторождения выпадает из этой зависимости в связи с несколько повышенными концентрациями гадолиния и тербия. Численно наличие того или иного типа распределения РЗЭ характеризуется отношением иттербия и церия. По проанализированным пробам оно соответственно равно 0,034; 0,034; 0,026, 0,038; 0.037; 0,23; 0,029 и 0,050. В ровном ряду цифр заметно отличается только одна, определенная по содержанию УЬ и Се в пробе Толумского месторождения.
Содержание европия на фоне нормированных концентраций других лантаноидов является очень важным показателем в геохимии лнтофильиых элементов вообще и, видимо, неорганической геохимии углеводородов - в частности. Это связано с известным фактом обеднения европием верхней части земной коры и. соответственно, обогащением нижней [6]. По убедительным данным этих исследований, для объема всей коры свропмсвая аномалия не фиксируется, зато отдельно верхняя кора обладает четким европисвым минимумом, а нижняя - сврописвым максимумом. Так как в некоторых исследованных асфальтснах Татарин С. Ф. Винокуровым, Р. П. Готтих и Б. И. Лисоцким был зафиксирован сврописвый максимум, при том, что вмещающие породы отмечались минимумом, ими был сделан вывод о связи формирования месторождений с гидротермальными глубинными флюидами [3]. В рамках этой же логики рассмотрим наши данные.
Из восьми пока изученных проб нефтей для шести характерен четкий сврописвый максимум, для двух же проб пластов БВЛ и БВ6 Повховского и Ватьеганского месторождений зафиксирован европиевый минимум. Причем минимум зссьма уверенный, правда, уступающий существенно максимумам по абсолютным значениям. Интерпретировать эти факты, в связи с ограниченным количеством проб, авторам достаючно сложно. Полому основные надежды связыванием нами с дальнейшим накоплением фактов и методическим совершенствованием экспериментов с целью проведения изотопных исследований.
В завершение отметим, что нефти анализировались нами как целостные углеводородные системы, без обогащения в виде тяжелой фракции, что вероятно, сделано впервые и увеличивает достоверность результатов. В других задачах, как, например, изотопная систематика ЯЬ-Бг и Бт-N<1 систем, обогащение проб будет, наверное, вполне оправданным.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бабаев Ф. Р. Микроэлементы нефтей. Баку: Общество «Знание» Азсрб. ССР, 1979. 30 с.
2. Бумистенко Ю. Н.. Готтих Р. П.. Писсцкий Б. И.. Спиридонов А. И. Роль восстановленного флюида в миграции металлов //Доклады Академии наук 1988. Т. 300. № 3. С. 682-686.
3. Винокуров С. Ф.. Готтих Р. П.. Писоцкий Б. И. Комплексный анализ распределения лантаноидов в асфальтснах. водах и породах для выяснения условий образования нефтяных месторождений // Доклады РАН. 2000. Т. 370. № 1. С. 83-86.
4. Маракушев А. А.. Писоцкий Б. И.. Панеях Н. А.. Готтих Р. П. Геохимическая специфика нефти и происхождение сд месторождений //Доклады РАН. 2004. Т. 398. № 6. С. 795-799.
у Нукеио* Д н„ Пуночова С. А., Агофочсва 3. Г. Металлы в нефтях, их концентрация и методы извлечения. М.: ГЕОС, 2001.77 с.
6. Тейлор С. Р.. МакЛеииач С. М. Континентальная кора: сС состав и эволюция. М.: Мир, 1988. 384 с.
7. Чахмахчев В. А., Пунаиова С. А. Лосицкан И. Ф. Геохимия микроэлементов в нефтегаэопоисковой геологии // Обзорная информация. Серия «Нефтегазовая геология и геофизика». Выпуск 11 (70). М.: ВНИИОЭНГ, 1984. 55 с.
