CC BY
41
© В.П. Алексеев, Д.Д. Журавлева, Т.Ф. Красковская., Н.В. Пронина,
В.И. Русский, Ю.Н. Федоров, 2004
УДК 552. 574 (571.1)
В.П. Алексеев, Д.Д. Журавлева, Т. Ф. Красковская,
Н.В. Пронина, В.И. Русский, Ю.Н. Федоров
НОВЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО УГЛЯМ ПРИУРАЛЬСКОЙ ЧАСТИ ЗАПАДНО-СИБИРСКОГО НЕФТЕГАЗОНОСНОГО БАССЕЙНА (СОСТАВ, КАЧЕСТВО, МЕТАМОРФИЗМ)
Семинар № 1
Введение
~П оль органического вещества (ОВ), как Ґ «геологического термометра», является общепризнанной. В нефтегазовой геологии чаще используются сведения по рассеянному органическому веществу (РОВ), поскольку угольные пласты в осадочных толщах s.lato пользуются достаточно локальным развитием. Тем более важным представляются сведения по углям из глубокозалегающих нефтегазоносных толщ, которые представляют как научный, так и практический интерес. Авторы особенно подчеркивают, что их исследования опирались на представления о факторах углеобразования, марочном составе и показателям качества углей, в разработке которых ведущую роль играл Иван Васильевич ЕРЕМИН [2].
Фактический материал В последние годы, при изучении отложений Шаимского НГР, нами отобрано более 50 проб из угольных пластов и прослоев, вскрытых поисковыми и разведочными скважинами на глубинах от 1650 до 2400 м. Большей частью они взяты из маломощных (0.2 - 0.4 м) линз и прослоев, в основном сохранивших генетические признаки автохтонного накопления, выраженные слаборазвитой корневой системой в подошвенных алевролитах. Макроскопически угли блестящие и полублестящие, меньше - матовые и полуматовые. Макроструктура полосчатая и штриховатая. Излом -неровный, угловатый, реже - зернистый. Встречаются включения сульфидов железа размером до линзочек 1,5х0,5 см.
Все пробы проанализированы в Испытательном центре ФГУП ВУХИН, в соответствии с действующими ГОСТами. Результаты иссле-
дований части проб приведены в табл. 1 (показаны сведения по тем скважинам, в которых отобрано по несколько проб). На Нерохской и Южно-Сарманской площадях угли отобраны в триасовых толщах; на Сыморьяхском и Тальниковом месторождениях - из отложений тюменской свиты среднеюрского возраста.
Полученные результаты Петрографические исследования проводились на аншлиф-брикетах в отраженном свете, в масляной иммерсии при увеличении х300. Согласно вещественно-петрографической
классификации, предложенной углепетрогра-фами ВСЕГЕИ [1], рассматриваемые угли представлены одной группой - гумолитами, образовавшимися из остатков высших растений. Среди них существенно преобладают угли класса гелитолитов - с преобладанием гелифи-цированных микрокомпонентов (мацералы группы витринита), образовавшихся в результате остудневания растительных тканей (табл.1, VI = 51-98 %). Угли класса фюзеноли-тов, в которых доминируют фюзенизирован-ные (группа инертинита) микрокомпоненты (табл.1, I = 50 - 77%, ЕОК = 52 - 86%), возникшие вследствие окисления тех же растительных тканей, присутствуют в резко подчиненном количестве. Среди гелитолитов по степени преобладания основного углеобразующего вещества установлены угли двух подклассов: гелиты - угли, содержащие более 75% ге-лифицированных компонентов, и гелититы, имеющие в своем составе 50-75% этих компонентов. По содержанию второстепенных микрокомпонентов среди углей каждого подкласса установлены типы. Среди гелитов выделяются следующие типы:
Таблица 1
Результаты исследования угольных проб
Месторождение, площадь (возраст) Сква- жина Глуби- на, м Технический анализ, % Петрографический состав, % Показа-тельотра-жения витринита, Ио, %
Ad Vdar Ь I М ЕОК
Нерохская 11201 1652.9 4.8 32.5 - 1 98 - 1 31 1 0.43
(Т) 1687.8 4.5 31.3 - 4 77 3 16 30 18 0.52
1693.2 3.7 24.4 37.2 3 51 5 41 20 44 0.49
1696.2 4.7 24.0 45.6 4 73 2 21 19 22 0.47
1852.9 5.2 18.2 45.9 0.46
1853.0*° 6.2 31.7 38.7 0.44
2033.5 7.0 7.2 35.4 0.41
Южно- 11204 1694.0 7.9 11.8 42.8 0.42
Сарманская 1925.0*-1 5.3 24.1 41.4 0.43
(Т) 2323.3 3.9 26.1 45.0 0.46
2399.8*° 3.3 23.6 49.6 0.40
Сыморь- 10629 2080.3 3.5 14.1 49.0 13 67 2 18 13 19 0.49
яхское 2080.5 3.3 23.8 54.0 11 89 - - 21 0 0.45
№) 2091.0 3.6 21.6 49.6 7 87 1 5 17 6 0.43
2108.4 4.2 30.6 - 8 91 - 1 28 1 0.58
2129.5 3.7 19.7 45.3 7 41 10 42 15 49 0.47
10548 2131.4 2.5 10.8 49.8 7 90 1 2 10 3 0.46
2147.6 2.2 13.9 50.2 12 81 2 5 9 6 0.56
2151.0 2.1 32.3 - 11 85 1 3 27 4 0.56
2165.3 2.8 3.7 31.4 1 46 3 50 2 52 0.64
2173.0 2.8 12.3 39.0 4 85 2 9 9 10 0.61
2205.7 2.1 32.7 - 1 37 4 58 23 61 0.63
Тальнико- 10320 1731.3 4.7 18.6 48.1 1 94 1 4 16 5 0.41
вое (,Т2) 1750.8 5.4 20.6 39.9 12 38 15 35 15 45 0.50
1752.9 6.9 8.6 31.4 4 31 26 39 6 56 0.57
1765.4 6.0 10.6 37.4 3 48 11 38 9 45 0.54
1769.7 5.6 4.1 47.0 4 80 2 14 3 15 0.42
1770.0 5.0 11.5 48.1 9 71 3 17 10 19 0.47
1773.0 5.3 2.4 43.3 3 58 4 35 2 38 0.43
1778.0 5.8 2.7 47.7 16 73 2 9 2 10 0.50
1783.0 6.4 2.4 34.2 2 48 6 44 2 48 0.54
1787.7 6.8 6.1 38.0 2 77 3 18 8 20 0.56
1789.0 6.7 15.8 36.9 6 42 10 42 15 49 0.55
1802.0 6.3 5.9 34.5 1 43 9 47 5 53 0.50
1805.6 7.4 4.0 27.9 1 16 13 70 4 79 0.56
*) В пробу включен уголь из линз и прослоев в породе.
собственно гелиты, содержащие гелифициро-ванные микрокомпоненты в количестве 7798%; фюзито-гелиты, в которых наряду с резко преобладающим витринитом присутствует инертинит (фюзинит) в количестве 9-26%; ли-поидо-гелиты, содержащие липоидные компоненты (липтинит) в количестве 11-16%. Угли подкласса гелититов представлены одним типом - фюзито-гелититами и характеризуются количеством витринита 51-74%, инертинита
20-41%. Класс фюзенолитов представлен двумя подклассами и типами: фюзитами и фюзитита-ми. Резко подчиненное количество фюзенолитов по сравнению с гелитолитами среди исследованных углей в мезозойских отложениях Шаим-ского НГР является подтверждением общеизвестного факта относительно редкого присутствия фюзенолитовых пластов в угольных бассейнах и месторождениях [1, 2, 4]. С точки зрения фаци-альных условий мезозойского торфонакопления
рассматриваемого района, реконструируемых по особенностям петрографического состава и зольности углей, они могут быть охарактеризованы следующим образом. Исходный материал гели-тов и фюзито-гелитов накапливался, главным образом, в сильно обводненных застойных, реже -проточных; фюзито-гелитов - в сильно обводненных проточных, периодически подсыхающих; липоидо-гелитов - в сильно обводненных застойных и проточных; фюзитов и гелито-фюзититов -в слабо обводненных лесных в разной степени проточных торфяных болотах.
Основными параметрами, по которым проводилось изучение проб углей, наряду с изучением их петрографического состава, явились технический анализ и определение показателя отражения (см. табл. 1).
Содержание в углях аналитической влаги (Ша) не является определяющим параметром. Отметим лишь, что значения ^ свыше 5-7% более характерны для бурых, а менее 3% - для каменных углей.
Исследование химико-технологических
свойств подтвердило уже визуально определенную повышенную зольность (Ла) для многих изученных проб. В основном угли высокозольны, что в пяти случаях не позволило определить выход летучих веществ (У45): см. табл. 1. В то же время, зольность большинства проб, отобранных в скв. 10320, пробуренной на Тальниковом месторождении, не превышает 10%, а в трех пробах составляет 2.4 - 2.7% (см. табл. 1). Такой показатель крайне редко отмечается даже в угольных бассейнах, и установленный впервые факт может явиться предметом более тщательного изучения.
Один из важнейших показателей технического анализа - выход летучих веществ ^*£) - в целом дал довольно высокий разброс показателей: от 27.9 до 54.0% (см. табл.1). Следует учитывать тот факт, что минимальными значениями среди микрокомпонентов характеризуется инер-тинит. Поэтому сравнительно низкие значения этого показателя по некоторым пробам (например, скв. 10320 - глубина 1805.6 м), по-видимому, обусловлены именно этой причиной. В целом же, значения выше 40% больше соответствуют буроугольной стадии. Для сравнения укажем, что угли Челябинского бассейна группы 3Б имеют показатели 'У<и' от 37 до 46, в среднем 43%; угли той же группы Сосьвинско-Салехардской площади - 44% [6]. Однако, значениями ^ более 40% могут характеризоваться и низкометаморфизованные каменные угли марок Д (длиннопламенные) и Г (газовые), а также вы-
деляемой с недавних пор марки ДГ (длиннопламенные газовые угли), занимающие промежуточное положение. Показатели же У*1 ниже 35 -37% свойственны исключительно каменным углям марок Д - Г [2].
Сугубо в информативном плане приведем результаты элементного анализа, выполненного для трех проб углей - табл.2.
Налицо общее соответствие полученных результатов «типовым» показателям, характерным для углей указанных выше марок. Повышенное содержание водорода в пробе с глубины 1778.0 м очень хорошо фиксирует соответственно же повышенное содержание липтинита в данном угле (16% - см. табл. 1).
Безусловно, самым важным из полученных параметров является показатель отражения вит-ринита К), по которому и устанавливается стадия метаморфизма. Этот параметр, как в отечественных, так и в зарубежных исследованиях, признан наиболее оптимальным. Его объективность и достоверность подтверждаются высокой корреляцией между химико-технологическими и оптическими свойствами углей витринитового состава [2].
По значениям показателя Ко, приведенным в таблице 1, изученные пробы в целом достаточно четко делятся на две группы.
1. Угли, отобранные из отложений триасового возраста (Нерохская и Южно-Сарманская площади) и скв. 10629 (Сыморьяхское месторождение, тюменская свита, средняя юра). В основном они относятся к классу 04 (К = 0.40 - 0.49%) по единой классификации углей (ГОСТ 25543-88), что соответствует бурым углям группы 3Б. Несколько повышенное значение К в единичных пробах лишь подчеркивает, что изученные угли находятся как бы «на грани» перехода к каменным марки Д (длиннопламенный), но не достигли ее. По принятой шкале катагенеза это соответствует подстадии протокатагенеза ПК3, вблизи ее границы на переходе к стадии мезокатагенеза (МК) [5].
2. Преобладающая часть углей среднеюрского возраста (скв. 10548, 10320 - см. табл.1), где они относятся к классам 05 (К = 0.50 - 0.59) и 06 (К = 0.60 - 0.69), характеризующим каменные угли марок Д и ДГ и определяющим подстадию мезокатагенеза МК! [5]. Эти сведения находятся в полном соответствии с общими данными по углям Западной Сибири, приведенными в работе
[7].
Таблица 2
Результаты исследования угольных проб (скв. 10320, Тальниковое месторождение)
Глубина, Элементный состав органической массы, %
м С Н N О 8
1731.3 80.75 4.32 1.12 13.45 0.36
1778.0 77.53 5.74 1.26 14.98 0.49
1805.6 81.19 3.95 0.86 13.77 0.23
На основании выполненных анализов произведена оценка преобразований углей (изменения метаморфизма) с увеличением глубины их залегания. Получены следующие результаты (Н -глубина отбора пробы, м; V - выход летучих веществ; Я - показатель отражения витринита; г -коэффициент корреляции).
Скв. 10320 (13 проб: см. табл. 1):
V = 325.92 - 0.1614 Н (г = - 0.49);
Я = - 1.887 + 0.00135 Н (г = 0.48).
Скв. 10629 и 10548 (11 проб в последовательном залегании угольных пластов и прослоев на соответствующих глубинах):
V = 359.38 - 0.1475 Н (г = - 0.74);
Я = - 2.668 + 0.00150 Н (г = 0.79).
Приведенные данные иллюстрируют закономерное увеличение степени метаморфизма углей с увеличением глубины. Это свидетельствует о проявлении регионального метаморфизма [3], а сами значения Я0 хорошо укладываются в известные данные [7]. Приращение значений Я на 100 м глубины составляет около 0.15 %, что соответствует общепринятым данным (примерно 0.1 % на 100 м). Для триасовых углей закономерностей в их изменении по разрезу не устанавливает-
ся. Их стабильно меньшие показатели Я0 (см. выше) объясняются тем, что угольные прослои изучены в пределах Сосьвинской депрессии, расположенной в значительном удалении к северо-западу от собственно Шаимского НГР, и поэтому наблюдаемые несоответствия заложены в самой истории геологического развития изученных толщ. Так, формирование триасовых тафрогенных структур происходило, по всей видимости, анологично угленосным грабенам восточного склона Урала (Челябинскому и др.). Здесь мощные терригенные толщи характеризовались высокоскоростным («лавинным») осадконакоплением, что и определило «растянутость» интервалов, характеризующих стадии метаморфизма (последняя в данном случае не вышла за рамки катагенетических преобразований).
Заключение
Полученные данные являются вполне обыденными для исследователей, занимающихся изучением и оценкой собственно угленосных толщ. В сводках же по нефтегазоносным толщам они встречаются достаточно редко, а для Шаим-ского НГР в столь детальном виде приводятся впервые. Выводы геологического характера, которые намечены в конце статьи, хорошо укладываются в общие представления об условиях формирования отложений раннеплитного этапа Западно-Сибирского осадочного мегабассейна, наполняя их конкретным фактическим материалом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Волкова И.Б. Органическая петрология. - Л.: Недра, 1990. 299 с.
2. Еремин И.В., Броновец ТМ. Марочный состав
углей и их рациональное использование: Справочник. -М.: Недра, 1994. 254 с.
3. Метаморфизм углей и эпигенез вмещающих пород. - М.: Недра,1975. 256 с.
4. Русский В.И., Алексеев В.П. О закономерностях строения мощных и сверхмощных угольных пластов месторождений южной части Урало-Тургайской зо-
ны // Геология угольных месторождений. - Екатеринбург, 1998. Вып. 8. с. 75-85.
5. Справочник по литологии. - М.: Недра, 1983. 509 с.
6. Угольная база России. Том 1. М.: ЗАО «Гео-информмарк», 2000. 483 с.
7. Юзвицкий А.З., Фомичев А.С., Бостриков О.И. Западно-Сибирский угленосный бассейн // Отечественная геология, 2000. №2. - С. 25-33.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------------------------
Алексеев В.П. - Уральская государственная горно-геологическая академия Екатеринбург.
Журавлева Д.Д. - ФГУП «ВУХИН».
Красковская Т.Ф. - ФГУП «ВУХИН».
Пронина Н.В. - Московский государственный университет.
Русский В.И., Федоров Ю.Н. - Уральская государственная горно-геологическая академия Екатеринбург.
