CC BY
83
Геофизическая аппаратура
торый на порядок дешевле. Этот метод в его современной модификации прекрасно решает задачи изучения глубинного строения и является наиболее эффективным способом получения информации в обстановке ограниченного финансирования и крайне сложных поверхностных условий. МОВЗ опирается на уже имеющиеся профили ГСЗ с подготовкой на следующем этапе детальных комплексных глубинных исследований в пределах районов и представляет интерес для решения проблемы сейсмичности и поисков месторождений полезных ископаемых. Нами даны рекомендации по дальнейшему исследованию глубинного строения земной коры южных районов Республики Коми по сети профилей МОВЗ, расположенных в створе профилей
Кероген — это нерастворимое в органических растворителях и водных растворах щелочей органическое вещество осадочных пород, которое выделяется из них методом кислотной деминерализации. Происхождению, структуре, составу и механизмам накопления и преобразования посвящено огромное число работ. Крупные монографии, относящиеся к данному объекту выходили на границе 70—80 гг. прошлого
ГСЗ: Кварц, Кинешма—Воркута, Верхненильдино—Казым, Сев. Сось-ва—Ялуторовск, Красноленинский, Рубин-1. Учитывая сравнительно невысокую производительность полевых наблюдений МОВЗ, их большую трудоемкость, а также сложность геологического строения региона, такие исследования в дальнейшем должны быть многолетними, с использованием цифровых комплексов регистрации с предварительным пакетом обработки. Работы, проведенные различными типами сейсмических станций, уверенно показали насколько практичнее цифровые станции — значительно упрощаются полевые наблюдения, появляется возможность прямо на месте оценить качество сейсмической записи и провести предварительную обработку накопленных данных, ускоряется процесс камеральной обработки и т. п. Выполнение этих условий, несомненно, приведет к повышению эффективности исследований. Кроме того, исследования МОВЗ необходимо проводить в комплексе с гравиразведкой и магниторазведкой. Геофизическая лаборатория оснащена магниторазведочной и электроразведоч-ной наземной аппаратурой. Нами был выполнен большой объем работ, направленный на изучение строения осадочного чехла, и такие работы продолжают проводиться.
Только такой подход к глубинному исследованию в совокупности с имеющимися материалами создаст
надежную основу для глубокой и более достоверной интерпретации результатов всех региональных геофизических съемок и сыграет значительную роль при решении различных вопросов геологии и геофизики.
В настоящий момент геофизические исследования ведутся нами в трех направлениях:
1. Наблюдение за сейсмическим режимом Республики Коми и прилегающих территорий.
2. Изучение глубинного строения Республики Коми с использованием комплекса геолого-геофизичес-ких данных (с применением метода обменных волн от землетрясений, электроразведки, магниторазведки, гравиразведки и т. д.).
3. Исследование микросейсмичности крупных промышленных городов и наиболее опасных в сейсмическом отношении зон.
Перспективы дальнейших исследований тесно связаны с изучением строения земной коры и ее связи с верхней мантией, в которой следует искать источники энергии тектонических, магматических и метаморфических процессов. Исследования представляют как научный, так и практический интерес для тектонического районирования изучаемой территории, выявления глубинных разломов, к которым приурочены различные полезные ископаемые, выявления сейсмоактивных зон с целью прогнозирования возможных очагов землетрясения.
ОРГАНИЧЕСКАЯ ГЕОХИМИЯ КЕРОГЕНА
Д. г.-м. н.
Д. А. Бушнев
века [12]. Недавно сотрудниками Новосибирского НЦ была выпущена монография, обобщающая результаты многогранных исследований керогена, выполненных российскими и зарубежными специалистами [1].
Несмотря на обилие публикаций, прямо или косвенно затрагивающих кероген, его химическая структура изучена явно недостаточно. Вместе с тем её изучение имеет
весьма серьёзное значение как для развития теории нефтегазообразова-ния, так и для решения практических вопросов, например, оптимизации режима обогащения и переработки горючих сланцев.
Наши работы в области геохимии керогена были начаты в 1999 г., после моей защиты кандидатской диссертации, тема которой относилась к нефтяной геохимии. Первым объектом для исследования кероге-
на стали горючие сланцы средневолжского возраста Сысольского сланценосного района.
Новый объект потребовал лабораторной отработки новых методов химико-аналитических исследований. Прежде всего, метода пиролиза — основного для изучения молекулярной структуры фрагментов ке-рогена. Следует отметить, что пиролиз я пробовал применять и ранее — например, при изучении родственных керогену асфальтенов нефти. Анализ опубликованных к тому времени результатов исследования различных керогенов мира свидетельствовал о том, что наиболее широко в геохимической практике используется метод пиролитической газовой хроматографии/хрома-то-масс-спектрометрии (on-line), как экспрессный и информативный, особенно при изучении низкомолекулярных фрагментов керогена, несколько реже применяется метод пиролиза керогена с промежуточным выделением и фракционированием продуктов пиролиза (off-line).
Уже первые эксперименты, проведённые нами с образцами керогена, выделенного из керна 351 и 363 скважин Поингской площади [2], предоставленного к. г.-м. н. С. В. Лыюровым, показали высочайшую информативность метода пиролиза даже в самом его несложном варианте. Результаты исследований всего четырёх образцов позволили тогда установить наличие зависимости между составом продуктов пиролиза керогена и содержанием органического углерода в исходной породе.
Стало ясно, что дальнейшее совершенствование применяемого нами пиролитического метода, перевод его на количественную основу, позволит качественно детализировать информацию, извлекаемую из доступных для исследований проб. С этой целью нами были выполнены синтезы соединений, которые можно использовать для целей количественного анализа методом внутреннего стандарта. Теперь стало возможным не только исследовать относительные содержания низкомолекулярных продуктов пиролиза ке-
рогена, таких, как алкилтиофены, алкилбензолы и фенолы, но и получать количественные данные по образованию в ходе пиролиза таких соединений, как н-алканы/н-алкены-1, н-алкилбензолы, н-алкилтиофены.
Применительно к исследованию керогена средневолжских горючих сланцев, теперь уже на более широком материале обнажений Сысольского сланценосного района[4] и Кашпирского месторождения, это дало возможность получить и сопоставить с опубликованными, в частности по Кимериджской глинистой формации, зависимости между
составом низкомолекулярных ал-килтиофенов пиролизата керогена, количественным выходом при пиролизе суммы н-алканов и н-алке-нов-1, а также суммами н-алкилбен-золов и н-алкилтиофенов. Именно исследования состава продуктов пиролиза керогена позволили установить, что изменение концентрации Сорг в породе связано со сменой механизмов накопления органического вещества. Так, рост Сорг в породе сопровождается снижением роли механизма селективного сохранения алгаенана и усилением консервации органического вещества, в том числе и углеводов, за счёт процесса раннедиагенетического осернения.
Исследования состава продуктов пиролиза керогена наиболее обогащённых Сорг средневолжских го-
рючих сланцев показали, что здесь содержится ряд битиофенов и фе-нилтиофенов, которые отсутствуют в других пиролизатах. Нами была предложена оригинальная схема формирования данных соединений [4]. В дальнейшем нами был выполнен синтез ряда компонентов рядов 2,2 —битиофена и 2-фенилтиофена, необходимых для повышения достоверности их определения в продуктах пиролиза керогена. Кроме того, нами выполнено моделирование фрагмента химической структуры керогена на примере вулканизированного серой полибутадиена, что позволило установить источник образования 2,2-битиофенов и 2-фе-нилтиофенов в продуктах пиролиза керогена [11]. Применение этих — впервые полученных нами результатов позволило получить в наше распоряжение диагностический признак присутствия полисеро-связанных н-алкильных структур в составе керогена.
Постепенно наш интерес к геохимии керогена средневолжских горючих сланцев стал перерастать в интерес к изучению углеродистых толщ в целом. В нашем распоряжении имелась небольшая коллекция керогена углеродистых толщ доманика, частично отобранная за время экспедиционных работ на р. Лыаёль в составе отряда Н. В. Беляевой. Результаты исследований доманикового керогена [3] подтвердили информативность отработанного в нашей лаборатории комплекса методов и в то же время выявили определённую ограниченность его применения к анализу выборок образцов, на ф ормиро -вание состава которых могли оказывать влияние различные постседи-ментационные факторы.
Другими углеродистыми толщами, кероген которых был подвергнут детальному изучению в нашей лаборатории, стали битуминозные сланцы К^а Ульяновской области [8] и углеродистый горизонт ^ох2"3 [10]. Несмотря на то что объём исследований по этим толщам был несопоставимо меньше, чем для средневолжских горючих сланцев или отложений доманика, и здесь нам удалось построить относительно уверенную картину геохимических обстановок формирования отложений.
Катагенез — это естественный процесс термического преобразования органического вещества, происходящий при погружении горной по-
роды. Именно катагенетические преобразования органического вещества осадочных пород приводят к формированию углеводородных флюидов, первичная и вторичная миграция которых ведёт к образованию скоплений нефти и газа в залежах. Моделирование катагенеза — это достаточно сложная исследовательская задача, традиционно решаемая в виде проведения гидротермального эксперимента. Основная сложность здесь не техническая, а интерпретационная. С разрешения д. г.-м. н. А. Ф. Кунца и при непосредственном участии аспиранта А. В. Терентьева нами была выполнена серия экспериментов по термическому воздействию на средневолжский горючий сланец в автоклаве. Результаты были опубликованы в виде двух статей [5, 6]. Здесь нами была предпринята попытка сведения баланса расходующихся на формирование термобитума структур керо-гена и его остаточных фрагментов. Результаты эксперимента говорили о неоднородности н-алкильных составляющих керогена, а это непосредственный выход на процесс неф-тегазообразования, на прогноз качественного состава УВ флюидов, генерируемых нефтематеринскими толщами в ходе катагенеза.
Неоднородность н-алкильных структур керогена Сысольского горючего сланца удалось подтвердить и при проведении эксперимента по термической деструкции в условиях проточного бензола при высоком давлении. Эксперимент осуществлялся на уникальной установке, созданной в Институте химии нефти СО РАН (г. Томск) с любезного разрешения зав. лабораторией углеводородов нефти д. х. н. А. К. Головко.
Термическая деструкция керогена приводит, и даже преимущественно, к газообразованию. При этом в литературе содержится крайне мало сведений об исследовании процесса гезообразования при пиролизе керогена. Мною, совместно с к. г.-м. н. С. Н. Шаниной, была проделана работа по изучению состава газов, образующихся при пиролизе керогена углеродистых толщ [7]. Для исследования привлекались коллекции средневолжских горючих сланцев и углеродистых пород доманика. Состав газов, образующихся при пиролизе, сопоставлялся с составом жидких продуктов пиролиза керогена, изученных ранее.
Это дало возможность диагностировать параллельное образование низкомолекулярных УВ состава С1-С2 и н-алканов/н-алкенов-1 состава С11-С3!. Кроме того, сравнительный анализ выходов СО и СО2 при пиролизе предварительно обработанного в автоклаве при различных температурах керогена дал возможность доказать независимое их образование, а значит, и возможность отнесения к различным структурам — предшественникам в матрице керогена. То есть, что очень важно для моделирования, мы получили возможность раздельного определения моно-и дикислородсодержащих групп геополимера.
Обобщая вышесказанное, можно констатировать, что нами, начиная с 1999 г., были получены новые результаты по геохимии керогена, которые относятся к региональному, методическому и общегеохимическому уровню. Перспективы дальнейших исследований видятся мне в нескольких основных ракурсах. Первое — это, конечно, продолжение региональных работ как по старым, уже изученным объектам, так и по новым, малоизученным углеродистым толщам. Второе — это развитие химико-аналитических методов исследования структуры керогена, прежде всего в области его хемо деструкции, надеюсь, что это даст возможность выявить новые структурные особенности геополимера изучаемых отложений. Задачами же более важными я считаю продолжение экспериментов по моделированию катагенеза керогена — это направление даст возможность расширить наш вклад в развитие теории нефте-газообразования. Кроме того, задачей, которая явно или неявно присутствовала с самого начала работ по геохимии керогена, является построение его формальной химической модели, которая отражала бы состав важнейших структурных фрагментов керогена и типы их химического связывания.
В 2002 и 2005 гг. работы по геохимии керогена, выполняемые в нашей лаборатории, поддерживались грантами РФФИ (02-05-65046а, 05-05-65018а), грантом для поддержки аспирантов РАН от фонда содействия отечественной науке (получатель Н. С. Бурдельная), сейчас продолжаются работы по гранту Президента РФ для поддержки молодых учёных — кандидатов наук
(МК-951.2007.5). Все эти проекты способствовали развитию материально-технической базы научных исследований, а также успешной подготовке и защите диссертаций.
Литература
1. Богородская Л. И., Конторович А. Э., Паричев А. И. Кероген: Методы изучения, геохимическая интерпретация. Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал “Гео”, 2005. 254 с. 2. Бушнев Д. А. Продукты пиролиза керогена верхнеюрской толщи Сысольского сланценосного района // Литология и полезные ископаемые, 2001. № 1. С. 96—101.
3. Бушнев Д. А. Особенности состава биомаркеров битумоида и продуктов пиролиза керогена отложений верхнего девона Печорского бассейна // Нефтехимия, 2002. Т. 42, № 5. С. 325—339.
4. Бушнев Д. А., Бурдельная Н. С. Сероорганические соединения верхнеюрской сланценосной толщи Сысольского района // Нефтехимия, 2003. Т. 43, № 4. С. 256—265. 5. Бушнев Д. А., Бурдельная Н. С., Терентьев А. В. Изменения состава битумоида и химической структуры керогена сернистого горючего сланца при водном пиролизе // ДАН, 2003. Т. 389, № 3. С. 360—364. 6. Бушнев Д. А., Бурдельная Н. С., Шанина С. Н, Макарова Е. С. Генерация углеводородных и гетероатомных соединений высокосернистым горючим сланцем в процессе водного пиролиза // Нефтехимия, 2004. Т. 44, № 6. С. 449—458. 7. Бушнев Д. А., Шанина С. Н. Газы в продуктах пиролиза керогена высокоуглеродистых отложений // Геохимия, 2004. № 5. С. 569—573.
8. Бушнев Д. А. Аноксический раннемеловой бассейн Русской плиты: органическая геохимия / / Литология и полезные ископаемые, 2005. № 1. С. 25—34.
9. Бушнев Д. А., Бурдельная Н. С., Валяева О. В., Савельев В. С. Продукты термотрансформации керогена горючего сланца в условиях проточного пиролиза в среде бензола // Геохимия, 2005. № 11. С. 1238—1245. 10. Бушнев Д. А., Щепетова Е. В., Лыюров С. В. Органическая геохимия оксфордских высокоуглеродистых отложений Русской плиты // Литология и полезные ископаемые, 2006. №5. С. 475—488. 11. Бушнев Д. А. Алкилированные 2,2-битиофены и 2-фенилтиофены в составе продуктов пиролиза высокосернистого керогена // Нефтехимия, 2007. Т. 47, № 3. С. 184—192. 12. Kerogen: insoluble organic matter from sedimentary rocks / Durand, B. (Ed.). Technip, Paris, 1980. P. 35—53.
