CC BY
18УДК 550.4:552.578.061.32:551.72(470.13)
Баженова Т.К., Богословский С.А., Шапиро А.И., Васильева В.Ф., Рогозина Н.А.
Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский нефтяной научно-исследовательский геологоразведочный институт» (ФГУП «ВНИГРИ»), Санкт-Петербург, Россия, ins@vnigri.ru
ОРГАНИЧЕСКАЯ ГЕОХИМИЯ ОСАДОЧНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ ВЫЧЕГОДСКОГО ПРОГИБА (РУССКАЯ ПЛИТА) И ЕГО ГЕОТЕРМИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ
Рассматриваются геохимические особенности и геохимическая (катагенетическая, геотермическая) история осадочного выполнения Вычегодского прогиба. Показано, что вендские отложения не являлись нефтегазопроизводившими. Нефтегазоматеринские пачки выявлены в разрезе карбонатной толщи верхнего рифея на востоке прогиба; процессы генерации углеводородов в них осуществлялись во время всех этапов погружения.
Ключевые слова: катагенез, геотермический градиент, битумоиды, углеводороды, венд, верхний рифей, Вычегодский прогиб, Русская плита.
Вычегодскому прогибу «не везло». И хотя история его исследований насчитывает уже не одно десятилетие, его всегда преследовал рок «побочности», «попутности», т.е. им обычно занимались не как самостоятельным объектом, а попутно с каким-либо другим «более важным», - Мезенской синеклизой («аппендиксом» которой он является), рифейскими и/или вендскими отложениями Русской плиты в целом и т.п. В то же время интерес к нему, как к возможно нефтегазоносному объекту, не угасал. Площадь его не велика - порядка 30 тыс. км2. В его пределах пробурено 3 глубоких скважины, вскрывших рифейские отложения, и ещё десяток скважин глубиной 1300-1900 м, вскрывших отложения венда. Во многих скважинах были отмечены незначительные нафтидопроявления в виде насыщения пород-коллекторов - песчаников и карбонатов - венда и палеозоя в количестве от десятых долей до первых % на породу.
Надо сказать, что систематических геохимических исследований в Вычегодском прогибе не проводилось; отрывочные сведения о содержании Снк и битумоидов в породах, о составе нафтидопроявлений встречаются в отчетах ООО «ТП НИЦ» (г. Ухта), ИГ Коми филиала УРО РАН (г. Сыктывкар) и некоторых других организаций, а также в некоторых публикациях.
Содержание данной статьи основано на исследовании геохимии разрезов трёх глубоких скважин - Серёговская-1; Сторожевская-1 и Кельтменкая-1. Несмотря на неполноту разрезов (как обычно в глубоких скважинах), нам удалось выявить основные черты геохимии отложений и в общих чертах воссоздать их геохимическую (катагенетическую) историю.
Приведенный в статье геолого-геохимический очерк не претендует на исчерпывающую характеристику всех вопросов органической геохимии данного района и тем более на прогнозную оценку его нефтегазоносности - для этого пока недостаточно материала. Цель статьи - на основании исследованных нами разрезов - определить историко-геохимические взаимоотношения выполняющих прогибов осадочных комплексов, наметить в их составе нефтегазопроизводившие интервалы, чтобы в дальнейшем - с накоплением данных -непосредственно подойти к количественной раздельной прогнозной оценке его возможной нефтегазоносности.
Вскрытые скважинами разрезы охватывают отложения от верхней перми (в скв. Серёговская-1 - от нижнего триаса) до рифея включительно (фундамент не вскрыт ни одной скважиной); при этом на вендских отложениях залегают отложения верхнего девона (в скв. Серёговская-1 - среднего карбона). Суммарная мощность палеозоя составляет 11001300 м. Отложения верхнего венда в составе редкинского и котлинского горизонтов наиболее полно представлены в самой восточной, скв. Кельтменская-1, их мощность 1577 м. К западу мощность сокращается, вероятно, за счет размыва - до 1178 м в скв. Сторожевская и 889 м - в скв. Серёговская-1; в этих двух скважинах, вероятно, отсутствует котлинский горизонт (падунская и мезенская свиты), а присутствует только редкинский (усть-пинежская свита). На западе, в скв Серёговской-1 усть-пинежскую свиту подстилает мощная (1465 м) толща красноцветных обломочных пород, по аналогии с Мезенской синеклизой относимая к уфтюгской свите. Мы её датируем ранним вендом, а не рифеем, как некоторые другие исследователи, ибо именно в её основании находится «главное несогласие»: в Мезенской синеклизе она залегает на различных горизонтах рифея и на фундаменте. В скв. Сторожевская-1 вероятны «остатки» уфтюгской свиты в несколько м; в скв. Кельтменская-1 она отсутствует. Собственно рифейские отложения вскрыты скв. Серёговская-1 на 453 м; скв. Сторожевская - на 1292 м; скв. Кельтменская - на 1995 м. Разрезы скв. Серёговская и Сторожевская обычно сопоставляются с таковыми Мезенской синеклизы, что вполне справедливо. В скв. Серёговская-1 под уфтюгской свитой залегает красноцветная терригенная толща с прослоями сероцветных карбонатно-терригенных пород, относимая к дорогорской свите, т.к. на других уровнях красноцветов в рифейских разрезах всего северо-востока Русской плиты нет. Вскрытый разрез рифея в скв. Сторожевская-1 подразделяется на 3 близкие по мощности части: верхние 450 м представлены сероцветами глинисто-карбонатными породами, условно относимыми к няфтинской свите R3. Подстилающие 400 м - обломочная красноцветная толща - дорогорская свита R2, а ещё ниже, до забоя, -сероцветная терригенная толща - пезская свита R2. В скв. Кельтменская-1 весь вскрытый рифейский разрез представлен сероцветной карбонатной толщей - известняками и
доломитами, в той или иной мере глинистыми, реже мергелями. Геологи Ухты и Сыктывкара подразделяют разрез на вапольскую и ышкемесскую свиты, поскольку в Мезенских скважинах подобной толщи нет. Но вапольская свита была описана на возвышенности Джежим-парма (южном продолжении Тиманского кряжа), т.е. в северо-восточном обрамлении прогиба и представлена она бело-розовыми массивными доломитами. Породы подобного типа встречаются в верхней половине Кельтменского разреза в виде отдельных пачек. Что касается ышкемесской свиты, то на р. Ышкемес (там же, на Джежим-парме) имеется единственное очень небольшое обнажение темноцветных глинисто-карбонатных пород, которые - судя по катагенезу - относятся не к рифею, а, вероятно, к девону, а темноцветные терригенные породы высокого катагенеза встречаются только в виде щебёнки на дне речек, т.е. никакого стратотипа свиты на Джежим-парме нет.
Что же такое Кельтменский карбонатный разрез? Вероятно, этот разрез представляет самую верхнюю часть рифейских отложений региона в целом, т.е. в Мезенских скважинах именно эта часть разреза была размыта в предвендское время, что обусловило наличие катагенетического несогласия в Мезенских скважинах [Баженова и др., 2002]. В Кельтменском рифейском разрезе удалось выделить две наиболее темноцветные пачки терригенно-карбонатных пород - в верхней его части и в нижней половине, - относительно обогащённые ОВ. Самую нижнюю часть Кельменского разреза мы сопоставляем с няфтинской свитой скв. Сторожевская-1.
На основании корреляции разрезов с учётом региональных данных о катагенезе ОВ в разрезах севера Русской плиты (Московской и Мезенской синеклиз) воссоздадим катагенетическую историю осадочного выполнения Вычегодского прогиба и далее на этом фоне рассмотрим геохимические особенности отложений. История эта иллюстрируется палеопрофилями (рис. 1-4).
Предварительно сделаем одно вероятное допущение: доразмывные мощности рифея и верхнего венда от скважины к скважине, т.е. примерно вдоль прогиба оставались постоянными.
Этап 1. К концу рифея подошва карбонатной толщи (кровля дорогорской свиты) находилась на глубине примерно 2400 м (вскрытая её мощность 1995 м, до подошвы ещё примерно 100 м и порядка 300 м было над современной её кровлей, т.к. седиментационный цикл не может закончиться карбонатами, над ними непременно должна быть какая-либо толща эмерсивной фазы). В соответствии с геотермоградиентом 50С/100 м (в отличие от рифейских авлакогенов, градиент в пределах «плитного рифея», судя по всему, не превышал таковой в раннем-начале среднего палеозоя) [Баженова, 2002; Баженова и др., 2000]; температура в подошве карбонатной толщи составляла 1200С, что соответствовало границе
градаций катагенеза MKi/МК2. В подошве нижней темноцветной пачки на глубине 1790 м t0 » 900С; в подошве верхней пачки (490 м) t0 » 250С, что отвечало соответственно началу градации МК1 и градации ПК1. В кровле пезской свиты (2800 м) t0 - 1400С (граница
мк 2/мк 2).
В результате к концу рифея процессы генерации углеводородов (УВ) уже происходили в пезской свите R2 и едва начались в нижней темноцветной пачке карбонатной толщи R3.
Предвендский размыв был далеко неодинаков в разных частях прогиба. Наибольший подъем и денудацию испытал район скв. Серёговская-1, где карбонатная толща была «срезана» полностью. В районе скв. Сторожевская-1 от неё осталось 450 м, а в ареале скв. Кельтменская-1 была эродирована лишь 300-метровая эмерсивная «верхушка» (рис. 1).
Этап 2. В раннем венде, - вероятно, в связи с усилившейся инверсией Тиманской миогеосинклинали - происходило накопление обломочной красноцветной уфтюгской свиты. Максимальное накопление (до 1,5 км) имело место в районе предшествующего максимального подъёма и размыва (вероятно, в результате изостатической компенсации), что превратило Серёговское поднятие в Серёговскую впадину. В более восточных районах прогиба накопление уфтюгской свиты если и имело место, то в небольших масштабах и в начале позднего венда она была эродирована.
В позднем венде на всей площади прогиба (как и в пределах всей северной половины Русской плиты) накопилась терригенная глинисто-обломочная существенно сероцветная толща редкинского и котлинского горизонтов (усть-пинежской, мезенской и падунской свит) мощностью ~ 1650 м (максимальная сохранившаяся мощность в скв. Кельтменская-1 1577 м). В соответствии с сохранившимся градиентом 50С/100 м температуры и соответствующие им градации катагенеза на границах свит и упомянутых тёмных пачек карбонатной толщи R3 распределялись следующим образом (сверху вниз): в основании V2 (1650 м) ~ 830С (начало МК1); в основании верхней темноцветной пачки на глубине 1840 м (490 м этапа 1 - 300 м размыва + 1650 м V2) ~ 920С (также начало МК1); в основании нижней пачки на глубине 3140 м (1790 м этапа 1 - 300 м размыва + 1650 м V2) - 1570C (конец МК2); таким образом, в районе скв. Кельтменская-1 температуры к концу V2 по сравнению с рифеем возросли, катагенетическое несогласие отсутствует, процессы генерации УВ продолжались в нижней темноцветной пачке и начались в верхней. Что касается невскрытой в этом районе пезской свиты R2, то она могла к концу V2 находиться на глубине 4100-4200 м (МК5) и процессы генерации жидких УВ в ней уже закончились и происходили процессы генерации УВ-газа.
К концу позднсрифежжой седиментации
Е Щ
р И
и 3
Этап
а. и £ а Сн о н
и
400
Ш \ \ ■
\ \
100 м
м \
к
« 01
I "
I I
£ 3
V \
400
800 1200 ■ 1600 2000 2400 2800
Ч
800 I 1200
%
1600 Ше Ч.
\\
X
\ \7™ \ 'ЦК1 ~ 500^5' С
-150 м
а и ч 5
о. З-ф а а он
Сг> С —
2000
2400
2800
ТА.
\
-1800м-90°С
\
1Ыг 1Ърг
Подошва карбонатной толщи I" -120 "С Г - 5° 1° -140 °С
МЮ/МК1-,
МК2/МК|
Рис. 1. Геологическая и геотемпературная ситуация к концу позднерифейской седиментации
В районе скв. Сторожевская-1 подошва карбонатной толщи R3 (няфтинской свиты) к концу V2 оказалась на глубине 2100 м (450 м - «остаток» R3nf + 1650 м V2), при t0 = 1050С, т.е. температура снизилась, процессы генерации УВ прекратились и возникло хотя и незначительное, но всё-таки катагенетическое (геотермическое) несогласие, равное 150С (в точке контакта R/V, т. е. на поверхности размыва, прежняя температура составляла 980С).
В районе скв. Серёговская-1, как уже упоминалось, карбонатная толща R3 размыта полностью, однако «взамен» 2400 м R3 накопилось 3115 м (1465 м V1uf + 1650 м V2), т.е. температура в кровле размытого рифея возросла со 1200С до 1560С, т.е. катагенетическое несогласие не возникло и процессы генерации УВ продолжались (рис. 2-3).
Этап 3. Как уже упоминалось, на вендских отложениях здесь залегают отложения либо D3- P2 (Кельтма, Сторожевск), либо С2-Т1 (Серёгово). Вероятно, осадки триаса были развиты на площади всего прогиба, поэтому временем окончания погружений здесь является триас. В связи с этим наращиваем мощность до максимальной в скв. Серёговская-1 на 200 м, в скв. Сторожевская и Кальтменская - на 550 м. Как показали наши исследования [Баженова, 2002; Баженова и др., 2000], геотермический градиент в пределах Русской плиты снизился на границе раннего и среднего девона с 5°С/100 м до ~ 3,8 С/100 м. Это значение градиента, вероятно, имело место до конца триаса, а в юре произошло дальнейшее его снижение.
Итак, к концу триаса, к концу погружений в районе скв. Серёговская-1 температуры распределились следующим образом: в подошве V2 на глубине 2225 м (889 м - «остаток» V2 + 1336 м С2-Т) t0 ~ 850С, т.е. почти не изменилась по сравнению с концом V2 (начало МК1); в кровле рифея, т.е. в подошве V1uf на глубине 3690 м t0 ~ 1400С, т.е. снизилась на 160С и процессы генерации УВ прекратились. Температуры к концу триаса сравнялись с вендскими в верхней части уфтюгской свиты, а в толще V2 они были несколько выше и вялые процессы генерации в палеозое-триасе там протекали.
В районе скв. Сторожевская-1 температура на границе рифей/венд к концу погружений на глубине 3000 м (1178 м - «остаток» V2 + 1822 м D3-T) составила 1140С, т.е. увеличилась по сравнению с концом V2; в подошве R3nf на глубине 3450 м температура оказалась равной 1310С, т.е. также возросла по сравнению с концом V2 и концом рифея; возникшее в конце V2 катагенетическое несогласие на границе R/V таким образом исчезло и процессы генерации УВ ненадолго возобновились до снижения в юре теплового потока и незначительного подъёма.
В районе скв. Кельтменская-1 к концу погружений температура на границе рифей/венд на глубине ~ 3460 м составила 1320С, т.е. - несмотря на снижение градиента - существенно возросла.
К началу позднего венда
Рис. 2. Геологическая и геотемпературная ситуация к началу позднего венда
К концу позднего венда
Этап 2Б
\ X \
н и
£ к
3 3
W 3
Г -ГС/100м
начало MKi
Ц0 м Ю5:с __
2400 ■ 2800 ■ 3200 3600 4000
^'оо:
420,,г
о
400 800 1200 1600 2000 2400 2800 -3200 3600 -4000
Рис. 3. Геологическая и геотемпературная ситуация к концу позднего венда
В основании верхней темноцветной пачки на глубине 3650 м температура возросла по сравнению с концом венда с 92°С до 139°С (от начала МК1 до конца МК2); в основании нижней пачки (4950 м) увеличение температуры произошло от 1570С до 1880С (от конца МК 2 до конца МК3). Таким образом, в районе скв. Кельтменская-1 генерация УВ происходила на всех этапах погружения, прерываясь в эпохи перерывов и размыва (рис. 4).
Итак, максимальные температуры и соответственно градации катагенеза на нижней границе V2 с запада на восток изменялись следующим образом: 85°С (начало МК1) в скв. Серёговская-1; 114°С (конец МК1) в скв. Сторожевская-1 и 132°С (МК2) в скв. Кельтменская-1.
Описание геохимических особенностей разреза будем производить сверху вниз - от молодых к древним, в нашем случае - от «простого к сложному». Распределение Снк и битумоидов в разрезах глубоких скважин представлено на рис. 5-7.
Самыми «молодыми» из исследованных нами образцов оказались два образца желтоватых доломитов московского яруса С2 с небольшим нефтенасыщением (скв. Серёговская-1, 1015-1090 м). Этот стратиграфический уровень в случае морских фаций никогда не бывает обогащённым ОВ. В одном из образцов весь Снк представлен вторичным битумом (мальтой) в количестве 0,176% на породу. Элементный и групповой состав битумоида соответствует этому классу нафтидов (масел 56,87%; табл. 1). В другом образце битумоида много меньше (0,005%) и он более окислен (масел 40,61%; табл. 1). Для этих вторичных битумоидов характерно низкое содержание изопреноидов (Z изопреноидов/ Z н-алканов 0,06 и 0,12; табл. 2). Распределение нормальных алканов в этих образцах представлено на рис. 8-9. Для них характерно относительно небольшое количество лёгких н-алканов (до С20; табл. 3.12.9.2); групповой максимум соответствует н-С21-н-С25), в более окисленном образце группа н-С26-н-С30 почти равна предыдущей (табл. 2); однако интересно, что в этом образце содержание н-С15-н-С20 выше, нежели в менее окисленном (табл. 2; рис. 9). Вероятно, подобное распределение в значительной мере обусловлено криптогипергенными процессами.
При описании разрезов глубоких скважин других вторичных проявлений нами встречено не было. Видимо, те насыщенные интервалы, что отмечались в литературе, были выбраны до нас.
В скв. Сторожевская-1 в интервале 1000-1005 м был встречен прослой темно-коричневого мергеля D3dm, настоящего доманикита очень низкой степени зрелости, что подтверждают его пиролитические характеристики: S1 - 0,91 мг/г; S2 - 34,42 мг/г; HI - 524 мг/г. Содержание Снк в нём 7,09%, синбитумоида 0,83%, ß^ - 11,71%.
К концу триаса (к концу седиментации)
Рис. 4. Геологическая и геотемпературная ситуация к концу триаса
литология
образец
НО, %
10 20 30 40 50 60 70 80
11 111 I 111 1111 I 11
Снк, %
Л юм, балл
О
О
Изучение керна не производилось
О
656
905
990
С2т
1136
1490
\/2ир
2025
VII*
3490
Ср-1/1 Ср-1/2 Ср-1/3 Ср-1/4 Ср-1/5
Ср-1/6
Ср-1/7 Ср-1/8 Ср-1/9 Ср-1/10
Ср-1/11 Ср-1/12 Ср-1/13
Ср-1/14
Ср-1/15 Ср-1/16
Ср-1/17
Ср-1/18
Забой 3943
Условные обозначения:
Песчаники Алевролиты
Аргиллиты
Мергели
Глины
Известняки Доломиты
Глинистые известняки Глинистые доломиты
Рис. 5. Распределение Снк и битумоидов (по данным люм. анализа) в разрезе скв. Сереговская-1
Рис. 6. Распределение Снк и битумоидов (по данным люм. анализа) в разрезе скв. Сторожевская-1
Рис. 7. Распределение Снк и битумоидов (по данным люм. анализа) в разрезе скв. Кельтменская-1
Рис. 8. Хроматограмма и распределение нормальных алканов; Сереговская пл., скв. 1, гл. 1015,0-1022,0 м, С2т; битумоид вторичный
Рис. 9. Хроматограмма и распределение нормальных алканов; Сереговская пл., скв. 1, гл. 1050,0-1090,0 м, С2т; битумоид вторичный
Значение b слишком велико для такой степени зрелости, но битумоид наполовину представлен асфальтенами, а масел всего 5,67%. Среди УВ 54,84% падает на насыщенную фракцию, а ароматическая фракция состоит из моно- и биаренов поровну при отсутствии полиаренов (табл. 1); последнее характерно для высокоасфальтенистых синбитумоидов невысокой степени преобразованности. Для образца характерно высокое содержание изопреноидов (X изопреноидов/ X н-алканов - 0,72; табл. 2). Распределение нормальных алканов ступенчатое, не плавное, с максимумом н-С17 и групповым максимумом н-С15-н-С20 (рис. 10), т.е. в целом н-алканы довольно лёгкие. В образце были определены низкокипящие УВ (НКУВ), среди которых идентифицированы нафтены С7-С8, арены С8, арены С9, н-алканы только С10, т.е. среди НКУВ обнаружены наиболее «тяжелые» их представители, что также характерно для низкой зрелости ОВ.
Обнаружение и исследование образца доманиковой формации D3 с низкозрелым ОВ (~ПК2) весьма интересно с научной точки зрения. Дело в том, что в пределах самого Тимано-Печорского бассейна не известны доманиковые отложения D3, ОВ которых находилось бы на подстадии протокатагенеза, - самым «низкозрелым» здесь является ОВ начала градации МК1, - в связи с чем при моделировании процессов генерации ОВ в доманике за начало отсчёта приходилось принимать расчётную условную величину. Заменить доманик D3 иным низкозрелым доманикитом или доманикоидом нельзя в силу специфичности доманикового ОВ альго-зоогенного, либо существенно зоогенного биоценотического состава. Теперь, можно сказать, начало найдено, но хорошо бы в этом образце получить кероген и, соответственно, его состав. Однако подобные исследования ныне - увы! - почти нигде не выполняются. Но это так, к слову.
В скв. Кельтменская-1 на семилукском уровне нами были встречены только известняки с содержанием Снк - 0,07%. В то же время по данным КамНИИГиКС на этом уровне был отобран «сланец», с содержанием Снк - 1,84% и пиролитическими характеристиками S1 -0,12 мг/г; S2 - 7,06 мг/г; HI - 384 мг/г (сообщение С.В. Сенина, ТП НИЦ, Ухта). Вероятно, доманиковые фации в семилукское время заходили отдельными «языками» в пределы Вычегодского прогиба, однако мощность их невелика, а зрелось ОВ слишком низка и они не могли быть источником УВ для данного района.
В сероцветной терригенной формации V2 содержание Снк колеблется от первых сотых до первых десятых долей, очень редко до 0,5-0,7%, в среднем не выше 0,2%. Содержание битумоидов крайне низкое - по данным люминесцентного анализа - 0,001^0,004%, по данным экстракции - 0,004^0,007% (рис. 5-7).
Таблица 1
Выход битумоида и его состав
Площадь Скв. Сереговская-1 Скв. Сторожевская-1 Скв. Кельтменская-1
№ образца Ср-1/1 Ср-1/2+3+4 Ср-1/15+ 17+18 Ст-1/3 Ст-1/5+8 Ст-1/15 Ст-1/18 Ст-1/20 Кл-1/11+20 Кл-1/24 Кл-1/28
Глубина, м 10151022 1050-1056 1056-1063 1083-1090 3490-3499 3653-3659 3764-3767 1000-1005 1732-1737 1921-1926 2549-2554 33483359 34453450 1896-1903 2347-2354 2559-2566 3044-3049
Возраст С2т С2т Я^г Dзdm У2ир Я3 Я2Р2 Я2Р2 У2ир У2ир Я3
Литология доломит доломит мергель мергель аргиллит известняк глинист. аргиллит аргиллит алевр. аргиллит аргиллит известняк глинист.
Градация катагенеза ОВ ПК2 ПК2 МК3 ПК2 МК[ МК1/ мк 2 мк 2 МК3 МК! МК!/ МК 2 мк 2/мк 2
НОП 1,10 3,50 ср. 62,77 32,9 ср. 87,9 21,8 89,3 91,0 ср. 89,2 83,6 10,2
С 0,155 0,053 ср. 0,083 7,09 0,09 0,04 0,18 0,462 ср. 0,122 0,339 0,380
Выход битумоида, % на породу 0,176 0,005 0,004 0,830 0,007 0,005 0,006 0,006 0,004 0,005 0,048
на Снк 113,55 9,43 4,82 11,71 7,78 12,50 3,33 1,30 3,28 1,47 12,63
Элементн ый состав битумоид а, % вес. с 83,80 74,96 84,26
н 11,93 8,36 11,73
N 0,28 2,47 0,11
S 1,01 5,78 0,22
О 2,98 8,43 2,68
Н/С ат 1,71 1,34 1,67
Групповой состав битумоида, % вес. масла 56,87 40,61 42,08 5,67 46,51 40,17 27,03 14,79 67,72
бенз. смолы 8,94 6,67 5,45 8,59 2,33 5,98 14,05 5,88 11,33
спиртобенз. смолы 30,41 42,42 42,57 36,38 36,63 40,17 36,22 59,80 15,07
асфальтены 3,78 10,30 9,90 49,36 14,53 13,68 22,70 19,53 5,88
УВ состав масел, % вес. метано-нафтен. 77,04 71,64 74,12 54,84 83,75 85,11 70,00 23,33 88,14
моноаромат. 13,90 28,36 21,18 22,58 16,25 14,89 14,00 56,67 7,41
биаромат. 9,06 - 4,70 22,58 - - 4,00 10,00 4,45
полиаромат. - - - - - - 12,00 10,00 -
насыщенные УВ ароматические УВ 3,36 4,76 2,86 1,21 5,15 5,72 2,33 0,30 7,43
Таблица 2
Геохимические параметры углеводородного состава насыщенных УВ (нормальные и изопреноидные алканы)
Площадь Скв. Сереговская-1 Скв. Сторожевская-1 Скв. Кельтменская-1
№ образца Ср-1/1 Ср-1/2+3+4 Ср-1/15+ 17+18 Ст-1/3 Ст-1/5+8 Ст-1/15 Ст-1/18+20 Кл--1/11+20 + 24 Кл-1/28
Глубина, м 1015-1022 1050-1056 1056-1063 1083-1090 3490-3499 3653-3659 3764-3767 1000-1005 1732-1737 1921-1926 2549-2554 3348-3359 3445-3450 1896-1903 2347-2354 2559-2566 3044-3049
Возраст С2т С2т Я^г Dзdm У2ир У2ир Я3
Литология доломит доломит мергель мергель аргиллит известняк глинист. аргиллит аргиллит известняк глинист.
Групповой состав н-алканов, % отн. до С14 0,64 - 1,55 6,70 - - - 2,35 4,94
С15-С20 16,25 26,12 55,55 46,78 42,01 35,74 44,69 44,49 52,44
С21-С25 43,71 31,69 22,08 24,99 34,03 32,12 22,88 25,22 28,17
С26-С30 30,95 31,04 15,88 16,05 17,95 22,65 23,42 21,41 11,03
> С30 8,46 11,14 4,94 5,47 6,00 9,50 9,02 6,53 3,41
Групповой состав изопренанов, % отн. до С18 7,11 16,40 13,24 22,56 13,18 12,19 9,30 12,61 36,78
С19-С20 50,23 62,89 70,46 75,29 71,67 65,32 72,77 68,34 34,91
> С20 42,65 20,70 16,29 2,15 15,14 22,50 17,93 19,06 28,31
Соотношения Хн (С12-С20) /Хн (С21-С30) - - 1,50 1,30 - - - 1,00 1,46
Хн (С15-С20) /Хн (С21-С30) 0,22 0,42 1,46 1,14 0,81 0,65 0,97 0,95 1,34
Хн (С16-С22) /Хн (С23-С29) 0,61 0,71 2,47 2,02 1,64 1,27 1,43 1,49 2,25
нС17/нС18 0,44 0,97 1,12 1,48 0,81 1,20 1,01 0,99 1,08
нСп/нС25 0,08 0,65 3,85 2,61 1,32 1,31 2,62 1,81 3,16
СР^ 1,05 0,90 0,91 1,14 0,94 1,04 0,81 0,82 1,06
СР.Т2 1,02 1,00 1,19 0,82 1,09 1,32 1,37 1,29 1,05
Х1 (до С20) /Х1(С21-С25) 1,34 3,83 5,14 45,51 5,60 3,44 4,58 4,25 2,53
,С18 /1С19+1С20 0,14 0,17 0,16 0,14 0,30 0,11 0,13 0,10 0,87
Пр/н-С17 0,79 0,75 0,80 1,83 0,65 0,50 0,34 0,46 0,13
Фит/н-С18 1,52 0,81 1,28 4,65 1,02 1,11 0,61 0,66 0,18
К, = Пр+Фит нС17+нС18 1,15 0,78 1,04 3,24 0,84 0,81 0,48 0,56 0,15
Х изопр/Х_н-алк. 0,06 0,12 0,36 0,72 0,18 0,16 0,17 0,18 0,10
Пристан/Фитан 0,23 0,91 0,70 0,58 0,95 0,54 0,57 0,69 0,76
РЬ
Рг
С„
шш
Сторожевская пл., обр. Ст 1/3
т
с„
Ш
Си
с.
ЖцМм
а.
1:11 г
14
12
10
Рг/РЬ = 0.58
V0
О'- 8
Я 6 Н а
Ч о О
I
Е>зс1т
мергель ПК2 АЗС
Снк 7.09%
р( нк П.71%
И ч етные □ нечетные
1,1
12 14 15 18 20 _ 22 24 26 28 30 32 34 36 33 Количество атомов углерода
Рис. 10. Хроматограмма и распределение нормальных алканов; Сторожевская пл., скв. 1, гл. 1000,0-1005,0 м, Б^ш; синбитумоид
Пиролитические характеристики также весьма «убогие» - HI редко достигает 100 мг/г. При этом надо сказать: все эти характеристики в пределах 1 км с глубиной не меняются.
Если учесть, что катагенез ОВ в V2 не выше МК1 (только в низах V2 Кельтменского разреза МК2), то приходится констатировать, что столь низкая битуминозность и столь низкий остаточный потенциал ОВ обусловлены не катагенезом, а изначальными свойствами ОВ и прежде всего его низкой исходной липидностью, а также диагенетической окисленностью. И действительно, ОВ в породах V2 представлено почти нацело донными бурыми водорослями; их плёнки в породах часто видны невооруженным глазом. Породы V2 не представляют собой чистых аргиллитов, а являются, как правило, трёхкомпонентными, «мусорными» (песок, алеврит, глина в разных количественных соотношениях). Планктонная составляющая ОВ в таких породах, вероятно, была окислена в диагенезе. Таким образом, те незначительные количества битумоидов, что содержатся в породах, являются исходными, а не остаточными и никакой их эмиграции не было и быть не могло, т.е. отложения V2 Вычегодского прогиба не являются материнскими, в отличие от своих возрастных аналогов более южных районов Русской плиты [Баженова, 2002; Баженова и др., 2000] и в какой-то мере Мезенской синеклизы.
Мы располагаем двумя детальными анализами синбитумоидов V2 из сборных проб скв. Кельтменская-1 и скв. Сторожевская-1 (табл. 1-2). Надо сказать, что при идентичном катагенезе ОВ (МК1) пробы существенно различаются между собой и по групповому, и по углеводородному составу, и по характеру распределения нормальных алканов (рис. 11-12). Битумоид скв. Кельтменская-1 при содержании Снк в породах 0,12-0,34% и концентрации битумоидов 0,004-0,005% содержит всего 14,79% масел, в отличие от Сторожевского битумоида, в котором 46,51% масел (при среднем содержании Снк в породах 0,09% и синбитумоидов 0,007%). В Кельтменском битумоиде насыщенная фракция составляет 23,33%, а в Сторожевском - 83,75%; при этом в последнем ароматика представлена только моноаренами, а в Кельтменском битумоиде присутствуют все три ароматические фракции (табл. 1). Распределение нормальных алканов в Кельтменском битумоиде ступенчатое, а в Сторожевском плавное; при идентичных индивидуальных и групповых максимумах в Кельтменском образце несколько больше н-алканов выше н-С25 (табл. 2, рис. 11). Так или иначе, Кельтменский битумоид тяжелее Сторожевского аналога. В обеих пробах в незначительных количествах были обнаружены НКУВ, где преобладают нафтены и арены, концентрация н-алканов С6-С10 минимальная. Вышеприведенное сравнение двух вендских битумоидов позволяет предположить, что в ОВ Сторожевского образца ощутима доля планктона, что и отразилось на битуминологических и углеводородных характеристиках.
С,
Ъш
Рг
Кельгмснская пл., обр. Кл 1/11+20+24
С, I
РЬ
14
12
и
V 10
с-
ш
ё 6 и
4 -
2 -
..а
I
с, с.
С21 с
с,
Рг/РЪ = 0,69
У:ир
аргиллит МК1/МК21 ОСС
Сик 0.12-0,34% [Зс „к 1.47-3,28%
■ четные □ нечетные
И
■ с.
12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38
Количество атомов углерода
Рис. 11. Хроматограмма и распределение нормальных алканов; Кельтменская пл., скв. 1, гл. 1896-1903; 2347-2354 м., V2up; синбитумоид
14
12 -
v 10 ta
o4
<Ó
3 ñ I °
Я Щ
еъ щ
g 6 U
4 -
С,
■LJJUw
Jw
Ph
jM
Сторожевская пл., обр. Ст 1/5+8
C2l
CJS
c,0
с,
А
с,
UJ
Pr/Ph = 0,95
VíLjp
аргиллит MKi ОСС
Снк 0.09% рснк7,78%
■ четные □ нечетные
lili.
12 14 16 18 20 22 24 26 2S 30 32 34 36 38
Количество атомов углерода
Рис. 12. Хроматограмма и распределение нормальных алканов; Сторожевская пл., скв. 1, гл. 1732-1737; 1921-1926 м, V2up; синбитумоид
Среди рифейских образцов наиболее интересным оказался образец из верхней темноцветной пачки карбонатной толщи R3 скв. Кельтменская-1. При содержании Снк 0,38% и битумоида 0,048% очень высоким оказалось содержание масел - 67,72%, а в них насыщенной фракции УВ - 88,14%. Полиарены отсутствуют (табл. 1). В образце крайне низкое количество изопреноидов, характерное для битумоидов рифея (Z изопреноидов/ Z н-алканов - 0,10; табл. 2). Распределение нормальных алканов плавное, «классическое», свойственное существенно планктонному рифейскому ОВ (рис. 13). Индивидуальный максимум н-алканов - н-С17, групповой - н-С15^н-С20; н-алканы > С30 - 3,41%, т.е. их совсем мало (табл. 2, рис. 13). Этот образец находится на границе градаций МК!, /МК2, т.е. на «главном пике» главной фазы нефтеобразования (ГФН), когда новообразование битумоидов превышает их отдачу; он и обладает всеми характерными чертами, описанными выше. В нём также выявлены НКУВ, среди которых идентифицированы н-алканы С7—С10, нафтены С8, арены С8.
К сожалению, у нас нет пока детальных анализов других образцов из темноцветных пачек карбонатной толщи R3. Среднее содержание Снк в верхней пачке 0,47% (т.е. близкое к доманикоидному), среднее содержание битумоидов (с учётом люминесцентных данных) -0,057%, ßСрнк - 12,12%; мощность пачки не менее 100 м. В нижней пачке среднее содержание
Снк 0,32%, битумоидов (по люминесцентным данным) - 0,015%, ßСрнк - 4,69%; мощность пачки порядка 150 м. Градация катагенеза ОВ в нижней пачке МК3, т.е. битумоиды здесь носят более остаточный характер по сравнению с верхней пачкой.
Битумоид известняка няфтинской свиты R3 скв. Сторожевская-1 при содержании его в породе 0,005% и содержании Снк 0,04% (ßСнк 12,5%), вероятно является исходным, а не
остаточным. В нём 40,17% масел, а в них 85,11% метано-нафтеновых УВ, арены представлены только моно-фракцией (табл. 1). Этот образец напоминает таковой V2 той же скважины, только распределение н-алканов в рифейском битумоиде более прихотливое с явным преобладанием нечётных н-алканов по всему ряду (рис. 14).
Битумоид средней пробы аргиллитов пезской свиты (содержание Снк - 0,18^0,46%,
битумоида 0,006%, ßСнк - 1,30^3,33%, градация катагенеза МК^-МК3; табл. 1) обладает
относительно невысоким содержанием масел - 27,03%, но в них значительное содержание насыщенной фракции - 70%; содержание асфальтенов довольно высокое - 22,70%, самое высокое среди всех образцов рифея и венда. Распределение н-алканов прихотливое, ступенчатое, с преобладанием нечётных н-алканов в «тяжелой» половине ряда (рис. 15).
С,
Кельтменская пл., обр, Кл 1/28
С,
С,
Рг
РЬ
С,
А
с,,
К
а
с.
с,
14 -
12 ■
£ 10 и
О -
£ 8 ей
ь,
о § 6
и
Рг/РЬ = о ,76
|Ц
Из
1 з
известняк МК2-МК2 АС-ОСС
Снк 0.38% ренк 12.63%
■ четные □ нечетные
ПИ Пи
12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38
Количество атомов углерода
Рис. 13 Хроматограмма и распределение нормальных алканов; Кельтменская пл., скв. 1, гл. 3044-3049 м, Я3; синбитумоид
С,
с„
_J__-Ь
Сторожевская пл., обр. Ст 1/15
14
12 -
Ш 10 й
ё 8 Я
3
N
о,
ш и 0 6
О
4
Рг/РЬ = 0,54
Яз
известняк глинист. МК1/МК21
осс
СнК 0.04% (к-™ 12.50%
II
■ четные □ нечетные
II
I
12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38
Количество атомов углерода
Рис. 14 Хроматограмма и распределение нормальных алканов; Сторожевская пл., скв. 1, гл. 2549,0-2554,0 м, Я2; синбитумоид
12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38
Количество атомов углерода
Рис. 15. Хроматограмма и распределение нормальных алканов; Сторожевская пл., скв. 1, гл. 3348,0-3450,0 м, Я^г; синбитумоид
По концентрации Снк породы R2pz относятся к субдоманикоидам, т.е. нефтепроизводившим, однако слишком низкие содержания битумоидов в породах и в ОВ свидетельствуют скорее о том, что эти битумоиды являются исходными, а не остаточными при «низком качестве ОВ», в котором, вероятно - как и в большинстве образцов V2 -преобладают донные бурые водоросли.
Близкими характеристиками обладает битумоид мергеля дорогорской свиты R2 скв. Серёговская-1 (табл. 1-2; рис. 16).
Интересно сравнить состав алкановой фракции битумоидов венда и рифея Вычегодского прогиба с таковым одновозрастных битумоидов и нефтей Сибирской платформы. Последние по составу и характеру распределения нормальных алканов довольно чётко подразделяются на две группы. Первая группа - битумоиды рифея. Они отличаются плавным («последовательным») распределением н-алканов, крайне низким содержанием изопренанов и отсутствием (по крайней мере необнаружением в них) 12-метил- и 13-метилзамещённых алканов. Вторая группа - битумоиды венда. Распределение н-алканов в них в той или иной мере ступенчатое, количество изопренанов значительно выше, а упомянутые метилзамещённые алканы присутствуют. Синбитумоиды обеих групп практически не имеют исключений. Вышерассмотренные особенности транслируются нефтям, что позволяет надёжно коррелировать пары: «материнская порода - нефть» [Дахнова и др., 2010; Баженова и др. 2010].
В битумоидах и рифея, и венда Вычегодского прогиба 12-13-метил-замещённых алканов не обнаружено, изопренанов очень мало и в тех, и в других (в вендских, правда, всё-таки чуть больше), а распределение н-алканов опять таки в обоих случаях ступенчатое, за исключением синбитумоида рифея из скв. Кельтменская-1 (рис. 13). Таким образом, в отличие от восточносибирских битумоидов рифея и венда, в таковых Вычегодского прогиба индивидуального «возрастного лица» обнаружить не удалось. Возможно, это связано с особенностями фациально-биоценотического состава ОВ; однако на данной стадии изученности об том ничего определённого сказать пока нельзя.
Проведенные нами исследования позволили выявить пока только два нефтегазопроизводивших уровня в осадочном выполнении Вычегодского прогиба: две темноцветные пачки в карбонатной толще R3 скв. Кельтменская-1.
В заключение хотелось бы дать описание любопытного геолого-геохимического факта; вкратце о нём упоминалось в начале при общей характеристике разрезов глубоких скважин.
При проведении полевых маршрутов в районе возвышенности Джежим-Парма (юго-восточное продолжение Тиманского кряжа, северное обрамление Вычегодского прогиба) на рч. Ышкемес было встречено небольшое (~ 1 м2) обнажение серых аргиллитов.
14 -
12
К ю
со
Ш в
И ь О
о
I
Рг/РЬ = 0,70
1Ыг
мергель МК.1 ОСС
С.ш 0.08% (Зснк 4.82%
■ четные □ нечетные
101 о.
12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38
Количество атомов углерода
Рис. 16. Хроматограмма и распределение нормальных алканов; Сереговская пл., скв. 1, гл. 3490,0-3767,0 м, Я^г; синбитумоид
Других обнажений на рч. Ышкемес нет. В своё время эти аргиллиты были приняты за «стратотип» ышкемесской свиты рифея, и это название стало «кочевать» в геологической литературе по данному региону. Однако мы сразу обратили внимание, что эти аргиллиты по степени катагенетической преобразованности совершенно не похожи на высокометаморфизированные аргиллиты (сланцы) других районов Тиманского кряжа. Геохимические исследования образца этих аргиллитов показали следующее: содержание Снк - 0,27%; ХБА - 0,008%; ßХБА- 2,96%; содержание масел в битумоиде - 37,65%; смол бензольных - 3,53%; спиртобензольных - 38,82%; асфальтенов - 20,00%; доля метано-нафтеновой фракции в УВ - 90,62%, ароматической соответственно - 9,38%. На рис. 17 приведено распределение нормальных алканов в насыщенной фракции УВ.
25
20 -
й
^ 10 а,
5 g
и
5 -
01
Pr/Ph = 1,04
Ditm-sr аргиллит МКг ОСС
Сш 0.27% ßo™ 2.96%
■ четные □ нечетные
1 I I
II Ol п.
V
\J V V Количество атом он углерода
Рис. 17. Распределение нормальных алканов; Джежим-Перма, обн., D2(?)
Обращает на себя внимание явное преобладание лёгких УВ - С16^С18 при максимуме С18 и в целом преобладание нечётных УВ по всему ряду. Распределение н-алканов по фракциям следующее: С12-С14 - 2,29%; С15-С20 - 75,72%; С21-С25 - 10,84%; С25-С30 - 8,44%; > С30 - 2,71%. Отношение н-алканы/изопренаны - 0,21; среди последних также преобладают лёгкие УВ, - отношение лёгкие/тяжелые 6,66. Отношение пристан/фитан = 1,04. Параметры битумоида характерны для оксисорбосапропелитов, гумусовая примесь явно отсутствует. Какого же возраста эти аргиллиты? Скорее всего девонского - «остаточный» девонский грабен, очевидно, постпалеозойского возраста (на Джежим-Парме закартированы многочисленные дизъюнктивные нарушения). Какая часть девонского разреза? Скорее всего, В31ш-8г; к тому времени относится крупнейший в Тимано-Печорском бассейне максимум трансгрессии (с перекрытием Тиманского кряжа). Первичное ОВ явно сапропелевого облика,
но сильно окисленное в диагенезе. И хотя битумоида в породе мало, величина ßCHK порядка 3% в метаморфизованных породах рифея практически невероятна.
Описанный факт - свидетельство того, что геохимические исследования во многих случаях помогают оценивать сугубо геологические феномены.
Литература
Баженова Т.К. Геохимические аспекты нефтегазоносности рифея древних платформ России // Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа. К созданию общей теории нефтегазоносных недр. - Материалы VI Международной конференции. - М.: ГЕОС, 2002. -С. 61-64.
Баженова Т.К., Гембицкая Л. А. Масштабы эмиграции углеводородов из нефтематеринских горизонтов докембрия Средне-Русского бассейна // Литология и полезные ископаемые Центральной России. - Воронеж, 2000. - С. 9-10.
Баженова т.К. Баженова О.К., Гембицкая Л.А. Катагенетические несогласия и проблема нефтегазоносности докембрия Мезенской синеклизы // Южные районы республики Коми: геология, минеральные ресурсы, проблемы освоения. - Сыктывкар, 2002. - С. 117-119.
Баженова Т.К., Дахнова М.В., Можегова С.В. Нефтеобразование в верхнем протерозое Сибирской платформы (источники, масштабы, время, свидетельства) // Нефтегеологический прогноз и перспективы развития нефтегазового комплекса востока России. - СПб.: ВНИГРИ, 2010. - С. 81-85.
Дахнова М.В., Жеглова Т.П., Можегова С.В., Мялкина Ю.А., Назарова Е.С., Нечитайло Г.Е. Роль рифейских и вендских нефтематеринских толщ как поставщиков углеводородов в зоны нефтенакопления на юге Сибирской платформы // Успехи органической геохимии. Материалы конференции 11-15 октября 2010 г. - Новосибирск, 2010. - С. 129-132.
Bazhenova T.K., Bogoslovskiy S.A., Shapiro A.I., Vasil'eva V.F., Rogozina N.A.
Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский нефтяной научно-исследовательский геологоразведочный институт» (ФГУП «ВНИГРИ»), Санкт-Петербург, Россия, ins@vnigri.ru
VYCHEGDA TROUGH (RUSSIAN PLATE) - ORGANIC GEOCHEMISTRY AND GEOTHERMAL HISTORY OF SEDIMENTARY FILL
The geochemical features and catagenetic / geothermal history of sedimentary fill of the Vychegda trough are analyzed. The Vendian deposits were not oil-and-gas-generating. The source rock was identified in the Upper Riphean carbonate section in the east of trough; hydrocarbon generation processes had been performed during all phases of plunge.
Keywords: catagenesis, geothermal gradient, bitumens, hydrocarbons, Vendian, Upper Riphean, Vychegda trough, Russian plate.
References
Bazhenova T.K. Geokhimicheskie aspekty neftegazonosnosti rifeya drevnikh platform Rossii [Geochemical aspects of the oil and gas potential of Riphean ancient platforms of Russia]. In: Novye idei v geologii i geokhimii nefti i gaza. K sozdaniyu obshchey teorii neftegazonosnykh nedr. Proceedings of VI International conference. Moscow: GEOS, 2002, p. 61-64.
Bazhenova T.K., Gembitskaya L.A. Masshtaby emigratsii uglevodorodov iz neftematerinskikh gorizontov dokembriya Sredne-Russkogo basseyna [Migration of hydrocarbons from Precambrian source layers of Mid-Russian Basin]. In: Litologiya i poleznye iskopaemye Tsentral'noy Rossii. Voronezh, 2000, S. 9-10.
Bazhenova t.K. Bazhenova O.K., Gembitskaya L.A. Katageneticheskie nesoglasiya i problema neftegazonosnosti dokembriya Mezenskoy sineklizy [Catagenetic unconformity and issues of oil and gas potential of the Precambrian Mezensk syncline]. In: Yuzhnye rayony respubliki Komi: geologiya, mineral'nye resursy, problemy osvoeniya. Syktyvkar, 2002, p. 117-119.
Bazhenova T.K., Dakhnova M.V., Mozhegova S.V. Nefteobrazovanie v verkhnemproterozoe Sibirskoy platformy (istochniki, masshtaby, vremya, svidetel'stva) [Oil formation in the Upper Proterozoic of the Siberian platform (sources, scope, time, evidence)]. In: Neftegeologicheskiy prognoz i perspektivy razvitiya neftegazovogo kompleksa vostoka Rossii. Saint Petersburg: VNIGRI, 2010, p. 81-85.
Dakhnova M.V., Zheglova T.P., Mozhegova S.V., Myalkina Yu.A., Nazarova E.S., Nechitaylo G.E. Rol' rifeyskikh i vendskikh neftematerinskikh tolshch kak postavshchikov uglevodorodov v zony neftenakopleniya na yuge Sibirskoy platformy [The role of the Riphean and Vendian strata as hydrocarbon suppliers into the area of oil accumulation in the south of the Siberian Platform]. In: Uspekhi organicheskoy geokhimii. Proceedings of conference, 11-15 October 2010. Novosibirsk, 2010, p. 129-132.
© Баженова Т.К., Богословский С.А., Шапиро А.И., Васильева В.Ф., Рогозина Н.А., 2013
