CC BY
161
УДК 553.981+550.848.8
А.Э.Конторович, В.А.Каширцев, В.И.Москвин, ЛМ.Бурштейн, Е.А. Костырева, ОМ.Хлыстов
ИНГГ СО РАН, Новосибирск
ПРОБЛЕМА НЕФТЕНОСНОСТИ ОЗЕРА БАЙКАЛ
Проявления нефти на восточном берегу Байкала были известны местному населению с древних времен. Как научная, проблема нефтегазоносности озера и Байкальской рифтовой зоны впервые возникла в начале ХУШ века, когда в 1833 г в ходе экспедиции члена Петербургской Академии наук И.Г Гмелина были впервые описаны выходы нефти вдоль восточного берега оз. Байкал.
Последняя крупномасштабная акция по поискам нефти на Байкале была осуществлена в начале пятидесятых годов В.В. Самсоновым, Г.П. Пономаревой и другими [5]. В этот период на территории дельты р. Селенги были пробурены одна опорная и три глубоких структурно-поисковых скважины, нефтепроявлений в которых практически установить не удалось.
Первые специальные химические исследования байкальских нефтей были проведены сотрудниками Института нефти АН СССРв 1958 году [4]. Венчает этот тридцатилетний период изучения геохимии нафтидов работа А.Э. Конторовича и других [2].
По инициативе академика А.Э. Конторовича летом 1999 г. В.И. Москвиным и В.А. Хуторянским в 100 м от устья р. Стволовая были собраны пробы густой нефти, которые периодически поднимаются здесь в виде мелких (диаметром 2-3 мм) шариков с глубины 10м. Экспертно мощность источника оценена в 0,1-0,3 тонн нефти в год.
Летом 2004 года в 1150 метрах от устья рек Б. и М. Зеленовская (мыс Толстый), во время междисциплинарной экспедиции на НИС «ГЮ. Верещагин» с поверхности вод собрана нефть, также периодически (с пятиминутным интервалом) поднимающимися более крупными шариками (диаметром 0,5-1,0 см) с глубин 200-280 метров. Дальнейшие наблюдения показали, что на фоне этого периодического процесса иногда на поверхность всплывают более крупные по размерам (нескольких квадратных метров) скопления. Судя по площади единого радужного пятна, на поверхность воды в этом месте за год попадает более 2 тонн тяжелой нефти.
Результаты исследования ароматико-нафтеновых нефтей, собранных в устье р. Стволовая и нефтей с устья рек Б. и М.. Зеленовская подтвердили,что в их составе преобладают углеводороды - 70,5 %, смолы составляют - 22-23 %, асфальтены - 78 %. На хроматограммах нефтей наблюдается характерный «нафтеновый горб» и, что очень важно, - это отсутствие нормальных алканов, ациклических изопреноидов и монометилалканов, что указывает на воздействие процессов биодеградации [Петров,1984, ДоЬбоп, 1979]. В составе стеранов нефтей в максимальных концентрациях - 42-52 % на сумму стеранов С27- С29 находятся этил-холестаны. Среди терпанов гопаны существенно (79-81 %) преобладают над трициклическими хейлантанами. Роль трицикланов сравнительно невелика - 912 %. Концентрации трицикланов С20, С23- С26 примерно равные. Величина
трицикланового индекса равна 0,66. Обращает на себя внимание обогащенность
13
тяжелым углеродом изотопного состава: а С = -27,16 - - 26,60 %о). Значения биомаркерных показателей катагенеза соответствует градации МК2и глубине погружения нефтепроизводящих отложений не менее чем на 3км.
Летом 2005 и 2006 гг. в ходе экспедиционных работ на НИС «Г.Ю. Верещагин» исследовалось нефтепроявление у мыса Горевой Утес. Установлено, что в данном районе с глубин 860-900 м вместе с газом всплывают капли нефти. Геохимиками ЛИН СО РАН установлено, что нефть малосернистая (0,1 %), в ней идентифицированы нормальные алканы С9-С29 с максимальным содержанием гомологов С15-С20, нормальные алкилциклогексаны С8-С32, с максимальными концентрациями С13-С15. Величина соотношения пристан/фитан равна 3,8.
Обратим внимание на некоторые важные особенности этого нефтепроявления. Во-первых, в отличие от описанных ранее здесь вследствие испарения легких фракций ощущается запах бензина. Во-вторых, в водной толще на глубинах 900-500 м присутствует газовый «факел», оказывающий существенное влияние на режим нефтепроявления. В результате холодного «кипения» на поверхности воды образуется пена из волосовидных кристаллов парафинов желтого цвета. Возможно, что эта пена, достигает берегов и образует на суше скопления озокерита, известного в научной литературе под названием байкерит.
Согласно предварительной оценке мощность источника у мыса Горевой Утес более 3,6-4,0 тонн в год.
В 2006 году опубликованы данные детальных исследований терпанов в пробах нефти из трех вышеуказанных пунктов [1]. Здесь мы впервые приводим данные о пробах нефти, отобранных с поверхностиводы у м. Горевой Утес и составе экстрактов донных осадков в этом районе с глубины860м.
Масс-хроматограммы по общему ионному току показали весьма существенные различия в степени бактериальной деградации поверхностной и донной проб. Если первая может считаться практически не задетой бактериальным окислением, то в донной наблюдается полное отсутствие нормальных алканов и на фоне «нафтеновых горбов» достаточно высокие концентрации сесквитерпанов, изопренанов и гопанов.
Сканирование по фрагментным ионам т/г 123,179,193 и 207 позволило идентифицировать целый набор сесквитерпанов ряда дримана и гомодримана. Большинство исследователей считают, что соединения с подобными структурами тесно связаны с терпенами высшей наземной растительно сти.
Трициклические углеводороды гомологического ряда хейлантанов (сканирование по т/г 191) представлены незначительными концентрациями главным образом углеводородов С19 и С20 ,что в целом характерно для нефтей «континентального» происхождения. Гопаны представлены полным рядом регулярных структур от С27 до С35 Последние два гомогопана ^ и R) присутствуют в виде следов, что также свидетельствует о формировании
исходного для нефти органического вещества в пресноводных условиях с окислительной обстановкой в диагенезе.
Сканирование по фрагментному иону т/г 191 и «массовому» иону т/г 412 показало, что в составе тритерпанов, наряду с собственно гопаном и моретаном, может быть идентифицировано еще четыре пятикольчатых структуры с числом атомов углерода С30. Одна из них по времени удерживания может быть однозначно определена как олеанан, другая, элюирующаяся непосредственно за адиантаном, с фрагментом т/г 369 - как диагопан.
Наличие олеанана в байкальских нефтях однозначно свидетельствует об участии в ее образовании остатков высших ангиоспермовых растений и, как правило, свидетельствует об озерном или дельтовом происхождении нефтематеринских свит мелового и более позднего возраста.
Все авторы, идентифицировавшие диагопан в нефтях из различных бассейнов, отмечают, что этот биомаркер связан с исходным органическим веществом терригенных, часто угленосных отложений и отвечает окислительным условиями их преобразования в диагенезе.
Два других гопана обозначены нами как неизвестные Y-Cз0 и 7-С30. Первый из них элюируется между гопанами С27 (Т и Тт), второй -непосредственно перед адиантаном. К сожалению, одних масс-спектрометрических данных недостаточно для точной расшифровки структур обнаруженных гопаноидов.
Достаточно интенсивные пики Р-каротана были установлены в биодеградированных нефтях проявлений напротив устьев рек Зеленовская и Стволовая. В поверхностных и донных нефтепроявлениях мыса Горевой Утес концентрации Р-каротана незначительны и идентифицируются лишь на масс-фрагментограммах т/г 125. Каратиноиды, включающие высоко ненасыщенные органические компоненты, встречаются во многих организмах и растениях, а их насыщенные аналоги нередко отмечаются в нефтях и природных битумах. Напомним, высокие концетрации Р-каротана были установлены в озерных сланцах формации Грин-Ривер.
Для нефтепроявлений Байкала особое значение имеют процессы, происходящие с нефтью на дне, в водной толще и на её поверхности нефтей мыса Горевой Утес из донных осадков, с поверхности воды и составу пены. В экстрактах нефти из донных осадков по сравнению с нефтью, собранной поверхности воды в 2006 году содержится больше смол (на 8,5 %) и ароматических углеводородов (на 7,8 %). Вследствие поглощения смол и ароматических УВ в процессе миграции нефти через 900 метровую толщу воды в составе её на 15,7 % увеличилось количество насыщенных УВ. Величина отношения насыщенные УВ/ ароматические УВ в донных осадках в среднем составляет 1,17, а в нефти с поверхности - 2,12. Еще более разительные отличия этих параметров при сравнении с пробой нефти 2005 года. Концентрация смол в битумоиде донных осадках на 10,8 % больше, чем в нефти, а ароматических УВ - на 12 %. Благодаря остаточному накоплению содержание насыщенных УВ возросло на 24,7 % (!), а величина отношения
насыщенные УВ/ ароматические УВ увеличилась до 3. В пене по сравнению с исходной нефтью на 8 % уменьшается общее количество углеводородов (при неизменной величине отношения насыщенные УВ/ароматические УВ.
Совокупность приведенных нами данных позволяет утверждать, что источником байкальской нефти является органическое вещество, захоронявшеесяв пресноводных водоемах. В нем наряду с остатками живого вещества озерных организмов значительную роль играло органическое вещество, источником которого были заносимые в водоем остатки высшей наземной растительности. Возраст нефтематеринских отложений не может быть древнее времени появления на суше ангиспермовых растений, т. е.мелового периода. Все вышеперечисленное существенно отличает байкальские нефти от верхнепротерозойских и кембрийских нефтей Сибирской платформы, в том числе молодые озерные нефти отличаются меньшей концентрацией этил-холестанов, низкой концентрацией трицикланов, и сравнительно тяжелым
13
изотопным составом углерода в отличие от древних нефтей, где а С лежит в интервале от -32 до - 35 %о.
Для кайнозойских осадочных бассейнов имеет место стохастическаязависимость между начальными геологическими ресурсами углеводородов Q в млн. т условных углеводородов (УУВ) и объемом эффективного осадочного выполнениябассейна Уэф. Под эффективным мы понимаем объем осадочного выполнения бассейнов без верхних комплексов пород (толщиной 2.6 км), не достигших главной зоны нефтеобразования.Зависимость имеет вид
/nQ = 4,60+ 0,691п Уф
Согласно выполненной оценке суммарный объем осадочного
-5
выполнения байкальских бассейнов равен 75 тыс. км , эффективный - 15 тыс. км . С доверительной вероятностью 0,75 можно утверждать, что начальные геологические ресурсы УУВ в осадочных бассейнах акватории Байкала находятся в интервале от 250 до 2 100 млн. т УУВ, наиболее вероятное значение 500 млн. тонн [3].
По разнообразному набору молекул-хемофоссилий (сесквитерпаны, стераны, секогопаны, новые структуры гопанов, олеонан, каротаны и т. п.) байкальские нефти могут считаться уникальными. Эта уникальность нефти обусловлена её молодым возрастом и специфичностью исходного ОВ, представляющего смесь компонентов озерного и наземного происхождения.
Авторы исследовали три нефтепроявления, находящихся в зоне гипергенеза в разных фазах своего развития. Если нефть у мыса Горевой Утес может рассматриваться как не измененная, то в нефтях у мыса Толстый и устья пади Ключи-Стволовая вследствие биодеградации произошло снижение количества алкановых УВ в противовес остаточному накоплению терпанов. По составу исходная алкановая парафинистая нефть трансформировалась в ароматико-нафтеновую. В начальную фазу гипергенеза при миграции нефти через водную толщу поглощаются смолистые вещества и ароматические углеводороды. На поверхности воды испаряются легкие фракции УВ и образуется пена, состав которой отличается от исходной парафинистой нефти
большим количеством смол и асфальтенов. Далее, при постоянном снижении мощности источника, нормальные и разветвленные алканы (в том числе изопреноиды) практически полностью уничтожаются бактериями. При дальнейшем окислении ароматико-нафтеновой нефти образуются асфальты.
Выбросы нефти в истории Байкала случались неоднократно, свидетельством чего являются скопления байкерита и твердых битумов. Как ни парадоксально, но вследствие геологических процессов нефть и продукты её преобразования стали постоянными компонентами экосистемы восточного побережья Центральной котловины озера.
Месторождения углеводородов в осадочных бассейнах озера Байкали в дельтовых осадках р. Селенга, могут быть найдены. Однако это потребует огромных инвестиций в нефтепоисковые работы. При серьезном развороте геологоразведочных работ они будут доступны для эксплуатации не ранее, чем через 10-15 лет. Ресурсы месторождений не так велики и будут уступать одному Кавыктинскому месторождению в Иркутской области. Ущерб же от загрязнения Байкала при проведении поисковых, разведочных и эксплуатационных работ в акватории озера или в непосредственной близости от него может быть огромен и невосполним.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Терпаны нефтей озера Байкал / В.А. Каширцев и др. // Нефтехимия. - 2006. - Т. 46, № 4. - С. 243-250.
2. Конторович, А.Э. Геохимия нафтидов и проблема генезиса байкальской нефти / А.Э. Конторович, Д.И. Дробот, Р.Н. Преснова // Сов. геология. - 1989. - № 2. - С. 21-29.
3. Проблема нефтегазоносности озера Байкал и Усть-Селенгинской впадины / А.Э. Конторовичи др. // Перспективы нефтегазоносности Байкала и Западного Забайкалья. -Улан-Удэ, 2003. - С. 84-89.
4. Пуцилло В.Г. Нефти, битумы и битуминозные породы района оз. Байкал / В.Г. Пуцилло, С.И. Миронов // Нефти и битумы Сибири. - М., 1958. - С. 7-53.
5. Самсонов В.В. Происхождение байкальской нефти и проблемы нефтегазоносности Бурятии / В.В. Самсонов // Проблемы сибирской нефти. -Новосибирск, 1963. - С. 127-150.
© А.Э. Конторович, В.А. Каширцев, В.И. Москвин, Л.М. Бурштейн, Е.А. Костырева, О.М.
Хлыстов, 2007
