CC BY
11
УДК 553.98(091) (047.3) (571.56-15) DOI: 10.18303/2618-981X-2018-2-65-70
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КУОНАМСКОЙ И БАККЕНОВСКОЙ ГОРЮЧЕСЛАНЦЕВЫХ ФОРМАЦИЙ
Ираида Николаевна Зуева
Институт проблем нефти и газа СО РАН, 677980, Россия, г. Якутск, ул. Октябрьская, 1, кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории геохимии каустобиолитов, тел. (411)233-58-33, e- mail: inzu@ipng.ysn.ru
Ольга Николаевна Чалая
Институт проблем нефти и газа СО РАН, 677980, Россия, г. Якутск, ул. Октябрьская, 1, кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории геохимии каустобиолитов, тел. (411)233-58-33, e- mail: oncha@ipng.ysn.ru
Алексей Иванович Сивцев
Институт проблем нефти и газа СО РАН, 677980, Россия, г. Якутск, ул. Октябрьская, 1, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории геохимии каустобиолитов, тел. (411)233-58-33, e- mail: maraday@mail.ru
Сравнительный анализ Куонамской формации нижнего-среднего кембрия и Баккенов-ской формации девон-миссисипия (карбона) показал, что при различии в геологическом возрасте с геохимических позиций обе формации характеризуются сходством фациальных условий формирования отложений, литологического состава пород, вещественного состава ОВ аквагенной природы и представляют интерес с позиций изучения процессов нефтегазообра-зования в высокоуглеродистых формациях.
Ключевые слова: горючие сланцы, сланцевая нефть, сланцевый газ, органическое вещество, кероген, генерационный потенциал.
COMPARATIVE CHARACTERISTIC OF KYONAMSKY AND BAKKEN BLACK SHALE FORMATIONS
Iraida N. Zueva
Institute of Oil and Gas Problems SB RAS, 1, Oktyabrskaya St., Yakutsk, 677980, Russia, Ph. D., Leading Researcher, Laboratory of Caustobioliths Geochemistry, phone: (411)233-58-33, e-mail: inzu@ipng.ysn.ru
Olga N. Chalaya
Institute of Oil and Gas Problems SB RAS, 1, Oktyabrskaya St., Yakutsk, 677980, Russia, Ph. D., Leading Researcher, Laboratory of Caustobioliths Geochemistry, phone: (411)233-58-33, e-mail: oncha@ipng.ysn.ru
Aleksey I. Sivtsev
Institute of Oil and Gas Problems SB RAS, 1, Oktyabrskaya St., Yakutsk, 677980, Russia, Ph. D., Senior Researcher, Laboratory of Caustobioliths Geochemistry, phone: (411)233-58-33, e- mail: maraday@mail.ru
Comparative analysis of different age Kuonamsky (Low-Middle Cambrian, Eastern Siberia Platform) and Bakken (Mississippian, Williston Basin) Formations showed their geochemical simi-
larity. Namely, both formations characterize close facial depositional environments, lithological composition of rocks, composition of organic matter by aquagenic matter. They are interesting as objects for study of oil generation processes in high carbon-rich formations.
Key words: black shales, tight oil, shale gas, organic matter, kerogen, generation potential.
Введение
Наличие в сланцевых толщах огромных запасов углеводородов (УВ), сопоставимых с запасами традиционных нефти и газа, бурный рост их добычи, в первую очередь в США, позволяют говорить о появлении на мировом рынке энергоносителей нового сегмента - сегмента сланцевых нефти и газа [1].
Систематическое изучение Куонамской горючесланцевой (ГС) формации востока Сибирской платформы - геологии, геохимии органического вещества (ОВ), металлогении, оценки нефтегенерационного потенциала - проводилось много лет большими коллективами ученых научно-исследовательских институтов ВНИГРИ, СНИИГГиМС, ИНГГ СО РАН, ИПНГ СО РАН и др.
В работе дана сравнительная характеристика состава ОВ и ряда геохимических показателей Куонамской ГС формации среднего нижнего кембрия востока Сибирской платформы и ГС формации Баккен девон- миссисипия (карбона) нефтегазоносного бассейна Уилстон (США).
Выбор формации Баккен для сравнения с Куонамской формацией обусловлен рядом причин. Формация Баккен - это одна из уникальных и хорошо изученных ГС формаций США со значительным объемом нефти и газа [2, 3]. В США по формации Баккен имеется успешный 60-летний опыт по извлечению нефти и газа из сланцевых толщ из низкопоровых низкопроницаемых коллекторов. Более 38 % добычи всей сланцевой нефти в США приходится на формацию Баккен. В 2012 г. она составила 36 млн тонн. К 2020 г. добыча сланцевой нефти будет составлять 260 млн т (52 %), а в 2030 г. - 380 млн т (72 % от всей добычи нефти в стране) [3].
1. Куонамская горючесланцевая формация
На востоке Сибирской платформы в разрезе нижнего-среднего кембрия отложений выделена Куонамская формация битуминозных глинисто-карбонатных и кремнисто-карбонатно-глинистых пород [4-6]. Глубина залегания -
Л
1,0-2,0 км и глубже 4 км. Площадь по разным оценкам - 634-750 км , толщина чаще от 20 до 50 м. Общая мощность оценивается в 220-230 м [5].
Повсеместно породы обогащены ОВ, что отличает ее как от подстилающих, так и от перекрывающих отложений. Нижне-среднекембрийские отложения формации являются уникальными по обогащенности ОВ во всем разрезе докембрия и палеозоя Сибирской платформы [4-6]. В отложениях Куонамской формации и ее аналогах на Сибирской платформе первоначальная масса захороненного ОВ оценивается 36 трлн тонн, современная масса ОВ - в 12 трлн тонн [7]
В составе фоссилизированного ОВ преобладает колллоальгинит с незначительной примесью талломоальгинита. В работе [8] показано, что аномально высокие концентрации ОВ связаны с преобладанием в его составе зеленых водорослей Tasmanites и Leiospha-Eridia. Согласно [6] ОВ практически нацело состоит из альгинита, представленного цианофитным планктоном Clooe-capsamorpha, реже зелеными водорослями, подобным Tasmanites, акритархами.
Концентрации ОВ в глинисто-карбонатно-кремнистых породах варьируют в широком интервале значений от 1 до 38 %. Как и в других ГС формациях, максимальные концентрации ОВ связаны с аргиллитовыми разностями пород -органического углерода (Сорг) превышает 10 % и может достигать 38 %.
Характерной особенностью отложений является обогащенность битумоид-ными компонентами (ХБ), превосходящими по содержанию другие отложения в разрезе палеозоя Сибирской платформы. ХБ разнообразны по групповому компонентному составу, в целом смолы и асфальтены преобладают над суммой УВ. Особенностью химической структуры фракций масел, смол и асфальтенов является доминирование ароматических циклов над длинными метиленовыми цепями. В химической структуре смол высоко участие кислородсодержащих групп и связей.
По данным пиролиза (ИНГГ СО РАН), в составе ОВ преобладает кероген типа II, что характерно для аквагенного ОВ морских фаций [8]. О высоком генерационном потенциале ОВ свидетельствуют характерные для керогена II высокие значения водородного индекса. Температуры максимального выхода УВ - 420-460°С соответствуют стадии начального мезокатагенеза МК1-МК1-2, т. е. отложения вошли в «зону нефтяного окна», что соответствует глубинам 1,4-2,4 км. На некоторых участках они погружались на глубину до 4 км и более и попадали в более жесткие условия главной зоны газообразования, стадия АК1 и выше.
По последним оценкам, при площади Куонамской формации 634 тыс. км2 суммарные масштабы генерированной нефти могли составить 1252 млрд т, количество эмигрировавшей нефти - 1002 млрд т [6]. В виде нефти могло сохраниться всего 0,5 % от генерированной нефти, что составляет 5 млрд т. Количе-
-5
ство генерированного газа оценивается в 358 трлн м . Отношение нефть/газ
-5
равно 3,5/1. Ресурсы технически извлекаемой нефти - 1,7 млрд т и 11,3 трлн м технически извлекаемого газа.
2. Баккеновская горючесланцевая формация
Баккеновская формация - крупнейшая формация легкой нефти низкопроницаемых коллекторов (tight oil) на территории нефтегазоносного бассейна Уиллистон в Сев. Америке (США и Канада). Формация образована породами на границах формации Три Форкс (девон) и известняками Лождпол (миссиси-пий) [2, 3]. Залегает на глубинах 2,5-3,5 км, занимает площадь 500-725 км2, толщина - до 40 м [2, 3].
Источником ОВ являлся планктоногенно-водорослевый. ОВ черных сланцев в основном представляет собой аморфный битуминит с фрагментами фос-силизированных организмов, таких как Tasmanites, Во^уососсш, Foerstia и др., также встречаются конодонты и лингулоидные брахиоподы. Накопление ОВ в верхней и нижней сланцевых частях происходило в бескислородных, глубоководных условиях шельфа [9].
По содержанию Сорг в породах, как и в Куонамской формации, установлен неоднородный характер распределения по разрезу и площади распространения формации. Средние значения Сорг в интервале 8,9-20,0 %, максимальные достигают 35 %. В канадской Нижней части формации Баккен среднее содержание Сорг составляет 11,77 %, нефтяной генерационный потенциал - ТРР 61,4 кг/т. В канадской верхней части среднее содержание Сорг 17,63 %, а ТРР равен 93,71 кг/т.
-5
Нефти Баккена - легкие (0,816-0,821 г/см ), малосернистые (0,3-0,16 %). Отношение пристан/фитан больше 1 [3].
По данным пиролиза, в составе ОВ при доминирующей доли керогена типа II в отдельных областях определяется небольшой вклад керогенов I и III [10]. Как и в Куонамской формации, отложения Баккен вошли в «зону нефтяного окна». Выделяют 2 зоны нефтегазогенерации (на глубинах 2740 м и более интенсивной - на 3 048 м) и связанное с ними термически зрелое ОВ пород (Я0 = 0,53-0,69), генерировавшее микронефть, которая еще не начала мигрировать. По термической зрелости ОВ верхней и нижней части формации считается зрелым в американской части бассейна Уиллистон и зрелым-незрелым в канадской части.
Сланцевая часть формации Баккен в термически зрелой части в Сев. Дакоте могла генерировать и вытеснить от 37 до 68,9 млрд т нефти - в среднем 56,6 млрд т; извлекаемой нефти - около 27,4 млрд т. В самой формации Баккен суммарное среднее технически извлекаемое количество УВ составляет:
-5 -5
500 млн т (или 3,64 млрд барр.) нефти; 52,3 млрд м (или 1848 млрд фут ) газа и 20,3 млн т (или 148 млн барр.) газового конденсата.
Выводы
Таким образом, сравнительный анализ Куонамской и Баккеновской формаций показал, что обе формации сопоставимы по площади распространения и глубине залегания. При различии в геологическом возрасте с геохимических позиций обе формации характеризуются сходством фациальных условий осад-конакопления огромных масс ОВ, литологического состава пород, вещественного состава ОВ аквагенной природы. Для этих формаций установлен единый тип керогена II с очень высоким генерационным потенциалом; отложения вошли в зону ГФН и генерировали большое количество жидких УВ, а в зонах более глубокого погружения достигали ГЗГ и генерировали газообразные УВ, которые оставались в генерирующей толще и частично мигрировали в коллекторы. Показанное сходство рассмотренных формаций позволяет считать, что
в перспективе 60-летний успешный опыт США по извлечению нефти и газа из сланцевых толщ формации Баккен будет полезен при создании технологии разработки ГС с учетом особенностей горно-геологических условий Куонамской формации.
Работа выполнена при поддержке проекта по Программе ФИ ГАН IX. Науки о Земле. Проект II. 2WIX131-4.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Сафронов А. Ф. Апвеллинг как один из факторов формирования горючесланцевых формаций // Черные сланцы: геология, литология, геохимия, значение для нефтегазового комплекса, перспективы использования как альтернативного углеводородного сырья: сб. материалов Всерос. научно-практ. конф., 23-25 июля 2015 г. - Якутск: Асхан, 2015. - С. 63-68.
2. USGS. U.S. Geological Survey petroleum resource assessment of the Bakken Formation/ Williston Basin Province - Montana and North Dakota. - URL: http://www.usgs.gov (дата обращения - 09.03.2018).
3. Прищепа О. М., Аверьянова О. Ю. Формация Баккен: Геология, нефтегазоносность и история разработки // Нефтегазовая геология. Теория и практика. - 2013. - Т. 8, № 2. -URL: http://www.ngtp.ru/rub/9/19_2013.pdf.
4. Бахтуров С. Ф., Евтушенко В. М., Переладов В. С. Куонамская битуминозная карбо-натно-сланцевая формация. - Новосибирск : Наука, 1988. - 160 с.
5. Кембрийский горючесланцевый бассейн Сибирской платформы / В. А. Каширцев, А. Ф. Сафронов, И. В. Коровников и др. // Черные сланцы: геология, литология, геохимия, значение для нефтегазового комплекса, перспективы использования как альтернативного углеводородного сырья: сб. материалов Всерос. научно-практ. конф., 23-25 июля 2015 г. -Якутск : Асхан, 2015. - С. 33-37.
6. Баженова Т. К., Маргулис Е. А. Оценка ресурсов сланцевых толщ востока России // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. - 2015. - № 5. -С. 25-30.
7. Конторович А. Э. Геохимические методы количественного прогноза нефтегазонос-ности // Труды СНИИГГиМС. - М. : Недра, 1976. - 250 с.
8. Парфёнова Т. М. Органическая геохимия углеродистых пород куонамского комплекса отложений нижнего среднего кембрия (восток Сибирской платформы): автореф. дис. ... канд. геол.-мин. наук. - Новосибирск, 2008. - 16 с.
9. Stasiuk L. D., Fowler M. G. Organic facies in Devonian and Mississippian strata of Western Canada Sedimentary Basin: relation to kerogen type, paleoenvironment, and paleogeography // Bulletin of Canadian Petroleum Geology. - 2004. - Vol. 52(3). - P. 234-255.
10. Kreis L. K., Costa A. L., Osadetz K. G. Hydrocarbon potential of Bakken and Torquay formations, southeastern Saskatchewan // Saskatchewan Geological Society Special Publication. -2006. - Vol. 19. - P. 118-137.
REFERENCES
1. Safronov A.F. Apvelling kak odin iz faktorov formirovanija gorjucheslancevyh formacij // Chernye slancy: geologija, litologija, geohimija, znachenie dlja neftegazovogo kompleksa, perspektivy ispol'zovanija kak al'ternativnogo uglevodorodnogo syr'ja: sb. materialov Vseros. nauchno-prakt. konf., 23-25 ijulja 2015 g. - Jakutsk: Ashan, 2015. - S. 63-68.
2. USGS. U.S. Geological Survey petroleum resource assessment of the Bakken Formation/ Williston Basin Province - Montana and North Dakota. - URL: http://www.usgs.gov (data obrashhenija - 09.03.2018).
3. Prishhepa O.M., Aver'janova O.Ju. Formacija Bakken: Geologija, neftegazonosnost' i istorija razrabotki // Neftegazovaja geologija. Teorija i praktika. - 2013. - T. 8, № 2. - URL: http://www.ngtp.ru/rub/9/19_2013.pdf
4. Bahturov S.F., Evtushenko V.M., Pereladov V.S. Kuonamskaja bituminoznaja karbonatno-slancevaja formacija. - Novosibirsk: Nauka, 1988. - 160 s.
5. Kembrijskij gorjucheslancevyj bassejn Sibirskoj platformy / V.A. Kashircev, A.F. Safronov, I.V. Korovnikov i dr. // Chernye slancy: geologija, litologija, geohimija, znachenie dlja neftegazovogo kompleksa, perspektivy ispol'zovanija kak al'ternativnogo uglevodorodnogo syr'ja: sb. materialov Vseros. nauchno-prakt. konf., 23-25 ijulja 2015 g. - Jakutsk: Ashan, 2015. -S. 33-37.
6. Bazhenova T.K., Margulis E.A. Ocenka resursov slancevyh tolshh vostoka Rossii // Geologija, geofizika i razrabotka neftjanyh i gazovyh mestorozhdenij. - 2015. - № 5. - S. 25-30.
7. Kontorovich A.Je. Geohimicheskie metody kolichestvennogo prognoza neftegazonosnosti // Trudy SNIIGGiMS. - M.: Nedra, 1976. - 250 s.
8. Parfjonova T.M. Organicheskaja geohimija uglerodistyh porod kuonamskogo kompleksa otlozhenij nizhnego srednego kembrija (vostok Sibirskoj platformy): avtoref. dis. ... kand. geol.-min. nauk. - Novosibirsk. - 2008. - 16 s.
9. Stasiuk L.D., Fowler M.G. Organic facies in Devonian and Mississippian strata of Western Canada Sedimentary Basin: relation to kerogen type, paleoenvironment, and paleogeography // Bulletin of Canadian Petroleum Geology. - 2004. - Vol. 52(3). - P. 234-255.
10. Kreis L.K., Costa A.L., Osadetz K.G. Hydrocarbon potential of Bakken and Torquay formations, southeastern Saskatchewan // Saskatchewan Geological Society Special Publication. -2006. - Vol. 19. - P. 118-137.
© И. Н. Зуева, О. Н. Чалая, А. И. Сивцев, 2018
