CC BY
101
О.С. Процько, О.В. Валяева Типы органического вещества и генерационный потенциал кунгурских терригенных отложений севера...
УДК: 552.578.2.061.32; 551.736 (470.1)
Институт геологии Коми НЦ УрО РАН,
О.С. Процько, О.В. Валяева
Сыктывкар, procko@geo.komisc.ru, valyaeva@geo.komisc.ru
Типы органического вещества и генерационный потенциал кунгурских терригенных отложений севера Предуральского краевого прогиба
Различые генерационные возможности пермских угленосных отложений обусловлены, в первую очередь, присутствием в породах многокомпонентного органического вещества (ОВ) и его катагенетической преобразованностью. Значительное снижение углеводородного потенциала происходит за счет широкого распространения ОВ IV типа. Проведенные исследования нацелены на установление качественного состава ОВ, оценку его потенциала и площадное распространение выделенных типов. В работе представлены результаты углепетрографических и пиролитических исследований кунгурских отложений в районах севера Предуральского краевого прогиба. Охарактеризован средний состав ОВ, показана связь содержания микрокомпонентов исходного ОВ с обстановками осадконакопления и выявлены зоны преимущественного распространения ОВ II, III и IV типов. Проведена оценка пиролитических показателей и выявлены области распространения пород с различным углеводородным потенциалом. Установлено повсеместное распространение пород характеризующихся низким углеводородным потенциалом, повышение этого показателя зафиксировано лишь локально, в пределах восточной оконечности Хорейверской впадины, гряды Чернышева, юга Варандей-Адзьвинской структурной зоны и северо-востока Косью-Роговской впадины. Терригенные отложения кунгурского возраста на большей части исследуемой территории обладают низкими нефтегазопродуцирующими свойствами и не способны генерировать УВ в промышленных масштабах.
Ключевые слова: пермские угленосные отложения, органическое вещество, углепетрография, водородный индекс, генерационный потенциал.
Введение
Интерес к угленосным отложениям, как возможным нефтегазоматеринским, со стороны многих исследователей проявился с конца прошлого столетия (Hunt, 1991; Голицын и др., 1992; Petersen, 2006). Пермские терригенные отложения на территории Тимано-Печорского бассейна содержат значительное количество многокомпонентного органического вещества (ОВ), обладающего различными генерационными возможностями. Проведенные ранее исследования пермских отложений показали снижение генерационных возможностей за счет присутствия в составе ОВ инертинитовых компонентов (Органическая геохимия ..., 2004;
Процько, Анищенко,
2008). Задачей наших исследований являлось установление качественного состава ОВ, оценка его генерационных возможностей и площадное распространение выделенных типов.
Фактический
материал
Пермские терриген-но-угленосные отложения кунгурского возраста распространены на всей части севера Предуральского краевого прогиба. Разрез состоит из прослоев песчаников, алевроли-
тов, аргиллитов, углистых аргиллитов и углей и представлен прибрежно-морскими и континентальными отложениями, составляющими угленосную формацию. Основные участки угленакопления расположены на северо-востоке Косью-Роговской и юго-востоке Коротаихинской впадин, к западу замещающиеся глинисто-карбонатными породами лагунно-морского генезиса (Македонов, 1965). Для этого времени образования основных продуктивных пластов углей, по данным проведенных ранее исследований (Македонов А.В.), выделяется несколько палеогеографических зон (Рис. 1). Нами было проанализировано порядка 250 шлифов и ан-
Зоны Фации и обстановки Мощность, м Уте- Состав ОВ, %
осадконакопления НОСНОСТЬ, Vt It Lt Sm
(Македонов, 1965) % R, Sp, К Al
I Сильно опресненные лагунные и 400 - 80 20 - - -
лагунно-дельтовые фации - мористолагунные отложения с морской и солоновато-водной фауной и конкрециями смешанного состава 600
II Лагунно-баровый осадочный 400 3 15- 1- 0,1-40 6- -
комплекс с неустойчивой соленостью вод и локальными участками болотного угленакопления 530 1,2 97 70 10
III Отложения лагунно-барового Север 330 12 10- 5- 1-50 0,1- 1-
генезиса с морской фауной и резким 410 0,2 95 85 1 20
сокращением угленосности. Юг 170 ш
120 0,7
IV Отложения прибрежного морского Восток 120 М 5- 3- 2-15 40- 37*
мелководья в виде заливов и 130 0,3 65 95 43*
слабоопресненных лагун Запад 60 -
70
Таблица. Характеристика состава органического вещества в различные фациальныыс обстановках. Средняя мощность: над чертой - P fd, под чертой - P1aj; A - зольность, Vt - витринит, It - инерти-нит, Lt - липтинит, Sp - споринит, R - резинит, K - кутинит, Al - альгинит, Sm - сорбомикстинит; * по данным Песецкой В. А. и Журковой А.В. (Топливно-энергетическая база ..., 1991).
^ научно-технический журнал -1
2(57) 2014 ГеоресурсЫ I
O.S. Protsko, O.V. Valyaeva Types of Organic Matter and Generation Potential of Kungurian Terrigenous Deposits of Preduralsky Fore Deep
шлифов пород, выполнены пиролитические и геохимические исследования по 32-м разрезам скважин, угольных шахт и естественных выходов (рр. Кожым и Воркута). Дополнительно был проанализирован фондовый и опубликованный материал по петрографическому составу углей, строению разрезов скважин, обнажений и угольных месторождений, а также данных палеогеографических исследований, проведенных в пределах Печорского угольного бассейна.
Микрокомпонентый состав органического вещества
В изученных угленосных толщах содержание органического углерода (Сорг) колеблется в пределах от 0,3-3 % в алевролитах и песчаниках и до 5-60 % в глинисто-углистых породах. По компонентному составу ОВ выделяется три
основные группы: витринита, инертинита и липтинита (Рис. 2). Основными компонентами в составе ОВ являются витринит и инертинит (Табл.). В зависимости от фациальных условий накопления осадков содержание витринита колеблется от 10 до 100%. Окисленные компоненты группы инертинита распространенны во всех литологических типах пород и нередко встречены в большом количестве (до 60%). Компоненты липтинитовой группы не имеют широкого распространения и обнаружены в породах озерно-болотного, лагунного и барового генезиса. Их содержание также варьирует в широком диапазоне от 3-5 до 40-60 %.
Данные петрографического состава ОВ были сопоставлены с распространением литолого-фациальных зон на исследуемой территории. Так, для каждой зоны можно выделить некоторые особенности состава ОВ (Рис. 1, табл.).
I - зона сильно опресненных лагунных и лагуннодельтовых фаций. Здесь присутствуют мористо-лагунные отложения с морской и солоновато-водной фауной (Македонов, 1965). Для этих образований характерно многокомпонентное ОВ хорошей сохранности, со значительным содержанием липтинита и малым содержанием инертинита. Зольность углей в рассматриваемой зоне может быть повышенной благодаря привносу терриген-ного материала реками. II -зона развития лагунно-ба-рового комплекса с неустойчивой соленостью вод. Присутствуют локальные участки с болотным угленакоплением, преимущественно на северо-восточной окраине зоны. В этой зоне распространены основные месторождения углей, характеризующихся резким преобладанием витринита (до 80%) над инер-тинитом ~ 20% и невысокой зольностью. III - зона подавляющего развития лагун-но-баровых отложений с морской фауной и резким сокращением угленосности. Так же, как в предыдущей зоне, в ОВ рассматриваемой области преобладают витринитовые компоненты, а зольность не превышают 25%. IV - зона прибрежного морского мелководья в виде заливов и слабо опресненных лагун. В
Рис. 1. Состав органического вещества в породах кунгурского возраста и развитие литологофациальных зон на территории севера Предуральского краевого прогиба (составлено по: Македо-нова А.В., 1965; Тимано-Печорский..., 2000; Угленосная формация..., 1990; Топливно-энеретичес-кая база., 1991; Карельский, Марго, 1973 с дополнениями).
52
, scientific and technical journal
l Geo resources 2(57) 2014
О.С. Процько, О.В. Валяева Типы органического вещества и генерационный потенциал кунгурских терригенных отложений севера...
Рис. 2. Включения органического вещества в породах: а, в -аргиллиты, обн. 49 (лекворкутская свита), р. Воркута; б, г — песчаники, обн. 5 (кожимрудницкая свита), р. Кожым; компоненты групп: It - инертинита, Vt - витринита, Lt - липти-нита.
разрезе наблюдается неясно-ритмичное чередование песчаников, алевролитов и аргиллитов. В компонентном составе ОВ содержание витринита составляет 55%, инертинита 35-60 %, зольность достигает 35%.
Из обстановок, где накапливались повышенные содержания ОВ II типа, можно отметить зоны распространения прибрежных равнин и лагун с затрудненным водообменом, характерные для II, III и IV областей (Рис. 1). В зонах развития лагунных участков накапливается значительное количество липоидного вещества водорослевого состава. Этот тип ОВ, формирующий в том числе и угли, отмечен во многих пластах значительной части разреза угленосной толщи, охватывающей верхи воркутской серии. Зоны распространения сапропелево-гумусовых углей встречены на Воргашор-ском, Усинском и Воркутском месторождениях. Есть сведения о наличии их на Сейдинском и Интинском месторождениях (Шуреков, 1991). В сапропелево-гумусовых углях и озерных аргиллитах на Воргашорском месторождении обнаружены остатки водорослей Pila в концентрациях до 8% (Ка-
Рис. 3. Компонентный состав органического вещества в породах кун-гурского возраста (составлено по: Топливно-энеретическая база..., 1991; Карельский, Марго, 1973, с дополнением).
Рис. 4. Изменение водородного индекса в породах кунгурского возраста (составлено по: Органическая геохимия ..., 2004, с дополнением).
рельский, Марго, 1973). В пределах распространения зон мелководно-морских и лагунных отложений, находящихся к западу от прогиба (Варандей-Адзьвинская структурная зона, Хорейверская впадина), для прослоев углей отмечается высокая зольность (более 35%) и преобладание в их составе инертинитовых компонентов. Здесь же, по данным Песецкой В.А. и Жуковой А.В., в алевролитах Хосолтинс-кой площади встречено до 43% компонентов коллоальги-нита (Топливно-энеретическая база..., 1991).
В целом, в компонентном составе ОВ кунгурских отложений на исследуемой территории отмечается преобладание окисленного ОВ IV типа (Рис. 3). Инертинитовые компоненты значительно распространены в центральной зоне Косью-Роговской впадины, что отрицательно сказалось на генерационных возможностях пермских толщ.
Углеводородный потенциал
Для оценки генерационных возможностей важное значение имеют состав компонентов ОВ и катагенетическая преобразованность толщ. Катагенетическая зональность пермских отложений на территории севера Предуральского краевого прогиба изменяется от протокатагенеза (ПК) до апокатагенеза (АК). На большей части изученной территории катагенез ОВ кунгурских отложений находится на стадии МК1-МК2 (Органическая геохимия ., 2004). Наращивание уровня катагенеза происходит в северовосточном направлении и достигает градации АК2 в пределах Коротаихинской впадины.
Данные пиролитических исследований позволяют оценить углеводородный потенциал и выявить генерационные возможности кунгурского комплекса. При анализе были использованы результаты пиролиза (Rock-Eval), полученные для углей и аргиллитов по 20 разрезам скважин, обнажений и угольных шахт (Рис. 4). По результатам пиролиза было определено значение водородного индекса (HI, мг УВ/г Сорг) от 30 до 400, с преобладанием значений в пределах 150 мг УВ/г С .
^ научно-технический журнал
2(57) 2014 Георесурсы Ш5ШШ
O.S. Protsko, O.V. Valyaeva Types of Organic Matter and Generation Potential of Kungurian Terrigenous Deposits of Preduralsky Fore Deep
Значения HI более 150 мг УВ/г С характерны, в основном, для северных районов исследуемого участка (Воркут-ская ступень), где, как отмечалось ранее, встречаются значительные содержания микрокомпонентов ОВ II типа (Рис. 1). Для остальных разрезов, сосредоточенных в центральной части исследуемой территории, свойственны низкие значения показателя HI <150 кг УВ/г С . Значения HI
ОрГ
были пересчитаны на тонну ОВ и нанесены на схему изменения углеводородного потенциала (Рис. 5). Площадное распределение значений показателя HI свидетельствует о низком углеводородном потенциале (<150 кг УВ/т ОВ) пород на большей части исследуемой территории (Рис. 5). В пределах северо-восточной оконечности Воркутинского района располагается зона повышенных значений HI (200-400 кг УВ/т ОВ). Резкое снижение HI восточнее зоны максимума происходит за счет повышения уровня катагенетической зрелости кунгурских толщ. В пределах Варандей-Адзьвинс-кой структурной зоны для пород кунгурского возраста также отмечается относительное повышение углеводородного потенциала до 300-350 кг УВ/т ОВ, которое, несмотря на низкую преобразованность ОВ, обусловлено, в первую
очередь, повышенным содержанием в породах ОВ II типа.
На большей части исследуемой территории, по данным как петрографического, так и пиролитического анализа, породы кунгурского возраста характеризуются низким углеводородным потенциалом, а породы со средними и высокими генерационными показателями имеют лишь локальное распространение.
Заключение
В результате проведенных исследований удалось установить следующее.
1. В породах кунгурского возраста отмечается преобладание ОВ III, IV типов с низкими значениями водородного индекса <150 кг УВ/т ОВ.
2. В пределах западной зоны развития лагунных и мелководно-морских отложений высокий УВ потенциал, характерный для водорослевых компонентов, значительно снижается за счет повышенных содержаний инертинита, и составляет 150-250 кг УВ/т ОВ.
3. На востоке рассматриваемой области за счет значительного содержания липтинитового ОВ (преимущественно наземного происхождения - остатки спор, пыльцы, кутикулы, смолы и водоросли озерного генезиса) величина HI меняется от 200 до 400 кг УВ/т ОВ.
4. Значения водородного индекса в породах на большей части исследованной территории сильно занижены (35-100 кг УВ/т ОВ) за счет повсеместного распространения инертинита в составе ОВ. Однако, имеются две области повышенных значений, обусловленные особым составом ОВ. В первой (западной) области (Рис. 5) в пределах Варан-дей-Адзьвинской структурной зоны повышение HI (до 200 кг УВ/т ОВ) происходит за счет появления ОВ II типа (коллоальгинит). Во второй зоне (Воркутинский район) за счет повышенного (до 40%) содержания ОВ липоидного состава отмечается увеличение HI(300-350 кг УВ/т ОВ). Несмотря на частичную реализацию, УВ потенциал остался на высоком уровне, вероятно, за счет большого количества водорослевых компонентов.
В целом, породы кунгурского возраста на большей части территории Косью-Роговской впадины являются малоперспективными с точки зрения генерационных возможностей, что, в первую очередь, обусловлено значительным распространением органического вещества III и IV типов. Таким образом, кунгурские терригенные отложения в рассмотренном регионе обладают низкими нефтегазоп-
Рис. 5. Углеводородный потенциал кунгурских отложений севера Предуралъского краевого прогиба и прилегающих территорий (составлена Процъко О.С., Анищенко Л.А. по: Органическая геохимия 2004, с дополнением).
scientific and technical journal
Geo resources 2(57) 2014
О.С. Процько, О.В. Валяева Типы органического вещества и генерационный потенциал кунгурских терригенных отложений севера...
родуцирующими свойствами и не способны генерировать УВ в промышленных масштабах. Их вклад в возможные скопления УВ выше по разрезу не значителен.
Работа выполнена при поддержке программ фундаментальных исследований УрО РАН (проект № 12-5-6-012-АРКТИКА).
Литература
Hunt J.M. Org. Geochem. 1991. V. 17. Pp. 673-680.
Petersen H.I. The petroleum generation potential and effective oil window of humic coals related to coal composition and age. Int. J. Coal Geol. 2006. V. 67. Pp. 221-248.
Голицын М.В., Голицын А.М., Андросон Б.Н. и др. Угли Западной Сибири. Известия вузов. Геол. и разе. 1992. № 2. С. 75-83.
Карельский В.П., Марго Л.Н. Палеогеография распространения и некоторые особенности образования сапропелево-гумусовых углей в Воркутском районе. Проблемы геологии и географии Северо-Востока европейской части СССР. Известия Коми фил. ГО СССР. Вып. 16. 1973. С. 4-9.
Македонов А.В. История угленакопления в Печорском бассейне. Л.: Наука. 1965. 250 с.
Органическая геохимия и нефтегазоносность пермских отложений севера Предуральского прогиба. СПб.: Наука. 2004. 214 с.
Процько О.С., Анищенко Л.А. Распределение инертинита в различных толщах перми Тимано-Печорского бассейна. Типы седиментогенеза и литогенеза и их эволюция в истории Земли: Мат. V Всерос. литолог. сов. Екатеринбург. 2008. С. 189-192.
Тимано-Печорский седиментационный бассейн: Атлас геологических карт. Н.И. Никонов, В.И. Богатский, В.В. Мартынов и др. Ухта: ТПНИЦ. 2000. 64 с.
Топливно-энергетическая база Европейского северо-востока СССР. Сыктывкар. 1991. 304 с.
Угленосная формация Печорского бассейна. Отв. ред. В.А. Дедеев. Л.: Наука. 1990. 176 с.
Шуреков Н.А. О гидрогеологической и геологической сущности угленосных формаций. Казань. Изд-во КГУ. 1991. 139 с.
Сведения об авторах
Ольга Сергеевна Процько - младший научный сотрудник лаборатории Геологии нефтегазоносных бассейнов.
Ольга Викторовна Валяева - канд. геол.-мин. наук, научный сотрудник лаборатории Органической геохимии.
Институт геологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук.
167982, Сыктывкар, ул. Первомайская, д. 54.
Тел: (8218) 20-39-81.
Types of Organic Matter and Generation Potential of Kungurian Terrigenous Deposits of Preduralsky Fore Deep
O.S. Protsko, O.V. Valyaeva
Institute of Geology of the Komi Science Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Syktyvkar, Russia procko@geo.komisc.ru, valyaeva@geo.komisc.ru
Abstract. Different generation capabilities of Permian coalbearing deposits are determined primarily by presence of multicomponent organic matter in rocks and its catagenic maturity. Significant reduction of hydrocarbon potential is due to the wide distribution of IV type organic matter. Conducted researches are aimed at establishing the qualitative composition of organic matter, its potential estimation and areal distribution of selected types. The paper presents results of coal petrographic and pyrolytic studies of Kungurian deposits in the northern part of Preduralsky Fore Deep. The average composition of organic matter is characterized, connection between microcomponent composition of original organic matter and sedimentation conditions are shown, and primary spread areas of II, III, IV type organic matter are identified. Pyrolytic indicators are evaluated and distribution areas of rocks with different hydrocarbon potential are detected. Rocks with low hydrocarbon potential are widely spread, hydrocarbon potential increases only locally, within eastern end of Khoreyversky depression, Chernyshev ridge, southern Varandey-Adzvinsky structural zone and north-eastern Kos’yu-Rogovsky depression. Terrigenous deposits of Kungurian age have low oil and gas producing properties in most parts of area being studied and are not capable to generate hydrocarbons in industrial scale.
Keywords: Permian coal-bearing deposits, organic matter, coal petrography, hydrogen index, generation potential.
References
Hunt J.M. Org. Geochem. 1991. V. 17. Pp. 673-680.
Petersen H.I. The petroleum generation potential and effective oil window of humic coals related to coal composition and age. Int. J. Coal Geol. 2006. V. 67. Pp. 221-248.
Golitsyn M.V., Golitsyn A.M., Androson B.N. et al. Ugli Zapadnoy Sibiri. [Coal of the Western Siberia]. Izvestiya Vuzov. Geologiya i razvedka [Proceedings of the universities. Geology and Development]. 1992. N 2. Pp. 75-83.
Karel’skiy V.P., Margo L.N. Paleogeografiya rasprostraneniya i nekotorye osobennosti obrazovaniya sapropelevo-gumusovykh ugley v Vorkutskom rayone [Palaeogeography of the distribution and some
aspects of the formation of sapropelic-humic coals in the Vorkuta region]. Problemy geologii i geografii Severo-Vostoka evropeyskoy chasti SSSR. Izvestiya Komi fil. GO SSSR [Problems of geology and geography of the North-East of the European part of the USSR. Proceedings of the Komi branch USSR]. Is. 16. 1973. Pp. 4-9.
Makedonov A.V. Istoriya uglenakopleniya v Pechorskom basseyne [History of coal accumulation in the Pechora basin]. Leningrad: «Nauka» Publ. 1965. 250 p.
Organicheskaya geokhimiya i neftegazonosnost’ permskikh otlozheniy severa Predural’skogo progiba [Organic geochemistry and hydrocarbon potential of the Permian deposits of the North Pre-Ural fore deep]. Saint-Petesburg: «Nauka» Publ. 2004. 214 p.
Prots’ko O.S., Anischenko L.A. Raspredelenie inertinita v razlichnykh tolschakh permi Timano-Pechorskogo basseyna [Inertinite distribution in different Permian strata of the Timan-Pechora Basin]. Tipy sedimentogeneza i litogeneza i ikh evolyutsiya v istorii Zemli: Mat. V Vseros. litologicheskogo soveschaniya [Types of sedimentogenesis and lithogenesis and their evolution in the history of the Earth: Proc. V All-Russian lithological meeting]. Ekaterinburg. 2008. Pp. 189-192.
Timano-Pechorskiy sedimentatsionnyy basseyn: Atlas
geologicheskikh kart [Timan-Pechora sedimentary basin: Atlas of Geological Maps]. N.I. Nikonov et al. Ukhta: «TPNITs». 2000. 64 p.
Toplivno-energeticheskaya baza Evropeyskogo severo-vostoka SSSR [Fuel and energy sector of the north-east the European USSR]. Syktyvkar. 1991. 304 p.
Uglenosnaya formatsiya Pechorskogo basseyna [Pechora coal formation]. Ed. V.A. Dedeev. Leningrad: «Nauka» Publ. 1990. 176 p.
Shurekov N. A. O gidrogeologicheskoy i geologicheskoy suschnosti uglenosnykh formatsiy [On the hydrogeological and geological nature of coal-bearing formations]. Kazan: «Kazansk. university» Publ. 1991. 139 p.
Information about authors
Olga S. Protsko - Junior researcher of the Laboratory of oil and gas bearing basins Geology.
Olga V. Valyaeva - Cand. Sci. (Geol. and Min.), researcher of the Laboratory of organic geochemistry.
Institute of Geology of the Komi Science Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences. 167982, Syktyvkar, Russia, Pervomayskaya str. 54. Tel: +7 (8218) 20-39-81.
^ научно-технический журнал
2(57) 2014 Георесурсы
