Статья: Месторождения лимногенных углеводородов и геоэкологические аспекты, связанные с их генезисом

МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЛИМНОГЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ И ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ, СВЯЗАННЫЕ С ИХ ГЕНЕЗИСОМ

А.А. Рассказов, Е.С. Горбатов, Е.Ю. Васильева

Экологический факультет Российский университет дружбы народов Подольское ш., 8/5, Москва, Россия, 115093

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАНБ.

Грузинская, 10, стр. 1, Москва, Россия, 123242

В статье показано, что залежи углеводородов, связанные с ископаемыми озерными комплексами, представляют собой отдельную генетическую группу осадочных месторождений, отличающуюся по комплексу геологических, геохимических и геоэкологических признаков. Рассмотрены механизмы накопления нефтематеринских пород в озерных бассейнах разного гидрологического типа -- сточных, сбалансированных и бессточных. Установлено, что нефти озерного генезиса по сравнению жидкими углеводородами морского генезиса имеют более качественный состав и физико-химические свойства, однако их добыча требует дополнительных экономических и экологических издержек из-за сложных геологических условий залегания.

Ключевые слова: месторождения нефти и газа, озерный литогенез, осадочные бассейны, рифтовые озера, геоэкологические проблемы

DEPOSITS OF LACUSTRINE HYDROCARBONS AND GEOECOLOGICAL ASPECTS RELATED TO THEIR GENESIS

A.A. Rasskazov, E.S. Gorbatov, E.Yu. Vasilieva1

Ecological Faculty, Peoples' Friendship University of Russia

Podolskoe shosse, 8/5, Moscow, Russia, 115093

Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Ac.Sc. (IPE RAS)

Bolshaya Gruzinskaya str., 10/1, Moscow, Russia, 123242

It is shown that hydrocarbon deposits associated with fossil lacustrine complexes represent a separate genetic group of deposits that differ in terms of a complex of geological, geochemical and geoecological features. The mechanisms of accumulation of sours rocks in lacustrine basins of different hydrological typeare presented. It was established that the lacustrine genesis oil has a better chemical composition compared to liquid hydrocarbons of marine genesis. However, their extraction requires additional economic and environmental costs due to complex geological conditions

Key words: Oil and gas fields, rift lakes, Lacustrine lithogenesis, Sedimentary basins, geoecological problems

Долгое время осадочному веществу озерного (лимногенного) происхождения и его роли в континентальном литогенезе и формировании месторождений полезных ископаемых не уделялось должного внимания, но сегодня именно с ним связывают образование широкого спектра полезных ископаемых, некоторые из которых практически не формируется в иных фациальных обстановках. Связанные с лимногенными толщами залежи полезных ископаемых имеют важное ресурсное значение; они содержат, кроме месторождений строительного сырья (пески, глины, известняки), эвапориты, угли, горючие сланцы, цеолиты, бораты, служат источниками и резервуарами нефти и газа. Наряду с неметаллическими полезными ископаемыми в озерных структурах накапливаются железомарганцевые, медные руды и бокситы [2; 4; 5].

Активному изучению роли озерных обстановок в формировании осадочных формаций и связанных с ними месторождений полезных ископаемых во многом способствовало становление в последние десятилетия лимногеологии в качестве самостоятельного геологического направления [4; 12].

Меньшие объемы, изолированность континентальных водоемов друг от друга и их эфемерность по сравнению с морскими бассейнами, делают озера системами, чувствительными к изменению внешних условий, отличающимися большими вариациями динамических режимов, химизма вод и экологических условий, отражающимися в широком разнообразии литологического состава осадков [9]. Кроме того, в озерных бассейнах сильнее, чем в морских бассейнах, выражена связь между водным уровнем и пространственным распределением литологичских типов осадков, определяющая активность эрозионных процессов на водосборе, крупность сносимых с него обломочных осадков и физико-химические условия среды осадконакопления. Эти особенности способствуют появлению в осадочных формациях разнообразных фациальных ассоциации и стилей их стратиграфического напластования. Они же определяют, с одной стороны, высокую степень гетерогенности лимногенных полезных ископаемых по составу и условиям залегания, с другой стороны, -- указывают на высокую информативность озерных комплексов в качестве индикаторов обстановок формирования многих видов полезных ископаемых [5; 6]. Однако упомянутое разнообразие режимов накопления озерных отложений требуют особой осторожности при их расшифровке и прогнозировании, и подчеркивает важность мультидисциплинарного подхода при изучении осадочных образований озерного генезиса.

Вполне закономерно, что перечисленные особенности накопления озерных комплексов проявляются и при формировании месторождений углеводородов (УВ). Нужно также отметить, что скорость аккумуляции органического углерода в озерных системах в виде сапропелевых илов превосходит аналогичный показатель для морских осадочных бассейнов.

Нефтегазовые месторождения, связанные с озерным веществом, обеспечивают по некоторым оценкам до 20% мировой добычи углеводородов, что показывает их высокую экономическую значимость [8]. Разведка новых месторождений УВ, особенно на глубоких стратиграфических уровнях платформ и континентальных окраин, показывает, что доля лимногенных структур в потенциальных мировых запасах УВ со временем будет только возрастать. Месторождения углеводородов озерного генезиса широко представлены во внутриконтинентальных осадочных бассейнах Африки, Китая, Монголии, Юго-Восточной Азии, в пределах пассивных окраин континентов, в том числе на шельфе Южной Америки, Африки, Северного моря.

Задача работы -- выявить связь между условиями формирования, геологическими особенностями месторождений УВ озерного генезиса, особенностями их геохимии и специфическими геоэкологическими проблемами, связанные с разработкой их промышленных скоплений.

Условия формирования нефтематеринских пород озерного генезиса и физико-химические особенности их углеводородов

Отличительной особенностью процесса формирования месторождений нефти и газа является образование углеводородных флюидов в продуктивных (нефтематеринских) осадочных толщах с последующей миграцией в проницаемые породы -- коллекторы. Поэтому физико-химические свойства УВ, влияющие на геоэкологические особенности их добычи и переработки, связаны не столько с составом вмещающих пластов, сколько с особенностями нефтематеринских отложений.

Таблица 1. Сравнительная характеристика генетических типов материнских пород и продуцируемых ими углеводородов поданным работы [7], с дополнениями

Примечание. I тип -- кероген сапропелевого происхождения богатый липидами клеточных мембран низших водорослей, с высоким содержанием водорода (Н/С индекс) и низким кислорода, преобладают алифатические структуры; кероген этого типа характерен для континентальных горючих сланцев; II тип -- сапропелевый кероген, содержание водорода достаточно высокое, но меньше, чем в I типе, содержание кислорода более высокое; кероген формируется вследствие отложения и накопления морских организмов (фито- и зоопланктон, бактерии) в восстановительных условиях; это кероген основной массы нефтематеринских морскихтолщ; III тип -- кероген гумусового происхождения, связанный с наземными или литоральными высшими растениями. Бедный водородом, содержит преимущественно конденсированные полиароматические и кислородсодержащие функциональные группы, он образовался в основном из остатков наземной растительности, это кероген главным образом газоматеринских пород. Типы месторождений: Н -- нефтяные; ГК -- газоконденсатные; ГКН -- газоконденсатнонефтяные; НГК-- нефтегазоконденсатные; УВГ -- газовые скопления.

Table 1. Comparative characteristics of genetic types of sours rocks and hydrocarbons produced by them, according to [7] with additions

В основном нефтегенное органическое вещество в виде донных илов накапливается на озерной профундали, где снижена скорость обломочного осадконакопления, отсутствуют волновые движения и замедлены процессы окисления органических илов. Оптимальным для формирования богатых нефтематеринских пород (с высоким валовым содержанием органического углерода) служит сочетание следующих условий: высокая биологическая продуктивность, низкая скорость деструкции ранее отложенного органического вещества и небольшое поступление терригенного материала, разбавляющего органогенные осадки [8; 13]. Для достижения оптимального сочетания данных условий, озеро должно обладать обширной, хорошо аэрированной литоралью и большой фотической зоной для обеспечения высокой первичной продукции фитопланктона; иметь интенсивное поступление биогенных элементов, необходимых для роста фитопланктона; быть стратифицировано для создания аноксических условий в зоне гиполимниона, необходимых для сохранения органического вещества; иметь низкий уровень терригенной и хемогенной седиментации.

Условия озерного осадконакопления влияют в первую очередь на состав нефтематеринских пород и геохимические особенности продуктов их катагенеза -- углеводородных флюидов. Основными параметрами материнских пород, влияющими на качество нефти, являются: валовое содержание органики, водородный индекс, содержание серы.

Для выделения специфических особенностей нефтегазоматеринских пород озерного происхождения, прежде всего, необходимо провести их сравнение с другими наиболее распространенными генетическими типами материнских пород -- морскими и аллювиально-болотными (таблица).

Проведенное в таблице сопоставление показывает, что отличительной особенностью органического вещества озерного генезиса служит относительно высокое содержание планктоногенного (сапропелевого) вещества I типа, способного продуцировать качественные углеводороды с высоким содержанием водорода. При этом озерное сапропелевое вещество отличается от типично морского (II тип) большей долей фитопланктонной по сравнению с бентосной составляющей, что обусловливает преобладание в составе углеводородов н-алканов, низкое содержание ароматических соединений, больший индекс Н/С.

По физико-химическим параметрам для нефтей озерного генезиса, как и для «морских» характерна относительно низкая парафинистость, но от последних их отличает преимущественно низкое содержание серы, за исключением относительно редких органических фаций, связанных с неморскими сульфатными эвапоритами.

На основании многочисленных эмпирических наблюдений разновозрастных озерных формаций от кембрия до голоцена, было выделено три наиболее распространенных фациальных ассоциации с характерным комплексом нефте- и газопродуцирующей органики (геохимическими фациями), соответствующих трем гидрологическим типам озерных бассейнов [8; 10; 11]. Рассматриваемая модель американских геологов-нефтяников подчеркивает, что в контроле состава углеводородных продуктов решающее значение имеет не столько региональные палеоклиматические условия, сколько гидрологического статус бассейна осадконакопления, зависящий от местных топографических и гидрогеологических условий, во многом определяемых тектоническим фактором. Согласно данной модели, можно выделить три геохимических фации органической компоненты материнских пород: сапропелево-гумусовую, сапропелевую, сапропелевую гиперсоленую.

Каждая ассоциация фаций имеют характерное соотношение водорослевой и терригенной органики I и III типов, определенный нефтегенерирующий потенциал, термические режим и сроки созревания нефти, соотношение жидкой и газообразной компонент УВ.

Основные характеристики гидрологических типов озерных бассейнов. Согласно упомянутой модели, разработанной для типизации нефтематеринских пород озерного генезиса, озерные бассейны бывают следующих типов.

Переполненные (гидрологически открытые) бассейны. Это пресноводные, хорошо аэрированные озера гумидных областей, в которых скорость поступления терригенных осадков с водосбора превышает аккомодационное пространство котловины, доступное для размещения осадков. Типовой разрез осадочных комплексов такого типа связан с циклами проградации речных дельт на озера и представлен озерно-аллювиальными фациями, включающими известковые аргиллиты, алевролиты, переходящие вверх по разрезу в дельтовые и аллювиальные песчаники с включениями углей. Интенсивный речной снос терригенного материала и наземного гумусового ОВ в озера обусловливает низкое валовое содержание органического углерода в битуминозных аргиллитах (С_орг -- до в пределах 0,5--7%) и заметную примесь газогенного керагена III, аналогичного по составу углистым сланцам.