Глава 4. Катагенез и геохимия рифейского комплекса

Для определения условий главных зон нефтеобразования (ГЗН) и газообразования (ГЗГ) использованы данные Т.В. Карасевой (2001), по которым для ГЗН Tmax равна 425-460ºС, что соотвествует градациям катагенеза МК₁-МК₃ (Rº=0,5-1,15%), для ГЗГ Tmax составяет 460-525ºС (МК₃-МК₅; Rº=0,9-2,0%). По Е.П. Акульшиной, для ГЗН величина отношения А:В равна 1,5-2,1, а для ГЗГ – 2,2-3,0.

В целом для всех рифейских комплексов рассматриваемой территории с увеличением глубины залегания, без учета влияния вторичных факторов, возрастает КП осадочных пород (Иванова, Иванов, Дьяконова, 2006). Преобладающей для верхнего рифея является степень КП, соотвествующая градациям МК₁-МК₂, выявленных в интервале глубин 2354-4497м. Отложения среднего рифея изучены в интервале глубин 2500-5360м. Максимальная степень КП пород (градация МК₃) установлена на глубине 4700м в центральной части Камско-Бельской грабеновой впадины (КБГВ). Tmax здесь равна 470ºС, что отвечает условиям ГЗГ. На глубинах 2500-4340м для пород среднего рифея преобладают градации МК₁-МК₂. КП осадочных пород нижнего рифея изучена в интервале глубин 1924-5507м. Максимальные степени катагенеза (МК₃-МК₄), соответсвующие условиям ГЗГ, установлены в прибортовой зоне КБГВ на глубине 4370м и в центральной части КБГВ – на глубинах 4710 и 5507м. Это – условия ГЗГ. Для ГЗН в нижнем рифее соответствуют градации катагенеза МК₁-МК₂ на глубинах 1924-4300 (Иванов, 2007).

Взаимодействие эндогенного и тектонического (в зонах высоких напряжений) факторов создавали условия для образования на локальных участках пород с высокой степенью КП, соответствующей апокатагенезу (АК). ОВ пород этих участков выведено из ГЗН и ГЗГ. На характер структурной организации аутигенных слюдистых минералов оказывали воздействие гипергенные процессы и флюидные стстемы, снижавшие степень КП их до градации протокатагенеза (ПК). Выявленная в обоих случаях КП пород образована под влиянием вторичных (прогрессивных – в первом и регрессивнх – во втором случаях) факторов. Однако ОВ пород, претерпевших влияние регрессивного типа, при взаимодействии с горячими восстановленными глубинными флюидными системами, по нашим представлениям, способно участвовать в нафтидообразовании.

Таким образом, полученные результаты по изучению КП пород рифея свидетельствуют о сохранении содержащимся в них органическим веществом нафтидогенерирующей способности до глубины изученности их бурением – 5500м, за исключением отдельных участков, подвергшихся влиянию высоких температур и тектонических напряжений. Органическое вещество рифейских отложений находится в рассеянном состоянии и относится к сапропелевому типу (Загулова, 1980). Однако выявлен сложный состав органических компонентов. Кроме собственно рассеянного ОВ сапропелевого типа обнаружено перемещенное ОВ, представленное эпигенетичными битумами – продуктами деструкции древних нефтей (Башкова, Карасева, 2006).

Химико-битуминологическим методом исследовано 390 образцов всех литологических типов пород рифея, отобранных из керна 11 параметрических и 16 глубоких оценочных скважин. Повышенное содержание С_орг (>0,3%) и сингенетичного хлороформенного битумоида (Бхл^сн) (>0,005%) выявлено в составе глинисто- карбонатных пород в нижнем рифее – в саузовской, арланской и ашитской подсвитах калтасинской свиты, в кубиязинской подсвите кабаковской свиты; в среднем – в акбердинской подсвите ольховской свиты; в верхнем – в приютовской и шиханской с леузинской свитах. Названные толщи отнесены к категории нефтематеринских (НМ).

По соотношению Сорг и Бхл в составе вышеназванных НМ толщ автором выделено четыре группы пород:

I – породы с повышенным содержанием сингенетичного битумоида (Бхл^сн≥ 0,005%), выделены по низким значениям битумоидного коэффициента (βхл≤ 4,0); II – породы с пониженным содержанием Бхл^сн (<0,005%), выделены по низким значениям βхл (≤ 4,0); III – породы с преобладанием эпигенетичного битумоида (Бхл^эп). Для них характерно низкое содержание Сорг (<0,10%) и повышенные значения βхл (>4,0); IV – породы со смешанным составом битумоида (Бхл^сн+эп). Для них установлено более высокое содержание Сорг (≥ 0,10%) и увеличенные значения βхл (>4,0).

Из 278 проанализированых образцов пород НМ толщ преобладают породы II группы (54,7%), I – составляют 19%; III – 12,6% и IV – 13,7%. К числу нафтидопроизводящих (НП) пород отнесено 83 образца. Разделение их на нефте- и газопроизводящие (НфП и ГП) проведено с учетом данных о глубинах их залегания (Карасева, 2001; Иванов, 2007). НП породы выявлены в составе I, II и IV групп, в которых присутсвует сингенетичный хлороформенный битумоид (Бхл^сн). Преобладают НфП породы. Наибольшее количество НП пород установлено в кубиязинской подсвите (47,6%). На втором месте – ашитская подсвита (39%). В целом НП породы составили 29,9% от общего числа проанализированных образцов.

Таблица 1 – Нафтидопроизводящие породы рифея

Группа пород	Количество НП пород	% НП пород от числа образцов группы	Глубина залегания НП пород, м	Сорг, масс. доли %	Тип Бхл, %		Тип НП пород
I	30	36,1	1930-4000	0,30-1,52	0,005-0,055		НфП
I	11	13,3	2550-4270	0,14-0,25	0,005-0,010		НфП
IV	32	38,6	2402-4281	0,12-0,50		0,005-0,245	НфП
I, II	9	10,8	4355-5470	0,12-0,56	0,002-0,006		ГП
IV	1	1,2	4716	0,12		0,0071	ГП

Средние содержания Сорг и Бхл^сн в НфП породах выявленных нефтематеринских толщ обнаруживают прямую корреляционную связь, что указывает на участие ОВ осадочных пород рифея в процессах генерации УВ.

Результаты определения элементного состава Бхл рифейских НП пород выявили большое его разнообразие. Содержание углерода изменяется от 59,2 до 83,58%. Для водорода размах значений составляет 8,29-12,72%. Эпигенетичные битумоиды обнаруживают повышенное содержание гетероэлементов (S+N+O) – от 15 до 23%. Для сингенетичных битумоидов эти цифры снижаются до 4,3-9,1%. В целом прослеживается зависимость величины отношения С/Н от глубины залегания пород, с увеличением которой возрастает степень битуминизации ОВ. Так, для глубины 2000-3500м величина отношения С/Н не превышает 7,6; для глубины 3100-4400м – не выше значений 6,8; и для максимальной глубины 4400-5500м – снижается до 6,5-6,3. Пониженные значения отношения С/Н (6,1-6,7) на небольших глубинах (2000-3600м) возникли благодаря влиянию на породы вторичных прогрессивных факторов.

Анализ результатов группового состава Бхл позволил диссертанту выявить присутствие эпигенетичных битумоидов в песчаниках тукаевской свиты и кожайской подсвиты, а также в трещиноватых разностях алевроглинистых и карбонатных пород в приразломных зонах в калтасинской и шиханской свитах, что является показателем развития в них возможных нефтегазонакопительных процессов (Иванов, 2003; Масагутов, Иванов, 2007).

Глава 5. Оценка нафтидогенерационного потенциала пород рифея и степени его реализации методом пиролиза. Геохимическое изучение ОВ осадочных пород рифея методом пиролиза проводилось диссертантом с целью решения следующих основных задач: выделение нафтидопроизводящих (НП) пород и оценка их генерационного потенциала; определение степени реализации этого потенциала в ходе геологической истории изучаемых отложений и прогнозирование возможных продуктивных горизонтов.

Получены следующие характеристики ОВ: Сорг – содержание в породе, масс.доли%; S₁ – количество свободных, миграционно способных УВ (мгУВ/г породы); S₂ – УВ, аналитически сгенерированные из остаточного ОВ керогена (мгУВ/г породы); Tmax, ºС – температура максимального выхода УВ. Сумма S₁+S₂ (ΣУВ) отражает генетический потенциал (ГП), а S₂ – остаточный ГП породы. Индекс продуктивности PI (S₁/S₁+S₂) позволяет оценить степень превращения ОВ в УВ. Вступление ОВ породы в нафтидообразование происходит при PI>0,20. Значения PI более 0,40-0,50 являются признаком присутствия в породе эпигенетичного битумоида. Отношение S₂/Сорг (мгУВ/гСорг) – водородный индекс HI, отражающий нафтидогенерационный потенциал ОВ пород. В зависимости от его величины НП породы подразделяются на типы: превосходный – >600; богатый – 600-400; средний – 400-200; умеренный –200-150; бедный 150-100 (Лопатин, Емец, 1987).

По полученным результатам пиролиза 240 образцов НП породы выявлены в алевроглинистых и карбонатных их разностях. В нижнем рифее – в петнурской и норкинской свитах прикамской подсерии, в минаевской и во всех трех подсвитах калтасинской свиты орьебашской подсерии, в кубиязинской подсвите кабаковской свиты; в среднем рифее – в акбердинской подсвите ольховской свиты и в верхнем рифее – в приютовской, шиханской и леузинской свитах (рис.1). Для выделения петнурской, норкинской и минаевской свит в качестве НМ толщ пока еще недостаточно полученных для этого данных.

Процентное содержание НП пород возрастает от нижнего к верхнерифейскому комплексу от 47,6 до 91%, что следует объяснять значительной утратой породами нижнего рифея своих нафтидогенерационных свойств в ходе длительной истории их развития.

По величине нафтидогенерационного потенциала (HI) в породах рифея, согласно классификации материнских пород Лопатина (1987) и Конторовича (1976), выделяются их разности от превосходного до бедного типов. Из 205 образцов пород НМ толщ НП породы составили 59%.

Таблица 3 – Распределение типов нафтидопроизводящих пород в нефтематеринских толщах рифейских комплексов

НП породы превосходного типа выявлены в нижнем рифее в ашитской подсвите калтасинской свиты (4 образца), в кубиязинской подсвите кабаковской свиты (2 образца) и 1 образец мергеля – в шиханской свите верхнего рифея. Для них определено максимальное среднее содержание Сорг (0,76%) и ΣУВ (S₁+S₂) (6,69мгУВ/г породы). НП породы богатого типа установлены во всех НМ толщах, за исключением акбердинской подсвиты. Среднее содержание Сорг для них равно 0,11%, а ΣУВ составляет 0,82мгУВ/г породы. Преобладают НП породы среднего типа (21,9%), которые выявлены в составе всех НМ толщ (Лозин, Иванова, Масагутов, Иванов, 2007).

Наиболее высокие средние значения нафтидогенерационного потенциала (HI) установлены для НП пород ашитской (445мгУВ/гСорг), кубиязинской (380мгУВ/гСорг) подсвит и шиханской с леузинской (310мгУВ/гСорг) свит.

Среди выявленных методом пиролиза НП пород преобладают нефтепроизводящие (НфП) разности, тогда как нафтидопроявления представлены в основном УВ газами (Егоро

ва, 1986; Масагутов, Иванов, 2003). Автор диссертации считает, что в основной своей массе газопроизводящие (ГП) породы не изучены, так как бурением рифейские оложения вскрыты до глубины 5500м, а по данным сейсморазведки глубины их залегания достигают 16-18км. Общим для всех рифейских комплексов, по данным пиролиза, является отсутствие НфП пород на глубинах более 4500м.

Распределение средних содержаний Сорг и ΣУВ (S₁+S₂) в НфП и ГП породах НМ толщ свидетельствует о приуроченности наиболее высоких концентраций обоих компонентов к ашитской подсвите калтасинской свиты и к кубиязинской подсвите кабаковской свиты нижнего рифея. Установление прямой корреляционной связи между средними содержаниями Сорг и ΣУВ (S₁+S₂) в НфП и ГП породах НМ толщ подтверждает факт участия ОВ в образовании УВ.

Степень реализации ОВ керогена (PI) в осадочных породах рифея изменяется в широких пределах: от 0,16 до 0,92 и неоднозначна для отдельных НМ толщ. Наибольший разброс (0,26-0,92) значений PI установлен для саузовской подсвиты калтасинской свиты, что указывает на присутствие в составе ее НП пород эпигенетичного битумоида и возможное прохождение процессов нефтегазонакопления (Ларичев, Масагутов, Иванов, 2007). Аналогичные факты выявлены в карбонатных породах ашитской подсвиты (PI=0,21-0,67), для шиханской и леузинской свит (0,24-0,81). Степень реализации генетического потенциала керогена (PI) для НфП пород преобладает как удовлетворительная (PI=0,20-0,30) и хорошая (PI=0,30-0,40), а для ГП пород – как очень хорошая (PI=0,40-0,50).

По данным пиролиза процессы возможного нефтегазонакопления могут происходить в трещиноватых доломитах саузовской и ашитской подсвит калтасинской свиты; в трещиноватых известняках и метасоматических доломитах шиханской и леузинской свит; в алевролитах акбердинской подсвиты ольховской свиты и в песчаниках тюрюшевской, ротковской, тукаевской, усинской, леонидовской свит; урмиязинской подсвиты кабаковской свиты и кожайской подсвиты приютовской свиты.

По имеющимся результатам пиролиза среди карбонатно-глинистых пород рифея, входящих в состав НМ толщ, автором выделены следующие четыре генетические группы.

I – НП породы с повышенным нафтидогенерационным потенциалом (HI≥ 200мгУВ/гСорг); II – НП породы с пониженными значениями HI (100-199мгУВ/гСорг); III – породы с низкими значениями HI (2-99мгУВ/гСорг) и с содержанием Сорг, равным 0,16-0,32%. Процесс гидрогенезации ОВ в этих породах, видимо, не закончен; IV – породы с низкими значениями HI (12-86мгУВ/гСорг) и Сорг (<0,10%). Это породы, реализовавшие свой генерационный потенциал в прошлом или содержащие изначально минимальное количество ОВ (Масагутов, Иванов, Станекзай, 2006). Разделение НП пород на две группы обусловлено тем, что для НМ толщ обязательным условием является присутствие пород повышенного качества I группы (Конторович, 1986). Это – породы превосходного, богатого и среднего типов. Этим требованиям в нижнем рифее отвечают саузовская, арланская и ашитская подсвиты калтасинской свиты, кубиязинская подсвита кабаковской свиты; в среднем – акбердинская подсвита ольховской свиты и в верхнем – приютовская и шиханская с леузинской свиты (Иванов, 2008).

В НМ толщах нижнего рифея широким развитием пользуются породы III и IV групп, не являющиеся НП породами, что следует объяснять утратой значительной части их генетического потенциала ΣУВ (S₁+S₂) в прошлом. Однако высокие количества ΣУВ (до 12,6мгУВ/гСорг) сохранились в редких прослоях плотных доломитовых аргиллитов и мергелей с максимальными значениями HI (700-900мгУВ/гСорг) в ашитской и кубиязинской подсвитах. В среднем и верхнем рифее породы III группы имеют ограниченное развитие, а IV группа пород не выявлена.

В саузовской подсвите преобладают НП породы II группы. ОВ пород обладает минимальной нафтидогенерационной способностью (HI=190мгУв/гСорг). НП породы произвели 14,5% эмиграционных УВ (S₁) и содержат 10% неподвижных УВ (S₂) от общего их количества всего рифейского комплекса. Наличие проницаемых зон создает условия для возможного нефтегазонакопления в карбонатных породах подсвиты.

В арланской подсвите количество НП пород I и II групп равное. Среднее значение HI низкое (220мгУВ/гСорг). НП породы произвели 8,6% S₁ и содержат 6,3% S₂. Алевро-глинистая толща подсвиты способна быть флюидоупором.

В кубиязинской подсвите преобладают НП породы I группы. Значение HI высокое (380мгУВ/гСорг). НП породы произвели S₁ (29,3%) и содержат большое количество S₂ (28%). Карбонатно-глинистые породы способны быть флюидоупорами.

В акбердинской подсвите преобладают НП породы II группы. Значение HI низкое (220мгУВ/гСорг). НП породы произвели минимальное количество S₁ (1,8%) и содержат минимум S₂ (1,8%), что обусловлено минимальным объемом НП пород. Алевро-глинистые породы подсвиты способны быть флюидоупором.

В приютовской подсвите преобладают НП породы I группы. Значение HI повышенное (290мгУВ/гСорг). Низкий объем НП пород обусловил низкое коичество S₁ (4,0%) и S₂ (3,5%). Пачки алевро-глинистого состава способны быть флюидоупорами.

В шиханской с леузинской свитах преобладают НП породы I группы. HI высокое (310мгУВ/гСорг). Малый объем НП пород обусловил низкое количество S₁ (3,0%) и S₂ (2,3%). Известняки и доломиты свит могут быть флюидоупорами и коллекторами – в трещиноватых зонах.

Определяющим фактором качества НП пород являются фациальные условия образования НМ толщ. Установлено, что для НМ толщ, содержащих увеличенное количество НП пород повышенного качества, отмечается приуроченность к мелководно-морским фациям. Это – ашитская и кубиязинская подсвиты в нижнем рифее, приютовская и шиханская с леузинской свиты – в верхнем. НМ толщи с преобладанием НП пород пониженного качества обнаруживают тяготение к глубоководным морским фациям. Это саузовская и арланская подсвиты в нижнем рифее и акбердинская подсвита – в среднем (Иванова, Масагутов, Дьяконова, Иванов, 2004). Характерным оказался факт приуроченности НП пород превосходного типа к НМ толщам, заканчивающим собою осадочные циклы и закрывающим бассейны седиментации. Это – ашитская и кубиязинская подсвиты в нижнем рифее и шиханская с леузинской свиты – в верхнем. Данное явление следует объяснять существованием наиболее благоприятных условий для развития биомасс в бассейнах в периоды, предшествовавшие их закрытию, то есть в мелеющих морях.

Различия палеоклиматических обстановок раннего и позднего рифея также отразились на качестве нафтидопроизводящих (НП) свойств пород, что доказывается сравнением характеристик пород одноименных фаций. Например, для мелководных отложений нижнего рифея (ашитская и кубиязинская) среднее содержание Сорг и ΣУВ в НП пордах повышенного качества составляет 0,45% и 3,6мгУВ/г породы. Для НМ толщ верхнего рифея (приютовская и шиханская свиты) эти цифры уменьшаются до 0,13% и 0,90мгУВ/г породы. Подобное соотношение объясняется произошедшим похолоданием палеоклимата во второй половине позднего рифея (Масагутов, 2002; Дьяконова, 2008). Установленная фациальная и палеоклиматическая обусловленность нафтидопроизводящих свойств НП пород НМ толщ рифея является доказательством участия ОВ в нафтидообразовании.

Ориентировочные ресурсы эмиграционных (S₁) и неподвижные (S₂) УВ в НМ толщах рассчитаны по формуле С.Г. Неручева (1982). Q_УВ=∙∙Д∙Кэм, где  – средняя плотность НП пород (т/м³);  – объем НП пород (м³); Д – количество УВ (кг/т породы); Кэм – коэффициент эмиграции (в долях единицы). Кэм для S₁ определен величиной 0,4 (Ларская, 1983), а для S₂ – 0,5. Полученные результаты показали, что ориентировочные ресурсы эмиграционных УВ (S₁) в целом для НМ толщ рифея составили 81,1млрд. тонн, а неподвижных УВ (S₂) – 120млрд. тонн. Основная масса S₁ и S₂ УВ произведена НП породами повышенного качества ашитской (соответсвенно 30,7 и 56,0млрд. тонн) и кубиязинской (22,5 и 30,4млрд. тонн) подсвит нижнего рифея.