Зональность образования углеводородов в осадочных породах

Таковы некоторые закономерности распределения нефти и газа в земной коре. Некоторые исследователи объясняют латеральную зональность в размещении месторождений нефти и газа с принципом их дифференциального улавливания в процессе струйной миграции. Авторы этой теории дифференциального улавливания углеводородов – канадский ученый В. Гассоу и русский учёный С. П. Максимов.

Сущность теории дифференциального улавливания углеводородов заключается в следующем. При региональном подъеме пласта, вдоль которого расположены структуры одна выше другой, но с прогибом между ними, в первой, более глубоко погруженной ловушке будет скапливаться газ, нефти не будет. Если свободный газ весь будет израсходован на заполнение первых двух ловушек, то в следующей, третьей, более высоко залегающей, скопится нефть или нефть с газовой шапкой. В следующей ловушке выше скопится чистая нефть с растворенным газом. Если вся нефть будет израсходована, то последующие ловушки на пути движения будут заполнены водой. Все это происходит там, где пластовое давление ниже давления насыщения газом. Если же давление насыщения газом будет меньше пластового давления (или пластовое давление больше давления насыщения), то разделения нефти и газа в ловушках не произойдет.

В этом случае самые погруженные ловушки будут заполнены нефтью с растворенным газом. При дальнейшей миграции по цепочке постепенно повышающих ловушек нефть попадет в область, где пластовое давление будет меньше давления насыщения газом, тогда газ будет выделяться и будут либо газовые шапки, либо чисто газовые залежи, затем выше – нефть с газовой шапкой и так далее, т.е. самые погруженные ловушки будут с нефтью, средние – газом или нефтью с газовой шапкой, выше по региональному подъему пласта ловушка снова будет заполнена нефтью с повышенной плотностью, а самые верхние ловушки заполнены водой.

Такое распределение залежей нефти и газа встречено во многих районах, у нас и за рубежом, но есть ученые, которые не разделяют универсальность этого принципа. В действительности процесс происходит в сложных условиях, и отклонения от этой схемы есть. Максимов склонен рассматривать отклонения от этой схемы как результат последующих изменений геологических условий. При миграции могут не только образовываться залежи нефти и газа, но и разрушаться за счет диффузии, внерезервуарной фильтрации, внутрирезервуарной фильтрации и др. 

2.ЗОНАЛЬНОСТЬ ОБРАЗОВАНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ.

Несмотря на то, что месторождения нефти и газа распределены неравномерно, имеются определенные зональности (закономерности) в их распределении в земной коре.

  2.1. Вертикальная зональность

Существует вертикальная, глубинная зональность нефти и газа. В 1948 году её установил советский геолог В.А.Соколов. Сверху вниз он выделил четыре зоны по характеру биохимических процессов превращения органического вещества и образования углеводородов.

I зона – 0,0 – 50,0 м. При  глубине погружения до 50 м происходят  только биохимические процессы  преобразования органического вещества, захороняемого в осадочных отложениях, с выделением газообразных продуктов.

II зона – 50–1000 м. При погружении  отложений от 50 м до 1000 м биохимические  процессы постепенно затухают, сменяются  процессами гидрогенизации и  термокатализа.

III зона – 1000–6000 м. При глубине погружения от 1000 м до 6000 м, активно развиваются термокаталические процессы превращения органического вещества, в результате которых образуются углеводороды нефти и газа.

IV зона – более 6000 м. При  глубине погружения более 6000 м, где  температура достигает 200°С и выше, обнаруживаются только газовые месторождения.

По заключению В. А. Соколова залежи нефти распространяются лишь до глубины 5–6 км, глубже обнаруживаются только газовые залежи, причем он считает, что главную роль играет температура.

В 1960 году американский ученый Г. Хадсон обобщил материалы по распределению залежей углеводородов в Пермском бассейне США, отчасти в бассейне Мексиканского залива, и пришел к выводу, что глубже 2–3 км резко сокращается количество залежей нефти, а на глубинах свыше 6000 м встречаются только газовые залежи. Он также установил, что с глубиной размеры залежей нефти и газа уменьшаются, значит, запасы тоже уменьшаются.

Таким образом, идеальная схема вертикальной зональности размещения залежей нефти и газа выглядит следующим образом:

Верхняя зона сухого газа → зона нефти с растворенным газом и газовыми шапками, газоконденсатом → зона газоконденсата → нижняя зона сухого газа.

В реальной природной обстановке эта модель редко встречается, потому что под действием различных процессов такая зональность затушевывается, ее черты стираются. В целом же глубинная, вертикальная зональность месторождений нефти и газа подтверждается.

Вертикальная зональность подземных вод широко распространена в пределах России: это практически вся Русская платформа, Прикаспийская впадина, Уральский краевой прогиб, Западно-Сибирская плита. Вертикальная зональность лавинных потоков осадочного вещества на склонах выражается в скорости движения потока, в количестве и составе осадочных образований, в форме рельефа коренного ложа и эрозионных и аккумулятивных отложениях.

Согласно вертикальной зональности генерации углеводородов в разрезе осадочных бассейнов распределены и залежи углеводородных флюидов. Без учета вертикальной миграции флюидов и их перетоков скопления углеводородов сверху вниз располагаются следующим образом: в верхней части разреза (ПК4 – ПК2) – небольшие залежи сухого газа; ниже (ПК3 – МК) залежи нафтено-метановой нефти и полусухого газа, в газовых шапках полужирный и жирный газ; с глубиной (МК – МК2) в нефтях возрастает содержание метановых углеводородов, твердых парафинов и легких ароматических углеводородов, в газовых шапках – жирный газ; ниже (МК3) находятся залежи метаморфизованных, высокопарафинистых нефтей с повышенным содержанием нормальных алканов; еще ниже (MIQ) располагаются залежи газоконденсатов; в основании зоны МК – залежи сухого газа, еще ниже – только метан. В распределении залежей разного фазового состава углеводородов по вертикали отмечается сдвиг вверх примерно на половину градации относительно максимума генерации соответствующих флюидов.

Отмечается довольно четкая вертикальная зональность процессов эмиграции битумоидов и углеводородов из органического вещества и нефтепроизводящих пород, которая объективно отражает процесс преобразования органического вещества в диагенезе и катагенезе. Диагенез — совокупность процессов преобразования рыхлых осадков в осадочные горные породы. Катагенез совокупность природных процессов изменения осадочных горных пород после их возникновения из осадков в результате диагенеза и до превращения в метаморфические породы. Наблюдаемую вертикальную зональность размещения газов разного состава и особенно наличие в верхней части разреза зоны сухих газов невозможно объяснить, не учитывая механизм их биохимического образования. Под вертикальной зональностью следует понимать смену почв с высотой местности, что связано с изменением климата и растительности.

2.2. Региональная зональность образования нефти и газа.

В системе вертикальной зональности коричневые почвы занимают переходный ряд между серо-коричневыми почвами сухих субтропических степей и бурыми горнолесными почвами. Последующее изучение вертикальной зональности почв показало, что в горных областях имеется большее разнообразие биоклиматических условий и генетических типов почв, чем на равнинах. Наряду с вертикальной зональностью отмечается региональная (горизонтальная) зональность залежей нефти и газа. Например, почти все нефтяные месторождения Предкавказья сосредоточены в восточной части этого региона, а преимущественно газовые и газоконденсатные месторождения – соответственно в Центральном и Западном Предкавказье. Региональная зональность также наблюдается в размещении скоплений нефти и газа в Западной Сибири. Здесь месторождения нефти содержатся в основном в центральной части низменности, а газа – в пределах обрамления региона, главным образом северного.

Основными факторами образования региональной зональности являются состав исходного органического вещества, геохимическая и термодинамическая обстановка, условия миграции и аккумуляции углеводородов.

2.3 Вертикальная зональность углеводородов  в различных регионах мира.

В причерноморском поясе вертикальная зональность начинается с красноземов и желтоземно-подзолистых почв, развивающихся под субтропической растительностью. С высотой местности красноземы сменяются бурыми лесными почвами. Интенсивность генерации битумоидов и углеводородных газов седикахитаии в зоне катагенеза. Таким образом, вертикальная зональность генерации углеводородов является одним из наиболее изученных и общепризнанных положений в проблеме происхождения нефти и газа.

Растительный покров характеризуется отчетливо выраженной вертикальной зональностью. Господствующими – формациями являются лиственничные леса из сибирской лиственницы (La – rix sibirica) и пихтовые леса из Abies sibirica, которые высоко в горах сменяются альпийскими лугами. Пихтовые леса распространены в сред-негорном поясе Алтая, Кузнецкого Алатау, Салаира, Хамар-Дабана, а в менее типичном виде в Западном Саяне.

В горных районах наблюдается вертикальная зональность, так как там климат и растительность зависят от высоты местности над уровнем моря. Поднимаясь в гору, мы как бы продвигаемся с юга на север и наблюдаем смену почв каштановых или черноземных почвами дерново-подзолистыми, а затем и тундровыми.

Итак, в целом гидродинамическая вертикальная зональность определяется, во-первых, общим затуханием скоростей переноса с глубиной и, во-вторых, характером распределения проницаемости по всей области движения воды. Наличие галогенного водоупора, достаточно выдержанного по площади региона, резко разобщает в отличие от глинистых пород выше – и нижележащие толщи. Это приводит к тому, что в нижней, перекрываемой ими части разреза компрессионные явления (даже очень слабые) оказываются определяющими и пренебречь ими уже нельзя. Растительность и почвы имеют ясно выраженную широтную и вертикальную зональность. На севере развиты преимущественно тундровые ландшафты, на юге – северо-таежные и таежные горные. Регион характеризуется местным развитием многолетней мерзлоты и повышенной сейсмичностью до 6 – 8 баллов.

На месторождении Белый Тигр отмечается вертикальная зональность в распределении нефтей: легкие нефти в фундаменте в нижнем олигоцене, средние – в верхнем олигоцене и нижнем миоцене. По-нашему мнению, такая зональность объясняется тем, что в фундаменте процесс образования нефтей происходит и в настоящее время. Приход новых, свежих порций разбавляет нефти, делает их относительно легкими, тогда как расположенные выше по разрезу нефти верхнего олигоцена-нижнего миоцена не связаны с этим источником и утратили часть своих легких фракций.

Так, в горах возникает вертикальная зональность климата, растительности и почв вследствие понижения температуры воздуха с высотой и изменения в увлажнении. Воздушные массы, приближаясь к горам, медленно поднимаются и постепенно охлаждаются, что способствует выпадению осадков. Перевалив через горы, те же воздушные массы, опускаясь, нагреваются и становятся сухими.

Почвенный и растительный покров подчинен вертикальной зональности. На высоте 3000 – 5000 м почвенный покров развит лишь на поверхности морен и представлен светлыми малогумусными разностями. Ниже располагается пояс субальпийских ландшафтов с темноцветными горно-луговыми почвами. На высоте 1800–2400 м преобладают горно-лесные почвы с хвойно-древесной растительностью и лугами. На выровненных участках развиты светло-каштановые и сероземные почвы со степной и полынно-злаковой растительностью.

Рассматривая возможность использования установленных закономерностей вертикальной зональности распределения нефти и газа для поисков залежей на больших глубинах, следует отметить, что существуют предельные глубины, ниже которых нахождение углеводородных скоплений невозможно. Специалисты буровики в нашей стране и за рубежом утверждают, что в ближайшие 10 – 15 лет бурение скважин глубиной 11 – 12 тыс. м станет возможным. Нужны ли такие и более глубокие скважины для поисков углеводородных скоплений.

Горный характер рельефа Киргизии обусловливает вертикальную зональность почвенно-растительного покрова. Нижняя зона Киргизии (Чуйская, Таласская долины, подгорные равнины Ферганского хребта и ряд других котловин) представляет собой почвенно-растительный пояс полупустынь и степей. Выше (от 1500 до 4600 м) лежит пояс горнолесолуговой растительности и затем пояс нивально-гляциальный с господством скал, ледников и вечных снегов.

В распределении почв и растительности отчетливо выражена вертикальная зональность. До высоты 1500–1800 м на северо-западе и 2000–2100 м на юго-востоке развит горно-таежный пояс, для которого характерны горные слабоподзолистые глубоко выщелоченные почвы. Местами, на северных склонах хребтов и дне речных долин леса становятся заболоченными и редкостойными, почвы – торфяно-болотными или торфянисто-перегнойными. В высокогорном поясе преобладают каменистые тундры; субальпийские луга на светлых и дерновых почвах встречаются в основном в северо-западной части региона.

Основной закономерностью распространения почв и растительности является вертикальная зональность, характер которой зависит от экспозиции склонов. На северных склонах до высоты 700 – 850 м преобладают сосново-лиственничные леса на оподзоленных серых лесных или светлых слабоподзолистых почвах. Верхняя часть горно-таежного пояса (1400–1900 м) характеризуется преобладанием редкостойной субальпийской кедровой тайги. В высокогорном поясе наряду с различными горными тундрами нередко встречаются субальпийские и альпийские луга. Склоны южной экспозиции в нижней части нередко заняты степями на каштановых и черноземных почвах; они же покрывают и дно межгорных котловин. В горно-таежном поясе повсюду преобладает горная лиственничная тайга.