Геология полезных ископаемых главная зона газообразования Генерация
Основные процессы нефтеобразования • Для формирования нефтегазоносного бассейна (НГБ) и в его недрах залежей и месторождений нефтяных и газовых флюидов – формирования нефтяных и газовых систем необходимо в осадочно-породном бассейне накопление мощного комплекса осадочных пород, состав, строение, прогрессивный литогенез и условия залегания которого обусловливают генерацию (Г), аккумуляцию (А) флюидов и консервацию (К) залежей нефти и/или газа - ГАК. • Генерация углеводородных флюидов начинается в седиментогенезе из ОВ осадков, продолжается в диагенезе, раннем катагенезе и в среднем катагенезе – главной зоне нефтеобразования (ГЗН). • Главная зона конденсатообразования (ГЗК) находится в более жестких термобарических условиях, а еще глубже - главная зона газообразования (ГЗГ).
Генерация нефтяных и газовых флюидов • 1. Основные биопродуценты и состав живого вещества • • • 2. Органическое вещество в литогенезе 3. Органическое вещество, концентрация и распространение 4. Битумоиды и кероген 5. Нефтегазоматеринские породы – НГМП 6. Главная зона нефтеобразования • Итогом геохимических исследований ОВ пород является выделение нефтегазоматеринских пород и оценка их генерационного потенциала
Основные биопродуценты ОВ • Фитопланктон: водоросли - золотистые (около 400 видов), разножгутиковые (200 -300 видов), диатомовые (10000 -15000 видов), эвгленовые (400 видов), пирофитовые (1100 видов), зеленые (5700 видов), бурые (900 -1500 видов), а также сине-зеленые водоросли (цианобактерии) и динофлагеллаты (перидинеи или панцирные жгутиконосцы). Максимальная биопродуктивность диатомей приходилась на позднюю юру-мел (I 3 -K), динофлагеллат – на триас (T), золотистых – на ордовик (O), сине-зеленых и зеленых – на протерозой (Ptz) Зоопланктон - основными представителями зоопланктона являются копеподы (веслоногие рачки) и фораминиферы. Бактерии относятся к предъядерным – прокариотам и объединяют: архебактерии (архи) - метаногены, бактерии солоноватых водоемов (галофилы), ацидофильные бактерии, термофильные; эубактерии – к ним относится тип сине-зеленых, который имеет 1400 современных видов; бактерии - около 3000 видов всех остальных бактерий • Высшая растительность – все зеленые растения, начиная со мхов. • • •
Групповой состав ЖВ • Углеводы, белки, липиды, липоиды и родственные им вещества, лигнин (только в высшей растительности). • Самыми стойкими, которые меньше других подвержены деградации является гидрофобная группа - липиды, липоиды и родственные им вещества. • Остатки этих соединений и являются предшественниками органических молекул нефти. • Для торфа и углей лигнино-целлюлозные остатки высшей растительности.
Простые липиды • Среди них преобладают триглицериды (триацилглицеролы) жирных кислот (ЖК) - сложные эфиры глицерина (триола) и высших непредельных и предельных ЖК с нормальной цепью и четным числом углеродных атомов. где R 1 C=О, R 2 С=О, R 3 C=О – ацилы (остатки) ЖК. Предельные жирные кислоты: пальмитиновая (С 16: 0) - СН 3(СН 2)14 СООН, стеариновая (С 18: 0) - СН 3(СН 2)16 СООН; Непредельные жирные кислоты: олеиновая (С 18: 1) - СН 3(СН 2)7 СН=СН(СН 2)7 СООН, линолевая (С 18: 2) - СН 3(СН 2)4 СН=СНСН 2 СН=СН(СН 2)7 СООН линоленовая(С 18: 3)- СН 3 СН 2 СН=СНСН 2 СН=СН(СН 2)7 СООН.
Сложные липиды Фосфолипиды содержат, кроме ацилов ЖК, фосфатную группу - фосфоглицериды – триглицериды, в которых два гидроксила этерифицированы высшими ЖК, а третий - фосфорной кислотой. Гликолипиды - сложные эфиры глицерина с двумя ЖК и углеводным комплексом (остатки сахаров).
ЛИПОИДЫ Липоиды- построены из изопреновых фрагментов - терпены и терпеноиды • Примеры терпеноидов Фарнезол - изопреноидный спирт входящий в состав бактериохлорофилла: Сквален С 30 Н 50 - биохимический предшественник пентациклических тритерпенов. Фитол –предшественник регулярных изопреноидов Бактериогопанотетрол входит в состав мембран клеток бактерий
Стероиды С 27 -С 29 и каротиноиды С 40 • Примеры стероидов разных биопродуцентов С 27 холестерол (животные и растения) С 28 брассикастерол (диатомеи) С 29 стигмастерол (высшие растения) каротиноиды С 40 Изорениератен входит в состав зеленых серных бактерий, живущих в условиях сероводородного заражения.
ФИТАНИЛЬНЫЕ ЭФИРЫ (липидолипоиды) Предшественники регулярных изопреноидов и моноциклических циклопентановых нафтенов. Входят в состав мембран архебактерий (архи) – метаногенерирующих, термофильных, галофильных.
Липидолипоиды Хлорофилл фитол Хлорофиллы - сложные эфиры сескви- и дитерпеноидных спиртов (фитола) и замещенных порфинов, основной фотосинтезирующий пигмент автотрофных растений и цианобактерий (в фотосинтезе участвуют также и каротиноиды), который поглощает свет и превращает его энергию в химическую. Фитольный «хвост» - предшественник регулярных изопреноидов нефти Порфиновое ядро – предшественник порфиринов нефти
«Нефть – детище литогенеза» • Органическое вещество в литогенезе • Седиментогенез • Диагенез • Катагенез
Седиментогенез • ОВ в седиментогенезе В водном столбе ОВ находится в растворенной (РОУ) и взвешенной (детритной ДОУ) формах. В океане количество РОУ (от 350 до 700 мкг/л) преобладает над ДОУ (от 2 до 10 мкг/л) и является господствующей формой, но в донный осадок переходит в основном ДОУ. По данным Е. А. Романкевича, ежегодная биопродукция в океане, включая и поступающее с суши ОВ, составляет 21, 1 млрд. т Сорг, в форме взвеси — около 1 -3 млрд. т Сорг Содержание Сорг в осадках обычно не превышает 1%.
БИОМАССА и БИОПРОДУКТИВНОСТЬ • Автохтонное ОВ морских бассейнов представлено прежде всего некромой фитопланктона. При малых размерах водорослей и ничтожной биомассе (Б) он отличается чрезвычайно высокой продуктивностью (П). • Биологическую продуктивность в морских обстановках контролируют различные факторы: свет, температура, количество и состав минеральных веществ, наличие течений, газовый режим, высота водной толщи и др.
Типы исходного органического вещества • В седиментогенезе происходит накопление ОВ, его первичное преобразование. • Микробиальное преобразование ОВ начинается уже в эуфотическом слое водных бассейнов, наиболее интенсивно протекает в поверхностном слое осадка. • Углеводы, белки преобразуются до аминокислот и сахаров, которые гидролизуются. • Липиды и липоиды накапливаются. • В морских условиях накапливаются в основном ОВ, состоящее из некромы фито- и зоопланктона, бактерий, которое называют сапропелевым, оно состоит из фрагментов липидов и липоидов. • В континентальных условиях – это некрома высших растений, ОВ состоит из лигнино-целлюлозных остатков, его называют гумусовым. • Чаще всего в бассейнах морской седиментации накапливается смешанное гумусово-сапропелевое ОВ.
Преобразование ОВ в диагенезе • Диагенез — это биогенная стадия преобразования осадка, начальная стадия образования породы. • В преобразовании ОВ в диагенезе выделяется: биохимическое преобразование ОВ (аэробное и анаэробное) и формирование керогена. • Из биомолекул образуются более стойкие соединения (геополимеры), которые можно отнести к двум группам новообразований: • 1) геолипоидины, способные растворяться в органических растворителях (с аналитической точки зрения это битумоиды); • 2) геополимерлипоидины — высокомолекулярные, потерявшие способность растворяться в органических растворителях — нерастворимые компоненты керогена. • Специфической чертой компонентов керогена является унаследованность основных элементов молекулярной структуры биомолекул.
Преобразование ОВ в диагенезе • Диагенез — это биогенная стадия преобразования осадка, начальная стадия образования породы. • В преобразовании ОВ в диагенезе выделяется: биохимическое преобразование ОВ (аэробное и анаэробное) и формирование керогена. • Из биомолекул образуются более стойкие соединения (геополимеры), которые можно отнести к двум группам новообразований: • 1) геолипоидины, способные растворяться в органических растворителях (с аналитической точки зрения это битумоиды); • 2) геополимерлипоидины — высокомолекулярные, потерявшие способность растворяться в органических растворителях — нерастворимые компоненты керогена. • Специфической чертой компонентов керогена является унаследованность основных элементов молекулярной структуры биомолекул.
Компонентный состав ОВ • Аналитические группы: растворимые компоненты гуминовые вещества и битумоиды, и нерастворимые компоненты кероген. • Битумоиды -извлекаются из ОВ и породы хлороформом, бензолом, петролейным эфиром, спирто бензолом. • Обычно используется хлороформ, экстрагирующий близкие к нефти по составу фракции ОВ хлороформенный битумоид (ХБ). • Наиболее легкую и восстановленную углеводородную часть битумоида, близкую по составу к нефти называют микронефтью • Микронефть — «это эволюционирующая предшественница нефти, ее скрытая утробная стадия существования» (Вассоевич, 1973). • Нерастворимая часть ОВ или НОВ составляет основную часть ОВ кероген. • Кероген является основным поставщиком жидких углеводородных флюидов, которые образуются в катагенезе.
Типы керогена • • Кероген подразделяют на 3 типа (I, III) в зависимости от его элементного состава и эволюционного пути, определяемого по диаграмме Ван Кревелена, связывающий атомарные отношения Н/С и О/С. По мере увеличения степени катагенеза количество углерода растет – отношение Н/С уменьшается Эволюция с глубиной элементного состава керогена типа II (Тиссо, Вельте, 1981) Диаграмма Ван-Кревелена (Тиссо, Вельте, 1981)
тип керогена • тип - высокие атомное отношения Н/C ≥ 1, 5 и низкие значения отношения О/C<0, 1. • Кероген обогащен алифатическими структурами, содержание полиароматических ядер и гетероатомных связей невелико, О находится главным образом в сложноэфирных (мостиковых) связях. сложноэфирные связи (мостиковый О) алифатические цепи нафтеновые кольца ароматические кольца Гипотетическая формула керогена типа (Behar, 1987)
тип керогена • тип - относительно высокие, но ниже, чем для типа, значения Н/C = 1, 2 и низкие О/C = 0, 2. • Большее значение приобретают полиароматические ядра, карбоксильные и карбонильные группы, насыщенные соединения - алкановые цепочки средней длины и нафтеновые циклы. S - в значительных концентрациях в гетероциклах, сульфидных связях. карбонильная группа эпоксидная группа полиароматические ядра гидроксильная группа Гипотетическая формула керогена типа (Behar, 1987)
тип керогена • тип - низкие значения отношения Н/C < 1, 0 и высокими О/C=0, 2 -0, 3. • В значительной степени сложен полиароматическими ядрами с кислородными кетонными и карбоксильными группами, но не содержит сложноэфирных групп. Алифатические структуры играют незначительную роль и представлены небольшим количеством длинных цепочек, унаследованных от восков высших растений. полиароматические ядра Гипотетическая формула керогена типа (Behar, 1987)
Распределение ОВ • • Распределено ОВ в осадочных породах неравномерно, выделяются две основные группы: рассеянное OB - РОВ и концентрированное ОВ - КОВ. Граница между ними проведена по содержанию Сорг = 2, 5%; что в четыре раза выше кларка. Классификация осадочных пород по содержанию ОВ (Сорг) Группа Рассеянное ОВ (РОВ) 1 < 0, 61 (кларк 0, 6) 2 0, 62 2, 5 Умеренно рассеянное ОВ 3 2, 51 10 Слабо концентрирова нное ОВ Доманикиты Баженовиты 4 10, 01 40 Умеренно концентрирова нное ОВ Горючие сланцы 5 РОВ Под груп па >40 Концентри рованное ОВ (КОВ) КОВ Содержание Снк, % Характеристика Сильно рассеянное ОВ Преобладающи й тип ОВ Сапропелевый (водоросли) Гумусовый Значительно Каустобиолиты концентриро ва нное ОВ ОВ, состоящее из некромы водорослей и бактерий, называется сапропелевым, ОВ – из некромы высшей растительности - гумусовым
Концентрированное ОВ (КОВ) Схема распределения доманиковых и доманикоидных отложений в фанерозое (по С. Г. Неручеву) В KZ ср. конценрации Сорг менее контрастны Отложения, обогащенные РОВ не совпадают с эпохами угленакопления. Своеобразной группой пород являются глинисто-карбонатные, иногда глинистокарбонатно-кремнистые породы, содержащие Сорг в количестве, на порядок превышающий кларк. Они получили название доманикиты по их широкому распространению в доманиковом горизонте (D 3) на с-в Русской плиты. Доманикиты - карбонатно-глинистые или кремнисто-глинистые породы с содержанием Сорг > 5%. По аналогии с доманикитами выделяют баженовиты (J 3 волжский ярус Западной Сибири), хадумиты (Рg, хадумский горизонт Предкавказья). Породы сходного литологического состава, но содержащие Сорг в количестве от 1 -(0, 5) до 5% называются доманикоиды. Концентрации Сорг в горючих сланцах, 1 -ср. концентрации Сорг. ; 2 -интенсивность угленакопления; колеблется в пределах 15 -25%. 3 - изменение площади морей на континентах; 4 -фазы складчатости; 5 -этапы активизации рифтогенеза; 6 - главные эпохи накопления доманикитов
Нефтегазоматеринские породы (НГМП) • НГМ-свита — парагенетическая ассоциация обогащенных автохтонным ОВ пород, рождающая в процессе литогенетической эволюции УВ, способные к аккумуляции • Неотъемлемым свойством НГМ породы должна быть способность рождать и отдавать УВ, в том числе, и жидкие (микронефть). • Степень обогащения породы ОВ (количество Сорг) должна быть таковой, чтобы НГМ порода имела способность рождать и отдавать УВные флюиды. • Нижним пределом концентрации Сорг в породе, с которого начинается отдача УВ (в случае сапропелевого и (или) существенно сапропелевого ОВ), является значение 0, 1% на породу — при средних градациях катагенеза. • При смешанном типе ОВ гумусово-сапропелевом концентрация Сорг должна быть более 0, 2% • К НГМ относятся формации субдоманикоидные, доманикитные и формации сапропелитов. В каждом из них типы пород по концентрации могут варьировать в широких пределах
Литологический состав НГМ пород и их катагенетическая преобразованность • Наиболее благоприятны для накопления ОВ являются осадки пелитовой структуры – глины (аргиллиты), глинистые алевролиты. • Количество автохтонного ОВ находится в прямой зависимости от количества глинистой примеси. • В ряду карбонатных отложений - глинистые карбонаты мергели - карбонатные аргиллиты по концентрации ОВ не уступают чисто глинистым породам, а нередко превосходят их. • НГМП начинают генерировать жидкие УВ при температурах выше 600 С в зоне мезокатагенеза (МК) – главной зоне нефтеобразования (ГЗН)
Катагенез «Катагенез» - это направленный по действию комплекс постдиагенетических процессов, протекающих в осадочных породах вплоть до их превращения в метаморфические. Пространство, в котором протекают эти процессы, называется зоной катагенеза. Область катагенеза в стратисфере: Диапазон изменения температур: от 20 -25 до 300 -350 С 0 геостатического давления: до 250 -300 м. Па глубин зон катагенеза: от 0, 3 -1 км до 15 -20 км Факторы катагенеза: Температура Давление Геологическое время Литологический состав
Катагенез Вертикальная зональность зоны катагенеза (Префиксы: ПК – прото-, МК – мезо-, АК – апо-)
Генерация углеводородных флюидов из керогена (ПК 3 -МК 4) ПК 3 “oil window” МК 1 -МК 3 МК 4 -МК 5 Increase of resistivity in source rock as a function of increase of oil saturation Bakken Formation, Williston Basin (Meissner, 1978)
Главная фаза нефтеобразования (ГФН) • Формирование ОВ будущей нефти начинается с раннего диагенеза. • Процесс преобразования ОВ в катагенезе стадийный и длительный. • Понятие о главной фазе нефтеобразования (ГФН) сформулировал Н. Б. Вассоевич (1967), обобщив результаты исследования других авторов. • На этапах раннего катагенеза путем слабого термолиза и/или термокатализа происходит новообразование и преобразование УВ и пред-УВ сначала медленно, но в начале стадии мезокатагенеза (МК) убыстряется - образуется большое количество жидких УВ керосиновых и бензиновых фракций. • ГФН связана с этапами катагенеза, которые протекают при мощности покрывающих отложений в 2 -4 км и t = 80 -150°С (средние значения), но разброс значений – 60 -200°С. • ГФН знаменуется тем, что одновременно с новообразованием УВ, значительным увеличением содержания в породах микронефти и ее созреванием также широко развиваются процессы десорбции микронефти, ее отрыва от материнской органики и от минеральных компонентов породы и интенсивной миграции путем усиленного растворения в воде и/или в сжатых газах. (Н. Б. Вассоевич, 1967).
Показатели преобразования пород и ОВ в главной зоне нефтеобразования (ГЗН) • В катагенезе преобразуются породы и ОВ в них. • Изменение свойств и состава пород и ОВ фиксируется исследователями по разным показателям. • Самый надежный – это отражательная способность (ОС) витринита (мацерала угля), с повышением температуры меняются его оптические свойства. • Для керогена II типа границы значений ОС витринита (R°) в пределах ГЗН - 0, 6 -1, 15%
Границы главной зоны нефтеобразования (ГЗН) «нефтяного окна – oil window» Г З Н ГЗК ГЗГ Главная зона нефтеобразования (ГЗН) – Мезокатагенез – градации МК 1 - МК 2 (температуры 60 -1800 С) Отражательная способность витринита – Ro= 0, 5 – 1, 15 % Главная зона конденсатообразования (ГЗК) Градации МК 4 - МК 5 R°= 1, 17 – 1. 55 % Главная зона газообразования (ГЗГ) Градации МК 5 - АК 1 Ro= 1, 55 – 2, 5%
Нефтегазоматеринские породы (до. Pz-Pz 1 -2) • Классификация пород по признаку концентрации Сорг и все их свойства относятся исключительно к объектам, содержащим сапропелевое и/или существенно сапропелевое ОВ, биоценотически представленное планктонными водорослями (альгинит) и/или зоосоставляющей (хитинит), иногда с небольшой примесью бентосных водорослей (псевдовитринит). • Такие объекты представляют НГМ-свиты, сформированные в эпохи, когда не существовало высшей наземной флоры и накапливающееся в бассейнах ОВ было гарантировано от примесей, аллохтонных по отношению к самому бассейну. • • Подобные НГМ-свиты наиболее характерны для бассейнов древних платформ и их краевых частей. • ОВ осадочных пород чаще всего формировался за счет ограниченного числа групп организмов.
Нефтегазоматеринские породы (Pz 3 , Mz и Kz ) • В Pz 3, Mz и Kz чисто сапропелитовые породы редки, особенно в морских фациях. В Kz часто встречаются сапропелитовые доманикоидные и доманикитные формации озерного генезиса аридных зон, например, формация Грин Ривер Северной Америки. • НГМ-свиты Pz 3, Mz и Kz накапливались во времена, когда континенты были уже заселены высшей растительностью, плохо окисляющейся даже в зоне аэрации. Это приводило к сносу растительного детрита в бассейны седиментации, на огромных пространствах бассейнов в осадках захоронялось смешанное ОВ. И только на участках акваторий, значительно удаленных от источников сноса и в озерных котловинах аридных зон могли накапливаться чистые сапропелиты. • В эти эпохи накопление ОВ в существенно большей степени зависело от климатических условий, • Следствием сноса континентального растительного детрита в бассейны явилось общее увеличение концентрации ОВ практически во всех типах пород, особенно в терригенных. • Поскольку за генерацию жидких УВ ответственны прежде всего сапропелиты, то при смешанных разностях ОВ нижний предел концентрации Сорг для НГМП становится расплывчатым и неоднозначным. • Это значение заведомо выше 0, 1— 0, 2%, каковым оно является для пород с чисто сапропелевым ОВ.
Майкопская нефтематеринская толща, Азербайджан (олигоцен-миоцен) Источник: Exploration Technologies, Inc. http: //www. eti-geochemistry. com/fieldtrip/images/figure 01. html
Распределение НМП Органическое вещество (ОВ- Сорг ) является обязательным компонентом практически всех осадочных образований начиная с конца архея до голоцена Общая масса Сорг максимальна для юры, мела, карбона, девона. KZ MZ Распределение рассеянного углерода в породах и осадках континентов и океанов (А. Б. Ронов, 1980) Для отдельных литотипов: глины PR - 0, 35%; PZ - 0, 7%; (MZ+KZ) – 0, 94%; пески-алевролиты — 0, 08 -0, 36%; карбонаты — 0, 06 -0, 47%. ОВ осадков представляет собой некрому фито-, зоопланктона, бактерий и высшей растительности
Стратиграфическая приуроченность НГМТ • НГМ-свиты известны во всех системах палеозоя, мезозоя и кайнозоя, а также в венде и рифее. • • Наиболее распространенными в мире являются НГМ-свиты верхнего девонараннего карбона и верхней юры, а также нижнего-среднего кембрия, среднего ордовика, нижнего силура, нижней перми, нижнего мела-сеномана, олигоценамиоцена
Скачать презентацию Геология полезных ископаемых главная зона газообразования Генерация
генерация.ppt