Научной основой ГПНГ углеводородных скоплений являются теории 1

Научной основой ГПНГ углеводородных скоплений являются теории: 1. Осадочно-миграционного происхождения нефти из биоорганического вещества, в наиболее законченном виде отраженная в работах Н. Б. Вассоевича. Чтобы с генетических позиций оценить природу углеводородных аномалий в верхних горизонтах осадочного чехла, для теории и практики ГПНГ необходимы сведения о типе и степени изменения ОВ, его нефтегазоматеринском потенциале в зоне поискового геохимического зондирования. Этой же цели служат данные об изотопном составе метана: обнаружение изотопно-тяжелого СН 4 в газовых аномалиях ГПНГ может свидетельствовать о миграционном происхождении газов. 2. Диффузионнофильтрационного массопереноса углеводородных газов и низкомолекулярных жидких УВ из залежей нефти и газа в перекрывающие их осадочные породы [Соколов В. А. , 1971]

1. Осадочно-миграционная теория происхождения нефти из ОВ В процессе преобразования органического вещества при погружении его на глубину выделяют три основные фазы (стадии и зоны): Первая фаза – подготовительная стадия нефтеобразования – газогенерирующая зона, соответствующая диагенезу и раннему катагенезу, Вторая фаза – главная стадия нефтеобразования - нефтегазогенерирующая зона, отвечающая начальному этапу среднего катагенеза; Третья фаза – затухающая стадия нефтеобразования - нижняя газогенерирующая зона, соответствующая позднему катагенезу (МК 4 -АК 2). Схема генерации нефти и газа из ОВ на стадиях диагенеза и катагенеза (по Н. Б. Вассоевичу, С. Г. Неручеву [1]). Стадии и подстадии литогенеза Диагенез Температура Жидкие углеводороды Газообразные углеводороды ºС Диагенетическая, газогенерирующая Катагенетическая верхняя, газогенерируюшяя Средняя глубина (км) зон генерации в осадочных бассейнах, осушенных или покрытых мелководными морями средний поздний Метагенез (метаморфизм) Катагенетическая, нефтегазогенерирующая Катагенетическая нижняя, газогенерирующая «Газового дыхания» 10… 20 0, 1… 0, 5 20… 65 0, 5… 1, 5 65… 150 1, 5… 5 150… 250 ранний Катагенез Ка та ге не з Зона генерации УВ и масштабы их генерации Стадии формирования нефти 5… 7 250… 350 7… 9 > 350 >9 Подготовительная Главная Затухающая

Микробное разложение, гидролиз Биомономеры Сахара, аминокислоты, жирные кислоты, фенолы Конденсация, дезаминирование, восстановление, циклизация, полимеризация Геополимеры Диагенез ранний Углеводы, белки, липиды, лигнин Диагенез поздний Биополимеры Азотсодержащие и гуминовые комплексы Геомономеры Углеводороды и низкомолекулярные органические соединения Термический крекинг Конечные продукты Газ и пиробитумы Изменение органического вещества, по Дж. Ханту 200 ºС Метаморфизм Термокаталитический крекинг, декарбоксилирование, диспропорционирование водорода Катагенез 50 ºС В позднем диагенезе в результате процессов Øконденсации, Øдезаминирования, Øвосстановления, Øциклизации и Øполимеризации образуются геополимеры (азотсодержащие и гуминовые комплексы). Диагенез осажденного органического вещества завершается на глубине, для которой характерны снижение количества извлекаемых гумусовых кислот до минимального уровня и удаление большей части карбоксильных групп. Это явление фиксируется на границе перехода бурых углей в каменные при отражательной способности витренита, равной 0, 5 %.

Градация Стадия литогенеза Количество нефти и УВГ, образуемых ОВ (% содержания ОВ на ПК 2) 0, 2 0, 4 0, 5 0, 8 % Торф ДГ ПК 1 Мягкий – Б 1 ПК 2 Матовый – Б 2 ПК 3 Блестящий – Б 3 МК 1 Длиннопламенный – Б 1 -3 2 -6 М е з о к а т а г е н е з - МК Диагенез Протокатагенез - ПК Глубина, м Шкала углефикации (Донбасс) МК 2 МК 3 МК 4 МК 5 3 -9 4 -12 А п о к а т а г е н е з - АК АК 1 АК 2 Жирный - Ж НЕФТЬ Главная зона нефтеобразования ГЗН ТУВ Коксовый - К Отощенно-спекающийся - ОС Тощий - Т Полуантрацит - ПА АК 3 Антрацит - А АК 4 5 -15 Газовый - Г СН 4 Главная зона газообразования ГЗГ 1 фаза - газогенерирующая (отвечает диагенезу и протокатагенезу – градации Дг-ПК, степени преобразования ОВ от торфов до мягких, матовых и блестящих углей). Трансформация ОВ в диагенезе происходит с большой потерей первоначальной массы и сопровождается генерацией газов биохимического происхождения: CH 4, CO 2, N 2, микрокомпонентами являются H 2, CO 2, NH 3, H 2 O, N 2 O, органические вещества. В морских субаквальных обстановках – еще и Н 3 и H 2 S. Из УВ образуется преимущественно метан (гомологи метана либо отсутствуют, либо фиксируются в незначительных концентрациях) в количестве до 5 % от общей массы ОВ. Он имеет характерный легкий изотопный состав: δ 13 С от -50 до -90 ‰. Для нефтеобразования эта фаза является подготовительной, фазой еще не созревшей микронефти

Градация Стадия литогенеза Количество нефти и УВГ, образуемых ОВ (% содержания ОВ на ПК 2) 0, 2 0, 4 0, 5 0, 8 % Торф ДГ ПК 1 Мягкий – Б 1 ПК 2 Матовый – Б 2 ПК 3 Блестящий – Б 3 МК 1 Длиннопламенный – Б 1 -3 2 -6 М е з о к а т а г е н е з - МК Диагенез Протокатагенез - ПК Глубина, м Шкала углефикации (Донбасс) МК 2 МК 3 МК 4 МК 5 3 -9 4 -12 А п о к а т а г е н е з - АК АК 1 АК 2 Жирный - Ж НЕФТЬ ГЗН ТУВ Коксовый - К Отощенно-спекающийся - ОС Тощий - Т Полуантрацит - ПА АК 3 Антрацит - А АК 4 5 -15 Газовый - Г Главная зона нефтеобразования СН 4 Главная зона газообразования ГЗГ 2 фаза – главная фаза нефтегазогенерирующая – главная фаза нефтеобразования (зона среднего катагенеза, отвечает этапам длиннопламенных, газовых и жирных углей градации МК 1 -МК 3). Происходит существенное преобразование молекулярной структуры ОВ с образованием значительного количества продуктов: а) газообразных (CO 2, CH 4, NH 3, N 2, H 2 S); б) жидких (H 2 O, нефтяные углеводороды) Содержание микронефти в породах возрастает в несколько раз за счет обогащения ранее почти отсутствующими легкими углеводородами и резко усиливается ее эмиграция. Рождается, отрываясь от материнской породы, собственно нефть. Этому сопутствует широкое развитие процесса газообразования с характерным высоким содержанием тяжелых газообразных УВ с изотопно относительно тяжелым метаном – δ 13 С от -37 до -45 ‰.

Градация Стадия литогенеза Количество нефти и УВГ, образуемых ОВ (% содержания ОВ на ПК 2) 0, 2 0, 4 0, 5 0, 8 % Торф ДГ ПК 1 Мягкий – Б 1 ПК 2 Матовый – Б 2 ПК 3 МК 1 Длиннопламенный – Б 2 фаза – главная фаза нефтегазогенерирующая – главная фаза нефтеобразования (зона среднего катагенеза, отвечает этапам длиннопламенных, газовых и жирных углей градации МК 1 -МК 3). Блестящий – Б 3 1 -3 2 -6 М е з о к а т а г е н е з - МК Диагенез Протокатагенез - ПК Глубина, м Шкала углефикации (Донбасс) МК 2 МК 3 МК 4 МК 5 3 -9 4 -12 А п о к а т а г е н е з - АК АК 1 АК 2 Жирный - Ж НЕФТЬ Главная зона нефтеобразования ГЗН ТУВ Коксовый - К Отощенно-спекающийся - ОС Тощий - Т Полуантрацит - ПА СН 4 Главная зона газообразования ГЗГ АК 3 Антрацит - А АК 4 5 -15 Газовый - Г Образование газообразных и жидких продуктов из твердого керогена происходит со значительным увеличением объема вещества (в 2 -3 раза в пластовых условиях и в сотни раз – в нормальных). Это приводит в зонах интенсивного нефтегазообразования к временному: Ш разуплотнению пород, Ш повышению пористости, Ш возникновению АВД – до 100 -200 атм выше нормального гидростатического. В дальнейшем при превышении давления выше критического происходят: Ш флюидоразрыв пород, Ш раскрытие системы трещин, Ш выброс сжатых флюидов Ш уплотнение пород до нормального уровня [2].

Градация Стадия литогенеза Количество нефти и УВГ, образуемых ОВ (% содержания ОВ на ПК 2) 0, 2 0, 4 0, 5 0, 8 % Торф ДГ ПК 1 Мягкий – Б 1 ПК 2 Матовый – Б 2 ПК 3 Блестящий – Б 3 МК 1 Длиннопламенный – Б 1 -3 2 -6 М е з о к а т а г е н е з - МК Диагенез Протокатагенез - ПК Глубина, м Шкала углефикации (Донбасс) МК 2 МК 3 МК 4 МК 5 3 -9 4 -12 А п о к а т а г е н е з - АК АК 1 АК 2 Жирный - Ж НЕФТЬ Главная зона нефтеобразования ГЗН ТУВ Отличается тем, что ОВ генерирует газоконденсат и газ. Коксовый - К Отощенно-спекающийся - ОС Тощий - Т Полуантрацит - ПА АК 3 СН 4 Главная зона газообразования ГЗГ В конце этой фазы образуется главным образом метан, но в отличие от ГФН он имеет еще более тяжелый изотопный состав – δ 13 С от -30 до -36 ‰. Антрацит - А АК 4 5 -15 Газовый - Г 3 фаза – главная фаза газообразования (развивается в жестких термобарических условиях, характерных для среднего и позднего катагенеза - градации МК 4 -АК 2 коксовые, отощенно-спекающиеся, тощие угли и полуантрациты) Для нефтеобразования эта фаза является затухающей

Теория диффузионно-фильтрационного массопереноса углеводородных газов и низкомолекулярных жидких УВ из залежей нефти и газа в перекрывающие их осадочные породы Вертикальная миграция УВ представляет собой сложный, поддающийся весьма приближенному анализу процесс, осуществляющийся путем диффузии и фильтрации. Газовая диффузия – единственный миграционный процесс, который протекает во всем объеме перекрытий и образует поэтому непрерывные пространственные ореолы непосредственно над залежами. Исследования П. Л. Антонова, И. С. Старобинца, В. Н. Литвиновой и др. , показали, что в осадочных толщах нефтегазоносных бассейнов имеет место молекулярный перенос массы, который подчиняется законам диффузии.

Фильтрация интенсивно проявляется по системе трещин и каналов в зонах тектонических нарушений. Повышенная тектоническая активность объекта усиливает этот процесс. Реальность таких явлений подтверждается частым наличием газовых аномалий над месторождениями в неглубоко залегающих представительных горизонтах надпродуктивных отложений и подпочвенных образований в зонах распространения тектонических нарушений и на участках повышенной трещиноватости пород. Миграция УВ, особенно газообразных, посредством фильтрации является важнейшим фактором образования аномалий УВ в породах надпродуктивных отложений. Миграция происходит путем прорыва УВ через породы-покрышки и носит струйный характер.

Органическое вещество сапропелевое гумусовое Процесс образования газа на стадиях литогенеза происходит в осадочном процессе с Диагенез увеличением его относительного выхода по мере погружения осадков. Вне зависимости от генетической природы органического вещества 100 (гумусовое и сапропелевое) на Катагенез ранней стадии диагенеза образуются метановые углеводороды нормального строения. В дальнейшем по мере погружения на глубину и увеличения температуры и давления: Øв позднем диагенезе Метаморфизм Относительный выход газа из ОВ генерируется углекислый газ; тонкозернистых отложений Øв катагенезе – азот, метан и Кривая образования газа в осадочном бассейне его гомологи, и в конечном итоге – сероводород. в зависимости от глубины, по Дж. Ханту

Термин «ГЕОХИМИЯ» Введен К. Ф. Шенбейном в 1838 г. "Геохимия научно изучает химические элементы, т. е. атомы земной коры и, насколько возможно, всей планеты. Она изучает их историю, их распределение и движение в пространствевремени, их генетические на нашей планете соотношения" В. И. Вернадский (1927 г. ). "Геохимия изучает историю химических элементов-атомов в земной коре и их поведение при различных термодинамических и физикохимических условиях природы". А. Е. Ферсман

Геохимия- это наука, изучающая геохимическое поведение элементов: 1) распространенность, 2) распределение (концентрацию и рассеяние) 3) процессы миграции химических элементов и их стабильных изотопов в геосферах Земли Объекты геохимии Литосфера Атмосфера Гидросфера Биосфера

Задачи геохимии по А. А. Саукову 1. Выявление закономерностей распределения отдельных химических элементов в различных оболочках Земли, выяснение качественного и количественного состава геосфер и причин, определяющих различную распространенность элементов. 2. Выяснение закономерностей миграции химических элементов в земной коре и причин неравномерного распределения их в различных участках земной коры. 3. Геохимия отдельных областей. Выяснение закономерностей в распределении элементов между отдельными геологическими системами в связи с их возрастом, тектоникой, составом и др. 4. Геохимия отдельных элементов. Изучение поведения того или иного атома при различных термодинамических условиях и на различных стадиях ее космической и геологической истории.

Место геохимии среди естественных дисциплин Космохимия Астрофизика Астрономия Экспериментальная физика Учение о полезных ископаемых Физика твердого тела Минералогия ГЕОХИМИЯ Кристаллография Кристаллохимия Физика Химия Термодинамика Физическая химия Математика Петрография Геология Математическая статистика Геофизика Литология Биология Почвоведение География

Отраслевая структура геохимии Геохимия литосферы Региональная геохимия Геохимия ландшафтов Геохимия литогенеза Биогеохимия Органическая геохимия Гидрогеохимия Геохимия процессов Аналитическая геохимия Физическая геохимия Изотопная геохимия Радиогеохимия

Геохимия литогенеза Раздел геохимии, изучающий химический состав и физико-химические условия формирования осадочных пород, их эволюцию, распространенность элементов в осадочных горных породах и гидросфере, закономерности поведения, распространения и миграции элементов. - Геохимия литогенеза изучает процессы, протекающие при относительно низких температурах и давлениях, ограниченных интервалом в пределах между значениями, характерными для земной поверхности и верхней границы области регионального метаморфизма.

Науки связанные с геохимией литогенеза Литология Стратиграфия Геотектоника Палеогеография Океанология

Геохимия литогенеза изучает: 1)процессы, протекающие при относительно низких температурах и давлениях, ограниченных интервалом в пределах между значениями, характерными для земной поверхности и верхней границы области регионального метаморфизма. 2) стадии осадочного породообразования – литогенеза: - выветривание - мобилизацию исходного материала в области денудации - перенос вещества, его накопление - и последующее перераспределение.

Ведущее значение в геохимии литогенеза имеют представления: - о равновесиях между газами атмосферы, ионным составом вод океана и донными осадками (алюмосиликатные и карбонатбикарбонатные равновесия), -об осадочной дифференциации элементов и о зональном их распределении на площади бассейнов. В этой связи рассматривается проблема соотношения кларкового (рассеяние) и рудного (концентрация) процессов, решение которой представляет большой практический интерес при поисках скрытых рудных залежей.

Цель геохимии литогенеза установление количественных соотношений различных форм переноса элементов в виде истинных и коллоидных растворов, комплексных соединений, механических взвесей, сорбций на глинистых и др. минералах, и выявление количественных закономерностей пространственного распределения элементов в водной среде и в толще осадков.

Геохимические методы поисков месторождений нефти и газа (ГПНГ) – это исследования, проводящиеся на различных этапах и стадиях геолого-разведочных работ на нефть и газ с целью их оптимизации, прогноза и оценки перспектив нефтегазоносности площадей и геологических разрезов на основе изучения закономерностей пространственной изменчивости и природы геохимических полей [1] Современные геохимические методы поисков нефти и газа (ГПНГ) представляют совокупность организационных, методических и технических средств, способных в комплексе с геологическими и геофизическими и аэрокосмическими исследованиями решать задачи прогнозирования нефтегазоносности недр до постановки глубокого поискового бурения. Эта цель достигается путем изучения закономерностей пространственной изменчивости полей концентраций химических элементов и их соединений (главным образом углеводородных) в лито-, гидро-, атмо- и биосфере.

Основоположником геохимических поисковых методов, основанных на выявлении прямых признаков нефтегазоносности недр, является В. А. Соколов, предложивший в начале 1930 -х годов газовую съемку, основанную не представлениях о диффузно-фильтрационном массопереносе углеводородов из залежи к поверхности осадочного чехла. В истории развития ГПНГ выделяют три основных этапа: I этап 1926 - 1968 гг. II этап 1968 - 1974 гг. III этап 1979 - настоящее время

I этап 1926 - 1968 гг. II этап 1968 - 1974 гг. Первым двум этапам присущи следующие особенности: Во-первых, теоретические исследования осуществлялись в основном с целью научного обоснования ГПНГ как разновидности геологоразведочных работ; теории же геохимических поисков месторождений нефти и газа, как самостоятельной науки, уделялось значительно меньше внимания. Во-вторых, осуществлялась абсолютизация диффузии, т. е. диффузионному массопереносу приписывалась решающая роль в формировании полей аномальных концентраций над скоплениями нефти и газа, в то время как процессы фильтрации практически не исследовались.

В-третьих, отдавалось предпочтение теории миграции. Процессы генерации, аккумуляции, диссипации углеводородов, являющиеся составными элементами целостного механизма формирования газового поля в системе атмосфера – гидросфера – литосфера, изучались недостаточно. Вследствие этого, все более или менее контрастные аномалии углеводородов связывались с наличием залежи нефти и газа. Обилие ложных аномалий, образованных за счет источников углеводородов, отличных по своей природе от скоплений нефти и газа, приводило к тому, что при проверке их поисковым бурением не было открыто сколь-нибудь значительных скоплений нефти и газа. Распознавание нафтидогенной аномалии (обусловленной миграцией углеводородов из залежи) требует: 1. комплексного изучения всей совокупности процессов полеобразования; 2. Разработки учения о полях концентрации химических элементов и их соединений как фундаментальной основы теории и практики ГПНГ

III этап с 1979 – по настоящее время 1. Дальнейшее развитие теоретических и экспериментальных исследований в области qгеохимии газов, qнефтепоисковой битуминологии, qгидрогеохимии, qлитогеохимии, qизотопной геохимии qрадиогеохимии 2. Автоматизация процессов сбора, регистрации и обработки информации 3. Совершенствование теории и технологии геохимических поисков

Достижения III этапа 1. Применение системного подхода к : Ш изучению рассеянного ОВ и процессов формирования их аномалий над месторождениями нефти и газа, Ш определению поисковых показателей, Ш построению теории геохимических поисков Ш разработке технологии геохимических поисков

Достижения III этапа 2. Развитие представлений о чрезвычайно важном значении парагенезиса геофизических, геохимических и биохимических полей Установлено, что структура этих полей определяется воздействием естественных напряжений земной коры, вызывающих локальный обмен и субвертикальную миграцию углеводородов от залежей. При этом диффузия предшествует процессам эффузии и фильтрации, развивающимся во времени по законам гармонических колебаний, в соответствии с которым максимум массопереноса отвечает периодам усиления сейсмологической активности земной коры, сопутствует этим процессам и завершает их.

ГРУППЫ ГЕОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЕШАЕМЫХ ЗАДАЧ 1. Геохимические методы прогноза вероятной нефтегазоносности региональных и локальных элементов, нефтегеологического районирования 2. Геохимические методы поисков месторождений нефти и газа (ГПНГ), «прямые геохимические поиски» ЦЕЛЬ: диагностика и выделение нефте- и газопроизводящих отложений, оценка нефте- и газообразования в них, включая определение палеообстановок осадконакопления и глубин максимальных палеопогружений, решение генетических задач нефтегазообразования; выявление первичной и вторичной миграции углеводородов, условий аккумуляции и сохранения их в ловушках, количественный прогноз нефтегазоносности, в частности объемно-геохимический метод и др. ЦЕЛЬ: оценка продуктивности конкретных структур или площадей. Они включают различные виды геохимических съемок и геохимический (в том числе и пиролитический) каротаж; 3. Геохимические методы выявления продуктивных пластов в поисково-разведочных скважинах преимущественно методы газового каротажа и битуминологические

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ Газовая съемка по снегу предложена Г. А. Могилевским с соавторами в 1970 г. При геохимической съемке на нефть и газ могут определяться многие виды геохимических параметров, но только углеводороды, сорбированные породами, подземными и поверхностными водами или снегом, а также находящиеся в свободных газах порового пространства пород или в атмосферном воздухе, являются прямыми показателями нефтегазоносности недр. Отсутствие углеводородных аномалий, даже при наличии аномальных показателей по другим геохимическим показателям, свидетельствует об отсутствии залежей углеводородов в недрах исследуемой территории.

Основой для разработки геохимических методов поисков нефти и газа служит представление о субвертикальной миграции углеводородов из залежи к поверхности Земли и формирование над залежами, в том числе и в приповерхностных отложениях, геохимических аномалий за счет влияния мигрирующих углеводородов. При геохимической съемке на нефть и газ могут определяться многие виды геохимических параметров, но только углеводороды, сорбированные породами, подземными и поверхностными водами или снегом, а также находящиеся в свободных газах порового пространства пород или в атмосферном воздухе, являются прямыми показателями нефтегазоносности недр. Отсутствие углеводородных аномалий, даже при наличии аномальных показателей по другим геохимическим показателям, свидетельствует об отсутствии залежей углеводородов в недрах исследуемой территории.

Газообразные углеводороды, повышенное содержание которых является одним из основных признаков нефтегазоносности недр, очень летучи даже при пониженных температурах. Поэтому пробы, отобранные в процессе геохимической съемки, должны быть немедленно и надежно герметизированы. После отбора проб углеводороды, сорбированные породами, водами или снегом, очень быстро начинают окисляться микроорганизмами, что может привести к полному искажению первоначального распределения содержания углеводородов в отобранных пробах. Поэтому емкости для отбора проб необходимо подвергать специальной обработке, а срок хранения отобранных проб ограничить до 2 -5 суток.

Преимущества газовой съемки по снегу: v. При термовакуумной дегазации из проб пород извлекается до 50 % сорбированных углеводородов; из проб воды и снега – 95 -98 % (степень извлечения газов зависит от глубины создаваемого вакуума и гораздо выше в условиях стационарных лабораторий, чем применении полевых дегазаторов). v. Поверхностное распределение снежного покрова на значительные территории позволяет охватывать съемкой большие площади, проводить опробование по равномерной сетке и с минимальными затратами. v. Съемка проводится в зимнее время, когда другие виды геохимического опробования, за исключением скважинного каротажа, провести невозможно. v. При исследовании шельфовых отложений можно проводить газовую съемку по льду в зимнее время без применения плавсредств и специальных методов отбора проб из придонных и донных отложений. В случае необходимости можно проводить отбор контрольных проб воды из придонного слоя и проб донных отложений через лунки, пробуренные во льду. v. В зимнее время процессы биохимического газообразования в недрах земли заторможены, поэтому отбираемые пробы практически не содержат примесных газов и их состав наиболее соответствует составу мигрирующих от залежи газов.

q. Съемка проводится обычно по заданной сетке профилей. q. Пробы снега отбираются примерно на 0, 3 м от поверхности Земли. q. Каждая проба помещается в стеклянную банку объемом 0, 5 л и герметизируется плотно притертой жестяной крышкой. q. Пробы обычно дегазируются в два этапа: сначала в холодном состоянии только за счет вакуума до тех пор, пока снег не растает, а затем при доведении пробы до кипения при сохранении вакуума. q. Обе пробы исследуются на хроматографе. Содержание углеводородов в пробах приповерхностных и поверхностных вод и снега колеблется в пределах от n • 10 -6 до n • 10 -4 см 3/кг и только в пределах аномалий принимает более высокие значения.

Карта распределения метана

Сумма УВ-газов

Сумма легких УВ-газов (С 2 -С 4)

Вероятная оценка нефтеносности

Прогноз нефтеносности