Современные концепции нефтегазообразования. Осадочно-миграционная теория.

Н.Б. Вассоевич предложил концепцию нефтеобразования осадочно-миграционной теорией, а не органической или биогенной. Нефть образуется абиогенным путём, но источником её является ОВ, или кероген, захоронённый в процессе осадконакопления. Его потенциал закладывается в живом веществе, формируется в диагенезе, реализуется в мезокатагенезе. Ход этого процесса определяется как внутренней структурой керогена, способом «упаковки» его основных элементов, так и внешними факторами: температурой, скоростью прогрева, строением нефтематеринской толщи, определяющим эмиграцию образовавшихся продуктов, составом минеральной матрицы, влияющим на каталитические процессы, происходящие в керогене. Поскольку залежь нефти как объект поиска формируется в процессе миграции жидких УВ, то для названия теории происхождения нефти слово «миграционная» является необходимой составной частью. Это название, по мнению Вассоевича, отражает связь, как с осадочным процессом, так и с условиями формирования залежей нефти в результате миграции. Согласно вертикальной зональности генерации углеводородов в разрезе осадочных бассейнов распределены и залежи УВ флюидов. Без учёта вертикальной миграции флюидов и их перетоков скопления УВ сверху вниз располагаются следующим образом: в верхней части разреза (ПК1-ПК2) – небольшие залежи сухого газа; ниже (ПК3-МК11) залежи нафтено-метановой нефти и полусухого газа, в газовых шапках – полужирный и жирный газ; с глубиной (МК12- МК2) в нефтях возрастает содержание метановых УВ, твёрдых парафинов и лёгких ароматических УВ, в газовых шапках – жирный газ; ниже (МК3) находятся залежи метаморфизированных, высокопарафинистых нефтей с повышенным содержанием нормальных алканов; ещё ниже (МК4) располагаются залежи газоконденсатов; в основании зоны МК – залежи сухого газа, еще ниже – только метан. В распределении залежей разного фазового состава УВ по вертикали отмечается сдвиг вверх примерно на половину градации относительно максимума генерации соответствующих флюидов. Такое распределение залежей УВ свойственно только первичным, или сингенетичным, скоплениям, не претерпевшим значительных перемещений. В природе этот генетический ряд УВ скоплений обычно нарушается за счёт перетоков флюидов, состав первичных нефтей при этом претерпевает существенные изменения. В целом же для большинства бассейнов сохраняется зональность сверху вниз: газ – тяжёлая нефть – лёгкая нефть – газоконденсат – газ. В отдельных случаях между нефтью и «верхних» газоконденсатов. Нарушение указанной зональности может быть связано не только с перетоками и миграцией, а также с изменением состава исходного ОВ. Таким образом, в конце 60-х годов в решении проблемы генезиса нефти произошёл качественный скачок – была создана концепция о главных фазах нефте- и газообразования, в целом теория стадийности нефтегазообразования. Нефтегазообразование стало рассматриваться как историческое явление, тесно связанное с определёнными стадиями эволюции осадочного бассейна. Было конкретизировано представление об очаге генерации УВ как естественном природном объекте, определяющем в пространстве и времени возможность и масштабы нефтегазообразования. Эта концепция подтвердилась на примере разновозрастных и разнофациальных толщ в многочисленных бассейнах мира. И если проблему исходного вещества для нефти и газа можно считать решённой на определённом уровне, то проблема механизма нефтегазообразования, являющаяся ключевой, требует уточнения и детализации Динамика процессов нефтегазообразования для различных нефтематеринских пород неодинакова. Основные положения термокаталитической (генерационной) модели нефтегазообразования и границы выделения ГФН были разработаны на примере терригенно-глинистых образований. В эту модель нечётко вписываются карбонатные толщи. Большинство геологов считает, что образование скоплений нефти обусловлено её миграцией, которая может происходить и на большие расстояния. Сюда относится ряд теорий, которые часто объединяют под названием «Теория нефтепроизводящих свит». Наиболее детальные построения в этой области были сделаны А.Д. Архангельским и П. Траском. Впервые идеи о существовании «материнского пласта» или «материнской породы», производящей нефть были высказаны в 1865 американским геологом и геохимиком Винчеллом. По мнению Губкина, нефтематеринскими свитами могут быть преимущественно глинистые, реже известняковые толщи. В качестве примера он приводил майкопские глины Северного Кавказа. Представления о нефтематеринских свитах в дальнейшем очень помогли геологам-нефтяникам при поисках месторождений нефти и газа. По И.М. Губкину, преобразование захороняемого в осадке диффузионно-рассеянного ОВ в УВ нефтяного ряда в потенциально нефтематеринских отложениях протекало постепенно, начинаясь в органогенных или биогенных илах и не прекращаясь длилось во время диагенетического изменения как самой органогенной прослойки, так и вмещающих её пород, вплоть до начала горообразующих движений, когда нефть получала возможность мигрировать. Нефтеобразование – сложная совокупность процессов, протекающих в недрах, т.е. эти процессы в природе наблюдаемы быть не могут. Видны лишь их фиксированные результаты, запечатлённые в некоторых естественных телах, как в пространстве, в котором эти процессы протекали. Естественным телом, где осуществляются процессы нефтегазогенерации, является нефтегазоматеринская свита. Нефтегазоматеринская свита – парагенетическая ассоциация обогащённых автохтонным органическим веществом пород, рождающая в процессе литогенетической эволюции углеводороды, способные к аккумуляции.

Осадочно-миграционная теория, дополненная флюидодинамической концепцией, пользуется популярностью среди научных работников и геологов-практиков и широко применяется для оценки перспектив нефтега-зоносности отдельных территорий. [1]

Не противоречитосадочно-миграционной теории и так называемая закономерность Н. А. Кудрявцева о распространении нефти и газа вплоть до фундамента, поскольку, чем глубже погружаются осадки, тем в большей мере реализуется сначала нефтематеринский, а затем ( в более глубокой и высокотемпературной зоне) - газоматеринский потенциал РОВ осадочных пород. В глубоких частях впадин при достижении РОВ пород градаций катагенеза выше МК4 - МКз ловушки содержат преимущественно газоконденсаты и газы - продукты заключительного этапа термодеструкции РОВ осадочных пород. [2]

Не противоречитосадочно-миграционной теории и так называемая закономерность Н. А. Кудрявцева о распространении нефти и газа вплоть до фундамента, поскольку, чем глубже погружаются осадки, тем в большей мере реализуется сначала нефтематеринский, а затем ( в более глубокой и высокотемпературной зоне) - газоматеринский потенциал РОВ осадочных пород. [3]

Подтверждают правильностьосадочно-миграционной теории их образования. Однако этим не ограничивается число аргументов, подтверждающих правильность данной теории. Среди них, пожалуй, первое место занимает закономерность распределения нефти и газа в земной коре, согласно которой 99 999 % всех известных запасов нефти и газа связано с осадочными породами. Нет почти ни одной осадочной породы, в которой не были бы обнаружены в разных количествах жидкие, твердые и газообразные углеводороды. [4]

Наиболее обстоятельная критикаосадочно-миграционной теории приведена в работах Ю.И.Пиковского ( 1986 г., 2002 г.) и сводится к следующему: 1) неизвестны стадии литогененеза, с которыми связано нефтеоб-разование; 2) неизвестны источники энергии для синтеза УВ из керогена; 3) неизвестен механизм образования месторождений из рассеянной микронефти; 4) неизвестны формы и движущие силы миграции нефти в осадочных породах; 5) чем объяснить происхождение различных геохимических типов нефтей, порой в пределах одного месторождения; 6) неравномерность распределения месторождений УВ по площади при повсеместном распространении нефтематеринских пород; 7) наличие залежей УВ в нижних частях осадочного чехла и в кристаллических породах фундамента, и наличие там же рассеянных УВ и углеродистых минералов, нередко заключенных в кристаллы минералов ( газовожидкие включения и включения капелек нефти); 8) очевидная связь месторождений УВ с глубинными разломами; 9) невозможность объяснить наличие средних, крупных и гигантских месторождений УВ; 10) отсутствие четких критериев выделения нефтематеринских пород, за исключением рассеянной нефти, близкой по составу к обычной нефти. [5]

Согласно основному положениюосадочно-миграционной теории происхождения нефти, нефть представляет собой продукт преобразования захороненного в породах биоорганического вещества. В процессе диагенеза и катагенеза химические структуры, входившие в состав организмов, претерпевают значительные изменения, однако определенная часть этих структур наследуется нефтью. Одним из наиболее интересных представителей этих биомолекул являются порфирины. [6]

Парагенез большей частью низкотемпературных оруденений с непромышленными проявлениями УВ и даже с разрушенными залежами нефти ( битумов) вполне понятен с позицийосадочно-миграционной теории нефтегазообразования. Гидротермы осадочного происхождения - седиментационные воды с температурой более 200 С - широко распространены в глубоких частях предгорных осадочных бассейнов и активно мобилизуют металлы из осадочных пород. Известно существование отдельных залежей нефти в таких гидротермах с температурой на водо-нефтяном контакте 200 С и более. Мобилизованные такими гидротермами металлы отлагаются нередко вместе с природными битумами, продуктами разрушения нефтяных залежей. Нередко рудные залежи формируются непосредственно в антиклинальных ловушках с разрушенными залежами нефти ( битумов), где они создают благоприятные условия для формирования рудных скоплений, поскольку создают восстановительные условия и являются источником серы для образования сульфидов металлов. Вполне понятна с позиций осадочно-миграционной теории повышенная концентрация в нефтях V, N1, Си, Мо, Со, 2п, Сг, V и др. металлов. Их весьма повышенной концентрацией всегда характеризуются и богатые органическим веществом нефтематеринские отложения дома-никового типа. [11]

Таким образом, существующих в настоящее время данных явно недостаточно для однозначного решения вопроса о долях изотопов различных газов разного генезиса, и по этой причине преждевременно говорить о торжествеосадочно-миграционной теории происхождения нефти [86] и формирования месторождений УВ на основе соотношения изотопов газов. [12]

Приведем еще доказательства, ставящие под сомнение органическую теорию формирования нефти. Слабостьосадочно-миграционной теории, по данным И.И.Чебаненко и др. [191], заключается в следующем: 1) в лабораторных условиях не доказана возможность преобразования органических остатков в нефтяное вещество; 2) отсутствие в нефтемате-ринских породах остатков ОВ, полностью не преобразованных в нефть ( целлюлоза, хитин, кости и др.), а также остатков микронефти или следов ее присутствия ( физическая невозможность полного завершения процессов миграции микронефти без присутствия следов ее миграции), а также месторождений нефти и газа. [14]

Точно так же обстоит дело и в нефтегазовой геологии. Теперь после созданияосадочно-миграционной теории происхождения нефти и углеводородных газов, с одной стороны, возникли новые проблемы, с другой - открылись такие широкие возможности для решения весьма актуальных для практики поисковых работ вопросов, о которых раньше нельзя было и мечтать. В самом деле, поскольку нефть образуется из ископаемого органического вещества в результате развития определенных химических процессов, познание последних только тогда будет полным, когда их можно будет описать определенными уравнениями химических реакций с указанием не только количества исходных веществ v продуктов реакции, но и их термодинамических констант. Вот тогда и для каждой нефти можно будет создать модель ее образования и по информации о тер модинамической истории региона достаточно точно опре делять количество и качество образовавшихся нефтей углеводородных газов. [15]

В качестве исходных веществ для этих целей были приняты природный кероген и асфальтены. Кероген, как известно, в соответствии сосадочно-миграционной теорией органического происхождения нефти, представляет собой конечный продукт превращений органического вещества в осадочных породах. [1]

В работе делаются выводы о широких масштабах вертикальной миграции УВ. Вертикальная миграция осуществляется как сквозь коллекторы, так и аргиллиты, покрышками служат только образования соли. Отводя преобладающую рольосадочно-миграционной теории образования нефти и формирования месторождений УВ, авторы считают необходимым признать глубинные источники генерации нефти, что объясняет закономерности размещения месторождений нефти в изучаемом ими регионе и открывает большие возможности для решения прогнозных задач поисков УВ. [3]

Дальнейшее погружение материнских отложений в зоне апокатагенеза на глубинах более 6 - 7 км сопровождается продолжением обуглероживания остаточного РОВ пород, в основном потерявшего свой нефтегазоматерипский потенциал. Генерация метана еще продолжается, но интенсивность ее становится низкой. Таким образом, осадочно-миграционная теория нефтегазообра-зования не только доказывает органическое происхождение нефти и газа, но дает возможность осуществлять прогноз нефте - и газоносности земель и оценивать потенциальные ресурсы нефти и газа в недрах. [4]

По вещественно-петрографическому составу различают РОВ сапропелевого, гуму-со-сапропелевого, сапропелево-гуму-сового и гумусового генетических типов. Последнее, в отличие от гумусовых углей, содержит, как правило, в числе микрокомпонецтов сорбомик-стинит. В процессе катагенеза РОВ способно генерировать значительные количества жидких и газообразных УВ, и поэтому рассматривается с позицийосадочно-миграционной теории в

В любом случае наличие УВ и др. сходных с биогенными молекул неизвестного генезиса не может доказать возможность образования нефти в мантии Земли. Термодинамические расчеты о возможности существования метана в мантии Земли, если и справедливы, ничего не говорят о возможности образования неорганическим путем сложной нефтяной системы. Наличие в некоторых случаях в магматических глубинных породах помимо метана некоторых более сложных УВ опять-таки не доказательство поступления с магмой сложной и закономерной по составу нефтяной системы. К тому же не исключена возможность ассимиляции УВ магмой из прорываемых толщ. Выносимые при дегазации в основном метан и др. углеводороды в вулканических островных дугах или в рифтовых зонах могут быть, конечно, продуктом неорганического синтеза. Однако не исключено их образование при термической деструкции биогенного ОВ пород в зонах субдукции или в рифтах за счет водорастворенного ОВ, поступающего вместе с океанической водой на глубину нескольких километров, а затем поднимающегося после перегрева и выносящего металлы и газы. Наличие немногих нефтяных залежей в гранитах кристаллического фундамента при учете миграции из глубоких частей осадочных бассейнов вполне объяснимо и с позицийосадочно-миграционной теории нефтегазообразования. Приуроченность основных разрезов нефти и газа к бассейнам, тяготеющим к глубокопогружепным краям литосфер ных плит, находит вполне естественное объяснение и с позиций органического генезиса нефти. Это глубокие бассейны с благоприятными условиями для накопления богатых ОВ доманиковых отложений, формирование которых тяготеет к рифто-вым зонам. [11]