18. Задачи поискового этапа скоплений нефти и газа (См. Вопрос№2)

19. Условия накопления органического вещества и его преобразование в диагенезе

Важную роль в формировании химической структуры фоссилизированного ОВ играет диагенетическая стадия его истории. Она же в опре­деленной мере контролирует концентрацию ОВ в осадках к началу ка­тагенеза. Известно, что при анаэробном биохимическом разложении ОВ генерируется большое количество газов, в том числе углеводородных. Долгое время считалось, что из углеводородных газов в диагенезе обра­зуется только метан. Исследования В. В. Вебера, Л. М. Зорькина, С. П. Левшуновой, Л. В. Чертковой, выполненные в последние годы, показали, что при биохимической переработке ОВ в морских осадках образуется не только метан, но и углеводородные газы С₂—C₅ как нор­мальные, так и изостроения. При этом интенсивность их новообразования тем выше, чем больше сапропелевого ОВ в осадках и чем более восста­новительной является их среда. Так, в условиях сероводородного зара­жения осадков Черного моря в них в составе углеводородных газов С₂—C₅ на долю насыщенных УВ приходится 13—15 %. Важной геохими­ческой особенностью метана биохимической генерации в зоне диагенеза является, как это установлено Ф. А. Алексеевым, В. И. Ермаковым, Э. М. Галимовым и др., его обогащенность изотопом углерода ¹²С.

Изучение диагенетических превращений ОВ современных и ископае­мых осадков позволило выяснить основные закономерности превращений их битуминозных компонентов. В диагенезе в фосснлизируемом ОВ происходит формирование не только газообразных, но и высокомоле­кулярных УВ за счет главным образом переработки ОВ бактериями.

Определяющими в диагенезе являются следующие химические про­цессы превращения биомолекул: гидролиз, гидратация, диспропорционирование водорода, полимеризация и поликонденсацня. Процессы декарбоксилирования жирных кислот ведут к новообразованию н-алканов, диспропорционирование водорода непредельных соединений — к новообра­зованию нафтеновых структур, которые преобладают среди изоциклоалифатнческих УВ, слабо измененных катагенезом осадков.

Исследования показали, что в составе УВ в субаквагенных континен­тальных осадках преобладают насыщенные соединения, причем доля их тем больше, чем менее восстановительной является среда. Среди насы­щенных УВ на долю алканов приходится 30—40 %. В составе последних преобладают высокомолекулярные н-алканы с нечетным числом атомов углерода в цепи. Фракция изоциклоалифатических УВ представлена в основном цикланами, преимущественно конденсированными, хотя моноциклические цикланы в ней также присутствуют в значительных концентра­циях. Среди изоалифатических УВ значительную роль играют изопренои- ды, в первую очередь фитан и пристан. В осадках с окислительной средой диагенеза отсутствуют хлорофилл и его производные, они сохраняются лишь в восстановительной среде.

Сходные закономерности диагеиетического превращения ОВ устанав­ливаются и при изучении слабо измененных катагенезом ископаемых мор­ских осадков. В этом случае, как считают С. Г. Неручев и А. Э. Конторович, удобно пользоваться показателем диагенетической превращенности ОВ а_д.п — отношение количества ОВ, израсходованного в анаэробный этап диагенеза, к его количеству в осадках в начале этого этапа. В ископаемых осадках с ростом а_д.п увеличивается доля насыщен­ных УВ в углеводородной фракции. Концентрации УВ в ОВ, би- и трициклических аренов в нафтено-ароматичсской фракции и величина от­ношения смол к асфальтенам максимальны при а_д.п 0,2—0,4 и уменьша­ются при более высоких и более низких значениях. Сходным образом меняется и элементный состав ОВ: в конце протокатагенеза и в самом начале мезокатагенеза минимальные концентрации в ОВ углерода и мак­симальные водорода наблюдаются при а_д. _п 0,3—0,5.

Эти закономерности объясняются избирательным окислением наиме­нее стойких компонентов ОВ и его битумоидной фракции при низких уровнях диагенетических превращений, а при а_д.п более 0,4—0,5 — оки­слением и полимеризацией всех компонентов ОВ, в том числе конденси­рованных аренов и смол, при общем снижении концентрации битумоидов и конденсации, ароматизации всех структур ОВ.

К концу стадии протокатагенеза ОВ еще сохраняет основные свои черты, сложившиеся в диагенезе. Так, в битуминозных компонентах ОВ преобладают насыщенные УВ. В последних среди н-алканов доминируют соединения с нечетным числом атомов углерода в цепи, мало изоалканов, а среди цнкланов преобладают конденсированные структуры. При этом конденснрованность цикланов террагенного ОВ выше, чем аквагенного. В составе УВ как в диагенезе, так и в начале протокатагенеза отсутст­вуют УВ бензиновых и керосиновых фракций.

До недавнего времени считалось, что углеводородные газы, образую­щиеся на стадии диагенеза, диффундируют из осадков в природную воду и рассеиваются, а формирование скоплений как нефти, так и газа связано только со стадией катагенеза. Появляется, однако, все больше фактов, свидетельствующих о том, что значительная часть образующихся на ста­дии диагенеза углеводородных газов может консервирюваться в осадках.

Главная форма аккумуляции газов биохимического происхождения — это, видимо, горизонты осадков с кристаллогидратами, которые могут образовываться метаном и другими углеводородными газами, углекислым газом, сероводородом в глубоководных и пресноводных водоемах в зо­нах, где температура на дне ниже 4—5°С, а толщина слоя воды превы­шает 400—500 м. Возможность консервации углеводородных газов в глу­боководных осадках была теоретически обоснована Ю. Ф. Макагоном, А. А. Трофимуком, В. П. Царевым, Н. В. Черским и позднее подтверж­дена экспериментально советскими и американскими исследователями. При последующем погружении гидратсодержащих осадков в зону катагенега с повышением температуры гидраты должны разрушаться, а вы­деляющийся свободный газ будет или аккумулироваться в ловушках на путях миграции, или образовывать в зоне диагенеза вторичные гидратные залежи, или рассеиваться. Это позволяет выделить диагеиетическую зону не только как зону генерации, но и как зону аккумуляции углеводород­ных газов, главным образом метана.