Глава 3 Катагенез органического вещества и реализация нефтегазоматеринского потенциала.

Катагенез является ведущим процессом в преобразовании РОВ, генерации нефти и газа и в изменении свойств самих неф­тегазоносных отложений, что в совокупности во многом опреде­ляет закономерности распределения нефти и газа в земной коре.

Катагенез — направленный по действию комплекс постдиагенетических процессов, протекающих в осадочных породах вплоть до их превращения в метаморфические. Катагенетические изме­нения пород и соответственно заключенного в них ОВ обуслов­лены действием ряда взаимосвязанных факторов, главными из которых являются температура и давление. В то же время катаге­нетические изменения пород зависят от длительности воздей­ствия этих факторов, конкретные же значения температуры и давления, их изменения во многом определяются особенностями геологического развития региона.

Главный источник тепла в недрах — эндогенное тепло Земли, проявление которого в целом отражается в геотемпературных полях и геотермических градиентах. Характер распределения температур в недрах — геотемпературные поля — зависит как от величины теплового потока, так и от теплофизических свойств различных типов пород, тектонического развития, подвижности и мощности земной коры, динамики подземных вод, геохимической обстанов­ки, магматической активности, наличия вечной мерзлоты и др.

Значения тепловых потоков, как и геотермических градиен­тов, не постоянны, а меняются во времени и пространстве. Сов­ременные представления о распределении температуры в осадоч­ной толще основаны на признании ведущей роли глубинного теплового потока, усиления его за счет радиоактивных процессов, некоторых экзотермических реакций, сопровождающих преобра­зование ОВ и минеральной части пород осадочной оболочки, и перераспределения в ней тепла.

Давление обычно действует в непрерывной связи с темпера­турным фактором. Большинство исследователей считают, что давление в пределах температур, обычных для осадочного чехла, не оказывает существенного влияния на процессы преобразова­ния ОВ, а значительно больше влияет на минеральную часть по­род, и прежде всего на физические свойства пород (плотность, пористость и др.).

Принципиально важным явилось выделение в процессе превращения органического вещества нефтегазоматеринских пород "Главной фазы нефтеобразования" − ГФН. Место проявления ГФН в разрезе осадочного бассейна получило название главной зоны нефтеобразования − ГЗН, или зоны генерации жидких углеводородов. Конкретное выражение получило также понятие об очаге генерации углеводородов − наиболее погруженной части бассейна, характеризующейся активной генерацией углеводородов.

Многочисленные геохимические исследования нефтегазоматеринских (НГМ) осадочных пород по отечественным и зарубежным бассейнам позволили определить геолого-геохимические условия и границы проявления ГФН и ГЗН и выработать на их основе диагностические параметры. Установлено влияние на развитие ГФН литологического состава нефтегазоматеринских пород, типа исходного органического вещества, термобарических характеристик бассейна.

Понятия о ГФН и ГЗН широко признаны во всем мире и непременно используются при оценке перспектив нефтегазоносности осадочных бассейнов. В американской литературе условия ГФН получили название "нефтяного окна". Ниже глубинной зоны ГФН в условиях позднего литогенеза пород выделена зона генерации углеводородных газов. Она нашла подтверждение в последующих исследованиях и названа С.Г. Неручевым "Главной фазой или зоной газообразования" (ГФГ, ГЗГ).

Первые критерии интенсивности катагенеза (метаморфизма) были разработаны для углей, так как он оказывает значительное влияние на свойства углей, определяющих их промышленные сор­та (марки). Еще в конце XIX в. были разработаны шкалы углефикации (карбонизации), основанные на последовательных рядах этих марок. Позднее для определения степени «метаморфизма» углистых включений стали использовать оптические свойства мацералов, прежде всего отражательную способность (ОС) витринита в воздухе (R^a) и/или в масле (R⁰).

В нефтяной геологии с 20-х годов XX в. стали использоваться шкалы углефикации Д. Уайта, установившего зависимость рас­пределения нефти и углеводородных газов от величины «углерод­ного коэффициента». Начиная с 60-х годов в практику нефтегео­логических исследований прочно вошли показатели углефикации углей и РОВ — R° и R^a.

Соответствие этапов углефикации и образования углей раз­ных марок определенным температурам было установлено на основании экспериментов, при этом минимальные температуры образования углей в лабораторных условиях условно принимают­ся в качестве верхних пределов температур для природных про­цессов (°С): Б-Д - 150-200, Д-Г - 250, Ж-К - 290, К-ПС - 340, ПС-Т — 380. Разработанная для всех возрастов шкала при­ближенных соотношений палеотемператур приведена в табл. 1.

Многочисленными исследованиями на примере разных реги­онов (Н.Б. Вассоевич, Ю.И. Корчагина, О.А. Радченко, К.Ф. Ро­дионова, С.Г. Неручев, Б. Тиссо, Д. Вельте и др.) было установ­лено, что характер преобразования РОВ в принципе такой же, как и концентрированного ОВ, — обуглероживание основной массы с выходом жидких и газообразных новообразований — УВ, СО2, Н2О и др., сопровождающееся коренной перестройкой ке­рогена, четко фиксированной по изменению физико-химических и оптических свойств его нерастворимой части.

Таблица 1.

Соотношение палеотемператур и ОС витринита (по И.И. Амосову)

Марка угля	ОС витринита, 10Ra	Палеотемпература, °С
Б	71	95
Д	72-77	100-130
Г	78-84	135-165
Ж	85-95	170-205
К-ОС	96-110	210-230
Т	до 115	230-250
ПА-А	более 115	более 250

Для обозначения уровня преобразования РОВ использование «углемарочной» шкалы некорректно. Н.Б. Вассоевичем была сос­тавлена шкала катагенеза, в которой она сопоставляется с углемароч­ными и шкалами других стран. Для наименования ранней, средней и поздней подстадий катагенеза рекомендуется ис­пользовать древнегреческие префиксы «прото», «мезо» и «апо». При подразделении прото-, мезо- и апокатагенеза на градации достаточ­но ограничиться аббревиатурами с соответствующими индексами: для протокатагенеза — ПК1 ПК2, ПК3; для мезокатагенеза — MK1, МК2, МК3, МК4, МК5; для апокатагенза — AK1, АК2, АК3, АК5 Число градаций в каждой подстадии определялось средним числом классов гумусовых углей, выделяемых по степени их «метаморфиз­ма».

Наиболее важный этап в нефтеобразовании связан с началом мезокатагенеза и отвечает главной фазе нефтеобразования (ГФН). Как отмечалось ранее, на этом этапе ОВ нефтегазоматеринских пород сапропелевого или смешанного типа за счет термолиза и термокатализа липидной его части начинает генерировать значительное количество гомологов метана и высокомолекулярных жидких УВ. Одновременно с увеличением масштабов образования УВ за счет вторичной стадии дегидратации глинистых минералов (по Берсту) и отжатием межслоевой воды начинается эмиграция УВ. Зарождающаяся микронефть дает начало нормальной нефти путем миграции и образования скоплений в ловушках.

Этот этап связан с градациями катагенеза ПК3−МК3 (стадии углефикации ОВ Б−Ж), точнее – стадии МК1−МК3 (стадии углефикации Д−Ж). Начиная с градации катагенеза МК3, снижается образование жидких УВ и истощенное ОВ продуцирует в основном метан с изотопически тяжелым углеродом. Другая фациальная ветвь ОВ – гумусовая, состоящая из высококонденсированных ароматических группировок высшей растительности, на всех этапах катагенеза продуцирует метан и в меньшей мере хлороформенный битумоид с низким содержанием углеводородов.

Положение зон (стадий) катагенеза является прямой функцией от голубины залегания и в каждом нефтегазоносном - НГБ бассейне (его части) зависит от конкретных геологических условий: величины теплового потока, теплопроводности и теплоемкости разреза, глубины залегания фундамента и т.д.