4. Выяснение генетических особенностей месторождений на основе структурно-текстурного анализа.

5. Специализация «Геология нефти и газа»

3. Трансформация органического вещества в катагенезе. Факторы катагенеза: температура, давление, время, литологический состав пород, скорость осадконакопления (бланкетинг). Градации катагенеза, связь со стадиями углефикации. Показатели зрелости органического вещества оптические (отражательная способность витринита), геохимические (элементный состав керогена, выход битуминозных компонентов).

Катагенез – направленный по действию комплекс постдиагенетических процессов, протекающих в осадочных породах вплоть до превращения в метаморфические. Катагенетические изменения пород и заключенных в них ОВ обусловлены в основном действием температур (t) и давлений (p). В то же время катагенетические изменения зависят от длительности воздействия этих факторов, а конкретные значения t и p, их изменения зависят от геологических особенностей развития территории.

Главный источник тепла в недрах – эндогенное тепло Земли. Характер распределения температур в недрах зависит как от величины теплового потока, так и от теплофизических свойств различных типов пород, тектонического развития, мощности земной коры, динамики подземных вод, геохимической обстановки, магматической активности, наличия вечной мерзлоты и др.

Вопрос о роли геологического времени в катагенетических процессах наиболее полно исследовался Н.В. Лопатиным. При этом последние исследования показали, что связь степени катагенеза и времени воздействия температуры проявляется, но не является прямой.

Обычно влияние литологического состава изучается в ряду уголь-аргиллит-песчаник, здесь наблюдается уменьшение катагенной превращенности. Казалось бы, такой порядок превращенности и должен быть, поскольку геотермический градиент обратно пропорционален теплопроводности пород. Наибольшей теплопроводностью обладают соли, затем – песчаники, наименьшей – угли. Однако в природе очень редко встречаются мощные разрезы одного литологического состава, поэтому четкого влияния литологического состава на зональность РОВ не наблюдается.

Первые критерии интенсивности катагенеза (метаморфизма) были разработаны для углей и в дальнейшем были связаны с оптическими свойствами углистых включений: отражательная способность витринита в воздухе – R^А или в масле – R^O. В таблице 10 приведены данные по маркам угля, R^O и палеотемпературам.

Марка угля	ОС витринита, 10RO	Палеотемпература
Б
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

 

В 1967 году шкала катагенеза была скорректирована Вассоевичем, Коноховым, Лопатиным. Для наименования ранеей, средней и поздней подстадий катагенеза использовались – прото, мезо и апо – ПК₁, ПК₂, ПК₃ (прото), МК₁, МК₂, МК₃, МК₄, МК₅ (мезо), АК₁, АК₂, АК₃, АК₄ (апо). Число градаций в каждой подстадии определялось средним числом классов гумусовых углей, выделяемых по степени их метаморфизма, а также по выявленным изменениям свойств – естественным переломам (скачкам углефикации).

Для установления степени преобразованности РОВ используют два метода: оптический и геохимический. Наиболее точным и подлинным является определение ОС витринита углистого детрита. Отметим, что с изменением преобразованности РОВ изменяется окраска керогена (НОВ) в проходящем свете.

-Последовательное накопление осадков в бассейнах, испытывающих прогибание, приводит к захоронению ранее отложившихся горизонтов в недра, где они находятся под нагрузкой толщи пород мощностью в несколько километров.

-Это ведет к значительному повышению температуры и давления. Для обозначения этой стадии литогенеза мы будем использовать термин катагенез, предложенный Н. Б. Вассоевичем.

-Температура может изменяться в пределах от 60 до 250°С, а геостатическое давление, обусловленное нагрузкой вышележащих осадков, - от 300 до 1000—1500 бар. Такое нарастание температур и давлений вновь делает систему неравновесной, что приводит к новым изменениям.

-Состав и структура минеральных фаз сохраняются. Некоторые преобразования затрагивают главным образом глинистую фракцию. Основным типом неорганических изменений по прежнему остается уплотнение пород, продолжает выделяться вода, значительно уменьшаются пористость и проницаемость, соленость поровых вод обычно возрастает и может приблизиться к уровню насыщения.

Органическое вещество подвергается существенным изменениям в процессе последовательной эволюции керогена. Продуцируется сначала нефть, затем на более поздней стадии конденсат и «жирный газ», далее сухой газ. Породы, содержащие органическое вещество в концентрированной форме (угли), проходят через различные стадии преобразования, обозначаемые марками углей, и также продуцируют углеводороды, главным образом метан. О завершении катагенеза свидетельствует полное исчезновение из керогена алифатических углеродных звеньев и упорядочение основных слагаемых керогена. Последнее отвечает отражательной способности витринита около 2,0%, что по разным классификациям угля означает переход к антрацитам.

Кероген — ассоциация разнородных детритных и тонкодисперсных органических остатков, преобразованных большей частью в анаэробных условиях. Содержание керогена в горючих сланцах до 60%, преимущественно 15-35%. Элементный состав керогена в зоне катагенеза (%): сапропелевого типа — С 64-93; Н 6-10; О 0-25; N 0,1-4,0; S 0,1-8,0; гумусово-сапропелевого типа — С 64-96; Н 1-5; О 3-25; N 0,1-2,0; S 0,1-3,0. При метаморфизме увеличивается доля С и падает доля Н и гетероэлементов. Структуру керогена представляют в виде макромолекулы, составленной конденсированными карбоциклическими ядрами, соединёнными гетероатомными связями или алифатическими цепочками.

Каждая подстадия и градация катагенеза соответствует определённому процентному содержанию ряда показателей: углерода (С); выхода летучих веществ (V^г); показателю отражательной способности витринита в масляной среде (R_о), и определенной стадии углефикации углей.

Стадии углефикации характеризуются изменением марок углей от бурых до антрацита, которые обозначены на шкале соответствующими индексами: Б₁ – бурые мягкие, Б₂ – бурые матовые, Б₃ – бурые блестящие, Д (длиннопламенные), Г (газовые), Ж (жирные), К (коксовые), ОС (отощённо-спекающиеся), Т (тощие), ПА (полуантрациты), А (антрациты).

Начало катагенеза характеризуется исчезновением гуминовых кислот, которые переходят в нерастворимую форму ОВ, и соответственно появлением витринита, который является одним из наиболее распространённых микрокомпонентов ОВ гумусового типа и углей, и почти всегда в виде детрита содержится и в рассеянном ОВ смешанного происхождения. Кроме того, он обладает наибольшим блеском и геохимической устойчивостью по сравнению с другими микрокомпонентами ОВ.

Установлено, что при воздействии на витринит температуры, в результате углефикации, происходит закономерное увеличение его отражательной способности. На этом основании для различных значений были вычислены соответствующие значения палеотемператур. Таким образом, отражательная способность витринита (ОСВ) стала использоваться как «максимальный палеотермометр».

В практике исследований используется относительное значение ОСВ, выраженное в процентах, которое обозначают символом «R». Значения ОСВ получают при сравнении с эталоном данных, полученных на полированной поверхности витринита в масляной (R_о) или воздушной (R_а) среде.

По показателям ОСВ определяют степень катагенетического преобразования ОВ и выделяют подстадии и градации катагенеза.

В начале катагенеза содержание углерода в ОВ составляет 60 %, выход летучих веществ 63 % и ОСВ, R_о – 0,25 %. С повышением уровня катагенетической превращенности ОВ, от одной градации к другой, содержание углерода и ОСВ, R_о растет, а выход летучих веществ падает. При этом на границе катагенеза и регионального метаморфизма ОВ полностью реализует свой нефтегазовый потенциал и превращается в органический графит. Соответственно содержание углерода в ОВ достигает 100 %, выход летучих веществ становится равным нулю.

На шкале показаны главные зоны нефтеобразования (ГЗН) и газообразования (ГЗГ). Они выделяются по интенсивности генерации жидких и газообразных УВ.

В целом, процесс эволюции ОВ протекает как во времени, так и в пространстве неравномерно, импульсивно, с различным соотношением объемов образующихся жидких и газообразных продуктов диагенеза и катагенеза. Всё это предопределило приуроченность генерации наибольших объемов жидких и газообразных УВ к определенным глубинным зонам, существующим в разрезе осадочных пород. При этом газы в разных объемах образуются на всех стадиях литогенеза (см. рис. 11).