IV. Типы углеводородных газов в осадках

Существует два основных генетических типа метана, генерируемого в осадочной толще:

1. Бактериальный (или биогенный) метан, образующийся в результате жизнедеятельности микроорганизмов в верхней части осадочного чехла,

2. Термокаталитический (термогенный) метан, генерируемый при термической деструкции органического вещества с участием катализаторов, в более глубоко погруженных отложениях - в зоне катагенеза.

Метан указанных генетических типов в большинстве случаев различается по изотопному составу углерода, причем эти различия могут достигать десятков промилле. Однако в определенных условиях бактериальные и термокаталитические газы сближаются по изотопному составу. Отнесение газов к одному из двух названных генетических типов - одна из основных задач при геохимических поисках залежей углеводородов.

Бактериальный метан, как уже было сказано выше, образуется в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Благоприятными условиями для метанообразования в этом случае являются, прежде всего, восстановительные обстановки в осадках (метанобразующие бактерии - строгие анаэробы), малое количество сульфатов в осадке, оптимальные температурные условия (в пределах нескольких градусов, хотя метаногенные организмы способны существовать в широком диапазоне температур (0-75°С)), и конечно же, наличие органического вещества - основного фактора метаногенеза.

Особенностью химического состава бактериальных газов является преимущественно метановый состав углеводородной их части. Присутствие в таких газах небольшого количества гомологов метана (до 2%) обычно рассматривается как результат примеси термокаталитических газов. К настоящему времени получены сведения о возможности бактериальной генерации этана и пропана. Дейвис и Скруайрс получили этан, этилен, пропан и пропилен при микробном сбраживании целлюлозы.

Метанобразование широко распространено в анаэробных экосистемах, таких как иловые отложения рек, озер, прудов, в осадках морей и океанов. Известны два пути микробиологического получения метана - в результате восстановления СО₂ и разложения ацетата до метана и СО₂:

СО₂ + 4H₂ --> СH₄ + 2H₂O,

С₂H₄O₂ --> СH₄ + CO₂.

Метан, образованный метаногенными бактериями путем восстановления углекислого газа, обладает самыми низкими значениями δ13С (от -55‰ до -105‰ ) (Lovley, Chapelle, 1995)

Биогенные газы, образующиеся в донных отложениях, формируют фоновые газогеохимические поля, концентрация углеводородов в которых имеет положительную корреляционную связь с количеством органического вещества в осадках.

Термокаталитический метан в отличие от биогенного образуется при термической деструкции органического вещества с участием катализаторов, в более глубоко погруженных отложениях - в зоне катагенеза (Баженова О.К.,

Так, повышение температуры при погружении осадочных пород приводит к постепенному удалению из органического вещества водорода, азота, кислорода и серы в виде углеводородов, аммиака, углекислого газа, воды и сероводорода.

Более 80% метана и практически все более тяжелые углеводородные газы образуются на стадии катагенеза. Гомологи метана могут также образовываться в результате крекинга, то есть расщепления высококипящих предельных углеводородов на молекулы низших углеводородов в условиях высоких температур. При крекинге предельных углеводородов происходит разрыв С-связей и образование насыщенных и ненасыщенных углеводородов с более короткой цепью.

Таким образом, повышение температуры процесса приводит к более глубокому распаду углеводородов и к дегидрированию, т.е. отщеплению водорода с превращением предельных углеводородов в непредельные. Это также ведет к ароматизации алканов и образованию ароматических углеводородов, и к изомеризации парафинов и перестройке углеводородного скелета с получением углеводородов изостроения.

Этан, пропан и бутаны формируются при температурах от 70 до 150°С с максимумом около 120°С. Максимум же образования метана приходится на более высокие температуры, около 150°С (Хант, 1982).

Метан, образующийся в результате термического крекинга, характеризуется более высоким значениями δ13С (по сравнению с биогенным), эти значения варьируют от -5 до -30‰ в зависимости от изотопного состава углерода исходного вещества (Галимов, 1995).