притоков нефти из скважин

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

покрывает сплошной биогенной оболочкой весь земной шар, наиболее богата она в водоемах.

В табл. 54 в качестве примера приведен баланс органического вещества в Черном море.

Как в наше время, так и в любой другой геологический период можно

наблюдать необычайное разнообразие условий отложения органического вещества, начиная от консервирующего действия районов вечной мерзлоты до окисляющего влияния атмосферы, уничтожающей Полностью органические остатки.

Условия для дальнейшего преобразования органических остатков не везде были одинаковые. На дневной поверхности пустынных континентов под окисляющим действием атмосферы органические остатки, за исключением их минеральной части, «сгорают» почти целиком. Органическое вещество переходит в различные газообразные продукты, рассеивающиеся в атмосфере.

Трудны условия сохранения и накопления органического вещества на возвышенных частях континентов. Помимо разрушающего действия атмосферы, органическое вещество разрушается и окисляется проточными водами, которые сносят органические остатки с повышенных в пониженные части суши. Здесь при обилии воды в болотах, пресноводных и соленых озерах, лагунах, заливах и морях наиболее пышно развивается флора. Пышное развитие флоры в свою очередь вызывает обильное развитие фауны.

Отложение органического вещества не ограничивается зоной лагун и заливов. Оно происходит и в обширных континентальных морях (эпиконтинентальных) и в геосинклинальных бассейнах. Накопление органического вещества в эпиконтинентальных и геосинкли-

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

§ 4. Исходный органический материал и условия накопления его в природе 2Q9

нальных бассейнах могло происходить как за счет пассивно плавающих организмов (планктона), так и организмов, обитающих на дне (бентоса). Немалую роль играют микроорганизмы, населяющие осадок на дне бассейна. Достаточно указать на то, что только один фитопланктон (растительный планктон) верхнего 100-.% слоя мирового океана, по данным С. А. Зернова, дает ежегодно 60 млрд. т органического углерода. В глубоких частях бассейнов вдали от береговой линии количество органического вещества, попадающего в осадок, значительно сокращается. Можно говорить о

некоторой оптимальной зоне накопления органического вещества в осадках в пределах шельфа, т. е. в пределах той постепенно погружающейся под уровень моря части континентов, в-которой происходит накопление основной

количество органического вещества. Подсчитано, что Волга ежегодно вносит в Каспийское море 5,5 млн. т растворенного органического вещества. Общее же количество органического вещества в Каспии достигает, по данным Н. М. Страхова, 134 млн. т сухого вещества в год.

Из приведенных цифр видно, что органическое вещество в водоеме в подавляющей массе накапливалось за счет организмов самого моря.

В различных местах, в разное время и в разнообразных условиях

происходило накопление различных по своему характеру органических веществ.

Не следует забывать, что на дне различных водоемов не просто накапливалась органическая масса, а шел процесс осадконакопле-ния.

Накапливался осадок лишь в той или иной мере обогащенный органическим веществом, и только в особо благоприятных условиях (болота, лагуны, заливы и т. д.) образовывались иногда значительные массы органического вещества, по количеству преобладающие над остальной частью осадка.

Интересные выводы о распределении рассеянного органического материала в современных осадках на громадных пространствах внутренних морских бассейнов и океанов сделаны О. К. Бордовским (1966). В бассейнах котловинного типа, где материковая отмель узка, основная масса рассеянного органического вещества аккумулируется у основания склона; в сравнительно

небольших бассейнах перемещение органического вещества из мелководных районов приводит к резкому обогащению центральных областей впадин;

повышенные концентрации в океанических бассейнах явно тяготеют к районам, изобилующим планктоном (так, в северной половине Индийского

океана повышенные концентрации отмечаются в отложениях глубоководной Яванской впадины, вблизи острова Цейлон, западного побережья Австралии и др.). Следовательно, высокой концентрацией органического материала

характеризуются осадки впадин и районы по тем или иным причинам чрезмерно богатые планктонными организмами.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

300Гл. IX. Происхождение нефти и природного газа

Взависимости от разных геологических условий можно выделить три основных пути преобразования обогащенного органическим

веществом осадка: 1) свободный доступ кислорода — тление; 2) ограниченный доступ кислорода — гумификация; 3) отсутствие доступа кислорода — гниение: а) газообразные продукты могут свободно удаляться; б) удаление газообразных продуктов и их рассеивание затруднено.

Рассмотрим каждый из перечисленных выше путей преобразова-

ния (рис. 142).

1. Свободный доступ кислорода. Свободный доступ кислорода к осадку, обогащенному органическим веществом, происходит в случае накопления органических остатков на суше и в водоемах при сво-

бодной циркуляции обогащенных кислородом поверхностных вод и выводе осадка на поверхность. В случае отложения грубозернистого материала и циркуляции воды последняя не только приносит кисло- род, но и легко вымывает из осадка органические вещества. Резуль- татом при всех этих явлениях будет удаление из осадка органиче-

ского вещества путем окисления его и превращения в газообразные продукты или путем механического выноса.

2. Ограниченный доступ кислорода. Все ранее перечисленные условия отсутствуют. В осадок поступает лишь незначительное количество кислорода. Это может происходить при накоплении

осадка в болотах или мелководных озерах и лагунах при отсутствии активной циркуляции воды. Бассейн в общем характеризуется застойными условиями, но некоторое количество кислорода поступает отчасти с приносимыми минеральными частицами, отчасти

благодаря медленному проникновению кислорода в осадок через маломощный слой воды и проницаемую покрышку. Имеющегося в

осадке и поступающего извне кислорода не хватает для полного окисления органического вещества и превращения его в газообразные продукты. В органическом веществе окисляются лишь наиболее неустойчивые, легко разлагающиеся продукты. Происходит брожение органического вещества под действием различных микроорганизмов. Образующиеся газы, в том числе и метан (СН^), свободно удаляются.

3. Отсутствие доступа кислорода. Накопление осадка, содержа- щего органическое вещество, происходит в относительно более глубоководных условиях. Доступа кислорода нет. Процессы окисле- ния идут только за счет кислорода, содержащегося в самом органиче- ском веществе. Среда восстановительная. Идет энергичное брожение вещества под влиянием бактерий. Осадок пелитовый, тонкообломоч- ный или карбонатный. По геологическим условиям и дальнейшему ходу процессов можно выделить два случая:

1) образовавшееся в осадке коллоидальное вещество медленно коагулирует и стареет. Накопление осадка происходит сравнительно медленно. Дно бассейна или незначительно прогибается, или то прогибается, то поднимается. Сверху над осадком, обогащенным

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

органическим веществом в процессе его диагенеза (преобразования в породу), отлагаются относительно проницаемые породы. Часть органического вещества, превращаясь в жидкие и газообразные продукты, легко удаляется и рассеивается;

2) в бассейне преобладает тенденция опускания, вызывающая быстрое захоронение осадков, обогащенных органическим веществом. Происходит накопление мощных толщ в основном песчано-глинистого или карбонатного характера. Энергично протекают микробиологические процессы, особенно на первой стадии преобразования осадка. Среда резко восстановительная. Возникающие в процессе преобразования

органического вещества подвижные соединения перемещаются в боковом направлении и в вышезалегающие слои. Вследствие погружения осадок попадает в область более высоких температур.

Как видно из изложенного, накопление органического вещества в осадке тесно связано с геологическими условиями образования последнего. Поэтому накопление

органического вещества следует рассматривать в общей схеме осадочной дифференциации и интеграции пород.

Н. М. Страхов, изучая осадки современных морей, пришел к выводу, что «органическое вещество накапливается в осадках в концентрациях, обратно

пропорциональных средним диаметрам частиц или прямо пропорциональных количествам имеющейся в осадке пелитовой фракции». Интересно отметить сохранение той же закономерности для осадков древних морей. Не менее 85% всей массы органического вещества, заключенного в земной коре, содержится в рассеянном состоянии в пелитовых (глинистых) породах.

Остановимся несколько подробнее на осадке как на физико-химической среде для химических и биохимических процессов. Эта среда возникает на дне бассейна и существенно отличается от водной массы, расположенной выше. Н. M. Страхов дает ей следующую общую характеристику: «Отсутствие свободного кислорода и восста- новительный характер среды, выраженные тем сильнее, чем с более тонкозернистым осадком мы имеем дело; колоссальное изобилие бактерий в верхних слоях осадка и соответственно интенсивная их жизнедеятельность; резкая, а порой исключительно сильная обогащенность грунтового раствора малыми компонентами Р, N, SiOg, Fe и другими, несомненное насыщение ими во многих случаях раствора; пестрота и большие изменения физико-химических показателей даже внутри однородных осадков, а вместе с тем и ярко выраженная зональность этих показателей по мере

перехода от прибрежных песчаных отложений к более тонкозернистым пелагическим

— вот основные признаки осадков как физико-химической среды для течения химико- биологических процессов».

Наиболее характерными показателями физико-химических особенностей среды осадконакопления являются концентрации водородных ионов рН и окислительно- восстановительный потенциал Eh.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

§4. Исходный органический материал и условия накопления его в природе :303

Вводной среде происходит частичная диссоциация как самой воды, так и всех солей, кислот и оснований, находящихся в растворе. В нейтральной среде

концентрация гидроксильных (ОН) и водородных (Н) ионов одинаковая, равная 1 • Ю- 7 г/л. Повышение содержания ионов водорода в растворе приводит к появлению кислой

среды, понижение — к появлению щелочной. В качестве показателя щелочности или

кислотности среды берется десятичный логарифм (с положительным знаком) концентрации ионов водорода в 1 л, обозначаемый рН.

Величина рН оказывает существенное влияние на растворимость и осаждение различных солей. Особенно сильно это. сказывается на растворимости карбонатов.

Последнее обстоятельство отзывается на условиях существования организмов с карбонатным скелетом или покровом. С понижением pHJ растворимость карбонатов

повышается и условия существования для упомянутых организмов ухудшаются. На участках морского дна, значительно удаленных от берега, в условиях накопления

карбонатных отложений почти единственным источником органического материала

.являются остатки планктонных организмов. Значительная часть органического веще- ства, захороняемого в карбонатных илах, будет представлена жировыми веществами.

Это в известной степени определяет и направленность процессов превращения компонентов состава. Имеются сведения, что распад белковых веществ замедляется в присутствии жиров, которые тормозят действие энзнмов, разрушающих белки.

Наличие карбонатов кальция или маг ния в Ялах обусловливает повышенное значение рН среды, что также сказывается на направленности, процессов превращения органических компонентов. Карбонаты кальция или магния обеспечивают, кроме того, нейтрализацию кислых (вредных) продуктов бактериальной жизнедеятельности, что способствует дальнейшему протеканию биохимических процессов.

Вопрос о геохимической обстановке образования карбонатных пород весьма обстоятельно рассмотрен в монографии «Карбонатные породы», вышедшей в 1967 г.

под ред. Т. В. Чилингера, X. Дж. Бис-села и Р. В. Фаирбриджа. — Дж. Хант рассматривает карбонатные породы как возможно нефтематеринские.

,. . ,

Вглинистом осадке (верхняя часть склона и нижняя часть шельфа) отмершие

остатки планктона в водной массе при падении на дно подвергаются тем же изменениям, что и в карбонатной фации, но путь, который они проходят до дна, короче, а распад их может оказаться менее полным. В глинистые осадки вместе с жирами могут попасть остатки белкового и углеводного характера. В этой зоне в илах может оказаться несколько большим и количество отмерших бактериальных клеток,

так как бактериальная флора пышно развивается на тонковзмученных глинистых частицах. В этой же

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

зоне вместе с глинистыми частицами будут осаждаться и гумино-кислоты, приносимые с суши водными потоками; их величина в общем балансе органического вещества может быть значительной (от 20 до 70%). В этой зоне может оседать и приносимый с суши мелкий растительный детрит, содержащий воска, кутин и смолы. Таким образом, органические клетки, отлагаемые в глинистых илах, могут оказаться значительно более разнообразными по сравнению с карбонатными илами. Превращение органического вещества в этих условиях (по крайней мере внутри осадка) будет протекать в восстановительных условиях. Передвижение воды, способной принести кислород, внутри глинистых илов крайне затруднено. Поэтому бактериальное окисление может протекать лишь за счет кислорода железа, а при большем содержании органического

вещества и за счет кислорода сульфатов. В глинистых илах будут накапливаться кислые (вредные) продукты жизнедеятельности микробов, и затухание последней будет

происходить гораздо раньше, чем в карбонатной фации. По К. Ф. Родионовой это является одной из причин накопления органического вещества в глинистой фации.

При переходе к алевритовым и песчаным отложениям среди органических остатков в илах возрастает роль детрита высших растений, приносимого с суши, и

детрита макрофитов, произрастающих в водоеме. Обычно здесь пышно развивается бентос.

Обстановка в период седиментации и раннего диагенеза для каждого типа осадков (песчаные, глинистые, карбонатные) определяет количество захороненного в них

органического вещества.

Возникновение в осадке тех или иных минералов обусловлено характером выпадающих в осадок солей, последнее связано с величиной рН раствора. По минералам, возникшим в момент накопления осадка, так называемым сингенетичным минералам, можно судить о концентрации водородных ионов в осадке, исходном для данной породы.

Сущность окисления сводится к потере ионами электронов. При восстановлении

происходит обратный процесс — приобретение ионами электронов. Поскольку электрон является носителем отрицательного заряда, окисленные вещества, имеющие

меньше электронов, обладают более высоким электрическим потенциалом, чем восста- новленные. Этот потенциал называется окислительно-восстановительным, или редокс-

потенциалом, и обозначается знаком Eh. Чем ниже значение Eh, тем выше у данного

соединения способность восстанавливать другие вещества и тем более оно само восстановлено. Таким образом, физико-химические условия накопления осадка могут быть охарактеризованы величинами рН и Eh.

Осадки, характеризуемые определенным комплексом физико-химических особенностей среды накопления, называются геохимическими фациями. Учение о

геохимических фациях разработано у нас в стране в трудах Л. В. Пустовалова, Н. М. Страхова, Г. И. Бушин-

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

§ 4. Исходный органический материал и условия накопления его в Природе 3Q5

ского, Г. И. Теодоровича, Л. А. Гуляевой, К. Ф. Родионовой и других исследователей.

Восстановление органического вещества в осадке до почти бескислородных

углистых или битуминозных веществ может происходить лишь в определенных геохимических фациях. Такие фации должны характеризоваться, с одной стороны,

отрицательными значениями окислительно-восстановительного потенциала Eh, т. е. восстановительными условиями, а с другой, — значениями рН > 7, т. е. должны носить

нейтральный или щелочной характер.

Условия образования осадочных минералов и пород в зависимости от рН и Eh осадка подробно исследованы Г.' И. Теодорови-чем. На основании изучения субаквальных (подводных)' отложений Г. И. Теодорович выделяет ряд фаций, наиболее

благоприятных, по его мнению, для процессов битумообразования.

К ним относятся по Г. И. Теодоровичу следующие геохимические фации: 1) явно восстановительная или сероводородная (сульфидная); 2) восстановительная (с окислительно-восстановительным разделом чуть выше

поверхности осадка); 3) слабовосстановительная (сидери-товая и вивианитовая) с окислительно-восстановительным разделом, совпадающим с поверхностью осадка и 4) нейтральная фация с окислительно-восстановительным разделом проходящим немного ниже поверхности осадка.

Изучение процессов битумообразования в современных и четвертичных осадках

привело В. В. Вебера к выводу, что благоприятные фапиальные обстановки распространяются на известную часть субаквальных континентальных фаций, они

охватывают весь комплекс лагунных фаций (от опресненных до переходных к эвапорито-вым); к ним могут относиться фации не только застойных бассейнов, но и

нормальные мелководно-морские фации как терригенного, так и карбонатного состава. Иначе говоря, возможности накопления и превращения углеводородов в нефтяном

направлении могут быть созданы по В. В. Веберу в различных фациальных обстанопках, объединяемых лишь одним общим и обязательным признаком:

исходный органический материал должен попадать в осадок неокисленным (или практически неокисленным), и дальнейшее преобразование этого органического

материала должно происходить в условиях длительного субаквального погружения осадка и неизменно сохраняющейся восстановительной среды.

Говоря о восстановительной среде осадка, следует подчеркнуть, что создание и

сохранение восстановительной среды в нем зависят прежде всего от наличия органического вещества. В процессе своего разложения органическое вещество, взаимодействуя с осадком, создает в нем восстановительную обстановку.

Выделяющаяся в процессе разложения органического вещества энергия в незначительной части трансформируется в тепловую энергию, большей же частью она расходуется на химические и биохимические процессы.

20 Заказ 1934.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

,306 Гл. IX. Происхождение нефти и природного гава

Влияние фациальных условий на состав органического вещества и превращение его в битум могут быть прослежены и по древним осадкам. В этом отношении большая работа была проделана Ш. Ф. Мехтневым и Д. В. Жабревым по неогеновым отложениям Азербайджана, Н. Б. Вассоевичем и В. А. Успенским по северо-вос- точному Предкавказью, К. Ф. Родионовой по Ставрополью и Волго-Уральской области. •

Наиболее благоприятными для накопления органического вещества и дальнейшего его преобразования в направлении битуминизации и образования углеводородов оказываются субаквальные фации без четко выраженной связи с их литологическим выражением. Поэтому наиболее активные преобразования

органического вещества и новообразования битуминозных веществ происходят в гетерогенных глинисто-алевритово-песчанистых осадках или в фациях с тонким и частым переслаиванием осадков; благоприятными оказываются карбонатные осадки.

Геохимически безусловно благоприятны фации от резко восстановительных до сидеритовой. Разногласия касаются только сидеритовой и шамозитовой геохимических фаций, которые многими исследователями рассматриваются как неблагоприятные для процессов нефтеобразования.

Влияние фаций сказывается не только на условиях накопления и превращения исходного органического вещества, но в известной мере и на продуктах его превращения. При сопоставлении нефтей, полученных из толщ, имеющих различную фациальную характеристику, удается подметить некоторые различия. По

одновозрастным отложениям наблюдается приуроченность более легких и более метанизированных нефтей к породам, имеющим более восстановленный облик и в значительной степени глинизированным. Еще отчетливее наблюдаются изменения при сопоставлении нефтей из континентальных (субаквальных) и морских отложений; эти отличия отмечаются даже по изотопному составу углерода нефтей.

Ранее уже приводились данные С. Сильвермана и С. Эпштейна по сопоставлению битума и нефтей из континентальных и морских отложений. Значение 6С13 у морских растений и животных (беспозвоночных) составляет 13°/до, у нефтей из морских осадков миоцена — плиоцена Калифорнии оно равно 23°/ао. Наземные растения и уголь характеризуются величиной 6С13 25°/о(), у нефтей из эоценовых кон- тинентальных (озерных) сланцев грин-риверс в штате Юта (США) эта величина составляет примерно 32°/оо. Таким образом, пресноводные организмы содержат углерод на 10—12°/од более легкий, чем морские, а углерод нефтей из этих отложений также на 10°/ов легче, чем углерод нефтей из морских отложений.

. ., На рис. 143 приведено сопоставление нефтей месторождения Уод.-Крик США с битумами из вмещающих сланцев фронтиер по Дж.; Ханту, достаточно красноречиво подтверждающее сделанные выше выводы. К. Ф. Родионова, Ю. И. Корчагина, В. В.

Ильинская

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

§ 4. Исходный органический материал и условия накопления его в природе 307

(1963) детально изучили нефти и битумы из отложений карбона'и девона Волго- Уральского региона. Они пришли к выводу, что сходство в строении нафтеново- моноароматической и нафтеново-бициклоаро-матической фракций из масел сырых

нефтей и сингенетично битуминозных веществ указывает на генетическую связь углеводородов

Рис.'143. Сравнение экстракта из сланцев фроытиер с нефтью из песков.уолт-

крик (по Дж. Ханту). ' ' ' Разгонка осуществляется при глубине вскрытия вакуума Ю"3 мм рт. ст.

А — кривые разгонки экстракта из сланцев фронтиер и нефти из песков уо-гг-крик- В _ распределение углеводородов во (Ьракции > 400° F; а—экстракт из слянщ-ы фпонтиер-о—сырая нефть из песков уолт-крик; 1 —моноциклические ароматические уптеводородьг г —

бицяклические; з — трициклическяе; t — полициклические; s — парафины и нафтены'

нефти и органического вещества, рассеянного в породах. Кроме того, сходство в

строении углеводородов рассмотренных фракций масел сингенетично битуминозных веществ пород девона и карбона указывает на то, что нефтеобразовательные процессы в этих породах протекали самостоятельно. Е. П. Шишенина подчеркивает сходство и неугдеводородных фракций нефтей и битумов. 26*