close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Влияние геоструктурных и литофациальных особенностей нефтегазоносного бассейна на масштабы накопления потенциально токсичных элементов в углеводородах.

код для вставкиСкачать
УДК 553.982.23.053:502
Вестник СПбГУ. Сер. 7, 2009, вып. 4
С. П. Якуцени
ВЛИЯНИЕ ГЕОСТРУКТУРНЫХ
И ЛИТОФАЦИАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ
НЕФТЕГАЗОНОСНОГО БАССЕЙНА
НА МАСШТАБЫ НАКОПЛЕНИЯ
ПОТЕНЦИАЛЬНО ТОКСИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
В УГЛЕВОДОРОДАХ
Геологическое строение нефтегазоносного бассейна (НГБ), его возраст, геодинамическая подвижность, литофациальный состав слагающих его пород, их обогащенность
ОВ (органические вещества), история геологического развития в целом, и процессов онтогенеза УВ (углеводородные вещества), в частности. Все это, собственно, и предопределяет их фазовый и химический состав, интенсивность накопления и, соответственно,
масштабы обогащения потенциально токсическими элементами (ПТЭ) залежей. Практически все эти вопросы с той или иной степенью детальности уже рассматривались
нами фрагментарно в предшествующих работах [1, 2, 3]. Они же исследовались и обсуждались во множестве публикаций отечественных и зарубежных геологов, поэтому
рассмотрим их кратко в обобщенном варианте, а более подробно те типы НГБ, для которых повышенная обогащенность ПТЭ залежей нефти и газов предопределена самим
составом пород и условиями развития бассейнов.
Платформенные НГБ. Литофациальный и минерагенический состав пород, слагающих эти бассейны, их геоструктурный тип определяют материальную основу накопления ПТЭ в УВ и их последующую сохранность.
Терригенные породы — генераторы УВ, сформированные в восстановительных условиях, с преимущественно сапропелевым типом ОВ, обогащенные металлокомплексами
как в ходе седиментогенеза, так и последующих диагенеза и протокатагенеза, изначально предопределяют возможность формирования УВ сырья обогащенного ПТЭ [1]. Но
для реализации этих возможностей необходимы спокойные последующие геодинамические условия развития НГБ, которым в наибольшей мере отвечают древние платформенные бассейны. Именно в них, чаще всего, сочетаются благоприятные соотношения
мощностей пород — генераторов с породами — коллекторами, а геологически длительные периоды времени онтогенеза УВ способствуют не только первичному накоплению
в них ПТЭ, но и вторичному обогащению ими за счет контактных и концентрационных
механизмов.
Преимущественный состав ПТЭ в УВ, сформировавшихся в таких условиях — V,
Ni, Co, U, т. е. именно тот, который прочно химически связан с первичным ОВ и УВ в
их смолисто-асфальтеновых фракциях. Часто присутствует и иногда в преобладающих
количествах Zn, Cr.
Любые восходящие подвижки в НГБ, как общие, так и локальные, приводят к потерям легких фракций и интенсификации концентрационных механизмов накопления
ПТЭ, формируя на участках стабильного подъема продуктивных отложений наиболее
обогащенные ПТЭ залежи нефти, особенно в условиях попадания их в зоны гипергенеза. К аналогичным результатам приводит и гидродинамическая активизация водного
режима в продуктивных отложениях бассейна.
c
58
С. П. Якуцени, 2009
Это положение иллюстрирует табл. 1, отражающая амплитуды вздымания осадочного чехла НГБ в кайнозое [4]. Сам перечень бассейнов в этой таблице практически
полностью совпадает с аналогичным перечнем НГБ, с нефтью наиболее обогащенной
ПТЭ [5]. Есть только одно исключение — Лено-Тунгусская НГП, при высокой амплитуде инверсии — 100 м, выявленные на его южных окраинах месторождения, не содержат
высоких концентраций ПТЭ.
Таблица 1
Масштабы поднятий отложений в НГБ
на инверсионной стадии их развития в кайнозое [4]
НГБ
Западно-Канадский
Восточно-Венесуэльский
Уинта-Пайсенс (Скалистые горы)
Волго-Уральский (Татарский свод)
Тимано-Печерский
Тунгусский
Максимальная амплитуда подъема НГБ, м
2000
1800
1500
300–400
200–300
100
Нисходящие тектонические движения чехла в НГБ и его продуктивных отложений
также резко изменяют состав элементов — примесей в нефти, в сторону разубоживания
исходных концентраций уже накопленных ПТЭ и появлению новых элементов. Интенсификация нефтегазогенерационных процессов, связанная с погружением продуктивных пород, обогащает ранее сформированные залежи легкими и средними фракциями
нефти, а тектоническая активность мантии и литосферы на участках их погружения
часто сопровождается деструкцией чехла, повышением его проницаемости и поступлением в осадки флюидов с ПТЭ новой генерации. Это уже Hg, As, Cd.
Состав ПТЭ в нефти и газах в пределах молодых платформ отличается от древних
тем, что в основании чехла здесь вместо докембрийских кристаллических пород, часто
с богатым рудогенезом, лежат более молодые, метаморфизованные породы, обычно
осадочного палеозоя с иным минерагеническим составом. Меньшая глубина залегания
слоя Мохоровичича, сравнительно с древними платформами, предопределяет ее более
активную геохимическую связь с мантийными процессами, т. е. большую обогащенность
летучими легко экстрагируемыми из пород ПТЭ.
Отсюда большое разнообразие в составах ПТЭ в углеводородах и их концентраций,
сравнительно с продуктивными толщами чехла на древних стабильных кратонах.
Для нефти молодых платформ преобладающими среди ПТЭ становятся Zn, Cr, Mo,
Pb и некоторые другие элементы. Неизбежно присутствуют и V с Ni — спутники их асфальто-смолистых фракций, но, обычно, уже в меньших концентрациях сравнительно
с нефтью древних платформ.
Нефтегазоносный бассейн орогенических поясов и складчатых областей —
это бассейны широкого разнообразия и концентраций ПТЭ в составе УВ. Наряду с
высоким содержанием V, Ni, Zn, Cu, Cr в НГБ с молодой тектономагматической активизацией локально появляется в заметных количествах широкая гамма самых разных
элементов глубинного генеза, в том числе и потенциально токсичные — Se, Mo, As, Hg,
Cd, Sb и другие. Но регионального обогащения ими залежей УВ обычно нет. Чаще они
тяготеют к зонам интенсивных глубинных дислокаций.
Сниженный региональный фон обогащенности ПТЭ углеводородов в ряде НГБ орогенических поясов можно связывать с большой скоростью осадконакопления, которые
приводят к разубоживанию общего минерагенического фона ПТЭ для пород-генераторов и продуктивных отложений. Но именно бассейнам орогенических поясов свойствен59
ны аномалии с ураганными содержаниями в нефти и газах некоторых ПТЭ, особенно
таких как Hg, As, U, расположенных, как правило, в зонах влияния глубинных дислокаций.
Иллюстрацией региональных особенностей накопления и распространения рудных
элементов в осадочных отложениях могут служить данные об их содержаниях в железомарганцевых конкрециях Мирового океана. К настоящему времени накоплен уже
достаточно обширный аналитический материал об особенностях формирования рудоносных полей на дне океана, при чем, особенно важно, что эти данные относятся к
поверхностным донным объектам, причинно-следственные связи которых не затушеваны последующими седиментационными процессами, хотя и весьма разнообразны в
зависимости: от близости к континентам как к источникам сноса; активности эруптивной или разломной деятельности; скорости течений; глубины донных отложений;
возраста фундамента.
В табл. 2 мы приводим данные С. И. Андреева и Л. И. Аникеевой [6] о средних содержаниях наиболее интересующих нас элементов — Ni, Cu, Co в железомарганцевых
конкрециях, изученных на отдельных полях Мирового океана.
Таблица 2
Среднее содержание рудных элементов
в железомарганцевых конкрециях главных минерагенических полей
Мирового океана [6]
Поля распространения конкреций
Mn
Тихий океан
Кларион-Клиппертон
Южно-Тихоокеанское
Уэйк-Неккер
Центрально-Тихоокеанское
Гавайское
Калифорнийское
Менарда
Пролив Дрейка — море Скоша
Индийский океан
Диамантина
Центрально-Индийское
Западно-Австралийское-Кокосовое
Сомалийское
Атлантический океан
Северо-Американское-Гвианское
Капское-Агуяс
плато Блейк
Содержание, % вес
Ni
Cu
Co
23,63
14,78
18,21
20,16
23,2
25,54
19,58
6,45
1,14
0,34
0,44
0,73
0,40
1,04
0,92
0,28
0,86
0,20
0,24
0,58
0,04
0,61
0,40
0,14
0,22
0,35
0,44
0,29
0,86
0,16
0,32
0,20
21,77
26,0
21,4
16,0
0,72
1,43
0,86
0,53
0,43
0,84
0,55
0,22
0,20
0,15
0,19
0,14
13,4
15,6
10,44
0,30
0,63
0,46
0,15
0,60
0,14
0,27
0,28
0,41
В табл. 2 использованы данные более чем четырех тысяч анализов, что достаточно
представительно. Как видно из табл. 2, особой корреляции в содержаниях Ni и Co не
отмечается. Первый наиболее четко связан с разломными дислокациями, второй — с
вулканическими эксгаляциями. Есть и еще один фактор, способствующий различиям в
их концентрациях — сорбционная емкость гидроокислов марганца выше для Ni и Cu, а
гидроокислов железа — для Сo. Видимо, преобладание железистого или марганцевого
фона в морских глинистых отложениях на континентах также может сказаться и на
преобладании тех или иных ПТЭ в продуктивных на нефть отложениях.
Основными источниками рудного вещества в океанических конкрециях принято считать сток с континентов, хотя для ряда элементов велика доля и эндогенной поставки
60
Таблица 3
Количество рудного вещества, млн. т/год,
поставляемого в океаны различными источниками [6]
Компоненты
Fe2 O3 +FeO
MnO
Ni
Cu
Co
Сток с континентов
200,0
8,5
0,76
1,48
0,43
Эоловый разнос
59,0
0,80
0,03
0,07
0,02
Эндогенная поставка
346,0
15,3
0,52
0,55
0,21
Космос
17,0
—
0,47
—
0,04
(табл. 3). Особенно она велика в Тихом океане. Мы привели эти данные всего лишь в
качестве примера наблюдаемого в современных условиях накопления отдельных ПТЭ
в донных отложениях Мирового океана, но и для их использования в расшифровке
аналогичных процессов (в морских осадках континентов).
Важна также и главенствующая роль металлогенической спецификации пород генераторов УВ в формировании залежей, обогащенных ПТЭ [1, 3, 5, 8]. Иногда обогащенность металлами таких отложений столь велика, что они приобретают значимость
рудных месторождений. Одновременно, эти отложения, попадая в условия, способствующие генерации УВ, обогащают содержащими в них металлами, формирующими залежи нефти. Особенно ярко на этом фоне выделяют черносланцевые формации. Высокая
степень их обогащенности как ОВ, так часто и металлами, общеизвестно. Механизм
и время такого обогащения постоянно дискутируется, поскольку он может отражать
условия седиментогенеза и последующего перераспределения металлов в ходе литогенеза пород, но может быть связаны и с последующими эпигенетичными поступлениями в осадки глубинных субстратов, обогащенных металлами. Выше мы уже приводили много примеров, иллюстрирующих правомерность и широкую распространенность
каждого из этих процессов, применительно к конкретным объектам. Но во всех этих
проявлениях главенствует все же один и тот же фактор действия геохимического барьера, наиболее ярко выраженного в тонкозернистых осадках с восстановительной средой, обусловленный ее богатством органикой в стадии распада (окисления). Именно
это свойство восстановительной среды сохраняется в ходе всего онтогенеза черносланцевых формаций и именно оно обеспечивает их обогащенность металлами из любых
источников поступления. При этом концентрационный механизм достаточно успешно
работает как в условиях кларковых содержаний металлов в осадках, так и особенно
результативно — при их повышенных содержаниях.
В работе [7] собраны интересные для нас сведения о содержаниях отдельных ПТЭ в
породах черносланцевых формаций с аномальной концентрацией в ряде регионов бывшего СССР. В табл. 4 приведены данные о концентрациях рудных элементов в ОЧФ
(осадочные черносланцевые формации) с разной геохимической специализацией раздельно для сланца в обильно сульфадизированных зонах (А) и в зонах промышленного
минерального комплекса (В), а также на фоновых участках (Б) и в рудовмещающей
черносланцевой свите (Г).
Интересно, что авторы — геологи-рудники выражают ту же точку зрения на геохимическую роль черносланцевых формаций, что и геологи-нефтяники, рассматривая их
как полифункциональные геохимические барьеры, в которых эффективное концентрирование рудных элементов может происходить как на фоновом, так и ниже фоновом
уровнях их содержания. При этом процессы концентрирования рудных элементов происходят стадийно-ступенчато вместе с историей геологического развития осадков при
широком разнообразии источников рудного вещества, как внешних, так и внутренних.
61
Таблица 4
Содержание отдельных ПТЭ в осадочных черносланцевых формациях
с разной золоторудной и полиметаллической специализацией [5, 7]
Объект
Содержание элементов, г/т
Sb
Mo
Zn
Pb
Cu
Co
Ni
Cr
Ленская область, Бодайбинский синклинорий
>200
—
—
300
60
1000
—
—
—
—
—
—
75
20
35
9
30
100
Прибайкалье, Олокитский синклинорий
600
200
—
600
900
1500
—
—
—
—
—
—
85
30
35
25
25
100
Урал, Кировское месторождение
5640
—
—
<300
267
500
156
430
90
389
—
1.7
30
13
111
21
217
450
Карпаты
—
—
—
—
90
330
17
147
—
—
—
—
—
33
38
10
57
—
Енисейский кряж, Удерейское месторождение
2593
48
0.06
61
10
20
16
17
53
12
72
0.1
28
2
29
17
17
54
Енисейский кряж, месторождение Советское
590
—
0.4
67
29
27
24
19
92
<10
—
0.3
97
14
19
16
17
72
3040
10
5
180
380
182
41
81
—
15
—
0.3
97
15
19
16
17
—
Центральные Кызылкумы, месторождение Мурунтау
>1200
100
4
30
10
17
11
31
—
44
6.6
5.8
72
20
50
11
35
—
Приуралье, месторождение Токур
7950
20
2
190
136
63
7
25
—
4
—
—
—
19
25
—
—
—
Колыма, месторождение Надеждинское
>6250
640
2
>1400
931
>184
6
26
—
—
—
1.5
111
30
42
7.5
20
—
As
А
Б
А
Б
А
Б
А
Б
А
Б
А
Б
В
Г
В
Г
В
Г
В
Г
V
Mn
—
50
—
—
—
90
—
—
40
500
65
163
—
—
200
1500
88
87
1310
1540
121
158
—
—
850
1230
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
Породы, обогащенные как ОВ, так и ПТЭ, в ходе их эволюции и погружаются на
глубины, обеспечивающие процессы генерации УВ, то протонефть высвобождается уже
из керогена с совсем иной рудной нагрузкой, чем та, что сформировалась в ходе седиментогенеза ОВ на стадии диа- и протокатагенеза. Она стала богаче и разнообразнее,
соответственно возросла и обогащенность металлами смолисто-асфальтовых фракций
образующейся нефти.
Summary
Yakutseni S. P. The geostructural, lithologic and facial features of Oil-and-Gas Basin and them influence on
accumulation of potentially toxic elements in hydrocarbons.
The types of oil-and-gas bearing basin for which the enrich by potentially toxic elements predetermined
are considered in this article. Such predetermination connected with structure and conditions of development
the basins. The factor of action of a geochemical barrier especially typical for black shale formations.
The author comes to conclusion, that if rocks enrich of organic substance and potentially toxic elements
plunge on the depths providing processes of generation of hydrocarbons, mother-oil is liberated already
from kerogen with absolutely other ore load, than that was generated during sedimentogenesis of organic
substance.
This oil became more rich and various, also its tarry-asphalt fractions has increased.
Keywords: types of oil-and-gas bearing basin, toxic elements, geochemical barrier, generation of hydrocarbons, mother-oil.
62
Литература
1. Якуцени С. П. Генетические типы углеводородных скоплений, обогащенных металлокомпонентами // Образование и локализация руд в земной коре. СПб., 1999.
2. Якуцени С. П. Современные представления о гидрогеологических факторах формирования залежей промышленно-металлоносных нефтей // Сб. Основы прогноза и поисков нетрадиционного углеводородного сырья. Л., 1989.
3. Yakutseni S., Kaplan E. Perspectives of integrated development of highly gas saturated water as
hydromineral and power raw material // AAPG Hedberg Research Conference Abnormal Pressures in Hydrocarbon Environments, Denver, (Golden), Colorado, 1994.
4. Лисовский Н. Н., Халимов Э. М., Фердман Л. И., и др. Формирование и пространственное распределение вязких и твердых нафтидов в нефтегазоносных бассейнах СССР // Сб. докладов советских
геологов на 27 МГК. Месторождения нефти и газа. М., 1984. Т. 13.
5. Якуцени С. П. Распространенность углеводородного сырья, обогащенного тяжелыми элементами-примесями. Оценка экологических рисков. СПб., 2005.
6. Железомарганцевые конкреции Мирового океана / Под ред. Ю. Б. Казмина. Л., 1984.
7. Жабин А. Г., Шарова И. Г., Самсонова Н. С. Черносланцевые формации как полистадийные и
полифункциональные геохимические барьеры на золото и другие элементы // Отечественная геология,
2000, № 4.
8. Якуцени С. П. Металлы в нефтях и конденсатах Польши // Геология нефти и газа, 1998. № 3.
63
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа