ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГЕОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПОИСКА НЕФТИ И ГАЗА

Нефть и газ отличаются от других полезных ископаемых тем, что места их нахождения не являются, как правило, местами их образования (генерации), поэтому поиски этих ископаемых сопряжены с определенными трудностями. Успешные поиски нефти и газа возможны только на основе современных теоретических установок и использования новейших достижений в области генезиса нефти и газа. На месторождениях нефти и газа концентрация рассеянных У В Г, как правило, возрастает с глубиной, их качественный состав по мере углубления приближается к составу газа в залежи. Увеличивается контрастность газовых аномалий и их достоверность.

Научной основой геохимических методов поисков нефти и газа является процесс субвертикальной миграции углеводородов из залежей, направленной к земной поверхности.

Теория геохимических поисков охватывает следующие проблемы:

• 1) условия образования газового фона (углеводородного) в зонах геохимического зондирования;
• 2) субвертикальный диффузионно-фильтрационный массопе-ренос УВ и других компонентов из залежей нефти и газа в различных геологических условиях;
• 3) механизм формирования и сохранности геохимических аномалий (газовых, битумных), образованных в приповерхностных слоях;
• 4) диагностика генетических типов углеводородных газов (син-генетичных, эпигенетичных);
• 5) обоснование достоверных геохимических поисковых показателей.

Используя основные положения органической теории происхождения нефти, заложенной еще М.В. Ломоносовым, созданной М.И. Губкиным и развитой в трудах А.Д. Архангельского, И.О. Брода, В.И. Вернадского, М.Ф. Мирчинка, Г.Л. Стадникова, А.А. Трофимука и многих других ученых, Н.Б. Вассоевич в 1969 г. сформулировал основные теоретические положения геохимических методов при поисках, разведке и освоении УВ-скоплений, в основе которых лежит осадочно-миграционная (биогенная) теория происхождения нафтидов. В становлении этой теории наряду с исследователями других стран, огромный вклад внесли российские ученые: В.А. Успенский, В.А. Соколов, О.А. Радченко, В.В. Вебер, М.К. Калинко, А.Э. Конторович и многие другие.

К середине XX в. теория нафтидогенеза получила широкое призвание во всем мире и стала научной основой геологоразведочных работ. Состоятельность теории была подтверждена крупными открытиями новых нефтегазоносных провинций мира, которым способствовали прогнозы, основанные на этой теории. Согласно биогенной теории, в образовании нефти выделяются два основных этапа: 1) предыстория нефти или микронефти; 2) рождение собственно нефти, т.е. ее скоплений в недрах.

Нефть рождается первоначально в виде дисперсно-рассеянной в осадочных породах микронефти, количество которой по мере развития процесса осадочного породообразования возрастает и она приобретает все большее сходство с нефтью. Первые компоненты микронефти возникают в растительных и живых организмах, остатки которых, захороняясь в осадках озер, морей и океанов, дают начало углеводородистому органическому веществу. Иловая микрофлора синтезирует в своих телах некоторые количества микронефти, которая почти целиком унаследуется затем собственно нефтью. Илистые осадки с ОВ, медленно погружаясь, поступают в зону катагенеза, где при достижении температуры 65— 130°С начинаются геохимические процессы — термолитическая или термокаталитическая деструкция, в результате чего образуются новые порции микронефти в значительных количествах.

Этот этап интенсивного образования компонентов нефти в зависимости от различных геологических условий был назван Н.Б. Вас-соевичем главной фазой нефтеобразования (ГФН), а участок разреза, в котором реализуется нефтематеринский потенциал ОВ, представляет собой главную зону нефтеобразования — ГЗН.

Минимальная температура, необходимая для образования нефти в стандартных условиях осадочного бассейна, составляет примерно 65— 130°С и соответствует глубине 1500—5500 м. Ниже 5500 м и при температуре выше 130°С, по мнению ряда исследователей, может образовываться только газ. В ГЗН генерируется помимо жидких и большое количество газообразных углеводородов, которые способствуют эмиграции микронефти из материнских пород осадочного бассейна. Часть пород осадочного бассейна, находящегося в ГЗН, называется очагом нефтеобразования (нефтяным окном). Из очагов нефть мигрирует в ловушки и формирует залежи (рис. 1.1, 1.2).

В природе существует и обратный процесс — разрушение залежей, интенсивность которого определяется толщиной и изолирующими свойствами флюидоупоров, глубиной залегания, тектонической трещиноватостью территории, гидрогеологическим режимом недр. Следы этого разрушения фиксируются в почве, водах, организмах, газах в виде рассеянного нефтяного вещества (нефти, газов и битумов), следов влияния нефтяного вещества на газы, воды, почвы, породы, организмы, вещества в условиях, обычно сопутствующих залежам нефти и газа.

Наряду с осадочно-миграционной теорией важную роль играет и теория миграции химических элементов в земной коре, разработанная А.Е. Ферсманом, С.С. Смирновым, В.И. Вернадским и др. Неравномерное распределение химических элементов в земной коре обусловлено их различной миграционной способностью, т.е. миграцией.

В результате первичной миграции элементов образуются син-генетичные ореолы рассеяния. В результате вторичных процессов, сопровождающих разрушение залежей, образуются эпигенетичные ореолы рассеяния, более протяженные, чем первичные, и легко обнаруживаемые существующими методами поиска, к которым относятся геохимические методы.

Рис. 1.2. Образование, миграция и накопление нефти

Содержание искомого элемента С_орг в пределах ореола намного выше, чем за его пределами N. Характеристикой этого превышения является коэффициент аномальности К_а:

К_а=С_орг/А, (1.1)

где С_орг — содержание искомого элемента; N — фоновое содержание элемента.

Миграция элементов — это перенос и перемещение элементов в результате геохимических процессов, протекающих в земной коре или на ее поверхности. Эмиграция нефти и газа — вертикальное и горизонтальное перемещение нефти и газа из нефтематеринских пород в породы-коллекторы.

По характеру движения нефти и газа различают молекулярную и свободную миграцию; по масштабу движения — локальную и региональную; по путям движения — внерезервуарную и внутрире-зервуарную. По форме движения различают:

• • миграцию в твердой фазе;
• • водную миграцию (фильтрацию) в форме истинных и коллоидных растворов;
• • газовую миграцию (диффузию) в газообразной форме.

По физической природе В.А. Соколов разделяет миграционные процессы:

• • на фильтрацию нефти и газа в проницаемых породах при наличии перепада давлений;
• • всплывание нефти и газа в воде, содержащейся в горных породах;
• • миграцию нефти и газа, обусловленную движением подземных вод;
• • отжатие нефти и газа при уплотнении или деформации пород;
• • перемещение нефти и газа под действием сорбционных и капиллярных сил;
• • прорывы газа или нефти через глинистые пластичные слои;
• • диффузию нефти и газа в горных породах и водах при наличии разницы концентраций.

Если на пути миграции нет ни одной ловушки, нефть или газ могут появляться на поверхности в виде так называемых выходов, а при наличии ловушки нефть и газ будут накапливаться в ней. Из образовавшейся нефти только часть (от 0,3 до 36%) когда-либо попадает в ловушку, остальная содержится в материнской породе (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Миграция нефти и газа в осадочном бассейне:

7 — крупнозернистые породы; 2 — известняки; 3 — породы-коллекторы; 4 — сланцы; 5 — направление миграции флюидов; 6 — залежь

Вследствие наличия миграции место образования нефти и газа и ее накопления не совпадают в плане ни по горизонтали, ни по вертикали. Коллектор, заполненный легкой нефтью или термогенным газом, может находиться вблизи поверхности.

Формы миграции зависят от свойств элементов, важнейшими из которых являются:

• 1) механическая и химическая устойчивость кристаллической решетки минералов пород;
• 2) растворимость элементов или их соединений в подземных водах (водная миграция);
• 3) летучесть компонентов и их соединений (газовая миграция).

Возможности, виды и масштабы миграции нефти и газа контролируются факторами, действующими в тех или иных условиях геологической обстановки: физическими свойствами, состоянием мигрирующих нефти и газа, свойствами горных пород, участием в миграции подземных вод.

Подземные воды играют исключительную роль в миграции (фильтрации) элементов. Многие элементы в природе легко меняют свою валентность, в связи с чем изменяется их растворимость в подземных водах и, следовательно, способность к миграции. Окислительно-восстановительные особенности среды определяют масштабы миграции.

Миграция подразделяется:

• 1) на первичную — процессы передвижения нефти и газа из нефтематеринских пород в коллектор (эмиграция);
• 2) вторичную — миграция в коллекторе, приводящая к образованию залежи;
• 3) боковую (пластовую) — миграция, идущая латерально по пористым песчаным пластам;
• 4) вертикальную — идущую поперек напластования пород [23].

Геохимические методы тесно связаны с геохимией нефти и газа,

поскольку изучают процессы взаимодействия между залежами и окружающей их геологической средой — газами, породами, водами и организмами, а также особенности нефти и газов, являющиеся факторами и следствием протекающих геохимических процессов, в результате которых последние приобретают новые свойства.

Изучение всего этого сложного комплекса процессов и составляет основную задачу геохимических методов поиска. Поскольку основными звеньями системы «флюид — геологическая среда» являются нефть, газ и вода, различные природные факторы влияют на их основные свойства.

Контрольные вопросы

• 1. Какие задачи решают геохимические методы поиска?
• 2. Кто является основоположником геохимических методов?
• 3. Какие виды геохимических исследований применяют при поисках залежей нефти и газа?
• 4. В каком состоянии происходит миграция УВ?
• 5. Что представляет собой миграция?
• 6. Какие формы миграционных процессов наиболее важны для образования залежей?
• 7. Что такое диффузия?
• 8. В чем состоит отличие миграции от эмиграции?
• 9. При каком виде миграции образуются скопления У В?
• 10. Когда образуются эпигенетические ореолы миграции?
• 11. Что такое ГЗН, ГФН?
• 12. Что подразумевают под нефтяным окном?
• 13. Какие признаки указывают на разрушение залежей?
• 14. От каких факторов зависит миграция?
• 15. Как определить коэффициент аномальности?
• 16. Какие температура и глубина необходимы для превращения О В в микронефть?
• 17. Каковы основные гипотезы образования нефти?
• 18. Какие факторы обусловливают разрушение залежи?
• 19. Какими факторами обусловлены возможности, виды и масштабы миграции нефти и газа?