Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Появления процессов восстановительной флюидизации в пределах нефтегазоносных провинций и участие глубинной составляющей в генезисе углеводородов

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Текст научной работыДиссертация по геологии, доктора геолого-минералогических наук, Писоцкий, Богдан Иванович, Москва



Министерство природных ресурсов РФ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ, ГЕОФИЗИЧЕСКИХ И ГЕОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ. (ВНИИГеосистем)

ПРОЯВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ФЛЮИДИЗАЦИИ В ПРЕДЕЛАХ НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ ПРОВИНЦИЙ И УЧАСТИЕ ГЛУБИННОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ В ГЕНЕЗИСЕ УГЛЕВОДОРОДОВ

Специальности: 04.00,12- геофизические методы поисков и разведки

месторождений полезных ископаемых 04.00.13- геохимические методы поисков

месторождений полезных ископаемых

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора геолого-минера

НА ПРАВАХ РУКОПИСИ

ПИСОЦКИИ БОГДАН ИВАНОВИЧ

(

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ...........;......................................................................................................................4

Глава I. Распространенность углеводородов и углеродистых

веществ в природе.................................................................................................11

1.1. Углеродсодержащие соединения в космосе.........................................11

1.2. Углеродсодержащие соединения в магматических породах.........19

1.3. Углеродсодержащие соединения в средне-низкотемпературных процессах..........................................................................31

1.4. Флюиды в мантии..............................*................................................................36

Глава II. Проявления восстановительной дегазации в породах

фундамента НГП......................................................................................................52

II. 1. Характеристика газовой составляющей пород фундамента........54

II.2. Битуминозность пород фундамента. .......................................................83

Глава III. Сопряженность процессов восстановительной

флюидизации в породах фундамента и осадочного

чехла НГП.....................................................................................................................99

III. 1. Углеводороды и уран во флюидных системах..................................99

III. 1.1. Сибирская платформа.................................................................99

III. 1.2. Южно-Татарский свод и Мелекесская впадина............ 121

III. 1.3. Днепровский грабен....................................................................124

III.1.4. Тимано-Печорская провинция................................................139

III.2. Химико-битуминологические и изотопные исследования битумоидов и нефтей............................................................................................154

Глава IV. Металлогенические особенности восстановительных флюидов, продуктов их распада и битумогенез в нижних . горизонтах осадочных комплексов НГП................................................170

IV. 1. Микроэлементный состав флюида. .....................................................171

IV.2. Микроэлементный состав битуминозных веществ

и нефтей......................................................................................................................174

IV. 2.1. Сибирская платформа...............................................................174

IV. 2.2. Днепровский грабен...................................................................177

IV.2.3. Южно-Татарский свод и Мелекесская впадина............185

IV.2.4. Тимано-Печорская провинция...............................................189

IV.3. Принципиальная модель битумогенеза в нижних

горизонтах НГП........................................................................................................197

IV.4. Возможные механизмы образования углеродистых

веществ........................................................................................................................203

Глава V. Формы и цикличность проявлений глубинной дегазации.

Причины и следствия.........................................................................................211

V.1. Отражение дегазации глубинных зон в изучаемых разрезах. •" 211

V.2. Цикличность эндогенных процессов.....................................................229

Глава VI. Редкоземельные элементы в нефтях и битумах.

Геохимия радиогенных изотопов..........................................<....................241

VI. 1. Редкоземельные элементы в нефтях и битумах...........................241

VI.2. Изотопные исследования в аспекте решения

генетических вопросов нефтяной геологии................................................268

VI.2.1. Методика анализов.....................................................................269

V1.2.2. Основные положения.................................................................270

VI.2.3. Результаты исследований.......................................................274

VI.3. Гетерогенность глубинных зон...............................................................285

VI.4. Возможные источники флюидов и их геохимический

облик. Дискуссионные аспекты.........................................................................289

Глава VII. Использование результатов исследования проявлений глубинной флюидизации в решении некоторых практических задач нефтегазовой геологии.......................................293

VII. 1. Оценка роли глубинной флюидизации в формировании аномальных геохимических и геофизических полей в пределах

отдельных месторождений,...............................................................................293

VII.2. Возможности использования радиоактивных элементов

в изучении сложных разрезов...........................................................................325

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................................................................330

Список литературы...........................................................................................................332

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. В рамках современной петрологии и геологии рудных месторождений не подвергается сомнению широкое участие глубинных флюидов, в том числе резко восстановительных, в переносе и локализации редких элементов, выплавлении разнообразных магм, образовании гранито-гнейсовых куполов и формировании, в значительной степени, земной коры. Вопрос о том, насколько велико влияние эндогенных факторов на процессы созревания ОВ осадочных комплексов, первичную миграцию УВ и контаминиро-ванность их глубинными компонентами во многом остается открытым. Среди исследователей развиваются представления об определяющей роли субдукци-онных процессов в образовании УВ скоплений; воздействии на углеродсодер-жащие толщи мантийных флюидов в рифтовых зонах НГП; кондуюивном прогреве осадочных чехлов за счет астеносферных диапиров.

В настоящее время существуют геофизические модели свидетельствующие о расслоенности и гетерогенности мантии Земли, нижних и средних горизонтов земной коры, связанных между собой проницаемыми зонами, обусловливающими обмен веществом и энергией между различными оболочками.

Если в пределах литосферных плит на осадочные комплексы и ОВ в них оказывает влияние глубинный фактор, то что представляют собой эндогенные флюидные системы, каковы их геохимические и термодинамические характеристики, какую роль они играют в нефтенакоплении и формировании геофизических полей в разрезах НГП. Ответы на эти вопросы являются актуальными в свете развития новых геодинамических моделей эволюции вещества Земли.

Цель и задача исследований. Основной целью работы является обоснование протекания процессов восстановительной флюидизации в пределах нефтегазоносных провинций, роли глубинной составляющей в генезисе УВ. Разработка указанной проблемы позволит предложить геологическую основу для совершенствования геохимических и геофизических методов поисков полезных ископаемых.

Это требовало решения следующих задач:

1). Выявление сквозной восстановительной флюидизации как в породах

фундамента, так и осадочного чехла; выяснение геохимических характеристик и термодинамических условий миграции флюидов;

2). Изучение микроэлементного состава битумов, рассеянных в породных комплексах, нефтей и отложений черносланцевых формаций; определение механизма накопления металлов и формирования метаплогенической специализации углеродистых веществ различного состава;

3). Обоснование новой линии битумогенеза, основанной на эволюции глубинных восстановительных систем;

4). Выяснение возможности использования геохимии радиогенных изотопов в Sm-Nd и Rb-Sr систематиках углеродистых веществ, для установления источников металлов и определения, соответственно, уровня'зарождения восстановительных систем;

5). Определение механизма формирования аномальных геохимических и геофизических полей в разрезе осадочного чехла нефтегазоносных провинций, используемых при прогнозно-поисковых работах на нефть и газ.

6). Оценка роли выполненных исследований в решении практических задач нефтяной геологии.

Предпосылкой для постановки исследований по изучению процессов глубинной флюидизации и ее участия в генезисе УВ и формировании залежей нефти и газа послужила принятая в современной петрологии модель флюидного режима, имеющая в основе первично восстановленный характер мигрирующих из мантии флюидов. Она сформировалась благодаря работам В.И.Вернадского, А.П.Виноградова, H.A.Кудрявцева, П.Н.Кропоткина, Г.Н.Доленко, В.Б.Порфирьева, В.А.Нарсеева, Л.Л.Перчука, А.В.Чекалюка, ААКадика, И.К.Карпова, В.К.Каржавина, В.А.Краюшкина, Г.И.Войтова, Б.М.Валяева, Ф.Н.Вольфсона и др. Данная работа была бы невозможна без фундаментальных исследований Ф.АЛетникова, ААМаракушева, АД.Щеглова, ААКадика, П.Ф.Иванкина, И.Н.Томсона.

Основными объектами изучения явились породные комплексы, вскрываемые глубокими и сверхглубокими скважинами в пределах двух древних континентальных платформ - Восточно-Европейской и Сибирской, а также рассеянные и локализованные в них углеродистые вещества различного состава от твердых до жидких и газообразных.

В связи с тем, что вопросы тектонического строения, истории развития, магматизма, рудоносности и нефтегазоносности этих крупных регионов освещены в многочисленной литературе, в работе они самостоятельно не приводятся. Однако все экспериментальные данные рассматриваются на фоне анализа опубликованных материалов по геолого-тектоническому строению регионов, общей геохимии, геохимии рудных и магматических образований, геофизических исследований как в региональном, так и в глобальном планах.

Работу отличает: расширение объектов исследования за счет привлечения породных комплексов фундамента, вскрытых отдельными скважинами на глубину до 4000м; использование ядерно-физических методов, включающих спектрометрию естественного гамма излучения, ¿-радиографию, инструментальный нейтронно-активационный анализ, масс-спектрометрию радиогенных изотопов применительно к изучению углеродистых веществ, наряду с петрографией, термобарогеохимией, хроматографией; привлечение новейших исследований в смежных науках о Земле. Все это позволило получить принципиально новый материал в области нефтяной геологии. Последнее способствует развитию теории нефтегазонакопления и некоторых принципов оценки перспективности земель на углеводородное сырье.

Следует подчеркнуть, что в настоящей работе не рассматриваются процессы преобразования рассеянного органического вещества биогенной природы, условия первичной миграции углеводородов, формирования химического и группового состава нефтей. Изучение этих процессов относится к самостоятельной научной области.

Защищаемые положения. 1. Углеродистые вещества, жидкие и газообразные углеводороды, диагносцируемые в кристаллическом основании нефтегазоносных провинций, представляют собой продукты дифференциации глубинных систем, проявлявшихся периодически на протяжении всей истории становления древних породных комплексов.

2. Сопряженность проявления процессов наложенной восстановительной флюидизации в породах фундамента и осадочного чехла НГП. Реконструкция геохимических и термодинамических характеристик систем по УВ-водным включениям, законсервированным в мельчайших трещинках пород и минералов и продуктам их распада.

3. Металлоносные битумы - продукты эволюции глубинной системы, в процессе ее миграции при изменении Р, Т, Юг. Металлогеническая специализация и уровень накопления микроэлементов в образующихся твердых и жидких углеродсодержащих веществах определяются структурой соединений и термобарическими характеристиками флюида на определенном уровне разреза.

4. Металлогеническая специализация флюида и продуктов его дифференциации, особенности распределения РЗЭ в углеродистых веществах, данные о радиогенных изотопах свидетельствуют о мантийно-коровой природе системы.

5. Пульсационный характер поступления восстановительных систем в рифее, венде, фанерозое, сопровождавшийся формированием углеродсодержащих металлоносных толщ, если дегазация происходила в седиментационные бассейны, или углеводородных скоплений при поступлении флюидов в консолидированные породы.

6. Инъекции флюидов в осадочный чехол определяют формирование и унаследованное развитие геофизических и геохимических полей в разрезах и на площади.

Научная новизна. К новым научным положениям теоретического и прикладного характера, разработанным в диссертации, относятся:

1. Установлена многоактность образования углеродистых веществ в кристаллическом основании НГП в связи с процессами становления древних комплексов;

2. Экспериментально доказано функционирование в пространстве и времени восстановительных систем; сопряженность проявления процессов глубинной УВ флюидизации в породах фундамента и осадочного чехла;

3. Показаны: полиметальность глубинных систем; совместный перенос микроэлементов и битумоидов в верхние горизонты земной коры; закономерности формирования метаплогенической специализации и уровней концентрирования металлов в природных углеродистых веществах различного состава;

4. Обоснована модель новой линии битумогенеза, в основе которой лежит глубинная система С-О-Н;

5. Определены термодинамические и геохимические особенности флюидов, выявлены возможные уровни их зарождения на основе использования термобарогеохимии и геохимии радиогенных изотопов;

6. Теоретически и экспериментально обоснована роль глубинного флюида в формировании аномальных геофизических и геохимических полей в разрезе осадочного чехла НГБ.

Практическая значимость и реализация работы. Итогом многолетних исследований автора явилось решение ряда теоретических и прикладных задач, которые составляют содержание основных защищаемых положений.

Значимость работы определяется новым научно-методическим решением проблемы участия глубинных восстановительных систем в образовании углеводородных скоплений.

Практические аспекты нефтяной геологии могут быть раскрыты через реконструкцию и анализ протекания средне - низкотемпературных восстановительных процессов в породах фундамента и осадочного чехла, влияния их на формирование геофизических и геохимических полей, реальностью регистрации и выделения аномалий, в приделах которых возможна локализация скоплений нефти и раза.

Полученные результаты о природе повышенной радиоактивности нижних горизонтов осадочного чехла Непско-Ботуобинской антеклизы были использованы при пересчете запасов нефти и конденсата Верхнечонского месторождения за счет включения неучтенных при проведении геофизических исследований новых емкостей. Анализ развития гамма-поля в пределах месторождения дал основание рекомендовать для повторного испытания скважины, в которых на предварительном этапе был получен отрицательный результат.

Представления о формировании аномальных полей в пределах нефтеносных регионов были реализованы при комплексных аэрогеофизических и геохимических съемках на северо-востоке Татарстана, позволивших районировать территорию по степени нефтеперспективности, выделить локальные объекты для детальных работ. При разбуривании одного из них из отложений карбона получены притоки нефти.

На основе представлений о связи глубинной флюидизации с локализацией УВ скоплений дана отрицательная оценка нефтеперспективности Тур-мышского блока Чувашии.

Договорные работы с Коми-Нефть позволили положительно оценить перспективность Восточного Тимана, рекомендовать проведение геофизических работ с целью выделения разуплотненных зон в рифейских складчатых комплексах.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на: научно-технических конференциях в Красноярске, 1984, 1985 гг; VII Всесоюзном совещании по термобарогеохимии и геохимии рудообразующих флюидов, Львов 1985 г; совещании по нефтегазоносности на больших глубинах, Ивано-Франковск 1986г; II и III Всесоюзных совещаниях по геохимии углерода, Москва 1986, 1991 гг; Всесоюзном совещании "Первичная миграция и нефтега-зоносность осадочных бассейнов", Москва 1987 г; Всесоюзной конференции "Геодинамические основы прогнозирования нефтегазоносности недр", Москва 1988 г; ill Всесоюзном совещании "Дегазация Земли и геотектоника", Москва 1988 г; Научно-технических конференциях, Альметьевск 1989, 1991, 1995 гг; Научно-теоретическом совещании "Исследования и разработки по неорганическому направлению нефтяной геологии", Ленинград 1989 г; XIII, XIV и XV Симпозиумах по геохимии изотопов, Москва 1992, 1995, 1998 гг; Международной научной конференции "Геофизика и современный мир", Москва 1993 г; Международном изотопном совещании, Калифорния 1994 г; I Международном семинаре "Напряжения в литосфере", Москва 1994 г; Международном симпозиуме "Геохимия газов в кристаллических породах и эндогенных процессах", Апатиты 1994 г; Международном симпозиуме "Энергетика - 95", Санкт Петербург 1995 г; I Международной конференции "Геохимическое моделирование и материнские породы НГБ", С. Петербург 1995 г; Международной геофизической конференци