Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Моделирование процессов образования нефтяных УВ в условиях бестемпературного неравномерного всестороннего сжатия нефтематеринских пород

ВАК РФ 04.00.13, Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Моделирование процессов образования нефтяных УВ в условиях бестемпературного неравномерного всестороннего сжатия нефтематеринских пород"

МИНИСТЕРСТВО НЕФТЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СХР АКАДЕМИЯ НАУК СССР

ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И РАЗРАБОТКИ ГОРЮЧИХ __ИСКОПАЕМЫХ

На правах руясгггса СЕЛИВАНОВ Ояог Впаеикстрокхч

УДК 35Э.Б7&а

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ НЕФТЯНЫХ УВ В УСЛОВИЯХ БЕСТЕМПЕРАТУРКОГО НЕРАВНОМЕРНОГО ВСЕСТОРОННЕГО СЖАТИЯ НЕФТЕМ АТЕРИ ИСК ИХ ПОРОД

(0-1.00.13 - Гоояямзчосето мотеды псзска мсстороздегпО полеглых пспстсшах)

Автореферат

дзссортсшш па сспсгюето учекзЭ степэкз ¡адщщдата гс(хгзт-шпсрлпстсскпз паук

Мсскса 1СЭ1

Работа выполнена в лаборатории формирования залежей нефти и газа Института геологии и разработки горючих ископаемы

Научный руководитель - доктор гоолого-минералогических наук

Ю.А. Пешоха

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических паук

профессор H.A. Еременко, доктор биологических наук A.A. Ивлев

Ведущая организация - Всесоюзный нефтяной иаучио-нсследова-

тельский геологоразведочный институт (ВНИГРИ, Лешнград).

Защита состоится • ¿> • ¿¿х&ж-сР_1091 г.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института геологии и разработки горючих ископаемых по адресу: Москва, ул. Ферсмана, д. 50.

Автореферат разослан *.

¿Г. 1Q01 г.

Ученый секретарь специализированного совета

„ В.Ф. Мазанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В основе современных представлений о закономерностях созревания ОВ и распространения залежей нефти лежит осадочно-миграциониая теория, в которой отдается предпочтение внешнему по отношению к нефтепроизводяцей системе —Видимо этим, отчасти. обьясняат-ся тот факт, чтс тепловая энергия зеаиых недр а госхлопгпэское вреия выступают в качестве основных факторов шешнего воздействия в большинстве экспериментально-теоретических моделей преобразования ОВ. Однако нельзя отрицать, что очаги нефтообразования тяготеет не только к наиболее прогретый горззоатса осадочного чехла, но и к аонам^а-активным геодинамическим решит, создаищим в горных породах переменное поле объёмных напряжений.

Экспериментальное моделирование процессов тектонической активизации нефтегенерационных процессов нессганенна представляет научно-практический интерес, тем более, что исследования проводятся в изотермическом реяиме /21°С/. Такой температурные режим характерен для верхних горизонтов осадочного чехла, где создаются тектонические напряжения, превосходящие в десятки раз величину литостатической нагрузки /Вшгамирскнй, Пецпха и др./ .

Актуальной является и методическая схема изучения нефте-материнских пород, позволившая обнаружить эффект, образования свободных форм ОВ из связанных и явление увеличения нефтегене-рационного потенциала материнской породы после пластичеокой деформации.

•Эти эксперименты позволят повысить достоверность протозных оценок маептабов генерации нефтяных УВ в пределах дислоцированных структур.

Цель работы. Исследование генерационных розмояностей материнской породы в условиях, когда внешнее тепловое воздействие не выступает в качестве определящего фактора процесса образования нефти, а нефтепроизводящей породой является образец со -средним генерационный, потенциалом и катагенетически незрелый ОВ /ДГ2 по Страхову/. Образец подвергается пластической деформации в ходе всестороннего неравномерного сяатия.

Основные задачи исследования:

- экспериментальное подтверждение роли деформации, как модного фактора, ускоряющего процесс созревания ОВ и генерации нефтяных ТВ;

- разработка и внедрение методической схемы изучения нефтемате-ринских пород /НМЛ/, предусматривающей исследования как органической, так и минеральной компоненты естественных образцов и искусственных композиций;

- выбор оптимального режима экспериментов по моделирование условия погребенного состояния в пределах геодинамически активных участков осадочного чехла;

- выявление взаимообусловленного характера физика-химического совершенствования минеральной матрицы и преобразования ОВ;

- анализ процессов формирования очагов генерации УВ на примере естественно-геологической модели нефтегазонакопления в пределах северо-восточной части Припятского прогиба.

Обоснование выбора объекта для моделирования. При воспроизведении условии погребенного состояния на образцах горных пород необходимо учитывать не только эволюцию геологических условий, но и флуктуации теплового потока, и кинетику процессов взаимодействия минерального и органического вещества, протекалцих в условиях естественных температур в течение геологического време-

ни. Помимо всего этого приходится вводить ограничения на величины барических нагрузок с учётом объёмно-напряжённого состояния в палео условиях. Избежать все эти"дополнительные условия" можно только в одном случае: проводить моделирование с современными осадками.

_В качёстве объекта для моделирования условий погребённого

состояния без внешнего теплового воздействия были взяты осадки гиперсолёного /до 270 г/л / бессточного озера Карачи /Западнеч Сибирь, Баабинская степь/ . Фоссилизация 0В проходила, в восстановительных условиях: рН 8,4; ЕЬ 104; Сорг 3,7$; протокероген П2^ типа; нефтегенерационный потенциал /В-^+Ч^/ равен 1,4 + 4,44 /кг УВ/т / .

Научная новизна. Впервые на основе комплексного исследования результатов лаоораторного моделирования, проводимого без участия внешнего теплового поля, с природными образцами получены экспериментальные доказательства возможности образования нефтяных УВ из ископаевого ОВ в ходе пластических деформаций материнских пород.

Данные эксперимента, в частности, появление свободных ли-пидов в деформированном образце свидетельствуют о том, что поле переменных объёмных напряжений соизмеримо по эффективности воздействия на НМЛ с различным по продолжительности и интенсивности внешним термическим воздействием.

Впервые в рамках одних и тех же рентгено-структурных форм обнаружены физико-химические превращения минеральной матрицы, вызванные пластической деформацией образца.

В эксперименте было установлено, что процессы деформации затрагивают и кероген, в котором происходят структурные превращения. Они выражаются в снижении энергии активации доминирую-

щего типа связи, что в свою очередь приводит к более полной реализации керогеном своего нефтегенерационного потенциала /НГП/.

Практическая ценность. Результаты проведенных экспериментов свидетельствуют о возможности существования нефтей, образовавшихся вследствие генерации активированным пластической деформацией керогеном нафтено-ариматических соединений. Факт образования нефтяных УВ из ископаемого ОБ без участия внешнего тепла указывает на необходимость более гибкого подхода к температурным условиям начала главной фазы нефтеобразования /ТШ/ /Неручев С.Г., Конторович А.Э., Царев В.П. и др./ Из этого вытекает насущная необходимость пересмотра перспектив нефтеносности бассейнов с осадочным чехлом менее 2,0 км, находящихся в геодинамически активных зонах. При прогнозировании локальных скоплений нефти в пределах хорошо изученных площадей первоочередными объектами поиска могут стать наиболее деформированные участки природных резервуаров. Не исключена возможность получения притоков нефти из блоков высокоамплитудных дислокаций.

Реализация работы. Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ИГиРГИ. Основная часть материалов диссертации вошла в виде оттедьных глав в отчёты за 1989 и 1990 годы по теме 465. Методическая схема исследования НМЛ внедрена в Институте химии нефти Сибирского Отделения АН СССР, Томск.

Апробация работы. Результаты экспериментальных исследований были доложены на Конференциях молодых ученых: ИГиРГИ /Москва,1988/; МГУ /Москва,1988/; ВНИГРИ /Ленинград,1989/, а также на 14 Международном совещании по органической геохимии /Париж,1989/, на У1 Всесоюзном совещании по моделированию процессов нефтегазообразования /Ленинград,1989/, на ежегодном

собрании Американской Ассоциации геологов-нефтяников в Сан-Франциско /США,1990/, на ежегодном семинаре экспериментаторов ГЕОХИ /Москва,1990/ и на Конференции молодых учёных,ИГиРГИ /Москва, 1990/ .

На_защиту выносятся следующие основные положения: ---Мйтппиирокая схема изучения нефтематеринских пород, предусматривающая параллельное исследование органическом И ми-— неральной составляющих горных пород и искусственных композиций, как при рассмотрении естественно-геологических процессов, так и в ходе лабораторного моделирования. Экспериментально установленное явление четырехкратного увеличения количества свободных липидов и изменения их качественного состава в ходе деформации НЖ без внешнего теплового воздействия.

Выявленные тенденции синхронного превращения структурных форм индивидуальных органических соединений и молекул кристаллического вещества, подвергшихся воздействию неравномерного всестороннего сжатия.

Обнаруженное при деформации снижение энергии активации, доминирующего в керогенэ типа связи, которое приводит к высвобождению дополнительного количества УВ нетермокаталити-ческой природы.

Обьём_экспериментал^ В об-

>чей сложности на установках высокого давления было проведено 79 экспериментов с горными породами, современными осадками и искусственными композициями. Методом тонкослойной хроматографии /ТСХ/ были изучены липмды в 25 образцах. Проведено более 70 хроматогра-''ических и хромато-.ягсс-спектрометрических анализов. Пиролитиче-с?'"ие исследования были выполнены с 15 образцами, дериватографи-

ческие-с 7 образцами, рентгено-структурные-с 32 образцами, электронографическиэс-с 6 образцами. Помимо этого, 12 образцов были изучены при помощи аналитической электронной микроскопии и 9 образцов были рассмотрены под растровым электронным микроскопом.

Публикации. Основные положена, настоящей работы освещены в 7 печатных работах, 4 из которых - тезисы докладов на международных симпозиумах.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы / 133 наименований / и графических приложений; Работа изложена на 151 странице, включает 26 рисунков и 21 таблицу .

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность лабораторного моделирования геохимических процессов с природными образцами в условиях действия неравномерного поля объёмных напряжений. Сформулирована н.Д'чь и м^хутттаугсып гмгомд рщюлнения методической и аналитической части экспериментального исследования. Дано обоснование выбора объекта и условий моделирования.

В первой главе проанализированы достижения экспериментального лабораторного моделирования, проводимого уже более 80лет за рубежом и у нас в стране с НМЛ, УВ фракциями и индивидуальными соединениями в чистом виде и вместе с минеральным веществом. Критически проанализированы эксперименты, моделирующие процессы естественного "созревания" ОВ в условиях теплового поля, превосходящего по интенсивности в несколько раз температурные условия на глубине. При лабораторном моделировании затрачивается от 40 до 60 ккал/молъ для тех же превращений с ОВ, на которые в естественных условиях /по геологическим данным/ расходуется от 10 до 20 ккал/моль / Tieoot, Iehiwatari, Sweeney./

Эксперименты по температурному преобразованию ОВ, проводимые с целью изучения кинетики катагенетического созревания различных типов ОВ без учета других факторов, сводят весь процесс к термической деструкции керогена, идущей с выделением УВ газов и других характерных для крекинга -продуктов. Кратко рассмотрены эксперименты, воссоздающие последствия биодеградации. Приводится обзор работ, посвящённых моделированию литогенетических трансформаций минерального вещества.

Трансформации ММ горных пород подчиняются тем же общим закономерностям, что и созревание ОВ, поэтому нефтегенерацион-

ные процессы являются составной частью общей эволюции осадочного чехла литосферы.

В первой главе приводятся модели, рассматривающие сейсмо-ак устические и вибро-тектонические факторы, инициирущие десорбционные процессы в осадочных породах и искусственных композициях /Чекашок, Иванов, Черский и др./

Вторая глава посвящена аналитической процедуре, предусмотренной методической схемой изучения ЕМП и в частности образца современных осадков. В этой главе описываются условия эксперимента: сухой образец цилиндрической формы /0 - 15 мм, Н - 30 мм/ весом не более 12г подвергался Зх-часовому всестороннему равномерно/неравномерному сжатию. Образец испытывался при .трёх эффективных нагрузках: 35 Ша, 100 МПа и 200 Ша. Величина осевой нагрузки составляла не более 112, 140 и 250 Ша соответственно. Все эксперименты проводились при комнатной температуре, т.е. 21°С.

В условиях геотермического поля средней интенсивности: 2-3°С/100м и при среднегодовой температуре на поверхности около +Ю°С на глубинах 200 - 900м следует ожидать от 13 до 24°С.

Статическая нагрузка осадочных пород /9.п = 2,3 г/см3/ на

ор

глубинах от 152,2 до 869,6 м создаёт эффективные напряжения от 30 до 200 Ша, Однако, если принять во внимание искажения объёмно-напряженного поля в ходе тектонических движений, то моделируемая глубина залегания не будет противоречить выбранному температурному режиму.

3 испытуемом образце изучались свободные и связанные формы 0В, а также ММ смешанослойной глины.

Свободные липиды из исходного и деформированного образцов извлекались экстракцией метанол-хлороформом 1:1 /по объёму/ при интенсивном перемешивании /1500-2000 об/мин/, что позволило све-

сти к мшимому неблагоприятное термическое воздействие на состав и структуру исходных компонентов /Матис,1989/.

Связанные липиды выделялись после химического разрушения связывающих их минералов. Разрушение минералов по щадящей методике /без кипячения/ и удаление соответствующей связанной шормы липидов

ТГрп и/ иш IIткун-ттплдОППЙЯТЯ.^ИП -___

Калыщтовая карбонатная матрица разрушалась 1-нормальным.рн=~ створом соляной кислоты, после чего липиды экстрагировались спирт-хлороформенной смесью.

Остаток образца омылялся 0,5-нормальным раствором КОН в метиловом спирте. Затем спирт-хлороформенным центрифугированием извлекались эфирносвязакные липиды.

Процедура экстракции липидов, связанных с алюмосиликатными минералами, повторялась и после разрушения силикатного кристаллического скелета плавиковой кислотой /без кипячения/.

'Методической схемой изучения НШ предусматриваются: препаративная тонкослойная и аналитическая газо-жидкостная хроматография, хромато-масс-спектрометрия, элементный анализ, пиролиз, рентгено-структурный анализ, электронография и дериватография, а также пс-следо'вания на растровом и аналитическом электронных микроскопах /Рис.1/.- 3 конце второй главы приводится характеристика объекта исследования.

Моделирование проводилось с образцом, отобранным из центральной части озера, из интервала 70-120см. Осадок имел чёрный цвет и характерный сероводородный запах, содержал влагу в количестве 59,9$. Минеральная часть осадка на 4/5 представлена глинисты?,1 веществом и карбонатным /на 1/5/. На долю смешанослойной фазы приходится 8% вес. от количества глинистых минералов. В образце встречаются обложи полевого шпата, кварца арагонита, гипса и кристаллики галита.

СХЕМА ИЗУЧЕНИЯ

НЕФТЕМАТЕРИНСКОЙ ПОРОЛЫ

ОБРАЗЦЫ ДЕФОРМАЦИЯ ОБРАЗЦЫ РАЗРУШЕНИЕ ЭКСТРАКЦИЯ /1ИПИДЫ разделение: к СР удаление Н. МКАНОв

Восстановительная фация высокоминерализованного мелководного водоёма благоприятствовала развитию основных биопродуцентов: зоо-фитопланктона Mienocyst-i.?, salina, ÁRtemta. и фотосинте-

зирующих зелёных и пурпурных оактерий. При концентрации сапропе-лево-гуму^овой органики Сорг = 3,7$ свободных липидов в образце

содержится 36,0 мг/г (Jopr;----.-------

Озеро Карачи /Западная Сибирь/ .представляет собой типичный внутриконтинентальный гипергалийный бессточный водоём суффозионного происхождения. Акватория озера составляет 802 га.

В третьей главе описывается явление, связанное с обнаружением свободных липидов в деформированном образце, а также проводится анализ количественных и качественных отличий УВ свободных и связанных форм исходного и деформированного образцов.

Деформации подвергался образец, из которого предварительно бит удалены свободные лшшды. Таким образом свободные липиды деформированного образца являются как бы новообразованными.

Новообразованием этот эффект следует считать лишь условно, поскольку в действительности происходит целый комплекс физико-химических явлений, благодаря которым часть ОВ переходит из связанного состояния в свободную форму, претерпевая при этом существенные изменения. В исходном образце свободные липиды содержат до 1С# УВ, состоящие исключительно из алканов и цикланов, а во вновь образованных лилвдах на долю УВ приходится 60%. В УВ деформированного образца, наряду с алканами и циклопарафинами, присутствуют ароматические УВ в количестве 17$ вес. В результате деформации меняется, и выход связанных форм, и распределение УВ во всех липидных фракциях. /Рис.2/

В составе УВ свободных липидов исходного образца преобладают н- и изоалканы. Циклопарафины представлены преимущественно

t И

Распределение п-алканов в свободных и связанных липидах

до и после воздействия неравномерного всестороннего давления при комнатной температуре

СОВРЕМЕННЫЕ ОСАДКИ оз КАРАЧИ. ЗАПАДНАЯ СИБИРЬ

О

СВООДЫС ЛИПМДЫ В «ХОЛМОМ ОБРАЗЦЕ да Л£ФОРМАЦИЯ

ОЕО - 097 СР1 - 5 в »г/к* -о «г

41

0Ш5€Ц ДЕ^ОЯИИРОвАН ПОСЛЕ ША(ММ СВ0Ш>«Х АИПИДОв

и

а

АРПМДЫ. СвЮАИМЫС С КАРСОМШМ

ОЕР - 14 СР1 -3 5 О

а!__

после дсч>омиции

ос» -< ю С»1 -140 Руфь -оач

№

/

V

гмАКМОоаАнньс мшды

ОС»-125 СИ - 164 -0 »»

.У

ПОСЛЕ ДЕФОРМАЦИИ

ССР • 110 с* - 104 Рг/к-в*

тиы.шымс с М.-& «ими!

МР-415

с»' - г и о

после деформацм

ос р. а«

СР1-<60 Рг/^1-071

у

и

Щ

V;

соединениями средней молекулярной массы: moho-, би-, трицикличесними и незначительным количеством тетра- и пентацикланов.

В 7В фракции деформированного образца отсутствуют нормальные алканы, если не считать невысокие пики iiCjg, HCjg, hCj^, hGjq и слабые на фоне нафтенового горба сигналы высших-гомологов.

Алифатические, ятштгац тлимыми м щцмяччигвпкир-- иапттрярпиды, ВХОдящие в состав свободных липидов исходного и деформированного образцов, были изучены методом хромато-масс-спектрометрии.

Как в исходном, так и в деформированном образцах найдены триметилалканы состава С^ - Си тетраметилалканы, содержащие 19, 20 и 21 углеродный атом.

В исходном образце присутствуют редко встречаемые Т-образные изопреноиды состава С£о и С25. Во вновь образованных липи-дах этих соединений обнаружить не удалось. В деформированном образце были найдены нормальные и замещенные алкил-циклогексаны состава С22- Сг^- Эти соединения представляют собой фрагменты насыщенных каротиноидных молейул.

Среди бициклических УВ деформированного образца были идентифицированы 8<а(н)- дриман и 8^>(н)- дриман, причём в количественном отношении преобладает последний, а поскольку он является продуктом эпимеризации 8^(н)- дрю;ана, то уместо говорить о преемственности структурных превращений в молекулах 0В. В исходном образце были идентифицированы только регулярные стераны, чья доля не превышает и 1% от всех УВ свободной фракции. В дефорглированном образце на долю только стеранов приходится около 20$ всей метанонафтеновой Фракции, а их гомологический ряд содержит, наряду с регулярными и изостеранами, перегруппированные и метил-замещенные стераны. /Рис.3/

СОПОСТАВЛЕНИЕ БИОМЕТОК ИСХОДНОГО * ДЕФОРМИРОВАННОГО

образцов

TJ s о

Ре г. Стр 1 Изо Стр >A\L Изо.Стр Перг.Стр 1 UW . „ M/Z 217-СТЕРАНЫ гег. ltp Мет.Сгр

Т» Тт IIa Jmi Г M/Z 191-ГОПАНЫ Гз, s Г г"

Г; JWjJ ^"^ЧЛлЛ ^ - лдлМЛ ¡4

Сопоставление параметров катагенетического созревания ; 205 /(20И + 205) по стероидной группе в исходном и деформированном образцах показало по каждому из них без исключения показало'увеличение голи совершенных структурных форм. /Табл. I/

Пентациклические изопреноиды в обоих образцах представлены

преимущественно тиитишановыми-соэдинениями. но если в исходном присутствуют молекулы состав - С32» то в деформированном рад гопанов расширяется за счёт высших гомологов: С33, С^ и, вероятно, с35.

Таблица I.

Катагенетическое совершенствование биологических меток

Образцы

СТЕРАНЫ -

Исходный Деформированный

Переход ыоно- в три-ароматические стераны т м нв обнаружены 1.0

Степень созревания 0,5 1,33

Эпимеризация С-20 г05/(2.0Ъ>2С£.) 0,1 0,4

ТЕИШШ

Конверсия ыоретанов в гопаны .И Г " ♦ м г- ■pM.sb.I2 5,26

Эпимеризация С-22 225/(223-2215) 0,40 0,57

Изомеризация Г Ь 1 не обнару- 0,95

сесквитерпанов 1в 4 А ^ 193 жены

С помощью отношения суммы моретанов: С2д и CgQ- к сумме гопанов того же состава производится оценка зрелости анализируемой УВ смеси. Соотношение принимает значение 0,14 для расчётного термодинамического равновесия /Петров,1984/. Для исследуемых объектов это отношение равно U,45 в исходном образце и 0,21 в деформированном.

Соотношение между 22К-и 22£-эшшерами приближается в деформированном образце к равновесному значении 0,61 /Maake^-te 1984/./Таблица I./ В небольших количествах в исходном образце присутствуют так называемые биологические гопаны с транс-сочленением циклов Я/Е, т.е. 17^(11),21^01) состава С30 и С2д.

В деформированном образце были обнаружены арены (17$). Идентифицированные моноароматические УВ состоят из ыоно- и три-метилзамещённых алкилбензолов. Среди них обнаружены соединения с длиной периферийной алифатической изопреноидной цепочкой, содержащей 20 и 21 углеродный атом'. Экспериментальными исследованиями показана возможность превращения биоорганической молекулы^ -каротина через полимер-геолшщдную форму в алкилбензолы С' высокой молекулярной массой /Mel-In, 1986, Матис,1989/.

В УВ свободных липидов деформированного образца имеются незначительные количества моноароматических би- и трицикл^че-ских УВ. Здесь же обнаружены молекулы со структурой бензогопа-на состава Сд2 и ^33, а также замещенных фенантренов (Cj^-^j).

В УВ деформированного образца в заметных количествах присутствуют стераны с тремя ароматическими кольцами. Эта группа аренов представлена соединениями состава Cgg-Cgg, а также молекулами, лишёнными алифатической цепочки, содержащими 20 и 21 углеродный атом. В ряду триароматических стеранов имеются 202.-и 20^-эпимеры. В составе триароматичёских стеранов обнаружены

4-метилзамещённые гомологи. Молекулы этой группы тлеют состав

При сопоставлении индивидуальных УВ исходного и деформированного образцов вскрывается несомненная преемственность структурных форм. Большое число нафтеновых УВ исходного образца имеют ПУГДГИЙ ЯРПММЧ'ИТТРЛУМА-ДНЯЛПТПТ т деформированном образце: метилциклогексаны - алкилбензолы; сесквитерпаны - нафталины; замещённые трициклические УВ - замещённые фенантрены; стераны — триароматические стераны; 4-метилстераны - 4-метил-триаромати-ческие стераны.

При всей очевидности наблюдаемого явления не всё в предполагаемом механизме диспропорционирования основных элементов ОВ

выглядит бесспорным. Тем не менее, стремление УВ молекул при переходе в свободную форму преобрести термодинамически более устойчивые структуры прослеживается во всех группах реликтовых УВ. А это свидетельствует о том, что происходящие с ОВ в ходе пластической деформации преобразования носят необратимый характер.

Четвёртая глава посвящена вопросу образования свободных ли-пидов из связанных форм в процессе деформации образца НГЛП.

В основе механизма связывания органических ионов и активных центров ММ /химико-морфологические дефекты кристаллической решётки/ лежат электростатические взаимодействия различной силы. Наряду с тем, что каждая из связанных групп характеризуется различающимися между собой источниками исходного ОВ (Пристан/Фитан) и временем вхождения в связанное состояние /силикатнповязанные -раньше, карбонатносвязанные - позже/ каждая группа меняет свой облик в ходе деформации. /Рис.2/

Если регулярные и изостеравд присутствуют и в карбонатно-, г в силикатно-, и в эфирносвязанных липидах, то перегруппированные были обнаружены только в .двух последних литгидныт формах. По гистограммам распределения соответствующих рядов стеравов и по величине С-20 эпимеризации затруднительно установить, какая же из рассматриваемых форм могла сформировать спектр стерановых УВ деформированного образца. Нельзя исключать долевого участия каждое из связанных форм и особенно ОВ, заключённого в керогене.

Тритерпановые ТВ связанных липвдов распределяются крайне неравномерно. В карбонатно- и эфирносвязанных гопанах наблвдает-ся безусловное сходство относительных количеств отдельных соединений при сохранении общего характера распределения тритернанов в диапазоне от О^у до С^. Б области элшрования тритерпановых УВ сшшкатносвязанных лшщцов присутствуют только триснорнеогопав (Тс,) и трисноргопан (Тт) состава С^у и адиантаа - регулярный гопав состава С^д* Для оилнкатаосвязащшх УВ исследуемого образца характерен усечённой спектр гопанов. В ходе проведённого исследования было установлено, что связанные формы лшпвдов исходного образца участвуют в процессе появления свободных липвдов в деформированном образце. Однако на данном этапе не представляется возможным полностью обьяснить иш>ероию в распределении биостеранов и увеличение за счёт высокомолекулярных соединений числа тритерпановых УВ, наблюдаемые в деформированном образце.

Во второй части четвёртой главы рассматриваются результаты анализа элементного состава ОВ, находящегося в протокероге-не и в связанном с надоразрушенной минеральной матрицей состояние, на долю которого приходится не более Ъ% от оставшегося в образце ОВ.

Сравнительный анализ элементного состава родного и де-

- ™ показал что соотношение Н/С в дефор-фотщрованного образцов показал, что w

nrtnn.ne в I 7 раза выше, чей в исходном. То же про-патованном образце в i,' • .„„„,

А/с а соотношение О/С остается неизменным, исходит с величиной Ь/С, а 'оошишсш1

^з м» баланса показал, что инйо место диспроиор-црошрование «щши »сем. водорода-

меяаг различными фрашшши ОВ.

Этические исследования на установке -Рок-Звал позлили провести расе, знер» акт« Г™ /55 ккалЛюль/ и дарование« образца/49 „кал/моль/. ' Ч10 в результате дфркации материнская порода нроизво-

' 2 раза больше JB. чем польется при те, se условиях пиролиза из исходно« образ», говорит о той, что гео*— .L актива™ материнско* порода является благоприятиш факте-

IJOU процесса генерации нефти.

пящиаш посвящена изучена» криеталлохимических превра-

иешц иллит-смектитовой сметанослойной глинистой фазн, вызванных пластическими дфрмациями силвкатной Ш.

«нослойнне гливы являйся наиболее чувствительна к

изменениям ««—Р—» »—™

деля смешанослойной фазн в патово» Фракии не превншает «. Га, примере удается проследить последовательна кристаллов-

ческие трансфер»». «Г— - ПЫа «ротер« и метаете тра ^и шутов, Эилшжер. Иноуз и тасоматических процессов /Коссовская, шут .

„р./ и в условиях прогрессивного эпигенеза /УивеР. Карпова. Зхус.

Клубова и др./ • „„„

Наиболее в« этапа« з^лшв —о» -«риш „стнх силикатов являйся: иллитизацш. (увеличение доли неразбуха-^ пакетов), хлоритизация и сл^тизации. происходи на зта-

пе окончательной переработке осадочных минералов в условиях метаморфизма. Объёмно-напряжённое состояние прежде не рассматривалось как фактор возможных превращений минеральных форм.

Изучение этого аспекта стало возможно благодаря сочетанию аналитической электронной микроскопии (определение химического состава методом Энергии Рассеивания Рентгеновского луча /ЕВАХ/) и экспериментов по всестороннему неравномерному сжатию.

Силикатный слой пространственной ячейки состава ¿»205 -электрически нейтрален. В свою очередь два силикатных слоя, образуя структуру состава (ОН^й^О^ приобретают отрицательный заряд - 6 эВ. Возникший отрицательный потенциал компенсируется за счёт либо двух трёхвалентных металлов (АХ^.Ре"1^), либо трёх двухвалентных (Ма+2,Е'е+^и Са+^), формирующих в октаэдрической координации свой слой. Расстояние катион-анион в случае -тет^л-рд&цра равно 1,62 2., а в случае А1 -тетраэдра 1,77 5. Однако в естественных минеральных формах наблюдается изоморфное замещение ¿н^на В результате этого электрическое поле вокруг тетра-

эдрического слоя А^-х^бп становится неоднородным.

В диоктаэдрических структурах, у которых в октаэдрическом слое народу с А1 присутствуют другие катионы, прослеживается

тенденция к увеличению среднего расстояния (А1-0) с ростом параметра "Ь" кристаллической ячейки /Дриц,1975/. Элементный анализ, выполненной на электронном микроскопе, позволил воссоздать молекулярную формулу иллит-смектитовой смешанослойной фазы:

где формула I соответствует иллит-смектитовой фазе исходного образца, а формулы 2 и 3 - той же минеральной фазе в деформированном образце, причём последняя принадлежит ММ, с поверхности которой удалены свободные лшшды. 20

В ходе реконструкции структурно-химических форм установлено, что собственный электрический зардц ячейки 2-ого образца существенно выше схожих между собой значений зарядов 1-ого и 3-его образцов. Наряду с этим уменьшается содержание понов гидроокси-ла от 1^-ого ко 2-ому образцу на 30$ и от 2-ого к З-ему образцу рп]р на Игппу-птттрппнлидл, ^годящиеся в межслоевом пространстве, уступают гвдрооксилам октаэдрического слоя по силе свази, что позволяет отнести данное явление к дегидратации обменных катионов.

Электронографические исследования показали, что рефлексы от базальных поверхностей, позволяющие определить расстояние между силикатными слоями, сильно размыты, т.е. неупорядоченно распределённые в структуре пакеты имеют разную толщину слоёв. С другой стороны, устойчивое увеличение параметра "Ь" от 1-ого ко 2-ому и 3-ему (9,024; 9,030; 9,031 Я указывает на удлинение связи (А1-0).

Из вышесказанного следует, что происходящие с минеральным веществом преобразования протекают в рамках исходных минеральных форм и не приводят к заметным рентгеноструктурным трансформациям, но даже в этих условиях не прекращаются физико-химические процессы, и по-прежнему идёт термодинамическое совершенствование структурны фрагментов, напрямую связанное с появлением катагенети-чески зрелых форм в свободном 0В, т.е. УВ нефтяного ряда.

В шестой главе на примере Припятского нефтегазоносного бассейна, где наряду с температурным фактором очевидна роль тектонического, рассматривается естественно-геологическая модель формирования очагов нефтегазонакопления. Наибольший интерес представляет с этих позиций северо-восточная часть прогиба. Нефтеносными являются структуры, совпадающие в плане с областями интенсивных деформаций, концентрирующихся в

приразломных зонах, вблизи которых сосредоточиваются аномалии .различной природы: петрофизические, гидро- и геохимические, гравитационные, кристаллохиыические и АНГ1Д.

В разрезе девонских отложений, согласно комплексу геохимических критериев (Сорг,^ ^зд, (5^+^) - нефтегенерационннй потенциал и градации катагенеза) полностью подтверждаются выдележые ранее в качестве нефтеыатеринских толщ два горизонта: семилукско-саргаевский (подсолевой) и задонско-еледкий (межсолевой). Они же являются и нефтеносными на подавляющем большинстве месторождений Припятского прогиба. Это - веское свидетельство сингенетичности нефтей вмещающим породам.

Оба карбонатно-глинистых горизонта перекрываются флщдоне-проницаемыми соленосными отложениями ливенско- верх.ч. евланского и елецко-лебедянского подьярусов.

Непрекращающиеся тектонические движения приводят к перераспределению статических нагрузок и резким сменам поля объёмных напряжений в подсолевых и, в особенности, в межсолевых карбонатных органогенных постройках, что уже само по себе и без участия внешнего теплового поля способствует образованию 'нефтяных УВ. В свою очередь чередование галитовых масс и НМП совдаёт благоприятные

условия для аккумуляции жидких в газообразных УВ 'т ь1+и. На примере трёх групп месторождений: Сосновское и Южно-Соснов-ское; Золотухинское Тишковское и Ыалодушинское; Александровское и Екно-Александровское - были впервые установлены геохимические индикаторы, позволившие провести различие между нефтями термокаталитической природы и нефтями, образовавшимися из полимер-липидного ОВ в ходе пластической деформации нефтепроизводящих отложений. Это стало возможным благодаря методам молекулярной геохимии. Интенсивность деформирупцих усилий отобразилась на

групповом составе битумоида: преобладающей стала нафтено-арома-тическая группа углеводородных соединений. В облике нефтей тоже видны отличительные черты: нефти дислоцированных блоков содержат значительные количества полицаклических изопреноидов, а нефти спокойно залегавших горизонтов практически лишены нафтеноз

На цуимеру-естественно-гвологинеской модели нефтегазонакоп-ления при помощи геохимических характеристик в единых в фациаль-но-генетическом плане нефтях удалось найти черты, подтверждающие факт геодинамической активизации нефтегенерационных процессов.

Явления, описанные в настоящей работе позволяют раздвинуть рамки традиционных представлений об эволюции ОВ в осадочных бассейнах и тем самым снять многие противоречия, связанные с неравномерностью созревания ОВ и распределения скоплений нефтяных УВ в толщах осадочных чехлов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате всестороннего анализа традиционных представлений о процессе генерации НМЛ природного газа и жидких УВ, а также с учетом новых взгляда®, высказываемых сторонниками различных научных направлений в среде советских и зарубежных ученых, автором была разработана методико-аналитическая схема изучения НМЛ. Эта схема позволила осуществить на практике в экспериментах по всестороннему сжатию процесс образования нефтяных УВ в условиях, исключающих внешнее тепловое воздействие.

В ходе изучения экспериментальной и естественно-геологической моделей генерации нефтяных УВ материнскими породами были получены результаты, на основании которых .моуно сделать выводы, отражающие сущность основных защищаемых положений.

1. В образце современных осадков, содержащем одни только связанные формы ОБ, после деформации при 21иС были обнаружены свободные липиды в количестве в 4 раза превосходящем их концентрацию в исходном образце.

2. Качественный состав свободных липидов деформированного образца свидетельствует о многократном увеличении доли УВ: с Ъ% в исходном до 60$ в деформированном, о появлении аренов /'17$/ и о сокращении количества н- и изоалканов.

3. Впервые, олагодаря анализу пространственной эпимериза-ции хиральных центров и изменения характера сочленения отдельных звеньев в стероидных и тритерпеноидных структурах, установлено, что новообразование сопровождается совершенствованием сте-реохимических форм. УВ деформированного образца не уступают по глубине катагенетической "зрелости" нефтяным.

4. Неравномерное поле объёмных напряжений способствует сосредоточению сдвиговых напряжений на поверхности твердой минеральной фазы. Поскольку глинистые минералы обладают наиболее развитой поверхностью, то именно в их структурах в первую очередь зарождаются кристаллохимические трансформации,' которые сопровож-

'пмщчг.н - 1>№ЖЕдниам-дшфяттфпяянтюсти межслоевых катионов на 30% и более; увеличением собственного электрического заряда в 1,4 раза; изменением параметров кристаллической рещётки; перераспределением энергий связи в обменном комплексе, приводящем к росту энергии активации до 24,8 ккал/молъ.

5. Процессы деформации оказывают воздействие и на кероген, в котором происходят сложные структурные изменения. Они происходят в результате снижения энергии активации доминирующего типа связи. Это в свою очередь приводит к более полной реализации ке-рогеном своего нефтегенерационного потенциала.

6. Основываясь на экспериментальные данные и привлекая к ним теоретические построения Конторовича А.Э., Еременко Н.А., Пецюхи Ю.А., в работе излагается обоснование научной и практической целесообразности изучения верхних горизонтов осадочных бассейнов в зонах с повышенной геодинамической активностью с целью обнаружения нефтяных скоплений.

7. На примере нефтеносности Припятского прогиба установлены геохимические критерии, позволяющие оценивать эффективность геодинамического воздействия на НМЛ. С их помощью удаётся различать УВ термокаталитической природы и УВ, образовавшиеся вследствие энергетических преобразований в керогене. вызванных пластической деформацией материнской породы.

Основные положения диссертации опубликованы з работах: I. Чернова Т.Г., Селиванов О.В. Пиролитический глетод е изучении

структур~высокомолекулярных кошонентов органического вещества морских осадков, ВИНИТИ, 1987, 4I87-B87 .

2. Сидоренко О.В., Селиванов О.В., Фомин А.А. Кристаллохимиче-ские особенности смектита из бентонитовой глины вулканогенного происхождения, II Всесоюзное совещание по рентгенографии минерального сырья, Тезисы, Миасс, 1989.

3. Фомин А.А., Селиванов О.В., Зонн М.С-., Пещаха Ю.А. Экспериментальные исследования матрицы нефтепроизводящих пород и неф-тей в условиях неравномерного обьёввего сжатия« 71 Всесоюзный семинар:"Теоретические, природные и экспериментальные модели нефтегазообразования и их использование в прогнозе нефтега-зоносности", Тезисы, Л., 1989, с.119-120 .

4. Petzoukha,Yu., Fomin,A., Selivanov.O., Kurakolova.E. Experimental transformation of source rock matrix under differential confining pressure. Abstracts, 14th International meeting on org.lieochem., 1989, Paris.

5. Petzoukha,Tu., Selivanov.O.. Fomin,A. Transformation of recent sediments under differential confining pressure.

Amer. Ass. Fetr. Geol. Annual meeting, San Francisco, June 3-6, AAPG Bull., 1990, v.74,(5) p.740 6 Selivanov,u.,Kurakolova,E., Petzoukha,Yu., Vorobyeva,li. Modeling of low-temperature processes of oil formation, Abstracts, 13tb International sedimentological congress, England, 1990, p.289-290. ?. Petzoukha,Yu., Selivahov,0., Kourakolova,E. Physical and

chemical processes of source-rock deformations, 13 International sedimentalogical congress, England, 1990, p.175.

th