Понятие о нефтегазоматеринской свите

Нефтегазообразование — сложная совокупность процессов, протекающих в недрах, т.е. эти процессы в природе наблюдаемы быть не могут. Видны лишь их фиксированные результаты, запе­чатленные в некоторых естественных телах, как в пространстве, в котором эти процессы протекали. Естественным телом, где осу­ществлялись (и при соответствующих условиях осуществляются и ныне) процессы нефтегазогенерации, является нефтегазомате-ринская свита (НГМ-свита). Это понятие было введено в науку около 70 лет назад классиками геологии (Архангельский, 1927; Губкин, 1932; и др.). В ту пору методы органической геохимии только зарождались, и объекты, соответствующие этому понятию, выделялись чисто геологическими методами, а главными их при­знаками были литологический состав и цвет. Такой первоначаль­ный подход оказался верным, ибо содержал в себе и геологичес­кую, и (в скрытом виде) геохимическую информацию, так как именно цвет является главной внешней геохимической характе­ристикой любой осадочной породы и определяется, за редким исключением, соотношением концентрации ОВ и форм железа. В дальнейшем, на заре органической геохимии как науки, но уже при развитых химических методах исследования (40-45 лет на­зад) при обнаружении «повсюдности» УВ, т.е. при фиксации тех или иных их количеств в любой осадочной породе, понятие «нефтегазоматеринская свита» стало расплываться, терять свои очертания. Однако около 15 лет назад стало возможным вновь обратиться к этому понятию на новом уровне исследований. Зна­чительность такого понятия непротиворечиво обосновывается с позиций учения о формациях как о парагенезах пород (по Н.С. Шатскому, Н.П. Хераскову и др.) в сочетании с иерархией (соподчинением) уровней организации вещества геологических объектов: атомы → молекулы → минералы → породы → форма­ции → парагенезис формаций → субоболочки (геолинзы) → обо­лочки (геосферы). В табл. 4.1 представлен иерархический прин­цип восходящей ветви онтогенеза УВ и их скоплений, место НГМ-свит на этой иерархической лестнице. Атомному уровню отвечает дифференциация изотопов нефтегазообразующих эле­ментов; молекулярному — образование радикалов, молекул УВ и

родственных им веществ. «Минеральный» уровень в данном слу­чае — само ОВ как породообразующий элемент более низкого уровня, входящий в объект более высокого уровня (породу); на этом уровне осуществляется обособление компонентов группово­го состава ОВ. На породном уровне реализуется отрыв от ОВ его подвижных компонентов, т.е. вступает в действие механизм эмиграции УВ и происходит образование микронефти. Превра­щение же микронефти в собственно нефть (макронефть), процес­сы миграции и аккумуляции нефти и газа происходят уже на формационном уровне, где осуществляется дивергенция — под­разделение формаций на нефтегазогенерирующие (материнские) и нефтегазосодержащие (или потенциально нефтегазосодержа-шие. т.е. формации — резервуары). Пространственная совокуп­ность НГМ-свит, находящихся в ГЗН, образует очаг нефтегазооб-разования (ОНГО), а пространственная совокупность нефтегазо-содержащих горизонтов (залежей, месторождений) — зону нефте-газонакопления (ЗНГН). В свою очередь совокупность ОНГО и ЗНГН и образует нефтегазоносный бассейн (НГБ) — объект субоболочечного (геолинзового) уровня, а совокупность НГБ со­ответствует так называемой УВ-сфере.

Итак, НГМ-свита — элементарный объект формационного уровня. И.О. Брод более 40 лет назад определял НГМ-свиту как формацию (Брод, Еременко, 1957). Поскольку всякая геологичес­кая формация представляет собой парагенетическую ассоциацию пород, постольку НГМ-свите (формации) можно дать следующее

определение: НГМ-свита — парагенетическая ассоциация обога­щенных автохтонным ОВ пород, рождающая в процессе литогене-тической эволюции углеводороды, способные к аккумуляции.

Наряду с термином «нефтегазоматеринская свита» в литера­туре нередко встречается термин «нефтематеринская свита» (НМ-свита). При этом имеется в виду, что данная свита может генери­ровать в жидкие и газообразные УВ; также используется термин «газоматеринская свита» (ГМ-свита), где способны генерировать­ся преимущественно газообразные УВ. Более общее понятие «нефтегазоматеринская свита» заменяется «потенциально нефте­газоматеринская свита», «нефтегазопроизводящая свита», «нефте-газопроизводившая свита». Иногда они употребляются как сино­нимы, а иногда как альтернативные друг другу. На самом же деле эти термины выражают понятия, характеризующие последова­тельные этапы эволюции рассматриваемого природного объекта нефтегазоматеринской свиты.

Термин «потенциально нефтегазоматеринская свита» (ПНГМ-свита) отвечает этапу начального существования объекта от седиментогенеза до раннего протокатагенеза включительно, когда генерационные свойства объекта только сложились и гото­вы к реализации. Однако в геологии известно немало случаев, когда нефтегазоматеринский потенциал объектов так и остался нереализованным вследствие недостаточной зрелости. Примером таких потенциально НГМ-свит, очень богатых ОВ, могут служить диктионемовые сланцы нижнего ордовика и кукерские сланцы среднего ордовика Эстонии. Термин «нефтегазопроизводящая свита» характеризует этап реализации потенциала (от конца про­токатагенеза до начала апокатагенеза), при этом форма термина свидетельствует о том, что генерация УВ происходит и в настоя­щее время. Это, как правило, имеет место в областях современ­ного погружения на континентальных окраинах и в некоторых молодых кайнозойских бассейнах континентов, где НГМ-свиты находятся в зоне максимальных за их историю температур (май­копская свита олигоцена-миоцена некоторых районов Предкав­казья, формация Монтерей верхнего миоцена Калифорнии). Тер­мин «нефтегазопроизводившая свита» прежде всего предполагает генерацию УВ только в геологическом прошлом. Однако этот термин имеет двоякое значение. Во-первых, он может означать прекращение генерации УВ на каком-то этапе эволюции НГМ-свиты (вследствие восходящих движений, снижения теплового потока и др.), когда генерационный потенциал еще не исчерпан. Примером таких объектов могут служить доманиковая формация Русской плиты, НГМ-свиты венда Непско-Ботуобинской антек-лизы и куонамская свита нижнего-среднего кембрия Анабарской антеклизы Сибирской платформы. Второе значение рассматрива-

емого термина — практически полная реализация НГМ-свитой своего потенциала (глубокий апокатагенез вплоть до метагенеза). Примером таких объектов являтся НГМ-свиты силура и девош Предуральского прогиба (прежде всего его складчатого борта), а также НГМ-свиты рифея-венда и нижнего кембрия северо-запад Сибирской платформы. Для каждого конкретного объекта выде­ление НГМ проводится с учетом уровня катагенетической зре­лости. Так, конкретная свита, находящаяся в данный момент в термобарических условиях, отвечающих МК₅, будет являтюг нефтепроизводившей и газопроизводящей, т.е. уже отдавшей жидкие УВ и в настоящий момент генерирующая только газ.

Цитологический спектр пород, слагающих НГМ-свиты, дос­таточно широк. Напомним, что при прочих равных условиях для сохранности ОВ в седиментогенезё и аэробном диагенезе, т.е для его фоссилизации, наиболее благоприятны осадки пелитовой размерности; к тому же глинистые минералы, являясь хорошими сорбентами, адсорбируют растворенное ОВ из вод бассейна в процессе седиментации. В связи с этим в обшем случае в фаци-альном профиле осадочных пород — от конгломератов до глин (аргиллитов), и глинисто-карбонатных пород обогащенность ав­тохтонным ОВ находится в прямой зависимости от количества глинистой примеси. В то же время в ряду карбонатные → глинис­тые карбонаты → мергели → карбонатные аргиллиты послед­ние члены по концентрации ОВ не уступают чисто глинистым породам, а нередко превосходят их (рис. 4.1). Для «чистых» кар­бонатов и их глинистых разностей, т.е. для первых членов ряда, статистически характерны малые концентрации ОВ, но и здесь они иногда бывают повышены и в глинистых разностях достигают нескольких процентов. Для этих пород существенную роль играет петрографический тип карбонатной составляющей, определяемый фациальной принадлежностью породы: при про­чих равных условиях наивысшие концентрации ОВ приурочены к хемогенным и фитогенным (водорослевым) разностям карбона­тов, тогда как органогенные (зоогенные), обломочные и оолито­вые разности карбонатных пород содержат, как правило, ничтож­ные количества автохтонного ОВ.

Минералогия карбонатной составляющей пород в принципе нейтральна к обогащению ОВ, т.е. она может быть как кальцито-вой (известковой), так и доломитовой, а также смешанной. В си­ликатном ряду осадочных пород обогащенными сапропелевыми альгогенным и (или) зоогенным планктонным ОВ, ответственны­ми за образование жидких УВ бывают, как правило, лишь гли­нистые породы (глины, аргиллиты), а также сильно глинистые алевролиты.

В песчаных, а тем более в грубых породах содержание сапро­пелевого ОВ обычно ничтожно (менее n·0,01%). Однако песчаные породы верхнего палеозоя и мезокайнозоя, т.е. генетически свя­занные с эпохами, когда высшая растительность завоевала конти­ненты, нередко бывают обогащенные гумусовым ОВ в детрит-ной форме 1—2% на породу. В случае песчано-алевритовых пород нижнего палеозоя-допалеозоя обогащение их ОВ связано с дет­ритом донных бурых водорослей (Laminarites,Vendotenia). Приме­ром формации, сложенной подобными породами, могут служить ламинаритовые слои котлинского горизонта V₂ Русской плиты. Такие породы в палеозое—допалеозое встречаются редко. Бурые водоросли (Phaeophita) обладают крайне низким содержанием ли-пидов (1-3%), и их геохимическое поведение близко к таковому

гумусового ОВ.

Формации, сложенные вышеописанными разностями песча-но-алевритистых пород, могут рассматриваться лишь как газома­теринские свиты (ГМ-свиты).

Обогащенные сапропелевыми ОВ нередко бывают и крем­нистые породы, в особенности их глинистые разности (глинис­тые силициты). Источником ОВ в них являются планктонные во­доросли с кремневым скелетом (диатомеи и их предки). Такие породы слагают, например, пиленгскую свиту миоцена Сахалина,

часто встречаются в баженовской свите (J₃) Западной Сибири, доманиковой свите (D₃) Русской плиты, куонамской свите Є_1-2 Сибирской платформы и в других формациях. В ряду эвапорито-вых пород слабое обогащение ОВ встречается иногда в глинистых разностях ангидритов.

Как и породы, формации бывают и моно- и полипородными. Минералы могут быть породообразующими и акцессорными; так же как и породы, их можно рассматривать как формациообразу-ющие и как акцессорные. Для НГМ-свит важно, чтобы обога­щенные ОВ породы были формациообразующими, а не акцессор­ными.

Остается выяснить, какая степень обогащения породы ОВ необходима и достаточна для того, чтобы считать ее элементом НГМ-свиты. Неотъемлемым свойством такой породы должна быть способность рождать и отдавать УВ, в том числе и жидкие (микронефть). Практика многолетних исследований показала, что нижним пределом концентрации С_орг в породе, с которого начи­нается отдача УВ (в случае сапропелевого и (или) существенно сапропелевого ОВ), является значение 0,1% на породу — при средних градациях катагенеза. Данное уточнение необходимо, так как концентрации ОВ (С_орг) в породах в процессе катагенеза уменьшается за счет генерации и удаления летучих углеводород­ных и неуглеводородных продуктов. Однако масштаб снижения не так значителен, но все же ощутим: в наиболее липидных сап-ропелитах концентрация С_орг от начала до конца катагенеза сни­жается в 3-4 раза (подробнее см. разд. 4.2).

В отличие от минеральных составляющих породы ОВ являет­ся настолько значимым, настолько «агрессивным», что уже при содержании в породах С_орг > 0,1 вес.% оно оказывает влияние на свойства пород и прежде всего на наиболее визуально значи­мое — цвет, а также на всю их «геохимическую жизнь». В целях (и с позиций) изучения нефтематеринских свойств все породы поделены на следующие группы по концентрациям в них С_орг (по восходящей, вес.%): 1) породы со сверхрассеянной формой ОВ (С_орг < 0,1); 2) субдоманикоидные (0,1-0,5); 3) доманикоид-ные (0,5-5,0); 4) доманикитные (5,0-25,0). Эти три термина образованы по названию доманиковой формации (D₃) Русской плиты, одной из наиболее широко распространенных на террито­рии России и наиболее рано описанных. Последнюю, пятую груп­пу пород составляют собственно сапропелита, где С_орг > 25 % на породу, т.е. ОВ по объему заведомо превышает 50% и является преобладающим породообразующим элементом (табл. 4.2). О ко­личественном «барьере» между первой и второй группами пород говорилось выше. На рубеже субдоманикоидных и доманикоидных пород (0,5%) статистически также отмечается смена свойств и

особенностей пород — как правило, сероцветные породы перехо­дят в темноцветные (коричневые и черные). Такое изменение цветовой гаммы пород присуще подстадиям мезо- и апокатагене-за. В протокатагенезе цвет пород, обогащенных ОВ, в значитель­ной мере определяется биоценотическим составом исходного ОВ. Так, в случае планктонных водорослей порода при любых кон­центрациях С_орг имеет желтоватый или светло-коричневый цвет. В самом ОВ уже не встречаются диагенетически окисленные раз­ности, распознаваемые углепетрографическими методами (окси-

сорбоколлоальгинит).

Граница доманикоидов и доманикитов проходит при С_орг = 5 вес. %. Это значение выбрано не только потому, что оно удобно как «половинное» в десятичной системе исчисления, но и потому, что, во-первых, близко к медианному и среднеарифмети­ческому значениям С_орг в стратотипических разрезах доманико­вой формации D₃ (по сотням аналитических определений), во-вторых, характер статистического распределения С_орг в этих разрезах обнаруживает две совокупности пород с «провалом» 5 вес. %, т.е. доманиковая формация состоит из доманикитов

(С_орг > 5-22%, с модой 7-9%) и из доманикоидов (С_орг = 0,55%. с модой 0,8-1,5 %). Субдоманикоиды (С_орг = 0,1-0,5%) крайне редки, породы со сверхрассеянной формой не встречаются.

Итак, к нефтегазоматеринским (точнее — к микронефтегазо-материнским, т.е. отдающим микронефть) по критерию концен­трации С_орг относятся породы всех вышеперечисленных групп, кроме первой (со сверхрассеянной формой ОВ). В этих породах (с концентрацией С_орг < 0,1% на породу) степень битуминизации ОВ (β, %) не снижается во второй половине мезокатагенеза, т.е. практически не зависит от степени преобразованности в отличие от более обогащенных пород, что свидетельствует об отсутствии способности отдавать подвижные компоненты породами первой группы. Более того, в конце мезокатагенеза и в апокатагенезе концентрации битумоидов в породах с различным содержани­ем С_орг выравниваются и не превышают обычных значений (п-0,001 %); при этом для субдоманикоидных и более богатых пород такие концентрации характеризуют остаточные битумоиды, а в породах со сверхрассеянной формой ОВ они являются исход­ными. Те же пределы концентраций С_орг характеризуют и форма­ции в целом (т.е. НГМ-свиты) с соответствующими названиями; для формаций концентрации рассчитываются как средневзвешан-ные для слагающих их типов пород (при недостатке информации приходится довольствоваться среднеарифметическими значения­ми С_орг). Таким образом, к нефтегазоматеринским относятся формации субдоманикоидные, доманикоидные, доманикитные и формации сапропелитов. В каждом из типов этих форма­ций типы пород по концентрации могут варьировать в широких пределах.

В породах практически бескарбонатных и низкокарбонатных (в глинистых и глинистоалевритовых) за нижний концентрацион­ный предел С_орг необходимо принимать величину несколько большую — не 0,1, а 0,2% на породу. Последнее связанно с тем, что в силикатных породах значительно выше изначальное содер­жание минеральных окислителей, прежде всего окисного железа, поэтому и ОВ в них более окислено в анаэробном диагенезе и при прочих равных условиях нефтематеринский потенциал его ниже.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что вышеприведенная классификация пород (и формаций) по признаку концентрации С_орг и все выше охарактеризованные их свойства относятся ис­ключительно к объектам, содержащим сапропелевое и(или) су­щественно сапропелевое ОВ, биоценотически представленное планктонными водорослями (альгинит) и(или) зоосоставляюшей (хитинит), иногда с небольшой примесью бентосных водорослей (псевдовитринит). Такие объекты характеризуют осадочный до-

кмбрий (без зоосоставляющей), нижний и большую часть сред­него палеозоя, т.е. представляют НГМ-свиты, сформированные в эпохи, когда не существовало высшей наземной флоры и накап­ливающееся в бассейнах ОВ было гарантировано от примесей, аллохтонных по отношению к самому бассейну. Подобные НГМ-свиты наиболее характерны для бассейнов древних плат­форм и их краевых частей. В верхнем палеозое, мезозое и осо­бенно в кайнозое чисто сапропелитовые формации более редки, особенно в морских фациях. В кайнозое часто встречаются сап­ропелитовые доманикоидные и доманикитные формации озерно­го генезиса аридных зон, например формация Грин Ривер Север­ной Америки.

Несмотря на то что на протяжении всей геологической исто­рии в целом в субаквальных условиях обитали, а стало быть, и посмертно захоронялись в осадках представители всех типов рас­тительного и животного царств, состав фоссилизированного ОВ осадочных пород чаще всего формировался за счет ограниченно­го числа групп организмов. Более того, в породах доманикоид-ных и доманикитных формаций состав ископаемых организмов, как правило, специфичен и систематически ограничен. Даже в присутствии нескольких типов и классов организмов констатиру­ется чрезвычайно бедный их родовой и видовой состав. Класси­ческий, предельный вариант — ОВ кукерского горючего сланца О₂ (кукерсита) Русской плиты. Электронномикроскопические ис­следования показали, что оно полностью состоит из остатков планктонных синезеленых водорослей (Gloeocapsamorpha).

НГМ-свиты позднего палеозоя, мезозоя и кайнозоя накапли­вались во времена, когда континенты были уже основательно за­селены высшей растительностью, в том числе и в значительной степени древесной с большей биологической массой, плохо под­дающуюся окислению даже в зоне аэрации. Это не могло не при­водить к ощутимому сносу растительного детрита в бассейны се­диментации. Следствием этого, естественно, явилось то обстоят­ельство, что на огромных пространствах бассейнов в осадках за-хоронялось смешанное ОВ. И только на участках акваторий, зна­чительно удаленных от источников сноса, а также в озерных кот­ловинах аридных зон могли накапливаться чистые сапропелиты. В упомянутые эпохи накопление ОВ в существенно большей сте­пени зависело от климатических условий, нежели в более ранние эпохи палеозоя-допалеозоя.

Можно даже утверждать, что сама климатическая зональ­ность с заселением континентов растительностью приобрела бо­лее четкое выражение. Следствием сноса континентального рас­тительного детрита в бассейны явилось общее увеличение кон­центрации ОВ практически во всех типах пород, особенно в тер-

ригенных. Поскольку за генерацию жидких УВ, т.е. за нефтеобра-зование, ответственны прежде всего сапропелиты, то при сме­шанных разностях ОВ нижний предел концентрации С_орг для нефтегазоматеринских пород (и формаций) становится расплыв­чатым и неоднозначным. Во всяком случае это значение заведо­мо выше 0,1—0,2%, каковым оно является для пород с чисто сап­ропелевым ОВ. Практически все терригенные породы, по край­ней мере мезокайнозоя, содержат не меньшие количества С_орг, а более низкими концентрациями (n·0,01%) обладают лишь карбо­натные «белоцветные» породы (например, известняки верхней юры, верхнего мела, эоцена и сарматского яруса Крыма и Кавка­за). Однако НГМ-свиты PZ₃, MZ и KZ как объекты формацион-ного уровня выделяются без особого труда; в то же время оце­нить их нефтегазоматеринский потенциал намного сложнее, чем в НГМ-свитах с чисто сапропелевым ОВ — прежде всего вслед­ствие латеральной и вертикальной изменчивости в породах соот­ношений ОВ разных генетических типов.

В нефтегеологической науке давно и хорошо известно, что ОВ распределено в стратисфере неравномерно как по латерали, так и по вертикали. Около 40 лет назад было замечено, что гори­зонты, представленные породами, обогащенными ОВ, т.е. НГМ-свиты, распределены по разрезу не хаотично, а вполне законо­мерно: они отвечают трансгрессивным и регрессивным фазам циклов седиментации разных порядков; в то же время инундаци-онным и эмирсионным фазам обычно соответствуют форма­ции, породы которых крайне бедны ОВ. Для палеозоя—допалео-зоя отмечается следующая закономерность: для регрессивных НГМ-свит характерен более фитопланктонный состав исходного ОВ, тогда как в трансгрессивных аналогах в ощутимых количес­твах обычно присутствует фитобентос, а в палеозое и(или) зоо-бентос и зоопланктон. В породах регрессивных НГМ-свит обыч­но ниже концентрация форм железа — диагенетических мине­ральных окислителей. В связи с этим изначальный П_нм этих по­род при прочих равных условиях выше, чем таковых в трансгес-сивных НГМ-свитах. По объему НГМ-свиты обычно отвечают литостратиграфической свите либо подсвите, иногда пачке, что стратиграфически может соответствовать ярусу, подъярусу, гори­зонту, иногда целому отделу. Наблюдается закономерность (име­ющая и исключения): чем моложе НГМ-свита, тем меньший стратиграфический объем она охватывает и тем более мелкий цикл седиментации характеризует. В рифее НГМ-свиты отвечают обычно фазам циклов в 90 млн лет, в венде и раннем палеозое — в 45 млн лет; в среднем и позднем палеозое НГМ-свиты своим положением подчеркивают в разрезе еще более мелкие циклы (в 22,5, иногда в 11 млн лет). Такого же порядка периодичность

чередования НГМ-свит можно отметить и в мезозое. Характер и масштаб периодичности появления НГМ-свит в кайнозое прак­тически не изучены, хотя сам факт периодичности фиксируется и здесь. Вышеотмеченная ярко выраженная периодичность в распо­ложении НГМ-свит характеризует шельфовую седиментацию. В случае халистатической седиментации, присущей преимущест­венно окраинам континентов, обогащение осадков ОВ могло происходить, вероятно, в течение всего довольно длительного срока; в результате сформировавшиеся НГМ-свиты могут охваты­вать сразу несколько систем (например, палеозой Таймыра и Лемвинской зоны Приполярного Урала, средний-верхний палео­зой и триас Скалистых гор Канады).

Причины вышеописанного феномена — распределение НГМ-свит в стратисфере (точнее, в УВ-сфере) сложны, не единичны и пока еще недостаточно исследованы. Они требуют специального рассмотрения, но здесь ограничимся лишь вышеприведенным кратким описанием самого феномена.

В заключение отметим, что НГМ-свиты известны во всех системах палеозоя, мезозоя и кайнозоя, а также в венде и рифее. Поскольку фиксируется синхронность циклов седиментации раз­ных порядков для различных бассейнов, постольку возможна и корреляция НГМ-свит между собой и прослеживание их на регио­нальном, межрегиональном и даже на глобальном уровнях. Наи­более распространенными в мире являются НГМ-свиты верхнего девона-раннего карбона и верхней юры, а также нижнего-сред­него кембрия, среднего ордовика, нижнего силура, нижней пер-ми, нижнего мела-сеномана, олигоцена-миоцена (см. рис. 2.3).