Онтогенез УВ в осадочных толщах бассейнов различного тектонотипа и возраста в зависимости от конкретных геологических и генетических факторов рассматривается в ряде работ, из которых основополагающими являются труды И.О. Брода, Н.Б. Вассоевича, И.В. Высоцкого, И.М. Губкина, Ф.Г. Гурари, Н.А. Еременко, В.И. Ермакова, А.А. Карцева, А.Л. Козлова, К.Н. Кравченко, С.П. Максимова, М.Ф. Мирчинка, В.Д. Наливкина, С.Г. Неручева, И.И. Нестерова, В.Ф. Раабена, Е.А. Рогозиной, В.П. Савченко, В.А. Соколова, В.А. Успенского, Н.Ю. Успенской, М. Бестужева, Д. Вельте, У. Гассоу, Э. Дегенса, Дж. Коннана, А.И. Леворсена, Д. Лейтхойзера, М. Луи, К. Лэндса, У. Рассела, М. Тайхмюллер, Б. Тиссо, Дж. Ханта, X. Хедберга и мн. др. (14, 33, 55, 78, 80, 116, 123 и др.).
Онтогенез и филогенез газа и нефти в земных недрах определяются большим числом природно-геологических процессов и явлений со множеством двух- и многосторонних связей, в свою очередь контролирующих начало, динамику, масштабы, направленность, полноту реализации и завершение процессов генерации (Г), эмиграции (Э) - т.е. первичной миграции органических подвижных соединений из слабопроницаемых пород в коллекторские горизонты, коллекторской миграции (М) и аккумуляции УВ в ловушках (А).
С момента попадания УВ в ловушки тех или иных типов начинается собственно эволюция их скоплений (Эв), определяемая условиями консервации УВ-скоплений (К) и воздействием факторов, определяющих частичное или полное разрушение залежей газа и нефти (Р), в том числе ремиграцию (Рем).
Литолого-флюидальная система осадочных толщ той или иной формационной принадлежности и возраста находится под постоянным и периодически импульсным влиянием различных геофизических полей: гравитационного, геотермического (теплового), электромагнитного, тектоно-динамического, флюидобарического и многих других, под воздействием которых непрерывно-прерывисто происходят всевозможные физико-химические изменения вещества пород и насыщающих их флюидов, фазовые переходы, тепло- и массоперенос, вариации горного и флюидального давлений и прочее. На фоне этих трансформаций и происходят генерация органических подвижных соединений (ОПС), их миграционные перемещения, формирование, эволюция и разрушение как частные моменты эволюции углеводородных систем в виде скоплений УВС в ловушках того или иного типа.
Залежи газа и нефти в природных ловушках представляют собой открытые динамические системы с неустойчивым равновесием, в которых происходит постоянный массообмен с окружающей водно-минеральной средой, а именно, приток новых порций подвижных веществ и параллельно - разновременное их удаление через покрышку в вышележащие секции разреза или в пластовые воды. Разрушение скоплений УВ происходит в результате нарушения материального баланса в системе залежь - окружающие породы, когда поступление газа и нефти отстает от их истечения из ловушки или вследствие катагенетической трансформации состава и свойств отдельных УВ-фаз при погружении вмещающих залежь пород и ужесточении термобарических условий. В любой момент эволюционное развитие УВС в ловушках может быть приостановлено вследствие частичного или нередко полного разрушения залежи газа и/или нефти, которое происходит часто в течение сравнительно коротких промежутков времени («революционные» ситуации в недрах), а иногда и геологически мгновенно (при подвижках по «живым разломам», землетрясениях и проч.).
В рамках онтогенеза У В все начинается с генерации.
Именно условия, масштабы и геохимические особенности генерационных процессов в земных недрах определяют масштабы и направленность дальнейших процессов газонефтеобразования, накопления и эволюции углеводородных систем и их скоплений внутри структурно-литологических комплексов пород и в значительной степени контролируют величину современного УВ-потенциала продуктивных толщ.
Различные типы горючих полезных ископаемых (ГПИ) в осадочных бассейнах (ОБ) того или иного типа и возраста - подвижные (фазообособленные: газ сухой, конденсатсодержащий и нефть с растворенным газом) и неподвижные (торф, уголь, углистые и горючие сланцы), изначально связаны с фоссилизированным и захороненным в осадках органическим веществом - рассеянным, полуконцентрированным и концентрированным (РОВ, ПКОВ и КОВ), которое в длительный период постдиагенетической эволюции по мере погружения вмещающих пород и ужесточения термобароглубинных и катагенетических условий и дает начало всей гамме углеводородистых веществ, в том числе ОПС, включая фазообособленные мигрирующие по природным резервуарам струи УВ той или иной дискретной массы (объема) [17, 19, 43, 54, 78].
Несомненно, что важную и часто ведущую роль в процессах газо- и, особенно, битумогенерации играет РОВ, однако в разрезах, где пласты высокоуглеродистых пород (уголь, углистые и горючие сланцы) имеют значительные суммарные мощности (толщины), влияние их на формирование, размещение и тип месторождений по фазовому состоянию УВ может быть значительным, иногда - решающим, и его необходимо учитывать [19, 33, 36, 80].
Под генерационными свойствами отдельных литотипов пород и осадочных толщ в целом понимается совокупная информация о значениях параметров, определяющих масштабы и направленность процессов генерации ОПС - углеводородных и неуглеводородных газов, битумоидов и водорастворенных органических веществ (ВРОВ). К генерационным параметрам относятся формы накопления, генетический тип, микрокомпонентный и элементный состав, содержание и степень катагенетической преобразованности ОВ в осадочных породах.
К важнейшим элементам эволюционного развития углеводородных скоплений в земных недрах относятся: величина (геологические запасы), фазовое состояние УВ (количественные соотношения между газообразными и жидкими компонентами УВ-систем); физико-химические свойства и состав сосуществующих в ловушках фаз; добывные возможности (фоновые величины притоков УВ в скважинах, конечные величины коэффициентов нефте-, газо- и конденсатоотдачи). Одним из элементов эволюционного развития УВ-систем в земных недрах является трансформация их ресурсов из традиционных в нетрадиционные под действием факторов, ухудшающих добывные возможности скоплений газа и нефти (УВ в плотных низкопроницаемых резервуарах).
При прочих равных условиях медленное эволюционное развитие геологических объектов (генерационно-аккумуляционных комплексов) без существенных геологических инверсий благоприятно для полной реализации всех звеньев «цепи» ГЭМАК и эволюции УВС, а в конечном итоге и для достижения высоких величин общего потенциала газонефтенакопления и сохранности. «Революционные» геологические ситуации имеют ярко выраженные деструктивные последствия, прежде всего, для газа и сохранности газосодержащих скоплений в земных недрах. Вместе с тем в неморских сероцветных толщах мощная дегазация недр может оказывать позитивное влияние на повышение нефтеаккумуляционного потенциала вследствие остаточного нефтенакопления в ловушках. Несмотря на генетическое родство газа и нефти, условия формирования и эволюции их скоплений различаются существенно (табл. 5.1). Образно мысля, газ имеет все свойства «мужского начала» в природе (прост, мобилен, вездесущ), нефть «женского» (сложна, малоподвижна, ограничена онтогенетическими «рамками»), и в этом заложен глубокий онтогенетический смысл для познания нафтитогенеза в земных недрах. Кроме того, из УВ-газа нефть в природных условиях не образуется, и в тоже время сама нефть дает начало эволюционно-вторичному газу деструкционного генезиса.
Эволюционные изменения УВС в природных резервуарах происходят под влиянием, главным образом, геотермических (катагенез ОВ и минеральной матрицы пород) и тектонических условий. Первые определяют изменение самого вещества УВ, всевозможные его физико-химические трансформации, а также изменение фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов (как правило, ухудшение). Изменения тектонических условий (углы залегания пород, подвижки по активным разломам, рост) приводят к изменению физических параметров УВ-залежей (величины запасов - массы УВ в ловушках, типа скоплений по фазовому состоянию и др.). Вторичные изменения геохимических условий (эпигенез) в материнских породах («пластах-генераторах») и литологических условий на путях миграции и в зонах аккумуляции УВ предопределяются также первично-эволюционными факторами (тектоническим и геотермическим).
Прекрасные примеры эволюции УВ-систем в залежах являют собой газонефтеносные и нефтеносные зоны (в разрезе - вертикально-катагенетические ГАК-ряды скоплений) в северных, центральных и западных районах Западно-Сибирской мегапровинции. При этом на таких месторождениях, как Уренгойское, Бованенковское, Харасавэйское, Южно-Тамбейское, Утреннее и многие другие, размещение залежей в разрезе и изменение состава и свойств УВ показывает эволюцию УВС в преимущественно континентальных угленосных и субугленосных сероцветных толщах с гумусовым и лейптинито-гумусовым ОВ [99, 107]. Красноленинская зона нефтенакопления (КЗН) представляет «горизонтальную развертку» эволюции УВ-систем в континентальных озерных толщах с гумусово-сапропелевым ОВ [37, 87, 104].
Научными коллективами ВНИИГАЗа, ИГИРГИ, ВНИГРИ, ВНИГНИ, ЗапСибНИГНИ, СНИИГГИМС и другими накоплена колоссальная база результатов геохимических исследований органического вещества (ОВ) пород, нефтей и газов по всем НГБ России, включая Западно-Сибирский.
При этом, как показали исследования В.И. Ермакова, В.А. Скоробогатова и ряда других отечественных и зарубежных исследователей, условия и результаты онтогенеза УВ в осадочных толщах различной формационной принадлежности и фациальной характеристики достаточно специфичны [36, 37, 89, 91, 107, 123 и др.].
Наибольшее внимание в генетических исследованиях геологической школы ВНИИГАЗа в последние три десятилетия XX века уделялось анализу закономерностей особенностей онтогенеза УВ в континентальных и дельтовых толщах/разновозрастных осадочных бассейнов Северной Евразии, «склонных» более к газогенерации на всех этапах их развития.
По современным воззрениям угли и углистые глины обладают не только газоматеринским, но и некоторым нефтематеринским потенциалом, причем не только лейптинитовые микрокомпоненты, но и витринитовые [19, 88, 116].
По уменьшению битумогенерационной способности гумусовые мацералы выстраиваются в ряд: воски + пыльцевые компоненты → резинит → споринит + кутинит + суберинит → витринит → фюзинит. Поэтому более корректно проводить генерационные расчеты на основе дифференциации массы лейптинито-гумусового ОВ по отдельным микрокомпонентам, при этом расчеты значительно усложняются.
Понятно, что в силу этих причин в полифациальных неморских толщах с полигенетическим ОВ генерация различных видов ОПС происходит непрерывно, но разномасштабно, начиная с диагенеза вплоть до конца апокатагенеза, и количественно - массовые (и объемные) отношения между различными газами (в том числе УВГ), битумоидами и водорастворимыми лиофильными органическими компонентами определяются наложением «генерационных гармоник».
«Нефтяное окно» в генерационном плане (массовое образование битумоидов с высоким содержанием нефтяных УВ) по шкале катагенеза ограничено следующими интервалами ПОВ (R°, %) - в собственно гумусовом ОВ (восковые компоненты, витринит + фюзинит) - от 0,55 до 1,20-1,25, в сапропелевом РОВ - от 0,45 до 1,30-1,35, в сапропелевом полуконцентрированном ОВ морского и в особенности озерного генезиса и в лейптинитовых компонентах (исключая воск и резинит) от 0,65-0,70 до 1,35-1,40 [86, 90, 92].
Наибольшие расхождения во мнениях среди исследователей наблюдаются по вопросу катагенетической приуроченности главной фазы газо(метано)образования и состава газов в ОВ различного типа. В большинстве схем газообразования ГФГ отведено место в конце мезокатагенеза - апокатагенезе (на градациях МК5-АК). Аргументы против этой концепции содержатся в работах Ал. А. Петрова, Е.А. Глебовской и В.П. Строганова и др. [19, 107]. Многие исследователи считают, что максимальная генерация СН4 и СO2 происходит в гумусовом ОВ в диагенезе и протокатагенезе «одновременно» с образованием протонефти в сапропелевом ОВ на небольших глубинах. Об огромных масштабах образования СO2 на ранних этапах трансформации ОВ свидетельствуют как природные наблюдения, так и результаты экспериментов.
Концепция генерации ОПС в осадочных толщах, разработанная во ВНИИГАЗе В.П. Козловым, Л.В. Токаревым, В.И. Ермаковым и В.А. Скоробогатовым за последние 30 лет и основанная на критическом анализе и осмыслении во многом противоречивых результатов теоретических и экспериментальных исследований и, главное, наблюдений над реальными геологическими объектами, прежде всего по бассейнам Северной Евразии (СЕА), относилась, в основном, к генерации УВ-газа и высокопарафиновой нефти континентальными угленосными и субутленосными толщами в широком диапазоне преобразования преимущественно гумусового КОВ и РОВ. Эти исследования в 1990-2005 гг. были дополнены наблюдениями и расчетами по генерации ОПС в озерных, дельтовых и прибрежно-морских толщах со смешанным и сапропелевым ОВ [86, 99, 106, 107].
Современный уровень знаний о генерационных процессах, происходящих в земных недрах, требует замены понятия о главных фазах нефтеобразования/газообразования (ГФН/ГФГ) [14, 19, 78], как неадекватных природным закономерностям, понятием, фаза максимальной генерации, (битумоидов/нефти или газа) с соответствующими термоглубинными и катагенетическими границами, разными в разных геологических (геохроно-динамических) условиях. По данным В.А. Скоробогатова, ФМГБ (Н) для собственно гумусового ОВ проявляется в катагенетическом диапазоне (R°, %) 0,55-0,95, для сапропелевого РОВ преимущественно морских отложений (тип II) и для смоляных компонентов лейптинита (резинит) - в диапазоне 0,45-0,85, для сапропелевого ПКОВ гумусово-лейптинитового ОВ и преимущественно озерного генезиса - 0,65(0,70)-1,10. Выше и ниже этих ката-генетических границ существует фаза генерации протонефтяных битумоидов (ФПБ) и фаза термодеструкции битумоидов (и нефти). ФМГГ для гумусового ОВ приурочена к диапазону 0,35(0,40)-0.85(0,90) %, с учетом биотрансформации С02 в СН4 в протокатагенезе, несколько меньшие максимумы - 1,30-2,00 %, 2,50-4,00 %, в сапропелевом ОВ - 1,20-1,80 % (для ТУВГ) и 1,50(1,60)-2,40(2,80) % (для СН4), (катагенетические рубежи - ориентировочные). Наименее изученными, недостаточно понятными в плане генерации ОПС и массообмена между керогеном и подвижными компонентами ОВ являются диапазоны катагенеза от 0,95-1,00 до 1,30-1,40 % (R°) и более 3,00 %.
В реальных геологических условиях не существует резких термокатагенетических границ нефтяной (генерационной) зоны. В зависимости от соотношения органических микрокомпонентов континентального (наземного) и субаквального генезиса, их химического состава, концентрации, особенностей взаимодействия с минеральной матрицей и степени восстановленности верхняя (по глубине) катагенетическая граница «колеблется» в диапазоне ПОВ 0,40-0,70 %, нижняя - 1,20-1,40 %.
Суммарные «генерационные мощности» лейптинито-гумусового ОВ со средним содержанием лейптинитовых микрокомпонентов 15-20 % и сапропелевого РОВ (типа II) сопоставимы (суммарный выход УВГ и битумоидов на 1 т ОВ). Суммарная битумо(нефте)- и газогенерационная «мощность» сапропелевого и лейптинито-сапропелевого ОВ типа I, прежде всего континентальных озерных толщ, оценивается как максимально высокая. Гумусовое КОВ уже к концу градации МК2 (R° = 0,85 %) в значительной степени реализует свой газоматеринский потенциал (до 200 м3 на 1 тонну текущей массы угля, в том числе 170 м3 - СН4, 30 м3 - С2+С4, преобладает этан) и максимально - битумогенерационные возможности (до 40-47 кг битумоидов/1 т органической массы) (табл. 5.2).
Динамика и особенности катагенетических процессов в объеме органической и минеральной компонент (твердая фаза) и насыщающих их геофлюидов определяются и контролируются взаимовлиянием трех ведущих факторов катагенеза (эпигенеза): геотемпературы, давления (литостатического, эволюционно-динамического и стрессового для твердой фазы, геофлюидального) и органоминерального катализа при главенствующей роли первого. Однако, поскольку воздействие этих факторов на осадочные породы носит непрерывно-импульсный характер и имеет временное измерение (диапазон проявления в рамках геологического времени), то ход, направленность и результаты физико-химических трансформаций вещества в объеме ОБ, помимо трех вещественно-энергетических факторов, в рамках эволюционной геосистемы контролируются еще одним фактором (точнее надфактором) - временным (материя - энергия - длительность).
Оценка генерационных условий и масштабов газо- и битумообразова-ния по ряду ОБ мира показала, что наиболее выдающимися продуцентами УВГ в большинстве бассейнов являются континентальные сероцветные толщи и дельтовые формации (КСТ и ДФ) с преимущественно гумусовым, лейптинито-гумусовым и сапропелево-гумусовым РОВ и КОВ, на них приходится от 60 до 95 % суммарного объема генерированных УВГ (по отдельным ОБ). Вместе с тем во многих бассейнах «битумогенерационные мощности» КСТ сопоставимы (по абсолютным массам генерации) с морскими отложениями, прежде всего за счет значительных абсолютных масс сапропелевой и лейптинитовой компонент ОВ в породах неморского генезиса и высокого нефтематеринского качества ОВ типа I озерных глин (на молодых плитах СЕД в ряде ОБ Южной Азии, ЮВД Китая, Австралии и др.), однако в глобальных масштабах объемы битумогенерации в морских терригенных и особенно карбонатных и кремнистых толщах, по оценке авторов, в 3-4 раза превышают таковые в КСТ. Таким образом, неморские и дельтовые отложения генетически предрасположены более к газу, чем к нефти, за исключением достаточно редких случаев накопления мощных макролинз озерных глин типа Грин-Ривер (НГБ Грин-Ривер), Чиншанкоу, Шахэцзе (Китай), тюменской свиты Красноленинского свода (Западная Сибирь).
Проведенные во ВНИИГАЗе и его филиалах исследования показали, что неморские сероцветные толщи в силу значительного содержания суммарного ОВ (РОВ, ПКОВ и КОВ) и разнообразия его типов (по составу микрокомпонентов) являются эффективными продуцентами как газа, так и битумоидов, и во многих бассейнах, прежде всего Восточного полушария Земли, послужили главным источником ОПС в осадочных толщах позднепалеозойского, мезозойского и кайнозойского возраста.
По мере геолого-геофизического изучения недр Западно-Сибирской молодой плиты, к которой приурочены одноименные осадочный мегабассейн и нефтегазоносная мегапровинция, разбуривания перспективных площадей, открытия, разведки и эксплуатации месторождений УВ большими коллективами исследователей СНИИГГИМС, ЗапСибНИГНИ, ВНИГРИ, ВНИГНИ, ИГИРГИ, ВНИИГАЗа и других институтов и производственных организаций проводились исследования закономерностей и особенностей размещения залежей газа и нефти в меловых и юрских коллекторских горизонтах, а также обобщения результатов геохимического изучения керна пород, углей, геофлюидов с целью установления условий формирования, эволюции и разрушения, частичного и конечного, УВ-залежей [20, 21, 25, 36, 40, 56, 58, 66, 86, 99, 108 и мн. др.].
Для планирования поисково-разведочных работ (ПРР) и приростов разведанных запасов газа и жидких УВ по регионам и областям ЗСМП и для отдельных комплексов пород проводились качественный прогноз газонефтеносности и количественные оценки начальных потенциальных (НПР) и неоткрытых ресурсов УВ (перспективных и прогнозных), фундаментом которых являлись генетические исследования онтогенеза газа и нефти в недрах мегапровинции [29, 37, 39, 40, 45, 46, 55, 63, 68, 70, 72, 74, 83, 93, 96, 100, 119, 124, 126 и др.].
В силу уникальной обогащенности газом и нефтью и простоты геологического строения ЗСМП служила много лет своеобразной природной лабораторией для изучения многих проблем генерации, миграции, аккумуляции, консервации УВ и эволюции их скоплений. Авторы настоящей работы принимали в этих исследованиях непосредственное участие [36, 84, 90, 93, 99, 107 и др.].
В объеме осадочного чехла ЗСП геохимически достаточно изучены меловые продуктивные комплексы (повсеместно, за исключением северо-восточных районов), а также юрский в центральных, юго-восточных и южных районах мегапровинции. Малоизучены юрский комплекс и особенно ачимовская толща (АТ) в северных районах (в пределах ЯНАО), а также осадочный чехол Гыданской области в целом. Для изучения онтогенеза УВ в недрах области авторы проанализировали последовательно все «звенья» генетической «цепи»
где Рч(с) - разрушение частичное сингенетичных залежей, Рэм - ремиграция межкомплексная.