Геохімія газів включень у галіті та бітумів у кам'яній солі евапоритових формацій нафтогазоносних провінцій Центральної і Східної Європи

Поширення включень з бітумами у галіті соляних відкладів. Включення з нафтою і/або твердими бітумами у галіті зустрічаються у багатьох евапоритових формаціях Світу. Частину таких знахідок описано і опубліковано раніше (Петриченко,1973; Шайдецька, 1997; Кітик, Петриченко, 1978; П. Сонненфелд, 1988 та ін.). Зокрема, різноманітні за складом включення у галіті, що містять нафту, воскоподібні речовини, бітумні плівки, описані О. Й. Петриченком для девонських солей Дніпровсько-Донецької западини. Вважалося, що ці включення «консервувалися» в солях під час міграції вуглеводнів по тектонічно ослаблених зонах. В. М. Ковалевич і Д. В. Сидор (1992) описали своєрідні включення з мікрокраплинами нафти у галіті з відкладів пермських евапоритів Солікамського басейну (Передуральський прогин, Верхньокамське родовище калійних солей).

Включення з бітумами у галіті з розрізів евапоритів, що розташовані над покладами нафти і газу та розбурені експлуатаційними свердловинами, найдетальніше вивчено автором для цехштейнової евапоритової формації Західної Польщі і частково для міоценових евапоритових відкладів Передкарпаття України (взірці з керну свердловин Лопушна-7, Верхній Струтин-29, Гринівка-525).

Геохімічні дослідження бітумів у кам'яній солі, в тому числі і тих, що знаходяться у включеннях (з розрізів над покладами вуглеводнів), свідчать про їхню генетичну спорідненість з нафтою у підсольових відкладах. Таку генетичну єдність встановлено для регіону Західної Польщі, а саме, для бітумів у кам'яній солі цехштейну, нафти у покладах ділянки Барнувко-Мостно-Бушево та бітумів у підсольових нафтоматеринських породах, а також для міоценових евапоритових відкладів Передкарпаття та покладів нафти у Бориславсько-Покутській зоні (Україна).

Отже, виникнення та поширення вуглеводнів у соляних відкладах зумовлено двома основними обставинами: перша - пов'язана з постседиментаційними перетвореннями органічної речовини, сконцентрованої безпосередньо у соляній товщі (розсіяна органічна речовина, збагачені органічною речовиною прошарки теригенного матеріалу і т.д.); друга - це вплив покладів нафти і газу на покривну кам'яну сіль. Глибина проникнення та масштаби поширення ореолів залежать від геологічної будови досліджуваної товщі та тектонічної активності.

Прогноз покладів вуглеводнів за комплексом геохімічних досліджень включень у галіті та бітумів у кам'яній солі. Комплексні геохімічні дослідження включень у галіті та бітумів у кам'яній солі з розрізів евапоритових відкладів, розташованих безпосередньо над покладами нафти і газу та поза їхніми межами, дозволили виділити характерні показники впливу даних покладів на покривну кам'яну сіль.

Зокрема, досліджено фазовий склад включень (з вуглеводнями і без вуглеводнів), хімічний склад розсолів і газів у включеннях, бітуми у кам'яній солі, визначена температура їхньої гомогенізації, що дало можливість виявити деякі специфічні особливості впливу покладів нафти і газу на екранувальні соляні товщі.

Для прогнозу покладів вуглеводнів за комплексом геохімічних досліджень включень у галіті та бітумів у кам'яній солі, на наш погляд, слід врахувати такі основні показники:

1. Наявність кульок бітуму (або краплинок нафти та кірочок бітуму) у включеннях у галіті.

2. Високий вміст метану (понад 50 %) та інших вуглеводневих газів у включеннях у галіті.

3. Міграційний характер бітумів у кам'яній солі та їхня генетична єдність з вуглеводнями у розвіданих покладах нафти і газу досліджуваного регіону.

ВИСНОВКИ

Дисертаційна робота присвячена геохімічному дослідженню флюїдних включень у галіті та бітумів у кам'яній солі евапоритових формацій нафтогазоносних провінцій Центральної і Східної Європи.

З цією метою зразки кам'яної солі для досліджень відбирались з розрізів евапоритових формацій, розміщених над розвіданими і передбачуваними покладами нафти і газу, та (для порівняння) з розрізів, де такі поклади чи прояви відсутні.

Для вирішення поставлених задач методами хімічної мас-спектрометрії та піролітичної газової хроматографії досліджено газову складову включень у галіті. При досліджені бітумів у кам'яній солі визначався груповий склад, ізотопний склад вуглецю, розподіл n-алканів та ізопреноїдів насичених вуглеводнів. Крім того, вивчався хімічний склад розсолів включень у галіті методом ультрамікрохімічного аналізу, проводились візуально-мікроскопічні дослідження включень у галіті, визначався відносний тиск у включеннях, газонасиченість розсолів, вимірювалась температура гомогенізації.

Основні висновки за результатами досліджень зводяться до такого:

1. Кульки (мікроглобулі) бітуму (або краплинки нафти та кірочки бітуму), що законсервовані у включеннях у галіті, зустрічаються переважно у кам'яній солі, розташованій над покладами нафти і газу та у тектонічних зонах міграції вуглеводнів.

2. Гази у розсолах включень у седиментаційному та перекристалізованому галіті з розрізів без покладів вуглеводнів представлені переважно азотом (понад 50 %). Серед досліджених нами і включених до узагальнення (за літературними даними) евапоритових відкладів належать: верхньопротерозойські відклади басейну Соляного Кряжу (Пакистан), басейну Амадеус (Австралія), девонські відклади Дніпровсько-Донецької западини (Україна), середньоюрські відклади басейну Мексиканської затоки (США), пермські соленосні відклади Прибалтики (Польща, Росія), Дніпровсько-Донецької западини (Україна), Солікамського басейну (Росія), розрізи сучасних соляних озер - Саки (Крим, Україна) та Кейп-Крос (Республіка Намібія) та низки окремих розрізів у інших басейнах. Результати аналізів проб, у яких крім первинних включень були і вторинні або тільки вторинні, у більшості випадків показали зменшення азотної складової та збільшення частки метану.

3. Гази у включеннях у перекристалізованому галіті з розрізів над передбачуваними і розвіданими покладами вуглеводнів представлені переважно метаном (понад 50 %). Газова складова у включеннях у перекристалізованому галіті являє собою суміш газів різних генетичних типів. У прямій залежності від ступеня перекристалізації соляної товщі та інтенсивності накладених процесів перебуває абсолютна і відносна кількість міграційних газів. З числа досліджених нами істотно метановим складом характеризуються включення у галіті з деяких розрізів міоценових відкладів Українського Передкарпаття (Лопушна-7; частково Гринівка-525), цехштейнових (верхньопермських) евапоритів Західної Польщі та кембрійських евапоритів басейну Офіцер Австралії.

Винятком з цієї закономірності слід вважати істотно азотний, або азот-метановий склад газів включень у галіті в окремих пробах, відібраних з розрізів міоценових відкладів Українського Передкарпаття (Верхній Струтин-29; Гринівка-525), що зумовлено розповсюдженням у галіті цих проб реліктів шевронних структур з первинними включеннями. При аналізі таких проб досліджується газова складова, яка є сумішшю газів первинних та вторинних включень.

4. Геохімічні дослідження бітумів у кам'яній солі нафтогазоносних регіонів Західної Польщі та Українського Передкарпаття свідчать про їхній міграційний характер та генетичну єдність з вуглеводнями у підсольових нафтоматеринських породах і покладах вуглеводнів.

За результатами досліджень стабільних ізотопів вуглецю всі бітуми, екстраговані з солей цехштейну Західної Польщі, як і нафта ділянок Барнувко-Мостно-Бушево та Хартув, знаходяться на генетичній діаграмі З. Софера (Sofer, 1984) в одному полі. Отже можна говорити про спільне джерело вихідної органічної речовини. Незначний інтервал зміни значень д¹³С бітумів у солях також свідчить про єдине джерело вуглеводнів, яке, очевидно, пов'язане з підсольовою товщею Головного доломіту. Згідно розподілу n-алканів та ізопреноїдів у солях по свердловинах Барнувко-5 та Хартув-2, можна стверджувати, що екстраговані бітуми мають міграційне походження (основна частина) та частково змішані з бітумами сингенетичного типу.

Аналогічні дослідження бітумів у кам'яній солі Передкарпатського прогину показують, що вихідною речовиною для утворення бітумів, як і у відкладах цехштейну Польщі, були водорості - аквагенна органічна речовина. Величини ізотопного складу вуглецю бітумів кам'яної солі всіх взірців окрім одного (Верхній Струтин-29) знаходяться в одному полі (на такій самій діаграмі З. Софера) зі значеннями, отриманими для нафти Бориславсько-Покутської зони. Величина співвідношення показників біомаркерів (Pr/Ph та CPI_(25-31)) і високий вміст фітану свідчать про те, що бітуми у кам'яній солі Передкарпаття України менш зрілі (ступінь перетворення нижчий) порівняно з бітумами у відкладах цехштейну. Це зумовлено більшою глибиною залягання та віком солей цехштейну, а також більшим вмістом бітумів, генерованих розсіяною органічною речовиною, яка міститься безпосередньо в евапоритових відкладах.

5. Перекристалізація кам'яної солі, розташованої над покладами нафти і газу у досліджених розрізах цехштейнових евапоритів Західної Польщі та неогенових евапоритів Українського Передкарпаття, проходила в умовах підвищеної температури (при середньому значенні 70 °С) і підвищеному тиску.

6. Для прогнозу покладів нафти і газу у підсольових відкладах слід враховувати результати комплексного геохімічного вивчення як включень у галіті так і бітумів у кам'яній солі евапоритових формацій нафтогазоносних регіонів.

Список праць, опублікованих за темою дисертації

1. Вікові зміни хімічного складу океанічної води та їхній вплив на формування галогенних і бітумінозних відкладів / О. Петриченко, В. Ковалевич, С. Литвинюк [та ін.] // Геологія і геохімія горючих копалин. 2006. № 3-4. С. 97-118.

2. Литвинюк С. Ф. Геохімічні ореоли у солях над покладами вуглеводнів (за результатми досліджень включень у галіті) / Литвинюк С. Ф. // Геологія і геохімія горючих копалин. 2007. № 4. С. 95-111.

3. Kovalevych V. M. Geochemical aureoles around oil and gas accumulations in the Zechstein (Upper Permian) of Poland: Analysis of fluid inclusions in halite and bitumens in rock salt / V. M. Kovalevych, T. M. Peryt, S. N. Shanina, D. Wieclaw and S. F. Lytvyniuk // Journ. of Petroleum Geology. 2008. Vol. 31 (3). P. 245-262.

4. Wiкcіaw D. Inkluzje fluidalne w halicie oraz bituminy w solach ewaporatуw mioceсskich ukraiсskiego Przedkarpacia jako wskaџnik wystкpowania nagromadzeс wкglowodorуw w niїej leї№cych utworach / D. Wiкcіaw, S. F. Lytvyniuk, V. M. Kovalevych i T. M. Peryt // Przegl. Geol. 2008. T. 56. No. 9. S. 837-841.

5. Ковалевич В. Геохімічні ореоли впливу вуглеводневих покладів на покривні солі (за результатами дослідження включень у галіті) / В. Ковалевич, Т. Перит, С. Литвинюк // Проблемні питання геологічної освіти та науки на порозі XXI століття: тези доп. наук. конф., присвяченої 60-річчю геол. ф-ту ЛНУ ім. І. Франка (Львів, 19-21 жовт. 2005 р.). Львів: Вид. центр ЛНУ ім. І. Франка, 2005. С. 44-45.

6. Литвинюк С. Рассеяные углеводороды в галите цехштейновых солей Западной Польши как критерий нефтегазоносности подстилающих отложений / С. Литвинюк, Т. Пэрыт, С. Шанина, В. Ковалевич // Проблеми геології та нафтогазоносності Карпат: тези доп. Міжнар. наук. конф. до 100-річчя від дня народження чл.-кор. НАН України М. Р. Ладиженського та 55-річчя ІГГГК НАН України (Львів, 26-28 верес. 2006 р.). Львів, 2006. С. 128-130.

7. Вікові зміни хімічного складу океанічної води та їхній вплив на формування галогенних і бітумінозних відкладів / О. Петриченко, В. Ковалевич, С. Литвинюк [та ін.] // Проблеми геології та нафтогазоносності Карпат: тези доп. Міжнар. наук. конференції до 100-річчя від дня народження чл.-кор. НАН України М. Р. Ладиженського та 55-річчя ІГГГК НАН України (Львів, 26-28 верес. 2006 р.). Львів, 2006. С. 177-178.

8. Литвинюк С. Ф. Встановлення геохімічних ореолів розсіювання покладів вуглеводнів у покривних солях (за результатами досліджень включень у галіті) // Прикладна геологічна наука сьогодні: здобутки та проблеми: матер. Міжнар. наук.-техн. конф. до 50-річчя утворення УкрДГРІ (Київ, 5-6 лип. 2007 р.). К., 2007. С. 67-69.

9. Kovalevych V. M. Fluid inclusions in the Zechstein halite screening hydrocarbon deposits in West Poland / V. M. Kovalevych., T. M Peryt, S. Lytvynyuk // Schriftenreihe der Deutschen Gessellschaft fur Geowissenschaften: Geology cross-bordering the Western and Eastern European Platform „GEOPOMERANIA 2007”: Joint Meeting PTG-DGG: (Szczecin, Poland, September 24-26, 2007): Abstract-Volume. 2007. H. 53. S. 123.

АНОТАЦІЯ

Литвинюк С. Ф. Геохімія газів включень у галіті та бітумів у кам'яній солі евапоритових формацій нафтогазоносних провінцій Центральної і Східної Європи. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.02 - геохімія. - Інститут геології і геохімії горючих копалин НАН України, Львів, 2011.

Дисертаційна робота присвячена встановленню геохімічних особливостей флюїдних включень у галіті та бітумів у кам'яній солі евапоритових формацій у залежності від наявності чи відсутності покладів нафти і газу в підсольових відкладах. Дослідження проведено в основному за пробами з двох нафтогазоносних регіонів поширення евапоритових відкладів - міоценових Українського Передкарпаття і цехштейнових (верхньопермських) Західної Польщі та частково деяких інших регіонів Світу.

Дослідження включень у галіті полягало переважно в установленні їхнього генетичного типу і фазового складу та хімічного складу газових компонентів, а вивчення бітумів - у встановленні групового складу, ізотопного складу вуглецю, розподілу n-алканів та ізопреноїдів насичених вуглеводнів.

Візуальними мікроскопічними дослідженнями встановлено, що характерними особливостями включень у галіті з розрізів над покладами вуглеводнів є наявність у них кульок бітуму, або краплинок нафти та кірочок бітуму. Результати мас-спектрометричних хімічних аналізів свідчать, що газова складова включень у галіті солей, розміщених над покладами нафти і газу, характеризується підвищеним (> 50 %) вмістом метану, а поза межами їхніх покладів - підвищеним (> 50 %) вмістом азоту. Вивчення бітумів показали, що їхній груповий склад, а також молекулярний склад вуглеводнів та ізотопний склад вуглецю цих бітумів у солях, розміщених над покладами нафти і газу, свідчать про їхній міграційний характер, водоростеве походження та генетичну єдність з бітумами і вуглеводнями у нафтоматеринських породах і покладах. В цілому зроблено висновок, що виявлення ореолів розсіювання вуглеводнів у кам'яній солі та прогноз їхніх покладів у підсольових відкладах може проводитись за результатами комплексних геохімічних досліджень включень у галіті та бітумів у солях.

Ключові слова: евапорити, галіт, флюїдні включення, бітум, біомаркери, стабільні ізотопи вуглецю, газові компоненти, поклади нафти і газу.

SUMMARY

Lytvyniuk S. F. Geochemistry of gas inclusions in halite and bitumens in rock salt evaporite formations of oil and gas provinces in Central and Eastern Europe. - Manuscript.

Dissertation thesis for Philosophy Doctor degree in geology by specialty 04.00.02 - geochemistry. - Institute of Geology and Geochemistry of Combustible Minerals, National Academy of Sciences of Ukraine, Lviv, 2011.

Dissertation work is devoted to geochemical characteristics of fluid inclusions in halite and bitumens in rock salt from the sections of evaporite formations which are placed above the predictable and explored oil and gas deposits, and sections with no underlying hydrocarbon deposits. Samples from 18 evaporite basins of world have been used for study. Bitumen research was conducted in salt samples, which were selected from the sections of Miocene evaporate deposits of Ukrainian Forecarpathian region and Zechstein evaporite formations of Western Poland.

Research of halite inclusions consisted mainly in establishing of their genetic type, phase composition and chemical composition of gases included. The study of bitumens in rock salt consisted in determination of their fractional composition, carbon isotope ratios, distribution of n-alkanes and isoprenoids of saturated hydrocarbons.

Visual microscopic investigations showed that studied inclusions in halite from the salt sections above the hydrocarbon deposits contained bitumen globules or oil droplets and bitumen films. By the results of mass-spectrometric researches it was revealed that the gas composition of inclusions in halite from the salt located above oil and gas deposits is characterized by increased (> 50 %) methane content and beyond the deposits - by increased (> 50 %) nitrogen content.

Study of bitumen showed that their fractional composition and molecular composition of hydrocarbons and carbon isotope ratios of these bitumens in rock salt from above oil and gas deposits supports their migratory nature and algal origin, similar to that of the oil in the underlying source rocks and accumulations.

In general, the geochemical study of fluid inclusions in halite and bitumens in rock salt can be used for detection of hydrocarbon aureoles and prognosis of oil and gas deposits in the underlying strata.

Keywords: evaporates, halite, fluid inclusions, bitumen, biomarkers, stable carbon isotopes, gas components, oil and gas deposits.

АННОТАЦИЯ

Литвинюк С.Ф. Геохимия газов включений в галите и битумов в каменной соли эвапоритовых формаций нефтегазоносных провинций Центральной и Восточной Европы. - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.02 - геохимия. - Институт геологии и геохимии горючих ископаемых НАН Украины, Львов, 2011.

Диссертация посвящена установлению геохимических особенностей флюидных включений в галите и битумов в каменной соли эвапоритовых формаций в зависимости от наличия или отсутствия залежей нефти и газа в подстилающих отложениях. Пробы для исследований отобраны в основном из двух нефтегазоносных регионов распространения эвапоритов - миоценовых украинской части Предкарпатского прогиба и цехштейновых (верхнепермских) Западной Польши, а также частично других регионов Мира.

Исследование флюидных включений в галите заключалось преимущественно в определении их генетического типа, фазового состава и химического состава газовых компонентов, а изучение битумов - в определении группового состава, изотопного состава углерода, распределения n-алканов и изопреноидов насыщенных углеводородов.

Для решения поставленных задач в препаратах, изготовленных из кристаллов галита, под микроскопом (визуально) устанавливали закономерности распространения флюидных включений, их генетические типы и фазовый состав. Затем в этих же препаратах определяли относительные давление во включениях и газонасыщенность рассолов, измеряли температуру гомогенизации. Химический состав рассолов индивидуальных включений в галите определяли методом ультрамикрохимического анализа, разработанным А. И. Петриченко (1973). Состав газов флюидных включений в галите определяли масс-спектрометрическим химическим методом (Калюжный и др., 1974). Кроме того, использовали результаты анализов, полученных методами пиролитической газовой хроматографии.

Визуальными микроскопическими исследованиями установлено, что характерными особенностями включений в галите солей из разрезов над залежами углеводородов является наличие в них шариков битума или капелек нефти и корочек битума.

Результаты масс-спектрометрических химических анализов свидетельствуют, что газовая составляющая включений в галите солей, размещенных над залежами нефти и газа, характеризуется повышенным (> 50 %) содержанием метана, а вне их залежей - повышенным (> 50 %) содержанием азота.

По данным газовой хроматографии углеводороды состава С₁-С₄ показывают высокое содержание бутана и относительно низкое содержание этана и пропана. Собственно такой состав присущ углеводородам этапа образования нефти. Значения коэффициента С₂Н₆ / (УHH-С₂Н₆) находятся в диапазоне 0,02-0,1, что обычно характерно для преобразования сапропелевого органического вещества.

Изучение битумов показало, что групповой состав, а также молекулярный состав углеводородов и изотопный состав углерода этих битумов в солях, размещенных над залежами нефти и газа, свидетельствуют об их миграционном характере, водорослевом происхождения и генетическом единстве с битумами и углеводородами в нефтематеринских породах и залежах.

В целом сделан вывод, что обнаружение ореолов рассеивания углеводородов в каменной соли и прогноз их залежей в подстилающих отложениях может проводиться по результатам комплексных геохимических исследований включений в галите и битумов в солях.

Ключевые слова: эвапориты, галит, флюидные включения, битум, биомаркеры, стабильные изотопы углерода, газовые компоненты, залежи нефти и газа.

Размещено на Allbest.ru