Oбразованиe yглеводородных залежей в конденсационной модели

C О.Ю. Баталин, Н.Г. Вафина (Институт проблем нефти и газа РАН, Москва, e-mail: oleg_batalin@mail.ru). Источники образования yглеводородных залежей в конденсационной модели. Материалы XVIII Международной научной конференции (Школы) по морской геологии #2 Москва, 16–20 ноября 2009 г.cc.15-20 http://rogov.zwz.ru/Marine%20geology%202009_t_2.pdf

Согласно классической теории нефтяные залежи должны формироваться там, где погружающееся органическое вещество производит “микронефть”, то есть на глубинах 2–3 км. Лабораторные эксперименты показывают, что ОВ генерирует жидкие компоненты нефти путем разрыва С-С связей только начиная с температур 250–350°С. Если учесть фактор большой геологической продолжительности, начало генерации можно понизить до 120–180°С, что, однако, остается выше температур “нефтяного окна”, a при нагревании ОВ до 200°С образуются углекислый газ и метан. Тем не менее наличие битумоидов на 2–3 км свидетельствует о том, что их производит органическое вещество, находящееся на этих глубинах.

Oстаются серьезные затруднения с объяснением ”первичной” миграции. Не ясно, как рассеянная в породах “микронефть”может начать миграцию из вмещающих пород. Также нет объяснения, почему не все осадочные бассейны нефтегазоносны.

Указанные проблемы решает конденсационная модель образования залежей [1]. Исходным положением модели является то, что углеводородные компоненты нефти генерируются существенно глубже мест расположения залежей. Транспортировка углеводородов в залежь, в том числе нефтяных компонентов, осу-
ществляется в растворенном виде в составе восходящего углеводородного потока, основную молярную долю в котором составляют газовые углеводороды, a газы при высоком давлении являются хорошими рас-
творителями для переноса нефтяных компонентов (С.Н. Белецкая).

Конденсационный механизм, в котором фазовые превращения восходящего потока играют ведущую роль, дает основу для объяснения формирования месторождений. Сначала образуются газонефтяные месторождения с небольшой нефтяной оторочкой, далее, из-за конденсации новых порций нефти, объем нефтяной оторочки растет, а газовая фаза, как более подвижная, уходит через покрышку. В некоторый момент нефть может полностью заполнить ловушку и начать самостоятельное движение наверх, контролируемое геометрией регионального экрана. Получается сложная картина совместного и
раздельного движения жидкой и газовой фаз, приводящая в определенных случаях к дифференциальному улавливанию.

Oбразование жидких углеводородов происходит при температурах 300–500°С (или несколько меньших). Такой прогрев может быть обеспечен за счет быстрого погружения ОВ на глубину, где достижимы эти температуры; либо путем теплового воздействия на ОВ мантийных плюмов, в том числе инициированными ими высокотемпературными гидротермами. Все это наблюдается в тектонических зонах и зонах рифтов.

Cхема характеризует основной принцип формирования залежей нефти газа в Калифорнийском заливе, в гидротермальном поле трога Эсканаба, в поле Срединной долины северной части хребта Хуан-де-де-Фука. В указанных случаях наблюдаются высокотемпературные гидротермы, которые обеспечивают прогревание значимого слоя (300–2000 м) осадков до температур, необходимых для деструкции органического вещества.

Указанный механизм приводит к образованию нефтяных месторождений на дне Северного моря (рифт Викинг). Наличие большого слоя осадков, высоких температур (300–400°С в нижней части) являются достаточным условием образования нефти на дне Байкала, где наблюдаются нефтепроявления, найдены морской воск и озокерит, обнаружены газогидраты. Cлучай Уренгойского месторождения связан с сочленением западносибирских рифтов, а также крупным астенолитом (температура 800–900°С), обнаруженным в верхней мантии на глубинах до 36–50 км. Mантийный плюм под месторождением может служить источником глубинных эманаций, попадающих в залежь. Возможно это является причиной наличия гелия, а также редкоземельных и радиоактивных элементов в нефтях некоторых залежей (Р.П. Готтих, Б.И. Писоцкий).

В субдукционной модели образования нефтяных залежей, предложенной в начале 70-х годов Х.Д. Хедбергом, О.Г. Сорохтиным и Л.И. Лобковским деструкция органического вещества при субдукции будет происходить при температурах 300–500°С. Она приведет к образованию большого числа новых, более мелких молекул, что в соответствии с газовыми законами создает избыточное давление и понижает вязкость пород. В результате деструкции и высоких температур под сейсмическими поясами вязкость может быть на несколько порядков ниже.

Повышенные напряжения в породах, возникающие из-за образующихся флюидов, приводит сначала к образованию мелких очагов землетрясений. С увеличением глубины число землетрясений возрастает и достигает своего максимума на глубинах, где породы прогреваются до 300–500°С (ориентировочно, 15–30 км), что мы связываем именно с деструкцией ОВ при этих температурах. На больших глубинах происходит резкое уменьшение сейсмической активности, за исключением очень глубоких землетрясений. Примером является Курило-Камчатская островная дуга. Графики изменений числа землетрясений с глубиной для других островных дуг мира имеют похожую форму (С.А. Федотов). Установлено, что малоглубинные землетрясения располагаются преимущественно между глубоководным желобом и поясом
вулканов. С этой зоной связaно образование углеводородных потоков, которые при подъеме по системе трещин претерпевают фазовые превращения с конденсацией жидкой фазы (нефти). Если произойдет перекрытие континентальной окраины островными дугами, восходящий поток может сформировать нефтегазовые месторождения.

Далее при погружении осадков на глубину 100–200 км возникают флюидные потоки, которые пробивают узкие каналы и поднимаются наверх, прогревая на всем пути прилегающие породы до мантийных температур. Образуются вулканические пояса, в пределах которых формируется месторождения руд. Имеется ряд свидетельств определенного участия органического осадков в извержениях вулканов. Возникающие на глубинах до 500–600 км флюиды создают восходящие мантийные потоки, которые форми-
руют задуговые и континентальные рифты, что создает необходимые условия для формирования месторождений. Смятие пород в процессе субдукции создает ловушки, задерживающие восходящий флюидный поток.

Таким образом, субдукция и рифтогенез являются необходимыми геодинамическими предпосылками для генерации восходящих углеводородных потоков, формирования залежей. Подавляющее большинство нефтегазовых месторождений мира тяготеет к современным и палеорифтам и зонам субдукции (В.П. Гаврилов, 1986 г.).


Если на выходе с мантийных глубин возникает сверхкритический углеводородный поток, то при определенной температуре произойдет разделение системы на газовую и жидкую фазы. Известной трудностью абиогенной теории является то, что на глубинах меньших 100 км, термодинамически устойчивым является только метан, другие важные компоненты нефти отсутствуют.

1. Баталин О.Ю., Вафина Н.Г. Конденсационная модель образования залежей нефти и газа. М.: Наука, 2008. 248 с.