Семинарское занятие, практическая и контрольная работа
ЛИТОГЕНЕЗ И ОБРАЗОВАНИЕ НЕФТИ И ГАЗА, ИЗУЧЕНИЕ ШКАЛЫ
ГРАДАЦИЙ КАТАГЕНЕЗА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА
Семинарское занятие, практическая и контрольная работа
Цель работы – закрепление знаний по теме «Литогенез и образование нефти и газа».
Исходные данные: Шкала градаций катагенеза осадочных образований и её сопоставление со ступенями углефикации (по Н.Б. Вассоевичу, А.Э. Конторовичу, Н.В. Лопатину и др., 1976) с упрощением; таблица: «Соотношение палеотемператур и отражательной способности витринита (по И.И. Амосову)».
Порядок выполнения работы:
- изучить теоретическую часть следующих тем: «Катагенез органического вещества»; «Вертикальная геохимическая (термобарическая) зональность нефте- и газообразования»; «Характеристика главных зон нефте- и газообразования».
- ответить на контрольные вопросы;
- используя шкалу градаций катагенеза осадочных образований (рис.) и таблицу «Соотношение палеотемператур и ОСВ», дать геохимическую характеристику градациям диагенеза, катагенеза и их границам, биохимической и переходной зоне, главным зонам нефте- и газообразования.
Общие представления о литогенезе. Катагенез является одной из стадий литогенеза – совокупности процессов образования и изменения осадочных пород. В литогенезе различают четыре стадии: 1) седиментогенез; 2) диагенез; 3) эпигенез, который разделяется на прогрессивный и регрессивный и 4) гипергенез.
Седиментогенез – это мобилизация веществ области сноса, их перемещение в водной или воздушной среде и окончательное осаждение терригенных, хемогенных и органогенных компонентов. Седиментогенез органического вещества (ОВ) протекает в субаквальной анаэробной восстановительной среде глинистых и карбонатных осадков.
Диагенез – это процесс превращение осадка в осадочную породу. Диагенез ОВ протекает на дне водоёмов в среде минерального осадка при его погружении в зону пластовых температур от 0° до 15-30 °С. Главным фактором диагенеза ОВ является деятельность микроорганизмов. В результате ОВ преобразуется в геополимеры (высокомолекулярные фульвовые, гуминовые и сапропелевые органические кислоты) и геолипиды. Геолипидами являются битумоиды – вещества, состоящие из углеводородов (УВ) масляной фракции, смол и асфальтенов, и извлекаемые из осадков и горных пород органическими растворителями. На стадии диагенеза выделяется большое количество газов, то есть проявляется пик образования биохимических газов.
Прогрессивный эпигенез это – все изменения осадочных пород в процессе погружения до их превращения в метаморфические породы. Регрессивный эпигенез – это вторичные изменения осадочных пород при смене погружения осадочного бассейна (ОБ) поднятием к земной поверхности до начала гипергенеза.
Гипергенез – изменения осадочных пород с содержащимися в них флюидами и органическим веществом, связанные с воздействием атмосферных агентов (кислорода, воды, углекислоты).
Стадия катагенеза. А.Е. Ферсман (1922) и Н.В. Вассоевич (1957, 1962) предложили заменить термин «прогрессивный эпигенез» термином «катагенез», который в настоящее время широко используется нефтяниками. Приставка «ката» имеет греческое происхождение и означает переход сверху вниз. В широком понимании катагенез – это процесс изменения осадочных пород и отдельных их частей: рассеянного ОВ, минералов, флюидов и пустотного пространства, протекающий после завершения диагенеза до начала метаморфизма. Катагенез развивается при увеличении глубины погружения образовавшихся пород в ОБ и воздействии возрастающей температуры и давления в интервале от 15-30 до 300 °С.
Катагенез ОВ и его результаты. На градациях катагенеза реализуется потенциальная возможность ОВ осадочных пород производить нефть и газ (рис.) и начинается их эмиграция в породы-коллекторы. Катагенез протекает при погружении осадочных пород в зону температур от 15-30 до 300 °С. Главными факторами катагенеза ОВ являются температура и каталитические свойства пород. В начале катагенеза гуминовые и сапропелевые кислоты конденсируются и переходят в нерастворимое органическое вещество (НОВ), или кероген. Кероген нерастворим в воде, органических растворителях, кислотах и щелочах. Позже, при достижении глинистыми и карбонатными породами зоны температур от 70 до 170 °С кероген начинает генерировать битумоиды и углеводородные газы. Битумоиды термокаталитического происхождения Н.Б Вассоевич назвал микронефтью, поскольку они в материнской породе находятся в рассеянном состоянии.
При погружении пород в зону температур от 180 до 250 °С НОВ начинает генерировать жирный, а при более высокой температуре сухой газ. Жирный газ содержит в парообразном состоянии жидкие УВ, а сухой газ состоит на 95-99 % из метана. Интервал разреза осадочных пород, на котором потенциально нефте- и газоматеринские породы реализуют свой нефтепроизводящий потенциал называется главной зоной нефтеобразования (ГЗН), а интервал на котором реализуется газопроизводящий потенциал называется главной зоной газообразования (ГЗН). При температуре выше 300 °С НОВ осадочных пород полностью теряет свой генерационный, или нефтегазопроизводящий, потенциал и переходит в зону метаморфизма, где превращается в органический графит.
Генерация УВ происходит в результате глубокой и закономерной внутримолекулярной перестройки НОВ, которая заключается в дальнейшей его конденсации, ароматизации и карбонизации при воздействии температуры и других факторов катагенеза. Эти преобразования сопровождаются потерей периферийных алкильных цепей, отдельных циклов и различных функциональных групп, содержащих гетероатомы. При этом образуются жидкие продукты в виде битумоидов и большое количество газообразных веществ: метана (СН4), углекислого газа (СО2), аммиака (NН4), азота (N2) и сероводорода (H2S). Газы образуются в различных количествах на всех стадиях преобразования ОВ. Однако доля биохимического метана составляет всего около 10 % в объеме, который образуется из рассеянного ОВ при температурах до 200 °С (Дж. Хант, 1982).
Таким образом, в катагенезе происходит постепенное упорядочение молекулярной структуры НОВ, или керогена, вплоть до образования в конце катагенеза – начале метаморфизма гексагонально-слоистой структуры графита. В результате масса ОВ значительно уменьшается и ОВ полностью реализует свой генерационный потенциал. В общем, процесс катагенеза НОВ представляет собой термическую деструкцию, при которой происходит выделение летучих веществ, когда твердая фаза керогена начинает выделять жидкие и газообразные продукты. При этом общий объём ОВ и продуктов его катагенеза в породе сильно увеличивается.
Факторы катагенеза ОВ. Главным фактором катагенеза ОВ является температура, которая складывается из тепла глубинного потока и тепла, выделяемого при тектонических деформациях пород (динамокатагенезе), затем следуют каталитические свойства вмещающих пород, в основном минералов глинистых пород, время и пластовое давление. Пластовое давление, как фактор катагенеза, оказывает противодействие температуре, поскольку оно сдерживает ход химических реакций.
Шкала подстадий и градаций и её показатели. В настоящее время широко известна шкала подстадий и градаций катагенеза осадочных образований, составленная Н.Б. Вассоевичем, А.Э. Конторовичем, Н.В. Лопатиным и другими исследователями в 1976 году.
На этой шкале выделяются три подстадии катагенеза: протокатагенетическая (ПК), мезокатагенетическая (МК) и апокатагенетическая (АК). Подстадии разделены на градации: ПК – на три, МК – на пять, АК – на четыре.
Рис. Шкала градаций катагенеза осадочных образований и её сопоставление