Циклический характер изменений химических свойств нефтей в зависимости от возраста пород

ЦИКЛИЧЕСКИЙ ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЙ ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕФТЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВОЗРАСТА ПОРОД

Ю.М.Полищук, И.Г.Ященко

Проблемы ЦИКЛИЧНОСТИ гео- И биосферных процессов изучаются во всех доступных науке пространственно-временных масштабах. Цикличность планетарных трансгрессий и регрессий океана, глобальных па-леоклиматических изменений, крупнейших биологических катастроф и образования в осадочных толщах мощных геохимических аномалий — это следствие собственного внутреннего развития Земли и вызвано оно перестройкой структуры мантийных течений, механизмы которой имеют галактическое происхождение (Кузнецов О.Л., Берри Б.Л., Ба-ренбаум A.A., 1991).

В [2, 4] рассматривается цикличность нефтегазообразования в геологической истории Земли. Скопления нефти и газа, связанные с преобразованием рассеянного ОВ в осадочных бассейнах, сформировались на территориях, занимаемых океанами, морями и озерами настоящих и прошлых геологических эпох. Максимумы нефтенакопления соответствуют эпохам деструкции суперконтинентов (Пангея 1-3) и начальным стадиям образования палеоокеанов (Гаврилов В.П., 1999; [2]). Поэтому можно полагать, что цикличность нефте- и газонакопле-ния на Земле является также прямым следствием собственного внутреннего развития Земли [2, 3, 5].

В работе (Полищук Ю.М., Ященко И.Г., 2001) показана цикличность изменения содержания некоторых компонентов нефтей Евразии. Однако, насколько нам из-

вестно, исследований взаимосвязи изменений физико-химических свойств нефтей с циклическими процессами развития палеоокеанов и нефтегазообразования в истории Земли до сих пор не проводилось, что и явилось основной целью настоящей работы. Указанные исследования были проведены с использованием информации из мировой базы данных (БД) по физико-химическим свойствам нефтей [1].

Нефтяные УВ образуются в процессе сложных и длительных катагенетических преобразований захороненного ОВ осадочных пород [2, 4]. Взаимодействие нефтяных УВ с веществом нефтевмещающих пород и их миграция вызывают изменения химического состава нефти, что приводит к существенной

неравномерности пространственного распределения химических свойств нефтей как в пределах нефтегазоносных бассейнов, так и на территории земного шара (Полищук Ю.М., Ященко И.Г., 2001; РоИс-Ь^сЬюик Уи.М., Уас^сЬепко !.Э., 2001). Изменчивость свойств нефтей в зависимости от изменения возраста пород рассматривалась в ряде публикаций. Эти исследования, проведенные в планетарном масштабе, выявили неравномерность распределения во времени изменений содержания серы и парафинов [4], смол и асфальтенов (Полищук Ю.М., Ященко И.Г., 2001). Однако со времени выхода в свет монографии [4] получено много новых данных, что потребовало проведения нового анализа.

Рис. 1. СРЕДНЕМИРОВОМ СОСТАВ НЕФТЕЙ

Содержания: 1 - серы, 2 - парафинов, 3 - смол, 4 - асфальтенов; 5 - фракции НК 350 оС; 6 - других составляющих нефти

Ж

Известно, что нефть характеризуется большим числом физико-химических показателей. Так, описанная в [1] БД по химии нефти включает более полусотни физико-химических характеристик нефти. Так как товарные свойства нефти в первую очередь определяются содержанием серы, парафинов и асфальтосмолистых веществ, будем рассматривать далее в качестве основных именно эти показатели химического состава нефти. На рис. 1 представлены данные о средних значениях содержания перечисленных выше компонентов и содержании фракции НК 350 оС в нефтях мира, полученные по результатам статистического анализа почти 11000 образцов нефти, описанных в БД по химии нефти [1].

Как видно из рис. 1, суммарное содержание перечисленных компонентов нефти составляет в среднем около 70 % общей массы сырой нефти. Оставшаяся треть массы сырой нефти включает ароматические и циклические алканы и другие компоненты, не рассматриваемые в настоящей работе. Некоторые предварительные результаты исследований содержания серы, парафинов, смол и асфальтенов в евразийских нефтях в зависимости от возраста пород, выполненных статистическими методами, были представлены в работе (РоИс^сЬю-ик Уи.М., Уас^сЬюпко !.Э., 2001). Приведем результаты аналогичных исследований, осуществленных на глобальном уровне на базе анализа изменений химического состава нефтей из основных нефтеносных бассейнов мира.

Химический состав нефтей

В [2, 3] цикличность процессов нефте- и газонакопления исследовалась на основе анализа данных об

объемах нефте- и газонакопления, распределенных по различным стратиграфическим подразделениям в интервале от протерозоя до кайнозоя включительно. Для обеспечения возможности сопоставления этих данных с нашими исследованиями изменений химических показателей нефтей были проведены на массивах данных, сгруппированных по тем же стратиграфическим подразделениям. Рис. 2 характеризует объемы выборочных совокупностей по указанным выше химическим показателям образцов нефтей во всех стратиграфических подразделениях, информация о которых использовалась в дальнейшем анализе.

На рис. 2 представлены графики распределения числа представленных в БД [1] образцов нефтей, а также изменение массы на единицу времени разведанных запасов нефтей [5] в разных стратиграфических периодах. Как видно из рис. 2, распределение числа образцов достаточно хорошо коррелирует с изменениями массы разведанных запасов нефтей. В частности, коэффициент корреляции изменений числа образцов в БД и массы разведанных запасов нефтей составляет 0,68. Заметим, что достаточно высокая корреляция численности нефтяных образцов, информация о которых накоплена в БД, и измене-

Рис. 2. СООТНОШЕНИЯ ИЗМЕНЕНИИ ВО ВРЕМЕНИ ОБЪЕМОВ РАЗВЕДАННЫХ ЗАПАСОВ НЕФТЕЙ (!) И ЧИСЛА ОБРАЗЦОВ НЕФТЕЙ (2) В БД

Стратиграфический интервал

Таблица 1

Распределение числа бассейнов и образцов нефтей по континентам

Континент Число бассейнов Число образцов нефтей

Евразия 73 9106

Америка 49 1175

Африка 9 333

Австралия 7 83

ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА, 62003

Таблица 2

О

f

=

u

о

U

ния массы разведанных запасов нефтей является показателем репрезентативности информации, собранной в БД [1]. Информация о числе бассейнов и образцов нефтей, относящихся к различным континентам, представлена в табл. 1. Характеристика данных из БД о показателях химического состава нефтей в зависимости от возраста дана в табл. 2.

Анализ распределения нефтей

по химическому составу в зависимости от их возраста

Для обеспечения возможности сопоставления данных об изменениях химических показателей нефтей (см. табл. 2) с изменением площади морей за геологическую историю Земли (рис. 3-6) исследования были проведены на массивах данных, полученных из БД и сгруппированных по стратиграфическим интервалам. Заметим, что на рис. 3-6 в подразделениях кембрия, ордовика, силура и триаса показаны средние значения содержания химических компонентов по указанным подразделениям, относящиеся к серединам этих стратиграфических периодов.

На рис. 3-5 представлены изменение содержания серы, смол и асфальтенов и изменение площадей платформенных морей во времени, из сопоставления которых можно сделать вывод о синхронности их изменений. Этот вывод можно интерпретировать следующим образом: минимумы на графиках изменений указанных величин во времени приблизительно совпадают с геократическими эпохами [5] в геологической истории Земли, характерной особенностью которых является регрессия морей с приподнятых континентов. Известно, что геократические эпохи всегда были приурочены к заключительным стадиям геотектонических циклов [5]. Минимумы

Рис. 3. СООТНОШЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ВО ВРЕМЕНИ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДИ ПЛАТФОРМЕННЫХ МОРЕЙ (!) И СОДЕРЖАНИЯ СЕРЫ (2) В НЕФТЯХ ПО СТРАТИГРАФИЧЕСКИМ ИНТЕРВАЛАМ

[-Каледонский циклу- Герцинский цикл

Альпийский цикл-

1---1----1----[—Т1--------------------------------------------------------1-1--1-1-1-1-1-1-1-1-[-

30

25

20

15

10

>^шОООмямйййиц,ьрГннн '-Г'-Г'-Г^ ^ рТрТрТк г Стратиграфический интервал

р

О

м

.о

а

О

Рис. 4. СООТНОШЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ВО ВРЕМЕНИ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДИ ПЛАТФОРМЕННЫХ МОРЕЙ (!) И СОДЕРЖАНИЯ СМОЛ (2) В НЕФТЯХ ПО СТРАТИГРАФИЧЕСКИМ ИНТЕРВАЛАМ

25

20

15

*

р

е

о

С

10

5

рКаледонский цикл-|—Герцинский цикл —р

Альпийский цикл-

30

25

20

15

10

5

1---Г~1--1---1---^“1---1--1---1--1--1---1--1--1----г

>^щооо1«ййй и ц1 рГ рГ н" н н ^ р."р."гг

Стратиграфический интервал

5

0

0

0

Рис. 5. СООТНОШЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ВО ВРЕМЕНИ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДИ ПЛАТФОРМЕННЫХ МОРЕЙ (!) И СОДЕРЖАНИЯ АСФАЛЬТЕНОВ (2) В НЕФТЯХ ПО СТРАТИГРАФИЧЕСКИМ ИНТЕРВАЛАМ

а

*

р

е

о

С

4 -

3

2

1

Альпийский цикл-

-1---1--1--1---1--1---1--1--1---1--1---1--Г~1----1--1--1---1--1---1--1--1---1--1--1---1--1---[—

30

25

20

15

10

5

0

>ШШШООО^^ЙГЧрй'й" ии*рГ рГн" Н Н '-Г'-Г'-Г^ ^ р^р^г ¡2 Стратиграфический интервал

-ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА, 6‘2003 -

5

0

средних значений содержания серы, смол и асфальтенов в девоне, триасе, юре и неогене совпадают с геократическими эпохами, связанными с регрессиями океана. Следовательно, формирование нефтей в эти периоды происходило в континентальных условиях, которые связаны с заключительными стадиями геотектонических циклов и имели место на рубеже байкальского и каледонского циклов (в период перехода от протерозоя к фанерозою), на рубеже каледонского и герцинского циклов (силур, девон), на рубеже герцинского и альпийского циклов (триас) и также наблюдаются и в современную эпоху, когда заканчивается альпийский цикл геологической истории Земли.

Максимальные значения представленных на рис. 3-5 показателей химического состава, относящиеся к срединным периодам каледонского, герцинского и альпийского циклов, можно связывать с трансгрессией Мирового океана, способствовавшей активации процессов накопления в осадочной оболочке карбонатного и органического углерода и росту интенсивности неф-теобразования. В эти трансгрессивные эпохи наблюдается совпадение максимумов изменений всех представленных на рис. 3-5 величин в следующие интервалы времени: в каледонском (от кембрия до ордовика), герцинском (от позднего девона до среднекаменноугольной эпохи) и альпийском (от поздней юры до раннего мела) циклах.

С учетом изложенного пониженные содержания серы, смол и асфальтенов в венде, силуре, девоне, триасе, ранней юре и неогене можно связывать с континентальными условиями формирования нефтей в период регрессий океана, а их повышенные содержания в срединных интервалах геотектонических циклов — с морским происхождением нефтей.

Рис. 6. СООТНОШЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ВО ВРЕМЕНИ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДИ ПЛАТФОРМЕННЫХ МОРЕЙ (!) И СОДЕРЖАНИЯ ПАРАФИНОВ (2) В НЕФТЯХ ПО СТРАТИГРАФИЧЕСКИМ ИНТЕРВАЛАМ

12

10-

&

СС

а

*

а

а)

з

о

О

8 -

6 -

4 -

2

Альпийский цикл-

1—I—I—I—I—I—I—[—

30

25

20

15

10

> ш ш ш сТо о рТрТ ннн,нп^=н >-г >-г^ £ рТ р? z гТ

Стратиграфический интервал

а

0

1 £ з

а

о

5

0

0

На рис. 6 представлены изменения во времени относительно площади платформенных морей и содержания парафинов в нефтях, из сопоставления которых можно сделать вывод о противоположной согласованности их изменений. В отличие от серы, смол и асфальтенов содержание парафинов на рубежах смены геотектонических циклов принимает максимальное значение, что на основе изложенного позволяет сделать вывод о том, что повышенное содержание парафинов может служить признаком континентального происхождения нефтей.

Анализ изменений химических свойств нефтей в зависимости от геологического возраста позволил

выявить их циклический характер и установить некоторые закономерности их изменений. Показано, что цикличность этих изменений обусловлена цикличностью процессов трансгрессии океана и связана с процессами формирования и развития палеоокеанов в геологической истории Земли. Обнаружены взаимосвязи между изменениями содержаний исследованных химических составляющих нефтей и геотектонической цикличностью в геологической истории Земли.

Литература

1. База данных по химии нефти и перспективы ее применения в геохимических исследованиях / В.В.Ан,

Е.СХозин, Ю.М.Полищук, И.Г.Ященко // Геология нефти и газа. — 2000. - № 2. -С. 49-51.

2. Вышемирский B.C., Конторо-вич А.Э. Циклический характер нефте-накопления в истории Земли // Геология и геофизика. — 1997. — Т. 38, № 5. — С. 907-918.

3. Вышемирский B.C., Конторо-вич А.Э. Эволюция образования углеводородных газов в истории Земли // Геология и геофизика. — 1998. — Т. 39, № 10. — С. 1392-1401.

4. Радченко О.А. Геохимические закономерности размещения нефтеносных областей мира. — М.: Недра, 1965.

5. Ронов А.Б. Стратисфера, или осадочная оболочка Земли (количественное исследование). — М.: Наука, 1993.

© Ю.М.Полишук, И.Г.Яшенко, 2003

Analysis of changes of chemical properties of oils against age allowed to reveal their cyclic character and establish some regularities in their changes. It is shown that a cyclicity of their changes is controlled by a cyclicity of ocean transgression processes and associated with processes of formation and development of paleooceans in geological history of the Earth. Relationships between changes in contents of studied chemical components of oils and geotectonic cyclicity in geological history of the Earth were found.