СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАЛЕОТЕМПЕРАТУР КАТАГЕНЕЗА БЕЗВИТРИНИТОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ПО ОПТИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ МИКРОФИТОФОССИЛИЙ
METHOD OF DETERMINING PALEOTEMPERATURES OF CATAGENESIS OF VITRINITE-FREE DEPOSITS ON OPTICAL CHARACTERISTICS OF MICROPHYTOFOSSILS

ри проведении геологоразведочных работ на нефть и газ важным этапом является определение палеотемператур катагенеза пород в изучаемом разрезе скважины. На основании значений палеотемператур оценивается степень катагенетической зрелости органического вещества (ОВ) пород, которая является показателем, необходимым для оценки интенсивности и масштабов нефте-газогенерации изучаемых пород. Например, определив интервалы, в которых ОВ достигло степени зрелости, необходимой для начала генерации нефти, можно оценить мощности пород, генерирующих нефтяные и газовые углеводороды.
Существует проблема определения палеотемператур потенциально нефтегазоматеринских морских отложений, которые не содержат витринита (витринит - гелифицированный компонент ископаемых углей, характеризующийся красным цветом в проходящем свете и светло-серым в отраженном). Для таких отложений применение известных методов, основанных на измерении отражательной способности витринита, не представляется возможным. К безвитринитовым толщам относятся отложения додевонского возраста, содержащие рассеянное OB, а также сланценосные отложения, формировавшиеся, как правило, в удаленных от берега морских, сравнительно глубоководных фациях при некомпенсированном прогибании осадочных толщ.
Додевонские отложения не содержат витринита ввиду отсутствия растительных остатков гумусовой природы, т.к. наземная растительность фактически отсутствовала и была представлена редко обнаруживаемыми предками самых первых поселенцев суши. Сланценосные отложения не содержат витринита из-за отсутствия растительных остатков гумусовой природы, обусловленного удаленностью от берега. В безвитринитовых морских отложениях присутствуют микроводоросли и акритархи (клеточные оболочки организмов неустановленной систематической принадлежности), объединяемые в сборную группу микрофитофоссилий. Оболочки микрофитофоссилий в отложениях изменяют свою цветовую окраску от бесцветных и светло-зеленых до темно-коричневых и черных в зависимости от палеопрогрева пород. Изменение цвета происходит в результате термического изменения структурных и химических компонентов оболочек ископаемых микрофитофоссилий.
Микрофоссилии разного генезиса резко отличаются по размерам, морфологии клеток, составу и толщине клеточных стенок. Вследствие таких различий воздействие одних и тех же палеотемператур при погружении пород и их одинаковом прогреве в процессе катагенеза (при усредненных значениях температурного градиента 3°C на 100 м) проявляется неоднозначно в различных цветовых гаммах оболочек микрофоссилий, захороненных в одном слое осадков. Наибольшие различия в цветовой гамме микрофоссилий, диагностируемые при микроскопических исследованиях, проявляются при определенных палеотемпературных воздействиях на породу, характеризующих стадии формирования углеводородных компонентов из органического вещества нефтематеринских толщ. В связи с этим изменение оболочек цвета водорослей может служить диагностическим признаком палеотемператур, характеризующих начало и окончание генерации углеводородов различного состава.
Изобретение относится к прямым физическим методам изучения органического вещества (OB) и может быть использовано для реконструкции палеотемператур и определения степени катагенетической преобразованности OB безвитринитовых отложений нефтегазоносных бассейнов в нефтепоисковой геологии и геохимии с целью определения мощности нефте- и газогенерирующих толщ и оценки нефтегазогенерационного потенциала.
В процессе исследований отбирают пробы пород (шлам, керн, породы в коренном залегании в обнажениях), выделяют из пород нерастворимое органическое вещество и получают концентрат (образец) нерастворимого органического вещества. Палеотемпература безвитринитовых отложений определяется оптическими методами (световая микроскопия и ИК-спектрометрия) на основе качественной (цветовой) и количественной (спектральной) характеристик.
В ходе исследования полученных концентратов методами световой микроскопии определяются морфологические группы преобладающих в исследуемом образце морских микрофитофоссилий (водорослей и акритарх). Для микрофоссилий каждой из выделенных морфологических групп производится оценка цветовой насыщенности и определяется индекс цвета (или окраски), который скоррелирован со шкалой индексов окраски конодонтов.
Палеотемпературы пород, определенные по индексам цвета (окрашенности) микрофоссилий в концентратах органического вещества, контролируются путем сравнения оценки зрелости OB, полученной из значения палеотемпературы, с оценкой зрелости OB, полученной на основе анализа ИК-спектров исследуемых концентратов OB.
Необходимость контроля связана с тем, что оценки палеотемператур, получаемые из отдельных оптических показателей исследуемого OB, отличаются значительными разбросами и, зачастую, превышают одну градацию катагенеза по шкале Н.Б. Вассоевича - [1].
Применяемый в рамках предлагаемого способа сопоставительный анализ комплекса оптических показателей, получаемых в ходе исследования образца в световом микроскопе и на инфракрасном спектрометре, позволяет значительно снизить погрешность определения палеотемператур.
В результате достигается оптимизация способа определения палеотемператур и повышение надежности и достоверности оценки палеотемператур катагенеза безвитринитовых отложений по качественной и количественной характеристикам микрофитофоссилий, получаемых прямыми оптическими методами изучения нерастворимого органического вещества.
Существуют различные способы определения палеотемператур катагенеза осадочных пород.
Так, известен способ определения палеотемператур континентальных и прибрежно-морских отложений по результатам изучения катагенетических преобразований рассеянного OB пород по показателю отражательной способности витринита как основного критерия степени преобразованности органического вещества гумусовой природы углефицированных остатков высших растений [2, 3, 4]. На основании корреляции отражательной способности витринита (ОСВ) с карбонизацией OB разработаны шкалы углефикации, в которых стадиям углефикации соответствуют определенные палеотемпературы.
Недостатком данного способа является то, что отложения додевонского возраста совсем не содержат углистых включений высших растений, и к ним этот метод вообще не может быть применен.
Известен способ определения палеотемператур катагенеза отложений морского генезиса по отражательной способности витринита ОСВ на основании сопоставления шкалы углефикации и шкалы катагенеза, предложенной Н.Б. Вассоевичем [1]. Сопоставление шкал проведено по показателям отражательной способности витринита. Таким образом, палеотемпературы морских отложений определяются по витриниту, захороненному в морских отложениях. Недостатком данного способа является то, что в составе рассеянного OB (РОВ) нефтегазоматеринских толщ морского генезиса, в том числе, и в сланцах, редко отмечается витринит, который является производным наземной растительности и часто привнесен в морские осадки из размывающихся пород континентального генезиса. В связи с этим данный способ ограничен в применении для определения палеотемператур катагенеза нефтегазоносных толщ древнего возраста, а также толщ, образовавшихся в морских условиях, особенно в глубоководных.
Известен способ определения состава рассеянного органического вещества морского генезиса углепетрографическим методом, при котором под микроскопом изучают различные микрокомпоненты РОВ пород и получают максимально возможные данные о составе и характере органического вещества. По сопоставлению значений преломления микрокомпонентов, увязанных со шкалой катагенеза сапропелевого вещества [5], получают характеристику отложений в соответствии с градациями катагенеза.
Недостатком способа является подход к разработке шкалы, в которую авторами изначально заложены показатели палеоглубин, в то время как палеоглубинная катагенетическая зональность различается не только в разных нефтегазоносных бассейнах, но и в отдельных их районах. Таким образом, измеряемые параметры преломления микрокомпонентов, соотнесенные со шкалой катагенеза сапропелевого вещества, не отражают в полной мере палеотемпературных характеристик палеопрогрева пород.
Известен способ определения палеотемператур на основе катагенетического изменения спорополлениновых компонентов спор и пыльцы в соответствии со шкалой с цветовыми индексами микрофоссилий, обоснованной данными отражательной способности витринита. Постепенное изменение цвета спор и пыльцы высших растений в ряду от светло-желтого с зеленоватым оттенком - желтого - оранжевого - коричневого до черного принято считать показателем «зрелости» органических микрокомпонентов пород при определяющем влиянии фактора палеотемпературы [6, 7].
Недостатком метода является ограниченное распространение спор и пыльцы, продуцируемых высшими наземными растениями, в связи с чем они редки в глубоководных морских отложениях. Так же, как и витринит, споры и пыльца в додевонских отложениях фактически отсутствуют, крайне редкие находки спор первых поселенцев суши известны в прибрежно-морских отложениях силура. В связи с этим, данный метод не применим для додевонских отложений.
Известен углепетрографический способ определения катагенеза ОВ нефтематеринских пород на основе оценки отражательной способности сорбомикстинита, который является продуктом преобразования различных остатков планктоногенного органического вещества [8].
Предложенный способ определения катагенеза древних нефтегазоматеринских толщ по одному из микрокомпонентов керогена - сорбомикстиниту (мелкодисперсному органическому веществу, состоящему из остатков морских организмов) - позволяет в углепетрографических препаратах определять уровень зрелости сапропелевого органического вещества. На основе значений отражательной способности оцениваются зоны катагенеза, что по сопоставлению с вышеуказанными шкалами И.И. Аммосова и Н.Б. Вассоевича [1-4] позволяет оценить палеотемпературу пород.
К недостаткам способа относится его трудоемкость, связанная с изготовлением тонких полированных шлифов, выбором в шлифах площадок с хорошей полировкой и с большим количеством замеров ОС сорбомикстинита до 30 и более в одном шлифе, что обусловлено большим разбросом значений и необходимостью расчета среднего арифметического значения отражательной способности витринита в атмосферном воздухе (Ra) для каждого образца. В данном способе не учитывается влияние на значения отражательной способности условий формирования сорбомикстинита и привноса переотложенных микрокомпонентов, что в целом снижает достоверность определения градаций катагенеза пород.
Известен способ, основанный на углепетрографической диагностике уровня зрелости органического вещества в морских и древних (нижний палеозой, докембрий) отложениях, где витринит отсутствует, а катагенетическая преобразованность определяется по псевдовитриниту (унифицированные остатки макроводорослей) в соответствии с разработанной шкалой изменения показателя отражения псевдовитринита с ростом катагенеза [9, 10].
Палеотемпературы данным методом определяются опосредованно по градациям катагенеза шкалы, обоснованным значениями по витриниту (ОСВ). К недостаткам метода относится локальное распространение водорослей, из которых образуется псевдовитринит, и его ограниченное распространение в морских осадках (преимущественно, в прибрежно-морских).
А.Н. Фомин приводит в монографии «Катагенез органического вещества и нефтегазоносность мезозойских и палеозойских отложений Западно-Сибирского мегабассейна» сопоставление различных шкал, в т.ч. и по конодонтам, но эти шкалы увязаны между собой на основе градаций катагенеза, определяемых по значениям отражательной способности витринита [11].
Известен также способ определения степени термального изменения вмещающих отложений по индексу окраски конодонтов (ИОК) - палеонтологических остатков зубного аппарата морских представителей фауны. Изменение окраски конодонтовых элементов, представленных фосфатом кальция с коллагеновыми прослоями, происходит под воздействием повышенных температур и циркулирующих в породе растворов [12]. Зависимость изменения окраски конодонтов от интенсивности и длительности термального воздействия была установлена экспериментально, что позволило использовать цвет конодонтов, выраженный через индексы окраски (ИОК), для приблизительной оценки степени термального преобразования вмещающих пород. Это один из основных методов определения палеотемператур морских отложений, альтернативных методу отражательной способности витринита, основанный на том, что при нагреве органическое вещество, содержащееся в твердых тканях (преимущественно коллаген), углефицируется, и это ведет к почернению конодонтовых элементов. При дальнейшем увеличении температуры происходит окисление унифицированного органического вещества и перекристаллизация фосфата кальция, что приводит к осветлению конодонтовых элементов вплоть до их полного обесцвечивания. Индексы окраски конодонтов (ИОК) - это безразмерные величины от 1 до 8, характеризующие цвет конодонтовых элементов: индексу 1 отвечает светлый медово-желтый цвет, индесу 5 - черный, индексу 8 - прозрачно-белый (Estein et al., 1977). График зависимости индекса окраски конодонтов от температуры (рис.1) приведен по результатам обобщения исследования преобразования конодонтовых элементов [13]. Получаемые по ИОК значения температуры катагенеза носят оценочный характер, но позволяют отойти от зависимости углепетрографических исследований витринита.
Недостатком этого способа является большая погрешность визуального определения ИОК, которая составляет 0,5 единицы, что приводит к разбросу значений при определении температур в 20-40%, его применение ограничивается стратиграфическим распространением конодонтов (средний кембрий - триас) и необходимостью обработки большого объема каменного материала для выделения конодонтов - 200-300 г и более керна и до 1 кг породы из обнажения.
Наиболее близким к патентуемому является способ определения палеотемператур палинологичесским методом по изменению цвета оболочек ископаемых празинофитовых водорослей Tasmanites Newton [14]. Празинофитовые водоросли в связи с особенностями морфологии, стратиграфического распространения, экологической и палеогеографической приуроченности являются удобным объектом для оценки палеотемператур по цветовой гамме цист празинофитов. Однако установлено, что интенсивность цвета комплекса микрофитофоссилий, выделенных из одного образца разной таксономической принадлежности, имеет значительные различия, что связано с их морфологией (структурными элементами и толщиной экзины - наружного слоя оболочки клеток водорослей) и химическими изменениями, происходящими в оболочке под определяющим воздействием температурного влияния. Это обусловливает необходимость выбора хорошо диагностируемого таксона для разработки шкалы палеотемператур с целью установления в лабораторных условиях зависимости изменения цвета микрофитофоссилий от температур. Вид Tasmanites medius Eis, на основе которого была разработана шкала палеотемператур, имеет округлую форму, сравнительно крупные размеры 100-200 мкм и толстую оболочку (8-10 мкм) с оранжевато-красноватыми цветовыми оттенками, что делает его диагностически узнаваемым. Детальная цветовая шкала палеотемператур с индексами цвета от 1 до 13 разработана с шагом в 20°С, при этом выделенная цветовая гамма изменяется от желтого цвета с оранжевым оттенком до черного и пепельно-серого.
Основные недостатки этого способа:
- сложность создания эталонной коллекции в лабораторных условиях под действием постепенного изменения теплового поля в интервале температур от 60 до 220°C, необходимой для диагностики,
- необходимость установления таксономической принадлежности микроводорослей, извлеченных из пород в разрезе скважины, к тому виду, на основе которого разработана шкала (поскольку у разных видов оптические характеристики различны). Что же касается других представителей семейства Tasmanaceae, то здесь следует отметить, что Тасманацеи весьма различны по морфологии: размеры диаметра их клеток варьируются от 60 до 200 и более микрон в диаметре), а толщина оболочки у разных видов изменяется от 2 до 30 мкм.
Ограниченное распространение тасманацей, преимущественно, в осадках трансгрессивного этапа развития бассейна и их отсутствие в глубоководных фациальных комплексах не позволяет использовать шкалу в качестве надежного инструмента для детальной оценки палеотемператур безвитринитовых пород.
Как показали исследования разных видов микрофитофоссилий, выделенных из пород, различия в размерах и толщине способствуют широкой вариации цвета оболочек водорослей в одном и том же образце на определенной стадии палеопрогрева пород.
С учетом вышеприведенных достижений и недостатков разных способов, задача предлагаемого решения состоит в том, чтобы предложить способ, повышающий достоверность определения палеотемператур катагенеза безвитринитовых отложений оптическими методами и, несмотря на выполнение работ в два этапа, ускоряющий получение уточненной оценки палеотемператур пород в разрезе скважин.
Как было указано выше, одним из основных методов определения палеотемператур морских отложений, альтернативных методу отражательной способности витринита, является метод определения палеотемператур по индексу окраски конодонтов (ИОК) - палеонтологических остатков зубного аппарата морских представителей фауны. Однако в этом методе были выявлены погрешности визуального определения ИОК, ограниченное распространение конодонтов и сложность его отбора из исследуемых отложений. Наибольшее распространение в исследуемых морских додевонских осадочных породах имеют водоросли, которые в ряде отложений встречаются одновременно с конодонтами.
Катагенез морских додевонских осадочных пород определяется рядом факторов. В первую очередь палеотемпературой. Вся возможная цветовая гамма оболочек ископаемых микрофитофоссилий определяется в соответствии со шкалой изменения цвета их оболочек (см. таблицу 1) в 12 условных единицах. Характер катагенетической преобразованности органического вещества водорослей и акритарх различного генезиса зависит от исходных свойств самих водорослей, сохранности оболочек и результируется в разных цветовых гаммах при одной и той же температуре для разных групп микрофитофоссилий. Поэтому для определения палеотемпературы катагенеза пород была использована шкала изменения индексов окраски конодонтов (см. таблицу 2), скоррелированная на результаты измерения цвета оболочек водорослей и акритарх, находившихся в тех же отложениях.
Для решения поставленной задачи предлагаемый способ определения палеотемператур безвитринитовых отложений по оптическим характеристикам микрофитофоссилий реализуется следующей последовательностью операций.
Из исследуемых отложений производят отбор образцов осадочных пород, выделение из них нерастворимого органического вещества и установление в нем микрофитофоссилий, исследование нерастворимого органического вещества оптическим методом и установление палеотемпературы. Способ отличается от известных тем, что:
- исследование оптическим методом проводят в два этапа,
- на первом этапе в проходящем свете из морфологических групп микрофитофоссилий выделяют преобладающую группу микрофитофоссилий, в ней выделяют группы толстостенных (толщина стенки 2 и более мкм) и тонкостенных (толщина стенки менее 2 мкм) микрофитофоссилий, для каждой выделенной группы определяют индекс окраски (таблица 1), каждый индекс окраски коррелируют со шкалой палеотемператур на основе индекса окраски конодонтов (таблица 2),
- на втором этапе исследования уточняют количественные характеристики на основе спектральных характеристик выделенных групп микрофитофоссилий в инфракрасном диапазоне света, анализируют концентрат органического вещества с уже определенным индексом окраски микрофоссилий (таблица 1), скоррелированным со шкалой палеотемператур на основе индекса окраски конодонтов (таблица 2), и по характеру спектров уточняют палеотемпературные диапазоны пород на уровне градаций катагенеза,
-1
- результирующие оценки палеотемпературы микрофитофоссилий определяют на основе сопоставления результатов исследований первого и второго этапов. Для этого из образцов нерастворимого органического вещества со сходными значениями индексов цвета соответствующей группы микрофитофоссилий, т.е. интервала разреза скважины с одинаковым значением палеотемператур, определяемым по индексу цвета микрофитофоссилий, выбирают контрольные образцы для исследований в инфракрасном диапазоне света 4000-400 см. Получаемые спектры контрольных образцов сопоставляют с эталонными спектрами, отвечающими определенным градациям катагенеза, которые имеют обоснованные палеотемпературные характеристики (авторская коллекция эталонных спектров с уровнями градаций катагенеза, обоснованными палеотемпературами по значениям отражательной способности витринита, определенных в образцах органического вещества морского генезиса). Таким образом, устанавливают уточненные палеотемпературные характеристики пород для всего интервала пород, выделенного на первом этапе по сходным значениям индексов цвета микрофитофоссилий.
Предлагаемый способ определения палеотемператур по цвету микрофитооссилий, позволяет использовать его для более широкого диапазона исследуемых катагенетических изменений пород, включая безвитринитовые отложения (до девонские и сланценосные). Исследования в два этапа с введением измерений ИК-спектра позволяют существенно сузить оценку температурных границ, что дает возможность оценить палеотемпературы на более узком интервале в рамках одной градации катагенеза.
Оценка палеотемпературы осуществляется не на основе выделения в образце нерастворимого органического вещества одного ископаемого таксона водорослей (вида, рода, семейства) и исследования его окрашенности с применением соответствующей данному таксону цветовой шкалы, а на основе сопоставления различных оптических показателей, получаемых в ходе микроскопических и спектральных исследований.
Предложенный способ определения катагенеза древних нефтегазоматеринских толщ по микрофитофоссилиям повышает степень достоверности геохимических анализов, а в отдельных случаях может упростить процесс диагностики их генерационного потенциала, позволяя выполнить разбивку скважины по палеотемпературам, определяющим уровень катагенетической зрелости безвитринитовых отложений и определить положение в разрезе границ зон нефтегазообразования.
Технический результат изобретения выражается в комплексности и повышении достоверности результатов определения палеотемператур пород осуществляемой по качественной и количественной характеристике оптических свойств микрофитофоссилий, экспрессности определения уточняющих количественных характеристик палеотемпературных диапазонов в инфракрасном диапазоне света по контрольным (единичным) образцам, детализации разбивок разреза на узкие интервалы палеотемпературного прогрева пород. Предложенные операции способа определения палеотемператур решают поставленную задачу на основе качественной и количественной оптической характеристики микрофоссилий.
Способ осуществляют следующим образом.
В отобранных образцах осадочных пород выделяют нерастворимое органическое вещество микрофоссилий (в частности, водорослей) путем удаления породной матрицы соляной и плавиковой кислотами.
Полученные концентраты ОВ изучают комплексно и последовательно двумя оптическими методами. На первом этапе работ органическое вещество изучают под микроскопом в проходящем свете, определяя визуально при увеличении в 100 раз преобладающую группу морфологических типов, основными характеристиками которой являются форма, размеры и толщина оболочки. На основании этого исследования выделяют морфологические группы толстостенных (толщина стенки 2 и более мкм) и тонкостенных (толщина стенки менее 2 мкм).
При увеличении в 400 раз определяют оптические свойства - цвет, его насыщенность и оттеночную окраску оболочек групп микрофоссилий, определяют индекс цвета по обобщающей шкале изменения окраски (таблица 1).
Обобщающая оттеночно-цветовая шкала составлена на основе анализа изменения цвета морских микрофоссилий и спор высших растений от зеленого к желтому, коричневому и черному цветам с учетом визуально определяемых оттенков.
Установленные индексы цвета образцов сопоставляют по шкале цвета для разных морфотипов микрофитофоссилий, скоррелированной с палеотемпературами морских отложений по конодонтам (таблица 2).
Корреляция разных шкал по конодонтам и микрофитофоссилиям выполнена на основе комплексного изучения образцов, содержащих разные группы микрофоссилий и соотнесенных с палеотемпературами по конодонтам. С этой целью в интервале отложений со сходными палеотемпературами, установленными по конодонтам, были выделены микрофитофосссилии, затем они исследованы микроскопически в проходящем свете, в результате чего были определены цветовые оттненки микроводорослей разного таксономического состава и морфологии, различающиеся толщиной клеточной оболочки. В результате составлена цветовая шкала с учетом изменения цвета по изменению толстостенных (толщина стенки 2 и более мкм) и тонкостенных (толщина стенки менее 2 мкм) микрофитофоссилий. На основе сопоставления индексов цвета со шкалой изменчивости цвета микрофоссилий в зависимости от палеотемператур (таблица 2) определяют палеотемпературные уровни палеопрогрева пород.
Из таблицы 2 видно, что диапазоны температур, определяемые визуальным методом, достаточно широки и охватывают две градации катагенеза, что недостаточно для детальных оценок палеотемператур пород и определения зрелости органического вещества.
1
2
2
3
4
5
Для устранения этого недостатка на втором этапе проводят диагностику образцов ИК-спектроскопическим методом. По образцам в соответствии с обоснованным диапазонам палеотемператур, которые могут быть отнесены к разным градациям катагенеза, проводят контрольные измерения ИК-спектроскопическим методом. Данный метод используется для диагностики подстадий катагенеза морских отложений (ПК, MK; МК; МК; МК; МК; МК; АК [1]. Это позволяет скорректировать и уточнить палеотемпературные уровни, полученные по данным визуальных наблюдений.
Измеряют ИК-спектры образцов выделенных температурных интервалов, сравнивают количественные характеристики по наличию и интенсивности полос поглощения. Таким образом, количественно подтверждается правомерность выделения палеотемпературного интервала и соответственно более детально диагностируются границы зоны нефтеобразования и газообразования.
Затем сходные по индексам образцы с учетом ИК-спектроскопической диагностики объединяют в группы и соотносят с их положением в разрезе скважины и, таким образом, определяют мощность отложений с одинаковым палеотемпературным уровнем (качественный и количественный уровни определения).
Данный способ реализует следующий подход - определение палеотемператур широкого диапазона по цвету микрофоссилий, отвечающий широкому диапазону катагенетических изменений пород, при котором проводятся массовые измерения пород (шлам, керн), контрольные измерения ИК-спектроскопическим методом, позволяющим существенно сузить оценку температурных границ, что дает возможность оценить палеотемпературы на более узком интервале в рамках одной градации катагенеза. Погрешность определения по шкале температур оценивается в ±5°С.
Пример выполнения заявляемого способа.
Для определения палеотемператур катагенеза безвитринитовых морских отложений Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции и отложений силура Калининградской области была подобрана коллекция кернового материала пород из глубоких скважин. В коллекцию кернового материала включены отложения из разрезов скважин, отличающиеся глубиной залегания безвитринитовых толщ и фациальными условиями осадконаколения, являющихся ведущими факторами, определяющими палеопрогрев и содержание органического вещества (микрофитофоссилий) в породе.
Отобранные образцы кернового материала, представленные осадочными породами, подвергают механическому дроблению и просеиванию через сито, получают размеры зерен менее 3 мм.
Далее стаканы с измельченной породой заливают последовательно соляной и плавиковой кислотами, осадок пропускают через фильтры, фильтрат промывают дистиллированной водой и концентрируют в пробирках.
На первом этапе при проведении оценки анализа образцов с целью получения качественной характеристики изменения микрофитофоссилий качественном анализе образцов - определении групп и индексов цвета - используют лабораторный световой микроскоп и соответствующие объективы × 10 и × 40 прокулярах × 10.
Полученный образец исследуют в световом микроскопе в проходящем свете при разных увеличениях × 100 и × 400. При увеличении × 100 получают представление о составе органического вещества и наличии разнообразии морфологических типов микрофитофоссилий. Выбирают наиболее обогащенные водорослями и акритархами образцы и, независимо от их таксономической принадлежности, выделяют из них морфологические группы микрофоссилий с толстыми оболочками (2 и более мкм) и тонкими оболочками (менее 2 мкм).
Далее визуально диагностируют цветовую окраску оболочек микрофитофоссилий и ее вариации в пределах той или иной группы микрофитофоссилий при увеличении × 400. Определяемый цвет соотносят с общей оттеночно-цветовой шкалой (таблица 1), включающей 12 градаций цвета от прозрачно-зеленоватого на начальной стадии литификации пород до черного и серо-пепельного на подстадиях конца мезокатагенеза - начала апокатагенеза с индексами цвета от 1 до 12. Затем оценивают и регистрируют значения индексов в пределах выделенных групп микрофоссилий в образце. Изменчивость цвета, устанавливаемая по микрофитофоссилиям из девонских и силурийских отложений разрезов Тимано-Печорской НГП, контролировалась палеотемпературой пород, установленной по индексу цвета конодонтов, обнаруженных в этих же интервалах отбора керна. Таким образом, интервалы разреза скважин оказались охарактеризованы по палетемпературными данными, установленными по окраске конодонтовых элементов, с одной стороны, и микрофоссилиями с различным строением оболочек и их цветовыми вариациями, с другой стороны. Проведенное сопоставление послужило основой для последующего создания шкал изменения цвета микрофоссилий для групп «тонкостенных» и «толстостенных» микрофоссилий. В последствие проводились исследования силурийских разрезов Калининградской области и палеотемпературы в ряде разрезов, где конодонты отсутствовали, определялись на основе индексов цвета микрофитофоссилий с единичными контрольными образцами по оптической характеристике, получаемой в инфракрасном диапазоне света.
Далее установленные индексы (индекс) в пределах каждой группы микрофоссилий сравниваются в соответствии со шкалой изменения цвета данной группы в зависимости от палеотемпературы (таблица 2).
Объединяя образцы со сходными качественными характеристиками в пределах той или иной группы, соотносят их с интервалом разреза скважины, откуда эти породы были отобраны. По характеристике индексов цвета, определяемой по одной или двум шкалам (в зависимости от наличия одной или двух групп в образце), устанавливают диапазон палеотемператур вмещающих пород. Определяемые диапазоны палеотемператур контролируются значениями 50-70, 70-100, 100-150°С целью уточнения и повышения достоверности определения палеотемператур проводятся исследования органических остатков выборочных образцов, характеризующих интервалы разреза со сходными индексами цвета, ИК-спектроскопическим методом, что означает осуществление следующего этапа.
-1
На втором этапе для получения количественных волновых характеристик используют инфракрасный спектрометр Specord M 80 и осуществляют анализ в спектральном диапазоне 4000-400 см контрольных образцов. Контрольные образцы выбираются из образцов нерастворимого органического вещества, со сходными значениями индексов цвета соответствующей группы микрофитофоссилий, т.е. интервала разреза скважины с одинаковым значением диапазона палеотемператур, определяемого по индексу цвета микрофитофоссилий.
ИК-спектроскопическим методом получают количественные спектральные характеристики контрольного образца (образцов). Спектры контрольных образцов сопоставляются с эталонными спектрами, отвечающими определенным градациям катагенеза [1], которые имеют обоснованные палеотемпературные характеристики.
По результатам сопоставления полученных спектров образцов с эталонными спектрами оценивается их сходство, и на основании такого сходства определяется палеотемпература отложений. Таким образом, получаемая палеотемпературная характеристика пород, установленная по данным ИК-спектроскопических исследований распространяется на весь интервал разреза, откуда отобраны образцы со сходными индексами цвета. Такой подход, когда ряд образцов со сходными качественными характеристиками по индексам цвета, полученными в обычном световом микроскопе, контролируется по единичным данным измерений в инфракрасном диапазоне света, существенно снижает время проведения исследований по сравнению с временными затратами на исследование всего объема образцов из разреза в инфракрасном диапазоне света.
По первому этапу получился результат, позволяющий оценить глубину залегания нефтематеринских отложений, контролируемых палеотемпературой и мощность нефтеносных слоев. Второй этап позволил скорректировать первый результат на уровне градаций катагенеза и показать, что изучаемые вмещающие отложения силура относятся к зоне нефтяного окна, охарактеризованного палеотемпературами в диапазоне 100-150С° (погрешность ±5С°).
Материалы, поясняющие сущность изобретения, приведены в таблицах 1 и 2.
Таким образом, предлагаемый способ является комплексным и экспрессным в исполнении, осуществляется на основе анализа качественной и количественной характеристики оптических свойств микрофитофоссилий, что обеспечивает получение достоверных и детальных оценок палеотемператур катагенеза безвитринитовых отложений (нефтегазоматеринских пород, сланценосных толщ).
Литература
1. Неручев С.Г., Вассоевич Н.Б., Лопатин Н.В. О шкале катагенеза в связи с нефтеобразованием // Горючие ископаемые. - М.: Наука, 1976. - С.47-52.
2. Палеотемпературы зон нефтеобразования / И.И. Аммосов, Б.Г. Бабашкин, Н.П. Гречишников. - М., Наука, 1975 г. - 112 с.
3. Аммосов Н.И., Горшков В.Н., Гречишников Н.П. Палеотемпературы преобразования нефтегазоносных отложений. М., Наука, 1980. - 110 с.
4. Петрология органических веществ в геологии горючих ископаемых / И.И. Аммосов, В.И.Горшков, Н.П. Гречишников и др. М.: Наука, 1987. - 335 с.
5. Парпарова Г.М., Жукова А.В. Углепетрографические методы в изучении осадочных пород и полезных ископаемых. Л: Недра, 1990. - 308 с.
6. Ровнина Л.В. РД-39-11-1142-84. Определение исходного типа и уровня катагенеза рассеянного органического вещества палинологическим методом ИГ и РГИ. М., 1984 г. Министерство нефтяной промышленности, 1984. - 17 с.
7. Ровнина Л.В. Палинологический метод в оценке катагенеза органического вещества // Палинология: теория и практика: материалы XI Всерос. палинол. конф. М., 2005. - С.90-91.
8. Патент RU №2085974, G01V 8/00, 9/00.
9. Фомин А.Н. Диагностика стадий катагенеза по отражательной способности псевдовитринита / Методы исследования природных органических веществ /под ред А.А. Трофимука. - Новосибирск: Наука, 1985. - С.32-37.
10. Фомин А.Н. Катагенез органического вещества и нефтегазоносность мезозойских (юра, триас) и палеозойских отложений Западно-Сибирского мегабассейна / автореферат диссертации на соискание степени д. геолого-минералогических наук. Новосибирск, 2005. - 35 с.
11. Фомин А.Н. Катагенез органического вещества и нефтегазоносность мезозойских и палеозойских отложений Западно-Сибирского мегабассейна. - Новосибирск: ИНГГ СО РАН, 2011. -331 с.
12. Epstein A.G., Epstein J.B. & Harris L.D. Conodont Color Alteration - an Index Organic Metamorphism // U.S. Geological Survey Propfessional Paper 995. 1977. 27 p.
13. Jones G.L. в 1992 г. (Jones G.L. Irish Carboniferous conodonts record maturation levels and the influence of tectonism, igneous activity and miniralization. Terra Nova, 1992, 4. P.238-244.
14. Здобнова Е.Н. / Водоросли Tasmanites Newton, 1875 нижнепермских отложений западной части Прикаспийской впадины и их значение для стратиграфии и нефтяной геологии // Известия Саратовского университета. 2011. Т.11. Сер. Науки о Земле, вып.2. - С.57-63.
ТАБЛИЦА 1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАЛЕОТЕМПЕРАТУР КАТАГЕНЕЗА БЕЗВИТРИНИТОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ПО ОПТИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ МИКРОФИТОФОССИЛИЙ.
Индекс цвета
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Цветовая характеристика
Прозрачный с зеленоватым оттенком
Светло-желтый прозрачный
Светложелтый с зеленоватым оттенком
Светло-желтый насыщенный
Желтый насыщенный
Желтый с оранжевым оттенком
Желтый с коричневым оттенком
Светло-коричневый
Коричневый + оттенки
Темно-коричневый + оттенки
Черный
Обесцвеченный или пепельно-серый