Геохимические особенности распределения металлов и проявления эпигенеза в подземных водах юго-восточной части Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции

ний полезных ископаемых. Новосибирск, Наука, 1990.- с 55-71.

7. Дутова Е.М., Копылова Ю.Г., Салимбаева Д.Т., Тупчий З.В. Изучение условий формирования химического состава вод при выделения и обосновании гидрогеохимических аномалий // Гидрогеохимические методы поисков рудных месторождений. Новосибирск, Наука, 1982.-172-177 с.

&. Дутова Е.М. Особенности геохимии подземных вод ряда золоторудных районов Ал-тае-Саянской складчатой области в связи с гидрогеохимическими поисками: Автореферат дис. канд. геол. - минер, наук - Томск, 1989. - 20 с.

9. Агроклиматические ресурсы Новосибирской области.Л.: Гидрометеоиздат, 1971. -

155 с.

10. Лукин A.A. Опыт разработки методики морфоструктурно-гидрогеологического анализа. - Новосибирск: Наука, 1987. - 111 с.

11. Ковалев Р.В., Корсунов В.М., Шоба В.Н. Процессы и продукты почвообразования в темно-хвойных лесах. - Новосибирск: Наука,1981.-120 с.

12. Гаррелс P.M., Крайст Ч.Л. Растворы, минералы, равновесия. - М.: Мир, 1968. - 368

с.

13. Карпов И.К. Физико-химическое моделирование на ЭВМ в геохимии. - Новосибирск: Наука, 1981. - 248 с.

14. Кашик С.А., Карпов И.К. Физико-химическая теория образования зональности в коре выветривания. - Новосибирск: Наука, 1978. - 152 с.

15. Баженов В.А. Древние коры выветривания Салаира (состав и условия образования): Автореф. Канд. дисс. - Томск, 1981. - 18 с.

16. Свиридов В.Г., Краснов В.И., Сурков B.C., и др. Геологическое строение и полезные ископаемые Западной Сибири. Т.1. Новосибирск: Изд-во СО РАН, НИЦ ОИГГМ, 1999. 228 с.

GEOCHEMISTRY OF UNDERGROUND WATERS AND PROCESSES FORMATION OF SECONDARY MINERALS ON NORTHWEST OF SALAIR

E.M.Dutova

In work the features of geochemistry of underground waters north-west of Salair are considered, the laws of variability of their structure determined by character of a relief, level erosion, structure rocks of adjournment are shown, is appreciated equilibrium of waters with various minerals, the picture of distribution of modern secondary minerals from underground waters is shown.

УДК 550.4 : 551.49 : 553.98

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ И ПРОЯВЛЕНИЯ ЭПИГЕНЕЗА В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ ЮГО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ЗАПАДНОСИБИРСКОЙ НЕФТЕГАЗОНОСНОЙ ПРОВИНЦИИ

Назаров А. Д.

Постседиментационнная эволюция терригенно-осадочных отложений нефтегазоносных бассейнов приводит к значительному изменению исходного состава вод, пород и рассеянного органического вещества и значительному (на 1-5 порядков) обогащению водных растворов органогенными компонентами и металлами. При этом прослеживается определенная взаимосвязь между накоплением их в подземных водах и процессами лито-, гидро- и нафтидогенеза. Зоны максимального, аномально-импульсного, обогащения вод указанными компонентами явно тяготеют к зонам коренной гипергенной и нафтидоген-ной перестройки воднопородной системы.

Металлы, литогенез, гидрогенез, нафтидогенез, генерация, зоны.

Особое положение в нефтегазовой геохимии и особенно в нефтегазовой гидрогеохимии

занимают малые или микрокомпоненты (trace elements), включающие в себя многочисленную и весьма разнообразную по количественному содержанию (от макро- до ультрамикро-), химическим и геохимическим свойствам группу лито-, халько- и сидерофильных элементов -металлов, металлоидов, галоидов и т.п. Ввиду малых концентраций в водах они чутко реагируют на малейшее изменение геохимической среды и потому нередко являются наиболее информативными индикаторами специфических процессов постседиментационного преобразования вод, пород и рассеянного органического вещества. Кроме того, многие из микрокомпонентов существенно влияют на качество и потребительские свойства питьевых, лечебных и промышленных («рудных») подземных вод и потому обусловливают необходимость более детального исследования их геохимического поведения в водных растворах.

Геохимии металлов и других микрокомпонентов в подземных водах нефте-газоносных бассейнов, в том числе и Западно-Сибирского, посвящены работы W.B. Sherey, С.M. Катчен-кова, Д.И. Зульфугарлы,\¥.\¥. Howe, A.R. Williams, М.С. Гуревича, G.W. Hodgson, А.Э. Кон-торовича, A.B. Котовой, Б.П. Ставицкого, Ю.Г. Зимина, JI.A. Гуляевой, С.А. Пунановой, Л.И. Германова, В.М. Швеца, В.М. Матусевича, П.А. Удодова, C.JI. Шварцева, R.H. Filby, Р.Г. Прокопьевой, А.Д. Назарова, В.Ф. Камьянова, В.Г. Иванова и многих других исследователей. Исследования указанных авторов позволили проследить общие закономерности изменчивости концентраций и состава металлов в подземных водах нефтегазоносных отложений и заложили соответствующую эпистемологическую гидрогеохимическую основу для дальнейших изысканий [4,6,10,12,16,17,19,20].

В частности, выявилась весьма устойчивая взаимосвязь процессов обогащения вод металлами и другими минеральными солями [5,15]. Весьма уверенно прослеживается аномальное воздействие на концентрацию в водах металлов нефтяных и газоконденсатных месторождений [5,7,9,10,11,14,15,18]. Отмечается определенное воздействие на состав и концентрацию в водах металлов повышенных температур [10, 11], состава вод [10,15] и водорастворен-ных органических веществ [2-5], литогеохимических [5] и биогеохимических [3,17] условий седиментационных провинций (по закону геохимической наследственности Пустовалова). Предпринимались попытки прослеживания геохимического влияния на поведение в водах металлов процессов нефтегазообразования [11,14].

Проблема оказалась геохимически и генетически информативной, очень сложной, многоаспектной и весьма далекой от своего разрешения и потому привлекательной для специалистов разного профиля. Наибольший интерес, естественно, вызывает возможность выявления геохимической взаимосвязи процессов обогащения вод металлами и процессов эпигенетического преобразования осадочных отложений. В предлагаемой работе как раз и предпринята попытка выявления такой взаимосвязи между накоплением микрокомпонентов в подземных водах и степенью эпигенетической преобразованности последних.

Прежде всего, следует отметить заметную обогащенность подземных вод металлами по сравнению с захоронявшимися седиментогенными водами, а также афациальный рост их суммарной концентрации с глубиной и повышением минерализации водных растворов. Такая же тенденция прослеживается и для накопления в водах углеводородных газов, органических соединений и других органогенных компо-нентов (рис. 1).

При этом, если суммарная концентрация металлов в пресных гипергенных водах кайнозойской континентальной толщи (глубины до 300 м) составляет 10,3 мг/л, то в крепкосоле-ных хлоридно-натриевых водах аптсеноманского континентального комплекса (глубины 650 - 1400 м) она уже достигает 65 мг/л, в крепкосоленых хлоридно-кальциево-натриевых водах неокомских морских и лагунно-континентальных отложений (глубины 1400 - 2200 м) - 200-300 мг/л, а в хлоридно-натриевых рассолах юрских континентально-морских образованиях (глубины 2300 -3000 м) - 750-1000 мг/л. Основная массовая доля (в среднем около 87 % ) приходится на такие литофильные элементы, как Sr {59.7 %), Ва {12.16 %}, Мп {2.1 %}, Li {0.86 %}, В {3.65 %}, Si {4.56 %}, S {1.52 %}, Rb {0.11 %}, а также Fe {12.86 %}, в то время как на всю халькофильную группу - всего лишь 0.18 % {из них 0.12 % на Zn}. Примечателен сам факт накопления металлов в преобладающих в юрско-меловых отложениях весьма жестких хлор-кальциевых (по В.А.Сулину) водах, способствующих минералогическому выводу многих из них из растворов.

Обогащенность минеральных вод многими металлами превышает их концентрации (18.5 мг/л) в исходных талассогенных водах на 1-4 порядка (рис. 2) и по контрастности впол-

Рис.1 Схематический гидрогеохимический профиль по линии г.Стрежевой

- г. Колпашево

Изолинии: 1 - жинерализаций воды, г/л; 2 - концентраций общих органических кислот, мг/л; 3

- значений газового фактора, л/л; 4 - суммарной концентрации металлов, мг/л. Зоны: 5 - идиогипер-генеза, 6 - криптогипергенеза, 7 - протокатагенеза, 8 - мезокатагенеза. Гидрогеологические комплексы: Я Рз - олигоцен-четвертичный, К2-Р2 ~ эоцен-верхнемеловой, К1.2 ~ апт-сеноманский, К ¡ё'-а - готе-рив-аптский, К ¡и - валанжинский, г! -¡-К ¡и - валанжин-верхнеюрский,,] юрский, РЕ - палеозойский

Ме сф 3 Ме хф 4 Ме лф 5 СН4 6 ООК 7

ва 8

р ... д

Рис.2 Ряд и коэффициенты обогащенное-ти

1 - металлы: 2 - сумма металлов, 3 -сумма металлов сидерофильной группы, 4 -сумма металлов халькофильной группы, 5 -сумма металлов литофильной группы; 6 - газы: СН4 ~ метан, ТУ - сумма гомологов метана, Н2 - водород, СО2 - углекислый газ, М2 -азот, Не - гелий, Г - сумма газов (газовый фактор ); 7 - органические соединения: ООК - общие органические кислоты, УВ углеводы; 8 -солевые компоненты: НС03 - гидрокарбонат-ион, 304 - сульфат-ион, ЫН4 - аммоний, Са -кальций, N<1 - натрий, Мш - магний, С1 - хлор-ион, J - йод, Вг - бром, Я - гидросульфид-ион (в пересчете на серу), М - сумма солей (минерализация ); 9 - усредненные кривые значений коэффициентов обогащения подземных вод: сред.-интегралъная, Jg - верхней юры, Р2 - эоцена и Р3 - олигоцена

не сопоставима с накоплением в них большинства органогенных компонентов, заметно различаясь в то же время по гидрогеологическим комплексам и зонам в зависимости от состава и степени (стадии) метаморфизма водных растворов, рассеянного органического вещества и углеводородов. Поэтому в вертикальном (по геологическому разрезу) распределении ведущих комплексов микрокомпонентов и концентраций в подземных водах (и нефтях) весьма чётко прослеживается глубинная гидрогеохимическая зональность [16].

Основным источником поступления металлов в воды могут являться только горные породы (в основном глинистые), обогащенные ими относительно вод, нефтей и рассеянного органического вещества на несколько порядков (рис.3).

Рис.3 Усредненные значения концентраций металлов, металлоидов и галоидов в породах, нефтях, би-тужоидах, рассеянном органическом веществе, нефтяных и фоновых пластовых водах Обь-Иртышского междуречья

я ___Го и с ОД го ОХЗ о

г-.002 соь>со<моо-м0со>- о_х<тсж фш ¿'ш « <г','вФ'¿кТл'я >£ Жч> о'

СО 2 О

Что касается рассеянного органического вещества, также заметно обогащенного металлами относительно вод и нефтей, то вклад его (как потенциального источника) в обогащение вод металлами, вероятнее всего, незначителен не только из-за малой концентрации (0.5-4%) рассеянной органики в породах, но и из-за тенденции удерживания основной массы гетеро-элементов остаточным керогеном и битумоидами. Более заметна должна быть трансформационная, десорбционная и миграционно-стимулирующая (в виде органо-минеральных комплексов) роль подвижных органических соединений.

Такой вывод вытекает из характера распределения металлов в подземных водах по геологическому разрезу и, в частности, пространственное совпадение нижней зоны максимального, импульсного и синхронного,обогащения вод металлами и большинством органогенных компонентов с зоной раннего мезокатагенеза, развития рассолов (рис. 1) и интенсивной генерации углеводородов (рис. 4), то есть с зоной коренной трансформации органического вещества и глинистых минералов или с зоной главной фазы нефтегазообразования (рис. 4-6).

Наибольшая синхронность с накоплением в водах органогенных компонентов прослеживается для Ag, 2,п, Со, Мп, Мо, Си, Сг, а также N1, V, РЬ и Бп (для последних просматривается более тесная связь с аренами и аквабитумоидами). Ряд халькофильных элементов заметно проявляются в анализируемых водах лишь после кислотного разрушения в них органо-минеральных комплексов. Для многих халькофильных элементов выявляется тесная миграционная связь с гидросульфидами, хотя преобладающие формы миграции для разных металлов весьма разнообразны и существенно варьируют в различных гидрогеохимических средах (рис. 5).

Для большинства щелочных и щелочно-земельных элементов, а также Ьа, Оа, Се, УЪ, 'П, вс и Zr прослеживается устойчивая корреляционная связь с общей минерализацией вод и ростом доли хлоридных миграционных комплексов (рис. 5).

МЬ, Ве, Сс1, Т1, БЬ, Г и Аэ проявляют тенденцию к более тесной связи с кремнием, а бор - с магнием (рис. 5).

На таком органо-минеральном фоне вертикальной изменчивости водных концентраций

15

16

Рис.4 Нафтидогенно-гидрогеохимический профиль по линии г.Сургут

1 -гидрогеологические комплексы, 2 - границы комплексов; 3 - зоны, типов газов (вод),4- границы зон; изолинии: 5 - концентраций гомологов метана (%), 6 - значений газового фактора (л/л), 7 -органических кислот (мг/л),8- водорода (мл/л); генерационно-гидрогеохимические зоны: 9 - нефтеге-нерации, 10- газогенерации (по стадиям: ГЗГ1 - диагенно-гипергенная, ГЗГ2 - протокатагенная, ГЗГ3 - мезокатагенная, ГЗГ4 - мезо-апокатагенная), границы зон; зоны главных фаз: 12 - нефтеобразова-ния, 13 - газообразования, 14 - границы зон; 15- направленность процессов нафтидо- и газогенеза (ги-дрогенеза); 16 - узловые гидрогеохимические зоны (ядра, концентры).

микрокомпонентов заметный спад доли халькофилов (с 0.37 % до 0.12 %) и сидерофилов (с 24 до 0.6 %) в общей сумме металлов в наиболее жестких хлоридно-кальциево-натриевых водах неокомских отложений (по сравнению с рассолами юрской толщи) может быть обусловлен лишь параллельным проявлением интенсивно протекающих здесь процессов аутигенного ми-нералообразования и вывода компонентов из растворов (рис. 4-6).

С другой стороны, заметное импульсное обогащение органогенными компонентами и металлами (в том числе калием, магнием и редкими щелочами) пересыщенных многими карбонатными солями рассолов наиболее продуктивных верхнеюрских, а также нижнесреднеюр-ских пластов указывает на продолжающийся процесс интенсивного выноса (генерации) органических веществ, металлов и углеводородных газов (и дегидратационных вод) из нефтемате-ринеких отложений (рис. 6). На свежесть и весьма высокую интенсивность нефтегазогенера-ционных (а также « металло-генерационных ») процессов указывают заметные концентрации и особенности распределения в водах таких геохимически активных и потому неустойчивых в водных растворах компонентов, как водород и углекислый газ (рис. 5-6).

В гидрогеохимическом разрезе характеризуемого района фиксируется еще одна, соизмеримая по контрастности с верхнеюрской, эоцен-верхнемеловая, но уже идиогипергенная, зона интенсивного обогащения вод (поровых растворов) металлами, особенно халькофилами и металлами группы железа (рис. 5-6). Это связано с весьма активным проявлением здесь физико-химических процессов перехода в поровые растворы металлов из подвергающихся окислительному воздействию метеогенных вод слабопроницаемых пиритизированных гли-нис-тых и кремнистых морских отложений.

Такой же комплексный, но только локальный эффект возмущающего геохимического воздействия на вмещающие горные породы и воды и перераспределение в них микро- и макрокомпонентов прослеживается и вблизи залежей углеводородов (рис. 7).

Поступление в воды металлов из нефти возможно в основном для V и Ш и в меньшей мере для Со. РЬ, Бс, УЬ, ЭЬ, Аи и Т1, содержание которых в нефтях заметно выше, чем в пластовых водах (рис. 3). Нельзя исключать и эффект обогащения металлами нефтей за счет пласто-

0 ра

КР,

1 к,

Кд-а

2 - К V ~

а'

Нкм >—

(Г

Н км

О О

Р2

МОрСК.. -

Континент..

лап-коктин.

Морские_.....

Контин. ОИ ОЕ

50 С Т

Н км.......

0 Стадии ката-1 О генеза

1 ПК ПК

' мк' 2 мк'

Н км ' МК,.,_________

О стадии метаморфизма РОВ

Б

0.15мг/л О

оок

0.5 л/л Г "

1 мг/л \ О С НОН

0.15 мг/л О

30 мг/л '

ын

25 мм

.....™  АБ

, СС

СГ»

/ О" МСО V

О

' 1 ^, N3 "

о Са А

------ »

(0 50% ;

ЗОмгО/л 5 15 мм

ХАБ

0.5 л/л [О

сн ;

10 мл/л ТУ

0;

50 мл/л N

НУВ

скс

0.5мл/л Н

О

МЛ/Л; О

1

»О О

Д

г

ПК О

О/у

п

X

1

Н км О'

0.5 г/л Ме

О 50% О 1.5 мг/л О Мехф

1

Н км О

1 2

Н км.

0.3 г/л Мелф

О

7 мг/л

и

СН

1.5 мг/л О гп

1 мг/л; О №

3 мл/л!0 СН |

40 мкг/л ;0 Ад

7 мл/л[ СО

0.3 мл/л| . Не

А.

. Аг

1 мл/л СН

0.2 мл/л СН

Рис.5. Вертикальная изменчивость значений гидрогеохимических показателей ( гидрогеохимическая зональность ) юго-востока ЗСНГП

1 - Гидрогеологические комплексы.: Я-Рц - олигоцен-чет-вертичный, Кг-Р2 ~ эоцен - верхнемеловой, К1_2 ~ апт-сеноман-ский, К^-а - го-терив-аптский, К,и - валанжин-

15 мкг/л -РЬ

са

0.1 мг/л | О Сэ :

0.25 г/л К

80 мкг/л Си

N1

__¿и

О 150 СН4

ТУ~

¡0

0.15

Рг Рв

0> 20 мкг/л О

- Ав

0.2 Мес

г/л:

0.25 г/л Эг

I

0.1 г/л 8а 71

О

2 мг/л Мп

рН

1 0 -1

-2 2 „-2 2

О

О О

(О

О

о

СП л о

О О

1МеСО,

РЬ

' Ж.

< вг »> у

Л!.лМп_Й_

-6 |[о. 50 %Ю

» СО 4

5Ч мс

ч"

,о _ ст. о к

и>

о

50 Мп"

ч

АдНЭ

%

0 50

ский, с/¡¡-К ¡о - ва-ланжин-верхне-юрский, J- юрский, PZ - палеозойские; 2 - фации: мор. - морские, контин. -континентальные, лаг.-конт. -лагунно-конти-нентальные: 3 -стадии катагенеза: ПК - про-токатагенеза, МК - мезоката-генеза; 4 - ста дии .метаморфизма рассеянного органического вещества (РОВ ): Б

- буроугольная, Д

- длиннопламен-ная, Г - газовая, Ж - жидкая; кривые усредненных значений показателей для: 5 -Обь-Иртышского

(ОИ) и - Обь-Енисейского (ОЕ) междуречий; аномальные значения показателей для вод: 7 - нефтяных. 8 - конденсационных и 9 - переточных зон; 10 - гидрогеохимические показатели: солевые: М - минерализация. НСОо - гидрокарбонат ион, 804 - сульфат- ион, С1 - хлор-ион, Са- кальций, -магний, Л'а - натрий, I - иод, В г - бром, ЫН4- аммоний; изотопные: <Ю - дейтерий, &>8Са - кальций-48, 3180 - кислород-18, &3С НС03 - углерод-13 гидрокарбонат-иона; органические: ООК - общие органические кислоты, СвН5ОН - фенол, СвНв - бензол, С7Н8 - толуол, АБ - аква-битумоиды: НУВ - нефтяные углеводороды, СС - спиртовые смолы, СКС - среднекислые смолы, мг О/л - йодатная окисляелюсть; газовые: Г - газовый фактор, СН4 - метан, ТУ-гомологи метана, - азот, II2 - водород, СОг - углекислый газ. Не - гелий, Аг - аргон, С2Нв - этан, С3Н$ - пропан, С4Н10 - бутан, СВН12 - пентан, СН4/ТУ - коэффициент жирности (сухости), Рг/Рв - коэффициент - газонасыщенности; металлы: Ме - сумма металлов, Мехф - сумма халькофильных металлов, Месф - сумма сидерофильных металлов, Мелф - сумма литофильных метал лов, Яп, РЬ, Сс1,Си, Ы1,МоАя,Ы, КЬ, Сз, К, Эп, Ва, Т1, Мп - металлы (химические элементы); коэффициенты насыщения (равновесий): 1СаС03 - кальцитом, 1СаС04 - гипсом, 1М§СО:) - магнезитом, гМеС03 - карбонатами: Ре -железа (сидеритом), - никеля, Мп - марганца (родохрозитом), РЬ - свинца (целестином) и Бг - стронция (стронцианитом), АН - анортитом, АЛ - альбитом, ММ - монтмориллонитом, КЛ - каолинитом, МС - мусковитом; формы миграции металлов: МШСОЗ - гидрокарбонатная, МпС1+ - хлоридная, АёНБ - гидросульфидная, РеОН- - гидроксильная, Мп+ - ионно-металлическая.

РеОН РеНЭ

РеС1

К 1 мор. 2 пк 3

N 10

X V 1 Н 2 ГМН 3 ООК 4 Ба 5 % 6 %/м 7 дггзг 8 мк гзн 9 гфн 10 гфг 11

Рис.6 Генерационно-гидрогеохимические зоны нефтегазоносных районов Обь-Иртышского междуречья (Западно-Сибирская нефтегазоносная провинция) 1 - гидрогеохимические комплексы; 2 - газовые компоненты: Н2 - водород, Ы2 - азот, СН4 - метан, ТУ - сумма гомологов метана, С02 - углекислый газ, Г - газовый фактор; 3 - солевые компоненты: ИН4 - аммоний, НС03 - гидрокарбонат-йон, Б - гидросульфид (в пересчете на серу), Mg - магний, Са - кальций; 4 - общие органические кислоты; 5 - металлы; 6 -распределение относительных долей объемов образовавшихся (сгенерировавшихся) компонентов; 7 - эффективность генерации компонентов единицей мощности (м) отложений; главные зоны: 8 - газообразования (ДГ - диагенно-гиперген-ная, ПК - протокатагенная, МК - мезокатагенная), 9 - нефтеобразования; главные фазы: 10 - неф-теобразования, 11 - газообразования.

вых вод. Как показывают лабораторные опыты по водным и нефтяным вытяжкам (экстракциям), направленность и масштабы обменных процессов обусловлены геохимическими свойствами и конкретным соотношением металлов в водах и нефтях, составом и кислотно-щелочными свойствами водных растворов, направленностью и интенсивностью физико-химических процессов, составом углеводородов и водорастворёыных органических веществ, обогащеннос-тью вод органо-минеральными комплексами и многими другими факторами. Заметная экстракция нефтью из вод в слабокислой среде отмечается для Сё, 2п, Мо, ЭЬ, Си, N1, Со, Сг, а в нейтральной среде - Ьа и 8с. Хорошо экстрагируется Аи. Несмотря на значительное содер-

мкг/л

Со

Мо. Ое .

Зс

мкг/л

10 0

20

мкг/л ^

Су м-

Са

г/л . .О К Д н мг/л 0,5 Н 5

0

1 км I

0

ВНК

1 км

0

ВНК

1 км I.

0

ВИК

0

ВНК

0 1км

Рис.7. Гидрогеохимический ореол Советского месторождения нефти (пласты Б-8 и А-1) Со, Мо...- металлы, ОК - общие органические кислоты, С^Нц - бензол, СуН8 - толуол, Я - гидросульфиды (в пересчете на серу), ВНК - водонефтяной контакт, Ь -расстояние от водонефтяного контакта.

жание в нефтях Советского месторождения (пласт Б-8) Ка, Вг, 1л, КЬ, Бе, Ш', Аэ, Са, Мё, Ре, заметного извлечения их нефтью из пластовых вод не наблюдалось.

Многие металлы склонны к прочной ассоциации с гетерогенными соединениями ас-фальтенов и смол нефтей в результате вхождения их в узловые малообменные структурные фрагменты сложных органических молекул (до 60 % для V и N1}. Металлоорганические комплексы - неотъемлемая часть гетероатомных органических соединений нефтей и вод.

Если же учесть, что локальная обогащенность приконтурных вод фиксируется и для таких металлов, как Бг, Ва, Мп, Мо, Са, У, N1), Са, Мй и т.п., то скорее всего здесь проявляется наложенный эффект комплексного аномально-трасформационного (перераспределительного) геохимического воздействия углеводородной залежи на контактирующие с нею породы (и воды), под-тверждением чего является заметное их обесцвечивание (осветление).

В парагенетическом поведении многих циклических (по Вернадскому (1)) элементов явно просматриваются черты органофильности и литофильности за счёт наложения процессов нефтегазообразования и вторичного минералообразования.

Таблица 1

Усреднённые значения базовых гидрогеохимических показателей основных

гидрогеологических комплексов Обь-Иртышского междуречья

ггк р,-<2 Рм Кг К].2 К^-ь К] V К] V-1з Л1-3 рг

М, г/л 0.45 6.00 6.00 15.00 20.00 21.60 38.30 44.70 59.00

Мор, мг/л 225.9 241.3 356.6 549.1 616.2 896.8 1812. 3 1472. 0 1090. 6

Ме, мг/л 2.4 25.1 14.4 51.0 181.0 356.0 730.0 989.0 882.0

г, мг/л 220.8 193.4 345.9 508.3 512.7 662.6 1447 1256. 1 1030. 3

^^ ро мг/л 5.1 47.6 8.2 32.3 94.5 226.5 359.3 209.9 593

Еувг, мг/л 0.37 0.12 144.60 263.4 316.3 362.2 539 429.6 402.6

Хсо2, мг/л 198 170 165.1 174.5 117.2 207.5 699.3 682.3 448

Ж мг/л 1А 1/( 17.14 21.38 33.05 63.15 69.75 83.93 189.4 5 127.9 8 159.1 7

ТУВГ, мг/л 0.01 0.047 0.406 2.972 7.36 13.12 40.16 27.41 26.45

N2, мг/л 18.12 20 25.88 49.4 56.08 65.48 127 82.44 90

мг/л 1.24 1.67 8.7 16.7 16.6 22.4 75.84 55.3 84

н2, мкг/л 0.04 0.07 1 5.5 12.5 41 60 69 51

мг/л 2.13 1.06 1.06 2.83 4.26 2.27 3.83 4.20 3.74

.1, мг/л 0.02 0.26 2.50 8.50 9.00 9.20 6.00 6.00 7.00

СН/ГУ 36 1.49 355.1 87.62 42 26.61 12.42 14.67 14.22

¡\'2/>Ш., 14.61 11.98 2.97 2.96 3.38 2.92 1.67 1.49 1.07

Са, мг/л 48 400 100 700 1700 2000 950 1000 2000

Мш, мг/л 16 400 25 60 45 15 180 180 180

К, мг/л 2 9 10 50 85 130 337 434 520

СНчСООН, мг/л 79.6 68.8 30.6 31.9

С,Н7СООН, мг/л 43.9 26.5 15.0 17.2

С„Н,,>СООН, мг/л 0.12 0.54 0.73 0.53 0.76 1.04

Краткий анализ совокупного распределения усреднённых значений базовых гидрогеохимических показателей по различным гидрогеологическим комплексам (таблицы 1,2) показывает, что на фоне стабильного роста с глубиной (или возрастом отложений) минерализации (М) подземных вод колебания в них концентраций большинства органогенных компонентов (Мор) и металлов (Ме) подчиняются синусоидальной зависимости. Максимальные их концентрации тяготеют к юрским (особенно верхнеюрским) пластам, охватывая угасающей кривой сверху нижнемеловые, а снизу палеозойские комплексы, что позволяет весьма уверенно выделять главную (95% Мор -зоны мезимума и оптимума) мезокатагенную зону нефте- и газообразования (ГЗН и ГЗГ3) в пределах нижнемеловых, юрских и палеозойских толщ, в то время как главная (69% Мор - зона оптимума) фаза нефте- и газогенерации (ГФН и ГФГ3) тяго-

Таблица 2

Усреднённые значения базовых гидрогеохимических показателей основных гидрогеологических комплексов Обь-Енисейского меаедуречья

пгк Рз-0 Р,-2 К3 К« и-ь К1 V Кх V-1з Зьз

м, г/л 0.45 0.63 1.3 1.5 1.7 4.9 12.1 42.30 59.1

Мор, мг/л 259.3 345.1 421.1 659.5 426.6 538.8 936.6 1009.3 895.8

Ме, мг/л 5.05 1.02 1.02 2.05 87.264 122.77 254.44 465.33 514.24

Г, мг/л 255.7 338.1 415.3 634.3 403.6 467.6 826.7 893.0 845.4

Ев РОВ, мг/л 3.18 3.4 4.5 14.68 21.02 56.02 101.0 105.0 45.8

ХУВГ, мг/л 0.52 0.94 3.91 96.74 120.18 154.49 240.33 241.37 405.76

Хсо2( мг/л 231.8 307.8 379.4 482«3 236.0 256.7 531.0 575.9 344.5

ж мг/л 28.3 16.7 38.4 63.1 56.6 67.5 65.6 89.5 106.3

ТУВГ, мг/л 0.002 0.001 0.004 0.221 0.721 1.412 5.845 4.539 9.349

N2, мг/л 22.8 13.78 30.0 49.25 43.14 51.93 48.16 55.44 52.46

ГШ* мг/л 0.622 0.622 1.981 3.302 4.25 4.417 7.127 22.178 42.61

н2, мкг/л 0.0001 0.0001 0.0002 0.0016 0.0054 0.0092 0.0167 0.0926 0.0218

мг/л 0.389 0.531 1.122 3.537 1.633 7.941 6.69 7.329 4.209

1 мг/л 0.02 0.1 0.215 0.54 0.87 1.27 1.6 1.98 3.3

СН/ГУ 260 723 1086 439 166 108 40 52 42

РШНз 36.66 22.15 15.14 14.92 10.15 11.76 6.78 2.5 1.23

Са, мг/л 73 18 18 19 53 119 266 1570 2910

м& мг/л 16.5 4.4 4.4 3.3 4.2 6 51 274 426

К, мг/л 21.3 1.2 1.2 9 21 104 180 320 460

СНзСООН, мг/л 56.21 30.56 59.76

С,Н,СООН, мг/л 16.8 16.45 23.24

с„н19с:оон,мг/л 0.76 1.04

теет к валанжин-юрским отложениям. Именно к указанной фазе приурочен импульсный скачок мак-симальных концетраций жирных газов (ТУВГ), а также органических веществ (ВРОВ), азота, аммония, углекислоты и водорода, что позволяет использовать указанные компоненты в качестве надёжных качественных и количественных гидрогеохимических индикаторов (а возможно и маркеров) выявления (и картирования) в геологическом разрезе зон и фаз нефте- и газогенерации и базовых критериев для разработки гидрогеохимических шкал и ряда теоретических положений нафтидогенеза.

Как отмечалось выше, сохранение в водах характеризуемой зоны (и фазы) повышенных концентраций таких геохимически активных и неустойчивых в системе компонентов, как водород и углекислый газ, а также заметный качественный (М2/]ЧН3 приближается к 1) и количественный рост аммония указывают на свежесть или современное продолжение нефтегазоге-нерационных процессов, активное химическое (донорское) участие подземных (скорее всего, кристаллизационных и конституционных дегидратационных) вод в процессах нефтегазогене-рационного преобразования органического вещества и поступление в результате этих процессов в систему избыточного водорода. Наличие активного водорода регулирует также соотношение в системе азота и аммония, т.е их совместную (а не опосредованную [23]) генерацию в процессе нефтегазообразования.

В некоторое противоречие с положениями (базирующимся на данных о составе сорбированных газов пород) о временном и пространственном разделении зон нефте- и газогенерации и спада генерации газа в ГЗН [9, 23 и др.] вступает выявленное в пределах характеризуемой территории (и толщи) пространственное (и стратиграфическое) совпадение главных мезоката-генных зон нефте- и газообразования.

Весьма интересно и глубинно-зональное (и фациально-возрастное) генерационное распределение соотношений в водах органогенных компонентов (таблицы 3-4).

В течение всего литогенеза углекислый газ является основным стабильным продуктом деструкции рассеянного органического вещества (что также несколько не согласуется с положением теории нафтидогенеза о резком спаде генерации углекислого газа в главной зоне неф-

Таблица 3

Соотношение водорастворённых органогенных компонентов (%) в подземных водах Обь-Иртышского междуречья

ГТК Рз-<2 Р,-2 к2 К,2 К1 я-Ь К( V К! Зг-з рг

ГУ в г 0.16 0.05 40.5 48 51.3 40.4 29.5 29.2 36.7

Хсо2 87.6 70.5 46.3 31.8 19 21.1 38.59 46.4 40.9

Хвров 2.26 19.73 2.3 5.88 15.34 25.26 19.83 14.26 5.41

8.47 8.86 9.27 11.5 11.32 9.36 10.45 8.69 14.59

тувг 0.004 0.02 0.11 0.54 1.2 1.46 2.22 1.86 2.41

N2 8 8.3 7.3 9 9.1 7.3 7 5.6 8.2

N«3 0.55 0.69 2.44 3.04 2.69 2.5 4.18 3.76 7.66

Таблица 4

Соотношение водорастворённых органогенных компонентов (%) в подземных водах Обь-Енисейского междуречья

ггк Рз-(2 Р.-2 Кг К1-2 К1 8-Ь К1 V К] г-Лз 11-3 рг

Хувг 0.2 0.28 0.93 14.89 28.29 29.43 25.86 24.09 45.51

Хсо2 89.39 90.11 90.33 74.21 55.53 49.9 57.14 57.48 38.64

Хвров 1.23 1.0 1.07 2.26 4.94 10.67 10.87 10.48 5.14

Х\ 9.03 4.17 7.6 8.08 11.11 10.58 5.91 7.69 10.61

тувг 0.0007 0.0004 0.0009 0.0339 0.1697 0.269 0.629 0.453 1.044

N2 8.79 4.03 7.14 7.58 10.15 9.89 5.18 5.53 5.88

ш3 0.24 0.18 0.47 0.51 1.0 0.84 0.77 2.21 4.78

теобразования [23 и др.]) при заметном снижении его доли (до 50% от генерации) в водах не-окомских отложений в результате вывода его и ряда халькофильных и сидерофильных металлов из раствора при вторичном карбонатном минералообразовании (рис.5-6).

С протокатагенеза генерация углеводородных газов становится соизмеримой с генерацией углекислого газа. С этой стадии начинается и заметная генерация жирных газов - индикаторов нефтегенерации, но максимум их выхода приходится на ранний мезокатагенез, что согласуется с общепринятыми теоретическими положениями.

Заметная, сопоставимая с углекислым и углеводородными газами, генерация в зоне главной фазы нефтеобразования водорастворённых органических веществ (жирных кислот и др.) не исключает прохождение части жирных углеводородов (протонефти) через водораство-рённое (гетероатомное) состояние.

Стабильное (8.5 -11.5%) обогащение пластовых вод азотными соединениями указывает на заметное участие в процессах нефтегазообразования гетероатомных органических соединений, что может быть использовано при количественной гидрогеохимической оценке прогнозных запасов углеводородов, учитывая определённую их геохимическую инертность и способность накопления в системе.

По Гецу[23] соотношение генераций СН4 и М13 составляет 5.33, в то время как по балансовым расчётам А.Э.Конторовича и Е.А.Рогозиной [9] генерационный ряд имеет несколько иной вид - С02:УВ:Н28:МН3 = 24.3:4.37:2.28:1. Если взять указанные соотношения за генерационную основу и сравнить их с фактическим распределением органогенных компонентов в подземных водах нефтегазоносных отложений Томской области - С02:УВ: Н28:Гга3:ВРОВ.ч1:Н2:(ТУВГ) = 3.06:4.33:0.04:1:1.57:0.09:0.0003:(0.14), то потеря (вывод из вод) С02 и Н28 составит соответственно 87.4% и 98.2%, что не противоречит теоретическим данным. Для углеводородов сохраняется близкое (4.33) к теоретическому превышение над аммонием по всему разрезу от верхней юры до верхнего мела (от 600 м до 2500 м). В нижне-среднеюрских и палеозойских комплексах дефицит УВ составляет 23.1% и 42.1% (99-169 мг/л на воду или 13.9-16.9 г/м3 на породу). Возможно, именно этот дефицит и лежит в основе формирования залежей нефти и газа в юрских отложениях Томской области.

Полученные результаты существенно дополняют ряд научных и прикладных положений учений о лито-, аква- и нафтидогенезе, значительно расширяя их теоретическую базу.

Намечается гидрогеохимический метод качественной и количественной оценки генерационных свойств осадочных комплексов, масштабов нефте-газогенерации (прогнозных запасов), стадиальности и глубинной зональности проявления процессов лито-, аква-, рудо- и нафтидо-генеза в терригенно-осадочных отложениях нефтегазоносных бассейнов.

Литература

1. Вернадский В.И. Химические элементы и механизм земной коры. Избр. соч. Т.1. -М.: АН СССР,1954.-С.513-519.

2. Германов А.И., Пантелеев В.М., Швец В.М. Генетические связи органического вещества и микрокомпонентов. - М.: Недра, 1975. - 136 с.

3. Гуляева JI.A., Пунанова С.А Микроэлементы в осадочных породах, пластовых водах, организмах и нефтях //ДАН СССР, 1974, т.218, №1, с.196-198.

4. Зульфугарлы Д.И. Распространение микроэлементов в каустобиолитах, организмах, осадочных породах и пластовых водах. - Баку: Азерб. Ун-т, 1960. - 232 с.

5. Карцев A.A., Гаттентбергер Ю.Н., Зорькин JI.M. и др. Теоретические основы нефтегазовой гидрогеологии. - М.: Недра, 1992. - 208 с.

6. Катченков С.М. Малые химические элементы в осадочных породах и нефтях.-JL: Гос-топтехиздат, 1959.- 272 с.

7. Конторович А.Э. Редкие и рассеянные элементы в пластовых водах нефтеносных отложений Западно-Сибирской низменности //Литол. и полез, ископ.,1963, №2, с.282-287.

8. Конторович А.Э., Берман Е.Л., Богородская Л.И. и др. Геохимия юрских и нижнемеловых отложений Западно-Сибирской низменности. - М.: Недра, 1971. - 251 с.

9. Конторович А.Э., Нестеров И.И., Салманов Ф.К. и др. Геология нефти и газа За-пад-ной Сибири. - М.: Недра, 1975.-680 с.

10. Матусевич В.М. Геохимия подземных вод Западно-Сибирского нефтегазонос-ного бассейна. - М.: Недра, 1976. - 157 с.

11. Матусевич В.М., Попов В.К. Микрокомпоненты в подземных водах - показатели нефтегазоносности //Изв. ВУЗов. Нефть и газ, 1978, №8, с. 3-8.

12. Микроэлементы и прогнозирование нефтегазоносности.-Минск: Наука и техника,

1975.

13. Надиров Н.К., Котова A.B., Камьянов В.Ф. и др. Новые нефти Казахстана и их использование: металлы в нефтях. - Алма-Ата: Наука, 1984. - 448 с.

14. Назаров А.Д. Гидрогеологические показатели нефтегазоносности //Методы и средства разведки МПИ. - Томск: Томе, политехи, ин-т, 1977. - С. 10-13.

15. Назаров А.Д. Особенности распределения рудных компонентов в подземных водах мезозойских отложений юго-востока Западно-Сибирской плиты //Гидрогеох. мет. иссл. в целях поиск, глубокозалег, рудн. м-ний. - Томск: Том. политехи, ин-т, 1978. - С. 65-66.

16. Назаров А.Д. Геохимия гидрогенеза терригенно-осадочных отложе-ний юго-восточной части Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции //Известия ТПУ, т. 303, вып. 1. -Томск: ТПУ, 2000. - С. 170 - 177.

17. Пунанова С.А. Микроэлементы нефтей, их использование при геохимических исследованиях и изучении процессов миграции. -М.: Недра, 1974. - 216 с.

18. Прокопьева Р.Г. Использование комплекса микроэлементов в качестве критерия нефтегазоносности объектов разведки //Тр. ЗапСибНИГНИ, вып. 120, 1977. - С.49-51.

19. Удодов П.А., Назаров А.Д., Коробейникова Е.С. и др. Геохимические особенности поровых растворов горных пород. - М.: Недра, 1983. - 240 с.

20. Шварцев С.Л., Кузьмин С.П. Редкие и рассеянные элементы в подземных водах юго-востока Западно-Сибирского бассейна //Гидрогеол. нефтегаз. басс. Сибири.-Новосибирск: СНИИГГиМС, 1977. - С.85-90.

21. Hitchon В., Fil by R.H., Shah K.R. Geochimistry of trace elements in grude oils, Alberta, Canada //The role of metals in petroleum. - Ann-Arbor, 1975, p.111-121.

22. Hodgson G.W., Peake E. Metal clorin complexes in recent sediments as intitial precursors to petroleum porphyrin pigments // Natura,1961,v.191, p.766-770.

23. Hunt J.M. Petroleum Geochimistry and Geology.-New York: W.H.Freeman and Company, 1996. - 742 p.

GEOCHEMICAL PECULIARITIES OF A METAL DISTRIBUTION AND EPIGENESIS MANI-FISTATIONS IN UNDEGROUND WATERS OF SOUGH-EAST PART OF THE WEST-SIBERIAN OIL-GAS PETROLIFEROUS PROVINCE

A.D. Nazarov

Significant changes of initial composition of water, rocks and dispersed organic matter is caused a post-sedimentation evolution of terrigene-sedixnentary deposits of oil-gas-bearing basins. This process is also resulted in a significant (in 10-100000 times) enrichment of water solutions with the organic compounds and metals. There is some genetic interrelation between these compounds and metals concentrations in underground waters and the processes of litho-, hydro- and petrolium-genesis observed. Zones of maxsimal anomalously-impulse enrichment of waters with above compounds is significantly related with the zones of fundamental transformation of the water-rock system at hy-pergenesis and petroleum-genesis processes. Anomalies of vetal concentrations were also noted nearly petroleum de-posits.

Key words: metals, litho-genesis, hydro-genesis, petroleum-genesis, generation, zones, phases, migration