Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

THE NATURE OF GLOBAL HYDROCARBON SYSTEM AND EVALUATION OF REGIONAL PETROLEUM PERSPECTIVES

Savchenko I.F. 2 Belozerov N.I. 1 Rimkevich V.S. 2 Girenko I.V. 2
1 Scientific Center Far East Branch Russian Academy of Sciences
2 Institute of Geology and Nature Management Far Eastern Branch Russian Academy of Sciences
Проанализированы углеводородные системы, соответствующие теориям минерального и органического происхождения нефти и газа. Углеводородная система минерального (абиогенного) происхождения предполагает синтез нефти и газа в результате глобальной дегазации ядра, мантии, астеносферы. Углеводородная система органического (биосферного) генезиса нефти и газа основана на предположении генерации из органического вещества геологических осадков в условиях конвективного погружения. На основе системного подхода сделан вывод о глубинном происхождении нефти и газа из органического вещества океанических осадков, которые достигают верхней мантии при субдукции и коллизии и подвергаются метаморфизму на трассе погружения поглощаемой океанической литосферы. Флюиды метаморфизма органики фильтруются к дневной поверхности через субдукционно-коллизионную кровлю, в которой образуются скопления нефти и газа. Ориентирами размещения прогнозируемых проявлений служат шовные зоны, АКО террейнов, аккреционные призмы, что необходимо учитывать при планировании поисковых работ.
On the base of a system approach the conclusion was made about a deep origin of oil and gas from organic matter of oceanic sediments that reached the upper mantle during subduction and collision and underwent metamorphism along the track of dipping of the absorbing oceanic lithosphere. Fluids derived from organic matter metamorphism emanate to the day surface through the subduction-collision roof within which the oil-and-gas accumulations are formed. The suture zones, active continental margins of terranes and accretionary prisms are the markers of predicted oil-and-gas occurrences and so they should be taken into consideration at planning of prospecting works.
hydrocarbon system
metamorphism
organic matter
subduction
collision
oil
gas
1. Drozdovskaja A.A., Snezhko A.M. Problema organicheskogo veshhestva v rannem dokembrii Obshh. i region. geologija: geol.kart. Obzor / VNII jekon. miner. syrja i geol.- razved. rabot (VIJeMS). M. 1989. 55 р.
2. Zharkov V.N. Vnutrennee stroenie Zemli i planet. M.: Nauka, 1983. 416 р.
3. Zavarzin G.A. Stanovlenie biosfery // Vestnik RAN. 2001. T. 11, no. 11. рр. 988–1001.
4. Korovina T.A., Chirkov V.P., Kropotova E.P., Shadrina S.V. Model kontinentalnoj okrainy kak metodologicheskaja osnova prognoza neftegazonosnosti dojurskogo osnovanija Zapadnoj Sibiri // I Vserossijskaja konferencija po glubinnomu genezisu nefti, 22–25 okt. 2012 g., Moskva: [cb. dokl.]. M. CGJe, 2012. рр. 285–286.
5. Larin A.M. Velikoslavinskij S.D., Kotov A.B. i dr. Tektono-magmaticheskaja jevoljucija Dzhugdzhuro-Stanovogo i Selengino-Stanovogo superterrejnov Centralnogo-Aziatskogo skladchatogo pojasa // Voprosy geologii i kompleksnogo osvoenija prirodnyh resursov Vostochnoj Azii: Vserossijskaja nauchnaja konferencija, 16–18 ijunja 2010 g., Blagoveshhensk: [sb. dokl.]. Blagoveshhensk: IGiP DVO RAN, 2010. рр. 25–26.
6. Savchenko I.F., Belozerov N.I. . Put organicheskogo ugleroda okeanicheskih osadkov v processe formirovanija geologicheskih struktur Vostochnoj Azii // Otechestvennaja geologija. 2013. no. 2. рр. 50–56.
7. Sorokin A.P., Serov I.A., Zhizherin V.S. Sovremennye dvizhenija blokovyh struktur vostochnoj okrainy Centralno-Aziatskogo skladchatogo pojasa // Voprosy geologii i kompleksnogo osvoenija prirodnyh resursov Vostochnoj Azii: Vtoraja Vserossijskaja Nauchnaja Konferencija, 15–16 okt. 2012 g., Blagoveshhensk: [sb. dokl.]. Blagoveshhensk: Izd-vo «Zeja», 2012. рр. 26–28.
8. Trufanova S.G., Murogova R.N. Gazogeohimicheskie kriterii glubinnosti processov neftegazoobrazovanija // Degazacija Zemli: geotektonika, geodinamika, geofljuidy; neft i gaz; uglevodorody i zhizn. Materialy Vserossijskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem, posvjashhennoj 100-letiju akademika P.N. Kropotkina 18–22 okt. 2010 g. M. GEOS, 2010. рр. 280–283.
9. Hain V.E. Vzaimodejstvie atmosfery, biosfery i litosfery vazhnejshij process v razvitii Zemli // Vestnik RAN. 2007. T. 77, no. 9. рр. 794–797.
10. Shevchenko B.F., Romanovskij N.P., Gurovich V.G. Petrofizicheskaja model zemnj kory polosy profilja Z-DV Skovorodino Tommot: tektonicheskie sledstvija // Tektonika, glubinnoe stroenie i mineragenija Vostochnoj Azii: VIII Kosyginskie chtenija: Vserossijskaja konferencija, 17–20 sent. 2013 g., Habarovsk [sb. dokl.]. Habarovsk: izd-vo «Dalnauka», 2013. рр. 587–590.

К настоящему времени о Земле сформировалось представление как об открытой саморегулирующейся сложной системе, состоящей из подсистем – геосфер. К геосферам относятся: ядро, мантия, астеносфера, литосфера, земная кора, гидросфера, атмосфера, биосфера и другие оболочки [2, 9].

Имеются также системы процессов и явлений, приводящие в течение геологического времени к изменению существовавших или появлению новых геосфер. Таковы процессы осадконакопления, сквозного тепломассопереноса в масштабе всей планеты и другие явления, приводящие к появлению стратисферы, гидросферы, атмосферы, а затем биосферы и других сфер.

Планетарная углеводородная (УВ) система представляет последовательный ряд процессов и явлений, характеризующих циклы основных веществ, входящих в систему.

Эмпирически выявленная последовательность процессов и явлений планетарной УВ-системы включает: дегазацию внутренних оболочек Земли углеводородными и не углеводородными газами; генерацию однофазного флюида; фильтрацию флюида через толщу астеносферы и литосферы к земной поверхности; конденсацию жидкой фазы (воды и протонефти); концентрацию конденсата и газа в коллекторах земной коры с надежным флюидоупором (покрышкой). Скопления нефти и газа в коллекторах образуют нефтегазовые залежи. Из залежей, несмотря на малопроницаемую кровлю, в течение геологических отрезков времени УВ разгружаются на земную поверхность или на дно морей и океанов. Излияние нефти и эмиссия газов в атмосферу приводят к их окислительной деструкции. Окислительной деструкции УВ подвергается также вся нефть и газ промышленной добычи. На завершающем этапе эмпирической УВ-системы на окисление (сжигание) 1 кг нефти нужно 3,4 кг O2, а на сжигание 1 м3 метана – требуется 2 м3 О2. Окислителем УВ является О2, а продуктом окисления СО2 и Н2О. Процесс окисления УВ – экзотермический. Связанные между собой циклы Н2О, СО2, O2, УВ и энергии должны быть объектом анализа природы планетарной УВ системы.

Проблема происхождения нефти и газа до сих пор является дискуссионной с преобладанием концепций биосферного и минерального генезиса, анализ этих концепций может внести вклад в решение проблемы происхождения УВ, их возобновляемости или исчерпаемости.

Цель наших исследований – выявление природы реальной углеводородной системы Земли и возможность использования ее положений для оценки перспектив региональной нефтегазоносности. Это возможно путем анализа различия и сходства концепций минерального и биосферного генезиса УВ.

Глобальная конвекция и глубинная дегазация. Процессы и явления планетарной углеводородной системы.

Энергомассообмен между геосферами Земли осуществляется благодаря глобальной конвекции. Сторонники минерального генезиса нефти и газа отмечают, что источник природных углеводородов – глубинная дегазация CH4, CnHm, СО, СО2, Н2О, Н2, Н2S. Допускается, что эти газы могут поставлять ядро и мантия. При этом упускается, что на пути движения к земной поверхности ниже поверхности Мохоровичича все пары и газы находятся в сверхкритическом состоянии и представляют монофлюид с высокой проникающей способностью. Дефлюидизация УВ должна идти параллельно дегидратации Земли и закончиться одновременно с образованием гидросферы, т.е. 4,4 млрд лет назад [9].

Для признания реальным источником УВ дегазацию ядра, мантии, слоев астеносферы следует указать глубинный источник кислорода, который бы окислял УВ с выделением соответствующей энергии. Такого глубинного источника O2 нет. На этом основании концепция минерального генезиса УВ не обладает признаками системы, как, например, система конвективного тепломассообмена, океанических течений и других системных процессов.

Для поступающих из недр УВ в результате их дефлюидизации окислителем является атмосферный кислород, получаемый в результате фотосинтеза. Это является основанием для рассмотрения совмещенных циклов: органического вещества (ОВ), СО2, Н2О, О2 и энергии в глобальной углеводородной системе.

Глобальная (планетарная) УВ система включает основные процессы: фотосинтез ОВ с выделением О2, неполное разложение отмершей органической массы, формирование органических осадков (керогена), погружение осадков ОВ в глубокие недра, метаморфизм ОВ осадков при t = 450–1200 °С на парогазовую и твердую графитоподобную фракцию, фильтрацию парогазового флюида к дневной поверхности, конвекцию жидких УВ в земной коре, формирование нефтегазовых бассейнов. Завершающим процессом УВ системы является окисление поступивших на поверхность земли УВ (включая скважинную добычу) и выделение при окислении энергии.

При фотосинтезе ОВ образуется из СО2 и Н2О с затратой солнечной энергии и выделением О2 по уравнению

свет

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 – 15,97 МДж/кг

хлорофилл

Часть О2 фототрофы используют для дыхания, энергетического обеспечения метаболизма в онтогенезе, а сапротрофы также для разложения отмерших организмов. Г.А. Заварзин (2001 г.) образование керогена объясняет разрывом во времени между синтезом ОВ и его последующим разложением [3] и всегда с передвижением в пространстве.

Общее уравнение дыхания:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 15,97 МДж/кг

Окисление фотосинтетическим О2 за время существования биосферы (3,5 млрд лет) привело к образованию азотно-кислородной атмосферы с затратой 8·1015 т О2 на окисление аммиака [1]. На образование железистых кварцитов [1] было израсходовано 195,6·1015 т О2. Гранитизация силикатной оболочки [9] потребовала 2260,7·1015 т биосферного О2. Общая масса биосферного кислорода, участвовавшая в геохимических процессах, достигла 2465,2·1015 т, что эквивалентно 2311·1015 т первичных ОВ, депонированных в геологических осадках.

Образование плавающей над астеносферой континентальной коры привело к субдукции и коллизии с «поглощением» океанических плит под континентальные окраины и островодужные системы, что способствует перемещению осадков в глубокие недра до 700 км [2]. Это приводит к метаморфизму ОВ на графитоподобную и парогазовую фракции, флюидизации и конденсации углеводородов (УВ).

Следствием субдукции с участием ОВ океанических осадков являются УВ термического метаморфизма, их размещение в осадочном чехле и кристаллическом фундаменте. При скорости субдукции 30–50 мм/год [7], поглощение глубинной области Мирового океана (268 млн км2) может длиться 110–120 млн лет, за фанерозой она могла совершить от 5–9 ротаций. Это могло привести к конденсированию УВ в структурах континентальной коры.

Эксперименты и промышленная сухая перегонка твердых горючих ископаемых (ТГИ) показывают, что разложение ТГИ протекает в интервале температур от 400 до 1200 °С с образованием обуглероженного остатка (95–99,5 % Сорг.) и парогазовой фракции (монофлюида). Есть все основания аппроксимировать условия промышленной сухой перегонки ТГИ к термическому метаморфизму ОВ в глубоких недрах с интервалом температур 460–1200 °С [8], которого ОВ океанических осадков достигает на трассе погружения плиты. При угле вхождения океанской плиты под континент 16–25° горизонтальное проложение трассы дефлюидизации и конденсации нефти и газа на коллизионно-субдукционной кровле составит 130–200 км.

Если ширина океанического пролива перед «закрытием» была около 800 км, то степень концентрирования флюидов может быть 4–6-кратной. В этом заключается механизм концентрации УВ в месторождениях, так как через фронт субдукции или коллизии с ограниченным по глубине интервалом температур метаморфизма проходит океанская кора обширных акваторий, содержащая ОВ в составе геологических осадков (рис. 1).

pic_30.tif

Рис. 1. Геолого-геофизическая схема концентрирования ресурсов УВ при формировании залежей в результате субдукции

 

Степень концентрирования флюида в континентальной кровле равна отношению размеров поглощения океанической коры к величине интервала глубины начала Т1 и окончания Т2 метаморфизма на трассе погружения в зону Беньофа.

Перспективы региональной нефтегазоносности должны оцениваться на основе механизма глобальной конвекции. Основой прогноза нефтегазоносности геологической структуры является палеореконструкция [4]. Для восточной Азии такой региональной структурой является восточная часть Центрально-Азиатского складчатого пояса (ЦАСП), которая включает Джугджуро-Становый и Селенгино-Становый супертеррейны (ДСС и ССС). Они разделены Джелтулакской шовной зоной [5]. К системе ССС с юга примыкают Ольдойский террейн и система Умлекано-Огоджинского вулкано-плутонического пояса, являющиеся северным обрамлением Амурского супертеррейна. До верхнего девона указанные структуры существовали обособленно, между ними имелись океанические проливы. Джелтулакский миниокеан оформился между ДСС и ССС с развитием активных континентальных окраин (АКО) с рубежа 160 млн лет назад. Коллизия ДСС, ССС и Амурского супертеррейна завершилась закрытием миниокеана в раннем мелу. Формирование океанических осадков миниокеана до коллизии охватывает период верхний девон – нижний мел, закрытие миниокеана началось в верхней юре и закончилось в нижнем мелу (продолжительность 26 млн лет). При скорости поглощения акватории 0,03 м/год [7] ширина миниокеана равнялась 780 км. Запасы ОВ океанических осадков перед коллизией были достаточны для образования залежей УВ с концентрацией запасов (30–50)∙106 т/км2 [6]. Термическая генерация нефти и газа из ОВ начинается при температуре 465 °С [8] и продолжается до 1200 °С, т.е. на глубинах подошвы континентальной коры. Из этого следует, что при угле поглощения плиты Джелтулакского миниокеана равным 7° выходы флюидов УВ термического разложения будут иметь горизонтальное проложение на поверхности субдукционно-коллизионной кровли 100–260 км от шовной зоны. На этом расстоянии от главного Южно-Тукурингского разлома (Джелтулакского трога) в южном направлении следует планировать поиски УВ. Схема размещения прогнозируемых нефтегазоносных площадей показана на орографической карте Приамурья (рис. 2).

pic_31.tif

Рис. 2. Схема расположения прогнозной площади УВ на орографической карте Приамурья

 

Заключение

При проектировании поисков на УВ кроме аккреционных призм сооружений Тукурингра-Джагды следует максимально учитывать результаты геолого-геофизических работ, прямые и сопутствующие признаки нефтегазоносности, т.е. осуществлять предварительный системный анализ. Например, по признакам минимальной плотности пород коры приоритет по наличию УВ имеют территории, тяготеющие к г. Сковородино [10]. По признакам выхода свободного водорода нефтегазовых скоплений, способного вызвать суффозионные просадки на поверхности осадочного чехла с образованием озерных ванн, перспективен ареал с озерами Огорон и Очки в бассейне р. Орловки.

Рецензенты:

Сорокин А.П., д.г.-м.н., профессор, председатель, ФГБУН «Амурский научный центр» Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Благовещенск;

Остапенко Н.С., д.г.-м.н., доцент, заведующий лабораторией, ФГБУН «Институт геологии и природопользования» Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Благовещенск.

Работа поступила в редакцию 10.04.2015.