Геохимические особенности флюидов

в резервуарах Волго-Уральского региона

как результат миграционных процессов

Пунанова С.А., Самойлова А.В.

ИПНГ РАН, Москва, Россия
В статье приведены характеристики флюидальных углеводородных (УВ) скоплений Волго-Уральского нефтегазоносного бассейна (НГБ) с выделением типов нефтей различного возраста. Подчеркивается влияние миграционных процессов при формировании флюидных резервуаров в осадочном чехле бассейна и возможность в связи с этим прогноза свойств флюидов в ловушках неантиклинального типа разрабатываемых нефтегазоносных комплексов (НГК) региона.
Результаты и обсуждение.
Характеристика флюидальных углеводородных систем Волго-Уральского НГБ
Проведен анализ геохимических данных флюидальных УВ-систем с целью выявления их плоскостных и временных особенностей в палеозойских и допалеозойских НГК
Волго-Уральского НГБ. При обобщении материала, касающегося физико-химических свойств флюидов, их УВ и МЭ-составов, использовался большой справочный материал, литературные и фондовые источники, а также аналитические исследования [1–4]. Тектонические структуры на приводимых графиках и таблицах даны по [5].
На основе анализа базы данных физико-химических свойств флюидов, их плотности и особенностей УВ-состава были выделены 4 геохимических типа нефтей: «протерозойский», «девонский», «каменноугольный» и «пермский», залегающие, как правило, в отложениях соответствующего возраста [1].
Протерозойский тип нефти приурочен к отложениям рифея и венда. Нефти верхнего протерозоя существенно отличаются от нефтей вышезалегающих отложений палеозоя и обособляются в самостоятельный геохимический тип [6]. Протерозойский тип — это нефть с высокой плотностью, высоким содержанием смолисто-асфальтеновых компонентов, низким содержанием легких и особенно бензиновых фракций и твердых парафинов. Существенно отличает эти нефти их низкая сернистость. Анализ зависимости свойств нефтей от возраста и глубины вмещающих пород протерозоя отражает их устойчивое однообразие: плотность (d₄²⁰) меняется от 950 до 980 кг/м³, содержание составляет: серы (S) — 0,2–1,2 %, твердых парафинов (ТП) — 0,6–2,7 %, суммы смол и асфальтенов (∑С+А) — 18,8–27,9 %, а выход бензиновых фракций (БФ) — 1–5 %. Cреднее содержание V составляет 50 г/т, а Ni — 38 г/т.
Как исключение, в породах рифейского возраста локализуются нефти иного облика, сильно преобразованные, с низкой плотностью (801 кг/м³) с небольшим количеством серы и асфальтенов, напоминающие по составу «девонский» тип нефти. Известны несколько примеров: месторождения
Бедряжское в Камско-Бельском прогибе, Ольховское в Оренбургской области. При благоприятных геологических условиях вполне вероятна миграция нефтяных УВ из древних отложений в более молодые вендские и, возможно, девонские, в частности эйфельские, что, очевидно, и наблюдается на этих месторождениях [7].
Девонский тип объединяет нефти терригенного комплекса эйфеля, живета и нижнего франа и карбонатного комплекса среднего франа-турне. Нефти собственно из девонских отложений по усредненным данным в целом более легкие (d₄²⁰ = 836 кг/м³), менее сернистые (S = 0,7 %), менее смолистые (С = 6,9 %) по сравнению с нефтями других геохимических типов. По площади размещения нефтей в границах региона приведенные параметры обнаруживают значительные колебания, обусловленные различными геологическими условиями залегания нефтей и, как следствие, вторичными процессами их преобразования. Так, плотность девонских нефтей изменяется от 770 кг/м³ (самая легкая нефть) до 918 кг/м³, содержание серы колеблется от 0,03 до 4,9 %, ∑С+А — от 2 до 18,5 %. Причем в легких нефтях асфальтены могут вообще отсутствовать. Выход БФ составляет от 7 до 48 %. В пределах терригенного комплекса девона от живетского яруса к кыновскому горизонту наблюдается постепенное утяжеление нефтей, увеличение содержания смол и асфальтенов.
В карбонатном девоне в целом нефти более тяжелые (d₄²⁰ = 861 кг/м³), более смолистые (∑С+А = 17,7 %), с несколько меньшим содержанием ТП (3,7 %) и БФ (20 %). Нефти турнейского яруса нижнего карбона по физико-химическим свойствам практически аналогичны нефтям карбонатного девона. Однако в этих отложениях встречены нефти более легкие (d₄²⁰ = 782 кг/м³), практически безасфальтеновые, с наименьшим содержанием серы, что может указывать на наличие процессов вертикальной миграции и изменение состава нефти в результате фильтрационного фракционирования.
Каменноугольный тип нефти развит в широком возрастном интервале: от визейского яруса нижнего карбона до нижнепермских отложений включительно. Физико-химические свойства нефтей этого типа по площади их распространения испытывают существенные изменения. Однако в целом эти нефти характеризуются более высокой плотностью. Содержание смол, асфальтенов и серы в них также выше, чем в нефтях нижележащих отложений, а содержание ТП и выход БФ существенно ниже. Внутри терригенной толщи нижнего карбона прослеживается закономерное утяжеление нефтей вверх по разрезу. Так, плотность их увеличивается от 856 до 873 кг/м³, ∑С+А возрастает от 14,5 до 19 %, содержание S — от 3,6 до 4,2 %.
В карбонатных коллекторах нижнего, среднего и верхнего карбона, а также в терригенных отложениях верейского горизонта нефти еще более тяжелые (d₄²⁰ = 874–895 кг/м³),
более смолисто-асфальтеновые (∑С+А = 15,9–21,3 %) и сернистые.
Особенно разнообразны по своим свойствам нефти пермских отложений, поскольку здесь встречаются нефти как «каменноугольного», так и «пермского» геохимических типов. Нефти из пермских отложений «каменноугольного» типа в целом несколько легче нефтей из собственно каменноугольных отложений (самая легкая нефть имеет d₄²⁰ = 750 кг/м³), содержание смол — 2,4 %, асфальтены отсутствуют, а выход БФ достигает 50 %. Эти нефти явно находятся во вторичном залегании и несут на себе черты сходства с нефтями каменноугольного источника их образования.
Пермский тип нефти обнаружен в нижне- и верхнепермских отложениях. Это довольно тяжелые нефти (d₄²⁰ = 881 кг/м³), сернистые (S = 2,4 %), с высоким содержанием смолисто-асфальтеновых компонентов (∑С+А = 17,1 %). Выход БФ составляет в среднем 22 %.
В разрезе осадочных отложений Волго-Уральского НГБ встречены нефти практически всех химических типов (по Ал. А. Петрову).

Геохимические особенности нефтей различных структурных элементов
Волго-Уральского региона
В ряде исследований [3, 8, 9], посвященных изучению физических свойств и УВ-состава нефтей Волго-Уральского НГБ, выявлены особенности, связанные с приуроченностью нефтей к различным тектоническим структурам и НГК (рис. 1). Так, нефти Нижнего Поволжья (или юго-западной окраины бассейна) отличаются от нефтей центральной его части очень низкой сернистостью, невысокой плотностью и незначительной концентрацией асфальтово-смолистых компонентов и рядом УВ-показателей.

Рис. 1. Нефтегазоносные области Волго-Уральского НГБ [10]
Особенно четкие отличия нефтей центральных и южных территорий Волго-Урала фиксируются по содержанию в них МЭ, тесно связанных с их физико-химическими свойствами (табл. 1).
Табл. 1. Свойства нефтей Волго-Уральского НГБ
Показательно, что отличия проявляются не только по абсолютным концентрациям МЭ, но и по корреляционным связям между содержаниями МЭ и физико-химическими свойствами нефтей. Для нефтей центральных регионов Волго-Урала выявлены высокие коэффициенты корреляции между содержаниями ванадия, никеля, серы, смол и асфальтенов. Подобные связи для нефтей окраинной части платформы либо не выявлены, либо слабо проявляются. Нефти Саратовско-Волгоградского Поволжья характеризуются отсутствием связи содержаний МЭ с содержанием серы и слабой связью с содержанием смолистых и асфальтеновых компонентов (табл. 2).
Табл. 2. Коэффициенты корреляции между свойствами нефтей Волго-Уральского НГБ
Мы объясняем это наложением вторичных миграционных процессов на состав флюидов, меняющих первоначально сложившиеся высокие корреляционные связи.
Предполагается, что выявленные особенности нефтей изученных тектонических зон Волго-Уральского НГБ связаны с различным тектоническим режимом: повышенными палеотемпературами и соответственно более катагенно преобразованным составом нефтей юго-западной окраины территории, а также с различными типами исходного органического вещества (ОВ). При этом большую роль играют и миграционные процессы УВ-потоков вдоль склонов впадин и сводов при формировании ловушек. Эти закономерности подтверждаются и на приведенных ниже рисунках. На частотных графиках распределения концентраций МЭ в нефтях из палеозойских отложений Русской платформы, построенных нами по многочисленным аналитическим данным, продемонстрировано значительное отличие МЭ-состава нафтидов в различных зонах бассейна. Наиболее высокие концентрации МЭ обнаружены в нефтях центральной части Волго-Уральского НГБ. Модальный интервал содержаний ванадия в нефтях карбона здесь составляет (30–300) г/т, никеля (30–100) г/т, железа (3–30) г/т, свинца (1–3) г/т. В нефтях Нижнего Поволжья эти величины значительно ниже и составляют для ванадия (1–3) г/т, никеля (0,3–1,0) г/т, железа (0,1–1,0) г/т, для свинца (0,03–0,1) г/т, нефти ванадиевого типа (V/Ni>1) (рис. 2). Выборки, как правило, неоднородные (кривые содержаний элементов имеют несколько вершин).

Рис. 2. Частотные графики распределения концентраций МЭ в нефтях из палеозойских отложений Русской платформы

а — Татарский, Пермско-Башкирский своды, Серноводско-Абдуллинская впадина, Бирская седловина;
б — Жигулевско-Оренбургский свод;
в — Рязано-Саратовская впадина и Восточный склон Воронежского свода;
VC и NiD — концентрации V и Ni в нефтях из девонских (D) и каменноугольных (C) вмещающих отложений
Четкое разграничение нефтей месторождений различных тектонических структур по физико-химическим свойствам и особенно по содержанию МЭ иллюстрируют рисунки 3 и 4. На графике (рис. 3) показаны кривые распределения плотности, а также концентраций ванадия, никеля, серы, смол и асфальтенов в нефтях девонских и каменноугольных отложений восточного склона Воронежского свода, Рязано-Саратовской впадины и Жигулевско-Оренбургского свода, а также кривые по объединенным совокупностям данных по нефтям Татарского, Башкирского и Пермского сводов.
Рис. 3. Распределение концентраций некоторых элементов в нефтях девонских и каменноугольных отложений Урало-Поволжья и их физико-химических свойств. Нефти:

1 — Рязано-Саратовской впадины и восточного склона Воронежского свода;
2 — Жигулевско-Оренбургского свода;
3 — Татарского и Пермско-Башкирского сводов;
4 — число образцов в выборке
Из анализа этих материалов отчетливо видно, что нефти юго-восточной окраины Волго-Уральского НГБ (районы, граничащие с северо-запада с Прикаспийской впадиной) легкие, содержат очень мало смол и асфальтенов и относятся к группе нефтей, обедненных МЭ. А нефти центральных областей Русской платформы — более тяжелые, смолистые и образуют группу нефтей, обогащенную МЭ. На рисунке 4 представлен характер изменения концентраций МЭ и физико-химических свойств нефтей месторождений Волго-Уральского НГБ в зависимости от их структурного положения в пределах впадин и поднятий юго-восточного и центрального блоков платформы.
Рис. 4. Характер изменения концентраций МЭ и физико-химических свойств нефтей месторождений Волго-Урала в зависимости от их структурного положения. Нефти:

а — девонских;
б —каменноугольных отложений
При сравнении нефтей соседствующих поднятий и впадин Жигулевско-Оренбургского свода, Серноводско-Аблуллинской впадины, Татарского свода, Бирской седловины и Верхне-Камской впадины можно отметить, что для нефтей из девонских отложений характерны пониженные величины плотностей, а также содержаний серы, смол, асфальтенов, ванадия и никеля на положительных структурных элементах. Для нефтей из отложений карбона эта закономерность нарушается только в содержании асфальтенов на Татарском своде, где оно значительно больше, чем в нефтях окружающих впадин. Наблюдаемый эффект направленного изменения нефтей можно объяснить следствием преобразования свойств нефтей в результате миграционно-фильтрационных процессов. Важно подчеркнуть, что в процессе латеральной миграции, теряя смолисто-асфальтеновые компоненты и становясь менее плотными, нефти теряют и МЭ. Наиболее заметно это проявляется в уменьшении абсолютных концентраций ванадия и менее заметно — никеля. Однако подобная закономерность, выражающаяся в облегчении нефтей при миграции и потере ими смолисто-асфальтеновых компонентов, не была зафиксирована при сравнении нефтей месторождений Жигулевско-Оренбургского свода с нефтями месторождений Рязано-Саратовской впадины в каменноугольных отложениях вследствие смешивания нефтей, мигрирующих с севера и с юга — со стороны Прикаспийской синеклизы и со стороны Серноводско-Абдуллинской впадины. На склонах структур часто развиты литологически ограниченные залежи в песчаных пластах, часто заполняемые в результате миграционных процессов.

ИТОГИ
В пределах осадочного разреза Волго-Уральского НГБ выделены четыре геохимических типа флюидальных УВ-скоплений, приуроченных к НГК различного возраста. Отличия этих типов выражены не только в физико-химических свойствах и УВ-составе флюидов, но и в особенностях распределения МЭ, что объясняется особенностями исходного ОВ материнских толщ и условиями его преобразования при формировании ловушек. Выявлены различные свойства флюидов месторождений, приуроченных к определенным структурным элементам Волго-Уральского НГБ в связи с дифференциацией их в результате миграционных процессов. Представленный материал интересен как возможный прогнозный индикатор свойств флюидов при поисках и оконтуривании новых, еще не открытых объектов на этой территории.
Изучение МЭ характеристик нафтидов НГК различного возрастного интервала центральной части Волго-Уральского региона свидетельствует об информативности геохимических данных, являющихся показателями особенностей состава нефтей при процессах нефтеобразования на определенных уровнях стадийности онтогенеза.
ВЫВОДЫ
Дифференциация нефтей в пределах Волго-Уральского НГБ, базирующаяся как на составе МЭ, так и физико-химических свойствах УВ флюидов, объясняется различным типом исходного ОВ нефтегазоматеринских толщ, условиями его преобразования и процессами миграции. Именно перечисленные процессы и происходящая при этом типизация флюидов по составу могут служить основанием для прогноза качества флюидов в разрабатываемых неантиклинальных ловушках (литологически и структурно ограниченных) на новых перспективных площадях региона при прогнозировании скоплений в мегарезервуарах.
ЛИТЕРАТУРА
  1. 1. Пунанова С.А., Гордадзе Т.А. Геохимические особенности нефтегазоносных комплексов палеозойских отложений Волго-Уральской провинции // Разведка и охрана недр. 1999. № 5–6. С. 51–54.
  2. Мухаметшин Р.З., Пунанова С.А. Геохимические особенности нефтей Урало-Поволжья в связи с условиями формирования месторождений // Геология нефти и газа. 2011. № 4. С. 74–83.
  3. Пунанова С.А. Микроэлементы нафтидов в процессе онтогенеза углеводородов в связи с нефтегазоносностью: Диссертация. М., 2017. 288 с.
  4. Пунанова С.А., Самойлова А.В. Особенности нефтегазоносности прогибов древних платформ (на примере Волго-Уральского и Енисей-Хатангского) //Актуальные проблемы нефти и газа. 2019. № 2. 7 с.
  5. Нефтяные и газовые месторождения СССР: Кн. 1. Европейская часть СССР.
  6. М.: Недра, 1987. 358 с 6. Трофимов В.А., Чепикова И.К., Пунанова С.А. Особенности нефтегазоносности рифей-вендских отложений Волго-Уральской нефтегазоносной провинции // Конференция «Прогноз нефтегазоносности фундамента молодых и древних платформ» 2001, Казань, 4–8 июня. Казань: Казанский университет, 2001. С. 348–350.
  7. Белоконь Т.В., Горбачев В.П., Балашова М.М. Строение и нефтегазоносность рифейско-вендских отложений востока Русской платформы. Пермь: Звезда, 2001. 108 с.
  8. Максимов С.П., Сафонова И.И. Изопреноидные углеводороды — дополнительный критерий в определении генетического типа нефтей // Геология нефти и газа. 1971. № 10. С. 38–41.
  9. Пунанова С.А. Геохимические особенности распределения микроэлементов в нафтидах и металлоносность осадочных бассейнов СНГ // Геохимия. 1998. Т. 36. № 9. С. 959–972.
  10. Багманова С.В., Степанов А.С., Коломоец А.В., Трифонова М.П. Геология Волго-Уральской нефтегазоносной провинции. Оренбург: ОГУ, 2019. 127 с.
Пунанова С.А., Самойлова А.В.

Институт проблем нефти и газа Российской академии наук (ИПНГ РАН), Москва, Россия

punanova@mail.ru
Материалы и методы
Ключевые слова
Для цитирования
Поступила в редакцию
УДК и DOI
Аналитическая база данных свойств нефтей из разновозрастных нефтегазоносных комплексов Волго-Уральского НГБ, включая данные по содержанию в них микроэлементов (МЭ).
Сопоставление по геохимическим данным параметров нефтегазоносности комплекса, графическое изображение зависимостей плотности и физико-химических свойств нефтей
от их тектонической приуроченности и возраста нефтевмещающих отложений.
флюиды, нефтегазоносные комплексы, нефть, неантиклинальные ловушки, процессы миграции, микроэлементы, физико-химические свойства нефтей
Пунанова С.А., Самойлова А.В. Геохимические особенности флюидов в резервуарах Волго-Уральского региона как результат миграционных процессов // Экспозиция Нефть Газ. 2022. № 1. С. 30–34. DOI: 10.24412/2076-6785-2022-1-30-34
25.02.2022
УДК 551
DOI: 10.24412/2076-6785-2022-1-30-34

Рекомендуемые статьи
© Экспозиция Нефть Газ. Научно-технический журнал. Входит в перечень ВАК
+7 (495) 414-34-88