Стадийность газонефтеобразования

СТАДИЙНОСТЬ ГАЗОНЕФТЕОБРАЗОВАНИЯ (а. stages of petroleum generation; н. Stadialitat der Erdol- und Gasbildung; ф. echelonnement de la formation du petrole et du gaz; и. division del proceso de la formacion del gaz у petroleo en las etapas) — существование ряда стадий в эволюции органического вещества с момента его захоронения в осадках до образования скоплений углеводородов и последующего их разрушения. Трансформация органического вещества сопряжена с процессом литогенеза вмещающих его пород, поэтому стадии газонефтеобразования в определённой мере совпадают со стадиями литогенеза.

Идея о стадийности газонефтеобразования имеет долгую историю: американский учёный Д. Уайт (начало 20 в.) выделял 2 периода в образовании нефти — биохимический и геохимический. И. М. Губкин (1932) определял 6 стадий: накопления органического вещества в осадках; краткого биохимического процесса (превращение органического вещества в нефть под действием различных факторов, начиная со времени его погребения на морском дне); длительного геохимического превращения органического вещества с образованием нефти, обусловленного повышением температуры и давления при погружении пород; образования диффузно-рассеянной нефти и перехода её в переслаивающиеся с глинами пористые породы-коллекторы; завершающую, связанную со складкообразованием и формированием в сводовой части складок залежей нефти, поступающей из депрессионных зон; заключительную, характеризующуюся разрушением залежей в результате денудации складок. В. А. Соколов различал 3 основные зоны газонефтеобразования — биохимическую, переходную и термокаталитическую. Н. Б. Вассоевич (1954, 1962) увязал стадийность газонефтеобразования со стадиями литогенеза. Дополненная и расширенная эта схема в результате комплексных детальных геохимических исследований отражает весь процесс газонефтеобразования в осадочных породах.

Седиментогенез (начальная стадия) характеризуется накоплением исходного нефтегазоматеринского органического вещества в субаквальных осадках за счёт синтеза продуктов деструкции биоценозов (липидов, углеводов, белков, целлюлозы, лигнина); формированием нефтегазоматеринского потенциала органического вещества, обусловленного его молекулярной структурой, и потенциала пород, зависящего от типа накопленного органического вещества (сапропелевый или гумусовый) и его концентрации в породе. Переработка органического вещества на этой стадии связана в основном с деятельностью микробов, в т.ч. бактерий, и бентосных организмов, в результате которой органический углерод расходуется на редукцию железа из окисной формы в закисную, на образование биохимического метана и углекислого газа, большей частью рассеивающихся в атмосфере. Реже (при низких температурах, высоких давлениях) метан образует газогидратные залежи или накапливается в растворённом в воде состоянии. Концентрация образовавшихся жидких углеводородов на этой стадии ничтожно мала, а в их составе нечётные алканы преобладают над чётными.

Стадия диагенеза характеризуется затуханием аэробного преобразования органического вещества, установлением физико-химического равновесия в среде осадка-породы. Начинается анаэробный период превращения органического вещества, формируется "юная" микронефть. Концентрация её повышается как за счёт углеводородов, синтезированных анаэробными микроорганизмами, так и за счёт химических превращений органического вещества в низкотемпературных условиях (декарбоксилирование жирных кислот, дезаминирование белков и др.). Содержание микронефти в породе может достигать 0,01-0,05% и тем выше, чем выше исходный потенциал органического вещества. Основным продуктом этой стадии являются газообразные углеводороды (верхняя зона газообразования), формирующие при наличии ловушек газовые залежи.

Стадия катагенеза расчленяется на ряд подстадий: раннюю — протокатагенез (буроугольный этап углефикаций), среднюю — мезокатагенез (каменноугольный этап), позднюю — апокатагенез (антрацитовый этап). Протокатагенез характеризуется погружением пород в области температур 50- 80°С и давлений 30,4-35,5 МПа. Процесс дальнейшего физико-химического преобразования органики, но в более жёстких термобарических условиях, сопровождается преимущественно образованием газообразных углеводородов за счёт отщепления периферических групп от исходной макромолекулы органического вещества. Одновременно происходит разукрупнение (отделение низкомолекулярных углеродистых соединений) и укрупнение молекул органического вещества (полимеризация основной матрицы керогена), к концу подстадий — созревание микронефти (жирные кислоты частично декарбоксилируются, частично полимеризуются и переходят в полимерлипиды). Мезокатагенез (MK) — основная подстадия в истории образования нефти. Она расчленяется на ряд градаций от MK1 до MK5. Породы при погружении продолжают уплотняться, температура к концу MK достигает 200-250°С, давление — 179,2-202,6 МПа. Происходит внутримолекулярная перестройка основной матрицы керогена, в результате которой выделяется широкая гамма углеводородов. На градациях MK1-MK3 при температурах 60-180°С образуется основная масса углеводородов нефтяного ряда — главная фаза (зона) нефтеобразования; на последующих градациях (MK4-MK5) генерируется в основном газ — зона преимущественно метанообразования, 2-я главная зона газообразования. На подстадии апокатагенеза (температура свыше 250°С) происходит графитизация углефицированного вещества; в начале подстадии продолжается генерация метана, к концу — происходит выделение в основном кислых газов, разложение нефти. В стадийности газонефтеобразования газ начинает процесс нефтегазообразования, сопровождает основную генерацию нефти и завершает её (зоны конденсата и сухого газа).