Главная фаза нефтеобразования (ГФН)
Таким образом, в катагенезе происходит постепенное упорядочение молекулярной структуры керогена вплоть до образования в конце катагенеза – начале метаморфизма гексагонально-слоистой структуры графита. В результате масса ОВ значительно уменьшается и ОВ полностью реализует свой генерационный потенциал. Процесс катагенеза ОВ представляет собой термическую деструкцию, при которой происходит выделение летучих веществ, то есть твердая фаза начинает выделять жидкие и газообразные продукты. При этом общий объём ОВ в породе сильно увеличивается.
Н. Б. Вассоевич доказал неравномерность катагенетического преобразования РОВ и выделил главную фазу нефтеобразования (ГФН) (за рубежом – «нефтяное окно»). ГФН – этап в едином цикле процессов нефтеобразования, когда скорость их максимальна и соотвественно в геохимической истории погружающейся осадочной толщи, находящейся на глубинах примерно 2–4 км и при температуре от 80 до 150°С, на котором потенциально нефтематеринские породы реализуют свой нефтепроизводящий потенциал. Отсюда следует, что процесс нефтеобразования в меньших масштабах протекает как до ее начала, так и после. Интервал разреза осадочных пород, в котором проявляется главная фаза нефтеобразования, Н.Б. Вассоевич назвал главной зоной нефтеобразования (ГЗН). Главная зона нефтегазообразования лежит пределах градаций МК1 (Д) – МК2 (Г),которым соответствует температура от 80–90 до 150–160°С, ОСВ (Ro) изменяется от 0,5 до 0,85 %. Глубины ГЗН в разрезах осадочных толщ зависят от геотектонических условий, скорости погружения потенциально нефтепроизводящих пород, и лежат в платформенных условиях на отметках от 1,5 до 3,5 км, а в глубоких впадинах платформ и в альпийских прогибах на отметках от 3,5 до 7,5 км.
В соответствии с интенсивностью процесса генерации нефти в едином цикле нефтеобразования в осадочной породе выделены следующие фазы: 1) созревания потенциально нефтепроизводящих отложений; 2) начала и прогрессивного развития нефтеобразования; 3) главная фаза нефтеобразования; 4) затухания нефтеобразования; 5) существования нефтепроизводивших отложений [Конторович, Неручев, 1971].
В ГФН формируются нефти, в составе которых наиболее полно наследуются фрагменты химической структуры исходного ОВ. В фазу начала и прогрессирующего развития нефтеобразования первичная миграция битумоидов настолько затруднена, что состав возникающих в небольших количествах нефтей определяется в основном миграционной способностью отдельных фракций битумоидов, а не особенностью битумоидов нефтематеринских толщ. В фазу затухания катагенетическое преобразование ОВ приводит к тому, что связь состава формирующихся и эмигрирующих жидких углеводородов с составом исходного ОВ проявляется также слабо.
В настоящее время эти положения являются практически общепризнанными, хотя многие вопросы преобразования РОВ, оценка количества формирующихся углеводородов остаются дискуссионными. Разноречивы и данные различных исследователей о градациях катагенеза, соответствующих проявлению ГФН: МК1, МК2, МК3. По мнению С. Г. Неручева и др., все варианты справедливы, «но в конкретных условиях (тип бассейна, тип исходного ОВ, геотермический режим, строение материнской толщи, ее литологические особенности и т. д.) ГФН занимает обычно более узкий интервал катагенеза, который следует устанавливать по конкретным материалам» [(Парпарова и др., 1981, с. 207)].
Генерация нефти и газа создает в нефтепроизводящей породе аномально высокое поровое давление, превышающее на 10–20 МПа нормальное гидростатическое давление. Это аномально высокое давление является источником энергии для эмиграции нефти и газа. В конце градации МК2 при температуре около 150–160°С происходит исчерпание полимерлипидных молекулярных структур ОВ. Это приводит к достаточно резкому прекращению процесса нефтеобразования.
Преобразование рассеянного ОВ начинается и завершается метанообразованием. Второй, после биохимического, и более значительный этап газообразования происходит на больших глубинах на границе мезо- и апокатагенеза (см. рис. ).
Главная фаза газообразования (ГФГ) – процесс газообразования протекает на всех этапах трансформации РОВ – от седиментогенеза до глубокого метагенеза. Экспериментально доказано, что гумусово-гумоидная составляющая ОВ генерирует преимущественно метан, а за счет полимерлипидных составляющих РОВ на определенных градациях катагенеза формируются его гомологи.
Углекислый газ образуется в широком диапазоне обстановок и градаций преобразования РОВ – от начальных стадий изменения ОВ до зон глубокого апокатагенеза и метагенеза. Максимум генерации сероводорода и азота (аммиака), приходится на период диагенеза.
Понятие о ГФГ введено при анализе закономерностей генерации углеводородных газов в процессе изменения сапропелевого РОВ [(Неручев и др., 1973)]. ГФГ приурочена к градациям преобразования РОВ МК4. и размещенапод ГФН. Выделяется два пика усиленного газообразования в процессе изменения РОВ: верхний, соответствующий градациям ПК3-МК1, и нижний – на уровне МК4-МК5 [Конторович, 1983]. Этот этап превращения ОВ был назван С.Г. Неручевым (1973) главной фазой газообразования (ГФГ), а интервал разреза осадочных пород, в котором она проявляется, определена как главная зона газообразования (ГЗГ). В пределах главной зоны газообразования температура изменяется от 160-170 до 250-260°С. Показатель ОСВ (Ro) растёт от 0,85 до 3,5 %. В ГЗГ образуется метана больше, чем на всех предыдущих подстадиях катагенеза, и он становится основным газовым компонентом. ГЗГ развивается в породах, содержащих любые генетические типы ОВ не постепенно, а импульсивно. При этом в интервале градаций от МК3 до АК2 включительно проявляется два максимума газообразования.
На шкале показаны главные зоны нефтеобразования (ГЗН) и газообразования (ГЗГ). Они выделяются по интенсивности генерации жидких и газообразных УВ.
Основные этапы в процессе термокаталитического превращения ОВ пород [по С.Г. Неручеву, Справочник по геохимии…, 1998]:
1. Генерация преимущественно диоксида углерода и незначительного количества метана на этапе протокатагенеза (ПК1-ПК3). Образование залежей углеводородов в зоне протокатагенеза за счет аккумуляции генерирующихся летучих продуктов маловероятно.
2. Генерация основной массы нефти в отложениях с сапропелевым и гумусо-сапропелевым ОВ на этапе начального мезокатагенеза (МК1-МК2, проявление ГФН). Генерация и одновременная эмиграция нефтяных углеводородов из материнских пород в пласты-коллекторы приводит на этом этапе к формированию основной массы нефтяных залежей.
3. Интенсивная генерация углеводородного газа и первичных газоконденсатных систем на градации МК3, в начале проявления ГФГ. На фоне проявившегосяся перед этим интенсивного нефтеобразования приводит к формированию первичных газоконденсатных скоплений и газоконденсатно-нефтяных залежей.
4. Генерация основной массы метана на градациях катагенеза МК5-АК2 во времени проявления второго максимума газообразования ГФГ, что создает условия для образования на этом этапе залежей сухого метана.
5. Генерация газов с высоким содержанием кислых компонентов (СО2, Н2S) на градациях АК3-4 после завершения ГФГ и прекращения интенсивной генерации метана.
Первый максимум газообразования проявляется в пределах градации МК3 и представляет собой зону генерации жирных газов или первичных газоконденсатных систем. Интенсивность генерации УВ выше у сапропелевого ОВ по сравнению с гумусовым. Помимо метана в составе газов присутствует большое количество его гомологов и низкокипящих нефтяных УВ. Второймаксимум газообразования проявляется в пределах градаций МК5–АК2 и представляет собой зону генерации сухих газов (метана). Интенсивность генерации метана выше у гумусового ОВ по сравнению с сапропелевым ОВ.
В зависимости от геотектонических условий и скорости погружения газопроизводящих пород, ГЗГ фиксируется на глубинах от 3,5 до 7,5 км на платформах и от 7 до 17 км в глубоких впадинах платформ, в альпийских краевых и межгорных прогибах. Глубинам проявления ГФГ соответствуют более жёсткие термобарические условия.
Таким образом, ГФН и ГФГ подчёркивают временную составляющую, а ГЗН и ГЗГ пространственную. ГЗН и ГЗГ соответствуют зонам наибольшей эмиграции нефти и газа из производящих пород, а не зонам образования нефти и газа, поскольку интервалы температур выше 100°С являются наиболее благоприятными для десорбции УВ от производящего ОВ и минеральной части породы. В настоящее время известно, что особенности проявления вертикальной геохимической зональности нефте- и газообразования зависят от следующих факторов: геотектонических условий и проявления тектоно-и флюидодинамики, генетического типа ОВ, геотермического градиента и времени воздействия различных температур и давлений на нефтегазопроизводящие породы и других.