Индивидуальные органические соединения в осадках северного Каспия как индикаторы природных и техногенных источников поступления органического вещества

ГЛАВА 5. Интерпретация типов и источников происхождения органическго вещества донных отложений Северного и Среднего Каспия по результатам биомаркерного анализа.

В донных отложениях Северного о Среднего Каспия была определена группа углеводородных соединений - биомаркеров, соотношения которых, как было показано предшествующими исследователями, могут быть интерпретированы в целях выявления источников поступления органического вещества, степени преобразованности в диагенетических и катагенетических процессах, условий и литолого-фациальной обстановки осадконакопления и диагенеза. Наиболее существенным результатом такой интерпретации нам представляется разделение исследуемого ОВ на сингенетичное (собственное незрелое ОВ современных осадков) и миграционное.

Одним из признаков сингенетичного ОВ современных осадков является резкое преобладание нечетных н-алканов (н-С₁₅ - н-С₁₇ и н-С₂₅ - н-С₃₃) (Барташевич и др., 1980; Тиссо, Вельте, 1981). Другой признак - преобладание <биологических> маркеров, сохранивших элементы незначительной перестройки биогенных структур, вызванной начальными процессами диагенеза. Признаком выделения миграционного или переотложенного ОВ может служить нехарактерное для современных осадков наличие соединений, образующихся при термокаталитическом <созревании> органического вещества.

Геохимические показатели преобразованности ОВ

Для оценки степени катагенетического преобразования ОВ исследуемых осадков в работе рассматривались следующие показатели: а) распределение н-алканов; б) соотношения <геологических> и <биологических> стереохимических эпимеров 5б14б17б-стеранов (б29S/б29S+б29R); в) соотношения между новообразованными в катагенезе изостеранами и исходным <биологическим> стераном 5б14в17в(20S+20R)/(5б14в17в(20S+20R)+5б14б17б(20R+20S)) (в29(S+R)/б29(S+R)+в29(S+R)); г) соотношения эпимеров трисноргопана состава С27 - термически более стабильного 18б(Н) и менее стабильного 17б(Н) (Ts/Tm); д) соотношения изомеров 22S и 22R (22S/22S+R) для гомогопанов состава С₃₁ и С₃₂, е) отношения менее стабильных 17в21б-гопанов (моретанов) к 17б21в-гопанам (M30/H30) (Peters, Moldowan, 1993; Нечаева, Ботнева, Дахнова, и др., 1998; Чахмачев, Виноградова, 2003; и др.).

По распределению и соотношениям н-алканов состава С₁₂-С₃₃, (показатель а) основная масса углеводородных соединений в исследованных нами пробах имеет автохтонное раннедиагенетическое происхождение. Главный максимум в распределении н-алканов приходится на область С_23,25,27,29. В большинстве проб также наблюдается наличие небольшого максимума в распределении нечетных н-алканов со средними молекулярными весами н-С₁₅ и н-С₁₇. В ряде образцов установлено преобладание С₁₆ и С₁₈-гомологов над С₁₅ и С₁₇. Таким образом, преобладает смешанный тип ОВ современных осадков - образовавшегося из высшей континентальной растительности и планктонно-водорослевой органики. Пробы, в которых в сопоставимых количествах присутствуют четные низкомолекулярные гомологи (т. 15, 17, 19, 25, 29 - см. ниже рис.5), имеют отчетливый нефтяной облик в распределении н-алканов. Для данных образцов получены низкие значения индекса нечетности в области С₂₄-С₃₁ (CPI=1.04-1.40), что позволяет также проводить параллели с составом УВ нефтей.

На рис. 4 представлена схема формирования спектра н-алканов донных отложений, показывающая возможность выделения основных типов изучаемого вещества: незрелого (ОВ современных осадков; рис. 4а) и зрелого (нефтяных УВ; рис.4б), а также смешанного типа, характеризующегося наложением спектров (рис.4в) (Барташевич и др., 1980; Старобинец и др., 1993; Abrams, 2005). Большинство изученных образцов соответствуют спектрам вида а, указанные выше точки - спектрам вида в.

Значения соотношений стереохимических эпимеров стеранов и изомеров гомогопанов (показатели б и д) в осадках оказались несколько неожиданными, поскольку не соответствовали показателям для условий раннего диагенеза и указывали на более глубокую степень преобразования ОВ. Значения соотношения стеранов б29S/б29S+б29R для исследуемого ОВ осадков лежат в диапазоне 0.44-0.55, типичном для глубокого диагенеза и начала катагенеза, а соотношения гомогопанов 31S/31S+31R - в диапазоне 0.40-0.62, также захватывающем область катагенетических значений (0.57-0.62). Однако другие рассмотренные показатели не обнаруживают высокой степени преобразованности ОВ.

Данное распределение, вероятно, объясняется повсеместным, хотя и незначительным проявлением миграционных УВ на общем седиментогенном распределении ОВ. Источником миграции катагенетически преобразованных УВ является мощная толща осадочного чехла, залегающая под дном Северного Каспия.

На основании анализа данных по всем рассмотренным показателям термической преобразованности вещества (б, в, г, д, е) были выделены три пробы донных отложений (т. 25, 29, 31), для которых весь комплекс коэффициентов <зрелости> ОВ характеризовался значениями, типичными для катагенетической стадии его преобразования. Значения соотношения стеранов б29S/б29S+б29R лежат в диапазоне 0.5-0.55, в29(S+R)/б29(S+R)+в29(S+R) = 0.59-0.71, гопанов Ts/Tm = 0.93-1.39, 31S/31S+31R = 0.58-0.60, M30/H30 = 0.10-0.14. Это указывает на проявление в данных осадках органического вещества миграционной природы. По своему местоположению выделенные аномальные точки соответствуют областям тектонических нарушений (Восточно-Дагестанская ступень и Тюб-Караганский вал) и соседствуют с выявленным Хвалынским нефтяным месторождением (рис.5).

Анализ геохимических показателей термической преобразованности ОВ исследуемых осадков позволил выделить также пробы, в ОВ которых были зафиксированы: нефтяной облик в распределении алканов, высокие значения показателей Ts/Tm=0.70-0.96, 31S/31S+31R=0.46-0.60, но не удалось определить стерановые соотношения вследствие низких содержаний этих биомаркеров. Положение этих точек соответствует морскому продолжению кряжа Карпинского, характеризующегося концентрацией тектонических нарушений в отложениях средней - поздней юры и раннего мела. Точки соседствуют с нефтегазоконденсатными месторождениями Лаганское, Широтное и Ракушечное (рис.5). Для газоконденсатов характерно обеднение циклоалканами, что, по-видимому, и объясняет специфику миграционного компонента органического вещества в этом районе.

Состав и условия осадконакопления исходного органического вещества

Надежным индикатором типа исходного органического вещества является распределение стерановых УВ состава С₂₇, С₂₈, С₂₉. В работе при расчетах использовалась сумма изостеранов 5б14в17в(20S+20R). Исследуемое ОВ имеет в основном смешанный тип происхождения с преобладающим вкладом в его формирование высшей наземной растительности.

Рассмотренные в работе соотношения гомогопанов С₃₅(22S+22R)/C₃₄(22S+22R) < 0.87, соотношение высокомолекулярного гомогопана с низкомолекулярным гомологом (<гомогопановый индекс>) С₃₅S/С₃₁S < 0,3, пониженные концентрации трициклических t₂₄ терпанов относительно t₂₃ интерпретируются в (Каширцев, 2003) как признак отсутствия анаэробных условий в бассейне осадконакопления.

Таким образом, состав ОВ исследуемых осадков отвечает окислительным прибрежно-морским условиям накопления терригенного вещества. Полученные результаты соответствуют физико-географическим и литологическим условиям Северного Каспия, что подтверждает правильность предложенной ранее интерпретации вышеуказанных показателей.

Для проб осадков, в которых было выявлено присутствие миграционного компонента органического вещества, представляет интерес реконструкция литофациального состава генерирующей толщи. Рассмотренные в работе соотношения стерановых, тритерпановых и некоторых ароматических УВ, характеризующих литолого-фациальные обстановки осадконакопления и диагенеза, указывают на отсутствие ярко выраженной карбонатной матрицы. Исследуемое ОВ накапливалось, главным образом, в присутствии глинистых пород.

В исследуемом ОВ проб ДО всех образцов в существенных концентрациях присутствовали диастераны. В ОВ, образованном в терригенных (глинистых) породах, присутствуют как регулярные стераны С₂₇, С₂₈ и С₂₉, так и диастераны. Диастераны образуются, главным образом, на ранних стадиях диагенеза, а изостераны - постоянно по мере катагенетического созревания ОВ. По соотношению DIA/REG для большинства проб получены показатели, характеризующие ОВ пород, содержащих глинистые минералы.

Значения соотношения 4-метилдибензотиофена к фенантрену для исследуемых осадков были меньше 0.38, что также указывало на накопление исследуемого ОВ в глинистых породах.

Соотношения дибензотиофена к фенантрену DBT/Phen < 1, а также отсутствие критически низких значений суммы трицикланов состава С₂₆-С₃₀ по отношению к С₁₉-С₂₅, доминирования тетрациклического терпана состава С₂₄ над гопаном С₃₀ указывают на отсутствие чисто карбонатных генерирующих ОВ толщ.