Геохимия органического вещества эоценовых отложений (на примере кумской свиты Крымско-кавказского региона)

Глава 3. Геохимия органического вещества кумских отложений и ее возрастных аналогов в Крымско-Кавказском регионе.

Геохимические исследования образцов кумской свиты выполнены автором в лаборатории геохимии органического вещества им. Н.Б.Вассоевича МГУ. Исследования проводились по образцам, отобранным в обнажениях свиты в Западном и Восточном Предкавказье, в западной части южного склона Кавказа и в Крыму, а также по керну из скважин Западно-Кубанского прогиба. В диссертации также использовались данные из опубликованных работ и фондовых материалов.

Содержание органического углерода (C_орг, %) в изученных породах кумской свиты Крымско-Кавказского региона изменяется в очень широких пределах - от 0,2 до 10,3%. В целом отмечается тенденция увеличения количества C_орг в южном направлении.

В Западном Предкавказье на площадях Западно-Кубанского прогиба содержание C_орг в аргиллитах изменяется от 0,3-6,4% (медианное значение 1,4%, модальное 1,2%), в мергелях от 0,2 до 6,2% (медианное - 2,1%, модальное - 3,2%), увеличиваясь в обнажениях у рек Белой, Кубань, Пшеха, Тура, Пшиш до 9,8% (медианное значение 3,5%, модальное 2,6%).

В Центральной части Большого Кавказа в долине реки Хеу содержание C_орг в изученных образцах изменяется в пределах от 0,2 до 7,5% (медианное значение 2%, модальное 3%).

В Восточном Предкавказье в Восточно-Ставропольской впадине, в Прикумской зоне поднятий, на Ногайской ступени величина C_орг в мергелях составляет от 0,3 до 6,5% (медианное значение 2,9%, модальное 3,1%). В обнажениях у рек Аргун, Эрпели и у Чиркейской ГЭС количество C_орг колеблется от 0,06 до 4,2% (медианное значение 2,1%).

В западной части южного склона Кавказа в мергелях навагинской свиты C_орг в образцах из района Сочи-Адлер выше и изменяется от 0,78 до 10,3% (медианное значение 7,4%).

В кумских мергелях Крыма содержание C_орг в среднем составляет 1,9-2,9%, южнее в разрезе горы Казанташ (Бахчисарайский район) C_орг колеблется от 1,57 до 8,07% (медианное значение 3,4%).

Значения генетического потенциала пород по пиролитическим данным варьируют в широких пределах: (S₁+S₂) от 0,2 до 56,2 кг УВ/т породы. Максимальные значения этого параметра отмечены в западной части южного склона Кавказа. На рис. 2 показана зависимость генетического потенциала от количества C_орг. Видна четкая связь значений высокого генетического потенциала с областями повышенных концентраций C_орг, что особенно хорошо проявляется для катагенетически слабо преобразованного ОВ.

Петрографический состав органического вещества в отложениях кумской свиты Западно-Кубанского прогиба показал, что ОВ в кумской свите состоит почти нацело из разложившейся бесструктурной водорослевой массы. Роль источника сноса в прогибе слабо выражена, об этом свидетельствует преимущественно коллоальгинитовый характер ОВ и незначительное содержание детритных форм гумусового ОВ. В береговых обнажениях по долинам рек Белая, Кубань, Хеу породы кумской свиты также отличаются аномальным содержанием бесструктурного ОВ (до 95-98%), преимущественно водорослевого происхождения (Запорожец, 2001).

Для керогена кумской свиты отношение Н/С_ат варьирует в пределах от 0,7 до 1,3. Для обнажений Предкавказья, находящихся на начальных этапах катагенеза отношение Н/С_ат - 1,1 - 1,3, что характерно для преимущественно сапропелевого ОВ (рис. 3 А).

Часть образцов керогена кумской свиты отличается повышенным содержанием серы 3,9 до 7,5%, что, по-видимому, связано с особенностями фациальных условий накопления ОВ и его диагенетического преобразования.

Содержание хлороформного битумоида (ХБА, %) в исследованных образцах обнажений Западного Предкавказья составляет 0,002-1,04%, на площадях - 0,002-0,3%. Величина битумоидного коэффициента (β=ХБА/C_орг*100%) изменяется от 0,2 до 13%, что в целом характеризует сингенетичный битумоид.

Содержание углерода в элементном составе ХБА варьирует от 72,8 до 87,6%, водорода - от 9,4 до 12,7%. Значения атомных отношений Н/С_ат=1,4-1,8.

Значения генетического потенциала ОВ (водородный индекс HI=S₂/ТОС) по данным пиролиза варьируют в широких пределах: HI от 34 до 638 мг УВ/ г ТОС (рис. 3 Б). Максимальные значения отмечены в западной части южного склона Кавказа, в центральной части кумского бассейна колебания значений потенциала меньше, чем в периферийных. Пониженные значения HI свойственны образцам с Восточного Предкавказья и прибрежным районам Крыма.

Хроматографический анализ алкановых углеводородов (УВ) масляной фракции хлороформного битумоида (ХБА) образцов из Западно-Кубанского прогиба показал одномодальное распределение н-алканов с максимумом в низкомолекулярной части. Хроматограммы битумоидов образцов Центрального Предкавказья, западной части южного склона Кавказа и образцов Крыма показывают двумодальное распределение н-алканов, второй максимум свидетельствует о вкладе континентального ОВ. Отношение iC₁₉/iC₂₀=0,51-1,8.

Трициклические УВ (хейлантаны) в большей части образцов не обнаружены, или присутствуют в очень низких концентрациях. В образце из Афипского прогиба отношение три/пента=0,03. Распределение стеранов С₂₇:С₂₈:С₂₉ в Западном Предкавказье, в Центральной части Большого Кавказа характеризуется практически равным соотношением (С₂₇:С₂₈:С₂₉=32:31:36) и свидетельствует о морских условиях седиментации и преимущественно планктоногенном ОВ. В крымских образцах распределение стеранов С₂₇:С₂₈:С₂₉=30:17:52. Повышенное содержание этилхолестана (С₂₉) по сравнению с гомологами, по мнению Петерса и Молдована, свидетельствует о заметном вкладе наземной растительности в ОВ (Peters, Moldovan, 1993). По стерановому коэффициенту зрелости К¹зр=20S/(20S+20R) ОВ пород Центрального Предкавказья и Крыма относится к категории незрелых (0,1-0,3), в краевых прогибах - к средней степени зрелости (0,4-0,5). Данные согласуются с показателями зрелости по алкановым УВ (Ki).

Таким образом, отложения кумской свиты содержат в основном доманикоидные концентрации ОВ (C_орг 0,5-5,0%), обладают смешенным типом ОВ (II тип керогена), повышенным и высоким нефтематеринским потенциалом пород и ОВ, благоприятным для генерации жидких УВ. Состав ОВ кумской свиты формировался за счет планктоногенного ОВ с разной долей участия континентальной органики. Отсутствие витринитовых остатков в шлифах образцов из Афипского прогиба может свидетельствовать о поступлении гумусового материала, главным образом, в растворенной форме. Вклад восков высших растений в липидную фракцию фиксируется в бассейне, что установлено по хроматографическим данным. Изученные разрезы региона принадлежат к относительно прибрежной части кумского бассейна, в крымских разрезах влияние источников сноса с континента проявилось более заметно. В южном направлении - разрез района западной части южного склона Кавказа происходит улучшение количества и качества ОВ, за счет уменьшения терригенной составляющей.

Анализ состава алкановых и циклановых биомаркеров позволил установить генетическое единство нефтей и ОВ кумской свиты Западно-Кубанского прогиба.

Алкановые биомаркеры кумских нефтей из различных залежей Западно-Кубанского прогиба в значительной степени сходны: н-алканы представлены цепями (С₁₀-С₃₆) с максимумом на С₁₆-С₁₈ (Украинская площадь); С₁₇ (Новодмитриевская); С₁₃ (Северская, Левкинская, Западно-Афипская площади). Отношение iC₁₉/iC₂₀=1,73-2,2; iC₁₉/nC₁₇=0,22-0,99; iC₂₀/nC₁₈=0,1-0,53. Хроматограммы, и характерные коэффициенты показывают сходство состава УВ нефтей и битумоидов.

Характер распределения циклических УВ, использовавшихся для корреляции нефтей и ОВ Западно-Кубанского прогиба, показал их примерно сходное распределение. Типичное распределение в ОВ и нефтях стерановых УВ - (С₂₇:С₂₈:С₂₉=33:32:35), гопановых УВ - (С₂₇:С₂₉:С₃₀:С₃₁=9:21:40:25). Хейлантаны и олеананы присутствуют в ОВ и нефтях в чрезвычайно низких концентрациях.

В основу выделения зон катагенеза положены данные замеров показателя отражения витринита (R_о) и показателя преломления коллоальгинита (NКA) (информация заимствована из работ Г.М. Парпаровой, 1971; Н.П. Фадеевой, 1979 и др.). Витринит встречается далеко не повсеместно, поэтому для определения уровня зрелости использовался комплекс косвенных показателей: степень битуминизации ОВ, состав битумоидов, УВ коэффициенты зрелости, замеры пластовой температуры, данные Rock-Eval (Т_max). Эти определения были сделаны для вышележащей майкопской серии (Баженова, Фадеева и др., 2001, 2003) и экстраполированы на кумскую свиту. Для выделения зон катагенеза в Восточном Предкавказье были использованы модели прогрева, заимствованные из работ А.И. Дьяконова, Б.А. Соколова, А.Н. Стафеева.

Кумская свита в Западно-Кубанском и Терско-Каспийском прогибах находится в зоне мезокатагенеза (МК). Степень преобразования ОВ кумской свиты по показателю преломления коллальгинита в ОВ Западно-Кубанского прогиба соответствует градациям катагенеза МК₁-МК₃ (Nk_A=1,672-1,754).

Степень катагенеза ОВ, определенная по максимальной температуре пиролиза пород из обнажений Западного (рр. Белая, Пшиш), Центрального Предкавказья (р. Хеу) и Крыма низкая (T_max изменяется от 414 до 425^oС) и соответствует градации катагенеза ПК.

В западной части южного склона Кавказа значение T_max=415-432^oС свидетельствует об уровне зрелости катагенеза ПК- начало МК₁.

По комплексу параметров зрелости положение кровли ГЗН (R_о=0,5%) в разрезе региона варьирует в значительных пределах от 1300-2900 м на платформенном борту до 3000 и более м (t=100^oC) в складчатом. Высокие значения битумоидного коэффициента β^ХБ (до 6%) на глубине 5,2 км говорят о неполной реализации ОВ на жидкие УВ. В приосевой части Западно-Кубанского прогиба глубина залегания кумской свиты прослеживается до 6 км. Таким образом, с позиций органической геохимии в регионе можно ожидать открытия промышленных скоплений нефти на больших глубинах, связанных с кумской свитой.

Рассмотрение основных геохимических параметров и величин генетического потенциала кумской свиты показало, что на изучаемой территории они варьируют в широком диапазоне. Выделяются участки разреза с повышенным и высоким нефтематеринским потенциалом, что позволяет рассматривать их в качестве нефтематеринских и нефтепроизводящих толщ с <высоким> и <отличным> потенциалом (по классификации J.Espitalie, 1985).