Метан. CH4 – наиболее распространенный газообразный УВ в природе, как известно, образуется различными путями. Концентрация его в залежах наивысшая, миграционная способность наибольшая (высокий коэффициент диффузии, наименьшая сорбционная способность, наименьшая растворимость в воде и в жидких УВ). Но диагностика генезиса метана – непростая задача: а) он уничтожается в биохимической зоне; б) он выделяется и угольными пластами, и сингенетичным ОВ. Данные по метану следует рассматривать в комплексе с другими газогеохимическими и геохимическими показателями.
Газообразные гомологи метана (C2+в ). Их концентрация в свободных и попутных нефтяных газах с ростом молекулярной массы обычно уменьшается, а в породах (особенно в закрытых порах) благодаря увеличению сорбционной способности – наоборот, увеличивается. Сингенетичные газы C2+в могут быть связаны как с незначительной деструкцией ОВ (в нижней геохимической зоне), так и с незначительной биохимической деструкцией РОВ (в верхней геохимической зоне, в зоне активного газо-водообмена). Они в соновном равномерно распределены по пласту. Эпигенетичные C2+в проявляются по повышенным концентрациям на отдельных участках, связанных с наличием зон повышенной пористости, проницаемости, трещиноватости, путей миграции. Информативность повышенных концентраций гомологов метана выше, чем самого метана. Повышенные концентрации C2+в свидетельствуют о преодолении ими геохимического барьера. При этом в районах распространения чисто газовых залежей данные по C2+в не имеют смысла.
Парообразные (жидкие) гомологи метана C5+в. Под влиянием газоконденсатных и нефтяных залежей низкомолекулярные жидкие УВ в составе конденсатов захватываются при движении газом, а затем они концентрируются в порах пород (особенно в закрытых порах), составляя заметную часть микроскоплений, и при прочих благоприятных условиях могут быть признаком газоконденсатных и газо-нефтяных залежей.
Непредельные газообразные углеводороды С2H4 ÷ C4H8. Известно, что непредельные УВ практически не содержатся в газах залежей. Неустойчивость двойной связи долгое время вызывала сомнение в возможности их существования в природных условиях. Развитие геохимии газов пород показало их большую распространенность: они, как и предельные гомологи метана, образуются при термокаталитических процессах разрушения РОВ, но в значительно меньших концентрациях. Так как они всегда сингенетичны, то по соотношению между предельными и непредельными гомологами, между метаном и непредельными можно судить о преобладании син- или эпигенетичных УВ в скоплении. Следовательно, непредельные УВ имеют косвенное поисковое значение.
Азот. Азот как в залежах, так и в газах горных пород может иметь воздушное, биохимическое, глубинное происхождение и частично (особенно в залежах) может быть генетически связан с углеводородами. В зонах геохимического опробования азот имеет косвенное поисковое значение: а) с приближением к залежи доля азота (N2/∑УВ) снижается; б)в зоне интенсивного газообмена возможны локальные аномалии азота воздушного происхождения над залежами в результате быстрого расходования углеводородов и кислорода. О генезисе азота можно судить по δ15N, по соотношению Ar/N (в атмосфере =0,0119) и по изотопному составу Ar.
Двуокись углерода. В верхней зоне активного водо-газообмена при поступлении заметных количеств миграционных УВ могут образовываться участки с аномальным содержанием СО2, образующиегося в результате окисления углеводородов. В биохимической зоне сульфат-редукции происходит интенсификация этого процесса и усиление образования СО2 под влиянием потока УВ. Теоретически СО2 в горных породах может образовываться и при нарушении карбонатного равновесия. Следовательно, при определенных условиях СО2 имеет дополнительное косвенное поисковое значение.
Гелий. Гелий имеет также косвенное поисковое значение. Роль гелия – возможность трассировки тектонических нарушений (=путей вертикальной миграции).
Водород. Водород – малоизученный в поисковом смысле компонент природных газов. Есть сведения (Старобинец И.С.) о его связи с процессами осернения УВ, с процессами радиолиза воды (В.И. Вернадский), УВ (Гуцало Л.К.). Следовательно, в некоторых случаях возможно использование зон с повышенным содержанием водорода в газах в качестве дополнительного косвенного поискового признака.
Аргон. Аргон воздушный (атмосферный) – содержание в земной атмосфере 0,933 % по объему; состоит из смеси трех стабильных изотопов: Ar40 99,6%; Ar38 0,063%; Ar36 0,337%. Ar40 /Ar36 = 295,55.
Высокое содержание Ar40 в атмосферном Arобъясняется выделением его из литосферы, где он накапливается в калийсодержащих породах и минералах, состоит из одного изотопа - Ar40 . За счет обогащения радиогенным аргоном изотопный состав аргона газовых струй и природных вод иногда характеризуется более высоким отношением Ar40 /Ar36 , чем у атмосферного аргона. Повышенное содержание изотопа Ar36 обнаружено в урановых минералах, где он, по-видимому, образуется при сильно асимметричном спонтанном делении урана.
Отношение аргон-азотное – отношение концентраций Ar и N2 в свободном, растворенном или сорбированном газе. Это отношение в атмосферном воздухе составляет 0,0119. Наличие подобной или же близкой величины отношения в природном газе, содержащемся в горных породах, позволяет предполагать, что N и Ar попали сюда из атмосферного воздуха.
Отношение гелий-аргоновое – отношение концентрации He к концентрации Ar. В атмосферном воздухе оно мало и равно 0,00056. В природных газах, содержащихся в горных породах, оно может быть большим. В результате более эффективной генерации гелия ураном и др. радиоактивными элементами, чем аргона одним из изотопов калия отношение гелий-аргоновое может достигать величины >1. Некоторые исследователи, обращая внимание лишь на рост содержания гелия с течением времени, используют величины этого отношения для характеристики «возраста» газа, однако без учета изотопных отношений аргона использование отношения гелий-аргоновое не может дать надежных результатов.
Отличительный признак комплекса поисковых газогеохимических показателей: совместное использование показателей по составу УВ, неУВ и по связям газов с органическими и минеральными компонентами горных пород.
· косвенные – показатели, косвенно отражающие возможность проникновения УВ газов в поверхностные отложения (наличие путей миграции, продуктов разрушения УВ, взаимодействия с горными породами и др.)
Прямые газовые поисковые критерии.Количественные показатели углеводородных газов пород. Аномальная концентрация углеводородных газов: в сводовых и присводовых участках структур, в зоне тектонических нарушений, в горизонтах с относительно повышенными коллекторскими свойствами. Количественные выражения этих показателей – обычно применяемая величина контрастности углеводородных газов на аномальных участках. Лучшие результаты получаются при совместном использовании количественных критериев по газам открытых и закрытых пор, с учетом как газообразных, так и парообразных гомологов метана. В то же время повышенная концентрация углеводородных газов (особенно метана) на аномальных участках с образованием микроскопления может быть обусловлена не обязательно влиянием залежей, а воздействием пластов, относительно обогащенных рассеянным ОВ, подземной разгрузкой вод и пр.
Часто собственный УВ фон превышает газонасыенность верхних горизонтов. Поэтому важна диагностика УВ аномалий.
Показатели связи углеводородных газов с ОВ пород. Наличие корреляционной связи между содержаниями органического углерода Сорг и углеводородных газов является одним из доказательств сингенетичности основной части последних. Показателями наличия эпигенетических газов являются: а) отсутствие положительной корреляционной связи между Сорг и углеводородных газов, а также между углеводородными газами и ХБА; б) повышенное значение отношений СН4/Сорг; С2Н6 + высшие/Сорг; СН4/ХБА; С3Н8 + высшие/ХБА. Информативность указанных критериев подтверждается материалами по различным регионам. В случае образования кольцевой аномалии присутствие миграционных газов прослеживается по уменьшению корреляционных связей между углеводородными газами и ОВ на сводовых участках структур по сравнению с крыльевыми.
В случае преобладания сингенетичных газов отмечается закономерное повышение сорбированных относительно вмысокомолекулярных УВ (и изоформ) с повышением содержания глинистой фракции.
Отмечается связь между концентрациями эпигенетичных УВ и параметрами трещиноватости
Показатели изменения качественного и изотопного состава сингенетичных углеводородных газов под влиянием миграционных УВ. В данном случае большое значение имеет специфический состав газов залежей (в отличие от сингенетичных газов пород) и характер их разбавления по пути миграции неуглеводородными компонентами.
1. В зонах значительной генерации биохимического метана в породах и осадках поступление повышенного количества гомологов метана из залежей приводит к значительному снижению отношения С1/С2Н6 + высшие и нарушению корреляционных связей между отдельными предельными углеводородными газами, что используется при интерпретации результатов геохимических поисковых работ.
2. Практическое отсутствие непредельных УВ в газах залежей позволило рекомендовать повышенные значения отношений Кз= СН4/(С2Н4 + высшие) и K4= (C2H6 + высшие)/(С2Н4 + высшие) при низкой корреляционной связи между предельными и непредельными УВГ в качестве показателя преобладания эпигенетических углеводородных газов в породах.
3. Материалы по газам закрытых пор позволили применить показатель (N2+СО2)/УВГ (коэффициент разбавления). Теоретически следует допустить, что чем больший путь проходят углеводородные газы от залежей, тем в большей степени они разбавляются неуглеводородными компонентами пород, главным образом азотом. Полученные результаты показывают на уменьшение средних значений этого показателя на продуктивных площадях по сравнению с непродуктивными. Кроме того, на непродуктивных площадях коэффициент разбавления испытывает ярко выраженную тенденцию к возрастанию с глубиной вследствие роста количества азота при постоянных значениях сингенетичных углеводородных газов. На продуктивных площадях указанный коэффициент часто уменьшается по мере приближения к залежам вследствие возрастания доли эпигенетических миграционных УВ.
4. Проникновение глубинного термокаталитического метана в биохимическую зону приводит к снижению на аномалийных участках отношения легкого изотопа углерода метана к его тяжелому изотопу 12С/ 13С (возрастание δ13С). Однако ИСУ рассеянных в горных породах газах изучен очень слабо.
Косвенные газовые поисковые критерии. Показатели наличия процесса вертикальной миграции газов по разрезу отложений. К ним относятся: а) эффекты хроматографической и диффузионной дифференциаций в природных условиях; б) закономерное изменение отношений C1/C2 + высшие, С3/(С4 + высшие), (i-С4)/(n-C4) (по газам открытых и закрытых пор), N2/CH4, N2/(C2 + высшие) (по газам закрытых пор); в) кривые «миграционного ряда», представляющие собой ряд соотношений концентрации предельных углеводородных газов, выстроенных в определенной послед-ти: C1/С3, С2/n-С4, C1/C2, С3/C5, С2/С3, С3/ (n-С4), (n-С4) / (n-С5), (С3 + n-С5) / (С2 + n-С4). Газовые показатели – ведущие в системе показателей ГПНГ.
Генетические показатели сингенетичности. Решение проблемы диагностики сингенетичных газов связано с определением типа ОВ, стадии катагенеза, с расчетом газопродуцирующего потенциала в сравнении с измеренной газонасыщенностью керна.
QУВ генерир= 0,1*Сорг*γ*μ*V, где
γ - коэффициент для пересчёта количества ОВ, зависящий от стадии катагенеза; μ -доля метана в продуктах преобразования ОВ, зависящая от типа ОВ; V – коэффициент пересчёта массы УВ на объём, зависящий от типа ОВ. Если QУВ генерир / QУВизмер > 1,5, то газы преимущественно сингенетичны, если < 1 (до 0,1), то эпигенетичны.
К косвенным показателям относятся показатели: наличия путей миграции – аномальная концентрация гелия и радона в породах на отдельных участках как отражение существования тектонических нарушений; накопления сопутствующих компонентов в микроскоплениях углеводородных газов по пути миграции – параллелизм изменения концентрации гелия и углеводородных газов по разрезу и площади; наличие газообразных продуктов разложения УВ в газах в верхней биохимической зоне (повышенная концентрация в породах и водах СО2 и вторичных карбонатов, избыточного азота и аргона воздушного происхождения, накопления сероводорода сульфатредукции — как результат разрушения углеводородных газов в анаэробных условиях); к этим показателям относится также радиогенный водород как продукт радиолиза эпигенетичных УВ в газах (при определенных условиях); признаки взаимодействия продуктов разрушения углеводородных газов с породами, приводящего к образованию повышенной концентрации на аномальных участках сульфидов железа, серы, диоксида железа, вторичного карбоната и др. (эти показатели относятся уже к литогеохимическим).
Применение каждого отдельного показателя по газам не всегда дает правильное представление о наличии эпигенетичных газов, то есть поисковое значение отдельных показателей (критериев) ограничено.
Важными индикаторами могут быть не только количественные, но и качественные характеристики.
Выяснено, что подавляющее большинство компонентов газов горных пород (C1, С2, С3,i-C4, n-C4, C5÷C6, C2H4÷C4H8; CO2, N2, He, H2, H2S) имеют то или иное прямое или косвенное поисковое значение.
Количественные и качественные газогеохмические показатели горных пород верхних горизонтов определяются совокупным влиянием геологических факторов и долей участия химических, биохимических, физико-химических процессов в самих отложениях и на путях миграции. Информативность набора показателей определяется геолого-геохимическими особенностями региона, глубиной залегания и фазовым состоянием залежи.
