Литогеохимический метод предназначен для выявления ореолов рассеяния химических элементов, типоморфных минеральных новообразований, а также зон развития аномальных значений физико-химических параметров среды и физических свойств пород, обусловленных миграцией из залежей, с одной стороны, УВ и взаимодействием продуктов их окисления с минеральными компонентами пород надпродуктивных отложений, а с другой – химически активных неуглеводородных газов (СО, СО2, H2S и др.) и флюидов, присутствующих в залежах нефти и газа или контактирующих с ними.
Теоретической основой метода является эмпирически установленная и экспериментально подтвержденная зависимость физико-химических свойств, элементного состава, минеральных новообразований и физических свойств пород надпродуктивных отложений от количества УВ, интенсивности их окисления и масштабов взаимодействия продуктов окисления УВ и минеральных компонентов пород.
Метод реализуется путем отбора и исследования проб пород, почв, грунтов с применением методов и техники физико-химического, ядерно-физического, спектрофотометрического и других видов анализа вещественного состава и физических свойств горных пород. Литогеохимические исследования применяются на региональном и поисковом этапах геологоразведочных работ (ГРР) на нефть и газ и осуществляются в виде мелко-, средне- и крупномасштабных съемок, нацеленных на выявление и подготовку объектов к поисковому бурению.
Поисковые показатели относятся к числу косвенных, но имеющих интегральный характер, обусловленный «накоплением» информации во времени в минеральной матрице пород. Поисковые показатели коррелируют с параметрами геофизических полей и интенсивностью фототона аэрокосмических аномалий, отражающей спектральную яркость отложений на уровне поверхности современного эрозионного среза. Выделяют три самостоятельных, но генетически взаимосвязанных класса показателей – литохимический, минералогический и литофизический.
Литохимический класс объединяет два вида показателей:
1) собственно литохимические, основанные на изучении закономерностей пространственного распределения общего содержания химических элементов и различных их форм нахождения в породах в целом, а также в мономинеральных фракциях, например в пирите, кальците, кварце;
2) физико-химические характеристики пород, включающие окислительно-восстановительный потенциал Eh и щелочно-кислотный показатель рН водных суспензий пород, осадков и почв; аномально низкие (вплоть до отрицательных) по отношению к фону значения Eh и аномально высокие рН являются признаком содержания в горных породах нефтяных УВ.
Минералогический класс показателей объединяет несколько видов минеральных новообразований, являющихся продуктами воздействия УВ залежи: кремнистые, карбонатные, сульфидные, титанистые. Наиболее часто используются вторичные карбонатные новообразования (кальцит, доломит, сидерит, магнезит), которые в комплексе с данными об изотопном составе входящих в них углерода, кислорода и серы могут быть использованы при прогнозировании нефтегазоносности ловушек различной природы.
Литофизический класс объединяет те физические свойства горных пород, изменение которых связано с их вещественным (элементным, ионным, минеральным) составом в зонах УВ насыщения пород надпродуктивного комплекса (ПНК). В качестве таких свойств наиболее часто используются оптические и магнитные.
Магнитные характеристики пород включают изучение их магнитной восприимчивости до термической обработки к1 после термической обработки к2, и приращения магнитной восприимчивости Δк. Взаимодействие УВ и продуктов их окисления с оксидами и гидроксидами железа, присутствующими в породе, оказывает на последние восстановительное воздействие, сдвигая подвижное равновесие между FеО ↔ Fе2О3 в сторону образования закисных форм. Поэтому среди новообразованных минералов, возникающих в результате окислительно-восстановительных реакций над залежами нефти и газа, прежде всего отмечены такие железосодержащие минералы, как пирит, сидерит, магнетит, шамозит, глауконит и др. Известно, что минералы-оксиды железа являются ферромагнетиками, обладающими сравнительно высокой магнитной восприимчивостью.
С другой стороны, магнитная восприимчивость природных ферромагнетиков в значительной мере зависит от типа минеральных образований, которыми они представлены. В частности, оксиды железа (магнетит, титаномагнетит, гематит и др.) обладают наивысшей магнитной восприимчивостью, а сульфиды (пирит, пирротин) и карбонаты (сидерит) — существенно меньшей. Из этого следует, что магнитная восприимчивость пород определяется в основном содержанием в них ферромагнитных оксидов, в которых железо присутствует в основном в трехвалетной форме. Так как традиционные методы выявления и идентификации фазового состояния минеральных образований железа, осуществляемые обычно с помощью рентгеновской дифрактометрии и методов химического анализа, трудоемки и непроизводительны, в настоящее время все большее применение получают методы магнетохимии, в частности порошковой феррометрии, базирующейся на определении форм железа в породах по их магнитной восприимчивости до и после прокаливания.
Оптические характеристики включают в себя интенсивность диффузного отражения пород на различных длинах волн /λ, приращение интенсивности диффузного отражения, коэффициенты посветления и спектральной яркости пород. Физико-химическая сущность этого явления заключается в изменении спектра диффузного отражения (поглощения) пород при восстановлении окисных форм железа до закисных, протекающем при воздействии на породу продуктов окисления УВ.
Контрастность выделяемых аномалий в значительной степени зависит от представительности опорного геохимического горизонта. Наиболее контрастные литогеохимические эффекты фиксируются в отложениях, представленных тонкодисперсными ГП (глинами, суглинками). Контрастность фиксируемого термомагнитного эффекта в таких горизонтах в 2–10 раз выше, чем в горизонтах, не отвечающих требованиям представительности. При этом контрастность аномалий по одному и тому же горизонту над продуктивными структурами по магнитной восприимчивости, Eh, минеральным характеристикам выше, как минимум, на 25–30 % по сравнению со структурами, не содержащими нефти и газа. В случае неск представительных горизонтов контрастность литогеохимических аномалий растет по мере приближения к залежи.
Скопления нефти и газа содержатся в различного типа ловушках, образование которых обычно предшествует формированию залежей. Любая ловушка независимо от ее типа не является пассивным приемником или контейнером мигрирующих УВ, а представляет собой динамическую систему, Содержащиеся в ней УВ на протяжении всей истории существования не находятся в физическом, химическом и термодинамическом равновесии с твердой, жидкой и газообразной фазой окружающей минеральной среды из-за постоянно протекающих обменных реакций и химических преобразований. Пары воды и УВ, мигрирующие из залежи, приводят к физическим и химическим изменениям пород и почв, залегающих выше, что выражается в их различных постседиментационных преобразованиях, в частности в развитии вторичных минералообразований в вертикальном разрезе над залежью, обогащении пород различными элементами, образовании специфической геохимической обстановки. Эти химические и физические изменения осадочных пород, обусловленные их взаимодействием с мигрирующими из залежи флюидами, жидкими и газообразными УВ, могут привести к таким специфическим минералогическим особенностям, которые можно установить химическими, электрическими или другими физическими методами и, таким образом, научно обоснованно осуществлять поиски залежей нефти и газа.
Согласно закону, сформулированному В.И. Вернадским, около любой залежи УВ формируются ореолы рассеяния. В.А. Соколов считает наиболее вероятными следующие химические реакции, связанные с разложением УВ: 1) распад УВ и других органических веществ под действием физико-химических факторов; 2) взаимодействие УВ с веществом горных пород, главным образом с наиболее окисленными его формами; 3) окисление УВ в поверхностных слоях, связанное с присутствием свободного кислорода.
