Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. История изученности пермских угленосных отложений 8
Глава 2. Геологическое строение территории Косью-Роговской впадины, угленосность и нефтегазоносность 12
2.1. Литолого-стратиграфическая характеристика пермской системы 15
2.2. Тектоника 20
2.3. Угленосность 24
2.4. Нефтегазоносность 27
Глава 3. Строение и условия образования пермских угленосных отложений 31
3.1. Кунгурские отложения 32
3.2. Казанско-татарские отложения 45
Глава 4. Методы исследования органического вещества 56
Глава 5. Классификация микрокомпонентов и углепетрографический состав органического вещества 59
5.1. Классификация микрокомпонентов органического вещества 59
5.2. Углепетрографический состав органического вещества изученных объектов 67
Глава 6. Типы органического вещества и генерационный потенциал кунгурских отложений 71
6.1. Распространение типов органического вещества в разрезе и по площади .71
6.2. Изменение геохимических показателей по разрезам 84
6.3. Катагенез органического вещества кунгурских отложений 87
6.4. Зональный характер распределения битумоидов 90
6.5. Углеводородный потенциал органического вещества кунгурских отложений 98
Глава 7. Типы органического вещества и генерационный потенциал казанско татарских отложений 103
7.1. Распространение типов органического вещества в разрезе и по площади .103
7.2. Изменение геохимических показателей по разрезам 114
7.3. Катагенез органического вещества казанско-татарских отложений 118
7.4. Зональный характер распределения битумоидов 120
7.5. Углеводородный потенциал органического вещества казанско-татарских отложений 129
Глава 8. Оценка генерации углеводородов и их фазового состава 133
8.1. Кунгурские отложения 133
8.2. Казанско-татарские отложения 138
Заключение 142
Список литературы
- Тектоника
- Казанско-татарские отложения
- Углепетрографический состав органического вещества изученных объектов
- Зональный характер распределения битумоидов
Введение к работе
Актуальность. В настоящее время поиски залежей углеводородов (УВ) по всему миру связаны с нетрадиционными нефтегазоматеринскими комплексами. Угленосные отложения относятся к аналогичным комплексам, и их изучение по различным регионам проводится именно с позиции оценки генерационных возможностей (Wilkins, George, 2002; Semkiwa et. al., 2003; Обласов, 2010; Farhaduzzaman, Abdullah, Islam, 2012 и др.). Пермские отложения Косью-Роговской впадины относятся к таким объектам и содержат значительное количество многокомпонентного органического вещества (ОВ), обладающего различными генерационными возможностями (Органическая геохимия…, 2004).
Угленосные отложения пермского возраста в пределах Тимано-Печор-ского нефтегазоносного бассейна могут рассматриваться как источник генерации не только газовых, но и нефтяных УВ и как нетрадиционный коллектор. Данные отложения являются недостаточно изученными комплексными углепетрографическими, пиролитическими и битуминологиче-скими методами, и необходимость такого подхода для оценки нефтегазо-материнских свойств комплекса является весьма актуальной.
Цель и задачи исследований. Цель работы заключалась в установлении типов и особенностей распространения ОВ, его углеводородного потенциала для анализа генерационной продуктивности нефтегазоматеринских пород пермских угленосных отложений на территории Косью-Роговской впадины.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
углепетрографическое изучение состава ОВ углей и вмещающих пород;
выделение типов ОВ и закономерностей его распределения в разрезе и по площади исследований;
установление закономерностей изменения нефтегазоматеринского потенциала ОВ разновозрастных пермских отложений;
определение индивидуального состава УВ и установление его связи с типом исходного ОВ и катагенетической преобразованностью;
выделение зон различной генерационной продуктивности и оценка возможного фазового состава УВ.
Научная новизна работы. Детально изучен состав и выявлены закономерности распространения ОВ в углях и породах кунгурского и казанско-та-тарского возраста Косью-Роговской впадины. Оконтурены области распространения субаквального и континентального липтинита, существенно повышающего УВ-потенциал комплекса. Впервые в кунгурских и казан-ско-татарских отложениях Косью-Роговской впадины и прилегающих территорий выделены зоны распространения различных типов битумоидов. Установлено повсеместное распространение смешанных битумоидов и возрастание в них доли миграционной составляющей для прилегающих с запада платформенных областей.
Практическая ценность работы. Построена схема катагенеза ОВ по подошве казанско-татарских отложений, которая может использоваться при анализе степени зрелости и условий прогрева нефтегазоматеринских толщ. Проведена оценка УВ-потенциала ОВ пермских угленосных отложений и выявлены зоны его повышения. Выполненная оценка газогенерационного потенциала угленосных отложений может применяться при уточнении газовой зональности комплекса, и является важной при прогнозе газообильности угольных выработок. Выявлен очаг генерации не только газовых, но и нефтяных УВ в кунгурских отложениях Воркутского района Косью-Рогов-ской впадины и проведена оценка плотностей генерации и эмиграции УВ.
Защищаемые положения:
-
В породах озерных фаций кунгурского возраста на северо-востоке Косью-Роговской впадины и в породах лагунного генезиса на прилегающих с запада платформенных областях повышены содержания субаквального липтинита, вносящего основной вклад в генерационный потенциал комплекса. Максимальные содержания компонентов континентального липтинита выявлены в кунгурских отложениях на северо-востоке Косью-Роговской впадины и в казанско-татарских отложениях в районах сочленения впадины с грядой Чернышева.
-
Зоны повышенного углеводородного потенциала нефтегазоматерин-ских пород, обусловленные наличием водорослевого вещества озерного и морского генезиса, в кунгурских отложениях имеют локальное распространение на северо-востоке Косью-Роговской впадины, а липтинитового вещества континентального генезиса — в казанско-татарских отложениях в районах сочленения впадины с грядой Чернышева.
-
Зоны развития автохтонных битумоидов в породах комплекса приурочены к Косью-Роговской впадине, а смешанных — к прилегающим платформенным областям; в казанско-татарских отложениях в битумои-дах доминируют продуценты высшей растительности; в кунгурских наряду с высшей присутствует и низшая растительность (альгопланктон).
-
Генерация нефтяных и газовых углеводородов, способных к эмиграции, установлена только в кунгурских отложениях; очаг генерации расположен в Воркутском районе на севере Косью-Роговской впадины.
Фактический материал. В основу работы положены материалы, собранные автором по 12 разрезам обнажений на рр. Воркута, Сырьяга, угольных шахт «Воркутинская», «Комсомольская», «Северная», «Заполярная» и скважин «Неченская-408», «Суборская-239», «Бергантымылькская-1», «Пыжъ-ельская-1», «Падимейская-1», «Хоседаю-Неруюская-6» во время полевых сезонов 2007, 2008, 2013 гг. Также были изучены образцы 14 разрезов на рр. Кожым, Адзьва, Воркута, Большая Сырьяга и Силоваяха, в шахтах «Комсомольская», «Юньягинская», «Воркутинская», «Воргашорская» и по скважинам СДК-644 и -542, «Интинская-2», ВК-2401, УК-2515, предоставлен-
ные сотрудниками Института геологии Коми НЦ УрО РАН С. С. Клименко, Н. Н. Рябинкиной, И. С. Котиком, Л. А. Анищенко, С. Н. Шаниной, И. Н. Бурцевым. Дополнительно изучалась коллекция шлифов Е. О. Малышевой по разрезам: обн. 5 на р. Кожым, скважин УК-2515, ВК-2401, «Пальникшорская-1», «Усинокушшорская-104», «Осовейская-265», «Хосолтинская-259», «Хоседаюская-257 и -258». Кроме того, был проанализирован фондовый и опубликованный материал по составу углей и их качеству и по результатам геохимических исследований пермских отложений (Сорг, ХБА, СББ).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на совещаниях различного уровня: конференциях «Структура, вещество и история литосферы Тимано-Североуральского сегмента» (г. Сыктывкар, 2005, 2008, 2009, 2010, 2012, 2014, 2015, 2016); «Типы седи-ментогенеза и литогенеза и их эволюция в истории Земли» (г. Екатеринбург, 2008); I Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной памяти академика А. П. Карпинского (г. Санкт-Петербург, 2009); XVI Геологическом съезде (г. Сыктывкар, 2014); III Российском совещании по органической минералогии (г. Сыктывкар, 2009); XIII Всероссийском угольном совещании «Инновационные направления изучения, оценки и эффективного использования минерально-сырьевой базы твердых горючих ископаемых» (г. Ростов-на-Дону, 2014); 4-х Ян-шинских чтениях «Современные вопросы геологии» (г. Москва, 2011); II Всероссийской молодежной научно-практической школе-конференции (Республика Хакасия, 2014); международной научно-практической конференции «Новые идеи в геологии нефти и газа — 2015» (г. Москва, 2015), IV Всероссийской молодежной геологической конференции (г. Уфа, 2016).
По теме диссертации опубликовано 34 работы, в том числе 12 статей, из которых 11 — в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация объемом 173 страницы состоит из введения, 8 глав, заключения, содержит 73 рисунка, 9 таблиц, 2 табличных и 13 графических приложений. Список литературных источников включает 165 наименований.
Тектоника
Территория Косью-Роговской впадины расположена в северной части Предуральского краевого прогиба, в котором сосредоточены основные месторождения угля Печорского угольного бассейна. Первые сведения об исследуемой территории связаны с именами А. Шренка (1837 г.), А. Кейзерлинга (1843 г.), Э. Гофмана (1850 г.), М. К. Сидорова (1881 г.) и др. (Андросов, Князев, 1955 г.).
Исследования территории Косью-Роговской впадины проводились по ряду направлений. Одним из основных направлений в истории исследований данной территории является угольное. Проведенные с начала 1920-х годов А. А. Черновым поисково-съемочные работы в бассейнах рек Косью, Б.Сыни, Усы, Адзьвы, Кожыма позволили установить широкое распространение пермских угленосных отложений и предположить существование в Печорском крае «громадного каменноугольного бассейна». В 1930-е годы М. С. Волковым была предложна первая «карта прогноза в отношении угленосности Печорского бассейна» (Волков, 1931). Появившиеся в эти же годы сведения о местонахождении ископаемого угля в бассейне р. Печоры (на реках Б. Инта, Неча, Малая Сыня, Уса – выше деревни Адак и Адзьва) способствовали дальнейшему расширению поисковых работ на уголь (Шуреков, 1969 г.). Дальнейшие работы были направлены на установление закономерностей распространения углей, их состава и оценки технологических свойств. В начале 1940-х годов работы, проводимые в бассейне рек Косью и Кожым А. П. Ротаем (Ротай, 1946 г.), послужили основой для разработки стратиграфии пермской системы для всего Печорского бассейна (Государственная геологическая карта…, 1976). В виду особенностей строения пермской формации немаловажными вопросами в ее изучении являются закономерности распространения углей и корреляция угольных пластов. На первых этапах этими вопросами занимались К. Г. Войновский-Кригер, Г. А. Иванов, С. А. Голубев, Г. М. Ярославцев (Угленосная формация…, 1990). Была создана система индексации угольных пластов и угленосная толща была разделена на пакеты, обозначаемые буквами латинского алфавита, от Р до К.
Основные работы 1950-х годов связаны с именами Б. Л. Афанасьева, Л. Н. Белякова, Ю. В. Степанова, Л. Л. Хайцера, В. П. Куклева и многих других, которые в основном были направлены на поиск зон максимального угленакопления и выклинивания угольных пластов, а также степени преобразования углей. В качестве дополнительного критерия локального прогноза угленосности, Ю. В. Степановым (1967–1987 гг.) был применен метод сравнения метаморфизма угольных зерен, извлеченных из покровных четвертичных отложений и аллювиальных проб, с метаморфизмом углей в коренном залегании (Угленосная формация…, 1990; Степанов, Куклев, 1979 г., 1980 г.; Степанов, 1995 г.). В 1959–1962 гг. под руководством Б. Л. Афанасьева были открыты новые месторождения – Среднеадзьвинское, Ватьярское, Кушшорское, Верхнероговское, и уточнено геологическое строение Тальбейского и Шарью-Заостренского месторождений. В изучение геологического строения, угленосности, качества углей большой вклад внесли Н. Е. Трапезников, В. Л. Смульский, Л. Л. Хайцер, М. Д. Кравец, В. П. Данилов, Л. В. Лобкова, А. А. Ипатов, В. В. Золотова, Е. П. Тарбаева, Г. В. Трапезникова, В. П. и другие (Степанов, Тарбаева, 1974 г.; Степанов, Корельский, 1969, 1970 гг.; Степанов, Золотова, 1975 г.; Степанов, 1981 г.; Золотова, Трапезникова, 1986 г.). В 2008 г. сотрудниками Института геологии Коми научного центра проводились ревизионные работы на Неченском месторождении (Бурцев, 2008 г.). Основной целью ревизионных работ являлось определение перспективных направлений химико-технологической переработки углей. В рамках этих работ автором было проведено петрографическое изучение углей, их состава и условий угленакопления на исследуемом участке.
Все проводимые работы требовали детального изучения территории по вопросам стратиграфии, геологического строения, палеонтологии, геохимии, литологии и многих других, которые важны для понимания строения и условий формирования не только пермских отложений, но и всего осадочного чехла. Поэтому следующим направлением изучения являются комплексные геолого-съемочные работы. С середины 1930-х годов начали проводиться геолого-съемочные работы регионального масштаба. В 1936–1941 гг. в пределах бассейна развернулся комплекс палеонтологических (В. В. Погоревич и др.), палеоботанических и палинологических (И. Э. Вальц, Э. М. Загадская, Е. С. Корженевская и др.), углепетрографических (И. Э. Вальц, Е. С. Корженевская, Л. И. Сарбеева, Н. Н. Сорокина и др.), петрографических (Г. Г. Доминиковский, И. Л. Брискин, Н. М. Федоровский и др.), геофизических (В. В. Гречухин и др.), углехимических и геохимических (Н. И. Родный, Г. Л. Стадников, И. К. Траубенберг и др.) исследований. В 1940-е годы была начата среднемасштабная геологическая съемка под руководством К. Г. Войновского-Кригера и выделены два фациальных комплекса палеозойских пород – Елецкий и Лемвинский (Пучков, 1979; Шишкин, 2002). Со второй половины 1950-х годов начался новый виток в изучении Печорского бассейна, когда стали проводится геолого съемочные работы 1:200000 масштаба и было установлено широкое развитие четвертичных, верхнепермских и мезозойских отложений и разработана их стратиграфия, обосновано покровно-надвиговое строение территории (Геолого-геофизическое обоснование..., 1995).
Следующим важным направлением изучения данной территории является нефтегазоносность данной территории. Еще в 1940-е годы в регионе под руководством Д. П. Сердюченко проводилась битуминологическая съемка, которая показала, что западный склон Урала и прилегающая к нему территория Приуралья являются перспективными для поисков нефти и газа. Но все же, благодаря наличию в пермском комплексе промышленных запасов углей, изучение территории проводилось больше для решения угольных вопросов, в том числе и вопросов генерации газа углями. В 1960-е годы Б. М. Зимаковым и А. В. Подмарковым были уточнены закономерности нарастания метаноносных угольных пластов для отдельных шахтных полей и проведена оценка ресурсов метана с точки зрения его промышленного использования. Пермская угленосная формация, имеющая значительные мощности и широкое распространение на территории бассейна, наряду с наличием промышленной угленосности, обладает значительными запасами газа. Однако, после обнаружения нефтей и исследования их химического состава и состава битумоидов в пермских отложениях Воркутского района севера Косью Роговской впадины Б. М. Зимаковым и Ю. В. Степановым в конце 1960-х гг. впервые был поставлен вопрос о нефтегазоносности пермских отложений (Зимаков, Степанов, 1965). Тематические исследования с целью выяснения перспектив нефтегазоносности Предуральского краевого прогиба с 1980-х гг. были проведены сотрудниками Института геологии Коми НЦ УрО РАН, ТП НИЦ, СеверНИПИГаз. В ходе этих работ была выявлена высокая битуминозность пород нижнепермской молассы и появились современные представления о строении Косью-Роговской впадины и западного склона Урала (Л. Н. Беляков, Л. Т. Белякова, В. И. Богацкий, К. Г. Войновский-Кригер, В. А. Дедеев, Б. Я. Дембовский, А. И. Елисеев, Я. Э. Юдович, В. П. Пучков, С. Н. Сивков, В. В. Юдин, Б. И. Тарбаев, Н. А. Малышев, П. А. Туманов, Н. И. Тимонин, Н. И. Никонов и др.). Были составлены геологические карты и карты месторасположения наиболее нефтегазоперспективных зон, даны рекомендации для постановки геофизических работ и бурения (Сивков, 1985; Елисеев и др., 1975; Юдович, 1975; Юдин, Дедеев, Малышев, 1990; Дедеев и др., 1991 г.; Геолого-геофизическое обоснование..., 1995; Беляева и др., 1995 г., Соборнов, 1997; Острижный, 1999, 2000; Данилов, 2000; Малышев и др., 2000 г.). В эти же годы проводилось изучение пермских отложений как природных резервуаров для залежей нефти и газа, в результате которого в пермском комплексе было установлено распространение коллекторов разной емкостной способности, и определены их генетические группы (Малышева, 1985, 1987, 1988; Малышева и др., 1992; Малышева, 1995 г.).
Казанско-татарские отложения
При нанесении значений индексов на диаграмму, предложенную П. Мукхопадеем, большинство изученных нами углей лекворкутской свиты образовали поле у вершины В и вблизи нее (рис. 3.1.4). Это может свидетельствать об их образовании в обстановках маршевых болот с высокой степенью обводненности и бактериальной активности. Угли образовались в схожих условиях, но при более высокой проточности и периодическом осушении болота. Можно отметить несколько особенностей изученных углей (рис. 3.1.4). Три точки на диаграмме (обр. 7.1.16, обр. 7.1.17, обр. 7.1.18) относятся к разным типам углей, в 1 пласте. Вероятно, начало формирования пласта (обр. 7.1.16) происходило в обводненных и слабопроточных маршевых условиях с короткими периодами осушения. Позднее они сменялись (обр. 7.1.17) на более динамичные обводненные условия, когда происходило поступление значительной доли липтинита и частичное окисление ОВ (при переносе водной массой). Завершилось его формирование в менее динамичных условиях, при активной деятельности бактерий, о чем свидетельствует высокая степень
Слой полосчатого угля обн. 49 на р. Воркута. разложения растительных тканей (обр. 7.1.18). Таким образом, формирование данного пласта угля, несмотря на его малую мощность, происходило в различных условиях, оказавших влияние и на состав углей, и как следствие на их свойства. Позднее были предложены другие многочисленные индексы и диаграммы. В настоящее время наиболее известны индексы Дисселя (Diessel, 1992) – TPI и GI – показатели сохранности структуры и гелификации, соответственно. Индекс сохранности структуры оцениваются при помощи дроби, в числителе которой сумма структурных компонентов, а в знаменателе – бесструктурных. В условиях окисления (низкий уровень воды или проточные воды) происходит разложение ОВ и его структуры. В анаэробных условиях с низкой бактериальной активностью структура сохраняется. Таким образом, на индекс TPI влияют тектонические условия – с его увеличением происходит переход от спокойных морских условий через сезонную обводненность к областям временного торфообразования. Второй индекс (GI) – индекс гелификации (гомогенерации) – служит для определения обводненности. Он оценивается отношением гелифицированных компонентов к негелифицированным, и показывает геохимические обстановки торфонакопления. TPI=(теловитринит+семифюзинит+фюзинит)/ (детритоветринит+макринит+инертодетринит) GI=(витринит+макринит) /семифюзинит+фюзинит+инертодетринит) Рис. 3.1.4. Поле фигуративных точек образцов углей лекворкутской свиты Воркутского месторождения на генетических диаграммах P. Mukhopadhyay (а) и C. Dissel (б). Увеличение этого индекса является показателем уровня вод. Переход происходит от безводных лесных условий к озерным. Максимальные значения индекса гелификации говорят о тростниковых дельтовых отложениях. Изученные образцы на подобной диаграмме (рис. 3.1.4 б) образуют два поля значений. Первое поле соответствует более обводненным условиям, второе – дельтовым, прибрежно-морским с кратковременными периодами осушения. На генетической диаграмме можно восстановить условия образования углей пакетов N и O лекворкутской свиты. В целом, это были условия спокойного прогибания бассейна с постоянной обводненностью, компенсируемого накоплением ОВ, низкой бактериальной активностью и восстановительными условиями (Процько, 2014). Однако, отмечались и периоды осушения, которые сопровождались повышением окисленных компонентов углей, а также периоды увеличения проточности среды угленакопления, что способствовало более высокому содержанию липтинита в их составе. Так для маломощных углей нижней части разреза (обр. 7.2.21, обр. 7.2.26) были характерны условия маловодных болот с периодическими периодами осушения и обводнения с повышенной проточностью вод. Они способствовали накоплению окисленных компонентов и липтинита соответственно, и дополнительному приносу минерального вещества. Подобные условия характерны для зон прибрежной равнины и периодически осушающихся маршевых болот. Как видно из таблицы 3.1.1. угли одного пласта характеризуются разными значениями индексов и соответственно условиями накопления. Красным цветом (рис. 3.1.4 а, б) выделены образцы углей из одного пласта, характеризующиеся неодинаковыми условиями торфонакопления. Два образца углей нижней и верхней частей пласта (обр. 7.1.16, обр. 7.1.18) образовывались в схожих маршевых обстановках, а уголь средней части (обр. 7.1.17) по значениям индексов попадает на диаграмме в совершенно иную область «сухих болот». Последнее связано с тем, что в расчетах индексов не учитывается содержание компонентов группы липтинита, что существенно искажает результаты. Таким образом, применение подобных генетических диаграмм для характеристики условий торфонакопления должно проводиться с осторожностью, либо с использованием целого ряда показателей, влияющих на изменение состава ОВ. В целом, с учетом совокупности полученных результатов, можно говорить, что накопление полосчатого угля (рис. 3.1.3) мощностью 0,5 м (обр. 7.1.16 – 18) происходило в условиях смены окислительной и восстановительной обстановок и изменения степени проточности болотной среды. Активный принос терригенного материала (кварца, глинистого вещества), который происходил на всей территории прогиба, способствовал накоплению зольных прослоев углей и нередко до прослоев углистых аргиллитов и аргиллитов (рис. 3.1.5). Особенно четко это проявляется в строении пластов угольных месторождений Хальмерьюского, Силовского, Юньягинского, Усинского и частично Воркутского (Процько, Анищенко, 2008).
На окраине зон угленакопления при условии их обводнения происходило образование озер. В угленосных циклах зачастую появляются озерные глинистые фации со значительным количеством прослоев, обогащенных водорослевыми компонентами (Корельский, Марго, 1973; Горбань, Журкова, 1985). Так, в районе западной окраины Воргашорского месторождения, значительно распространены сапропелевые озера. Восточнее, в районе бассейна р. Сырьяга, обнаружены аргиллиты схожего облика с остатками (следами) органических компонентов водорослевой природы, что позволяет предполагать распространение вышеупомянутых озер на восток до Сырьягинской площади. Основная центральная область в кунгурское время – зона III занимающая подавляющую часть территории исследований (рис. 3.1.1). Здесь распространены алевритовые и песчанистые прослои барового генезиса, а в северных районах – участки с угленакопленем. Последние включают западную часть угленосных площадей Воргашорского месторождения и зону выклинивания пластов угля, сменяющихся породами озерных и позже лагунных фаций.
Наглядным примером условий осадконакопления отложений данной зоны является опорный разрез на р. Кожым, в котором наблюдается чередование прибрежно-морских баровых фаций и фаций каналов и маршей прибрежной равнины (Малышев и др., 2000 г.). Разрез пермских отложений, обнажающихся в крыле Кожимской синклинали, представлен отложениями кожимрудницкой свиты (рис. 3.1.6).
Углепетрографический состав органического вещества изученных объектов
Для решения поставленных задач применялся устоявшийся в настоящее время комплекс углепетрографических и геохимических методов качественной и количественной характеристики ОВ исследованных объектов. В основу работы положены материалы, собранные автором по 12 разрезам – обнажения на рр. Воркута, Сырьяга, угольных шахт Воркутинская, Комсомольская, Северная, Заполярная и скважин Неченская–408, Суборская–239, Бергантымылькская–1, Пыжъельская–1, Падимейская–1, Хоседаю-Неруюская–6 во время полевых сезонов 2007, 2008, 2013 гг. В качестве дополнительного материала были изучены образцы по 14 разрезам рр. Кожым, Адзьва, Воркута, Большая Сырьяга и Силоваяха, в шахтах Комсомольская, Юньягинская, Воркутинская, Воргашорская и по скважинам СДК–644 и –542, Интинская–2, ВК–2401, УК–2515, предоставленных сотрудниками Института геологии Коми НЦ УрО РАН (С. С. Клименко, Л. А. Анищенко, Н. Н. Рябинкиной, И. С. Котиком, С. Н. Шаниной, И. Н. Бурцевым). Также была изучена обширная коллекция шлифов Е. О. Малышевой по разрезам пермских терригенных отложений: обн. 5 р. Кожым, скважин УК–2515, ВК– 2401, Пальникшорская–1, Усинокушшорская–104, Осовейская–265, Хосолтинская–259, Хоседаюская–257 и –258.
Аналитические исследования были выполнены преимущественно в Институте геологии Коми НЦ УрО РАН (г. Сыктывкар), на кафедре геологии и геохимии горючих ископаемых геологического факультета МГУ и ВНИГНИ (г. Москва), а также в аналитическом центре ВУХИН (г. Екатеринбург).
Углепетрографический метод использован для определения состава групп микрокомпонентов ОВ (витринит, инетринит, липтинит), их происхождения (природы источника поступления материала) и уровня его зрелости на основе измерения значений отражательной способности витринита (Ro, %). Изучение аншлифов и аншлифов-брикетов (130 шт.) проводилось в отраженном свете при увеличении 50–200, и в ультрафиолетовом свете при увеличении 20–100. Измерение Ro проводились в аналитическом центре ВУХИН (5 шт., г. Екатеринбург) и на кафедре геологии и геохимии горючих ископаемых геологического факультета МГУ (г. Москва). Измерения Ro проводились автором по разрезам рр. Неча, Бол. Сырьяга и Воркута, ш. Воргашорская, скв. СДК (30 шт.), а также А. В. Леоненко по разрезу рр. Воркута и Сырьяга (20 шт.). Для исследования в проходящем свете использовались шлифы (500 шт.) в том числе из коллекции Е. О. Малышевой (350 шт), хранящиеся в лаборатории ГНГБ.
Первоначально шлифы просматривались под поляризационным микроскопом «Мин 8» при увеличении 20, 40, что позволило получить общую информацию о строении и составе породы, о примерном количестве и распространении ОВ в породе. Далее исследование проводилось в косом отраженном свете, позволяющем идентифицировать часть ОВ, гидрооксиды железа, а также сульфиды (ОВ – бежевое, коричневое, черное; гидрооксиды – желтое ярко-рыжее и красное; пирит – характерного золотистого цвета). После этого шлифы изучались под микроскопом «MeF-2» при увеличении 120 – 200 (до 500), анализировались форма, размеры, цвет, изотропность, структура, степень минерализации, взаимоотношения с матриксом породы, некоторые дополнительные особенности каждой группы компонентов. Изучение аншлифов и аншлифов-брикетов проводилось в Институте геологии (г. Сыктывкар) и на кафедре геологии и геохимии горючих ископаемых МГУ (г. Москва) в отраженном свете при увеличении 50 – 200, и в ультрафиолетовом свете при 20 – 100. Подсчет компонентов проводился точечным и линейным методом, в зависимости от количества ОВ в исследуемом образце (Карнюшина и др., 1990). Для реконструкции условий накопления ОВ использовались известные индексы и диаграммы (Mukhopadhyay, 1989; Dissel, 1992), а также был применен метод, разработанный П. П. Тимофеевым (Тимофеев,1969).
Для оценки содержания ОВ и битумоидов в породе, определения углеводородного потенциала ОВ использовались результаты геохимических исследований. К группе использованных в работе геохимических методов относятся пиролитический анализ (Rock-Eval), определение содержания органического углерода (Сорг, %), хлороформного и спиртобензольного битумоидов (СББ, ХБА, %), индивидуального состава битумоидов методом газовой хроматографии (ГХ). Параметры пиролитического анализа (S1, S2, TOC, HI, PI) позволяют получить информацию об остаточном потенциале ОВ и степени его зрелости (при полной однородности его в разрезе). Пиролитические исследования проводились по стандартной методике на приборе Rock-Eval – 6 (аналитик С. В. Можегова) в химической лаборатории ВНИГНИ (г. Москва) под руководством М. В. Дахновой.
Химико-аналитическое изучение ОВ проводилось по стандартным методикам в лаборатории органической геохимии Института геологии Коми НЦ УрО РАН под руководством Д. А. Бушнева. Содержание Сорг (аналитик С. А. Забоева), хлороформного битумоида А (аналитики Н. А. Приезжева, Т. А. Кирюхина) проводилось по стандартным методикам (Задачи…, 1986; Методическое руководство…, 1979). Дальнейшее исследование УВ фракции ХБА осуществлялось методом ГХ на хроматографе модели «Кристалл-2000 М» (аналитик О. В. Валяева). Данные ГХ несут информацию об индивидуальном составе н-алканов и изопренанов, что указывающие на природу исходного вещества и в ряде случаев на степень его зрелости, а также могут использоваться как коррелятивы.
Полученные в результате всех перечисленных методов данные позволили определить: условия накопления ОВ; зависимость его свойств от состава вмещающих пород; влияние углепетрографического состава ОВ на фазовый состав генерируемых углеводородов; соотношения выделенных групп микрокомпонентов ОВ в различных фациальных обстановках и в целом оценить генерационный потенциал ОВ пермских угленосных отложений на территории Косью-Роговской впадины.
Зональный характер распределения битумоидов
В зоне I преобладают лагунные и лагунно-дельтовые фации, распространенные на небольших участках на севере и востоке исследуемой территории (рис. 6.1.7 – зона I). Здесь, как указывалось ранее, находится Елецкое месторождение, с зольностью углей 20 %, в состав углей входят компоненты группы витринита (80 %), семивитринита (4,6 %) и инертинита (14,9 %) (Угленосная формация..., 1990). В лагунно-дельтовых и лагунных обстановках формируются аргиллиты с остатками компонентов группы липтинита – кутинита, споринита и липтодетринита. Также в составе ОВ аргиллитов обнаружено большое количество включений витринита и инертинита (преимущественно переотложенного).
Следующая рассматриваемая зона (зона II), являлась формирующей для основных месторождений коксующихся углей севера Косью-Роговской и юга Коротаихинской впадин (рис. 6.1.7 – зона II). Согласно различиям условий их накопления проявляется изменение в составе ОВ углей. В маршевых прибрежно-морских отложениях окраинных зон угленакопления (восточных), где проявляется мелкая цикличность и развиваются высокозольные угли, накапливалось преимущественно окисленное ОВ. Здесь в зонах угленакопления, приближенных к континентально-аллювиальным областям осадконакопления, зольность углей повышается до 30 %, содержание инертинита достигает 20 – 30 % (Угольная база…, 2000). К западу, в зонах устойчивого угленакопления, снижается зольность углей, уменьшается количество инертинита, в углях появляются липтинитовые компоненты. Этот момент отчетливо проявлен на окраине Воркутского и Воргашорского месторождений, где в углях обнаружены остатки водорослей Pila (Корельский, Марго, 1973). Восточнее, в разрезах лекворкутской свиты на рр. Воркута и Сырьяга, в углях также выявлены повышенные содержания компонентов группы липтинита, представленные в основном споринитом, кутинитом и резинитом. Последнее свидетельствует об отличных от упомянутых выше, но также озерных условиях угленакопления. В целом, для пород этой зоны характерно многокомпонентное ОВ хорошей сохранности, со значительным содержанием липтинита и малым содержанием инертинита.
Состав ОВ в породах кунгурского возраста и распространение литолого-фациальных зон на территории севера Предуральского краевого прогиба (составлено с дополнением по: История…, 1965; Тимано-Печорский седиментационный бассейн …, 2000; Угленосная формация…, 1990; Топливно-энеретическая база…, 1991; Корельский, Марго, 1973). Условные обозначения: 1 – контур наибольшего распространения компонентов группы липтинита; 2 – находки сапропелево-гумусовых углей: а – пакета n, b – m; 3 – водоросли: а – озерного генезиса, b – морского генезиса; 4 – состав ОВ, содержание компонентов: а – группы инертинита, b – группы липтинита, с – группы витринита. Остальные условные см. рис. 3.1.1. Основная центральная зона (рис. 6.1.7 – зона III) распространена на значительной части территории исследований от западных участков Воргашорского месторождения до южного Интинского района. В пределах значительной по площади зоны выявляются локальные участки угленакопления (Интинское, Сейдинское, Верхнероговское месторождения). В составе углей рассматриваемой области преобладают витринитовые и инертинитовые компоненты, а средняя зольность достигает 35 % (Угольная база…, 2000). Повышенное содержание инертинита (до 30–40 %) и зольности в углях характерно, в основном, для зон выклинивания более мощных пластов, а также в целом для маломощных прослоев углей. Исследование компонентного состава включений в породах кунгурского возраста выявило широкий разброс значений для групп витринита и инертинита от 10 до 100 % и от 0 до 90 % соответственно. Значительное количество инертинита 80–100 % характерно для алевритовых и песчаных прослоев барового генезиса, которые широко распространены в разрезах этой зоны. Компоненты группы липтинита имеют ограниченное распространение. Их содержание в среднем по пластам углей не превышает 3 %. Более высокие содержания липтинита (споринит) до 15 % встречены в глинистых породах Воргашоро-Усинской площади (скв. ВК–2401). В районе западной окраины Воргашорского месторождения, как указывалось ранее, обнаружены многочисленные находки сапропелево-гумусовых углей озерного генезиса (Корельский, Марго, 1973). Водорослевые находки встречаются и в углях более позднего возраста на территории рассматриваемой площади Косью-Роговской впадины (Шуреков, 1991).
Крайняя западная область (Варандей-Адзьвинская структурная зона, восточная часть Хорейверской и север Большесынинской впадин) характеризуется подавляющим распространением отложений лагунного генезиса, чередующихся с отложениями баровых и дельтовых обстановок (рис. 6.1.7 – зона IV). В компонентном составе ОВ содержание витринита составляет 55 %, инертинита 35 – 60 %, средняя зольность достигает 35–40 %. Из особенностей распространения ОВ отмечается большое содержание инертинитового детрита в алевритовых разностях пород. На Хосолтинской площади в лагунных аргиллитах обнаружено повышенное содержание альгинита до 43 % (Топливно-энергетическая база…, 1991).
В целом витринитовые компоненты характерны для всех рассмотренных разрезов и фациальных зон. Вариации их содержания от минимальных до максимальных обусловлены сменой окислительно-восстановительной среды осадконакопления. При условии широкого распространения отложений, сформированных в условиях баровых, дельтовых и прибрежно-морских обстановок, в кунгурском угленосном комплексе в составе ОВ встречено значительное количество инертинита – до 95 %. Из обстановок, где накапливались повышенные содержания ОВ липтинитового типа, отмечаются зоны распространения озерно-болотных обстановок, прибрежных равнин и лагун с затрудненным водообменом, которые характерны для северных и западных районов исследуемой территории (рис. 6.1.7).
Разнообразие литолого-фациальных условий обусловило существенные различия в накоплении ОВ в породах. В целом, в разрезе кунгурских отложений концентрации Сорг изменяются в широком диапазоне – от долей до десятков процентов. В рассеянном виде (до 0,1 %) Сорг встречается во всех типах разрезов. В углях и углистых аргиллитах его содержание варьирует от 20 до 90 %.
Изменения содержаний Сорг и ХБА в породах изученных 11 разрезов показывают закономерные различия. По разрезу кунгурских отложений (р. Воркута) отчетливо видно, что минимальные значения показателей характерны для песчаников, максимальные – для углей (рис. 6.2.1). Повышенные значения в песчаниках отмечаются при обилии растительных остатков. Такие же закономерности отмечены в разрезе талатинской свиты на р. Кожым, где в песчаниках с большим количеством углистого детрита, при средней концентрации Сорг около 0,3 % (для песчаников разреза), выявлены значения от 3,5 до 8,16 %. Наиболее контрастные изменения содержания Сорг наблюдаются в породах не только терригенной формации, но и в зонах максимального угленакопления ОВ: в песчаниках 0,3–0,7 %, в углистых аргиллитах 15–20 % и 45–75 % в углях (Органическая геохимия…, 2004). Содержания битумоидов ХБА изменяются в зависимости от состава пород и их местонахождения в разрезе угленосного цикла. Повышенные содержания битумоидов нередко определяются в песчаниках над углистыми и глинистыми пачками (рис. 6.2.1), включающих небольшую долю перемещенных из углисто-глинистых пород углеводородов (ХБ 5 %). Еще более высокие значения коэффициента битуминозности (ХБ до 20 %) определены в песчаниках кунгурских отложений скв. Среднекочмесская–2 (рис. 6.2.2). В целом для всех изученных разрезов фиксируются повышения показателя ХБ в песчаниках. Наибольшие значения ХБ в кунгурских отложениях севера Предуральского прогиба характерны для Среднекочмесской и Коротаихинской площадей (см. прил. 7). По данным В. Ф. Удот в породах Среднекочмесской площади Косью-Роговской впадины выявлено характерное свечение легких битумоидов в пористых участках породы и приконтактных участках зерен, где практически не встречаются ореольные текстуры, что свидетельствует о перераспределении битумоидов в породах и частично их паравтохтонном характере (Удот, 1985).