THE СHARACTERIZATION OF HYDROCARBON COMPOUNDS IN THE DISPERSED ORGANIC MATTER LOWER CRETACEOUS DEPOSITS OF THE NORTH OF WESTERN SIBERIA

Красноярова Н.А.¹, Гладких М.А.², Курганова Е.В.³

¹Кандидат геолого-минералогических наук, доцент, ФГБУН Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук, ФГАОУ ВПО Национальный исследовательский Томский политехнический университет; ²старший преподаватель, ФГБОУ ВПО Национальный исследовательский Томский политехнический университет; ³ассистент, ФГБОУ ВПО Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 15-05-03910

ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИЙ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ ПО СОСТАВУ УГЛЕВОДОРОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В РАССЕЯННОМ ОРГАНИЧЕСКОМ ВЕЩЕСТВЕ ОТЛОЖЕНИЙ НИЖНЕГО МЕЛА СЕВЕРА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Аннотация

В статье представлены результаты исследования рассеянного органического вещества (РОВ) пород нижнего мела ЯНАО. Рассмотрен молекулярный состав РОВ, особенности распределения нормальных и изопреноидных алканов, фенантренов, стеранов, гопанов, алициклических и ароматических углеводородов. Полученные данные свидетельствуют о субокислительных условиях, существовавшие в бассейне седиментации, а также существенном вкладе в исходное органическое вещество как фитопланктона, так и наземной растительности. Состав стеранов и пониженное их количество по отношению к гопанам указывает на континентальный генезис ОВ.

Ключевые слова: рассеянное органическое вещество, состав углеводородов, условия осадконакопления.

Krasnoyarova N.A.¹, Gladkich M.A.², Kurganova E.V. ³

¹Candidate of Geological and Mineralogical Sciences, Institute of Petroleum Chemistry SB RAS, National Research Tomsk Polytechnic University;  ²Senior Lecturer, National Research Tomsk Polytechnic University; ³Assistant, Research Tomsk Polytechnic University

THE СHARACTERIZATION OF HYDROCARBON COMPOUNDS IN THE DISPERSED ORGANIC MATTER LOWER CRETACEOUS DEPOSITS OF THE NORTH OF WESTERN SIBERIA

Abstract

The paper presents the results on the study of dispersed organic matter (DOM) in Lower Cretaceous rocks of the Yamal-Nenets Autonomous Area. DOM molecular composition, features of distribution of normal and isoprenoid alkanes, phenanthrenes, steranes, hopanes, alicyclic and aromatic hydrocarbons have been considered. The data obtained testify sub-oxidizing conditions that existed in the sedimentation basin, as well as substantial contributions of phytoplankton and terrestrial vegetation to the initial organic matter. Composition of steranes and their reduced amount relative to hopanes indicate continental genesis of OM.

Keywords: dispersed organic matter, composition of hydrocarbon, conditions of sedimentation.

Северные территории России в долгосрочной перспективе будут основой стабильности экономики для воспроизводства минерально-сырьевой базы. Территории ЯНАО характеризуется исключительными запасами как минерально-сырьевых, так и топливно-энергетических природных ресурсов. Изучение данной территории позволит определить направления рационального использования природных ресурсов и обеспечить их воспроизводство.

Изучение молекулярного состава рассеянного в породах органического вещества позволяет определить его фациально-генетическую принадлежность и специфику диагенетических и катагенетических преобразований. По данным о молекулярном составе реликтовых структур, унаследовавших основные черты строения исходных биологических молекул, можно получить представление об основных источниках ОВ в осадках [1]. Совокупность полученных результатов позволяет дать оценку исследованной территории на перспективность обнаружения в них новых залежей углеводородов.

В качестве объектов исследования были выбраны песчаники, алевролиты, алевроаргиллиты, аргиллиты и углистые аргиллиты ачимовского комплекса (нижний мел) Нижнепуровского района ЯНАО. С целью определения степени преобразования и условий трансформации РОВ пород был исследован состав нормальных и изопреноидных алканов, фенантренов, стеранов, гопанов, алициклических и ароматических углеводородов (табл. 1).

В разрезе исследованных отложений выделяют сортымскую свиту (K1/srt), которая перекрывается тангаловской (K1/tng, валанжинский и аптский ярусы). Южная окраина территории изучена в пределах Южно-Пырейной (скв. 21 и 22), северо-западная часть - в пределах Уренгойской (скв. 11 и 62) площадей.

Органические компоненты выделяли из кернового материала экстракцией раствором 7 % метанола в хлороформе (ХБ) при 60 ⁰С. Молекулярный состав органических соединений исследовали методом ГХ-МС с использованием магнитного хромато-масс-спектрометра DFS фирмы "Thermo Scientific" (Германия). Содержание отдельных структур определяли по площади соответствующих пиков на хроматограммах с использованием внутреннего стандарта и поправочных коэффициентов, определенных для каждого класса соединений.

Для оценки степени термической преобразованности рассеянного в породах органического вещества (ОВ) были исследованы распределение и состав фенантренов, по которым рассчитаны метилфенантреновый индекс MPI = 1,5 · (2МР+3МР)/(Р+1МР+9МР) и расчетная отражательная способность витринита Rc = 0,6 MPI + 0,4 [2].

Полученные результаты (табл. 1) характеризуют ОВ северо-западной зоны как термически мало зрелое (стадия катагенеза от ПК₃ до начала МК₁), а южной зоны – более термически преобразованное (МК₁ до середины МК₂). Величина отношения П/Ф указывает в основном на субокислительные условия, существовавшие в бассейне седиментации.

Таблица 1 - Характеристика исследованных пород и параметры состава фенантренов и алканов

Характер молекулярно-массового распределения н-алканов свидетельствует о существенном вкладе фитопланктона в состав ОВ – максимум их распределения практически во всех образцах приходится на область С₁₅-С₁₇.

В составе УВ всех пород за одним исключением (обр. 12) преобладают насыщенные структуры, среди которых кроме алканов идентифицированы структурные группы стеранов, гопанов, бициклических сесквитерпанов (дриманов и кадинанов).

Среди ароматических УВ, представленных моно-, би-, три, тетра- и пентациклическими структурами, преобладают биарены. Содержание тетра- и пентацикличиеских очень мало.

О существенном вкладе наземных растений в исходное ОВ свидетельствует повышенное относительное количество ретена и особенно кадалена (табл. 2), а также присутствие частично ароматизированного производного абиетиновой кислоты симонеллита [1].

Таблица 2 - Параметры состава ароматических углеводородов ОВ пород

Среди гопанов состава С₂₇-С₃₄ в большинстве доминирует С₃₀ гопан (Н). Близкое содержание С₃₀ и С₂₉ гопанов характеризует отложения тангаловской свиты северо-запада. Практически во всех образцах (за исключением обр. 2) в составе стеранов доминируют изомеры С₂₉. Состав стеранов и пониженное их количество по отношению к гопанам (С₂₉St/C₃₀H) указывает на континентальный генезис ОВ тангаловской и сортымской свит исследованного участка северных территории Западной Сибири [3].

Сесквитерпаны являются наиболее представительным классом терпанов в большинстве образцов исследованных пород. Их относительное содержание в смеси цикланов составляет 61-99 %. Только в образце 6 среди цикланов преобладают гопаны и содержание сесквитерпанов снижается до 32 % отн. Сесквитерпаны исследованных пород, включают изомеры нордримана, дримана и гомодримана. Кроме дриманов среди сесквитерпанов обнаружены бициклические кадинаны (рис. 1).

Трициклические терпаны присутствуют только в образце 8, где они представлены С₂₃ и С₂₄ гомологами. Здесь же обнаружен и тетрацикличекий терпан С₂₄. В других образцах три- и тетрациклические терпаны отсутствуют.

Рис. 1 - Масс-фрагментограммы (m/z 123 и m/z 165) РОВ исследованных пород в разрезе южной (А) и северо-западной (В) зон: 1,2 – нордриманы (С₁₄); 3-6 – дриманы (С₁₅); 7-10 – гомодриманы (С₁₆); 11-14 - кадинаны.

Таким образом, полученные данные указывают на субокислительные условия, существовавшие в бассейне седиментации, а также на существенный вклад в исходное ОВ как фитопланктона, так и наземной растительности. Состав стеранов и пониженное их количество по отношению к гопанам указывает на континентальный генезис ОВ. ОВ меловых пород севера Западной Сибири имеют значительные вариации в составе бициклических сесквитерпанов при значительном вкладе в состав ОВ кадинановых структур. Отмечено нарастание термической преобразованности ОВ с севера (от ПК₃ до начала МК₁) на юг (от МК₁ до середины МК₂).

Литература

1. Peters К.E., Walters C.C.,Moldowan J.М. The Biomarker Guide: Biomarkers and isotopes in petroleum systems and Earth History. // Cambridge: University Press, 2005. V. 2. – 1155 p.
2. Radke M. Application of aromatic compounds as maturity indicators in source rocks and crude oils // Mar. Petr. Geol. –V. 5. – 1988. – P. 224-236.
3. Waples D.W., Machihara T. Application of sterane and triterpan biomarkers in petroleum exploration // Bulletin of Canadian Petroleum Geology (CAN). – 1990. – Vol. 38, N 3. – P. 357–380.

 References

1. Peters К.E., Walters C.C.,Moldowan J.М. The Biomarker Guide: Biomarkers and isotopes in petroleum systems and Earth History. // Cambridge: University Press, 2005. V. 2. – 1155 p.
2. Radke M. Application of aromatic compounds as maturity indicators in source rocks and crude oils // Mar. Petr. Geol. –V. 5. – 1988. – P. 224-236.
3. Waples D.W., Machihara T. Application of sterane and triterpan biomarkers in petroleum exploration // Bulletin of Canadian Petroleum Geology (CAN). – 1990. – Vol. 38, N 3. – P. 357–380.