Яндекс.Метрика

Исследования органической геохимии верхнего протерозоя и кембрия осадочных бассейнов Сибирской платформы

Были детально изучены нефтепроизводящие породы в обрамлении и внутренних областях Сибирской платформы (осн. исполнитель ИД.Тимошина). Выяснены содержания, изотопный состав углерода, состав керогена ОВ верхнего протерозоя в районах Енисейского кряжа, Патомского нагорья, Алданского щита, а также во внутренней области платформы (Байкитская антеклиза, мадринская и имэрэканская свиты). Возраст осадочных формаций, из которых выбирались коллекции образцов, — от 1000 до 2500 млн. лет. Исследования подтвердили наличие осадочных формаций, обогащенных ОВ, высокое содержание в нем изотопа 12С (δ13С меняется от -30 до -35 ‰). И.Д.Тимошиной был впервые рассмотрен состав УВ-биомаркеров в осадочных образованиях верхнего палеозоя.

Была всесторонне изучена коллекция рифейских, вендских и кембрийских нефтей центральных и южных районов Сибирской платформы. Эти исследования подтвердили установленное ранее научной школой А.А.Петрова своеобразие УВ-биомаркеров докембрийских нефтей. В морских нефтях докембрия резко преобладает в составе стеранов этилхолестан. В мезозойских нефтях, типично морских по исходному ОВ, стераны С27-С29 находятся примерно в равных концентрациях, а в докембрийских изученных нефтях Сибирской платформы преобладают монометилалканы с разветвлением в середине цепи. А.А.Петров идентифицировал монометилалканы с 24 и более атомами углерода в цепи как 12- и 13-монометилалканы. Показано, что несмотря на наличие этих особенностей древнейших нефтей по соотношению отдельных УВ и гомогологических рядов УВ, они могут быть разделены на несколько подсемейств. Позднее, при тщательном анализе первичных материалов, И.Д.Тимошина установила два различных по составу и распределению УВ-биомаркеров семейства нефтей в венде и кембрии Сибирской платформы. Первое — описанное выше, с характерными только для докембрийских нефтей УВ-биомаркерами. Ко второму относятся нефти с «обычным» для фанерозойских нефтей составом и соотношением УВ-биомаркеров. Второй тип нефтей был обнаружен на Ангаро-Ленской ступени и в кембрии Курейско-Летнинского мегавала (запад Сибирской платформы). В 2003 году И.Д.Тимошиной защищена кандидатская диссертация «Геохимия органического вещества нефтепроизводящих пород и нефтей верхнего докембрия юга Восточной Сибири (Байкитская, Катангская и Непско-Ботуобинская нефтегазоносные и прилегающие складчатые области)».

Н.С.Ким выполнила сравнительное изучение неопротерозойских, вендских нефтей Сибирской, Восточно-Европейской и Аравийской (Оман) платформ. Она показала близкий состав УВ-биомаркеров в «аномальных» морских нефтях верхнего протерозоя Сибирской и Аравийской платформ. Одновременно она установила, что в венде Восточно-Европейской платформы, как и в некоторых районах Сибирской платформы, морские нефти имеют «нормальный», фанерозойский состав УВ-биомаркеров. Следовательно, в докембрии существовало два типа биот прокариотов с разными биохимическими типами липидов. В 2008 году Н.С.Ким защитила кандидатскую диссертацию «Геохимия докембрийских нефтей Евразии».

Долгое время проблема состояла в том, что в битумоидах рассеянного ОВ не удавалось обнаружить 12-,13-монометилалканы. Вначале эти углеводороды были найдены в нефтепроизводящих породах Омана. Позднее И.Д.Тимошина и К.Е.Наговицин обнаружили их в органическом веществе рифея Алдано-Майской впадины, а В.А.Каширцев — в некоторых фациях куонамской свиты кембрия Сибирской платформы.

Т.М.Парфёновой изучена органическая геохимия куонамской свиты нижнего-среднего кембрия и ее фациальных аналогов на востоке Сибирской платформы. Высокоуглеродистые глинисто-кремнисто-карбонатные осадки куонамской свиты накапливались на шельфе открытого периконтинентального морского бассейна, отделенного от эпиконтинентального солеродного системой барьерных рифов. Они сформировали одну из главных нефтепроизводящих толщ на востоке Сибирской платформы. Систематическое изучение куонамских отложений (химия керогена, изотопия углерода, битуминология) показало, что ОВ, содержащееся в породах этой формации, имеет аквагенную природу и обладает очень высоким генерационным потенциалом. Концентрации ОВ в глинисто-карбонатно-кремнистых породах куонамской свиты варьируют в широком интервале значений (1-21 %). С изменением содержания ОВ и состава вмещающих его пород направленно меняются относительные концентрации отдельных УВ-биомаркеров. Особенности содержания и распределения индивидуальных соединений могут быть объяснены сменой типов биоценозов в Восточно-Сибирском море куонамского времени.

Установлено, что разрез куонамской свиты неоднородный. Породы существенно различаются как по концентрации ОВ, так и по содержанию и распределению реликтовых УВ. По этим показателям и литологическому составу они были разделены на группы и подгруппы. Для первой группы, представленной глинистыми и глинисто-кремнистыми породами, характерны высокие (до 20,0 %) содержания органического углерода, бимодальное распределение нормальных алканов, повышенное относительно гопанов содержание трицикланов в терпановой фракции. Во второй группе углеродистых пород (доломитовые известняки и черные силициты) концентрации Сорг меняются от 1,5 до 14,5 %. Для них характерны одномодальное распределение нормальных алканов, пониженные содержания трицикланов во фракции терпанов. Повышенные концентрации гопанов обычно объясняют значительной ролью бактериогенных липидов как источника битумоидов.

Выполненный анализ распределения углеводородов показал, что в куонамском морском бассейне имел место смешанный планктоно-бактериальный микробиоценоз. В частности, значительная доля стерановых и трициклановых УВ-биомаркеров исследованных битумоидов указывает на планктоно-водорослевый источник ОВ. Наличие УВ ряда гопана подтверждает вклад в состав битумоидов и керогена бактериального материала. Пониженные (< 1) значения коэффициента С35/С34 свидетельствуют о том, что ОВ в куонамских осадках накапливалось преимущественно в хорошо аэрируемых обстановках, которые крайне редко сменялись анаэробными восстановительными условиями, возможно, с элементами сероводородного заражения или дефицита кислорода в наддонных водах. Содержание гаммацерана (<1 %) указывает на протекание осадконакопления в морских условиях с нормальной соленостью вод. В 2008 году Т.М.Парфеновой защищена кандидатская диссертация «Органическая геохимия углеродистых пород куонамского комплекса отложений нижнего и среднего кембрия (восток Сибирской платформы)».

Серьезное внимание было уделено изучению таких уникальных природных проявлений нафтидов, как нефть озера Байкал (А.Э.Конторович, В.И.Москвин, В.А.Каширцев, В.П.Данилова, Е.А.Костырева) и нефтепроявлений в кальдере вулкана Узон на Камчатке (А.Э.Конторович, А.Н.Фомин, С.Б.Бортникова, Г.А.Карпов и др.). При исследовании нефтяных капель, всплывающих на юго-восточном берегу оз. Байкал (в устье р. Стволовая, у мысов Толстый и Горевой Утес), установлено, что нефти имеют разный состав. У мыса Горевой Утес всплывает «свежая» парафинистая нефть, в устье р. Стволовая и у мыса Толстый нефти имеют ароматико-нафтеновый состав, в них отсутствуют нормальные алканы, монометилалканы и ациклические изопреноиды. Изучение УВ-биомаркеров показало, что источником нефти явилось ОВ пресноводных водоемов, с существенным содержанием остатков высшей наземной растительности, в том числе ангиспермовых растений. Последнее подтверждено идентификацией в нефтях олеанана. Состав УВ-биомаркеров указывает на озерный генезис нефтематеринских свит мелового или, что более вероятно, кайнозойского возраста.

Нефть в кальдере вулкана Узон (образцы отобраны в 2007-2012 гг.) была исследована методами газожидкостной хроматографии и хромато-масс-спектрометрии. По составу и распределению молекул-биомаркеров установлено их генетическое единство с органическим веществом плиоцен-четвертичных отложений. Кальдера вулкана Узон является уникальной природной системой, в которой в результате разгрузки высокотемпературных гидротерм практически от самой поверхности осадки нагреты до температур, характерных в условиях классических нефтегазоносных бассейнов глубинам 2-3 км и более (от 95 до 200-250 °С). В этих условиях в масштабе реального времени в плиоцен-нижнечетвертичных осадках кальдеры вулкана Узон происходит деструкция ОВ и образование УВ и гетероциклических соединений нефти. Особенность образующихся УВ, в силу малого времени этого уникального эксперимента природы и сравнительно невысоких температур, состоит в том, что углеводороды нефти из кальдеры вулкана Узон в основной своей массе наследуют углеродный скелет и стереохимию липидов исходного живого вещества. В этих «молодых» образованиях насыщенность биомаркерами проявляется даже в большей степени, чем в «обычных» нефтях. На молодость изученной кальдерной нефти указывают и изотопные определения. Время образования узонской нефти, по результатам разных измерений, варьирует от 50 до 1000 лет. Иными словами, кальдера вулкана Узон представляет собой природную лабораторию современного образования нефти из ОВ неясного происхождения. Попытки рассматривать соединения, образующие эти нефтепроявления только как продукт абиогенного синтеза углеводородов, маловероятны. Полученные результаты скорее подтверждают высказанную ранее М.К.Калинко гипотезу, что в кальдере вулкана Узон благодаря воздействию гидротерм в настоящий момент геологического времени происходит образование нефти из захороненного в осадках органического вещества, но вклад огромного количества выделяемого из вулкана метана остается дискуссионным.

Исследования углеводородов-биомаркеров по разным регионам России были обобщены сотрудниками лаборатории в коллективной монографии «Молекулы-биомаркеры в ископаемом органическом веществе и нафтидах докембрийских и фанерозойских пород Сибири» (2009 г.).