В начале 90-х годов первый цикл исследований проводили В.Е.Андрусевич, Л.С.Борисова, В.П.Данилова, В.И.Москвин, Е.П.Стрехлетова, А.Н.Фомин и др., выполнение работ второго направления было поручено ИД.Тимошиной. На начальном этапе в них принимала участие О.И.Изосимова. А.Э.Конторович и В.Н.Меленевский участвовали в обоих циклах исследований. Был сформирован уникальный и не имеющий аналогов электронный банк данных физико-химических характеристик и углеводородного состава нефтей Западной Сибири (Л.С.Борисова, Д.А.Дочкин, А.Э.Конторович, на первом этапе В.Е.Андрусевич и др.), а также программный комплекс для приведения этой информации в удобный для геологической интерпретации вид. В дальнейшем он был пополнен анализами высокомолекулярных УВ-биомаркеров нефтей. Были систематически изучены основные нефтепроизводящие толщи. Показано, что в Западной Сибири главным источником нефти являлось органическое вещество баженовской свиты, накапливавшееся в условиях относительно глубоководного морского бассейна с сероводородным заражением. Встречены отдельные слои, представленные полностью только аквагенным ОВ. В породах этой формации содержание органического углерода (Сорг) меняется от 3-5 до 15-20 %.
Изучено распределение УВ-биомаркеров в рассеянном ОВ этой свиты. Во всех циклах исследований геохимии УВ-биомаркеров во фракции насыщенных углеводородов в относительных концентрациях определялись н-алканы, алифатические изопренаны, стераны и тритерпаны, а в составе последних - относительные концентрации гопанов, моретанов, трицикланов и тетрацикланов. В ароматических фракциях битумоидов и нефтей определены фенантрены, метилфенантрены, триароматические и моноароматические стероиды, а также сероорганические соединения (дибензотиофены, метилдибензотиофены). Подобные исследования позволили в дополнение к разработанным ранее углепетрографическим (Г.М.Парпарова, П.А.Трушков и др.), химическим по составу керогенов (В.А.Успенский, Л.И.Богородская, А.Э.Конторович и др.) и изотопным (Л.И.Богородская, С.И.Голышев, А.Э.Конторович) методам диагностики типов органического вещества выявить критерии их диагностики по составу УВ-биомаркеров. Ряд таких биомаркерных генетических показателей, в частности трициклановый индекс, разработан специалистами органической геохимии впервые.
При изучении органической геохимии баженовской свиты было показано, что по составу УВ-биомаркеров в автохтонных битумоидах ОВ этой формации четко разделяется на два типа в зависимости от его концентрации в породах и их литологии. В кремнистых и глинисто-кремнистых породах с содержанием Сорг > 7-10 % ОВ представлено чисто планктоногенно-бактериогенными разностями. Это органическое вещество, изотопно легкое по углероду (δ13С < -30 ‰). В аргиллитах, при концентрации Сорг < 5 % по составу битумоидов, заметна доля битумоидов, источником которых были липиды живого вещества высшей наземной растительности (В.П.Данилова, Е.А.Костырева, В.Н.Меленевский и др.).
Исследование органической геохимии континентальных осадочных толщ выполнялось на примере пешковской, салатской, тюменской свит на юге и левинской, зимней, малышевской свит на севере Западно-Сибирского бассейна. Показано, что континентальные осадочные толщи, в которых главным источником органического вещества являлась высшая наземная растительность, имеют специфический состав углеводородов-биомаркеров.
Интересные результаты были обнаружены при изучении органической геохимии еще одного малоизвестного объекта — тогурской свиты. Исследования В.П.Даниловой, A.Э.Конторовича, В.Н.Меленевского и В.И.Москвина показали, что это озерные образования. Была детально изучена их органическая геохимия и дан прогноз состава нефтей, имеющих своим источником органическое вещество тогурской свиты. Одновременно установлено, что соленость вод этих озер периодически повышалась, что свидетельствовало об ингрессиях моря. Вместе с тем обнаружено, что типично аквагенное бентосо- и бактериогенное ОВ характерно не для всех озерных систем тогурской свиты.
Обширный цикл исследований был выполнен в Западной Сибири с целью изучения и картирования уровня катагенеза органического вещества. Работы велись широким комплексом методов: углепетрографический анализ (А.Н.Фомин), геохимические исследования керогенов (Л.И.Богородская, Н.М.Лемина), пиролитические (B.Н.Меленевский). Исследования охватили всю территорию Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции и многие юрско-меловые стратиграфические горизонты, включая глубокозалегающие толщи юры на севере бассейна. Изучался также катагенез органического вещества в палеозойских комплексах и в триасе. Обобщение и интерпретация этих материалов А.Э.Конторовичем, А.Н.Фоминым, В.О.Красавчиковым и А.В.Истоминым показали, что в Западно-Сибирском бассейне имеется, по крайней мере, три типа территорий, для которых характерны разные градиентные зависимости изменения катагенеза органического вещества (отражательной способности витринита) с глубиной. Они варьируют в зависимости от строения и возраста консолидации блоков фундамента. Наиболее высокий градиент изменения катагенеза ОВ с глубиной характерен для отложений над триасовыми рифтами и над интрузивными гранитными массивами.
Региональные обобщения катагенеза ОВ юрских отложений были выполнены много лет назад А.Э.Конторовичем с соавторами (1967-1975 гг.). С того времени накоплен огромный фактический материал по уровню зрелости ОВ, интерпретация которого с применением математического моделирования и компьютерных технологий позволила авторам существенно уточнить и детализировать выполненные ранее построения. С использованием всего экспериментального материала, полученных зависимостей и структурных построений по отражающим горизонтам в осадочном чехле, были впервые после 1971 г. (Конторович и др., 1967, 1971, 1975; и др.) построены карты катагенеза органического вещества для кровли верхнеюрских, среднеюрских отложений, для базальных горизонтов юры, для кровли сеномана и апта на всю территорию Западно-Сибирского мегабассейна. Составлена новая версия карты катагенеза ОВ в кровле палеозоя и схема размещения фактического материала по уровню зрелости ОВ в кровле триаса.
Помимо мезозойских, была также тщательно изучена органическая геохимия палеозойских отложений. Е.А.Костыревой (осн. исполнитель) рассмотрено распределение органического вещества и углеводородный состав в породах девона и нижнего карбона Межовского срединного массива на юго-востоке Западно-Сибирского бассейна и Щучьинского выступа северо-западной окраины региона, кембрия и венда на юго-востоке (Предъенисейский осадочный бассейн). На современном аналитическом уровне эти исследования выполнены впервые. В 2003 году Е.А.Костыревой защищена кандидатская диссертация «Геохимия и генезис палеозойских нефтей юго-востока Западной Сибири».
В Западно-Сибирском бассейне проведены еще два крайне важных для органической геохимии исследования, имеющие как региональное, так и фундаментальное для теории нафтидогенеза значение. Первое посвящено геохимии асфальтенов и смол. В качестве геологических объектов, из которых выделяли асфальтены и смолы, были выбраны нефтепроизводящие породы с разными типами ОВ и уровнями его катагенеза, а также нефти из разных комплексов (осн. исполнитель Л.С.Борисова). Результаты показали, что модель строения асфальтенов («геосополимерлипоидинов», по терминологии А.Э.Конторовича) может быть представлена следующим образом. Макроструктура асфальтенов имеет слоистое строение, подобно графиту, и образована набором пластин. Нефтяные асфальтены имеют более рыхлую структуру, их макромолекула менее плотно упакована. Асфальтены рассеянного ОВ отличаются от асфальтенов нефтей меньшим количеством слоев в макромолекулах и, соответственно, меньшей молекулярной массой. Асфальтены террагенного ОВ имеют кристаллоподобную организацию с более плотной, близкой к графиту, упаковкой пластин, чем асфальтены аквагенного ОВ. Каркас пластин образуют полициклические арены и гетероциклы, по периферии размещаются алкильные, циклоалкильные заместители и гетеросодержащие группы. Среди углеводородных фрагментов наряду с новообразованными фиксируются структуры, частично или полностью наследующие углеродный скелет исходных биомолекул липидов живого вещества. В процессе исследования было выделено несколько этапов генерации асфальтенов и установлена их роль в деструкции и новообразовании компонентов керогена. Параметры, характеризующие состав асфальтенов и смол, являются эффективным средством для решения широкого круга прикладных задач органической геохимии, таких как определение исходного типа ОВ, диагенетической обстановки его захоронения, степени катагенеза. На эту тему Л.С.Борисовой подготовлена докторская диссертация.
Объектом второго направления исследований являлись битумоиды подземных вод Западно-Сибирского осадочного бассейна. В.П.Данилова (осн. исполнитель) начала работы в этом направлении еще в СНИИГГиМСе. Важной особенностью исследований, выполненных в ИНГГ СО РАН, было изучение геохимии в составе аквабитумоидов УВ-биомаркеров. При этом получен ряд результатов большой теоретической значимости. Первым, важнейшим для теории миграции углеводородов результатом было установление наличия в составе УВ, мигрирующих вместе с водами, всего спектра насыщенных УВ-биомаркеров: н-алканов, алифатических изопренанов, стеранов, гопанов, трицикланов и др. Второй особенностью УВ-биомаркеров в современных водах Западно-Сибирского бассейна является присутствие их только в соотношениях, свойственных морскому органическому веществу. Примеров ансамблей водных УВ-биомаркеров с соотношениями между ними, свойственными террагенному ОВ, в изученной достаточно большой коллекции образцов вод юрского и мелового комплексов обнаружить не удалось. И, наконец, третье. В залежах УВ апт-альб-сеноманского комплекса все углеводороды нефтей подверглись биодеградации. Свидетельств биодеградации УВ аквабитумоидов в этом же комплексе обнаружено не было. Исследования В.П.Даниловой чрезвычайно важны для совершенствования теории первичной и вторичной миграции углеводородов в осадочных бассейнах, для понимания условия биодеградации УВ. На эту тему В.П.Даниловой подготовлена докторская диссертация.
Наряду с изучением рассеянных битуминозных веществ в осадочных породах и подземных водах были выполнены обширные исследования нефтей. При изучении западно-сибирских нефтей применялся тот же комплекс методов, что и для рассеянного ОВ. В работах участвовали В.Е.Андрусевич, Л.С.Борисова, В.П.Данилова и др. На первых этапах участниками исследований были также всемирно известные специалисты из США - Дж.Демейсон, Дж.Молдован, Кен Петерс (компания «Шеврон»), С.Браун и другие из компании «Геомарк». Специалисты института систематически изучили нефти мезозойских резервуаров нефти и газа Западной Сибири. Л.С.Борисовой, А.Э.Конторовичем, Е.А.Фурсенко и др. были построены для отдельных резервуаров карты изменения плотности, содержания серы, смол и асфальтенов, парафинов в нефтях как основа для прогноза качества нефтей и схем их переработки.
Сравнительный анализ распределения УВ-биомаркеров в рассеянном ОВ Западной Сибири и в нефтях (В.П.Данилова, А.Э.Конторович, Е.А.Костырева, В.Н.Меленевский) позволил установить генетические связи: «высокомолекулярные УВ рассеянного ОВ —> высокомолекулярные УВ нефти» и разделить их на два главных семейства («морские» и «континентальные» нефти). Показано также, что «морские» нефти делятся на подсемейства в зависимости от того, связаны генетически они с основным типом фаций баженовской свиты или с ее периферическими возрастными аналогами (яновстанской, гольчихинской). Первые более сернистые, смолистые, обогащены ванадиловыми порфиринами.
Е.А.Фурсенко выполнила исследование по геохимии низкомолекулярных (С5-С8) нефтей северной части Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна. Подобное региональное исследование было проведено впервые. В 2008 году она защитила кандидатскую диссертацию «Геохимия низкомолекулярных углеводородов нефтей и конденсатов Надым-Тазовского междуречья и северных районов Широтного Приобья (Западная Сибирь)». Она показала, что состав бензиновых фракций нефтей, несмотря на то, что все эти соединения являются новообразованными и отсутствуют в живом веществе и подвергаются фракционированию на путях первичной и вторичной миграции, несут в себе как совокупность генную информацию о природе исходного для нефти живого вещества. Она выявила большое количество индикаторов типов исходного ОВ. Установлено, что низкокипящие фракции нефтей севера Западной Сибири в преобладающей массе генетически связаны с террагенным ОВ или имеют смешанную природу. Из исследований низкомолекулярных и высокомолекулярных фракций нефтей следовал парадоксальный, на первый взгляд, результат: низкомолекулярные и высокомолекулярные фракции нефтей на севере Западной Сибири имеют разные источники.
Позднее этот парадокс нашел естественное объяснение благодаря вычислительным экспериментам (бассейновое моделирование), выполненным Л.M.Бурштейном и А.Э.Конторовичем. Скопления углеводородов на севере Западной Сибири формировались многоактно, за счет нескольких источников. Жидкие высокомолекулярные УВ генерировались главным образом баженовской свитой и ее фациальными аналогами, а низкомолекулярные (С5-С8) образовывались как в баженовской свите, так и в начальные фазы позднекатагенной стадии генерации жирных газов в существенно обогащенных террагенным ОВ породах нижней и средней юры. Смешивание этих различных по генезису УВ происходило как на путях миграции, так и при аккумуляции в ловушки.
Е.А.Костыревой, В.П.Даниловой, В.Н.Меленевским и др. были изучены палеозойские нефти юго-восточных районов Западной Сибири. Показано, что они делятся на три группы: первая — генетически связанные с нефтепроизводящими породами палеозоя; вторая — с озерными образованиями тогурской свиты; третья — с субугленосными озерно-болотными фациями континентальных отложений нижней и средней юры. При изучении керна скважины Лемок на юго-востоке бассейна (Красноярский край), было выявлено нефтепроявление, состав УВ которого подобен верхнепротерозойским нефтям Байкитской антеклизы Сибирской платформы. В этой нефти в составе стеранов резко преобладали этилхолестаны, а среди алканов в заметных концентрациях присутствовали 12-, 13-монометилалканы.